“雙碳”背景下微網(wǎng)分布式電能交易績效評價(jià)指標(biāo)與方法

王文彬， 鄭蜀江， 范瑞祥， 陳 文， 周世陽

(國網(wǎng)江西省電力有限公司電力科學(xué)研究院，南昌 330096)

能源需求的快速增長與環(huán)境保護(hù)的迫切需求是當(dāng)前阻礙社會(huì)發(fā)展的重要矛盾，氣候變化也成為了人類社會(huì)所共同面臨的重大挑戰(zhàn)之一.2020年，國家主席習(xí)近平在第七十五屆聯(lián)合國大會(huì)上鄭重宣布了中國“碳達(dá)峰、碳中和”的時(shí)間節(jié)點(diǎn)及戰(zhàn)略目標(biāo)，各行業(yè)的綠色低碳轉(zhuǎn)型成為趨勢[1-3].

分布式可再生能源[4]靠近用戶側(cè)，具有裝機(jī)容量小、接入電壓等級低、布局分散、建設(shè)周期短、清潔高效等特點(diǎn)，是實(shí)現(xiàn)電力系統(tǒng)低碳轉(zhuǎn)型的重要手段.然而，分布式能源發(fā)電具有隨機(jī)性與間歇性，易對電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行造成影響，同時(shí)消納率也較低[5].微電網(wǎng)被認(rèn)為是整合分布式能源進(jìn)行電能管理的有效方式，在微電網(wǎng)內(nèi)建立分布式電能交易市場，通過用戶間端對端(Peer-to-Peer，P2P)電能交易[6-7]，可顯著提升分布式能源的消納率，并降低分布式能源并網(wǎng)后對電網(wǎng)運(yùn)行的影響[8]，是推進(jìn)“雙碳目標(biāo)”實(shí)現(xiàn)的重要途徑.

目前針對微網(wǎng)分布式交易市場研究已進(jìn)行較多研究，文獻(xiàn)[9]研究了微網(wǎng)用戶分布式電能交易的報(bào)價(jià)機(jī)制，提出了賬單共享、中間市場及競價(jià)拍賣的市場交易形勢.文獻(xiàn)[10]建立了基于區(qū)塊鏈技術(shù)的分布式交易平臺(tái)，并考慮了分布式能源參與輔助服務(wù)效果.文獻(xiàn)[11]提出了針對互聯(lián)運(yùn)行微電網(wǎng)的控制策略，使其可以在不同電壓水平下運(yùn)行，并且可支撐分布式交易市場中的信息傳輸.文獻(xiàn)[12]研究了分布式交易市場參與主體的競爭關(guān)系，基于合作博弈與聯(lián)盟博弈構(gòu)建市場運(yùn)行機(jī)制.文獻(xiàn)[13]針對分布式能源的協(xié)調(diào)管理問題，提出通過制定分布式電能交易市場的相應(yīng)法規(guī)，實(shí)現(xiàn)對于用戶的激勵(lì)，提升參與市場交易的積極性.上述研究大多集中于分布式電能交易市場機(jī)制設(shè)計(jì)、交易平臺(tái)、信息通信技術(shù)、政策要求等方面，而市場績效評價(jià)指標(biāo)與評價(jià)方法仍鮮有研究.由于分布式交易市場內(nèi)用戶間的端對端電能交易是多邊交易，購電用戶往往會(huì)面對多個(gè)售電用戶，需要篩選出優(yōu)質(zhì)的售電商，從而降低交易風(fēng)險(xiǎn)與購電成本，故引入市場評價(jià)機(jī)制，針對市場交易績效進(jìn)行評估，可促使用戶考慮市場評價(jià)機(jī)制對其交易策略的影響，推動(dòng)分布式發(fā)電市場化交易的良性發(fā)展[14].

在分布式交易市場中，擁有光伏等分布式電源的普通用戶轉(zhuǎn)變?yōu)楫a(chǎn)消者，售電主體的組成更加復(fù)雜，用戶面對的售電差異化極為明顯[15]，采用指標(biāo)評價(jià)方法可有效反映市場運(yùn)行水平與系統(tǒng)技術(shù)方法[16].為建立覆蓋更為全面的分布式交易市場績效評價(jià)指標(biāo)體系，首先分析典型分布式電能市場交易場景.參與分布式交易市場的產(chǎn)消用戶在平臺(tái)上進(jìn)行競價(jià)與報(bào)價(jià)，達(dá)成交易協(xié)議并經(jīng)安全校驗(yàn)確認(rèn)后，下發(fā)交易控制信號，用戶根據(jù)市場出清結(jié)果，進(jìn)行電能的傳輸與交易.由于分布式供應(yīng)電能不能直接在用戶側(cè)使用，故需要安裝相關(guān)設(shè)備進(jìn)行電能裝換.電能路由器是一種基于電力電子技術(shù)與信息技術(shù)的電能變換與能量管控裝置，能控制不同電氣參數(shù)電能之間的靈活變換、傳遞和路由，近年來已逐步在主動(dòng)配電網(wǎng)中進(jìn)行應(yīng)用，因此，本文所考慮分布式電能市場交易場景中以電能路由器作為用戶側(cè)的電能轉(zhuǎn)換裝置.

