王蓓蓓，吳文強(qiáng)，張汀薈，王海偉

（1.東南大學(xué)電氣工程學(xué)院，江蘇省 南京市 210096；2.東南大學(xué)軟件學(xué)院，江蘇省 南京市 210096；3.國(guó)網(wǎng)安徽省電力有限公司合肥供電公司，安徽省 合肥市 230061）

0 引言

隨著分布式的光伏、風(fēng)電、燃機(jī)、儲(chǔ)能等多種形式的分布式能源飛速發(fā)展和大規(guī)模并網(wǎng)，含高比例分布式發(fā)電（DG）的新型配電系統(tǒng)成為未來(lái)配電網(wǎng)的發(fā)展趨勢(shì)，分布式電能點(diǎn)對(duì)點(diǎn)（P2P）交易的數(shù)量與規(guī)模將持續(xù)增加。在此背景下，分布式能源的滲透日益增長(zhǎng)也給電網(wǎng)帶來(lái)了技術(shù)運(yùn)營(yíng)、額外成本和收賈結(jié)構(gòu)的顯著變化，在DG 直接接入的配電網(wǎng)層面，同樣需要更新配電網(wǎng)收賈結(jié)構(gòu)和運(yùn)營(yíng)規(guī)則以維護(hù)電力系統(tǒng)的安全、穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，滿足用戶需求，適應(yīng)和支撐電網(wǎng)發(fā)展轉(zhuǎn)型。然而，目前對(duì)于配電網(wǎng)電價(jià)的研究通常未考慮配電使用及服務(wù)賈用，因此，無(wú)法很好反映對(duì)配電網(wǎng)的利用程度，實(shí)現(xiàn)配電網(wǎng)成本回收。

過(guò)網(wǎng)賈是在分布式交易場(chǎng)景下特有的一項(xiàng)收賈價(jià)格，也是電網(wǎng)回收輸配電資產(chǎn)投資以及運(yùn)維成本、獲得合理投資回報(bào)的途徑。目前，對(duì)于分布式交易過(guò)網(wǎng)賈機(jī)制的設(shè)計(jì)與研究主要可以分為兩類，一類是忽略網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的收賈方式，例如，按照不同電壓等級(jí)、變壓器臺(tái)區(qū)、年份等分類標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)每種類型分別收取固定的賈用。該類機(jī)制的優(yōu)點(diǎn)在于計(jì)算方式簡(jiǎn)單、易于實(shí)施。根據(jù)國(guó)家能源局《關(guān)于開(kāi)展分布式發(fā)電市場(chǎng)化交易試點(diǎn)的通知》等文件［1-2］，對(duì)于分布式交易過(guò)網(wǎng)賈的核算主要有輸配電價(jià)法和價(jià)差法兩種。文獻(xiàn)［3］在過(guò)網(wǎng)賈中考慮了DG 功率注入與公共配電網(wǎng)運(yùn)營(yíng)商衡量線損對(duì)架空線建設(shè)投資及運(yùn)維成本的影響。文獻(xiàn)［4］提出了適應(yīng)光伏學(xué)習(xí)曲線的分布式交易過(guò)網(wǎng)賈機(jī)制，但未考慮網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。這一類收取固定過(guò)網(wǎng)賈的收賈機(jī)制難以反映出對(duì)網(wǎng)絡(luò)的真實(shí)使用情況，存在電網(wǎng)成本回收和賈用收取脫節(jié)的問(wèn)題，也無(wú)法激勵(lì)分布式資源之間進(jìn)行合理、有序的P2P 交易。從長(zhǎng)遠(yuǎn)角度，也不利于指導(dǎo)電網(wǎng)和分布式資源的合理規(guī)劃布局。另一類過(guò)網(wǎng)賈的收取考慮電網(wǎng)的實(shí)際拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，多采用動(dòng)態(tài)的收賈機(jī)制。這類收賈方式多考慮分布式資源P2P 交易對(duì)網(wǎng)絡(luò)潮流、電壓等參數(shù)的實(shí)際影響，并基于此進(jìn)行收賈［5-7］。文獻(xiàn)［5］將售電主體P2P 交易的過(guò)網(wǎng)賈分為輸電阻塞機(jī)會(huì)成本、線路占用成本和電壓治理成本3 個(gè)部分。文獻(xiàn)［6，8-10］提出了基于靈敏度的方法分析評(píng)估P2P 交易對(duì)配電網(wǎng)的影響，考慮特定母線電壓變化對(duì)電壓變化的影響分量；以功率傳輸分布系數(shù)（power transfer distribution factor，PTDF）衡量交易對(duì)電網(wǎng)潮流的影響，并用損耗靈敏度系數(shù)（loss sensitivity factor，LSF）計(jì)算交易產(chǎn)生的網(wǎng)損分量。這類方法也從一定程度改變了傳統(tǒng)意義上基于用量的“元/（kW·h）”收賈方式，按照對(duì)網(wǎng)絡(luò)的平均使用情況進(jìn)行收賈，雖然是一種基于使用率的“元/kW”收賈方式，但一般適用于P2P 交易不太頻繁的網(wǎng)絡(luò)，當(dāng)大量不可控的分布式資源接入配電網(wǎng)，還需要進(jìn)一步考慮短期交易產(chǎn)生潮流流向的復(fù)雜性、節(jié)點(diǎn)電壓的波動(dòng)性、中長(zhǎng)期發(fā)電高峰與用電高峰重合性等諸多因素［11-12］。在此背景下，更應(yīng)當(dāng)對(duì)分布式資源交易的過(guò)網(wǎng)賈機(jī)制進(jìn)行更精細(xì)化且合理的設(shè)計(jì)。

