江昕玥，呂瑞揚，何 潔，裴 佑，邱偉強，楊 莉，林振智，文福拴

（1.浙江大學電氣工程學院，浙江省 杭州市 310027；2.浙江電力交易中心有限公司，浙江省 杭州市 310037）

0 引言

隨著近年來中國分布式儲能不斷發(fā)展，高比例可再生能源背景下的電力系統(tǒng)電力電量平衡問題得到有效應對［1］。但是，現(xiàn)階段投運的分布式儲能項目的主要收益來源于電價的峰谷套利，普遍存在回報率欠佳問題。共享儲能商業(yè)模式使分布式小微儲能通過租賃形式將儲能控制權(quán)轉(zhuǎn)移給其他主體使用，用于可再生能源消納和提供輔助服務，提高分布式儲能資源的利用率和收益［2-3］。而對于容量更小的用戶側(cè)分布式儲能來說，采用將儲能使用權(quán)租賃給火電機組進行聯(lián)合調(diào)頻的新商業(yè)模式，能夠有效解決難以達到參與調(diào)頻市場容量門檻的問題［3-6］。

分散交易機制可以最大限度地發(fā)揮市場主體的主動性［7-8］，增加市場的流動性，適用于共享儲能與火電機組聯(lián)合調(diào)頻的交易場景。同時，相比于集中交易機制中交易中心平臺的高建設成本和維護成本，分散交易機制無需第三方中心機構(gòu)，能夠更好地保護主體隱私［9-10］。目前，區(qū)塊鏈技術(shù)是支撐分散式市場運轉(zhuǎn)的關(guān)鍵技術(shù)［11-12］。利用區(qū)塊鏈不可篡改性、公開性、開放性以及去中心化的特點，能夠不經(jīng)過第三方直接生成合約訂單［13］。同時，智能合約根據(jù)交易執(zhí)行情況保證交易履約，以減小分布式能源參與分散交易的成本并提高交易的安全性。但由于沒有中心機構(gòu)作為統(tǒng)一價格信息發(fā)布平臺，目前的分散交易機制中，共享儲能交易過程中存在信息獲取效率低的缺陷，易造成社會損失。

信息經(jīng)濟學從不完全信息理論的角度研究信息披露與效率、激勵和市場過程的內(nèi)生性聯(lián)系［14］。在不完全信息環(huán)境下，市場主體缺乏交易對象的成本信息和報價策略信息，此時個體理性可能導致集體非理性［15］。為應對此類情況，一方面，市場主體在進行雙邊交易決策時需要充分考慮信息不對稱對市場效率的不利影響。文獻［16-17］通過模擬不完全信息環(huán)境下交易對象的特點，將信息不對稱環(huán)境下的交易轉(zhuǎn)化為完全信息環(huán)境下的交易。文獻［18］分析了處于信息劣勢的市場主體通過擬定不同合約區(qū)分出風險類型的交易策略。另一方面，設置合理規(guī)范的違約機制為市場主體提供了探索信息的機會。效率違約是以波斯納為代表的美國經(jīng)濟分析法學派提出的一種違約理論。它的含義是：合同的一方當事人只有因違約帶來的收益將超出己方以及他方履約的預期收益，并且針對預期收益的損害賠償有限，使之在承擔違約責任后仍有盈余，違約才是一個理性的選擇［19］。從經(jīng)濟學角度上，效率違約使社會資源的配置達到了一種帕累托改進，有利于最大化社會福利。該理論不考慮違約行為的道德性，認為市場應承認和鼓勵有效率的違約［20］。文獻［21-22］對國內(nèi)違約責任理論體系引入效率違約進行了可行性論證，并設計信用激勵機制有效降低了效率違約的信用風險。目前，在分散交易機制中尚未有研究違約機制對社會福利的影響。

除了市場主體主動獲取信息以外，交易平臺數(shù)據(jù)脫敏后適度披露信息能有效引導分散交易的達成［23］，而且能夠降低市場主體獲取信息的成本及市場交易中的不確定性［24-25］。由于成交價格、供需關(guān)系等市場交易信息的敏感性，在設計市場交易信息披露機制時需要考慮市場主體的私有信息保密、交易機制差異等因素，以進行合理的信息披露。另外，不同的信息披露機制下，市場主體掌握交易信息的程度不同，直接影響到市場主體的學習行為和報價決策行為，進而影響市場成交效率和社會總福利［26］。文獻［27］進一步提出了一種點對點能源市場交易機制下發(fā)電商調(diào)整成本函數(shù)參數(shù)的學習方案和交易策略。但是，對于如何在共享儲能聯(lián)合調(diào)頻實際場景中進行合理有效的信息披露，引導市場主體盡快達成最優(yōu)交易，仍有待進一步研究。