分布式交易平臺(tái)與電能路由器是支撐分布式交易實(shí)現(xiàn)的重要軟硬件.其中分布式交易平臺(tái)的主要功能是為微網(wǎng)內(nèi)交易雙方提供交易場所，為不同主體間的交易建立起了一個(gè)可信任、穩(wěn)定安全的環(huán)境；而電能路由器可支持用戶進(jìn)行配電網(wǎng)購電或利用分布式能源供電，在輸入側(cè)可連接配電網(wǎng)交流電與分布式電源直流電，輸出側(cè)則轉(zhuǎn)化為用戶正常使用的交流電，支撐用戶的電能交易，保證負(fù)荷的正常使用.因此，為建立覆蓋范圍較為全面的績效評價(jià)指標(biāo)體系，一方面可針對市場參與主體，即微網(wǎng)內(nèi)購、售電用戶進(jìn)行評價(jià)，對交易過程中的供電可靠性、交易誠信度等方面進(jìn)行考察[17-18]，從而對市場中購、售電雙方進(jìn)行約束，也可使評價(jià)較高的交易主體處于競爭中的優(yōu)勢，促進(jìn)市場發(fā)展；另一方面也可針對交易平臺(tái)、電能路由器等軟硬件的用戶隱私維護(hù)、電能控制等[19-20]反映其交易支撐能力的方面進(jìn)行評價(jià)，從而促進(jìn)市場交易軟硬件的更新?lián)Q代，保證交易的穩(wěn)定高效進(jìn)行.

本文針對微網(wǎng)中的分布式電能交易市場，從購、售電雙方交易水平與交易軟硬件市場支撐能力等方面提出多維度的績效評價(jià)指標(biāo)，并對目前國內(nèi)外分布式交易市場評價(jià)方法的研究現(xiàn)狀進(jìn)行了總結(jié)與歸納，最后對分布式電能交易績效評價(jià)關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行分析討論，并對未來研究方向做出展望.

1 分布式交易市場績效評價(jià)指標(biāo)體系

1.1 基本框架

本文以圖1所示的典型分布式電能交易場景為背景進(jìn)行研究.在建立分布式電能交易市場績效評價(jià)指標(biāo)體系時(shí)，需要考慮多維度影響因素，例如各個(gè)指標(biāo)間的相關(guān)性與協(xié)調(diào)性，所提指標(biāo)的全面性，指標(biāo)計(jì)算的實(shí)用簡潔性等，從而提出定性與定量相結(jié)合，具有充分可行性的評價(jià)指標(biāo)體系.分布式電能交易市場中，用戶既是電能消費(fèi)者又是電能供應(yīng)者，因此適用于微網(wǎng)內(nèi)P2P交易市場的績效評價(jià)體系，對整個(gè)市場進(jìn)行交易數(shù)據(jù)的及時(shí)跟蹤與計(jì)算不再是研究重點(diǎn)，而應(yīng)針對市場內(nèi)各交易主體的行為與支撐交易進(jìn)行的能力進(jìn)行評價(jià).同時(shí)，交易市場的順利進(jìn)行還需要交易平臺(tái)與電能路由器等軟硬件為購、售電用戶提供可信任、分布式的智能平臺(tái)以及對各用戶間的電能傳輸進(jìn)行控制，對其運(yùn)行狀態(tài)與服務(wù)水平進(jìn)行評價(jià)也可保證交易的順利進(jìn)行.

圖1 分布式交易市場交易場景示意圖Fig.1 Schematic of trading scenarios in distributed trading market

本文針對市場交易主體與交易支撐軟硬件，構(gòu)建了適用于分布式電能交易市場的績效評價(jià)體系， 通過對指標(biāo)的層層分解，探究分布式交易市場中各參與主體的運(yùn)行情況.通過進(jìn)行市場調(diào)查與歷史數(shù)據(jù)收集引入服務(wù)性指標(biāo)，從電能供應(yīng)能力、售電誠信度及歷史售電評價(jià)的維度考察市場中各個(gè)售電方整體的供電能力.對于購電側(cè)，則主要從購電誠信度與歷史用電評價(jià)兩個(gè)方面評估用電方的市場參與度.對于分布式電能交易平臺(tái)，提出以用戶滿意度、平臺(tái)功能性及平臺(tái)安全性方面為基礎(chǔ)分析其對市場交易的支撐作用.對于電能路由器，則以供應(yīng)電能質(zhì)量、電能轉(zhuǎn)化效率及設(shè)備安全性作為評價(jià)指標(biāo).所建立績效評價(jià)指標(biāo)體系如圖2所示，其評價(jià)周期為參與分布式交易市場至進(jìn)行評價(jià)時(shí)刻.

圖2 面向微網(wǎng)用戶的分布式交易績效評價(jià)指標(biāo)體系Fig.2 Performance evaluation index system of distributed trading for micro-grid users

在評價(jià)結(jié)束后，對于評價(jià)較高的售電用戶，其在交易報(bào)價(jià)過程中將占有優(yōu)先地位，是購電用戶優(yōu)先選擇的交易對象，在較高電能報(bào)價(jià)時(shí)也有較大概率競拍成功，進(jìn)而獲得更大的利益.對于評價(jià)較高的購電用戶，也更有可能以較低的價(jià)格交易成功，節(jié)約更多的用電成本.因此，引入評價(jià)機(jī)制后，分布式交易市場的資源將逐漸向評價(jià)較高的用戶傾斜，這一方面促進(jìn)了交易的順利進(jìn)行，另一方面也規(guī)范了評分較低用戶的自身交易行為.對于交易平臺(tái)與電能路由器，評價(jià)結(jié)果也將指導(dǎo)研發(fā)團(tuán)隊(duì)進(jìn)行針對性的改進(jìn)與升級，從而更好地為微網(wǎng)內(nèi)用戶的分布式交易服務(wù).

1.2 針對售電用戶的績效評價(jià)指標(biāo)

1.2.1電能供應(yīng)能力

(1) 最大可供電量.

對于售電用戶來說，最大可供電量代表了其在交易市場中可提供的最大電量，是衡量其可滿足多少購電用戶需求，體現(xiàn)其電能供應(yīng)能力的重要指標(biāo)，其計(jì)算方法如下：

S1=max (Gt-Ct)，t∈T

(1)

式中：S1為售電用戶最大可供電量；Gt為t時(shí)刻用戶側(cè)生產(chǎn)電能；Ct為t時(shí)刻售電用戶自身用電量；T為分布式交易市場運(yùn)行以來各個(gè)交易時(shí)刻集合.

