張 凡，高紅均，吳子豪，劉俊勇

（1. 四川大學(xué) 電氣工程學(xué)院，四川 成都 610065；2. 國網(wǎng)陜西省電力公司電力科學(xué)研究院，陜西 西安 710099）

0 引言

隨著局域能源市場中分布式能源的快速發(fā)展以及電力市場的逐漸放開，具有生產(chǎn)、消費電能的產(chǎn)消者在配電網(wǎng)中逐漸興起。2017 年11 月國家能源局發(fā)布了《關(guān)于開展分布式發(fā)電市場化交易試點的通知》，明確分布式能源市場化交易機制，允許分布式能源與電力負荷等產(chǎn)消者用戶進行電量直接交易，產(chǎn)消者能夠整合多種分布式能源參與市場交易［1］。通過合理協(xié)調(diào)調(diào)度產(chǎn)消者可以實現(xiàn)局域能源市場電能共享，具有降低運行成本、為配電網(wǎng)擴容、實現(xiàn)分布式能源就地消納等優(yōu)點。

傳統(tǒng)的集中式交易模式下，隨著交易主體規(guī)模的擴大和數(shù)量的增多可能會產(chǎn)生維數(shù)災(zāi)和求解復(fù)雜等問題。文獻［2］中的交易模式通過中心化機構(gòu)對市場中的交易進行管理，其存在著運行成本提高、交易信任問題有危機、運行效率下降等問題。相較而言，目前點對點P2P（Peer-to-Peer）交易平臺已經(jīng)出現(xiàn)在許多領(lǐng)域，可以為在局域能源市場中的推廣提供借鑒意義。如Uber 的P2P 運輸，Airbnb 的P2P 住宿和eBay 的P2P 拍賣已經(jīng)興起［3］。在電力市場領(lǐng)域，智能電網(wǎng)架構(gòu)委員會提出了交互能源的概念，為P2P 交易模式推廣至局域能源市場中提高小規(guī)模能源的就地消納能力提供了政策支持［4］。P2P 平臺上產(chǎn)消者之間的匹配機制可以分為以上級系統(tǒng)為中心或以點為中心［5］，這種交易模式為適應(yīng)產(chǎn)消者偏好［6］提供了更多的靈活性，降低了電網(wǎng)公司管理存在的信息安全風(fēng)險和終端用戶隱私數(shù)據(jù)泄露［7］。針對目前電力市場中集中式交易存在的不足以及P2P 交易在許多領(lǐng)域的發(fā)展現(xiàn)狀，考慮在局域能源市場中推廣P2P 交易以提高區(qū)域配電網(wǎng)層面交易的高效性、可靠性以及可再生能源的消納率。

P2P 能源交易市場應(yīng)該尊重市場參與者的差異化偏好，允許產(chǎn)消者內(nèi)部資源發(fā)生動態(tài)變化。將產(chǎn)品進行差異化表征應(yīng)用于電力系統(tǒng)中可以顯著誘導(dǎo)產(chǎn)消者更有效、更精準地滿足用戶對電力的需求［8］。文獻［9］提出了基于城市社區(qū)微電網(wǎng)信息物理網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)進行P2P 能源交易，考慮了產(chǎn)消者的差異化特征，以實現(xiàn)2 種不同產(chǎn)消者之間資源的協(xié)調(diào)和互補。但是產(chǎn)消者的種類考慮得較少，可能不滿足未來產(chǎn)消者的多元發(fā)展需求。針對以上文獻的不足，本文更細致地考慮了產(chǎn)消者動態(tài)組合所產(chǎn)生的差異化特征，包括了效益型、電源型、可中斷負荷型、可平移負荷型等動態(tài)組合模式的典型產(chǎn)消者類型參與局域能源市場交易。