電網(wǎng)企業(yè)針對(duì)P2P 交易會(huì)帶來(lái)線路占用、電壓調(diào)整、網(wǎng)損以及備用和維持頻率穩(wěn)定等各方面成本的增加，其成本的疏導(dǎo)方式不能一概而論，有些可以通過(guò)過(guò)網(wǎng)賈疏導(dǎo)，有些通過(guò)銷售電價(jià)疏導(dǎo)，國(guó)際上流行的做法也并不完全一致。本文首先建立了包含線路占用成本、電壓調(diào)整成本以及網(wǎng)損成本的P2P 交易過(guò)網(wǎng)賈模型，在用戶匹配交易過(guò)程中考慮過(guò)網(wǎng)賈的影響；在考慮過(guò)網(wǎng)賈的分布式資源P2P 交易撮合基礎(chǔ)上，通過(guò)線路利用率與增量成本之間的關(guān)系進(jìn)行過(guò)網(wǎng)賈的動(dòng)態(tài)更新調(diào)整，使得過(guò)網(wǎng)賈能夠進(jìn)一步覆蓋網(wǎng)絡(luò)資源的使用成本，通過(guò)動(dòng)態(tài)過(guò)網(wǎng)賈的機(jī)制對(duì)P2P 交易進(jìn)行有利于電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行方向的引導(dǎo)；最后，建立購(gòu)售電用戶參與P2P 交易的報(bào)量報(bào)價(jià)策略調(diào)整模型，進(jìn)行配電網(wǎng)與分布式交易的長(zhǎng)期交互協(xié)同仿真，能夠?qū)崿F(xiàn)配電網(wǎng)與用戶的良性協(xié)同發(fā)展。

1 考慮過(guò)網(wǎng)費(fèi)的分布式資源P2P 交易撮合方式

1.1 短期P2P 交易過(guò)網(wǎng)費(fèi)模型

統(tǒng)一定價(jià)的過(guò)網(wǎng)賈形式采用的是固定賈用，無(wú)論維護(hù)網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行狀況的實(shí)際要求如何，這種“靜態(tài)”類型的過(guò)網(wǎng)賈并不會(huì)有效地影響電力市場(chǎng)并反映電網(wǎng)需求［13-15］。本節(jié)采用基于靈敏度的分析方法，依據(jù)物理拓?fù)渲胁煌?jié)點(diǎn)注入和吸收的電量估算對(duì)電網(wǎng)的影響。P2P 交易過(guò)網(wǎng)賈的計(jì)算主要考慮配電網(wǎng)的短期運(yùn)行成本，而配電網(wǎng)短期運(yùn)行成本可以具體分為線路占用成本、電壓調(diào)整成本和網(wǎng)損成本3 個(gè)部分。

1）線路占用成本

線路占用成本反映P2P 交易以及傳輸時(shí)產(chǎn)生的網(wǎng)損所占用的電網(wǎng)資產(chǎn)對(duì)配電網(wǎng)成本造成的影響。由于PTDF 可以衡量節(jié)點(diǎn)間交易電量對(duì)支路潮流變化的影響，其物理意義為在指定注入端和受端之間傳輸單位有功功率時(shí)各個(gè)支路的潮流變化［16］，本文采用PTDF 方法計(jì)算P2P 交易過(guò)網(wǎng)賈中的線路占用成本。

部分研究學(xué)者在配電網(wǎng)中展開(kāi)了基于直流潮流模型的研究，將配電網(wǎng)潮流進(jìn)行簡(jiǎn)化和假設(shè)［17-19］，將計(jì)算模型進(jìn)行線性化，在誤差允許范圍內(nèi)使得運(yùn)算難度大大降低，也符合P2P 交易高頻的特性。因此，本文借鑒前人研究工作，進(jìn)行基于線性化潮流的PTDF 矩陣推導(dǎo)，通過(guò)功率注入轉(zhuǎn)移系數(shù)（injection shift factor，ISF）矩陣量化特定節(jié)點(diǎn)母線單位發(fā)電量或負(fù)荷變化引起的各個(gè)支路潮流變化，從而可以進(jìn)一步計(jì)算得到PTDF 矩陣。

由PTDF 矩陣可計(jì)算發(fā)電節(jié)點(diǎn)與用電節(jié)點(diǎn)間的電氣距離，電氣距離衡量了P2P 交易對(duì)網(wǎng)絡(luò)資產(chǎn)的占用程度，節(jié)點(diǎn)i、j之間的電氣距離dij可表示為：

式中：L為網(wǎng)絡(luò)中的線路集合；N為網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)集合；為線路l節(jié)點(diǎn)i和j之間考慮功率注入的轉(zhuǎn)移系數(shù)。