(2) 供電持續(xù)時(shí)間比率.

分布式電能交易市場中，購電用戶具有電能需求的時(shí)間并不固定，這對售電用戶的供電持續(xù)時(shí)間提出了較高要求，供電持續(xù)時(shí)間越長，代表其越能夠穩(wěn)定地為購電用戶提供服務(wù).其計(jì)算方法如下：

(2)

式中：S2為售電用戶供電持續(xù)時(shí)間比率；Tn為分布式交易市場運(yùn)行以來售電用戶的供電持續(xù)時(shí)間.

(3) 日供應(yīng)電量.

日供應(yīng)電量綜合考量了售電用戶的可供電量與供應(yīng)時(shí)間，以每個(gè)交易日為評價(jià)周期，代表了售電用戶在此周期內(nèi)的市場服務(wù)能力，其計(jì)算方法如下：

(3)

式中：S3為售電用戶日供應(yīng)電量平均值；Td為售電用戶在第d天的供電持續(xù)時(shí)間；(Gt-Ct)d為第d天的可供電量；D為售電用戶參與分布式交易市場的總天數(shù).

1.2.2售電誠信度

(1) 違規(guī)售電率.

在分布式交易市場的運(yùn)行過程中，各個(gè)售電用戶需要將自身可供應(yīng)電量與電能報(bào)價(jià)提供在交易平臺(tái)上，由購電用戶根據(jù)自身需求進(jìn)行選擇.在此過程中，為促進(jìn)市場交易的順利進(jìn)行，保證市場的公平性，需要對諸如惡意抬升或壓低電價(jià)、虛報(bào)可供應(yīng)電量導(dǎo)致交易無法進(jìn)行等擾亂市場交易的行為進(jìn)行制約，因此提出違規(guī)售電率為逆向指標(biāo)，代表售電用戶被交易平臺(tái)認(rèn)定為違規(guī)售電的次數(shù)占總售電次數(shù)的比重，其計(jì)算方法如下：

(4)

式中：S4為售電用戶違規(guī)售電率；Fv為售電用戶違規(guī)售電次數(shù)；Fs為售電用戶總售電次數(shù).

(2) 售電成功率.

售、購電雙方在交易平臺(tái)上完成報(bào)價(jià)與競拍后，售電方根據(jù)競拍結(jié)果為購電方提供相應(yīng)的電能服務(wù)，保證購電用戶的正常負(fù)荷使用，則視為售電成功，因個(gè)人原因無法完成交易的，視為售電失敗，將對購電用戶造成較為嚴(yán)重的影響.其計(jì)算方法如下：

(5)

式中：S5為售電用戶的售電成功率；Fl為售電失敗次數(shù).

(3) 交易偏差電量.

售電用戶能否完全遵照交易平臺(tái)的競拍結(jié)果提供相應(yīng)電能服務(wù)是評判其售電誠信度的重要指標(biāo)，用戶實(shí)際接收的電能與競拍電能的差值即為交易偏差電量，其計(jì)算方法如下：

(6)

式中：S6為交易偏差電量；Qct為t時(shí)刻交易競拍電量；L為傳輸損耗電量.

1.2.3歷史售電評價(jià)

(1) 合作基礎(chǔ).

對于購電用戶來說，與售電用戶的合作基礎(chǔ)建立在彼此的歷史交易次數(shù)上，交易次數(shù)越多、越頻繁的售電方就越有可能是供電可靠程度更高的，為了將相關(guān)屬性量化為具體數(shù)值，對用戶間的合作基礎(chǔ)采用歷史交易次數(shù)進(jìn)行定性分級[21]，見表1.

(2) 用戶滿意度.

用戶滿意度可反映售電用戶所提供的電能服務(wù)在購電用戶內(nèi)心的真實(shí)水平，一般通過問卷調(diào)查的方式向與該售電用戶進(jìn)行交易的所有購電用戶收集獲得，滿意度總分為10分，分?jǐn)?shù)越高代表對該用戶提供電能服務(wù)越滿意.其計(jì)算方法如下：

式中：S8為用戶滿意度；Gm為與該售電用戶進(jìn)行交易的第m名購電用戶滿意度評分；M為與該售電用戶進(jìn)行交易的用戶總?cè)藬?shù).

(3) 歷史成交價(jià)格水平.

根據(jù)歷史交易數(shù)據(jù)對售電用戶的歷史成交價(jià)格進(jìn)行評價(jià)，平均成交價(jià)格越低，對于購電用戶來說購電成本越低.其計(jì)算方法如下：

(8)

式中：S9為歷史成交價(jià)格水平；Wi為第i次成功交易的電能價(jià)格.

(4) 分布式售電電量占發(fā)電量比率.

對于分布式產(chǎn)消用戶，其生產(chǎn)的電能一部分滿足自身電能需求，多余的電能在分布式交易市場中售賣.分布式售電電量占發(fā)電量的比率在一定程度上可反映該售電用戶的專業(yè)程度，其比率越高，意味著該用戶在分布式交易市場中投入越多.其計(jì)算方法如下：

(9)

式中：S10為售電用戶分布式交易電量占發(fā)電量比率.

1.3 針對購電用戶的績效評價(jià)指標(biāo)

1.3.1歷史購電評價(jià)

(1) 合作基礎(chǔ).

分布式電能市場交易是一個(gè)雙向過程，消費(fèi)者選擇供電服務(wù)水平較高的供應(yīng)者時(shí)，供應(yīng)者也可選擇出價(jià)較高、較為可靠的消費(fèi)者.依照交易歷史數(shù)據(jù)，相互交易次數(shù)越多的購電用戶可靠程度也往往越高，因此，以歷史交易次數(shù)作為兩者的合作基礎(chǔ)P1進(jìn)行定性分析，其評價(jià)細(xì)則如表1所示.

