市场化用户交易数字化建设方法与研究

田珂，赵卫华，丁博，张哲，尹璐，申志刚

(1.国网河南省电力公司， 河南， 郑州 450000； 2.国网河南省电力公司营销服务中心(计量中心)， 河南， 郑州 450000； 3.河南九域腾龙信息工程有限公司， 河南， 郑州 450000)

0 引言

随着电力行业市场化售电模式的发展以及电力企业端售电侧的改革，市场化交易竞争激烈，售电业务发展迅速，由最初的大用户直购电、年度交易发展到现在的市场化用户、月度交易、多批次等复杂业务，用户量也随之增多,使得当前市场化系统无法灵活适应业务发展需求。

在已有的研究中，文献[1]采用一种针对多种不同用户采用不同价格机制下的售电公司购电竞价交易策略。该策略可以调节竞价过程的合理性，但是不能提高电力销售的完成度；文献[2]采用一种针对不同电力采购用户根据偏度和加权的方式分析其风险价值的交易策略。该策略可以提高电力交易的安全性，但是未能较大程度地提高交易成功比例；文献[3]提出一种在多种微电网参与下对发电企业进行配电方案而产生电力市场竞价博弈方法。该方法通过引入多微电网可以提高电力交易的完成度，但是采用该方法其需要完成的源头较多，其实现较为复杂。

本研究设计了一种电力交易数字化的架构，针对双边交易采用纳什均衡策略和集中交易采用差价返利机制这两种电力交易方法进行研究，分析其电力成交的比例。

1 电力交易数字化总体架构

本研究设计了一种电力数据交互平台框架如图1所示[4]。

图1 电力数据交互平台框架

由图1可知，本研究把电力数据交互平台分成4个层：首先是用户层，直接链接用户端的数据，通过发电企业和用电企业获取发电和用电数据对电力进行综合调度；其次是表现层，通过设计主要的数据交流项目设计独立的交互页面；最后是业务层，该层设计电力信息交互的底层业务类进行划分，通过设计不同的业务管理类进行划分，实现数据的快速传输；在电力数据交互平台的底层由SQL Server数据库对数据进行储存[5]。市场化售电业务应用系统根据目前售电侧改革政策要求，具体业务架构如图2所示。

图2 市场化售电业务架构图

由图2可知，通过把市场化的售电业务根据业务种类的不同划分成不同的类别，针对每个业务类别设计不同的执行步骤来完成业务[6]。通过利用图中的五个业务类别进行适应性调整可以实现对电力销售中各种不同业务进行处理。

在新一轮的电力行业变革中出现了一种新的市场主体，该市场主体是进行调节发电企业和市场用户的售电公司，该售电公司完成市场中的零售业务[7]。通过引入社会资本打断电网企业在售电行业的垄断，可以提高电力销售行业的市场活力，其电力销售市场运行如图3所示。

由图3可知，实线表示电力传输路线，虚线表示数据传输路线。电力销售市场主要分成批发市场、零售市场和非竞争市场。其中，批发市场是主要针对大用户来设计的，该类用户电力需求总量大且需求较稳定，可以设计专门的发电机组对这类用户进行用电；在零售市场中主要是市场用户，该类用户中单个用户电力需求小，但是由大量零散用户组成，电力需求总量波动较大，采用售电公司对该类用户进行合理调度；非竞争市场主要由非竞争用户组成[8]。

图3 电力销售市场运行图

2 关键技术

本研究主要针对售电公司进行研究，分析电力销售公司多种电力销售模式，建立优化的电力交易模型，实现电力销售的优化问题[9]，采用的创新点如下。

(1) 在双边交易模式下采用多方谈判的方式进行设计，采用纳什均衡策略对电力销售公司的报价策略进行优化，设计出合理的竞价机制。

(2) 在集中交易模式下采用差价返还模式，分析其中的经济学原理，构建出电力需求量和电力报价的分布曲线，分析电力销售的边际曲线，以此设计更合理的电力交易模型和电力销售策略。

2.1 纳什均衡策略交易模型

为了建立纳什均衡策略交易模型需要提出三点假设：① 由于纳什均衡策略因素需要交易双方为一对一的交易条件；② 在进行双边交易中可以因为报价未达到预期而退出交易；③ 本次模型设计中，所选取报价策略的线路损耗等因素折算到发电企业的报价中，本研究所设计的模型报价为统一节点的上网报价。

在市场化的电力交易环境中，发电企业和售电公司所追求的目标都是收益最大化。现假设交易双方中有m个发电企业Fm和n个售电公司Sn，根据售电公司提供的最大可接受电力售价构建支付向量W如式(1),

W=(w1,w2,.…,wn)T

(1)

其中，wn表示第n家售电公司提供的最高可接受电力价格，通过收集发电企业的发电成本可以构建发电成本矩阵T如式(2),

(2)

其中，c(m，n)表示发电企业对应于售电公司的发电成本，通过各个企业间的发电成本构建成为发电成本矩阵。通过发电成本矩阵和最大可接受电力售价向量可以构成发电成本的增咣矩阵T*如式(3)，

(3)

式中，增广矩阵上半部分由式(2)的发电成本矩阵构成，下半部分中最大可接受电力售价向量为自身的发电成本，相对于其他售电公司的成本为无穷大。当电力交易总成本达到最少时，就可以达到最优化的竞价策略，其市场的总成本如式(4)，

(4)

式中,C*表示电力市场的总成本，式中各组成部分的约束条件如式(5)，

(5)

