宋嗣博 ，郭紅霞 ，楊 蘋 ，何 婷 ，許志榮

（1.華南理工大學(xué)電力學(xué)院，廣東省綠色能源技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣州 510640；2.華南理工大學(xué)風(fēng)電控制與并網(wǎng)技術(shù)國家地方聯(lián)合工程實(shí)驗(yàn)室，廣州 511458）

自2015年中發(fā)9號(hào)文啟動(dòng)電力體制改革以來，中國電力市場化的進(jìn)程已在各省快速推進(jìn)。截至2017年2月，已有12個(gè)省市完成輸配電價(jià)的核定，各售電側(cè)試點(diǎn)和綜合試點(diǎn)的雙邊年度交易及月度競價(jià)交易也在有序開展。隨著中長期交易逐步成熟，電力現(xiàn)貨市場的架構(gòu)及市場機(jī)制設(shè)計(jì)成為電力體制改革的下一個(gè)重要環(huán)節(jié)[1-2]。

現(xiàn)貨市場是電力市場體系的重要組成部分，分為日前市場和日內(nèi)實(shí)時(shí)市場。市場交易主體提前向電力交易機(jī)構(gòu)提交中長期合同所約定的日發(fā)用電曲線、注入節(jié)點(diǎn)和流出節(jié)點(diǎn)等信息，由電力調(diào)度機(jī)構(gòu)發(fā)布負(fù)荷預(yù)測曲線供市場交易主體報(bào)價(jià)。電力交易機(jī)構(gòu)根據(jù)市場交易主體的申報(bào)信息，將機(jī)組運(yùn)行能力、網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?、事故校?yàn)等各類安全約束作為約束條件，以社會(huì)福利最大化為目標(biāo)，計(jì)算形成滿足各類安全約束的市場出清結(jié)果，包括各時(shí)段機(jī)組組合、市場交易主體中標(biāo)電量和區(qū)域/節(jié)點(diǎn)邊際電價(jià)[3-4]。

隨著市場模式多樣化，傳統(tǒng)配電網(wǎng)的運(yùn)營模式具備新的研究點(diǎn)。傳統(tǒng)配電網(wǎng)由電網(wǎng)公司負(fù)責(zé)建設(shè)和運(yùn)維，然而中發(fā)9號(hào)文中首次提出鼓勵(lì)社會(huì)資本投資配電業(yè)務(wù)以提高配電運(yùn)營的效率[5]?！队行蚍砰_配電網(wǎng)業(yè)務(wù)管理辦法》進(jìn)一步明確符合條件的社會(huì)資本可進(jìn)行滿足電力配送需要和規(guī)劃要求的增量配電網(wǎng)投資、建設(shè)、運(yùn)營及以混合所有制方式投資配電網(wǎng)增容擴(kuò)建，并應(yīng)與電力市場相結(jié)合，以市場化的方式向用戶側(cè)提供配售電服務(wù)。由于我國已經(jīng)建成了齊備、有效的配電網(wǎng)體系，增量配電網(wǎng)的體量較小，多以工業(yè)園區(qū)和經(jīng)濟(jì)開發(fā)區(qū)為主要試點(diǎn)。

增量配電網(wǎng)建設(shè)完成后，是由投資方繼續(xù)運(yùn)營還是交由售電公司結(jié)合市場交易運(yùn)營，收益方式是輸配電價(jià)還是多元化的配電增值服務(wù)，如何在各區(qū)域/節(jié)點(diǎn)電價(jià)不同的電力現(xiàn)貨市場下穩(wěn)定運(yùn)營發(fā)展成為本文的主要關(guān)注點(diǎn)和研究點(diǎn)。