(2) 歷史購電價(jià)格水平.

同樣地，購電用戶的歷史成交價(jià)格水平也是售電方考察的重點(diǎn)，其平均成交價(jià)格越高，對于售電方來說獲利也越高.其計(jì)算方法如下：

(10)

式中：P2為購電用戶歷史購電價(jià)格水平；Ek為第k次購電交易成交價(jià)格；Fp為總購電次數(shù).

(3) 分布式購電電量占用電量比率.

微網(wǎng)中的用戶電能需求主要由3部分供給滿足，分別是自身分布式電源供電、分布式交易市場購電與電網(wǎng)購電，分析購電用戶的分布式購電電能占其用電量的比率可以看出其參與分布式交易市場的積極程度.其計(jì)算方法如下：

(11)

式中：P3為購電用戶分布式購電電能占用電量比率；Qt為購電用戶t時(shí)刻在分布式電能交易市場中購買電量；Tp為購電用戶在分布式交易市場購電時(shí)刻集合；Q為購電用戶所用電量.

1.3.2購電誠信度

(1) 違規(guī)購電率.

與售電用戶相同，購電用戶也可能在交易平臺(tái)中存在違規(guī)購電行為，包括竊電、拖延電費(fèi)等行為，擾亂了市場公平與發(fā)展，考察購電用戶的違規(guī)購電率以對其行為進(jìn)行約束.其計(jì)算方法如下：

(12)

式中：P4為購電用戶違規(guī)購電率；Bv為購電用戶違規(guī)購電次數(shù)；Bs為購電用戶在分布式交易市場購電總次數(shù).

(2) 購電終止率.

類似地，購電、售電雙方達(dá)成交易協(xié)議后，購電方因個(gè)人原因終止交易的，視為購電失敗，以購電終止率為逆向指標(biāo)評價(jià)其交易誠信程度.其計(jì)算方法如下：

(13)

式中：P5為購電用戶購電終止率；Bf為購電用戶購電終止次數(shù).

1.4 針對分布式交易平臺(tái)的績效評價(jià)指標(biāo)

1.4.1用戶滿意度

(1) 購電、售電用戶滿意度.

分布式交易平臺(tái)主要為購電、售電雙方提供交易場所，雙方可在交易平臺(tái)上上傳交易信息與報(bào)價(jià)、競拍等，促進(jìn)交易的順利進(jìn)行.因此，通過向參與分布式交易市場的購電、售電用戶發(fā)放調(diào)查問卷，收集其對交易平臺(tái)服務(wù)水平的滿意程度，是對交易平臺(tái)績效評價(jià)的重要指標(biāo).滿意度分?jǐn)?shù)滿分為10分，分?jǐn)?shù)越高代表用戶對交易平臺(tái)越滿意，其計(jì)算方法如下：

(14)

式中：T1為購電、售電用戶對交易平臺(tái)的滿意度；Gr為分布式交易市場中第r位用戶的滿意度評分；R為分布式交易市場的全體用戶人數(shù).

(2) 社會(huì)滿意度.

分布式交易平臺(tái)促進(jìn)了分布式電能市場的發(fā)展，支撐了微網(wǎng)內(nèi)P2P交易的順利進(jìn)行，提升了用戶側(cè)可再生能源就地消納率，對于推動(dòng)“雙碳”目標(biāo)實(shí)現(xiàn)具有重要作用，具有很強(qiáng)的社會(huì)效益.因此，利用微網(wǎng)內(nèi)可再生能源消納率體現(xiàn)其社會(huì)滿意度，其計(jì)算方法如下：

(15)

式中：T2為交易平臺(tái)社會(huì)滿意度；Gzt為t時(shí)刻微網(wǎng)內(nèi)分布式能源實(shí)際供電量；Gl為分布式能源理論供電量.

(3) 電網(wǎng)公司滿意度.

對于電網(wǎng)公司而言，分布式電能交易市場所傳輸電能需要向電網(wǎng)公司上交過網(wǎng)費(fèi)，具體數(shù)額與微網(wǎng)電壓等級、傳輸電量等因素有關(guān).因此，以收取過網(wǎng)費(fèi)數(shù)額反映電網(wǎng)公司滿意度T3，其計(jì)算方法可參考文獻(xiàn)[22].

1.4.2平臺(tái)功能性

(1) 交易成功率.

分布式交易平臺(tái)的首要功能即保證交易的順利進(jìn)行，交易成功率反映了交易平臺(tái)促進(jìn)分布式交易進(jìn)行、提升用戶參與度及制約用戶違規(guī)行為的能力，其計(jì)算方法如下：

(16)

式中：T4為交易平臺(tái)交易成功率；(Fs-Fl)r為第r位用戶的成功售電次數(shù)；Fur為第r位用戶報(bào)價(jià)次數(shù).

(2) 交易操作復(fù)雜性.

產(chǎn)消用戶是分布式交易市場的核心參與主體，交易平臺(tái)操作的難易程度直接影響了其參與分布式交易市場的積極性.因此向微網(wǎng)內(nèi)全體用戶分發(fā)調(diào)查問卷，收集用戶對于平臺(tái)操作復(fù)雜性的評分，滿分為10分，分?jǐn)?shù)越高代表平臺(tái)操作越簡潔.其計(jì)算方法如下：

(17)

式中：T5為交易平臺(tái)操作復(fù)雜性；Cr為第r位用戶對平臺(tái)操作難易程度的評分.

(3) 參與交易規(guī)模.

