售电侧市场开放环境下微网端对端电能交易关键技术综述及展望-北极星售电网

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摘要:

售电侧市场环境逐渐开放和分布式能源(distributed energy resources,DER)的发展给微网(micro-grid,MG)运行带来了机遇与挑战。端对端(peerto peer,P2P)电能交易可以优化能源结构,充分发挥分布式能源的优势,提高能源系统的效率。文章以微网P2P电能交易系统为研究对象,在考虑我国现有电力改革政策的前提下,在稳态层面提出亟需解决的三大关键问题:分布式能量流如何优化传输,高效通信系统如何建立,P2P电能交易过程中涉及到用户支付问题如何解决。就这些问题,从能量流,信息流,货币流的角度,阐述微网端对端电能交易系统相关分析的解决办法,从工程角度分析新形势下微网P2P电能交易过程中的关键设备及核心软件平台,为推动我国分布式发电市场化交易及落地提供一些建议。

关键词:售电侧改革;微网;电能交易;博弈论;端对端(P2P);区块链

来源：电力建设作者：王丹^1.2、苏朋飞^1.2、桂勋³、刘博^1.2、王伟亮¹、马喜然^1.2

(1.天津大学智能电网教育部重点实验室,天津市300072;

2.天津大学青岛海洋技术研究院,山东省青岛市266235;

3.电子科技大学能源科学与工程学院,成都市610031)

0引言

在中国新型城镇化建设过程中,清洁能源的高效利用是其重要特征。随着分布式能源(distributed energy resources,DER)在电网边缘的扩散,分布式高比例新能源消纳问题成为了新型城镇化建设过程中的一个核心问题,而端对端微网(micro grid,MG)电能交易作为解决这一问题的新思路正逐渐被广泛研究。但是,由于现有电力系统的发电和供电模式都是以集中式方式设计,分布式发电所需的电网公共服务和电力市场交易机制还不完善,未能充分发挥分布式发电在电能利用方面的经济性,安全性等优势。

针对上述问题,近年来,国家出台了一些支持政策,鼓励分布式发电市场化交易[1],鼓励微网内就近用户之间通过端对端(peerto peer,P2P)电能交易来优化自身能源结构,最大限度减少能源损失并降低电力成本,从而减少对主电网的依赖及对环境的危害。新电改9号文中提出鼓励社会资本(含个人)通过建设合格的分布式电源等途径直接参与售电业务,在满足自身用电需求后,可以通过向电网缴纳一定数量的过网费后获取收益。此外,在政府监督与电网公司的优质服务环境下,用户的满意度也得到提高。但由于微网内用户各自具有不同的发电,储能,用电设备,以及不同的电能需求,不同的用能偏好等,导致用户在家庭内部电能管理方面有着各自的优化目标。

为此,国内外的专家学者已经对微网P2P电能交易技术进行了一些研究,其中,微网P2P电能交易系统稳态分析是相关领域研究的基础,是探究分布式发电耦合特性,电能优化调度,协同规划,安全管理等方面的核心所在。本文以微网P2P电能交易系统为研究对象,首先在考虑我国现有电力改革政策的前提下,结合信息互联网领域P2P技术特性,设计售电放开政策下微网P2P电能交易系统,并就该系统在稳态层面提出亟需解决的三大关键问题:分布式能量流如何优化管理,高效的双向通信系统如何设计,P2P电能交易过程中涉及到用户支付问题如何解决。其目的是提出一种分析微网分布式电能交易系统的新思路,并分析工程上实现P2P电能交易所需关键设备及软件平台,为推动我国分布式发电市场化交易及落地提供一些建议。

1售电侧市场开放环境下微网 P2P电能交易系统设计

近年来,随着售电市场逐渐放开,在能源格局,交易对象,用户选择权等方面将发生巨大变化[3]。

在此背景下,P2P电能交易因其有助于降低电能交易门槛和用户使用能源的费用,被大量研究用于帮助用户实现自由的电能交易,建立更加开放,对等,透明的分布式发电交易市场,提升DER消纳率,提高能源系统的效率

在P2P电能交易领域,分布式发电市场化交易系统中的各终端用户节点对等,当一个节点有剩余电能时可以与网络中其他节点直接交易。与信息互联

网P2P技术不同的是,电力系统因其自身特点,P2P电能交易系统稳态建模方面主要面临以下问题:面对分布式发电间歇性,波动性的供能环境,如何在现有实体电网结构下,充分发挥DER在电能利用方面的节能,经济和安全等优势。表1为集中式和分布式电网架构对比。

表1集中式电网架构和分布式电网架构对比

为解决上述问题,本文采用在集中式电网架构下,构建微网内用户之间分布式网络架构的异构混合网络,如图1所示。系统整体仍然是集中式的分层架构,但是在微网层,用户之间采用分布式的网络架构。这里的分布式指电能传输的分布式,信息通信的分布式,电能交易的分布式。在分布式的网络架构下,各个用户地位对等,不需要控制中心统一控制,各节点之间对等地交互自家的电量和电价信息。

相比传统集中式电网内控制中心统一管理所有用户数据,分布式网络架构将控制中心的权利下放给微网内各用户,各用户有权利直接进行一些决策。当用户发出电能需求时,微网内用户通过智能电表进行电力信息交互,然后选择最合适的方法进行电能购买。一方面,大大减轻了配电网控制中心的业务量,减轻了控制中心的负荷,提高了用户侧需求响应的效率,使得整个系统更加灵活;另一方面,用户利用自身分布式发电及储能装置,通过自主发电或储能,在分布式发电市场化交易中获取经济收益,并减少了对主网的依赖。

在该网络架构下,构建P2P电能交易系统稳态分析模型主要解决以下3个关键问题。

(1)从电能流的角度:分布式架构下,系统内电能流动也是分布式的,采用何种电能调度策略能减少传输损耗,最大化用户收益,是P2P电能交易系统的一个关键问题。

(2)从信息流的角度:由于DER位置的不确定

性及DER发电的不可控性,将给微网的通信网络带来挑战。因此,研究高效的双向通信系统将有助于利用可靠,实时的信息提高电网系统性能。

(3)从货币流的角度:P2P电能交易过程中涉及到用户支付问题,可以采用区块链技术来实现分布式记账,同时利用区块链技术本身特点,保障用户的隐私及交易安全,提高网络可靠性。

图1未来新型架构下的分布式微网P2P电能交易系统

2基于博弈论分布式电能优化调度策略

DER在微网渗透率的提高,使得在微网中电力流动呈现多样性的特点用户不再只是从电网购电,还可以从自家的DER以及通过P2P电能交易系统从其他有多余电能的用户获取电能。相比于传统集中式电网,分布式电网电能调度更为复杂。可以将P2P电能交易系统看作一类自适应的分布式网络。此类网络具备自学习,自组织和自优化的特点[6]。前2个特点是自适应分布式网络本身具备的,而第3个特点则需要相应的分布式优化算法实现。相对于传统的分布式优化算法,博弈论考虑优化目标中多方对抗或合作的因素,基于博弈论模型研究分布式发电市场主体能更接近实际情况,反映了网侧与用户侧的独立决策过程,避免人的主观偏见,很好地体现参与者的主观能动性与个体理性,有助于解决分布式发电市场不同利益主体之间冲突问题,在一定程度上提高了微网的灵活性和智能性图为基于博弈论电能优化调度框架。

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