基于上述背景，本文提出一種考慮不完全信息披露的共享儲能聯(lián)合調(diào)頻分散交易機制。首先，通過與集中交易機制對比，分析了影響分散交易機制社會福利和市場收斂速度的主要原因；其次，設計了基于效率違約理論的共享儲能交易違約機制和考慮不完全信息披露的市場交易信息公布機制，并利用區(qū)塊鏈網(wǎng)絡和智能合約實現(xiàn)分散交易流程；然后，基于此交易機制構(gòu)建了基于主動試錯學習的共享儲能動態(tài)修正策略模型和火電機組采購優(yōu)化決策模型；最后，通過算例分析驗證所提的分散交易機制在提高市場效率和社會總福利方面的有效性。

1 考慮信息披露的調(diào)頻分散交易機制設計

1.1 共享儲能參與的聯(lián)合調(diào)頻分散交易模式

隨著分布式儲能發(fā)展，在調(diào)頻輔助服務市場中，部分分布式小微儲能可以聚合參與調(diào)頻市場或單獨與火電機組進行雙邊交易達成聯(lián)合調(diào)頻的效果［28］。共享儲能-火電機組聯(lián)合調(diào)頻模式是結(jié)合共享經(jīng)濟理念發(fā)展的一種新型商業(yè)模式。在該模式下，火電機組通過租賃共享儲能獲得儲能控制權(quán)，與儲能綁定后聯(lián)合參與調(diào)頻市場。該模式能夠顯著提高調(diào)頻性能值，使火電機組獲得更高的調(diào)頻補償賈用，同時提高了儲能資源，尤其是分布式小微儲能的利用率。本文聚焦分布式小微儲能與火電機組參與的分散交易市場，假設共享儲能在交易中整體出租，交易標的為租賃時間內(nèi)的儲能控制權(quán)，報價為單位功率儲能每小時的租賃價格。交易成功后，火電機組擔任儲能資源聚合商的角色，通過聯(lián)合調(diào)頻的方式參與調(diào)頻市場交易。

由于分布式儲能具有體量小、數(shù)目大的特點，采用集中式交易平臺需要額外增加交易賈用。分散交易機制下各個交易主體可以自行選擇交易對象，通過自由磋商、主動協(xié)調(diào)，在滿足交易偏好需求的同時節(jié)省了中心交易平臺運營維護成本［29］。但是，由于分散交易機制下市場主體掌握的信息少，在交易過程中存在選擇最優(yōu)交易對象耗時長、無法根據(jù)交易信息動態(tài)更新報價策略造成收益損失等問題。

在共享儲能與火電機組的分散交易中，共享儲能需要通過不斷交易逐漸獲得價格分布信息。然而，共享儲能以個體最優(yōu)進行的交易決策并不一定能夠?qū)崿F(xiàn)社會福利最大化。表1 為集中交易和分散交易機制下交易結(jié)果對比。表中儲能用戶E1、E2和火電機組G1、G2分別擁有或需要1 個單位容量的儲能資源，括號內(nèi)數(shù)值分別為共享儲能參與調(diào)頻的運行成本和火電機組租賃儲能后參與調(diào)頻獲得的額外收益。集中交易機制下，交易中心有E1、E2、G1、G2全部報價信息，市場出清結(jié)果為（a），僅儲能E1和G1達成交易，社會福利達到最大；在分散交易機制下，由于各個參與者只有各自談判對手的報價，信息不完全。因此，交易結(jié)果中既可能出現(xiàn)社會福利最大化的結(jié)果（a），也可能出現(xiàn)并未達到最優(yōu)配置的結(jié)果（b）。

表1 集中交易與分散交易結(jié)果對比Table 1 Comparison of centralized and decentralized trading results

在分散交易機制下，共享儲能與某個火電機組交易達成后即視為結(jié)束交易。在一個交易周期內(nèi)，共享儲能無法通過繼續(xù)報價獲得更多的交易結(jié)果，此時個人理性可能受到不完全信息的限制表現(xiàn)為有限理性，收益遭受損失［16］。此外，由于沒有集中交易機制中的中心交易平臺發(fā)布價格信息引導共享儲能的報價行為，共享儲能無法通過市場價格得到引導，報價過高或過低的共享儲能無法及時修改報價策略，市場成交結(jié)果波動較大，難以穩(wěn)定交易。因此，分散交易機制的不完全信息問題會影響市場效率和社會總福利。

為了提高分散交易市場效率，本文一方面利用違約機制實現(xiàn)在單個交易周期中提供更多市場主體探索市場信息的機會，使得市場主體更快速適應當前市場環(huán)境；另一方面發(fā)布脫敏信息，市場主體通過評價當前交易結(jié)果，調(diào)整交易策略，使市場主體更快實現(xiàn)交易匹配并成交。下面將分別介紹共享儲能交易違約機制和市場成交信息公布機制設計。