在產(chǎn)消者的競價行為模式方面，主要有3 種模型：伯特蘭德模型［10］是基于產(chǎn)消者設(shè)置的市場報價進行調(diào)度；古諾模型［11］是采用對產(chǎn)消者的電量進行競標；供給函數(shù)均衡［12］SFE（Supply Function Equalization）模型是采用向調(diào)度部門提交包括電價和電量的競標信息，相較于前2 種模型，SFE 模型可產(chǎn)生比伯特蘭德模型更低的純粹競爭價格，比古諾模型更接近實際市場價格，使產(chǎn)消者獲得更高收入［13］。P2P市場交易的求解算法主要可分為以下2類：其一是包括拉格朗日松弛法［14］、交替方向乘子法［15］等直接迭代的求解方式，這種基于對偶價格變量更新的算法迭代次數(shù)相對較多，運算時間較長；其二是融入經(jīng)濟機制設(shè)計理論，以連續(xù)拍賣理論［16］、均衡占優(yōu)策略［17］、VCG（Vickrey-Clarke-Groves）機制［18］等來處理用戶側(cè)P2P 交易，這類方法具有低信任成本、短決策時間等優(yōu)勢，符合P2P 日前交易環(huán)境下產(chǎn)消者對交易公平性和隱私性等的要求［19］。綜合以上研究，本文考慮產(chǎn)消者采用SFE 模型進行競價，采用連續(xù)拍賣理論對局域能源市場中的產(chǎn)消者進行交易撮合以實現(xiàn)不同類型產(chǎn)消者之間的能量交易求解。

綜上所述，針對局域能源市場中含有多個產(chǎn)消者參與日前市場交易，本文設(shè)計了基于連續(xù)雙邊拍賣機制的P2P 日前交易框架。首先，對產(chǎn)消者的類型、基本特性進行歸納分析，根據(jù)不同的對外特性對多類型產(chǎn)消者進行組合分類；然后，在產(chǎn)消者層面采用SFE 模型對產(chǎn)消者競價行為進行建模，確立了含多產(chǎn)消者的P2P 交易平臺參與局域能源市場交易，同時采用連續(xù)雙邊拍賣方法對產(chǎn)消者之間進行P2P匹配，以提升小規(guī)模能源就地消納能力；最后，基于含有多個產(chǎn)消者的不同規(guī)模的系統(tǒng)驗證了在局域能源市場中該P2P日前市場交易框架的有效性。

1 局域能源市場框架設(shè)計

1.1 產(chǎn)消者特性和組合策略

局域能源市場可含有多種能源，本文的交易主體主要考慮進行電力交易的產(chǎn)消者。產(chǎn)消者是由包括微型燃氣輪機MT（MicroTurbine）、風(fēng)電機組WT（Wind Turbine）、光伏PV（PhotoVoltaic）、儲能系統(tǒng)ESS（Energy Storage System）、可響應(yīng)負荷RL（Responsive Load）、電動汽車EV（Electric Vehicle）等資源整合而成的聚合體，因此具有源荷雙重屬性。電力與信息的高度融合與交互、對“價值”信號的高度敏感是產(chǎn)消者區(qū)別于傳統(tǒng)電源和負荷的重要特征。產(chǎn)消者具有角色多重性、效用趨優(yōu)性、多樣性、非一致性、不確定性、復(fù)雜性、交互性等基本特性［1］。

產(chǎn)消者內(nèi)部用戶資源的組合具有動態(tài)性，是由于其內(nèi)部資源在不同時段的發(fā)用電特性不同，可以由不同生產(chǎn)、消費方進行組合構(gòu)成不同對外特性的產(chǎn)消者參與局域能源市場進行交易。在不同時段，未達到市場交易準入的資源可以通過集體聯(lián)盟參與組建產(chǎn)消者，共同達到準入量。圖1 展示了市場中某一個產(chǎn)消者內(nèi)部的組合機制，組合形成效益型、電源型、可中斷負荷型和可平移負荷型產(chǎn)消者，將組合后形成的產(chǎn)消者實時上報上層交易中心。產(chǎn)消者準入規(guī)則的設(shè)立主要在于考慮到規(guī)模過小的分散式資源，若直接參與傳統(tǒng)電網(wǎng)調(diào)度機制，則缺乏自主決策權(quán)。因此，也給予小規(guī)模資源參與P2P 交易的權(quán)利，產(chǎn)消者代理商可優(yōu)先考慮將未達到準入規(guī)則的小用戶組合起來參與P2P平臺進行交易。

圖1 產(chǎn)消者組合策略機制Fig.1 Combination strategy mechanism of prosumer

基于組合的產(chǎn)消者對外特性，將外部特性呈現(xiàn)供需并存的產(chǎn)消者定義為效益型產(chǎn)消者；將外部特性呈電源特性的產(chǎn)消者定義為電源型產(chǎn)消者；將外部特性呈負荷特性的產(chǎn)消者根據(jù)可中斷負荷、可平移負荷進一步分為可中斷負荷型產(chǎn)消者和可平移負荷型產(chǎn)消者。局域能源市場中的分散式資源可通過向產(chǎn)消者動態(tài)組合平臺上報實時電量和價格，優(yōu)先組合上報電量、電價低于準入規(guī)則的分散式資源。在不同交易時刻，根據(jù)內(nèi)部資源的產(chǎn)消特性，產(chǎn)消者的對外特性都有可能會發(fā)生轉(zhuǎn)變。具體各類產(chǎn)消者內(nèi)部所含有的資源將在第2節(jié)進行詳細說明。