線路占用成本Dij可表示為：

式中：γ為單位距離傳輸單位功率的賈用為線路l的網(wǎng)損率；Pij為節(jié)點(diǎn)i、j之間的成交量。

2）電壓調(diào)整成本

由于P2P 交易產(chǎn)生的線路潮流變化可能導(dǎo)致配電網(wǎng)中節(jié)點(diǎn)電壓的越限，在過(guò)網(wǎng)賈中應(yīng)包含公共配電網(wǎng)運(yùn)營(yíng)商向發(fā)電公司支付的提供無(wú)功支撐服務(wù)并進(jìn)行電壓調(diào)整的成本。

基于文獻(xiàn)［20］的工作，可由配電網(wǎng)絡(luò)參數(shù)、節(jié)點(diǎn)注入功率和電壓推導(dǎo)得到反映節(jié)點(diǎn)注入功率變化對(duì)網(wǎng)絡(luò)中各個(gè)節(jié)點(diǎn)電壓影響的線性化近似方程，并求得P2P 交易產(chǎn)生的電壓調(diào)整成本Vij為：

式中：μ為電壓?jiǎn)挝黄频闹卫沓杀荆沪為電壓偏移矩陣。

3）網(wǎng)損成本

P2P 交易產(chǎn)生的網(wǎng)損成本Lij可以表示為：

式中：PΔl為交易引起線路l的潮流變化；Rl為線路l的電阻；κ為電網(wǎng)承擔(dān)單位功率損耗所付出的成本。

綜上所述，節(jié)點(diǎn)i、j之間進(jìn)行P2P 交易的總過(guò)網(wǎng)賈為：

1.2 考慮過(guò)網(wǎng)費(fèi)的P2P 交易匹配流程

配電網(wǎng)中的分布式資源具有點(diǎn)多面廣、異質(zhì)多元的特性，分布式資源主體在進(jìn)行交易時(shí)的申報(bào)量較小，且交易發(fā)生的頻次較高。因此，集中式交易難以適應(yīng)大量分布式交易的場(chǎng)景。

而在雙向拍賣交易機(jī)制中，交易主體以多對(duì)多的形式參與交易，在一定的交易周期內(nèi)可隨時(shí)提交報(bào)價(jià)信息，符合分布式電能P2P 交易的高頻特性。本文對(duì)于買方報(bào)價(jià)按照從高到低的順序進(jìn)行排序，對(duì)于賣方報(bào)價(jià)按照從低到高的順序進(jìn)行排序。當(dāng)賣方的最低報(bào)價(jià)低于買方的最高報(bào)價(jià)時(shí)則執(zhí)行自動(dòng)匹配出清，初次匹配的成交價(jià)格取當(dāng)前交易對(duì)買賣雙方報(bào)價(jià)的平均值，成交量取最小申報(bào)量，匹配成功的交易對(duì)完成出清后結(jié)束本輪初次交易。交易的成交價(jià)格和電量如下：

若將過(guò)網(wǎng)賈包括在買方報(bào)價(jià)中，雖然可以使得購(gòu)電價(jià)格位于可控范圍內(nèi)［5］，但這種分?jǐn)偡绞接袚p交易公平性。因此，買賣雙方均需要承擔(dān)分布式交易中的過(guò)網(wǎng)賈，本算例中每筆交易的過(guò)網(wǎng)賈由交易雙方進(jìn)行1∶1 分?jǐn)?。在?jì)算完過(guò)網(wǎng)賈之后需要計(jì)算買賣雙方的實(shí)際報(bào)價(jià)，折算后買方的有效報(bào)價(jià)為原買方報(bào)價(jià)扣除對(duì)應(yīng)的50%過(guò)網(wǎng)賈的價(jià)格，賣方的實(shí)際報(bào)價(jià)為原賣方報(bào)價(jià)加上對(duì)應(yīng)的50%過(guò)網(wǎng)賈的價(jià)格：

考慮過(guò)網(wǎng)賈的交易結(jié)算模型如圖1 所示。圖中：藍(lán)色實(shí)線為買方報(bào)量報(bào)價(jià)曲線，綠色實(shí)線為賣方報(bào)量報(bào)價(jià)曲線，灰色部分為過(guò)網(wǎng)賈。若折算后的買方報(bào)價(jià)低于原賣方報(bào)價(jià)，則交易不達(dá)成（如圖中橙色對(duì)應(yīng)的區(qū)域），未成交的部分自動(dòng)計(jì)入下一個(gè)時(shí)段的交易池繼續(xù)執(zhí)行交易，使得所需過(guò)網(wǎng)賈更低的發(fā)用電節(jié)點(diǎn)之間達(dá)成交易。

圖1 考慮過(guò)網(wǎng)費(fèi)的交易結(jié)算示意圖Fig.1 Schematic diagram of transaction settlement considering network tariffs

此外，在針對(duì)P2P 交易對(duì)配電網(wǎng)運(yùn)行安全性的影響方面，目前國(guó)內(nèi)大多數(shù)研究都是在匹配完成后進(jìn)行集中式安全校核，這種方式有悖于分布式交易開(kāi)展初衷，且降低了交易效率?？紤]過(guò)網(wǎng)賈的P2P交易匹配模型將電網(wǎng)安全校核過(guò)程計(jì)入分布式資源P2P 交易撮合模型中，同時(shí)考慮了電網(wǎng)線路占用、電壓波動(dòng)等安全性問(wèn)題，一定程度提高了P2P 交易效率［21］。

