基于互信共識(shí)標(biāo)識(shí)的縣域屋頂光伏消納交易策略

唐冬來(lái)，倪平波，李 玉，黃振宇，劉友波，黃 璞

（1. 四川中電啟明星信息技術(shù)有限公司，四川省 成都市 610074；2. 四川大學(xué)電氣工程學(xué)院，四川省 成都市 610065）

0 引言

近年來(lái)，中國(guó)國(guó)家能源局啟動(dòng)了縣域屋頂光伏（roof-mounted photovoltaic，RPV）的試點(diǎn)建設(shè)工作，以引導(dǎo)居民綠色用能，輔助電網(wǎng)削減尖峰負(fù)荷［1］。RPV 具有發(fā)電裝機(jī)容量小、數(shù)量多等特點(diǎn)［2-3］，通過(guò)0.4 kV 配電網(wǎng)接入所在配電臺(tái)區(qū)，其發(fā)電功率在臺(tái)區(qū)內(nèi)就地消納。單一縣域內(nèi)，各配電臺(tái)區(qū)的負(fù)荷特性不盡相同，造成RPV 消納率參差不齊［4-5］，影響了RPV 運(yùn)營(yíng)商收益。因此，探索RPV 的就地交易模式、提升RPV 消納水平，有助于提高RPV 運(yùn)營(yíng)商收益。

限制RPV 消納水平的要素在于跨配電臺(tái)區(qū)消納的電能交換技術(shù)難度大、成本高，且配電臺(tái)區(qū)內(nèi)消納缺乏用戶激勵(lì)手段?，F(xiàn)有研究通常采用配電網(wǎng)協(xié)同控制和動(dòng)態(tài)交易價(jià)格調(diào)節(jié)兩類消納方法。

配電網(wǎng)協(xié)同控制方法通過(guò)在低壓配電網(wǎng)中配置電力電子變壓器、儲(chǔ)能裝置，并計(jì)及光伏出力波動(dòng)負(fù)荷時(shí)序、儲(chǔ)能配置等因素，實(shí)現(xiàn)對(duì)配電網(wǎng)設(shè)備間的優(yōu)化協(xié)同控制，提高RPV 消納水平［6-9］。文獻(xiàn)［10-11］通過(guò)在多個(gè)配電變壓器間設(shè)置電力電子變壓器互聯(lián)或聯(lián)絡(luò)開關(guān)切換，實(shí)現(xiàn)跨變壓器的光伏互濟(jì)消納。上述方法僅能實(shí)現(xiàn)鄰近配電臺(tái)區(qū)的RPV 消納，改造成本較高。中國(guó)RPV 建設(shè)受光伏扶貧補(bǔ)貼影響，注重光伏發(fā)電設(shè)備而忽視電力電子設(shè)備的建設(shè)［12］，難以實(shí)現(xiàn)配電臺(tái)區(qū)RPV 消納協(xié)同控制。

動(dòng)態(tài)交易價(jià)格調(diào)節(jié)方法是由RPV 運(yùn)營(yíng)商設(shè)計(jì)RPV 電力供需雙方交易規(guī)則，通過(guò)RPV 動(dòng)態(tài)定價(jià)和用電策略，以價(jià)格信號(hào)激勵(lì)用戶使用RPV 發(fā)電電量。文獻(xiàn)［13］提出了一種基于長(zhǎng)短期記憶網(wǎng)絡(luò)的RPV 定價(jià)策略，通過(guò)動(dòng)態(tài)定價(jià)促使建筑用戶提高光伏消納比例。文獻(xiàn)［14］提出了一種基于零售定價(jià)機(jī)制的RPV 消納方法，通過(guò)RPV 電價(jià)水平和市場(chǎng)反饋的情況動(dòng)態(tài)修訂零售電價(jià)，以激勵(lì)用戶增加RPV電力使用比例。文獻(xiàn)［15］提出了一種雙階梯式光伏定價(jià)模型，通過(guò)拉姆齊原理構(gòu)建了RPV 發(fā)電、用電客戶和零售商之間的購(gòu)售電模型，通過(guò)價(jià)格調(diào)節(jié)提高RPV 消納水平。文獻(xiàn)［16］通過(guò)價(jià)格型需求響應(yīng)對(duì)RPV 的發(fā)電方定價(jià)，調(diào)動(dòng)RPV 電量交易雙方的積極性，以提高RPV 消納水平。由此可見，動(dòng)態(tài)交易價(jià)格調(diào)節(jié)方法多樣，且取得了一定的效果，但上述研究未按類別對(duì)不同的RPV 發(fā)電方進(jìn)行分類動(dòng)態(tài)定價(jià)，未設(shè)置用電客戶的優(yōu)惠策略，在實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中交易雙方激勵(lì)仍顯不足，RPV 消納水平有限。

本文所提策略在動(dòng)態(tài)交易價(jià)格的基礎(chǔ)上，細(xì)化了RPV 用戶類型的交易激勵(lì)需求，設(shè)計(jì)了一套基于互信共識(shí)標(biāo)識(shí)積分的RPV 交易體系。RPV 運(yùn)營(yíng)商根據(jù)RPV 客戶聚類結(jié)果劃分等級(jí)和激勵(lì)措施，在RPV 交易過(guò)程中動(dòng)態(tài)調(diào)整電價(jià)，并給予高等級(jí)RPV客戶電價(jià)優(yōu)惠，提高RPV 客戶參與交易的積極性。

