面向分布式主體的可交易能源系統(tǒng)：體系架構(gòu)、機(jī)制設(shè)計與關(guān)鍵技術(shù)
研究背景
可交易能源(TransactiveEnergy)機(jī)制被定義為“一套通過經(jīng)濟(jì)手段和控制手段，以價值為參數(shù)調(diào)節(jié)系統(tǒng)全局供需動態(tài)平衡的電力系統(tǒng)運行機(jī)制”。其概念提出是為了進(jìn)一步促進(jìn)供需互動，維護(hù)系統(tǒng)平衡，而現(xiàn)有的市場機(jī)制下，電力系統(tǒng)的運行狀況與價格信號大多沒有傳遞到終端用戶，配售側(cè)交易的價值響應(yīng)特性和供需調(diào)節(jié)能力弱，也沒有能夠激發(fā)分布式電源參與市場；當(dāng)前對可交易能源的研究也沒有聚焦到配售側(cè)，體現(xiàn)參與主體的分布式特性，對交易缺乏具體的設(shè)計描述，研究較為概念化。
因此，在政策導(dǎo)向、用戶需求和技術(shù)支撐的背景下，本文提出面向分布式主體的可交易能源系統(tǒng)，其交易范圍定位于配網(wǎng)層面，面向新型的分布式市場主體，通過供需雙方直接實時互動，以去中心化為特征形成交易體系，并結(jié)合大量分布式主體接入，在配網(wǎng)層面上開展可交易能源系統(tǒng)的體系構(gòu)建、具體的交易關(guān)系梳理與機(jī)制設(shè)計，呈現(xiàn)具體場景下可交易能源系統(tǒng)的運行方式。
2可交易能源系統(tǒng)的體系設(shè)計
2.1可交易能源系統(tǒng)的市場主體
終端消費者、電源及儲能等分布式主體：分布式電源和儲能既可以有單獨的運營主體，也可以“植入”終端用戶。本文將分布式主體分為普通消費者(consumer)和生產(chǎn)型消費者(prosumer)兩種，生產(chǎn)型消費者即具備分布式電源，對于生產(chǎn)型消費者，又區(qū)分為有儲能能力、無儲能能力兩個子類。
售電商：售電商可以作為獨立的市場主體，在配網(wǎng)層面與其他成員進(jìn)行交易；同時作為用戶參與批發(fā)市場進(jìn)行交易的代理商。即：售電商同時具有代理屬性和交易屬性。
配電系統(tǒng)運營商(DSO)：可交易能源機(jī)制下，配電系統(tǒng)運營商也可以作為獨立的市場主體參與交易，向配網(wǎng)中的用戶發(fā)布特定的交易需求；此外，其依然為區(qū)域提供配電服務(wù)，收取配電費用，擁有配網(wǎng)資產(chǎn)，負(fù)責(zé)配網(wǎng)規(guī)劃、建設(shè)、維護(hù)等。即：DSO同時具備配網(wǎng)運營屬性和交易屬性。此外在交易管理中，DSO還具備安全預(yù)警發(fā)布、臨時交易剪裁和關(guān)閉交易等權(quán)責(zé)。
2.2可交易能源系統(tǒng)的交易機(jī)制
可交易能源系統(tǒng)擁有一個扁平、去中心化的配售側(cè)交易架構(gòu)，交易行為在一個去中心化的公共交易平臺上自主達(dá)成并自動執(zhí)行，如圖1所示。
圖1可交易能源系統(tǒng)的交易架構(gòu)
在該交易架構(gòu)下，各類交易主體的交易行為包括但不限于：
1）生產(chǎn)型消費者擁有分布式電源，可以提交其富余的生產(chǎn)能力，將發(fā)電余量在平臺上出售。
2）具備儲能的生產(chǎn)型消費者享有對自身儲能的控制權(quán)，在充放條件允許的情況下可自由參與交易。
3）任一購電方可以選擇在平臺上實時購買電能，這種交易行為與其跟售電商的長期交易合約可以是并存的。
4）售電商由于其代理用戶的用電量偏差或交易誤差，存在著實時的功率偏差，也可以通過在可交易能源平臺進(jìn)行能量或容量交易對偏差進(jìn)行調(diào)節(jié)。
5）配電運營商也可參與市場交易，以企圖降低其與主網(wǎng)的交換功率、減少重載設(shè)備運行壓力、減少網(wǎng)損等目標(biāo)。此類需求也將可以轉(zhuǎn)化為具體的交易標(biāo)的（服務(wù)類），在平臺上向部分或全部成員發(fā)布，如向某條饋線上成員發(fā)布降負(fù)荷請求等。