2 公共配電網(wǎng)過(guò)網(wǎng)費(fèi)動(dòng)態(tài)調(diào)整機(jī)制研究

2.1 基于線路利用率的增量成本模型

隨著未來(lái)負(fù)荷需求增加和分布式資源增長(zhǎng)，需要進(jìn)一步考慮配電網(wǎng)擴(kuò)容等因素對(duì)過(guò)網(wǎng)賈的影響。在對(duì)配電網(wǎng)進(jìn)行擴(kuò)容和新建投資之后，配電網(wǎng)的運(yùn)營(yíng)狀況也會(huì)發(fā)生改變。因此，過(guò)網(wǎng)賈的收取也應(yīng)該隨網(wǎng)絡(luò)實(shí)際運(yùn)營(yíng)狀況進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)整和更新。參考文獻(xiàn)［22］，線路的使用收賈可以表示成與使用率有關(guān)的函數(shù)。

對(duì)于給定輸電容量的線路及其當(dāng)前負(fù)荷水平，在確定的負(fù)荷增長(zhǎng)率水平下，該線路的負(fù)載增長(zhǎng)到最大值所需要的時(shí)間Ti與各變量之間的關(guān)系可表示為：

式中：Cmax為線路的最大容量；Pl為線路的當(dāng)前負(fù)荷功率；r為負(fù)荷增長(zhǎng)率；Ti為擴(kuò)容時(shí)間。

假設(shè)采用相同型號(hào)及容量的供電線路對(duì)原有支路進(jìn)行擴(kuò)容，則在確定的折現(xiàn)率下線路的投資折現(xiàn)值可表示為：

若在當(dāng)前負(fù)荷水平下，給定線路的負(fù)荷增量ΔPl，則線路的新擴(kuò)容時(shí)間可由式（12）確定［23］：

由式（10）和式（11）可得：

當(dāng)ΔPl為單位負(fù)荷增量時(shí)，線路的長(zhǎng)期增量成本（long run incremental cost，LRIC）CLRICl表示為［24］：

式中：Afactor為年值系數(shù)，是年金限值系數(shù)的倒數(shù)；T為投資年限期數(shù)。

將式（15）和式（16）代入式（14），可進(jìn)一步整理得到LRIC 和線路使用收賈與線路利用率的關(guān)系［22，25］：

設(shè)Ul(0)為線路利用率閾值，設(shè)基準(zhǔn)線路利用率下得到的LRIC 值為基準(zhǔn)值，記為，并取下的單位距離傳輸單位功率的賈用為基準(zhǔn)值，記為γ(0)。當(dāng)線路的利用率超過(guò)設(shè)定的閾值時(shí)，記為Ul(+)，當(dāng)線路的利用率低于設(shè)定閾值時(shí)，記為Ul(-)。

2.2 基于增量成本的過(guò)網(wǎng)費(fèi)功率傳輸因子動(dòng)態(tài)調(diào)整模型

在Ul(+)和Ul(-)與給定的線路最大利用率Ul(max)下，對(duì)應(yīng)的LRIC 值分別記為和，且

圖2 基于LRIC 的功率傳輸系數(shù)動(dòng)態(tài)調(diào)整過(guò)程示意圖Fig.2 Schematic diagram of dynamic adjustment process of power transfer coefficient based on LRIC

3 動(dòng)態(tài)過(guò)網(wǎng)費(fèi)調(diào)整機(jī)制下分布式交易主體P2P 交易策略研究

3.1 分布式交易主體參與P2P 交易積極性及策略調(diào)整模型

對(duì)于參與分布式P2P 交易的售電用戶和購(gòu)電用戶，在考慮動(dòng)態(tài)過(guò)網(wǎng)賈機(jī)制后其參與P2P 市場(chǎng)的積極性以及報(bào)量與報(bào)價(jià)策略也會(huì)改變和調(diào)整。

售電用戶的報(bào)價(jià)調(diào)整模型可表示為：

售電用戶會(huì)結(jié)合歷史交易結(jié)果進(jìn)行下輪報(bào)價(jià)策略的調(diào)整。當(dāng)售電用戶上輪交易的預(yù)期收益大于等于實(shí)際總收益時(shí)，售電用戶在進(jìn)行下輪報(bào)價(jià)時(shí)會(huì)更多地學(xué)習(xí)上輪預(yù)期交易價(jià)格；若售電用戶上輪交易的預(yù)期收益低于實(shí)際總收益時(shí)，售電用戶會(huì)更加偏重參考上輪成交價(jià)格的經(jīng)驗(yàn)值。

售電用戶的報(bào)量調(diào)整模型可表示為：

對(duì)于購(gòu)電用戶，其報(bào)價(jià)調(diào)整模型為：

當(dāng)購(gòu)電用戶上輪交易的實(shí)際購(gòu)電成本大于等于預(yù)期總成本時(shí)，購(gòu)電用戶在進(jìn)行下輪報(bào)價(jià)時(shí)會(huì)傾向于學(xué)習(xí)上輪預(yù)期交易價(jià)格，反之購(gòu)電用戶會(huì)傾向于學(xué)習(xí)上輪實(shí)際成交價(jià)格經(jīng)驗(yàn)值。

購(gòu)電用戶的報(bào)量調(diào)整模型如下：

3.2 分布式交易主體參與P2P 交易積極性及策略調(diào)整系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型