分布式交易市場中參與用戶越多，購電、售電雙方都擁有更廣泛的交易人群，能源的交易方式也更靈活.同時(shí)，更大的交易電量也對與交易平臺(tái)的管理運(yùn)行控制提出了更高的要求.因此，分布式交易平臺(tái)中能夠承載的交易規(guī)模代表了其能夠提供的電能管理服務(wù)水平.其計(jì)算方法如下：

(18)

(4) 用戶收益.

通過售電獲取收益與通過購電節(jié)約成本是產(chǎn)消用戶參與分布式市場交易的首要目的，因此用戶收益水平是反映分布式交易平臺(tái)功能的重要指標(biāo).其計(jì)算方法如下：

(19)

1.4.3平臺(tái)安全性

(1) 應(yīng)用服務(wù)安全性.

分布式交易平臺(tái)運(yùn)行時(shí)儲(chǔ)存有大量分布式能源的運(yùn)行信息，交易過程中也會(huì)產(chǎn)生大量的市場出清信息與結(jié)算信息，這些重要信息的記錄與防篡改將會(huì)直接影響到交易市場的數(shù)據(jù)安全及用戶利益.因此，對于系統(tǒng)攻擊與信息竊取的防御程度十分重要.通過分布式交易平臺(tái)可防御攻擊程度反映其應(yīng)用服務(wù)安全性T8，并且對其進(jìn)行定性分級，具體評價(jià)細(xì)則見表2.

表2 應(yīng)用服務(wù)安全性T8評價(jià)細(xì)則Tab.2 Evaluation rules for application service security T8

(2) 系統(tǒng)設(shè)計(jì)安全性.

系統(tǒng)平臺(tái)運(yùn)行過程中，常常會(huì)因設(shè)計(jì)時(shí)的缺陷

造成運(yùn)行時(shí)的漏洞，導(dǎo)致交易無法完成，或是交易信息的錯(cuò)誤導(dǎo)致系統(tǒng)崩潰等情況.系統(tǒng)設(shè)計(jì)安全性可通過分布式交易平臺(tái)由于系統(tǒng)漏洞而造成交易無法順利完成的時(shí)間來反映，其計(jì)算方法如下：

(20)

式中：T9為分布式交易平臺(tái)系統(tǒng)設(shè)計(jì)安全性；Te為因系統(tǒng)漏洞而停止運(yùn)行的時(shí)間；Ty為系統(tǒng)總運(yùn)行時(shí)間.

1.5 針對電能路由器的績效評價(jià)指標(biāo)

1.5.1供應(yīng)電能質(zhì)量

(1) 電壓波動(dòng)率.

電能路由器作為保障用戶間傳輸電能穩(wěn)定變換的裝置，對其運(yùn)行績效評價(jià)首先應(yīng)從電能質(zhì)量角度來考察.電壓波動(dòng)大會(huì)引起用戶側(cè)敏感負(fù)荷的非正常運(yùn)行，從而影響用戶的使用體驗(yàn).其計(jì)算方法如下[23-24]：

(21)

(22)

式中：Fu為電壓波功率；Umax為最大電壓有效值；Umin為最小電壓有效值；UN為額定電壓有效值；R1為電能路由器轉(zhuǎn)換的電壓波動(dòng)率平均值；下標(biāo)s表示為第s次電能轉(zhuǎn)換；S為總電能轉(zhuǎn)換次數(shù).

(2) 頻率穩(wěn)定性.

頻率穩(wěn)定同樣是衡量電能質(zhì)量的重要因素，也會(huì)影響到用戶側(cè)負(fù)荷的正常使用.其計(jì)算方法如下：

(23)

(24)

式中：fN為額定頻率；Δf為頻率偏差量；R2為電能路由器的頻率穩(wěn)定性平均值；Sf為頻率穩(wěn)定性.

(3) 電壓諧波畸變率.

微網(wǎng)中含有大量的分布式能源及電力電子設(shè)備，因此波形畸變是影響電能質(zhì)量的重要指標(biāo)，電壓諧波畸變過大將影響用戶側(cè)負(fù)荷運(yùn)行，甚至造成故障.其計(jì)算方法如下[25]：

(25)

(26)

式中：Eu為電壓諧波畸變率；Ui(i=2,3,…,n)為第i次諧波電壓有效值；U1為基波電壓有效值；R3為電壓諧波畸變率平均值.

1.5.2電能轉(zhuǎn)化效率

功率轉(zhuǎn)化效率.電能轉(zhuǎn)化是電能路由器最主要的功能，可將分布式能源生產(chǎn)的電能轉(zhuǎn)化為用戶可直接使用或是進(jìn)行交易的形式，因此其功率轉(zhuǎn)化效率越高，代表電能在轉(zhuǎn)化過程中的損耗越小，用戶在使用或是交易時(shí)所獲得的收益也就越大.其計(jì)算方法如下：

(27)

(28)

式中：Pa為電能轉(zhuǎn)化效率；Po為輸出功率；Pi為輸入功率；R4為電能路由器功率轉(zhuǎn)化效率平均值.

1.5.3設(shè)備安全性

(1) 穩(wěn)定運(yùn)行程度.

硬件設(shè)備在運(yùn)行過程中存在著損耗，作為支撐分布式交易實(shí)現(xiàn)、保證負(fù)荷供電的重要裝置，電能路由器的非故障運(yùn)行時(shí)間反映了其穩(wěn)定性與可靠性.其計(jì)算方法如下：

(29)

式中：R5為電能路由器穩(wěn)定運(yùn)行程度；Tr為其穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)間；Tu為其故障時(shí)間.

(2) 工作溫度范圍.

電能路由器在進(jìn)行能量轉(zhuǎn)化時(shí)，通過的大量電流可能會(huì)引起設(shè)備的長時(shí)間發(fā)熱.同時(shí)，安裝在用戶側(cè)的電能路由器也需要面臨環(huán)境溫度的不斷變化.因此，具有較寬的工作溫度范圍對于電能路由器的安全運(yùn)行十分重要.其計(jì)算方法如下：

R6=Tmax-Tmin

(30)

式中：R6為電能路由器工作溫度范圍；Tmax為其最高允許工作溫度；Tmin為其最低允許工作溫度.