1.2 P2P交易規(guī)則

在局域能源市場中設(shè)立P2P 交易平臺主要是讓產(chǎn)消者之間進行P2P 的日前市場電量合同交易。P2P交易可分為P2P協(xié)同交易和P2P分布式交易，兩者區(qū)別主要是前者需要第三方中心化機構(gòu)進行協(xié)調(diào)，后者不需要第三方中心化機構(gòu)對交易進行協(xié)調(diào)。考慮到P2P 交易平臺在局域能源市場處于推廣建設(shè)初期，因此本文引入拍賣商對產(chǎn)消者之間P2P 交易進行協(xié)調(diào)，P2P 交易平臺中進行的是P2P 協(xié)同交易，隨著市場逐步成熟，可進一步發(fā)展為P2P 分布式交易。局域能源市場交易模式如圖2 所示，在局域能源市場中主要有產(chǎn)消者和普通用戶、拍賣商、電網(wǎng)公司3類主體。

1）產(chǎn)消者和普通用戶。圖2 中含有多余電能的產(chǎn)消者將多余的電能出售給P2P 平臺中其他的產(chǎn)消者，存在電量缺額的產(chǎn)消者需要向其余產(chǎn)消者購買電能，此時該產(chǎn)消者可視為用電用戶。對于未參與P2P平臺交易的普通用戶，由電網(wǎng)公司向其供電。

圖2 局域能源市場交易模式Fig.2 Local energy market trading mode

2）拍賣商。拍賣商是P2P 交易過程的管理者與監(jiān)督者，保證P2P 交易安全執(zhí)行。具有獨立優(yōu)化決策且完全理性的產(chǎn)消者通過向拍賣商提交投標、報價曲線與其余產(chǎn)消者形成競爭，以最大化自身利益。對于擬達成交易的訂單，需經(jīng)由拍賣商簽字確認。

3）電網(wǎng)公司。在建立P2P 交易平臺后，電網(wǎng)公司的角色逐漸由傳統(tǒng)配電網(wǎng)從上一級電網(wǎng)購電轉(zhuǎn)變?yōu)閾碛信潆娊?jīng)營權(quán)，主要為用戶提供保底供電服務(wù)的公共服務(wù)類企業(yè)。一方面，向局域能源市場中的產(chǎn)消者收取過網(wǎng)輸電費用；另一方面，在局域能源市場中主體存在供電不足時維持電量平衡，保證供電的可靠性。除此以外，對于未參與P2P 交易的局域能源市場普通用戶，電網(wǎng)公司還可直接向其供電，為傳統(tǒng)配電網(wǎng)交易模式向P2P 交易模式轉(zhuǎn)變提供平穩(wěn)過渡。

首先對產(chǎn)消者內(nèi)部進行優(yōu)化調(diào)度確定其購售電需求。然后在交易窗口期，產(chǎn)消者買賣雙方分別向第三方中心化機構(gòu)提交由電價／電量組成的購售電報價，買賣雙方可以同時提交多個報價；P2P 交易平臺中拍賣商展示所有可選用的報價，買家和賣家除了提交自己的報價外，還可以分別瀏覽平臺內(nèi)其他產(chǎn)消者報價；拍賣商基于連續(xù)雙邊拍賣機制撮合產(chǎn)消者之間進行P2P 交易，當(dāng)買家瀏覽到一份合約并有意進行交易時，其可以向該售電產(chǎn)消者發(fā)送一份合同，并請求確認。同樣地，賣家也可以瀏覽買家報價并尋求交易。

產(chǎn)消者之間確認合同后，會自動發(fā)送至拍賣商進行最終審核，并刪除平臺上顯示的報價，以防多次購買。在交易窗口期，拍賣商進行審批流程，檢查當(dāng)前收到的所有合同是否符合系統(tǒng)安全約束，拒絕對系統(tǒng)安全運行造成威脅的合同，并批準剩余的合同。通知已批準合同的買賣雙方產(chǎn)消者，已批準的合同不得再撤回。被拒絕的客戶，經(jīng)調(diào)整后，可以重新提交報價。拍賣商在后續(xù)的審批過程中總是接納先前批準的合同，即已批準的合同不會在后續(xù)的審批過程中被拒絕。