6）其他增值服務(wù)以及一些可轉(zhuǎn)讓的金融合約等，也可以在交易平臺上進(jìn)行交易。
由此，在該交易機(jī)制下，交易是去中心化的，交易雙方可以自由選擇交易的達(dá)成，不需要經(jīng)過第三方審核；交易標(biāo)的是多樣化的；交易類型是跨時間尺度的，交易執(zhí)行是自動化的。可交易能源系統(tǒng)不僅能滿足微觀層面上交易主體的經(jīng)濟(jì)效益和各類個性化需求，也能滿足宏觀層面上系統(tǒng)供需平衡、系統(tǒng)優(yōu)化運行等的調(diào)節(jié)需求。
2.3可交易能源系統(tǒng)的運行方式
1）交易的發(fā)起
交易分為自動發(fā)起和人工發(fā)起兩大類。自動發(fā)起交易的交易邏輯簡單，發(fā)起過程易于規(guī)范化，可編程控制，能夠自動化實現(xiàn)，做到“實時監(jiān)測，自動發(fā)起”，如能量交易中，生產(chǎn)型消費者利用實時監(jiān)測數(shù)據(jù)，綜合發(fā)電預(yù)測、負(fù)荷預(yù)測、儲能預(yù)測與實時電價預(yù)測的結(jié)果做出交易決策，交易的時間、功率等要素確定后，以標(biāo)價掛牌方式向交易平臺上其他成員提出交易請求，該類型交易按照標(biāo)準(zhǔn)化的格式發(fā)起；人工發(fā)起交易隨機(jī)性較高，個性化因素較多，如售電商偏差調(diào)節(jié)的交易，配電運營商減小網(wǎng)損的交易等，發(fā)起不易完全自動化實現(xiàn)，往往需要人工輔助，甚至完全由人工發(fā)起，該類型交易的發(fā)起格式也不固定，在緊急情況下可以按照標(biāo)準(zhǔn)格式發(fā)出，以得到自動化回應(yīng)。
2）交易的確認(rèn)
在交易的確認(rèn)環(huán)節(jié)，也區(qū)分出自動確認(rèn)和人工確認(rèn)兩大類。對于標(biāo)準(zhǔn)格式發(fā)出的交易請求，智能決策系統(tǒng)能夠結(jié)合自身信息做出自動回復(fù)，交易的發(fā)起方在收到多個回復(fù)時，參照時間優(yōu)先、價格優(yōu)先等原則進(jìn)行自動確認(rèn)；對于非標(biāo)準(zhǔn)格式發(fā)出的交易請求，需要經(jīng)過人為決策作出回復(fù)，交易也可能要經(jīng)過雙方多次的協(xié)商才能得到最終確認(rèn)。一旦交易經(jīng)過確認(rèn)，將自動轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)合約。合約包含交易的時間、交易的內(nèi)容等，由交易雙方自動存儲，以備交易驗證和最終結(jié)算。
3）交易的執(zhí)行
交易的執(zhí)行環(huán)節(jié)為統(tǒng)一的自動執(zhí)行，由成員的自動執(zhí)行終端完成。該終端能對分布式電源、分布式儲能、智能用電設(shè)備的運行狀態(tài)、輸出/消耗功率等物理量進(jìn)行控制，嚴(yán)格按照已確認(rèn)的標(biāo)準(zhǔn)交易合約內(nèi)容，在約定的時間執(zhí)行。同時，無論是否有交易在執(zhí)行，成員的輸入輸出功率、時間等關(guān)鍵指標(biāo)均由智能電表不間斷監(jiān)測并存儲。
4）交易的驗證
交易驗證時只需對成員智能電表的歷史監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，對照合約就能評定各自的履約狀況，該功能由成員的智能驗證終端完成，最終將評定結(jié)果自動存儲。評定結(jié)果也可以作為成員信用等級的判定標(biāo)準(zhǔn)，在可交易能源系統(tǒng)引入信用體系和懲罰機(jī)制后，進(jìn)一步減小交易的不確定性。
2.4可交易能源系統(tǒng)的效益分析