文獻(xiàn)[6]引入管理學(xué)中的運(yùn)營戰(zhàn)略矩陣分析方法，提出配電網(wǎng)運(yùn)營能力分析的矩陣模型。文獻(xiàn)[7]分析基于容量管理與基于市場清算價(jià)格這兩個(gè)目標(biāo)的均衡優(yōu)化過程，有效地限制功率峰值、平緩負(fù)荷曲線、降低線損率。文獻(xiàn)[8]構(gòu)建了分別由電網(wǎng)企業(yè)、投資者和用戶主導(dǎo)的3種不同微電網(wǎng)運(yùn)營模式，并提出應(yīng)用層次分析法AHP（analytic hierarchy process）對(duì)微電網(wǎng)商業(yè)化運(yùn)營模式進(jìn)行科學(xué)選取的思路。文獻(xiàn)[9]通過商業(yè)模式分析和風(fēng)險(xiǎn)規(guī)避機(jī)制決策構(gòu)建智能用電互動(dòng)技術(shù)架構(gòu)體系。

目前暫無市場下增量配電網(wǎng)運(yùn)營模式相關(guān)文獻(xiàn)，本文結(jié)合上述文獻(xiàn)的運(yùn)營模式分析方法，基于國內(nèi)較通用的中長期市場模式和現(xiàn)貨市場發(fā)展方向，設(shè)計(jì)一種電力現(xiàn)貨市場機(jī)制，規(guī)劃出該機(jī)制下的增量配電網(wǎng)運(yùn)營產(chǎn)業(yè)鏈，并采用AHP進(jìn)行評(píng)估和選擇最優(yōu)運(yùn)營模式，最后給出運(yùn)營分析的相關(guān)建議。

1 市場機(jī)制

1.1 現(xiàn)貨市場機(jī)制

本文所建立的市場機(jī)制是根據(jù)國家征求意見稿中的現(xiàn)貨市場框架、《省級(jí)電網(wǎng)輸配電價(jià)定價(jià)辦法》，以及目前各省運(yùn)行的中長期交易方式設(shè)計(jì)。

現(xiàn)貨市場正式運(yùn)行后，以省級(jí)為單位形成區(qū)域電力市場。兩大電力交易中心負(fù)責(zé)落實(shí)國家西電東送戰(zhàn)略，落實(shí)國家指令性計(jì)劃、地方政府間框架性協(xié)議，為跨區(qū)跨省市場化交易提供服務(wù)，促進(jìn)省間余缺調(diào)劑和清潔能源消納。省級(jí)電力交易機(jī)構(gòu)與調(diào)度機(jī)構(gòu)聯(lián)動(dòng)，一方面負(fù)責(zé)中長期市場的雙邊交易和集中競價(jià)交易，另一方面負(fù)責(zé)現(xiàn)貨市場的實(shí)時(shí)電量平衡和交易，包括日前市場和日內(nèi)實(shí)時(shí)市場，具體流程如下。

（1）市場交易主體在約定時(shí)限前提交中長期合同所約定的日發(fā)用電曲線、區(qū)域節(jié)點(diǎn)位置和日前電量調(diào)整信息，電力調(diào)度機(jī)構(gòu)根據(jù)上述信息發(fā)布負(fù)荷預(yù)測曲線供發(fā)電企業(yè)報(bào)價(jià)，包括機(jī)組所剩容量、機(jī)組運(yùn)行能力、機(jī)組報(bào)價(jià)曲線等。

（2）電力交易機(jī)構(gòu)根據(jù)發(fā)電企業(yè)的申報(bào)信息并結(jié)合負(fù)荷預(yù)測量，以網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渥枞?、系統(tǒng)穩(wěn)定裕度和事故校驗(yàn)?zāi)芰Φ雀黝惏踩s束作為約束條件，以社會(huì)福利最大化為目標(biāo)，計(jì)算發(fā)電企業(yè)各時(shí)段機(jī)組組合和區(qū)域/節(jié)點(diǎn)邊際基礎(chǔ)電價(jià)P1。

（3）電網(wǎng)公司作為輸配電網(wǎng)的運(yùn)維商，收取交易內(nèi)固定的輸配電價(jià)P2，對(duì)處于不屬于電網(wǎng)投資運(yùn)營的增量配電網(wǎng)內(nèi)的用戶，P2較其他用戶減少配電網(wǎng)運(yùn)維部分費(fèi)用。

（4）電力用戶所屬增量配電網(wǎng)運(yùn)營商收取配電網(wǎng)附加收益，包括基本配電網(wǎng)運(yùn)維費(fèi)P3和可選的增值服務(wù)費(fèi) P4，因此增量配電網(wǎng)內(nèi)用戶的實(shí)時(shí)電度電費(fèi)為P=P1+P2+P3+P4。