(3) 維護(hù)成本.

電能路由器的設(shè)備維護(hù)成本需要從兩方面考慮，一方面是每個(gè)周期內(nèi)的常規(guī)設(shè)備檢修，另一方面是出現(xiàn)故障之后需要進(jìn)行的特殊設(shè)備檢修.其計(jì)算方法如下：

R7=Cm+KCs

(31)

式中：R7為電能路由器維修成本；Cm為常規(guī)設(shè)備檢修成本；K為設(shè)備故障次數(shù)；Cs為故障后設(shè)備檢修成本.

2 分布式電能交易績效評價(jià)方法

分布式電能交易績效評價(jià)是通過設(shè)置體現(xiàn)分布式電能交易效果的多層次、多維度評價(jià)指標(biāo)，再利用一定的評價(jià)方法綜合考慮所提的系列分布式電能交易指標(biāo)，最終得出定量評價(jià)結(jié)論的過程.評價(jià)方法的選擇與應(yīng)用則是系列指標(biāo)設(shè)置之外分布式電能交易績效評價(jià)的第二部分核心內(nèi)容，是對已設(shè)置的系列指標(biāo)進(jìn)行綜合考量，將系列指標(biāo)值轉(zhuǎn)化為定性或定量評價(jià)結(jié)論的過程.

傳統(tǒng)的評價(jià)方法主要分為兩類，分別是主觀評價(jià)法與客觀評價(jià).常用的主觀評價(jià)法一般通過某種方法主觀確定指標(biāo)權(quán)重，然后進(jìn)行計(jì)算分析得出評價(jià)，主要包括層次分析法、專家咨詢法等.文獻(xiàn)[26]通過構(gòu)造判斷矩陣、層次排序及一致性檢驗(yàn)等步驟，利用層次分析法對所提包含4層32個(gè)指標(biāo)的配電網(wǎng)指標(biāo)體系進(jìn)行分析計(jì)算得到最終綜合分值，詳細(xì)全面地反映了配電網(wǎng)能效水平.文獻(xiàn)[27]提出基于直覺模糊層次分析法，通過構(gòu)建反映屬性間重要性的直覺判斷矩陣，然后利用直覺模糊數(shù)運(yùn)算獲取指標(biāo)權(quán)重，通過得分函數(shù)對綜合評價(jià)進(jìn)行打分得到最終電網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)評價(jià)結(jié)果.文獻(xiàn)[28]通過9位標(biāo)度法構(gòu)造指標(biāo)判斷矩陣，進(jìn)行指標(biāo)判斷矩陣的層次單排序及一致性判斷，最后由專家根據(jù)經(jīng)驗(yàn)直接干預(yù)權(quán)重設(shè)置，得到電力用戶典型供電模式評價(jià)結(jié)果.文獻(xiàn)[29]針對用戶側(cè)分布式電源參與電力市場情況，設(shè)置3層指標(biāo)體系，采用主觀評價(jià)的方式獲取最終評價(jià)結(jié)果.

客觀評價(jià)法則是通過一定的數(shù)學(xué)理論計(jì)算獲取系列指標(biāo)的權(quán)重，進(jìn)一步計(jì)算分析給出評價(jià)結(jié)果，主要包括熵權(quán)法、主成分分析法等.文獻(xiàn)[30]針對熵權(quán)法在熵值都接近1時(shí)熵權(quán)變化劇烈導(dǎo)致的信息傳遞錯(cuò)誤問題，提出一種改進(jìn)熵權(quán)法計(jì)算指標(biāo)的綜合權(quán)重，并通過神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)快速計(jì)算獲取電能質(zhì)量評估結(jié)果.文獻(xiàn)[31]針對主成分分析法在評估過程中面對高維指標(biāo)的局限性問題，保留指標(biāo)數(shù)據(jù)間離散程度差異，提取對評價(jià)起主要影響作用的成分，降低指標(biāo)體系維數(shù)，實(shí)現(xiàn)對火電機(jī)組綜合評價(jià).文獻(xiàn)[32]將云模型、物元可拓理論、理想點(diǎn)法和熵優(yōu)化算法相結(jié)合，對電力市場運(yùn)行健康評價(jià)指標(biāo)體系的五大類16個(gè)指標(biāo)進(jìn)行綜合評價(jià).文獻(xiàn)[33]針對電力交易市場的自由化后市場參與者關(guān)注的相關(guān)成本分配問題，采用熵權(quán)法對不同的成本分配方案進(jìn)行綜合評價(jià).

但是傳統(tǒng)的主觀評價(jià)法與客觀評價(jià)法均具有不可回避的弊端，主觀評價(jià)法通過人為設(shè)置權(quán)重對指標(biāo)綜合計(jì)算后得出評價(jià)結(jié)論，其評價(jià)結(jié)果體現(xiàn)的是個(gè)人或群體的主觀意愿，客觀公平性較差；而客觀評價(jià)法則一般過度依賴?yán)碚?，得出的結(jié)論大概率忽略了隱性評價(jià)目的，而且多數(shù)客觀評價(jià)法的理論正確性得不到有效證明.而分布式電能交易績效評價(jià)需要考慮系統(tǒng)側(cè)、用戶側(cè)、技術(shù)支持方等多個(gè)層面，經(jīng)濟(jì)性、可靠性、安全性等多個(gè)角度，需要考慮的指標(biāo)因素更復(fù)雜，多樣，應(yīng)用單一傳統(tǒng)評價(jià)方法的弊端更加凸顯.因此，傳統(tǒng)的主觀評價(jià)法與客觀評價(jià)法已經(jīng)不再適合作為新興分布式電能交易績效評價(jià)的評價(jià)方法.