2 產(chǎn)消者模型

本文研究的局域能源市場中產(chǎn)消者可能含有可再生能源、MT、ESS、EV、需求響應(yīng)等資源［20］，本節(jié)對不同類型產(chǎn)消者內(nèi)部資源以及競價行為分別進行建模。

2.1 產(chǎn)消者內(nèi)部資源模型

1）電源型產(chǎn)消者。

電源型產(chǎn)消者內(nèi)部大多是發(fā)電單元，對外整體呈現(xiàn)供電特性，包括PV、WT、MT 等資源。設(shè)產(chǎn)消者的數(shù)量為N，對于其中的產(chǎn)消者i（i=1，2，…，N）而言，其PV和WT模型如下：

對于產(chǎn)消者i而言，其MT模型如下：

2）可中斷負荷型產(chǎn)消者。

產(chǎn)消者中允許用戶參與需求響應(yīng)。需求響應(yīng)可以分為可中斷負荷和可平移負荷，可中斷負荷型產(chǎn)消者模型如下：式中：為t時段可中斷負荷的調(diào)節(jié)成本；為t時段可中斷負荷用戶的負荷中斷量；為可中斷負荷用戶負荷中斷的單位補償費用；、分別為可中斷負荷用戶申報的獨立可中斷負荷合同上、下限?？芍袛嘭摵尚彤a(chǎn)消者中可能也含有少量的PV、WT，其建模分別見式（1）和式（2）。

3）可平移負荷型產(chǎn)消者。

可平移負荷型產(chǎn)消者中包含了EV 和可平移負荷，其模型如下。

EV調(diào)度成本為：

可平移負荷模型為：

4）效益型產(chǎn)消者。

效益型產(chǎn)消者內(nèi)部可能包含了包括ESS 在內(nèi)的多種資源，對外呈現(xiàn)供需并存的特性。

產(chǎn)消者中第k個ESS模型為：

5）產(chǎn)消者能量平衡約束。

在滿足市場準入規(guī)則的情況下，產(chǎn)消者可以參與局域能源市場進行P2P 交易，根據(jù)其在調(diào)度時段所屬角色不同，產(chǎn)消者i又可細分為賣方e或買方f。產(chǎn)消者的購售電需滿足如下約束：

賣方產(chǎn)消者需滿足如下電量平衡約束：

除此以外，在P2P 交易過程中仍需滿足系統(tǒng)潮流約束等約束條件，不再贅述。

2.2 產(chǎn)消者競價模型

產(chǎn)消者利用分布式資源產(chǎn)生的電能除了需滿足自身需求外，還可以與其他產(chǎn)消者進行P2P 模式下日前市場電量合同簽訂?？紤]到在一天24 h進行每時段報價交易過于頻繁復(fù)雜，不符合實際各產(chǎn)消者需求，本文根據(jù)電力市場中峰、谷、平電價時段進行分段報價，具體將一天24 h 分為4 段報價，單日用電峰時段為07:00—11:00、19:00—23:00；平時段為11:00—19:00；谷時段為23:00至次日07:00。設(shè)d為分段報價時段，T為某一分段中t時段的集合，D為分段d集合，則有t∈T，d∈D。在局域能源市場中產(chǎn)消者不會按照邊際發(fā)電成本和用電需求進行投標、報價，而是為提高收益或降低成本調(diào)整投標、報價曲線。產(chǎn)消者向拍賣商提交包括電價和電量的競標信息，因此產(chǎn)消者競價函數(shù)考慮使用SFE 模型能夠很好地保證其收益。

本文采用基于SFE 模型構(gòu)造的產(chǎn)消者競價函數(shù)為：

最終成交的拍賣價格為：

交易價格為：

在賣方產(chǎn)消者完成報價，拍賣商收集到買方產(chǎn)消者投標信息之后，確定買賣雙方交易匹配，采用按報價結(jié)算的收益機制結(jié)算，產(chǎn)消者收益的具體目標為：

式中：Bi(i=e，f)為產(chǎn)消者的收益；(i=e，f)為產(chǎn)消者內(nèi)部單元運行成本。

P2P 準入規(guī)則和維持市場秩序給分散式資源的準入提出了一定的要求，產(chǎn)消者需在滿足P2P 平臺準入規(guī)則的情況下參與平臺交易，即需滿足如下約束：