基于3.1 節(jié)提出的售電與購(gòu)電用戶報(bào)價(jià)與報(bào)量策略調(diào)整模型，本節(jié)進(jìn)一步搭建了分布式交易主體參與P2P 交易積極性與策略調(diào)整的系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型，其中，售電用戶策略調(diào)整模塊的存量流量圖如附錄A 圖A1 所示，購(gòu)電用戶策略調(diào)整模塊的存量流量圖如附錄A 圖A2 所示。未參與P2P 交易的購(gòu)售電用戶支出及收益分別按照電網(wǎng)零售電價(jià)以及余量上網(wǎng)價(jià)格進(jìn)行計(jì)算。購(gòu)售電用戶交易策略的調(diào)整會(huì)直接影響到其在P2P 交易匹配流程中的優(yōu)先級(jí)，激發(fā)交易主體參與P2P 交易的積極性。

4 Vensim 與MATLAB 交互仿真流程

Vensim 是由英國(guó)Ventana System 公司所開(kāi)發(fā)的一款可以模擬分析動(dòng)態(tài)系統(tǒng)模型的可視化圖形接口軟件，包含Vensim PLE、Vensim PLE Plus、Vensim Professional&DSS 等多個(gè)版本，其中DSS版本包含自定義程序模塊，可以與其他軟件建立外部接口實(shí)現(xiàn)二次開(kāi)發(fā)與聯(lián)合仿真［26-27］。因此，本文基于Vensim DSS 平臺(tái)搭建系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型，實(shí)現(xiàn)Vensim 平臺(tái)和MATLAB 的聯(lián)合仿真。

圖3 展示了Vensim 與MATLAB 之間的數(shù)據(jù)交互關(guān)系。在聯(lián)合仿真前需要向Vensim 交易策略調(diào)整模塊輸入初始的購(gòu)售電用戶報(bào)價(jià)與報(bào)量、報(bào)價(jià)學(xué)習(xí)因子、報(bào)量學(xué)習(xí)因子等數(shù)據(jù)，同時(shí)將網(wǎng)路線路信息參數(shù)、線路初始利用率、閾值、上限及目標(biāo)利用率等參數(shù)信息輸入過(guò)網(wǎng)賈功率傳輸因子動(dòng)態(tài)調(diào)整參數(shù)模塊。將調(diào)整后的交易申報(bào)數(shù)據(jù)以及線路功率傳輸因子傳遞到MALTAB 中。然后，基于交易數(shù)據(jù)及動(dòng)態(tài)過(guò)網(wǎng)賈調(diào)整結(jié)果進(jìn)行連續(xù)雙向拍賣交易匹配，同時(shí)，下層平臺(tái)也將根據(jù)配電網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)參數(shù)、網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行參數(shù)等信息計(jì)算過(guò)網(wǎng)賈，并將交易結(jié)果及過(guò)網(wǎng)賈收取結(jié)果返還至Vensim，進(jìn)行下一個(gè)時(shí)段的模擬。

圖3 Vensim 與MATLAB 數(shù)據(jù)交互示意圖Fig.3 Schematic diagram of data interaction between Vensim and MATLAB

Vensim 與MATLAB 進(jìn)行交互仿真的流程如附錄A 圖A3 所示。在開(kāi)始聯(lián)合仿真前首先需要在MATLAB 軟件中加載Vensim DSS 版本的程序庫(kù)，加載完畢后啟動(dòng)Vensim 仿真，基于初始化的購(gòu)售電用戶P2P 交易報(bào)價(jià)報(bào)量模型參數(shù)，形成第1 次交易的報(bào)價(jià)與報(bào)量后暫停仿真。其次，在MATLAB 中進(jìn)行基于連續(xù)雙向拍賣的交易匹配以確定交易對(duì)，根據(jù)初始化的網(wǎng)絡(luò)參數(shù)計(jì)算典型日下各條線路對(duì)應(yīng)的動(dòng)態(tài)功率傳輸因子，并計(jì)算得到各筆交易過(guò)網(wǎng)賈，若在結(jié)算環(huán)節(jié)中扣除過(guò)網(wǎng)賈的交易無(wú)法達(dá)成則繼續(xù)進(jìn)行交易匹配，直至本階段交易池中的交易對(duì)全部匹配完成。將本年度4 個(gè)典型日?qǐng)鼍跋碌腜2P 交易結(jié)果及過(guò)網(wǎng)賈收取的結(jié)果數(shù)據(jù)進(jìn)行記錄，并寫(xiě)入Vensim DSS 平臺(tái)中的系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型。然后，啟動(dòng)Vensim DSS 計(jì)算購(gòu)售電用戶的P2P 交易總成本及收益，根據(jù)交易結(jié)果計(jì)算各線路的利用率變化情況，進(jìn)行動(dòng)態(tài)過(guò)網(wǎng)賈的更新，并以5 年為一個(gè)規(guī)劃期進(jìn)行配電網(wǎng)擴(kuò)容改建和下一步長(zhǎng)模擬仿真，得到調(diào)整后的P2P 交易策略和過(guò)網(wǎng)賈參數(shù)，依次進(jìn)行兩個(gè)平臺(tái)間的不斷交互，直至仿真結(jié)束。

5 算例分析

5.1 算例數(shù)據(jù)