為了能夠得出更加合理的評價(jià)結(jié)果，近年來一些評價(jià)方面的研究不再直接使用主觀評價(jià)法或客觀評價(jià)法，而是將主觀評價(jià)法與客觀評價(jià)法相結(jié)合，避免單獨(dú)使用某種方法時(shí)的弊端，使評價(jià)方法既不會(huì)忽略隱性評價(jià)目的，還具有一定的客觀公正性，這對分布式電能交易績效評價(jià)方法的設(shè)計(jì)具有參考意義.文獻(xiàn)[34]分別采用了層次分析法確定基礎(chǔ)權(quán)重、采用相關(guān)系數(shù)法確定相關(guān)性權(quán)重、用熵權(quán)法確定熵權(quán)重，最后利用矩陣計(jì)算方法合成指標(biāo)最終權(quán)重，該綜合評價(jià)模型綜合利用多種評價(jià)方法，實(shí)現(xiàn)對廣東電力市場的客觀、全面評估.文獻(xiàn)[35]通過乘積方根法對準(zhǔn)則層的指標(biāo)賦權(quán)，通過均方差賦權(quán)法對方案層的指標(biāo)賦權(quán)，并且利用灰色關(guān)聯(lián)度法和模糊綜合評價(jià)法結(jié)合的方式進(jìn)行橫向與縱向綜合評價(jià)，實(shí)現(xiàn)了對我國電力市場交易的綜合評價(jià)，并通過云南電力市場實(shí)際數(shù)據(jù)驗(yàn)證所提評價(jià)方法的有效性.文獻(xiàn)[36]考慮了定性指標(biāo)與定量指標(biāo)、主觀賦權(quán)與客觀賦權(quán)，融合利用層次分析法、相關(guān)系數(shù)法、熵權(quán)法、證據(jù)推理等方法分別求解了指標(biāo)權(quán)重并最終合成，提出了一種全新的電力市場綜合評價(jià)方法.文獻(xiàn)[37]采用了層次分析法、灰色關(guān)聯(lián)分析、多目標(biāo)優(yōu)化比率分析和逼近理想解排序法技術(shù)結(jié)合的方法，對13家公司的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，得出最終投資評價(jià)結(jié)果.文獻(xiàn)[38]在中國電力體制改革的背景下，將層次分析法和熵權(quán)法相結(jié)合，對電力市場監(jiān)管的評價(jià)指標(biāo)體系進(jìn)行處理得到最終評價(jià)結(jié)論.作為一項(xiàng)新興技術(shù)，分布式電能交易相較于傳統(tǒng)電力市場交易呈現(xiàn)一種去中心化的特點(diǎn)，這同時(shí)也為分布式電能交易績效評價(jià)帶來了利益主體眾多導(dǎo)致的評價(jià)結(jié)果難以被普遍接受的問題.因此，在借鑒現(xiàn)有電力市場交易評價(jià)方法的同時(shí)，分布式電能交易績效評價(jià)方法既要避免客觀公正性不足，也要充分考慮各項(xiàng)指標(biāo)，盡量避免客觀評價(jià)理論指標(biāo)數(shù)據(jù)降維處理過程中的信息丟失問題.

3 分布式電能交易績效評價(jià)關(guān)鍵技術(shù)展望

基于對相關(guān)學(xué)術(shù)論文、研究項(xiàng)目和工程實(shí)踐的綜合分析，以及對目前分布式能源交易市場的評價(jià)指標(biāo)和評價(jià)方法進(jìn)行梳理，目前針對分布式能源交易的評價(jià)體系吸引了越來越多的研究和探討.但是，大多數(shù)研究主要針對能源交易市場機(jī)制設(shè)計(jì)、交易平臺(tái)兩大方面進(jìn)行研究.要進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)分布式能源交易市場的穩(wěn)定運(yùn)行，必須要充分考慮到售電方、購電方、配電網(wǎng)、市場協(xié)調(diào)者之間的互動(dòng)銜接，以及各方內(nèi)部不確定性因素的影響，形成相互制約、優(yōu)勝劣汰、公平透明的市場交易機(jī)制[39].為此，可以從以下幾個(gè)方面構(gòu)建起市場評價(jià)機(jī)制.

(1) 分布式能源交易綜合評價(jià)指標(biāo)體系.在評價(jià)指標(biāo)體系構(gòu)建時(shí)，應(yīng)突破傳統(tǒng)電力市場單向運(yùn)行、自然壟斷和規(guī)模效應(yīng)的特點(diǎn)，充分考慮分布式能源的雙向運(yùn)行以及可再生能源間歇性、隨機(jī)性和靈活性的特點(diǎn).評價(jià)指標(biāo)體系需要涵蓋分布式能源供用能的用能質(zhì)量、可靠性、配電網(wǎng)損耗、互動(dòng)性、經(jīng)濟(jì)性(如財(cái)務(wù)評價(jià)指標(biāo)、系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)性、能源經(jīng)濟(jì)性、成本效率)、公平性(弱勢用戶的利益保障)、安全性、用戶滿意度以及社會(huì)效益(如低碳環(huán)保、用戶舒適)等多個(gè)方面[40-43].指標(biāo)定義將體現(xiàn)可測度、可分析和可比較的要求.例如，供電可靠性指標(biāo)將體現(xiàn)于分布式電能交易市場平臺(tái)、售電方的設(shè)備運(yùn)行可靠程度與系統(tǒng)持續(xù)供電的能力，可以分為設(shè)備軟硬件可靠性和系統(tǒng)可靠性評估兩個(gè)層面，包括平均故障停電時(shí)間、平均停電頻率、系統(tǒng)電力不足期望值等基礎(chǔ)性指標(biāo)[44].互動(dòng)性指標(biāo)(需求側(cè)互動(dòng)性指標(biāo))則用于反映分布式電能交易中用戶側(cè)與微網(wǎng)系統(tǒng)、售電側(cè)與微網(wǎng)系統(tǒng)、用戶側(cè)與售電側(cè)的互動(dòng)水平，可體現(xiàn)為“用電方-交易平臺(tái)”“售電方-交易平臺(tái)”“用電方-售電方”之間的互動(dòng)程度及其對能效提升、清潔能源占比提高等的貢獻(xiàn)程度.包括削峰填谷、頻率響應(yīng)、電壓支撐、分布式電源即插即用能力(分布式能源接入能力)、智能電表普及度等.用戶滿意度指標(biāo)由對一定范圍內(nèi)用戶的投票經(jīng)折算后得到，用來反映購電方在用電過程中對售電方提供電能的質(zhì)量和穩(wěn)定性，提供服務(wù)的滿意度，以及用戶對端對端能源交易中，針對集中式市場和分散式/分布式市場提供服務(wù)水平、用戶隱私維護(hù)、用戶自治性等方面的滿意度[45].