（5）用戶可以在日前市場和日內(nèi)實(shí)時(shí)市場中各購買一次電量，考慮到系統(tǒng)的平衡穩(wěn)定性，用戶側(cè)多買的電量將由自己承擔(dān)，電量缺額則由區(qū)域電力運(yùn)營商供應(yīng)，并在P1的基礎(chǔ)上收取額外的保底供電服務(wù)費(fèi)。

由于增量配電網(wǎng)體量較小且并網(wǎng)點(diǎn)電壓等級(jí)多為110 kV，應(yīng)屬于同一個(gè)區(qū)域/節(jié)點(diǎn)電價(jià)，因此配電網(wǎng)內(nèi)電力用戶的P1、P2、P3相同。配電網(wǎng)內(nèi)電力用戶在市場中可操作的空間較小，應(yīng)結(jié)合生產(chǎn)預(yù)期提高負(fù)荷預(yù)測精度，降低偏差電量懲罰。日前和實(shí)時(shí)電價(jià)均為統(tǒng)一計(jì)算得出，作為售電公司并不能代理配電網(wǎng)內(nèi)用戶參與實(shí)時(shí)雙邊交易獲取價(jià)差利潤，因此主營業(yè)務(wù)仍為中長期交易，現(xiàn)貨市場利潤點(diǎn)以電力金融和增值服務(wù)為主。

1.2 增量配電網(wǎng)市場機(jī)制

增量配電網(wǎng)由社會(huì)資本獨(dú)立投資建立，電網(wǎng)公司通過并網(wǎng)點(diǎn)向增量配電網(wǎng)輸電，因此增量配電網(wǎng)的選址建設(shè)將對(duì) P1產(chǎn)生重要影響。此外，配電網(wǎng)規(guī)劃時(shí)在考慮網(wǎng)絡(luò)阻塞條件后，盡可能選取高電壓等級(jí)的并網(wǎng)點(diǎn)以降低輸電費(fèi)，提高用戶側(cè)收益空間。另一方面，電力平衡是配電網(wǎng)穩(wěn)定的基礎(chǔ)，規(guī)劃建設(shè)時(shí)需要充分考慮區(qū)域規(guī)模、變電規(guī)模、容載比及用電發(fā)展需求，降低運(yùn)維改建的成本。

配電網(wǎng)建設(shè)完成后，作為投資方可自己成為運(yùn)營商也可將配電網(wǎng)打包給售電公司，由售電公司結(jié)合售電業(yè)務(wù)統(tǒng)一運(yùn)營。作為運(yùn)營商，需承擔(dān)的基礎(chǔ)配電網(wǎng)服務(wù)包括提供容量信息、代理簽訂購售電合同、承擔(dān)配電區(qū)域內(nèi)結(jié)算業(yè)務(wù)、提供保底供電服務(wù)等。此外，運(yùn)營商可提供如下增值服務(wù)以獲取附加收益：

（1）獲取用戶歷史用電數(shù)據(jù)并提供負(fù)荷預(yù)測服務(wù)，避免購買過量電量同時(shí)減少使用高電價(jià)的保底電量；

（2）協(xié)助用戶移峰填谷、合同能源管理以降低用電成本；

（3）采用先進(jìn)的需求側(cè)響應(yīng)策略，運(yùn)用自備電廠、柔性負(fù)荷、分布式能源等多種手段提高用戶智能化用電程度、降低偏差電費(fèi)[10]；

圖1 增量配電網(wǎng)運(yùn)營產(chǎn)業(yè)鏈Fig.1 Incremental industrial chain of the operation of distribution network

（4）與用戶簽訂可中斷負(fù)荷協(xié)議，參與電力輔助服務(wù)市場；

（5）代理用戶電量參與電力金融市場，運(yùn)營商也可獨(dú)立買賣網(wǎng)絡(luò)輸電權(quán)。

綜上，作為現(xiàn)貨市場下的增量配電網(wǎng)運(yùn)營商擁有多種運(yùn)營手段，接下來將分析選擇最優(yōu)運(yùn)營模式，并進(jìn)行收益和風(fēng)險(xiǎn)分析。