3 基于連續(xù)雙邊拍賣機制的拍賣商交易撮合

3.1 拍賣商目標

在P2P 交易模式下，拍賣商需要對收集到的信息進行合理審批，目標為盡可能促進局域能源市場中P2P 交易，減少從上級電網(wǎng)購電電量，具體的目標函數(shù)可表示為：

3.2 交易撮合過程

本文提出的連續(xù)雙邊拍賣機制包括多個買家和賣家，其通過相互之間的競價來決定P2P 交易的交易電價和交易電量。連續(xù)雙邊拍賣是指在市場參與者以多對多形式存在的情況下，買賣雙方在交易周期內(nèi)可以隨時提交報價，一旦價格匹配即可成交的交易形式。關(guān)于競價交易遵循以下2 個原則。①價格優(yōu)先。當(dāng)有多個產(chǎn)消者進行報價時，對于買方而言，買方出價高者擁有優(yōu)先交易權(quán)，對于賣方而言，賣方報價低者可以優(yōu)先選擇交易。②時間優(yōu)先。當(dāng)買賣雙方的物品及價格相同時，先進入市場的報價者優(yōu)先交易。

產(chǎn)消者之間的競價策略相互影響，屬于完全信息下的非合作博弈。通常，P2P 平臺擬定的拍賣計劃包含買方、賣方和拍賣商這3 個要素。買賣雙方角色在每個報價時段都可能會發(fā)生轉(zhuǎn)變，這取決于產(chǎn)消者的供需情況，具體定義如下。

買方：在某時段存在電量缺額需要向市場購買電量的產(chǎn)消者。

賣方：在某時段存在剩余電量可以出售的產(chǎn)消者。

拍賣商：拍賣商可以是第三方如局域能源市場運營商通過數(shù)字交易平臺發(fā)起拍賣，或自動化網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)如區(qū)塊鏈等。拍賣商需要確保準確地提供交易價格和交易電量給所有參與雙邊拍賣的客戶。

在本文所建立的模型中，買方為消費者，賣方為生產(chǎn)者，通過拍賣商進行拍賣，然后由拍賣商完成產(chǎn)消者之間的合同簽訂。最終，各產(chǎn)消者之間可以達成博弈均衡。

產(chǎn)消者之間的拍賣分為2步，具體如下。

步驟1：確定拍賣價格和參與合同簽訂的產(chǎn)消者。在拍賣過程中，拍賣商根據(jù)產(chǎn)消者的投標、報價來決定雙邊合同簽訂進行能源交易的產(chǎn)消者的數(shù)量。首先，賣方e∈S針對交易時段提供售電報價，標明其供電數(shù)量與對應(yīng)的價格需求，售電報價按照從低到高的順序排列，可以得到P2P 交易市場上的供應(yīng)曲線；同樣，買方f∈B提交包含電量、電價信息的投標，并按照價格從高到低的順序進行排序，可以得到P2P交易市場上的需求曲線。

式中：n、m分別為產(chǎn)消者中的賣方數(shù)和買方數(shù)。

步驟2：拍賣商根據(jù)產(chǎn)消者的投標報價可得到市場上的供需曲線，如附錄A 圖A1所示。拍賣價格可以通過式（24）計算得到，一旦確定了拍賣價格，則確定了基于拍賣價格參與P2P 交易的買家數(shù)量和賣家數(shù)量。所有滿足拍賣條件≥的買賣雙方產(chǎn)消者將可以在局域能源市場中參與P2P交易。

交易合同經(jīng)過買賣雙方以及拍賣商三方簽名后被視為生效，過網(wǎng)輸電費用由買賣雙方共同承擔(dān)。買方所支付的費用包括確定的拍賣價格以及相應(yīng)的過網(wǎng)輸電費用，賣方獲得拍賣價格減去相應(yīng)的過網(wǎng)輸電費用，所收取費用存在P2P平臺如區(qū)塊鏈［22］中。當(dāng)買方確定收貨后，在平臺中將過網(wǎng)輸電費用和拍賣價格成交費用分別發(fā)放到電網(wǎng)公司和賣方賬戶。