1 縣域RPV 消納交易流程

1.1 互信共識(shí)標(biāo)識(shí)的基本原理

互信共識(shí)標(biāo)識(shí)是一種互聯(lián)網(wǎng)信用積分激勵(lì)模式。RPV 運(yùn)營(yíng)商在現(xiàn)有RPV 發(fā)電客戶報(bào)價(jià)的基礎(chǔ)上，考慮了不同類型RPV 發(fā)電、用電客戶的交易感受和個(gè)性化需求，在交易雙方信用積分等級(jí)的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)多類型的RPV 基準(zhǔn)電價(jià)浮動(dòng)。在RPV 發(fā)電、用電客戶交易過(guò)程中，通過(guò)互信共識(shí)標(biāo)識(shí)獲取RPV 發(fā)電、用電客戶的信用積分等級(jí)，并基于該等級(jí)實(shí)施RPV 基準(zhǔn)電價(jià)浮動(dòng)，給予用電客戶高收益。

1.2 光伏消納交易流程

本文設(shè)計(jì)的縣域RPV 消納交易模式中，RPV直接接入0.4 kV 配電網(wǎng)，并在單臺(tái)配電變壓器消納RPV 上網(wǎng)電量。在RPV 網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中，發(fā)電客戶側(cè)安裝獨(dú)立電表，用于統(tǒng)計(jì)RPV 上網(wǎng)電量；配電變壓器側(cè)安裝智能融合終端，用于互信認(rèn)證、RPV電量統(tǒng)計(jì)等邊緣計(jì)算。由于縣域光伏扶貧資金僅針對(duì)RPV 發(fā)電設(shè)備給予補(bǔ)貼，本文不考慮儲(chǔ)能的情況。所提方法的交易流程圖如圖1 所示。

圖1 縣域RPV 消納交易流程圖Fig.1 Flow chart of RPV accommodation transaction for county area

首先，對(duì)RPV 發(fā)電、用電客戶的特征進(jìn)行聚類分析，獲得RPV 發(fā)電、用電客戶的分類。接著，對(duì)RPV 發(fā)電、用電客戶進(jìn)行貢獻(xiàn)度分析，獲得初始積分和等級(jí)。然后，RPV 運(yùn)營(yíng)商根據(jù)RPV 發(fā)電客戶發(fā)布的交易信息進(jìn)行收益綜合分析，判斷當(dāng)次交易是否執(zhí)行信用積分等級(jí)電價(jià)。若執(zhí)行信用積分等級(jí)電價(jià)，則基于互信共識(shí)標(biāo)識(shí)分析RPV 交易雙方的收益，制定基準(zhǔn)交易電價(jià)、積分等級(jí)電價(jià)可調(diào)因子、偏差考核標(biāo)準(zhǔn)；若不執(zhí)行信用積分等級(jí)電價(jià)，則直接制定基準(zhǔn)交易電價(jià)。在此基礎(chǔ)上進(jìn)行RPV 交易，若RPV 發(fā)電、用電客戶按照最優(yōu)交易策略進(jìn)行發(fā)電和用電，則增加交易雙方客戶的信用積分；若未按照最優(yōu)交易策略進(jìn)行發(fā)電和用電，則計(jì)算發(fā)電、用電計(jì)劃偏差，并扣減相應(yīng)的信用積分。為避免RPV 客戶達(dá)到一定的信用等級(jí)后參與度降低，在執(zhí)行交易結(jié)算時(shí)，針對(duì)不同信用等級(jí)的RPV 交易雙方，采用積分扣減的方式，補(bǔ)貼RPV 交易雙方收益。最后，調(diào)整RPV 交易雙方信用等級(jí)。

2 縣域RPV 消納交易模型

2.1 RPV 客戶分類

2.1.1 RPV 發(fā)電、用電客戶分類

在縣域配電臺(tái)區(qū)中，同一配電變壓器內(nèi)有居民、一般工商業(yè)、普通工業(yè)等多種類型的用電客戶［17］。部分客戶既是用電客戶也是RPV 發(fā)電客戶，這些用電客戶在“自發(fā)自用”的同時(shí)，也將富余電量上網(wǎng)交易［18］。不同類型的RPV 用電客戶在用電時(shí)間、用電價(jià)格等方面敏感度差異較大［19］。為提高RPV 用電客戶分類的準(zhǔn)確性，采用聚類方法按照RPV 客戶的用電負(fù)荷曲線、RPV 自用電曲線、RPV 外購(gòu)電曲線、日總用電量、RPV 自用日電量、RPV 日購(gòu)電量、RPV 客 戶 網(wǎng) 齡、RPV 上 網(wǎng) 活 躍 度、RPV 用 電 活 躍度、RPV 信 用、RPV 發(fā) 電 曲 線、RPV 日 發(fā) 電 量 進(jìn) 行用電和發(fā)電聚類，RPV 用電特征指標(biāo)選取如表1所示。

表1 RPV 客戶特征指標(biāo)Table 1 Indices of RPV customer characteristics

近鄰傳播（affinity propagation，AP）聚類通過(guò)在多個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)之間不斷進(jìn)行相似度聚類，以歐氏距離相同的數(shù)據(jù)點(diǎn)構(gòu)成相似度矩陣，并選出聚類中心。該方法具有無(wú)須指定聚類數(shù)量、聚類結(jié)果平方誤差小的優(yōu)勢(shì)，但AP 聚類在處理多維度數(shù)據(jù)時(shí)耗時(shí)較長(zhǎng)［20-21］。因此，本文選用改進(jìn)AP 聚類方法對(duì)RPV發(fā)電、用電客戶進(jìn)行分類時(shí)，對(duì)AP 聚類中相似度矩陣的偏向參數(shù)進(jìn)行調(diào)優(yōu)，以提升AP 聚類的效率。