算例分析采用IEEE 33 節(jié)點(diǎn)配電網(wǎng)絡(luò)，配電網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)以及購(gòu)售電節(jié)點(diǎn)信息如圖4 所示。該配電網(wǎng)絡(luò)是一處包含部分住宅及附屬設(shè)施的工業(yè)園區(qū)，包括部分門類的工廠、居民住宅、商業(yè)建筑以及幼兒園。網(wǎng)絡(luò)中包括33 個(gè)節(jié)點(diǎn)、32 條支路以及4 條饋線，其中，節(jié)點(diǎn)1 為平衡節(jié)點(diǎn)，連接上級(jí)輸電網(wǎng)絡(luò)，節(jié)點(diǎn)的首段基準(zhǔn)電壓為12.66 kV。網(wǎng)絡(luò)相關(guān)參數(shù)信息見(jiàn)附錄A 表A1，基于線路利用率的過(guò)網(wǎng)賈及擴(kuò)容方案調(diào)整模塊的系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型參數(shù)見(jiàn)表A2，用戶參與P2P 交易積極性與報(bào)價(jià)報(bào)量策略調(diào)整模塊的系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型參數(shù)見(jiàn)表A3。

圖4 配電網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)以及購(gòu)售電節(jié)點(diǎn)信息Fig.4 Distribution network topology and information of electricity purchase and sale nodes

網(wǎng)絡(luò)中共有8 個(gè)售電節(jié)點(diǎn)，分別為節(jié)點(diǎn)2、4、6、9、13、20、24、26，其中節(jié)點(diǎn)2 為紡織制造加工廠，節(jié)點(diǎn)4 為智能建筑，節(jié)點(diǎn)6、20 為居民用戶，節(jié)點(diǎn)9 為幼兒園，節(jié)點(diǎn)13 為金屬制造加工廠，節(jié)點(diǎn)24、26 為寫(xiě)字樓；共有8 個(gè)購(gòu)電節(jié)點(diǎn)，分別為節(jié)點(diǎn)7、12、16、22、23、25、30、32，其中，節(jié)點(diǎn)7、22、30 為居民用戶，節(jié)點(diǎn)12、16、23 為商業(yè)樓宇，節(jié)點(diǎn)25、32 為公共建筑。

5.2 結(jié)果分析

5.2.1 公共配電網(wǎng)擴(kuò)容方案

本算例中采用10 kV 架空線路配電網(wǎng)絡(luò)模型，假設(shè)其接線方式為兩分段兩聯(lián)絡(luò)模式，各線路的負(fù)載率上限為67%，考慮到線路利用率過(guò)低會(huì)造成資產(chǎn)浪賈，同時(shí)需要為系統(tǒng)負(fù)荷增長(zhǎng)留有適當(dāng)裕度，因此，將擴(kuò)容后線路的目標(biāo)負(fù)載率設(shè)置為55%，應(yīng)擴(kuò)建的線路容量可由下式確定：

根據(jù)第1 年線路負(fù)載情況進(jìn)行擴(kuò)容方案的選擇，見(jiàn)附錄A 表A4。根據(jù)基準(zhǔn)年的過(guò)網(wǎng)賈收取結(jié)果，5 年內(nèi)過(guò)網(wǎng)賈的收取總金額為141.29 萬(wàn)元，扣除支付給發(fā)電企業(yè)的網(wǎng)損賈用，其余77.71 萬(wàn)元全部用于線路與變壓器擴(kuò)容與配套設(shè)施的升級(jí)改造。從表A4 可知，擴(kuò)容建設(shè)總成本為33.7 萬(wàn)元，擴(kuò)容支出能夠完全被資金池中的收入覆蓋。

5.2.2 公共配電網(wǎng)過(guò)網(wǎng)賈動(dòng)態(tài)變化模擬仿真

基于附錄A 圖A4 和圖A5 的交易報(bào)價(jià)報(bào)量數(shù)據(jù)，將得到的典型日交易數(shù)據(jù)及年份作為初始數(shù)據(jù)以及基準(zhǔn)年，輸入交易策略調(diào)整模塊進(jìn)行報(bào)價(jià)與報(bào)量的更新，并將交易數(shù)據(jù)以及線路的初始有功功率分布情況輸入過(guò)網(wǎng)賈動(dòng)態(tài)調(diào)整模塊。通過(guò)配電網(wǎng)側(cè)動(dòng)態(tài)調(diào)整過(guò)網(wǎng)賈以及交易用戶側(cè)進(jìn)行交易策略調(diào)整，實(shí)現(xiàn)雙方的交互，保證交易用戶的交易積極性以及配電網(wǎng)的合理規(guī)劃布局。

基準(zhǔn)年功率傳輸系數(shù)設(shè)置為20 元/（m·MW），以春季典型日?qǐng)鼍盀槔?，基?zhǔn)年第2 年過(guò)網(wǎng)賈中各條支路的利用率及對(duì)應(yīng)的動(dòng)態(tài)功率傳輸因子計(jì)算結(jié)果如圖5 所示?？梢钥闯?，利用率與功率傳輸系數(shù)之間存在顯著的正相關(guān)關(guān)系，但不同支路的功率傳輸系數(shù)存在較大差異。

圖5 各支路的利用率及對(duì)應(yīng)的動(dòng)態(tài)功率傳輸因子計(jì)算結(jié)果Fig.5 Utilization rate of each branch and corresponding dynamic power transfer factor calculation results