2 運(yùn)營模式建立

2.1 配電網(wǎng)運(yùn)營產(chǎn)業(yè)鏈

本文所設(shè)計(jì)的增量配電網(wǎng)運(yùn)營產(chǎn)業(yè)鏈如圖1所示，完成從規(guī)劃建設(shè)到收益評(píng)估的閉環(huán)設(shè)計(jì)，精細(xì)規(guī)劃每個(gè)環(huán)節(jié)，有助于減少增量配電網(wǎng)的投資風(fēng)險(xiǎn)，提高運(yùn)營收益。

2.2 運(yùn)營模式

2.2.1 非售電公司投資+運(yùn)營

目前，國家已批復(fù)數(shù)百個(gè)增量配電網(wǎng)試點(diǎn)，多為新建的工業(yè)園區(qū)，基于售電公司還未成熟的情況，配電網(wǎng)建設(shè)運(yùn)營權(quán)多由發(fā)電企業(yè)、電網(wǎng)企業(yè)、配電網(wǎng)所在工業(yè)園區(qū)的管委會(huì)和投資巨頭獲得，其運(yùn)營方式如圖2所示。

配電網(wǎng)運(yùn)營商向用戶收取輸配電費(fèi)，包括增量配電網(wǎng)建設(shè)運(yùn)維費(fèi)和電網(wǎng)公司的高壓輸電費(fèi)，必要時(shí)向超額用戶收取保底供電費(fèi)，故此運(yùn)營商必須外包一組工程實(shí)施隊(duì)負(fù)責(zé)增量配電網(wǎng)的日常檢修和運(yùn)維。

圖2 運(yùn)營模式1Fig.2 Operation mode 1

在售電業(yè)務(wù)方面，配電網(wǎng)內(nèi)企業(yè)需單獨(dú)和售電公司簽訂中長期電力交易合同，由售電公司打包和發(fā)電企業(yè)簽訂較低價(jià)的雙邊協(xié)議，并在電力交易中心備案。在現(xiàn)貨市場中售電公司需實(shí)時(shí)獲取企業(yè)的用電信息，以提供較精確的負(fù)荷預(yù)測數(shù)據(jù)，并代理企業(yè)在電力交易中心購買日前和實(shí)時(shí)電量，差額電量可通過售電公司內(nèi)部簽約用戶互相調(diào)劑，降低經(jīng)濟(jì)損失。

此外，配電網(wǎng)運(yùn)營產(chǎn)業(yè)鏈中的電力增值產(chǎn)業(yè)和拓展金融服務(wù)可由市場公司與電力用戶單獨(dú)洽談，也可由配電網(wǎng)運(yùn)營商代理電力用戶統(tǒng)一協(xié)商。

在上述運(yùn)營模式下，角色關(guān)系鏈較復(fù)雜，用戶獨(dú)立性很強(qiáng)，形成多個(gè)售電公司、電力服務(wù)公司、金融公司與不同用戶簽約不同價(jià)格的情況，電力價(jià)格的不平衡易形成內(nèi)部矛盾和競爭。由于售電公司簽約用戶地域范圍遠(yuǎn)超單個(gè)配電網(wǎng)，不同的節(jié)點(diǎn)電價(jià)也將導(dǎo)致實(shí)時(shí)偏差電量的調(diào)劑比較困難，電力用戶保底電費(fèi)相對(duì)增加。作為配電網(wǎng)投資方的運(yùn)營商不具備購售電能力，因此難以將用戶、售電、服務(wù)做到資源整合，運(yùn)營管理面臨挑戰(zhàn)。

2.2.2 售電公司投資與運(yùn)營

售電公司多由電力行業(yè)巨頭投資成立，背景資源豐厚且具備購售電的交易資格，資源整合能力很強(qiáng)，因此電力用戶可與配電網(wǎng)運(yùn)營商形成單角色多元化交易關(guān)系，其模式如圖3所示。