改進(jìn)AP 聚類相似度矩陣的偏向參數(shù)Rab為：

式中：jda為RPV 客戶特征指標(biāo)參數(shù)la、lb的離散特征值；jdb為RPV 客戶特征指標(biāo)參數(shù)la、lb的特征指標(biāo)距離，其中RPV 客戶特征指標(biāo)距離用歐氏距離計(jì)算；?為RPV 客戶特征權(quán)重系數(shù)，其初始值根據(jù)縣域RPV 行業(yè)協(xié)會(huì)公布的典型值確定。

設(shè) 數(shù) 據(jù) 點(diǎn)i處RPV 客 戶 特 征 指 標(biāo) 參 數(shù)la，i、lb，i之間對(duì)應(yīng)的相似點(diǎn)個(gè)數(shù)為na，則式（1）中的離散特征值jda為：

偏向參數(shù)Rab的取值與AP 聚類結(jié)果的數(shù)目有關(guān)，對(duì)其進(jìn)行調(diào)優(yōu)選擇可有效減少模型的迭代次數(shù)，提高AP 聚類精度。

Davies-Bouldin（DB）指標(biāo)是一種評(píng)估AP 聚類算法優(yōu)劣的指標(biāo)，通過(guò)度量每個(gè)AP 聚類簇類最大的相似均值來(lái)評(píng)估聚類的分類適應(yīng)性［22］。因此，本文選擇DB 指標(biāo)作為AP 聚類算法偏向參數(shù)選擇和收斂的依據(jù)。設(shè)AP 聚類中主對(duì)角線上的中位數(shù)為Fc，當(dāng)前模型DB 指標(biāo)最小值為Dmin，AP 聚類的搜索閾值為Δd，則偏向參數(shù)的DB 指標(biāo)Rac為：

當(dāng)Δd＞0 時(shí)，DB 指標(biāo)向前搜索；當(dāng)Δd＜0 時(shí)，DB 指標(biāo)向后搜索。Δd取值越小，聚類的效果越好。DB 指 標(biāo)Dfin可 表 示 為：

式 中：nb為 聚 類 個(gè) 數(shù)；ha，i和hb，i分 別 為 數(shù) 據(jù) 點(diǎn)i到 聚類中心ca和cb之間的平均距離；cab，i為第i個(gè)聚類的聚類中心ca到cb的距離。

AP 聚類過(guò)程如附錄A 圖A1 所示。由此可見，采用改進(jìn)AP 聚類方法可實(shí)現(xiàn)RPV 發(fā)電、用電客戶的分類，分類結(jié)果如附錄A 表A1 所示。

2.1.2 RPV 客戶貢獻(xiàn)度

在RPV 電量交易的數(shù)據(jù)初始化階段，首先，RPV 運(yùn)營(yíng)商按照如表1 所示的特征指標(biāo)分別對(duì)RPV 發(fā)電、用電客戶進(jìn)行貢獻(xiàn)度分析，若同一RPV客戶具有發(fā)電、用電2 種屬性，則對(duì)該客戶按發(fā)電、用電RPV 分別計(jì)算。然后，RPV 運(yùn)營(yíng)商按照RPV客戶貢獻(xiàn)度的大小進(jìn)行互信共識(shí)標(biāo)識(shí)積分評(píng)分，并將該分值作為RPV 客戶參與交易的初始分值。本文RPV 客戶采用百分制評(píng)分，其中0～59 分為不合格區(qū)域，此類客戶的交易價(jià)格在基準(zhǔn)交易電價(jià)上減少；60～100 分為合格區(qū)域，此類客戶的交易價(jià)格在基準(zhǔn)交易電價(jià)上增加。

設(shè)縣域RPV 交易中RPV 發(fā)電客戶的個(gè)數(shù)為nc，RPV 用電客戶的個(gè)數(shù)為nd，則RPV 發(fā)電客戶集合Ea和RPV 用電客戶集合Ha分別為：

式（5）中的RPV 發(fā)電客戶集合由附錄A 表A1中的機(jī)關(guān)單位、社區(qū)醫(yī)院等大、中、小型RPV 發(fā)電客戶構(gòu)成；式（6）中的RPV 用電客戶由表A1 中的商業(yè)綜合體、小型企業(yè)等大、中、小型RPV 用電客戶構(gòu)成。

本文RPV 客戶貢獻(xiàn)度分析選擇表1 的特征指標(biāo)并依據(jù)RPV 行業(yè)協(xié)會(huì)公布的典型值設(shè)定特征指標(biāo)的權(quán)重。設(shè)RPV 客戶特征指標(biāo)的個(gè)數(shù)為ne，則RPV 客戶權(quán)重系數(shù)集合?a為：

含權(quán)重系數(shù)的RPV 特征指標(biāo)集合Ga為：

式中：Gi為第i個(gè)含權(quán)重系數(shù)的特征指標(biāo)。

RPV 發(fā)電、用電客戶標(biāo)準(zhǔn)的貢獻(xiàn)度Ka和Kb分別為：

式中：Ej和Hj分別為第j個(gè)RPV 發(fā)電、用電客戶；Go為第o個(gè)RPV 客戶特征指標(biāo)。

式（9）中的RPV 客戶標(biāo)準(zhǔn)貢獻(xiàn)度即為互信共識(shí)標(biāo)識(shí)積分評(píng)估基準(zhǔn)分，分值為60。在此基礎(chǔ)上，計(jì)算RPV 發(fā)電、用電客戶的貢獻(xiàn)度，貢獻(xiàn)度評(píng)分的取值范圍為0～100。設(shè)RPV 發(fā)電、用電客戶的特征指標(biāo)分別為Em和Hm，沿用式（9）、式（10）中的貢獻(xiàn)度統(tǒng)計(jì)函數(shù)，RPV 發(fā)電、用電客戶的貢獻(xiàn)值Ke和Kh分別為：