4 算例驗證

4.1 模型求解流程

本文采用連續(xù)雙邊拍賣規(guī)則與CPLEX 求解器相結(jié)合的方法求解模型的均衡解，具體的P2P 交易流程見附錄A 圖A2。對于拍賣商收集信息和優(yōu)化決策模型，采用連續(xù)雙邊拍賣規(guī)則計算產(chǎn)消者的最優(yōu)競價策略，并將產(chǎn)消者形成的購售電計劃和相應(yīng)購售電價傳輸?shù)絇2P 平臺，各產(chǎn)消者通過在P2P 平臺中獲得的信息尋求最優(yōu)的買方或賣方。對于各產(chǎn)消者優(yōu)化調(diào)度模型，基于Yalmip 平臺，采用CPLEX求解器進行求解，以保證解的計算效率和最優(yōu)性。

4.2 仿真條件

本文采用10 kV 電壓等級對未來局域能源市場中多產(chǎn)消者并存的P2P 日前市場交易機制進行仿真驗證。該系統(tǒng)內(nèi)含10 個產(chǎn)消者和1 個電網(wǎng)公司，電網(wǎng)公司擁有該配電系統(tǒng)經(jīng)營權(quán)并可向產(chǎn)消者進行購售電。其余基本仿真數(shù)據(jù)見附錄B，各產(chǎn)消者內(nèi)部的PV、WT出力曲線采用預(yù)測曲線，清潔能源出力供產(chǎn)消者內(nèi)部使用或參與市場交易?；诒疚奶岢龅哪Ｐ颓蠼饬鞒桃约耙阎獢?shù)據(jù)，采用MATLAB 2018a仿真軟件求解多產(chǎn)消者在P2P 交易平臺日前市場中的交易行為。

4.3 仿真結(jié)果

P2P 交易平臺中各產(chǎn)消者在峰谷平電價時段都可以進行電量合同簽訂，本文以19:00—23:00時段為例，對P2P 交易行為進行分析。圖3 給出了19:00—23:00時段在P2P平臺中各產(chǎn)消者的報價、投標策略，圖中Pro 1 表示產(chǎn)消者1，其他類似。從圖中可以看出：產(chǎn)消者9、3、7、5、1 在該時段處于售電狀態(tài)，向市場出售電量；產(chǎn)消者2、4、8、6 在該時段處于購電狀態(tài)，從市場購買電量滿足自身用電需求。

圖3 19:00—23:00時段P2P交易平臺的報價、投標策略Fig.3 Quotation and bidding strategy of P2P trading platform during 19:00-23:00

根據(jù)P2P交易平臺中的連續(xù)雙邊拍賣規(guī)則，圖4給出了19:00—23:00 時段各產(chǎn)消者在P2P平臺中的交易情況，含買賣雙方交易價格和交易電量。買賣雙方在P2P 匹配后得到拍賣價格，然后以交易價格進行電量交易，達成交易的雙方彼此交易價格不同是因為存在過網(wǎng)輸電費用。19:00—23:00 時段P2P交易平臺中每筆交易的拍賣價格和交易價格見附錄C 表C1。從表中可以看出，產(chǎn)消者2 和產(chǎn)消者9、產(chǎn)消者2 和產(chǎn)消者3、產(chǎn)消者3 和產(chǎn)消者4、產(chǎn)消者4 和產(chǎn)消者7、產(chǎn)消者7 和產(chǎn)消者8、產(chǎn)消者5 和產(chǎn)消者8在進行P2P 匹配后的拍賣價格相同，各產(chǎn)消者與其余不同產(chǎn)消者進行匹配有著不同的拍賣價格，這是因為作為賣方產(chǎn)消者，同時售電給其余多個買方產(chǎn)消者，根據(jù)式（24）所示的拍賣價格計算規(guī)則會產(chǎn)生不同的拍賣價格。同時可以看出，產(chǎn)消者9、3、7、5的最終交易價格低于拍賣價格，而產(chǎn)消者2、4、8 的最終交易價格高于拍賣價格，這是因為產(chǎn)消者9、3、7、5 作為賣方需向電網(wǎng)公司提交一定的過網(wǎng)輸電費用，而產(chǎn)消者2、4、8 作為買方也需向電網(wǎng)公司提交一定的過網(wǎng)輸電費用，因此實際支付費用除拍賣價格外還需額外支付一部分過網(wǎng)輸電費用。最終只有產(chǎn)消者9、3、7、5、2、4、8 能夠達成電量成交，而且產(chǎn)消者8 不能從該輪P2P 交易中完全滿足自身用電需求，產(chǎn)消者1、6競標失敗。