圖3 運(yùn)營模式2Fig.3 Operation mode 2

在售電業(yè)務(wù)方面，介于配電網(wǎng)運(yùn)營商為售電公司，配電網(wǎng)范圍內(nèi)所有用戶可由配電網(wǎng)運(yùn)營商統(tǒng)一壟斷代理購售電交易。基于配電網(wǎng)內(nèi)用戶眾多、距離相近且節(jié)點(diǎn)電價(jià)一致，配電網(wǎng)運(yùn)營商可輕松完成日前和實(shí)時(shí)的偏差電量調(diào)劑工作，無需和不同地域的電力用戶對(duì)沖。

工程實(shí)施隊(duì)、電力服務(wù)公司和金融公司可以由配電網(wǎng)運(yùn)營商出面，以配電網(wǎng)的層次統(tǒng)一商榷，此外配電網(wǎng)運(yùn)營商本身具備電力交易資格，因此可以將上述服務(wù)企業(yè)一體化，作為售電公司的一個(gè)部門，消除中間環(huán)節(jié)，配電網(wǎng)運(yùn)營商獲取電力用戶數(shù)據(jù)后，直接完成集運(yùn)維、交易、金融、用電服務(wù)于一體的工作，降低中間成本。

2.2.3 非售電公司投資與售電公司運(yùn)營

若投資方并不想?yún)⑴c配電網(wǎng)運(yùn)營的工作，可授權(quán)售電公司完成前文所述的運(yùn)營工作，投資方收取售電公司的運(yùn)維代理費(fèi)，其模式如圖4所示。

圖4 運(yùn)營模式3Fig.4 Operation mode 3

3 運(yùn)營模式的評(píng)估與分析

3.1 AHP定義

AHP是一種定性與定量分析相結(jié)合的多準(zhǔn)則決策方法，將各種判斷要素之間的差值數(shù)值化，是一種被廣泛應(yīng)用的確定指標(biāo)權(quán)重的方法。AHP根據(jù)對(duì)一定客觀現(xiàn)實(shí)的主觀判斷，將每層次元素兩兩比較的重要性進(jìn)行定量描述，而后計(jì)算元素相對(duì)重要性次序的權(quán)值，通過所有層次之間的總排序計(jì)算所有元素的相對(duì)權(quán)重并進(jìn)行排序，進(jìn)而可綜合比較出不同模式的優(yōu)劣以提供決策支持[11-14]。

本文直接采用AHP評(píng)估上述3種運(yùn)營模式，不再對(duì)AHP的具體方法做進(jìn)一步說明。

3.2 評(píng)估與選擇

3.2.1 建立層次結(jié)構(gòu)

通過決策目標(biāo)分析，本文建立運(yùn)營模式的評(píng)估梯階層次結(jié)構(gòu)如圖5所示，由上而下分別是目標(biāo)層、準(zhǔn)則層、指標(biāo)層和方案層。

3.2.2 構(gòu)建判斷矩陣與一致性檢驗(yàn)

基于梯階層次結(jié)構(gòu)，兩兩對(duì)比準(zhǔn)則層，構(gòu)建準(zhǔn)則相對(duì)目標(biāo)的判斷矩陣A；兩兩對(duì)比方案層，基于指標(biāo)層構(gòu)建方案相對(duì)準(zhǔn)則的判斷矩陣B1、B2、B3、B4。判斷矩陣中，Bij為Bi相對(duì)于Bj重要性比例標(biāo)度，采用通用的1-9標(biāo)度法。判斷矩陣可表示為

圖5 梯階層次結(jié)構(gòu)Fig.5 Structure of ladder hierarchy

在評(píng)估排序前，需要對(duì)判斷矩陣進(jìn)行一致性檢驗(yàn)，使各判斷協(xié)調(diào)一致，以免出現(xiàn)相互矛盾的結(jié)果，計(jì)算方法可表示為

式中：CI為一致性指標(biāo)；λmax為判斷矩陣最大特征根；m為判斷矩陣階數(shù)；RI為同階平均隨機(jī)一致性指標(biāo)，3階矩陣RI為0.58，4階矩陣RI為0.9；CR為隨機(jī)一致性比率，當(dāng)其小于0.1時(shí)判斷矩陣具有一致性。