式（11）和式（12）中，若RPV 發(fā)電、用電客戶的評(píng)分分值超過(guò)100，則按100 分統(tǒng)計(jì)。

本文舉例的RPV 運(yùn)營(yíng)商參照RPV 行業(yè)協(xié)會(huì)標(biāo)準(zhǔn)制定了RPV 發(fā)電、用電客戶的互信共識(shí)標(biāo)識(shí)積分等級(jí)和基準(zhǔn)電價(jià)上下浮動(dòng)調(diào)整比例策略，該策略在RPV 行業(yè)具有通用性，如附錄A 表A2 所示。其中，RPV 交易電價(jià)浮動(dòng)范圍在省級(jí)發(fā)改委的調(diào)整范圍內(nèi)，且RPV 最高交易電價(jià)不得超過(guò)省級(jí)發(fā)改委公布的目錄電價(jià)。

2.2 RPV 交易模型

2.2.1 RPV 運(yùn)營(yíng)商收益

新能源上網(wǎng)電價(jià)按燃煤基準(zhǔn)價(jià)執(zhí)行，參照中國(guó)國(guó)家發(fā)改委的要求［23］，RPV 運(yùn)營(yíng)商參照省級(jí)發(fā)改委政策［24］制定了RPV 發(fā)電基準(zhǔn)價(jià)，并約定RPV 發(fā)電電價(jià)的浮動(dòng)范圍為基準(zhǔn)價(jià)的-15%～10%。在此基礎(chǔ)上，RPV 運(yùn)營(yíng)商根據(jù)RPV 交易市場(chǎng)特點(diǎn)，將RPV發(fā)電客戶發(fā)電電價(jià)浮動(dòng)范圍控制在基準(zhǔn)價(jià)的-8%～10%；將RPV 用電客戶的用電電價(jià)浮動(dòng)范圍控制在基準(zhǔn)價(jià)的-8%～5%。同時(shí)，對(duì)RPV 發(fā)電客戶發(fā)布的交易信息進(jìn)行收益綜合分析，判斷當(dāng)次交易是否執(zhí)行信用積分等級(jí)電價(jià)。

設(shè)當(dāng)日RPV 運(yùn)營(yíng)商的交易時(shí)長(zhǎng)為ta，當(dāng)?shù)匕l(fā)改委規(guī)定的RPV 上網(wǎng)基礎(chǔ)電價(jià)為j(ta)，規(guī)定的第nf類用電客戶電價(jià)為l(ta，nf)，則用電客戶的銷售電價(jià)集合l(ta)為：

RPV 發(fā)電、用電客戶數(shù)量沿用式（5）、式（6）中的數(shù)據(jù)，則RPV 運(yùn)營(yíng)商的收益Wc為：

式中：lia(ta)為第ia個(gè)RPV 用電客戶的銷售電價(jià)；Pc，ib為第ib個(gè)RPV 發(fā)電客戶上網(wǎng)已消納的電量；jib(ta)為第ib個(gè)RPV 發(fā)電客戶上網(wǎng)電價(jià)；Pd，ia為第ia個(gè)RPV 用電客戶消納的電量；Wa為RPV 運(yùn)營(yíng)商的運(yùn)營(yíng)成本；Wb為RPV 綜合線損。若式（14）中RPV運(yùn)營(yíng)商的收益大于固定配電電價(jià)收益，則執(zhí)行信用積分等級(jí)電價(jià)，否則，將省級(jí)發(fā)改委制定的發(fā)電基準(zhǔn)電價(jià)作為基準(zhǔn)交易電價(jià)，RPV 運(yùn)營(yíng)商收取固定配電電價(jià)。

2.2.2 RPV 交易定價(jià)

靜態(tài)貝葉斯博弈模型是一種不完全的信息博弈模型，其在博弈過(guò)程中至少有一個(gè)參與者在進(jìn)行決策時(shí)對(duì)其他參與者的策略掌握不完整［25］。在RPV交易中，RPV 發(fā)電和用電客戶之間并不清楚對(duì)方的價(jià)格策略。因此，選擇靜態(tài)貝葉斯博弈模型作為RPV 交易定價(jià)的模型。

在RPV 定價(jià)過(guò)程中，RPV 運(yùn)營(yíng)商、RPV 發(fā)電客戶和RPV 用電客戶組成了三方參與的靜態(tài)貝葉斯博弈模型，其中RPV 運(yùn)營(yíng)商是博弈中的主要參與方，RPV 發(fā)電客戶和RPV 用電客戶是博弈中的次要參與方。RPV 運(yùn)營(yíng)商首先按照省級(jí)發(fā)改委政策制定發(fā)電基準(zhǔn)價(jià)和配電電價(jià)作為RPV 基準(zhǔn)交易電價(jià)。然后，RPV 發(fā)電客戶根據(jù)發(fā)電收益和RPV 用電客戶互信共識(shí)標(biāo)識(shí)積分進(jìn)行報(bào)價(jià)決策，RPV 用電客戶根據(jù)最小用電成本和RPV 發(fā)電客戶的互信共識(shí)標(biāo)識(shí)積分進(jìn)行購(gòu)買價(jià)決策。最后，RPV 運(yùn)營(yíng)商根據(jù)RPV 發(fā)電、用電客戶的決策和互信共識(shí)標(biāo)識(shí)積分對(duì)自身的利潤(rùn)進(jìn)行評(píng)估，再對(duì)定價(jià)進(jìn)行調(diào)整，直至納什均衡［26］。

設(shè)Zb，nc為RPV 發(fā) 電 客 戶 的 最 高 報(bào) 價(jià)，則RPV發(fā)電客戶的報(bào)價(jià)策略集合Zb為：