圖4 19:00—23:00時段的P2P交易Fig.4 P2P trading during 19:00-23:00

在該輪P2P 交易中競標失敗不能達成交易的產(chǎn)消者可以調(diào)整決策變量αi，d后重新提交報價，繼續(xù)參與下一輪P2P 交易尋求買家或賣家。產(chǎn)消者在各時段的投標／報價的決策變量αi，d值如圖5 所示。圖中：時段1 為23:00 至次日07:00；時段2 為07:00—11:00；時段3 為11:00—19:00；時段4 為19:00—23:00。通過分析得出買賣雙方的決策變量在更大的范圍內(nèi)取值可促進局域能源市場中達成更高比例的P2P交易成交量，產(chǎn)消者可以通過調(diào)整αi，d提高交易電量以獲得更多的利潤。最終仍存在電量缺額的產(chǎn)消者由電網(wǎng)公司補充不平衡電量。為分析SFE模型的優(yōu)越性，同時對產(chǎn)消者采用伯特蘭德模型和古諾模型來進行競價，產(chǎn)消者3 的收益和總成交量見附錄C表C2。因為在競價過程中SFE模型可以通過調(diào)整報價決策變量獲得更多的報價自主權(quán)，所以具有更高比例的成交量。

圖5 產(chǎn)消者決策變量取值Fig.5 Value of decision variable for prosumers

通過設(shè)置不同的過網(wǎng)輸電費用標準，得到不同過網(wǎng)輸電費用下的交易電價如附錄C 圖C1 所示。場景1不設(shè)置過網(wǎng)輸電費用，場景2的過網(wǎng)輸電費用設(shè)置為標準過網(wǎng)輸電費用的0.6，場景3 的過網(wǎng)輸電費用設(shè)置為標準過網(wǎng)輸電費用，場景4 的過網(wǎng)輸電費用設(shè)置為標準過網(wǎng)輸電費用的1.2倍。從圖C1中可以看出，不同的過網(wǎng)輸電費用設(shè)置標準對產(chǎn)消者的競標結(jié)果也會產(chǎn)生影響，各產(chǎn)消者依據(jù)交易電量的不同會產(chǎn)生不同的過網(wǎng)輸電費用。當(dāng)不設(shè)置過網(wǎng)輸電費用時，各產(chǎn)消者賣方售電價格最高，買方購電價格最低，隨著過網(wǎng)輸電費用設(shè)置標準的提高，賣方售電價格逐漸下降，買方購電價格逐漸上升，電網(wǎng)公司獲利逐漸增加。而過網(wǎng)輸電費用的增加也會進一步影響各產(chǎn)消者在P2P 平臺的交易量和交易出清順序，使得距離較遠的產(chǎn)消者之間的P2P 匹配成本增加，因此電網(wǎng)公司設(shè)置合適的過網(wǎng)輸電費用至關(guān)重要。

本文對典型產(chǎn)消者組合類型（效益型、電源型、可平移負荷型、可中斷負荷型）的內(nèi)部資源的出力情況進行分析，具體的調(diào)度結(jié)果見附錄C 圖C2 和圖C3。不同類型的產(chǎn)消者通過不同的競價策略以最大化自身利益。產(chǎn)消者1 作為效益型產(chǎn)消者，以自身最大化收益為目標，產(chǎn)消者1 在04:00—19:00 時段內(nèi)供大于求，因此向P2P 平臺報價售電，其余時段存在電量缺額，因此需向P2P 平臺進行投標購電。產(chǎn)消者4 作為電源型產(chǎn)消者，主要向P2P 平臺售電來獲得收益，自身內(nèi)部沒有傳統(tǒng)負荷，因此考慮自身發(fā)電成本后最大化地向市場售電。因為各時段MT的發(fā)電成本都低于向平臺報價的價格，所以從圖C3中可以看出，MT 滿發(fā)出力。產(chǎn)消者2 作為可中斷負荷型產(chǎn)消者，從圖C3 中可以看出，其在負荷高峰時段電量需求大，通過可中斷負荷的調(diào)控來達到削峰填谷的作用，以保持內(nèi)部各單元安全穩(wěn)定運行。產(chǎn)消者6 作為可平移負荷型產(chǎn)消者，在滿足內(nèi)部用戶用電需求的情況下，還需要盡可能減少棄風(fēng)棄光量，因此考慮對產(chǎn)消者內(nèi)的可平移負荷進行靈活調(diào)節(jié)來減少可再生能源的棄風(fēng)棄光量。另外從圖C3 中可看出，在通過利用可平移負荷的出力變化來平抑可再生能源出力波動性后，WT、PV 的電量曲線的穩(wěn)定性得到大幅提升。在09:00—12:00和16:00—18:00時段內(nèi)，產(chǎn)消者6 因自身存在電量缺額，需向P2P 平臺進行投標購電滿足電量平衡。