1.2 基于效率違約理論的共享儲能交易違約機制

由于市場中分布式儲能數(shù)目眾多，體量較小，假設在分散式交易機制下，共享儲能作為交易的發(fā)起者，擁有自主選擇交易對象的權(quán)利。共享儲能在交易過程中不斷試探性報價，并通過交易結(jié)果修正自身對市場中的交易對象，即火電機組的認識，以及對市場中其他儲能用戶的整體估計。但是信息的獲取依賴于多個完整交易周期后的數(shù)據(jù)積累。在市場初期，共享儲能通過歷史交易得到的市場信息極其有限，不完全信息可能會使市場主體蒙受損失，減少社會效益。

在交易中允許違約能夠為共享儲能提供通過多輪次報價加快對火電機組價格分布信息探索的機會，共享儲能可以選擇履行合約或者違約并補償火電機組的損失?；谛蔬`約理論，只有因共享儲能違約帶來的收益超出雙方履約的預期收益，并且在承擔違約責任后仍有收益盈余的情況下，違約對于共享儲能才是一個理性的選擇［19］。合理規(guī)范的違約機制設計能夠為共享儲能提供交易激勵。同時，在不會嚴重損害火電機組利益的情況下提升市場效率和社會總福利。

設計共享儲能違約機制如下：交易周期h內(nèi)共包含Tmax輪交易，在交易周期h的輪次t，已達成交易的共享儲能i繼續(xù)尋找交易對象，若找到報價更高的買家，通過向上個買家支付違約金即可更改成交對象為當前買家。通過此違約機制，共享儲能擁有更多探索信息的機會。

考慮到分布式儲能規(guī)模小、數(shù)量大，在交易設計中允許共享儲能單方違約，但是共享儲能的違約行為可能會給已達成交易的火電機組帶來一定的經(jīng)濟損失，例如，被違約的火電機組由于剩余交易機會減少，可能無法購買到價格合適的替代儲能。因此，共享儲能主體在違約后需要通過支付違約金補償被違約的火電機組，該違約金體現(xiàn)了共享儲能收集市場信息的代價。設定共享儲能i違約火電機組j的違約金與成交總價成正比，即

式中：η為賠償比例；為共享儲能i與火電機組j在交易周期h輪次t的成交單價；為共享儲能i的容量。

1.3 考慮不完全披露的市場成交信息公布機制

在分散交易市場中，儲能向火電機組提交報價，火電機組同時接收多個共享儲能的價格信息，但由于價格隱私保護，不同共享儲能之間無法知道彼此的成交價格，買賣雙方之間存在著一定的信息差。如何通過適當?shù)男畔⑴兑龑Ч蚕韮δ芰私飧偁帉κ值恼w情況，是提升市場主體預判市場交易環(huán)境能力的關(guān)鍵。

電力市場中報價信息的完全披露往往會導致惡性競爭或者默契串通，而必要的信息披露卻能夠激勵市場主體合理調(diào)整自身報價行為，盡快實現(xiàn)買賣雙方的最優(yōu)交易選擇。借鑒證券行業(yè)對股票信息的披露，設計在交易周期h的Tmax輪交易完成后，市場公布共享儲能平均成交單價：

1.4 基于區(qū)塊鏈平臺的分散交易流程

區(qū)塊鏈技術(shù)是支撐去中心化交易機制正常運行的優(yōu)勢技術(shù)，基于區(qū)塊鏈的分散交易平臺能夠在節(jié)省構(gòu)建中心平臺交易成本的同時保障市場主體交易隱私。文獻［6］基于Hyperledger Fabric1.4 架構(gòu)搭建了區(qū)塊鏈網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)，并在該平臺上實現(xiàn)了一種計及分布式儲能和火電機組偏好的聯(lián)合調(diào)頻分散交易機制。本文設計中，共享儲能和火電機組加入上述基于區(qū)塊鏈的聯(lián)合調(diào)頻交易平臺進行分散式交易，其中交易執(zhí)行和履約的功能通過智能合約實現(xiàn)?；趨^(qū)塊鏈平臺的共享儲能聯(lián)合調(diào)頻分散交易流程如圖1 所示，在交易周期h內(nèi)共包含Tmax輪交易，在每個輪次交易中的報價階段互相選擇的共享儲能和火電機組最多進行Kmax回合的談判。達到最大交易輪次Tmax后，交易周期結(jié)束，達成交易的共享儲能與火電機組進行儲能租賃權(quán)交付。

圖1 聯(lián)合調(diào)頻分散交易流程Fig.1 Decentralized trading process of joint frequency regulation