設(shè)Zc，nd為RPV 用 電 客 戶 的 最 高 購(gòu) 電 價(jià) 格，則RPV 用電客戶的購(gòu)電策略集合Zc為：

RPV 基準(zhǔn)交易定價(jià)Md為：

式中：Za為靜態(tài)博弈中的主要參與方RPV 運(yùn)營(yíng)商定價(jià)策略；δa為RPV 發(fā)電客戶的互信共識(shí)標(biāo)識(shí)；Wd為RPV 發(fā)電收益；δb為RPV 用電客戶的互信共識(shí)標(biāo)識(shí)；Bic為RPV 用 電 客 戶 在 時(shí) 段ic內(nèi) 的RPV 用 電 量選擇。RPV 運(yùn)營(yíng)商收益采用式（14）中的Wc。

式（17）博弈的過(guò)程中，RPV 發(fā)電客戶希望獲得更多的發(fā)電收益和互信共識(shí)標(biāo)識(shí)積分；RPV 用電客戶希望減少RPV 購(gòu)電成本并增加互信共識(shí)標(biāo)識(shí)積分；RPV 運(yùn)營(yíng)商則希望獲得更高的收益。因此，該靜態(tài)貝葉斯博弈的納什均衡即為RPV 基準(zhǔn)交易定價(jià)的最優(yōu)值。

嚴(yán)格凸函數(shù)是一種在某個(gè)向量空間的凸子集上定義的實(shí)值函數(shù)。當(dāng)該函數(shù)的一階導(dǎo)數(shù)為0、二階導(dǎo)數(shù)小于0 時(shí)，存在極大值［27］。因此，本文選擇嚴(yán)格凸函數(shù)作為RPV 用電客戶最大購(gòu)電策略的驗(yàn)證函數(shù)。

為驗(yàn)證式（17）中納什均衡的可行性，需證明在不同的RPV 基準(zhǔn)交易定價(jià)下RPV 用電客戶均有消納電量最大的購(gòu)電策略，即RPV 用電客戶消納電量Pd的一階導(dǎo)數(shù)為0，RPV 發(fā)電客戶發(fā)電量的二階函數(shù)值小于0。

設(shè)RPV 用電客戶的收益為We，綜合線損、RPV發(fā)電客戶上網(wǎng)電量分別為Wf和Pf，則

式（18）即為RPV 用電客戶嚴(yán)格凸函數(shù)的一階導(dǎo)數(shù)。其中，RPV 用電客戶的用電量等于RPV 發(fā)電用戶上網(wǎng)電量與線損的差。

設(shè)第ih個(gè)RPV 用電客戶更新的RPV 交易電價(jià)為Me，ih，第ih個(gè)RPV 用 電 客 戶 收 益 為We，ih，第ih個(gè)RPV 用電客戶交易電價(jià)積分等級(jí)可調(diào)因子為Δgih，則RPV 用電客戶消納的最大電量Pd，max為：

RPV 發(fā) 電 客 戶 最 大 收 益Wd，max為：

最后，求解RPV 發(fā)電客戶的二階導(dǎo)數(shù)小于0。設(shè)二階導(dǎo)數(shù)為γ，則RPV 發(fā)電客戶收益的二階導(dǎo)數(shù)為：

式中：Me為RPV 用電客戶更新的RPV 交易電價(jià)；Δg為交易電價(jià)積分等級(jí)可調(diào)因子。由式（21）可見，RPV 發(fā)電收益Wd是價(jià)格嚴(yán)格凸函數(shù)的凸出側(cè)，且二階導(dǎo)數(shù)小于0，故RPV 發(fā)電收益Wd有最大值。因此，通過(guò)嚴(yán)格凸函數(shù)求解靜態(tài)貝葉斯博弈納什均衡可獲得RPV 基準(zhǔn)交易定價(jià)的最優(yōu)值。

設(shè)省級(jí)發(fā)改委制定的下浮15%的RPV 發(fā)電基準(zhǔn)電價(jià)為Me，目錄電價(jià)為Mh，RPV 積分獎(jiǎng)勵(lì)標(biāo)準(zhǔn)為上浮Δe，則RPV 基準(zhǔn)交易定價(jià)Md的約束條件為：

式（17）中，互信共識(shí)標(biāo)識(shí)用于標(biāo)記RPV 發(fā)電、用電客戶的信用積分與等級(jí)。RPV 運(yùn)營(yíng)商在式（11）和式（12）的基礎(chǔ)分值上，按照RPV 行業(yè)協(xié)會(huì)的典型值制定了積分等級(jí)電價(jià)可調(diào)因子、偏差考核標(biāo)準(zhǔn)等客戶互信共識(shí)標(biāo)識(shí)積分調(diào)整內(nèi)容，如附錄A 表A3 所示。

2.2.3 RPV 交易執(zhí)行及結(jié)算

所設(shè)計(jì)的RPV 交易策略根據(jù)附錄A 表A3 進(jìn)行客戶互信共識(shí)標(biāo)識(shí)積分調(diào)整，交易的周期為日。同時(shí)，為避免RPV 發(fā)電、用電客戶在積分等級(jí)達(dá)到一定級(jí)別后RPV 交易參與度降低的問(wèn)題，在交易結(jié)算時(shí)，通過(guò)降低已獲得RPV 交易電價(jià)優(yōu)惠客戶積分的方式，激勵(lì)RPV 客戶參與RPV 交易。

設(shè)RPV 發(fā)電客戶根據(jù)負(fù)荷預(yù)測(cè)申報(bào)的上網(wǎng)電量為Ph，當(dāng)日實(shí)際上網(wǎng)電量為Pk，則RPV 發(fā)電偏差Op為：