現(xiàn)有機(jī)制下，售電商面向終端用戶的銷售電價通常是固定的，分布式發(fā)電的余量通常被售電商收購，在本文中我們假設(shè)為實時電價收購；可交易能源機(jī)制下，分布式發(fā)電將不再被收購，而完全以點對點交易售出，與現(xiàn)有機(jī)制相比，成員在可交易能源機(jī)制下有獲利的空間：
1）對于生產(chǎn)型消費者，當(dāng)實時電價低于銷售電價時，其可以按某個高于實時電價但低于銷售電價的價格與其他終端用戶達(dá)成交易；當(dāng)實時電價高于銷售電價時，可以按某個低于實時電價的價格與售電商達(dá)成交易。由于銷售電價通常高于實時電價，生產(chǎn)型消費者收入得到提升。
2）對于普通消費者，當(dāng)實時電價低于菜單電價時，可以從其他生產(chǎn)型消費者處購買到低于銷售電價的電量，降低購電成本。
3）對于售電商，當(dāng)實時電價高于銷售電價時，有可能從其他生產(chǎn)型消費者處購買到低于實時電價的電量，此外售電商可以通過分布式能量或容量交易調(diào)整偏差，滿足其風(fēng)險規(guī)避需求。
4）對于配網(wǎng)運營商，可交易能源機(jī)制下可以通過交易滿足其各種輔助服務(wù)需求。
3可交易能源系統(tǒng)的支撐技術(shù)
可交易能源系統(tǒng)中，去中心化的交易體系以及自動化的交易決策和執(zhí)行等，均需要各類先進(jìn)設(shè)備和技術(shù)的支撐。包括但不局限于以下幾類：
1）精準(zhǔn)預(yù)測技術(shù)：可交易能源系統(tǒng)中許多決策的制定都是基于預(yù)測值，由于交易大多為實時和短期的，提供超短期和短期精準(zhǔn)預(yù)測值能有效提升交易的可靠性、平衡調(diào)節(jié)的準(zhǔn)確性等。
2）智能決策系統(tǒng)：智能決策系統(tǒng)用于代替人工，在實時價格，節(jié)點供需預(yù)測值等參數(shù)輸入下，以自身經(jīng)濟(jì)優(yōu)化為目標(biāo)制定交易計劃，簽署交易和儲能的充放電管理等。
3）自動執(zhí)行終端：主要完成交易的自動執(zhí)行，如按照交易內(nèi)容控制功率流的流動時間、方向、大小等。
4）智能監(jiān)測技術(shù)：具備實時監(jiān)測流入流出節(jié)點功率，并將監(jiān)測值存儲的功能，以備最終結(jié)算。
5）實時交易驗證：通過監(jiān)測數(shù)據(jù)，利用大數(shù)據(jù)分析得出交易是否被執(zhí)行的結(jié)論。
6）區(qū)塊鏈技術(shù)：網(wǎng)絡(luò)不具備中央服務(wù)器，所有節(jié)點平權(quán)，具備可追溯性、強壯性，能為可交易能源平臺提供底層技術(shù)支持。
7）配網(wǎng)運行控制技術(shù)：配網(wǎng)運營商需要對系統(tǒng)運行進(jìn)行監(jiān)測，能夠?qū)崿F(xiàn)配網(wǎng)實時的運行控制、拓?fù)渲貥?gòu)與降損分析，并在違背安全約束時進(jìn)行交易削減或采取其他措施。
4結(jié)語
1）可交易能源是能源系統(tǒng)未來的發(fā)展方向，將與分布式電源、儲能的發(fā)展相互促進(jìn)，互為支撐。符合新經(jīng)濟(jì)下共享、平等、開放、對等的“互聯(lián)網(wǎng)+”精神，是互聯(lián)網(wǎng)思維在電力行業(yè)的典型體現(xiàn)。
2）文章強調(diào)面向分布式和配網(wǎng)層面的限定，在該限定下可交易能源系統(tǒng)的研究將更加具備可行性和必要性。通過對具體的交易關(guān)系梳理與機(jī)制設(shè)計，呈現(xiàn)出具體場景下可交易能源系統(tǒng)的運行方式，并分析了支撐可交易能源系統(tǒng)運行的關(guān)鍵技術(shù)需求與實施難點。
3）經(jīng)過本文相關(guān)的頂層和細(xì)節(jié)設(shè)計，也顯現(xiàn)出目前可交易能源還未涉及的論點，如關(guān)鍵技術(shù)、運行模擬等，將在后續(xù)的研究中進(jìn)一步進(jìn)行。（陳啟鑫, 王克道, 陳思捷, 等）