交易周期h開始，共享儲能和火電機組節(jié)點同時在區(qū)塊鏈平臺分別發(fā)布儲能容量的供給和需求信息，接著智能合約自動執(zhí)行交易規(guī)則和策略，基本過程為：

1）共享儲能選擇交易對象。在輪次t中，儲能自主決策選擇一個火電機組進行報價。

2）共享儲能與火電機組報價談判過程?；痣姍C組j和收到報價的多個儲能進行一對多并行談判，談判過程最多Kmax輪次。第k次談判中，火電機組j和共享儲能i向區(qū)塊鏈平臺提交報價信息分別為和，若，則區(qū)塊鏈平臺認為雙邊交易成功，按智能合約的既定算法計算成交單價，例如：

3）火電機組優(yōu)化交易決策。談判結(jié)束后，火電機組在鏈下根據(jù)歷史已購買儲能和當前的談判儲能量價進行交易優(yōu)化決策，選擇與當前談判的共享儲能進行簽約采購或拒絕交易。

4）更新交易信息。每輪交易結(jié)束后，在交易平臺上，共享儲能確定是否更新交易對象及支付違約金，在此基礎(chǔ)上更新交易信息并記錄本輪交易的報價對象和成交價格。之后火電機組更新需求信息。

只要交易周期h尚未結(jié)束，共享儲能就能夠向更多火電機組報價開展上述交易流程，爭取獲得更高收益，直至交易輪次達到上限Tmax。交易周期h結(jié)束后市場對所有共享儲能公布本次交易周期內(nèi)的平均成交價格。

2 分散交易機制下共享儲能與火電機組談判交易模型

2.1 基于主動試錯學習的共享儲能適應性報價調(diào)整模型

在復雜并不斷變化的市場中，市場主體不適應市場環(huán)境時不可避免會得到部分不滿意的交易結(jié)果［30］。這表明市場主體應對外部環(huán)境的現(xiàn)有信息不充分，需要通過不斷交互去適應市場環(huán)境。研究中廣泛應用的強化學習算法提供了通過試錯法搜索（trial-and-error）進行學習訓練的應對方法——在沒有直接指導信息的背景下，市場主體不斷與環(huán)境進行交互，通過試錯的方式獲得最佳策略。對于市場主體來說，關(guān)鍵問題是如何根據(jù)歷史交易經(jīng)驗和評價信息引導，提前修正參與市場策略，將試錯成本調(diào)整到可控范圍內(nèi)，并最終適應當前市場［30-32］。

為了探索信息和適應性調(diào)整報價，參與聯(lián)合調(diào)頻分散交易的共享儲能進行嘗試報價和效率違約。市場發(fā)展初期，共享儲能對市場中J個火電機組交易信息認知有限。因此，在首輪交易（即h=1，t=1）中共享儲能隨機選擇向所有火電機組報價概率為1/J。在當前交易周期共享儲能會選擇不同的火電機組進行交易，相應概率會不斷調(diào)整，其表達式為：

式中：πi，j，t，h為共享儲能i在交易周期h中輪次t選擇火電機組j的概率；Oi為在交易周期h中共享儲能i已報價的火電機組集合。

在交易輪次t中，選擇報價對象后，共享儲能可以選擇多次報價與火電機組進行談判，直到在有限環(huán)節(jié)Kmax內(nèi)火電機組報價高于共享儲能報價，即視為達成交易。在談判前，共享儲能需要確定底線價格λEmini，t，h和初始報價λEmaxi，t，h（即價格區(qū)間上限）。違約機制下共享儲能的底線價格與其成交狀態(tài)有關(guān)。在未成交狀態(tài)，儲能的底線價格與電池損耗成本、期望收益有關(guān)。在成交狀態(tài)下，共享儲能基于當前成交價格尋求更優(yōu)價格，此時共享儲能底線價格由違約成本與已成交價格決定，其表達式為：

假設共享儲能i采用線性報價策略，首輪報最高價，則在輪次t談判回合k中報價為：

若談判成功，共享儲能需要等待火電機組的購買決策，根據(jù)交易結(jié)果評估決定是否達成本次交易。若談判失敗，共享儲能需要準備下一輪次的交易，直到交易周期h結(jié)束。

在分散交易機制下，共享儲能需要持續(xù)探索市場信息并對有效信息進行存儲。在交易過程中，共享儲能i通過報價嘗試探索市場中火電機組的交易信息，通過不斷與火電機組接觸、談判，進而對有效信息進行修正，并存儲于火電機組歷史最終報價矩陣Bi。另外，共享儲能i在交易成功后對交易結(jié)果進行統(tǒng)計，根據(jù)與火電機組j最近hr次交易實際收益計算ri，j并得到報價預期收益矩陣Ri，修正對報價對象的選擇策略。信息矩陣Bi和Ri分別表示為：