設(shè)RPV 用電客戶申報(bào)的購(gòu)買電量為Pr，當(dāng)日實(shí)際購(gòu)買電量為Ps，則RPV 用電偏差Oq為：

RPV 交易結(jié)算時(shí)，先根據(jù)積分兌換電價(jià)優(yōu)惠金額，然后按附錄A 表A3 的積分更新規(guī)則調(diào)整RPV發(fā)電、用電客戶積分。設(shè)RPV 發(fā)電、用電客戶使用積分兌換電價(jià)優(yōu)惠金額大于RPV 運(yùn)營(yíng)商營(yíng)銷策略定期的閾值Δp時(shí)，積分分別扣減Δz1和Δz2。設(shè)RPV 發(fā)電、用電客戶優(yōu)惠的交易電量為Δk1，優(yōu)惠電價(jià)為Δr1，且滿足Δk1Δr1＞Δp條件，則積分調(diào)整為：

式中：Δs2為交易電量Δf2增加的標(biāo)識(shí)分值；Δl2為交易電量Δj2增加的標(biāo)識(shí)分值。

更新后，RPV 發(fā)電客戶積分Kx、RPV 用電客戶積分Ky分別為：

式中：Δs1為當(dāng)日發(fā)電偏差超過(guò)Δf1扣減的標(biāo)識(shí)分值；Δs4為電能質(zhì)量偏差閾值Δf4扣減的標(biāo)識(shí)分值；Δs5為RPV 異常解列Δf5扣減的標(biāo)識(shí)分值；Δl1為當(dāng)日用電偏差超過(guò)Δj1扣減的標(biāo)識(shí)分值；Δl4為電費(fèi)結(jié)算逾期天數(shù)Δj4扣減的標(biāo)識(shí)分值；Δl5為電費(fèi)繳納及時(shí)閾值Δj5增加的標(biāo)識(shí)分值。

3 算例分析

3.1 場(chǎng)景與參數(shù)設(shè)定

本文采用所提方法對(duì)某縣域RPV 運(yùn)營(yíng)商進(jìn)行基于互信共識(shí)標(biāo)識(shí)的縣域屋頂光伏消納交易分析。選取的RPV 發(fā)電客戶數(shù)量為42 762，RPV 用電客戶數(shù)量為257 632，涉及配電變壓器1 169 個(gè)，縣域RPV 消納的周期為2021 年7 月。附錄A 表A3 中的初始分值依據(jù)RPV 行業(yè)協(xié)會(huì)的典型值設(shè)定，如附錄A 表A4 所 示。

RPV 交易策略僅在RPV 發(fā)電出力時(shí)段內(nèi)進(jìn)行，RPV 光伏出力的時(shí)段為07：00—19：00，本文的初始RPV 基準(zhǔn)交易電價(jià)參照文獻(xiàn)［24］設(shè)定為0.401 2 元/（kW·h），上浮在10%以內(nèi)，下浮在15%以內(nèi)。配電基準(zhǔn)電價(jià)設(shè)置為0.162 6 元/（kW·h）。在銷售目錄電價(jià)設(shè)置中，居民用電目錄電價(jià)設(shè)置為0.592 4 元/（kW·h），工業(yè)及商業(yè)用電目錄電價(jià)設(shè)置為0.635 2 元/（kW·h）。RPV 的交易電價(jià)為PRV 基準(zhǔn)交易電價(jià)與配電基準(zhǔn)電價(jià)之和，其中配電基準(zhǔn)電價(jià)為RPV 運(yùn)營(yíng)商的運(yùn)營(yíng)收入。本文采用文獻(xiàn)［15］中的RPV 零售雙階梯定價(jià)法進(jìn)行比較，該方法計(jì)算速度快且準(zhǔn)確率高。

算例運(yùn)行的操作系統(tǒng)為Windows Server 2016，中央處理器為16 核心、32 線程，Intel 至強(qiáng)Gold 6246R，運(yùn)行內(nèi)存為64 GB，硬盤為20 TB。

3.2 算例運(yùn)行結(jié)果與分析

3.2.1 RPV 客戶分類準(zhǔn)確率分析

RPV 客戶分類準(zhǔn)確率分析的目的是驗(yàn)證改進(jìn)AP 聚類算法對(duì)RPV 發(fā)電、用電客戶分析的正確性。RPV 客戶分類準(zhǔn)確率取值范圍在0%～100%之間，數(shù)值越大，說(shuō)明RPV 客戶分類越準(zhǔn)確。將附錄A 表A1 的分類結(jié)果作為基準(zhǔn)，分別采用K均值（Kmeans）聚類算法和本文所提的改進(jìn)AP 聚類算法進(jìn)行RPV 發(fā)電、用電客戶分類，并將上述方法的分類結(jié)果與表A1 的范圍進(jìn)行比較，在范圍內(nèi)的數(shù)量與聚類總數(shù)的比值即為RPV 客戶分類準(zhǔn)確率。在算法參數(shù)設(shè)置方面，為避免AP 聚類算法振蕩，改進(jìn)AP 聚類算法的衰減系數(shù)設(shè)置為0.5。RPV 客戶分類具體為：各選取2 000、3 000、4 000、5 000、6 000、7 000、8 000、10 000 個(gè)RPV 發(fā)電和用電客戶，分別采用K-means 聚類算法和改進(jìn)AP 聚類算法進(jìn)行RPV 客戶分類，并將結(jié)果與表A1 人工識(shí)別的結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，其對(duì)比一致的數(shù)量與聚類總數(shù)之比即為RPV 分類準(zhǔn)確率，結(jié)果如附錄A 表A5 所示。由表A5 可見，在不同RPV 發(fā)電、用電客戶樣本數(shù)量下，所提改進(jìn)AP 聚類方法的分類準(zhǔn)確率均高于Kmeans 聚類算法。