对于发电企业在发电成本和售电公司最大可接受电力售价两方面确定的情况下，发电企业所能获得的最大收益空间是一个定值，其发电企业的最小总收入如式(6)，

(6)

其中，发电企业的最小发电成本如式(7)，

(7)

(8)

通过式(8)中发电企业的利润空间可以构建出该发电企业出售电力的价格如式(9)，

pk(k,j)=c*(k,j)+πk-ε

(9)

其中，pk(k,j)表示发电企业k向售电公司j提出的其所需要的电力出售申报价，ε表示发电企业能够接受的利润最大减小值。

2.2 集中交易差价返利机制交易模型

为建立该交易模型，需要提出几点假设：① 在本次集中电力交易中假设有n家售电公司和m家发电企业参加；② 在报价过程中，发电企业可以报价3次，但是售电公司只可报价1次。

(10)

其中，Qyear表示每年的电力交易数据，PJ表示发电企业的发电机组的容量，tyear表示年基础发电时间，由此可知每月的发电计划容量如式(11)，

(11)

其中，Qmouth表示每月发电计划容量。其申报的计划发电量的约束条件如式(12)，

qj1+qj2+qj3=qsj

(12)

其中，综合让出利润如式(13)和式(14)，

πj=(pi-pj1)·qj1+(pk-pj2)·qj2+(pl-pj3)·qj3

(13)

πi=pi×qj1

(14)

通过式(13)和式(14)可以推算出售电公司和发电企业的让利情况，通过返利系数可以使发电企业获得一定量的返利，其中返利数据计算公式如式(15)，

(15)

通过式(15)计算所获得的返利数据可以计算售电公司的平均价格差值，其平均差值如式(16)，

(16)

其中，各个发电企业的电力报价的差值计算公式如式(17)，

(17)

通过本研究设计的集中交易返利机制交易模型可以大大提高电力交易的成功率，降低交易成本。

对照组患者对临床护理非常满意、满意、不满意分别为18例、13例、12例;观察组分别为28例、12例、40例。观察组临床满意度高达93.02%,显著高于对照组(72.09%),组间满意度比较x2=6.541,p<0.05,差异具有统计学意义。

3 算例分析

3.1 纳什均衡策略算例分析

在本次市场交易算例分析中选择三家电力销售公司和三家发电企业参加，其中对于发电企业的电力价格波动设定为0.1，电力销售公司的相关数据如表1所示。

表1 电力销售公司相关数据

发电企业的相关数据如表2所示。

表2 发电企业相关数据

根据表1和表2中电力交易市场数据可以计算采用纳什均衡策略条件下的双方协商的交易最优化策略，由售电公司和发电企业的数据可以计算出发电企业的成本增广矩阵如式(18),

(18)

通过对式(18)的增广矩阵进行计算最小路径可以得出算法的最小发电成本如式(19),

C*=70+100+120=290

(19)

根据式(19)可以看出,在发电企业和售电公司的交易分配方式中总成本最优所采用的模式如表3所示。

表3 最优电力销售匹配模式

通过式(19)计算所获得的数据进行计算纳什均衡情况下的价格，其最终获得的报价矩阵如式(20),

(20)

通过对发电企业的发电量和售电公司的电力需求数据可以得知,该电力交易分配模式可以较好地完成电力交易。其中，发电企业F-1准备申报的发电申报总量为120 MW，其所对应售电公司S-2的电量需求为90 SMW；发电企业F-2准备申报的发电申报总量为100 MW，其所对应售电公司S-3的电量需求为60 MW；发电企业F-3准备申报的发电申报总量为130 MW，其所对应售电公司S-1的电量需求为 100 SMW。综合上述三家发电企业的电力出售数据可以得出，其电力出售比例为71.43%，可以完全满足售电公司的电力需求。

3.2 差价返还机制算例分析

针对差价返利机制的算例进行研究，在本次研究中选择7家发电企业和8家电力销售公司参加。通过对参加的发电企业和售电公司的报价数据进行统计，并通过上文设计的差价返还机制进行处理，计算发电企业和售电公司计划中所准备生产电力量和需求电量与实际中所完成的交易量进行比较，其中发电企业申报发电上限与实际售电企业的成交数据如图4所示。

图4 发电企业发电数据统计图

由图4可知，黑色柱状图为发电企业申报的发电总量上限，白色柱状图为实际发电企业与电力销售公司的电力成交量。其中，售电公司提前申报的数据与实际成交的数据统计图如图5所示。

由图5可知，黑色柱状图为售电公司提前申报的电力需求数据，白色柱状图为售电公司实际与发电企业的电力成交量。综合上述图4和图5的统计数据可以得出，其中发电企业所申报发电量的总量上限为13 700万千瓦，其实际成交的数据为11 200万千瓦，其发电企业的电力成交比例为81.75%；其中售电企业提前申报所需的电力总量为14 300万千瓦，其实际成交的数据为11 200万千瓦，其售电企业的电力成交比例为78.32%。

图5 售电公司电力数据统计图

4 总结

本研究通过对市场化的电力交易方案进行研究，设计了一种电力数字化交易框架，并针对双边交易中采用纳什均衡策略和在集中交易中采用差价返还机制进行分析，并通过采用合适的算例对这两种电力交易方案进行分析，在集中交易模式中采用差价返还机制可以更好地提高电力交易中的电力成交比例，但是由于试验不足，还需要后续更深入的研究。