式中：bh，j為共享儲能i獲得的火電機組j在交易周期h的最終報價信息；ri，j為共享儲能i與火電機組j交易獲得的歷史平均收益；λtri，j，h為共享儲能i與火電機組j在第h次達成交易的成交價格；H為統(tǒng)計的交易周期總次數(shù)。

在當前交易周期內(nèi)交易完成并實際交付后，共享儲能根據(jù)歷史交易信息和市場披露信息對交易結(jié)果進行評價。如果交易結(jié)果離預期結(jié)果存在差距，共享儲能需要基于交易信息矩陣修正報價策略。因此，共享儲能適應性報價模型可表示為：

式中：Δπi，j，t，h為交易周期h輪次t結(jié)束后的概率修正值；Γi，t，h為在交易周期h輪次t共享儲能i交易收益最高的lt個火電機組集合；δi，j，h為交易周期h共享儲能i對火電機組j的報價概率降低基準值。

一方面，共享儲能根據(jù)歷史交易數(shù)據(jù)修正對各個火電機組的選擇概率πi，j，t，h。由于共享儲能主體具有一定的風險偏好，即使上個交易周期已出現(xiàn)當輪最佳成交對象，共享儲能同樣有一定的概率選擇搜尋新的交易對象。交易周期h每輪交易開啟前，如式（10）和式（11）所示，共享儲能根據(jù)交易信息動態(tài)調(diào)整向各個火電機組的報價概率πi，j，t，h，即選取報價期望收益矩陣Ri中收益排序靠前的lt個火電機組，以δi，j，h的調(diào)整速率增加在首輪交易中的選擇概率。

另一方面，交易周期h結(jié)束后共享儲能對比披露的市場平均交易價格和自身的成交價格，修正交易周期h+1 報價概率調(diào)整速率δi，j，h+1。如式（12）所示，當，共享儲能i加快調(diào)整報價速率，更快搜尋理想交易對象。當時，表明共享儲能交易周期h中的報價策略效果較好，減緩調(diào)整概率。

然后，共享儲能i根據(jù)交易周期h的成交結(jié)果和市場披露價格修改交易周期h+1 報價上限，如式（13）所示。當時，共享儲能i處于市場有利地位，保持當前報價上限。當0 ＜時，共享儲能收益偏低，上調(diào)當前報價上限。若儲能未能成交即=0 且其最后一輪談判報價不低于平均成交價格，則下調(diào)當前報價上限，其表達式為：

式中：Δλi，h為共享儲能i報價調(diào)整幅度，調(diào)整大小參考報價信息矩陣Bi中目標交易對象的報價與當前儲能報價的偏差。

2.2 火電機組優(yōu)化交易決策

與共享儲能自主選擇交易對象報價相比，在分散交易過程前期火電機組申報需求和價格信息后將處于被動選擇的狀態(tài)。當火電機組收到多個共享儲能交易請求后，以收益最大化為目標進行優(yōu)化決策并選擇最終交易的共享儲能。

在調(diào)頻市場規(guī)則下，火電機組調(diào)頻補償賈用基于調(diào)頻性能KP計算?？紤]到火電機組調(diào)頻性能會在配置一定儲能后趨近于飽和，本文采用如下調(diào)頻火電機組額外收益的計算方法［6］：每輪交易中火電機組考慮邊際收益來更改最高報價上限，則火電機組j在交易周期h輪次t+1 中的報價上限可以表示為：

式中：wj，t+1，h為火電機組j在交易周期h輪次t+1時的報價修正系數(shù)；Uj，t，h為火電機組j在交易周期h輪次t交易結(jié)束后的調(diào)頻收益；fj(·)為火電機組j的調(diào)頻性能增長函數(shù)；為火電機組j單獨運行時的調(diào)頻性能；Dj為火電機組j的調(diào)頻里程；p為調(diào)頻市場的出清單價；為火電機組j在交易周期h輪次t+1 時交易中談判買下單位容量儲能的調(diào)頻收益；Mj，t0，h為火電機組j在交易周期h輪次t決策采購交易的共享儲能集合。

同樣，在每個交易輪次中，火電機組能夠選擇與對其報價的共享儲能進行多回合談判。火電機組根據(jù)共享儲能報價和本輪報價上限制定談判報價策略，并根據(jù)已購買儲能容量修正報價。假設火電機組j在交易周期h輪次t談判回合k中采用線性報價策略，則報價表示為：

由于火電機組調(diào)頻性能存在上限值，對儲能需求量有最大值。在交易過程中，火電機組收到共享儲能意向報價和交易請求交易。談判結(jié)束后，火電機組j以收益最大化Fj為目標，從談判成功的共享儲能中選取最優(yōu)采購方案。因此，火電機組j在交易周期h輪次t的優(yōu)化決策模型為：