3.2.2 RPV 客戶積分初始化分析

RPV 客戶積分初始化分析的目的是通過(guò)對(duì)RPV 發(fā)電、用電客戶的積分進(jìn)行初始評(píng)分，以便RPV 運(yùn)營(yíng)商制定積分等級(jí)營(yíng)銷策略，提高RPV 運(yùn)營(yíng)商收益。RPV 貢獻(xiàn)度評(píng)分的取值范圍在0～100 分之間，60 分采用基準(zhǔn)交易電價(jià)，超過(guò)60 分進(jìn)行獎(jiǎng)勵(lì)，低于60 分進(jìn)行懲罰。本文選擇縣域RPV 發(fā)電 客 戶42 762 個(gè)、RPV 用 電 客 戶257 632 個(gè) 進(jìn) 行RPV 客戶積分初始化分析，分析結(jié)果如附錄A 表A6 所示。

3.2.3 RPV 交易定價(jià)分析

1）RPV 交易價(jià)格靜態(tài)博弈

RPV 交易價(jià)格靜態(tài)博弈分析的目的是驗(yàn)證RPV 運(yùn)營(yíng)商、RPV 發(fā)電和用電客戶交易價(jià)格博弈結(jié)果的有效性。本文所提方法首先由RPV 運(yùn)營(yíng)商根據(jù)初始RPV 基準(zhǔn)交易電價(jià)0.401 2 元/（kW·h）、配電基準(zhǔn)電價(jià)0.162 6 元/（kW·h）制定基準(zhǔn)的交易價(jià)格。然后，RPV 發(fā)電、用電客戶根據(jù)收益、成本和互信共識(shí)標(biāo)識(shí)積分進(jìn)行決策，在此基礎(chǔ)上RPV 運(yùn)營(yíng)商對(duì)定價(jià)進(jìn)行調(diào)整，直至納什均衡，博弈結(jié)果如圖2所示。

圖2 RPV 交易初始價(jià)格靜態(tài)博弈圖Fig.2 Static game diagram of initial price for RPV transaction

由圖2 可見，在博弈次數(shù)達(dá)到28 左右時(shí)，RPV運(yùn)營(yíng)商、RPV 發(fā)電客戶和RPV 用電客戶交易價(jià)格趨于一致，即滿足納什均衡條件。

2）靜態(tài)博弈影響分析

靜態(tài)博弈影響分析是為了驗(yàn)證靜態(tài)博弈次數(shù)對(duì)RPV 交易價(jià)格影響的波動(dòng)情況。首先，對(duì)靜態(tài)博弈次數(shù)與最優(yōu)RPV 交易價(jià)格進(jìn)行對(duì)比分析，驗(yàn)證靜態(tài)博弈次數(shù)與最優(yōu)交易價(jià)格之間的關(guān)系。然后，對(duì)靜態(tài)博弈次數(shù)與RPV 交易價(jià)格波動(dòng)進(jìn)行分析。選擇2021 年7 月11 日的RPV 數(shù)據(jù)，當(dāng)日的RPV 交易價(jià)格變化了7 次，靜態(tài)博弈最終次數(shù)與最優(yōu)交易價(jià)格之間的關(guān)系如附錄A 表A7 所示，靜態(tài)博弈次數(shù)與RPV 交易價(jià)格變化關(guān)系如圖A2 所示。

由附錄A 表A6 可見，在7 次交易價(jià)格調(diào)整中，平均靜態(tài)博弈30 次左右獲得最優(yōu)價(jià)格。由圖A7 可見，在靜態(tài)博弈之初，RPV 運(yùn)營(yíng)商為獲得更多的利潤(rùn)，交易價(jià)格呈上漲趨勢(shì)，隨著靜態(tài)博弈的進(jìn)行，RPV 交易價(jià)格緩慢下降，最后維持在最優(yōu)價(jià)格處。

3）RPV 交易價(jià)格變化分析

RPV 交易價(jià)格變化分析的目的是驗(yàn)證RPV 交易過(guò)程中的價(jià)格隨市場(chǎng)需求而波動(dòng)的情況。當(dāng)RPV 發(fā)電功率供不應(yīng)求時(shí)，RPV 交易價(jià)格高；當(dāng)RPV 發(fā)電功率供過(guò)于求時(shí)，RPV 交易價(jià)格低。選擇2021 年7 月1 日至10 日的RPV 數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，電價(jià)變動(dòng)機(jī)制設(shè)定為2 次/h。RPV 交易價(jià)格變化如附錄A 圖A3 所示。由圖A3 可見，在RPV 交易運(yùn)行第1 日，數(shù)據(jù)為初始化數(shù)據(jù)，所以RPV 交易價(jià)格偏低，第2 日至第10 日的RPV 交易價(jià)格較為接近。在RPV 發(fā)電功率較小的早、晚時(shí)段，RPV 電量供不應(yīng)求，RPV 交易電價(jià)較高。在RPV 發(fā)電功率較大的中午時(shí)段，為提高RPV 發(fā)電消納水平，通過(guò)減少RPV 電費(fèi)的方式促進(jìn)RPV 用電客戶消耗更多的RPV 電能。此時(shí)間段內(nèi)，RPV 運(yùn)營(yíng)商通過(guò)增加RPV 消納電量來(lái)減少因RPV 電價(jià)下降帶來(lái)的損失。