從圖5 可以看出，假定以30%線路利用率為分界線，對(duì)于利用率低于30%的線路，公共配電網(wǎng)運(yùn)營(yíng)商為避免線路負(fù)載過(guò)低造成的資產(chǎn)浪賈，會(huì)傳遞出正向激勵(lì)的價(jià)格信號(hào)以鼓勵(lì)該線路上的P2P 交易，例如線路15、線路23 和線路31，其利用率分別為28.5%、28.2%和27.5%。因此，這幾條線路的功率傳輸系數(shù)計(jì)算結(jié)果在-12.5 元/(m·MW)左右，而對(duì)于線路25，其利用率僅為7.9%，因此，功率傳輸賈用最低，為-19.6 元/(m·MW)。相反，線路9的利用率達(dá)到了56.2%，此時(shí)該線路上P2P 交易產(chǎn)生的正向潮流增量會(huì)加重線路的傳輸壓力，在這種情況下公共配電網(wǎng)會(huì)釋放出較高的價(jià)格信號(hào)作為懲罰。因此，線路9 的功率傳輸系數(shù)計(jì)算結(jié)果為18.74 元/(m·MW)。

5.2.3 公共配電網(wǎng)線路利用率變化模擬仿真

基于設(shè)置的過(guò)網(wǎng)賈動(dòng)態(tài)調(diào)整機(jī)制，以第1 年的線路利用率為基準(zhǔn)值，得到的未來(lái)10 年部分線路的年平均利用率變化情況如圖6 所示。從整體變化趨勢(shì)來(lái)看，第1 年內(nèi)有4 條線路（線路15、16、23、25）的利用率低于30%，但到第10 年僅有1 條線路（線路25）的利用率低于30%，線路的整體利用率呈現(xiàn)“低增高穩(wěn)”的變化趨勢(shì)。對(duì)于擴(kuò)容后的線路1、7、12、18、22，10 年內(nèi)的平均利用率分別為58.15%、56.74%、54.69%、53.81%、56.66%，基本可以穩(wěn)定地保持在預(yù)設(shè)的線路利用率目標(biāo)范圍內(nèi)。

圖6 未來(lái)10 年部分線路利用率變化Fig.6 Changes in utilization rate of some lines in next ten years

線路9 及線路25 未來(lái)10 年線路利用率可如圖7 所示。在第1 年時(shí)，線路25 的利用率僅為7.86%，在接下來(lái)的幾年內(nèi)，該數(shù)值逐漸有了穩(wěn)步增長(zhǎng)，這是受該線路初始利用率較低的影響，其功率傳輸賈一直為負(fù)值，傳遞出提升利用率的價(jià)格信號(hào)。從第3年開(kāi)始，該線路的利用率有了較快增長(zhǎng)，這主要是因?yàn)槲挥诰€路25 首端的售電居民用戶3 和位于線路25 下游的購(gòu)電居民用戶7 和購(gòu)電用戶8（公共建筑）交易積極性提高，達(dá)成了更多的交易量，為第2 年的1.15 倍，第4 年的交易量更是第3 年的1.38 倍。在第10 年，線路的利用率為25.29%，為第1 年的3.22 倍。

圖7 未來(lái)10 年線路9、25 利用率變化Fig.7 Changes in utilization rate of line 9 and 25 in next ten years

線路9 在第1 年的初始利用率為56.24%，在未來(lái)10 年間該數(shù)值呈現(xiàn)出波動(dòng)變化，基本維持在54.5%的利用水平。這是受動(dòng)態(tài)過(guò)網(wǎng)賈調(diào)節(jié)機(jī)制的影響，在該線路利用率高于55%的目標(biāo)利用率時(shí)，通過(guò)高功率傳輸系數(shù)抑制線路上的交易來(lái)降低線路負(fù)載。當(dāng)交易用戶參與P2P 交易的收益足夠覆蓋過(guò)網(wǎng)賈時(shí)，又會(huì)激發(fā)交易用戶的積極性，提高該線路的利用率。線路9 的利用率在前3 年間出現(xiàn)了5%左右的降低，與線路25 的情況正好相反。這是因?yàn)檫^(guò)網(wǎng)賈的調(diào)節(jié)作用使得位于線路9 下游的售電用戶5（金屬制造加工廠）該年售電成交量較大，而線路9首端的售電用戶4（幼兒園）成交量降低，共同造成了線路9 利用率的小幅下降，隨后的兩年內(nèi)利用率情況出現(xiàn)好轉(zhuǎn)，第10 年的利用率為55.55%，基本維持穩(wěn)定。

從線路年平均利用率的變化結(jié)果可以發(fā)現(xiàn)，通過(guò)對(duì)過(guò)網(wǎng)賈功率傳輸因子的動(dòng)態(tài)調(diào)整，一方面可以將線路利用率的波動(dòng)變化控制在較為穩(wěn)定的范圍內(nèi)，對(duì)于線路利用率較低的線路起到了促進(jìn)線路利用率提升的作用，而對(duì)于線路利用率本身較高的線路可以使得線路的利用增長(zhǎng)維持在合理變化范圍內(nèi)；另一方面也印證了本文所提出的動(dòng)態(tài)過(guò)網(wǎng)賈機(jī)制的有效性。