交易周期h結(jié)束后火電機組統(tǒng)計所有交易輪次達成交易且未違約的儲能，并進行實際交付結(jié)算。

3 算例分析

假設市場上共有10 個火電機組和50 個共享儲能參與分散交易。調(diào)頻市場中單位調(diào)頻里程出清單價p為7.5 元/MW，火電機組配置儲能需求總量為80.8 MW，租賃時長設置為1 天，其他相關(guān)參數(shù)如表2 所示。

表2 火電機組參數(shù)Table 2 Parameters of thermal power units

為對比不同容量或不同價格區(qū)間的儲能在分散交易市場上的成交情況，選取5 組功率容量、價格區(qū)間各不相同的共享儲能，參數(shù)如表3 所示。設定一個交易周期結(jié)束后達成一次實際交付的交易，一個交易周期中最大交易輪次Tmax=4，一個交易輪次中最大談判回合數(shù)Kmax=4。儲能違約最大賠償比例η=0.1，更改選擇報價對象概率調(diào)節(jié)系數(shù)=0.5、=0.25，收益記錄周期hr=10。 在MATLAB 2021a 環(huán)境下模擬交易，調(diào)用Gurobi 求解器求解市場交易結(jié)果。連續(xù)模擬交易200 次，其中前20 次交易為共享儲能隨機報價。

表3 共享儲能參數(shù)Table 3 Parameters of shared energy storage

3.1 不同交易機制下的社會總福利分析

為了說明本文所提分散交易機制的合理性和有效性，設置了如下2 個對比場景：分別在分散交易和集中交易機制下模擬交易。其中，在分散交易機制中，實施本文所提出的違約機制和不完全信息披露機制；在集中交易機制中，由交易中心根據(jù)交易雙方的報價以社會福利最大化為目標進行出清。由于交易中心無法掌握每個火電機組和共享儲能的成本信息，市場出清結(jié)果僅僅是在本次報價基礎(chǔ)上的最優(yōu)值。交易結(jié)果穩(wěn)定后定義為市場收斂。

不同模式下社會總福利如圖2 所示。

圖2 兩種交易機制下市場交易結(jié)果對比Fig.2 Comparison of market trading results between two trading mechanisms

從圖2 可以看出，交易初期分散交易機制下的市場效率最低，但隨著交易不斷進行，分散交易機制下的社會總福利逐漸接近單次報價的集中交易市場，并最終趨近相同。在考慮信息披露機制的分散交易下，共享儲能和火電機組通過不斷的價格談判和違約尋優(yōu)進行了充分的價格信息互動。相比于單次報價的集中交易機制，共享儲能在分散交易中能夠通過及時發(fā)現(xiàn)價格信息以實現(xiàn)社會福利最大化。

3.2 分散交易下共享儲能交易結(jié)果分析

1）典型儲能交易過程分析

為了更加清晰地闡述本文所設計的考慮不完全信息披露的分散交易機制，這里以形成穩(wěn)定匹配的典型儲能E25在某次交易過程中的報價情況進行分析，結(jié)果如附錄A 表A1 所示。

一方面，共享儲能在信息不充分時選擇報價對象存在較大隨機性。在交易周期h，E25根據(jù)調(diào)整后的報價區(qū)間向G4報價后并未談判成功，說明G4的報價和儲能E25期望報價相差較大，在之后的交易周期會相應降低向G4的報價概率。在之后的輪次E25向G3和G8報價，報價下限需要考慮下一輪次違約的賠償9.42 元/（MW·h），比較扣除違約金后的凈收益，儲能在輪次3 中選擇違約G3，與G8成交，并修改其信息矩陣B25和R25，提升隨后對G3的報價概率。在之后的輪次中由于違約金的疊加導致儲能新報價無法與其他火電談判成功，表明違約金的設置能夠有效避免儲能無限制地違約。因此，通過違約機制能夠為共享儲能提供更多交易試錯機會，以更快搜尋最優(yōu)交易對象。另一方面，市場中披露的平均成交價格信息能夠引導共享儲能調(diào)整報價策略——由于交易周期h成交價格小于平均成交價格197.46 元/（MW·h），共享儲能在交易周期h+1 提升了報價上限，在未成交前向G3報價，協(xié)商結(jié)束后的談判價格上升了2%。因此，通過信息披露激勵市場主體合理調(diào)整自身報價行為，能夠輔助共享儲能搜索到更好的交易對象。

典型儲能E25在整個交易過程中的違約情況如圖3 所示。

圖3 典型儲能E25交易過程的違約情況Fig.3 Default in trading process of typical energy storage E25