3.2.4 互信共識(shí)標(biāo)識(shí)積分體系運(yùn)行分析

互信共識(shí)標(biāo)識(shí)積分體系運(yùn)行分析的目的是驗(yàn)證所提方法應(yīng)用后的運(yùn)行效果。互信共識(shí)標(biāo)識(shí)積分體系運(yùn)行越好，則縣域RPV 運(yùn)營(yíng)商收益越高。本文以RPV 用電客戶為例進(jìn)行分析。選擇2021 年7 月1 日的RPV 用電客戶數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，當(dāng)日的交易電量為417.7 MW·h，RPV 用電客戶積分扣減Δz1設(shè)置為2.9 分，Δz2設(shè) 置 為3.2 分，RPV 初 始 發(fā) 電 價(jià) 格 設(shè) 置為0.381 元/（kW·h），RPV 初 始 用 電 價(jià) 格 設(shè) 置 為0.552 元/（kW·h），運(yùn)行結(jié)果如附錄A 表A8 所示。

由附錄A 表A8 可見，運(yùn)營(yíng)商收益在D日（7 月1日）和D+1 日均大于固定的配電電價(jià)，所以執(zhí)行互信共識(shí)標(biāo)識(shí)積分電價(jià)。在D日，RPV 用戶交易完成后，享受電價(jià)優(yōu)惠的RPV 發(fā)電、用電客戶積分分別扣減Δz1和Δz2，扣減后RPV 等級(jí)用戶數(shù)量發(fā)生了變化。在D+1 日交易后，RPV 運(yùn)營(yíng)商在上述2 日的平均收益均為179 元/（MW·h）。由此可見，扣減Δz1和Δz2的目的是保障RPV 運(yùn)營(yíng)商的電價(jià)平均收益不變。

3.2.5 RPV 負(fù)荷曲線變化

為驗(yàn)證所提方法應(yīng)用后的RPV 消納效果，使用2021 年7 月1 日 至5 日 的 縣 域RPV 數(shù) 據(jù) 對(duì)RPV 負(fù)荷曲線變化進(jìn)行分析。其中，1 日至5 日的日照輻射量分別為17.5、20.3、19.6、16.7、19.8 MJ/m2。應(yīng)用所提方法進(jìn)行縣域RPV 消納交易，并將2021 年7 月3 日的數(shù)據(jù)與采用模型前和雙階梯定價(jià)法進(jìn)行比較，結(jié)果如附錄A 圖A4 所示。由圖A4 可見，所提基于互信共識(shí)標(biāo)識(shí)的縣域RPV 消納交易策略在RPV 負(fù)荷方面優(yōu)于采用模型前和雙階梯定價(jià)法，即所提方法的RPV 消納能力更好。

3.2.6 RPV 交易收益分析

2015 年，中國(guó)政府下發(fā)了深化電力體制改革的文件［28］，文件指出要向社會(huì)資本放開配售電業(yè)務(wù)。因此，本文舉例的RPV 運(yùn)營(yíng)商參與電力交易的行為與供電公司售電存在競(jìng)爭(zhēng)關(guān)系，RPV 運(yùn)營(yíng)商增大售電量后會(huì)擠占供電公司的市場(chǎng)份額。RPV 交易收益是衡量RPV 運(yùn)營(yíng)商、RPV 發(fā)電客戶、RPV 用電客戶經(jīng)濟(jì)效益的關(guān)鍵指標(biāo)，相同的日照輻射量條件下，RPV 電量消納越多，各方的經(jīng)濟(jì)效益就越好。

RPV 發(fā)電客戶收益為RPV 上網(wǎng)電量收益，RPV 用電客戶收益為使用RPV 電量較使用供電公司電量節(jié)約的成本，RPV 運(yùn)營(yíng)商的收益為配電電價(jià)收益與線損的差值。本文應(yīng)用所提方法和雙階梯定價(jià)法在2021 年7 月進(jìn)行RPV 電量交易，RPV 發(fā)電客戶上網(wǎng)電量為12.68 GW·h，RPV 用電客戶購(gòu)買RPV 交易電量為12.09 GW·h，綜合線損為4.65%，各方收益如表2 所示。

表2 RPV 交易收益分析Table 2 Income analysis of RPV transaction

由表2 可見，所提方法的RPV 電量消納較雙階梯定價(jià)法多，且RPV 運(yùn)營(yíng)商、RPV 發(fā)電客戶、RPV用電客戶經(jīng)濟(jì)效益均優(yōu)于雙階梯定價(jià)法。由此可見，所提方法充分地調(diào)動(dòng)了RPV 用電客戶的購(gòu)電積極性，提高了縣域RPV 光伏消納水平。

4 結(jié)語(yǔ)

為解決當(dāng)前縣域RPV 消納研究中存在的配電網(wǎng)改造成本過(guò)高和動(dòng)態(tài)交易價(jià)格激勵(lì)不足的問(wèn)題，提出了基于互信共識(shí)標(biāo)識(shí)的縣域RPV 消納交易策略。該策略在縣域RPV 交易中引入了信用積分等級(jí)模式，RPV 運(yùn)營(yíng)商按照積分等級(jí)制定營(yíng)銷策略，對(duì)于信用積分等級(jí)高的RPV 發(fā)電、用電客戶予以激勵(lì)，反之則進(jìn)行懲罰。算例在中國(guó)某縣域RPV 運(yùn)營(yíng)商的42 762 個(gè)RPV 發(fā)電客戶和257 632 個(gè)RPV 用電客戶中進(jìn)行實(shí)例運(yùn)行，其運(yùn)行結(jié)果表明所提方法能有效激勵(lì)RPV 電量消納。

所提的基于互信共識(shí)標(biāo)識(shí)的縣域RPV 消納交易策略在大中型城市應(yīng)用中還存在優(yōu)化空間，后續(xù)研究將結(jié)合大中型城市的儲(chǔ)能聚合商、空調(diào)聚合商對(duì)所提方法進(jìn)行拓展。

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