通過計(jì)算上述判斷矩陣，CR分別為0.044、0.008、0.052、0.016、0.008，全部小于0.1，滿足一致性標(biāo)準(zhǔn)。

3.2.3 運(yùn)營模式評(píng)估排序

AHP評(píng)估的最后一步為層次單排序和層次總排序，權(quán)重越大則排序越靠前，相對(duì)于目標(biāo)越重要，本文的層次總排序表如表1所示。由表1可得運(yùn)營模式D2權(quán)重最高，因此售電公司投資+售電公司運(yùn)營是本文的最優(yōu)運(yùn)營模式。

表1 層次總排序Tab.1 Overall hierarchical sorting

3.3 運(yùn)營建議

盡管售電公司多由電力集團(tuán)支撐，但隨著政策的改變和市場形勢的發(fā)展，技術(shù)性和業(yè)務(wù)多元性是支撐服務(wù)型企業(yè)穩(wěn)定發(fā)展的關(guān)鍵。售電公司獲取配電網(wǎng)運(yùn)營權(quán)后，需注意如下幾點(diǎn)。

1）年利用小時(shí)數(shù)

增量配電網(wǎng)的輸配電費(fèi)是運(yùn)維的基本收益，運(yùn)營商需鼓勵(lì)生產(chǎn)用電、引進(jìn)大工業(yè)企業(yè)進(jìn)入園區(qū)，提高配電網(wǎng)的年利用小時(shí)數(shù)。

2）用戶的黏性

用戶量是開展業(yè)務(wù)的基礎(chǔ)，用戶黏性是保障配電網(wǎng)用戶壟斷性的關(guān)鍵。售電公司需適當(dāng)設(shè)計(jì)多元化的套餐業(yè)務(wù)，如將合同能源管理與用戶電費(fèi)返還套餐結(jié)合、提供“滴滴電工”服務(wù)等。

3）高精度的負(fù)荷預(yù)測

負(fù)荷預(yù)測的精度關(guān)乎現(xiàn)貨市場的電量購買、偏差電量的考核和保底電量的供給，根據(jù)目前的市場規(guī)則，偏差電量若超過一定比例后售電公司的利潤為0，因此需要將負(fù)荷預(yù)測與企業(yè)生產(chǎn)、節(jié)假期和天氣等多種因素相結(jié)合，提高精度至5%以內(nèi)。

4）保底供電服務(wù)

配電網(wǎng)運(yùn)營商實(shí)時(shí)從電力調(diào)度中心和交易中心獲取潮流信息和交易合同，保障保底電量的及時(shí)供應(yīng)，避免缺電、系統(tǒng)供需不平衡等問題出現(xiàn)。

4 結(jié)語

現(xiàn)貨市場的實(shí)時(shí)性和多元性使其成為電力市場中的重要支柱，復(fù)雜的電價(jià)規(guī)則和多樣的交易合同讓配電網(wǎng)與市場具有多種結(jié)合方式，本文就增量配電網(wǎng)在現(xiàn)貨市場下的運(yùn)營模式展開分析。首先給出一種電力現(xiàn)貨市場的電價(jià)結(jié)算機(jī)制，設(shè)想在該機(jī)制下運(yùn)營商如何規(guī)劃自己的營運(yùn)產(chǎn)業(yè)鏈。其次，以新興產(chǎn)業(yè)——售電公司作為研究點(diǎn)，組合設(shè)計(jì)3種增量配電網(wǎng)運(yùn)營模式并采用AHP進(jìn)行評(píng)估和選擇，并在最后給出配電網(wǎng)運(yùn)營的相關(guān)建議。

本文主要進(jìn)行的是框架性研究，從方向和戰(zhàn)略上為增量配電網(wǎng)的運(yùn)營商提供決策支持，并未對(duì)具體的交易環(huán)節(jié)進(jìn)行分析，如電力金融的具體交易模式、需求側(cè)響應(yīng)策略等，計(jì)劃于下一步深入研究。希望本文可以從學(xué)術(shù)角度為增量配電網(wǎng)的運(yùn)營模式設(shè)計(jì)提供參考。