在市場交易前期，由于報價的隨機性，儲能的收益均不穩(wěn)定，在不同交易輪次中有探索到更優(yōu)交易對象的可能。此時儲能的違約次數(shù)一般為2 次。隨著交易的不斷進行，共享儲能不斷記錄價格信息并用于選擇交易對象，最終逐漸找到穩(wěn)定的成交對象。在市場收斂后該儲能在交易周期中不再選擇違約并進行新的報價，儲能的違約次數(shù)變化同樣反映了共享儲能通過探索信息提高市場效率的過程。另外，違約金支付與成交總價和違約次數(shù)直接相關(guān)，且違約次數(shù)越多，累計違約金上漲越快。因此，在交易過程中共享儲能違約率（違約次數(shù)/總交易輪次）一般不高于50%。該機制能夠在為共享儲能提供更多信息探索機會的同時保障火電機組的交易權(quán)益。

2）不同類型儲能交易結(jié)果分析

進一步對不同功率容量、價格區(qū)間的共享儲能成交情況進行分析。50 個共享儲能在200 次交易中的總成交次數(shù)和參與每次交易的平均收益如圖4所示。

圖4 不同類型儲能200 次交易結(jié)果Fig.4 200 trading results of different types of energy storage

共享儲能E1至E10與共享儲能E11至E20價格區(qū)間完全相同，但前一組儲能為功率較小的0.5 MW儲能，后一組為功率較大的2 MW 儲能。從圖4 可以看出，E1至E10每次交易的平均收益和成交次數(shù)均較高，且各儲能收益很接近。而E11至E20中，20%的共享儲能均未形成穩(wěn)定匹配，因此成交次數(shù)和平均收益均較低，此組儲能之間收益差異較大。這是由于火電機組邊際收益隨著已購買儲能的增加不斷降低，相比于在分散交易市場上更靈活、更容易找到穩(wěn)定匹配對象的小儲能，大儲能在后續(xù)交易輪次中更難通過違約尋找到價格更優(yōu)的火電機組。

共享儲能E21至E30和共享儲能E31至E40功率均為1 MW，但E31至E40由于電池調(diào)頻成本較高，導致價格區(qū)間更高?？梢钥闯?，前一組儲能均形成了穩(wěn)定匹配，且成交次數(shù)和平均收益均顯著高于另一組儲能。價格區(qū)間更低的儲能在分散交易市場中更具競爭優(yōu)勢，能獲得更高、更穩(wěn)定收益。因此，本文設計的分散交易機制可以激勵共享儲能通過降低報價以獲得更高的收益。

共享儲能E1至E10與共享儲能E41至E50初始申報價格不同，其他條件均相同。對比兩組儲能的交易結(jié)果，后一組儲能由于初始報價較高，其平均收益略高于前一組儲能，但也有10%的儲能未形成穩(wěn)定匹配。因此，可以看出在本文設計的分散交易市場中，儲能采用初始報價較高的策略存在一定的風險，部分儲能由于初始價格太高而無法與火電機組談判成功，導致最終無法形成穩(wěn)定匹配。

3.3 考慮信息披露機制的市場成交情況對比

為驗證本文提出考慮信息披露分散交易機制的有效性，在市場其他參數(shù)均相同的場景下，分別對本文所提交易機制與不考慮違約和平均成交價格披露的基本交易機制進行模擬市場交易，在兩種機制下進行了200 次的交易模擬，每次交易的社會總福利如圖5 所示。

圖5 信息披露機制對市場交易結(jié)果的影響Fig.5 Influence of information disclosure mechanism on market trading results

由圖5 可以看出，在兩種交易機制下，隨機報價的前20 次交易社會總福利波動較大。從21 次交易開始，進入考慮歷史交易信息的交易階段，社會總福利逐漸上升并最終趨近于穩(wěn)定值附近。從市場效率來看，在本文所提的分散交易機制下，市場社會總福利收斂速度略快于不考慮成交價格信息披露的市場交易結(jié)果，在70 次交易后基本達成收斂，且此時的社會福利值高出1 萬元左右。這是由于在考慮平均成交價格信息披露的機制下，共享儲能可以通過不斷報價的交易策略在交易前期獲得更多的火電機組報價信息，從而更全面、更迅速地掌握整個市場上的價格分布信息。此外，市場公布的價格信息可以為儲能制定價格區(qū)間提供指導，迅速地調(diào)整報價策略并做出更優(yōu)的交易選擇，共享儲能找到最優(yōu)價格的可能性更高。因此，所提機制能夠提升分散交易市場下的社會總福利和市場收斂速度。從單次交易結(jié)果來看，基本的分散交易過程中存在優(yōu)于收斂時社會總福利的交易結(jié)果，該結(jié)果反映了不完全信息下的分散交易機制可能出現(xiàn)資源配置不合理現(xiàn)象，導致社會總福利無法達到理想狀態(tài)。