(2) 績效評價(jià)指標(biāo)計(jì)算方法.在指標(biāo)計(jì)算時(shí)，存在如運(yùn)行成本、投資回報(bào)率一類的可量化指標(biāo)，如用戶滿意度、舒適度一類的難以量化指標(biāo)，以及如環(huán)保、公平一類的不可量化指標(biāo).針對這3類指標(biāo)的不同性質(zhì)，應(yīng)采用主客觀綜合評價(jià)的思路協(xié)調(diào)考慮，對難以量化和不可量化的指標(biāo)進(jìn)行模糊分析、區(qū)間計(jì)算等處理方法，可解決此類不確定性問題.

(3) 基于數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的評價(jià)方法.在現(xiàn)實(shí)中，分布式能源交易是一個(gè)非常復(fù)雜的行為過程，包括可再生能源存在很大的隨機(jī)性和間歇性、用戶行為決策具有很強(qiáng)的不確定性以及市場機(jī)制的不穩(wěn)定性等，因此，很難建立能夠準(zhǔn)確表征系統(tǒng)狀態(tài)的機(jī)理模型.得益于能源互聯(lián)網(wǎng)中分布式能源的大量接入，用戶與用戶、用戶與配電網(wǎng)之間的數(shù)據(jù)觸點(diǎn)不斷豐富，各方融合趨勢不斷加強(qiáng)，同時(shí)，考慮到分布式能源系統(tǒng)中存在一部分難以量化和不可量化的指標(biāo)，可將基于大數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)應(yīng)用在分布式能源網(wǎng)絡(luò)中[46-47].相比于傳統(tǒng)的流程驅(qū)動(dòng)，將來源于生產(chǎn)過程中大量的客觀歷史、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)作為新型生產(chǎn)要素(或生產(chǎn)資料)，利用數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)實(shí)現(xiàn)分布式能源各方數(shù)據(jù)的融合，建立起更加全面的評估體系，不斷優(yōu)化低效問題環(huán)節(jié)，能夠克服主觀評價(jià)帶來的局限性和片面性，有效解決建模仿真中的精確度問題.

4 結(jié)論

分布式能源交易作為有望同時(shí)實(shí)現(xiàn)能源安全、能源平等、能源可持續(xù)3個(gè)目標(biāo)的重要突破口，該領(lǐng)域已在全球?qū)W術(shù)界、工業(yè)界引起了廣泛的關(guān)注和討論.綜合評價(jià)作為衡量分布式能源交易技術(shù)先進(jìn)性、決策合理性、經(jīng)驗(yàn)可推廣性的主要手段，能夠在分布式能源交易市場中起到優(yōu)勝劣汰、提質(zhì)增效的重要作用.

針對微網(wǎng)內(nèi)分布式電能交易市場績效評價(jià)進(jìn)行研究，首先針對分布式交易市場評價(jià)指標(biāo)短缺，覆蓋面較小的現(xiàn)狀，提出了面向市場參與主體及交易支撐軟硬件的績效評價(jià)指標(biāo)體系，從電能供應(yīng)能力、購電誠信度、平臺(tái)安全性、電能轉(zhuǎn)化效率等方面進(jìn)行多維度的綜合績效評價(jià)，并且以主、客觀方法為重點(diǎn)總結(jié)梳理了電能交易市場評價(jià)方法的研究現(xiàn)狀.之后從績效指標(biāo)體系、指標(biāo)計(jì)算方法及綜合評價(jià)方法3個(gè)方面對分布式電能交易市場關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了分析討論.經(jīng)過對績效評價(jià)指標(biāo)體系的建立與對國內(nèi)外分布式交易市場評價(jià)方法的研究現(xiàn)狀進(jìn)行總結(jié)歸納，目前分布式能源交易市場綜合評價(jià)體系研究存在以下可改進(jìn)之處.

(1) 分布式能源交易市場評價(jià)方法受到評價(jià)主觀性以及外部不確定性影響顯著，現(xiàn)有改進(jìn)方法雖在一定程度上緩解了這種影響，但方法的適用性仍受到改進(jìn)效果、指標(biāo)復(fù)雜度、樣本數(shù)量等因素的制約.

(2) 分布式能源交易市場中，在建立經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)、社會(huì)性評價(jià)指標(biāo)過程中較多關(guān)注單一的某側(cè)，未考慮分布式能源市場“售電方-配電網(wǎng)-購電方”多環(huán)節(jié)協(xié)同帶來的整體效益，無法充分體現(xiàn)分布式能源交易市場的特點(diǎn).

(7)

表1 合作基礎(chǔ)S7評價(jià)細(xì)則
Tab.1 Evaluation rules of cooperation basisS7

歷史交易次數(shù)評價(jià)0～30最低31～50很低51～100一般101～200很高>200最高

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