面向分布式主體的可交易能源系統(tǒng)：體系架構、機制設計與關鍵技術
研究背景
可交易能源(TransactiveEnergy)機制被定義為“一套通過經濟手段和控制手段，以價值為參數(shù)調節(jié)系統(tǒng)全局供需動態(tài)平衡的電力系統(tǒng)運行機制”。其概念提出是為了進一步促進供需互動，維護系統(tǒng)平衡，而現(xiàn)有的市場機制下，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，配售側交易的價值響應特性和供需調節(jié)能力弱，也沒有能夠激發(fā)分布式電源參與市場；當前對可交易能源的研究也沒有聚焦到配售側，體現(xiàn)參與主體的分布式特性，對交易缺乏具體的設計描述，研究較為概念化。
因此，在政策導向、用戶需求和技術支撐的背景下，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)的體系構建、具體的交易關系梳理與機制設計，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)和生產型消費者(prosumer)兩種，生產型消費者即具備分布式電源，對于生產型消費者，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)層面與其他成員進行交易；同時作為用戶參與批發(fā)市場進行交易的代理商。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，收取配電費用，擁有配網(wǎng)資產，負責配網(wǎng)規(guī)劃、建設、維護等。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還具備安全預警發(fā)布、臨時交易剪裁和關閉交易等權責。
2.2可交易能源系統(tǒng)的交易機制
可交易能源系統(tǒng)擁有一個扁平、去中心化的配售側交易架構，交易行為在一個去中心化的公共交易平臺上自主達成并自動執(zhí)行，如圖1所示。
圖1可交易能源系統(tǒng)的交易架構
在該交易架構下，各類交易主體的交易行為包括但不限于：
1）生產型消費者擁有分布式電源，可以提交其富余的生產能力，將發(fā)電余量在平臺上出售。
2）具備儲能的生產型消費者享有對自身儲能的控制權，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行能量或容量交易對偏差進行調節(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、減少重載設備運行壓力、減少網(wǎng)損等目標。此類需求也將可以轉化為具體的交易標的（服務類），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)布降負荷請求等。
6）其他增值服務以及一些可轉讓的金融合約等，也可以在交易平臺上進行交易。
由此，在該交易機制下，交易是去中心化的，交易雙方可以自由選擇交易的達成，不需要經過第三方審核；交易標的是多樣化的；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濟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，生產型消費者利用實時監(jiān)測數(shù)據(jù)，綜合發(fā)電預測、負荷預測、儲能預測與實時電價預測的結果做出交易決策，交易的時間、功率等要素確定后，以標價掛牌方式向交易平臺上其他成員提出交易請求，該類型交易按照標準化的格式發(fā)起；人工發(fā)起交易隨機性較高，個性化因素較多，如售電商偏差調節(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準格式發(fā)出，以得到自動化回應。
2）交易的確認
在交易的確認環(huán)節(jié)，也區(qū)分出自動確認和人工確認兩大類。對于標準格式發(fā)出的交易請求，智能決策系統(tǒng)能夠結合自身信息做出自動回復，交易的發(fā)起方在收到多個回復時，參照時間優(yōu)先、價格優(yōu)先等原則進行自動確認；對于非標準格式發(fā)出的交易請求，需要經過人為決策作出回復，交易也可能要經過雙方多次的協(xié)商才能得到最終確認。一旦交易經過確認，將自動轉換為標準合約。合約包含交易的時間、交易的內容等，由交易雙方自動存儲，以備交易驗證和最終結算。
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、智能用電設備的運行狀態(tài)、輸出/消耗功率等物理量進行控制，嚴格按照已確認的標準交易合約內容，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、時間等關鍵指標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，最終將評定結果自動存儲。評定結果也可以作為成員信用等級的判定標準，在可交易能源系統(tǒng)引入信用體系和懲罰機制后，進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，在本文中我們假設為實時電價收購；可交易能源機制下，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)有機制相比，成員在可交易能源機制下有獲利的空間：
1）對于生產型消費者，當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成交易；當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成交易。由于銷售電價通常高于實時電價，生產型消費者收入得到提升。
2）對于普通消費者，當實時電價低于菜單電價時，可以從其他生產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，當實時電價高于銷售電價時，有可能從其他生產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整偏差，滿足其風險規(guī)避需求。
4）對于配網(wǎng)運營商，可交易能源機制下可以通過交易滿足其各種輔助服務需求。
3可交易能源系統(tǒng)的支撐技術
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，均需要各類先進設備和技術的支撐。包括但不局限于以下幾類：
1）精準預測技術：可交易能源系統(tǒng)中許多決策的制定都是基于預測值，由于交易大多為實時和短期的，提供超短期和短期精準預測值能有效提升交易的可靠性、平衡調節(jié)的準確性等。
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)點供需預測值等參數(shù)輸入下，以自身經濟優(yōu)化為目標制定交易計劃，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，如按照交易內容控制功率流的流動時間、方向、大小等。
4）智能監(jiān)測技術：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)行的結論。
6）區(qū)塊鏈技術：網(wǎng)絡不具備中央服務器，所有節(jié)點平權，具備可追溯性、強壯性，能為可交易能源平臺提供底層技術支持。
7）配網(wǎng)運行控制技術：配網(wǎng)運營商需要對系統(tǒng)運行進行監(jiān)測，能夠實現(xiàn)配網(wǎng)實時的運行控制、拓撲重構與降損分析，并在違背安全約束時進行交易削減或采取其他措施。
4結語
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，互為支撐。符合新經濟下共享、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系梳理與機制設計，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)運行的關鍵技術需求與實施難點。
3）經過本文相關的頂層和細節(jié)設計，也顯現(xiàn)出目前可交易能源還未涉及的論點，如關鍵技術、運行模擬等，將在后續(xù)的研究中進一步進行。（陳啟鑫, 王克道, 陳思捷, 等）