考慮市場披露的信息內(nèi)容對市場交易結(jié)果的影響，除前面提到的平均成交價格外，披露成交價格中位數(shù)同樣能夠提供市場整體交易結(jié)果的信息，為共享儲能提供報價引導。在市場其他參數(shù)均相同的場景下，分別對考慮不同信息內(nèi)容披露的兩種交易機制進行模擬市場交易，不同信息內(nèi)容披露對市場交易結(jié)果的影響如圖6 所示。

圖6 考慮不同信息類型披露的市場交易結(jié)果Fig.6 Market trading results considering different types of information disclosure

在考慮披露成交價格中位數(shù)的分散交易機制下，市場社會總福利在75 次交易后收斂，收斂速度相較于披露平均成交價格較慢，而且收斂前不同交易周期的社會總福利波動幅度更大。這主要是由于在所有成交價格相近時，平均價格能反映不同周期的價格變動，而中位數(shù)價格可能更早穩(wěn)定下來，導致提供的信息有限。因此，在不同交易中需要根據(jù)市場情況選擇具體披露的信息內(nèi)容。

3.4 不同違約金比例下市場交易結(jié)果分析

為了比較違約金設置參數(shù)對違約機制下市場交易結(jié)果的影響，將最大違約賠償比例η分別設置為0～0.3，其他條件保持不變，不同參數(shù)下的市場成交情況如圖7 所示。

圖7 不同違約金比例下市場交易結(jié)果對比Fig.7 Comparison of market trading results under different proportions of default penalty

由圖7 可以看出，隨著市場違約金比例的提升，市場成交筆數(shù)達到穩(wěn)定所需的交易次數(shù)不斷增加并趨于飽和，當違約金比例高于0.2 時，成交次數(shù)不再上升。這是由于在高違約金下，已成交的共享儲能在后續(xù)交易輪次中的報價下限很高，共享儲能難以尋找到高于底價的成交價格，故市場上很少出現(xiàn)違約情況。因此，共享儲能難以通過違約機制獲得更多的火電機組價格信息，需要更多次的交易市場才能達成穩(wěn)定。

在社會總福利方面，當違約賠償比例為0.1 時市場社會總福利穩(wěn)定值最高，說明市場違約金比例需要設置在合理范圍內(nèi)。過高的違約金下，共享儲能難以通過違約機制獲得更多的火電機組價格信息，市場容易穩(wěn)定在較低的局部最優(yōu)值。過低的違約金下，共享儲能違約成本可以忽略不計。因此，在后續(xù)交易輪次隨意違約，被違約的火電機組可能無法再購買到合適的儲能，成功達成交易的市場主體也有限，從而導致社會總福利下降。

4 結(jié)語

本文提出的考慮信息披露的共享儲能聯(lián)合調(diào)頻分散交易機制，考慮了信息披露機制對分散交易效率的影響，設計了考慮共享儲能違約和平均成交價格公開的分散交易環(huán)節(jié)。然后，基于歷史交易數(shù)據(jù)和市場披露的平均成交價格信息，構(gòu)建了共享儲能適應性報價概率修正模型和市場主體交易模型。模擬共享儲能聯(lián)合調(diào)頻市場交易的算例結(jié)果表明，在考慮信息披露的分散交易機制下，各個共享儲能能夠通過自身歷史交易數(shù)據(jù)和市場公布的價格信息不斷修正報價策略，逐漸提高交易收益并最終形成穩(wěn)定匹配，且價格低、容量小的儲能更容易獲得穩(wěn)定收益。在此交易機制下，火電機組同樣能夠更快地在市場中與最優(yōu)交易對象進行交易。從市場整體效率分析，過高的違約金會減少共享儲能探索市場積極性，過低的違約金設置會損害被頻繁違約的火電機組的利益，導致社會總福利下降。而在合理的違約賠償比例下，本文提出的考慮信息披露的分散交易機制可以實現(xiàn)接近于集中交易機制下的社會總福利和市場成交筆數(shù)，為共享儲能參與調(diào)頻的市場機制設計提供了新思路。

在本文提出的考慮信息披露的共享儲能聯(lián)合調(diào)頻分散交易機制設計中，僅考慮了市場對平均成交價格信息的公布，沒有進一步考慮是否公開各個火電機組收到的儲能報價總量對市場效率的影響。此外，違約機制的設計也僅允許共享儲能更改成交對象，火電機組無法更換已成交的低價儲能。因此，下一步研究中可以進一步圍繞供需交易信息披露、雙向違約機制設計等對分散市場社會總福利和收斂速度的影響展開。

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