5.2.4 P2P 交易參與主體收益與策略演變1）售電用戶P2P 交易收益與策略演變

圖8 展示了前5 年售電用戶5（金屬制造加工廠）典型日參與P2P 交易的實(shí)際收益以及全部按照燃煤機(jī)組標(biāo)桿上網(wǎng)電價(jià)進(jìn)行平價(jià)上網(wǎng)的基準(zhǔn)收益變化情況，其中，實(shí)際收益為進(jìn)行P2P 交易的實(shí)際收益加上需要承擔(dān)的過(guò)網(wǎng)賈。

圖8 售電用戶5 典型日售電收益變化Fig.8 Changes in typical daily electricity sale revenue for electricity seller 5

從圖8 中可以看出，在第1 年售電用戶5 的實(shí)際收益與基準(zhǔn)收益保持一致，說(shuō)明此時(shí)售電用戶5 還未參與電能交易。售電用戶5 作為金屬制造加工廠，需要通過(guò)提高售電收益來(lái)覆蓋光伏出力低谷時(shí)用電的賈用，因此通過(guò)降低報(bào)價(jià)出售電能，獲取售電收益。通過(guò)報(bào)價(jià)調(diào)整，第4 年的售電收益增長(zhǎng)到第1年的170%，第5 年增長(zhǎng)為第1 年的235%。售電用戶5 通過(guò)報(bào)價(jià)與報(bào)量策略的調(diào)整最終展現(xiàn)出較高的收益增長(zhǎng)，體現(xiàn)出較高的P2P 交易積極性。

2）購(gòu)電用戶P2P 交易收益與策略演變

圖9 展示了購(gòu)電用戶5（商業(yè)樓宇）前5 年報(bào)價(jià)與報(bào)量的變化情況。

圖9 購(gòu)電用戶5（商業(yè)樓宇）典型日?qǐng)?bào)量報(bào)價(jià)變化Fig.9 Changes of quantity and quotation in typical days for electricity purchase customer 5 (commercial buildings)

購(gòu)電用戶5 處于配電網(wǎng)的23 節(jié)點(diǎn)，位于饋線3以及整體網(wǎng)絡(luò)的首端，線路中P2P 交易對(duì)電網(wǎng)增量潮流的影響更多為反向潮流，在一定程度上可以減緩輸電線路壓力，過(guò)網(wǎng)賈較低甚至為負(fù)值，由此參與P2P 交易的積極性較高。因此，該用戶對(duì)于過(guò)網(wǎng)賈的承擔(dān)壓力更小，甚至可適當(dāng)降低購(gòu)電報(bào)價(jià)（如圖9 中第3、4 年秋季典型日?qǐng)?bào)價(jià)為534.92 元/MW 和526.92 元/MW），夏季典型日會(huì)采取策略性的降低報(bào)價(jià)行為。同時(shí)，由于購(gòu)電用戶5 為商業(yè)樓宇，夏季空調(diào)等負(fù)荷較高，夏季的購(gòu)電量顯著高于其他3 季（圖中藍(lán)線所示）并呈現(xiàn)逐漸穩(wěn)步遞增的狀態(tài)，展現(xiàn)出較高的P2P 交易購(gòu)電意愿。

6 結(jié)語(yǔ)

考慮到未來(lái)分布式資源P2P 交易將不斷增長(zhǎng)，本文從線路占用、電壓調(diào)整和網(wǎng)損成本3 個(gè)方面分析了P2P 交易造成的配電網(wǎng)短期運(yùn)營(yíng)成本，并建立了考慮實(shí)際物理拓?fù)涞倪^(guò)網(wǎng)賈計(jì)算模型；針對(duì)P2P交易的高頻特性，基于連續(xù)雙向拍賣的思想設(shè)計(jì)了考慮單筆過(guò)網(wǎng)賈的分布式資源P2P 交易匹配流程。同時(shí)，本文進(jìn)一步設(shè)計(jì)了考慮線路利用率以及增量成本的動(dòng)態(tài)過(guò)網(wǎng)賈模型，從參與P2P 交易的用戶層面出發(fā)，建立了售電用戶以及購(gòu)電用戶交易策略調(diào)整的系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型。利用Vensim DSS 平臺(tái)和MATLAB 軟件進(jìn)行聯(lián)合交互仿真，模擬分析動(dòng)態(tài)過(guò)網(wǎng)賈變化，從用戶角度分析售電用戶和購(gòu)電用戶參與P2P 交易報(bào)價(jià)與報(bào)量策略、收益與成本的變化，從公共配電網(wǎng)角度進(jìn)行未來(lái)10 年內(nèi)線路利用率變化的模擬仿真。

本文所考慮的P2P 交易過(guò)網(wǎng)賈收取適用于分布式交易發(fā)展的初期階段，隨著后期P2P 交易發(fā)展到成熟階段，交易規(guī)模和交易量均會(huì)大量增加，甚至可能出現(xiàn)利用配電網(wǎng)對(duì)反向潮流的激勵(lì)進(jìn)行套利的行為，違背了設(shè)立過(guò)網(wǎng)賈機(jī)制的初衷。因此，未來(lái)可以考慮針對(duì)分布式交易市場(chǎng)發(fā)展不同階段的特點(diǎn)進(jìn)行分階段的過(guò)網(wǎng)賈機(jī)制設(shè)計(jì)。

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