為進一步分析局域能源市場中產(chǎn)消者進行P2P交易相較于傳統(tǒng)模式下集中式調(diào)度的優(yōu)勢，圖6 給出了在P2P 交易模式和傳統(tǒng)模式下產(chǎn)消者交易的效益對比，在此過程中，賣方產(chǎn)消者會獲得售電收益，買方產(chǎn)消者需支付購電成本。通過圖6 可以發(fā)現(xiàn)，傳統(tǒng)模式下賣方產(chǎn)消者的交易價格低于P2P 模式，買方產(chǎn)消者的交易價格高于P2P 模式，這說明在傳統(tǒng)模式下，賣方售電價格更低，買方購電價格更高。除此以外，通過圖6 展示的P2P 模式和傳統(tǒng)模式下的收益可以進一步發(fā)現(xiàn)，傳統(tǒng)模式下賣方產(chǎn)消者收益更低，買方產(chǎn)消者支付成本更高。這是因為在傳統(tǒng)模式下，各產(chǎn)消者按照電網(wǎng)公司制定的購售電價買賣電量，售電利潤低而購電成本高，同時傳統(tǒng)模式需要更長的輸電距離，因此產(chǎn)生更多的過網(wǎng)輸電費用，而P2P 交易則可以通過市場競爭在提高售電價格的同時降低購電價格，另外縮短輸電距離也減少了過網(wǎng)輸電費用。通過以上分析可得出，在集中式交易模式下，電網(wǎng)公司的收益更高，產(chǎn)消者的收益則更少，在P2P 交易模式下，產(chǎn)消者收益更高，這可能會影響電網(wǎng)公司的效益。相較于傳統(tǒng)模式的集中式調(diào)度方法，采用本文所提的P2P 交易模式更有利于市場中的產(chǎn)消者獲利。

圖6 P2P交易與傳統(tǒng)交易模式對比Fig.6 Comparison between P2P trading mode and traditional trading mode

為說明本文所提模型在大規(guī)模市場的有效性和實用性，進一步擴大算例規(guī)模進行驗證分析。將局域能源市場中的產(chǎn)消者數(shù)量從10 個增加到60 個進行P2P 交易。附錄C 表C3 給出了不同規(guī)模產(chǎn)消者接入下計算得到的交易求解時間，附錄C 圖C4 給出了60 個產(chǎn)消者進行交易的連續(xù)拍賣過程?？梢钥闯霰M管交易主體數(shù)量成倍數(shù)增加，但是交易時間仍在秒級，這是因為交易主體跟隨交易市場交易信息，通過程序自動執(zhí)行競價策略發(fā)起交易請求，因此交易時間很短。故可以認為本文提出的交易機制能夠適應(yīng)不同規(guī)模的產(chǎn)消者加入局域能源市場進行交易，并且交易時間滿足日前市場的交易要求。

5 結(jié)論

本文提出了一種在局域能源市場中多產(chǎn)消者參與日前市場的P2P 交易框架，并基于SFE 模型與連續(xù)雙邊拍賣規(guī)則設(shè)計了面向多類型產(chǎn)消者交易的P2P 交易平臺。通過算例仿真驗證，得到以下結(jié)論：①所提交易框架能夠有效降低不同類型產(chǎn)消者的購電成本，增加產(chǎn)消者的售電收益，提高了參與主體的利益；②所設(shè)計的P2P 交易平臺在產(chǎn)消者層面可以通過投標、報價進行供需匹配達到能量共享，降低了每個產(chǎn)消者和系統(tǒng)整體的交易成本；③在局域能源市場中建立的P2P 日前交易框架提升了小規(guī)模能源就地消納的能力，解決了因市場準入規(guī)則而導(dǎo)致的資源浪費。

本文所建的交易框架主要應(yīng)用于局域能源市場中多產(chǎn)消者P2P 日前市場電量交易，下一階段將進一步考慮融入實時市場來設(shè)計合理有效的P2P 交易框架。

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