电力市场 | 基于信息接入的电力交易技术支持系统功能架构及应用研究

前言

当前，电力体制改革已经进入快车道和深水区，我国电力行业与市场形态进入全新发展阶段。中发9号文提出，“有序推进电价改革，推进电力交易体制改革，完善市场化交易机制；稳步推进售电侧改革，有序向社会资本放开售电业务。”售电侧放开，致使电力市场参与主体多元化、复杂化、海量化，市场交易量大大增加，如何对电力市场化交易涉及的庞大数据进行有针对性的大数据分析，并不断提升自身服务水平和经营质效，从而更好地服务于发电侧、用电侧，成为电改领域日益重要的研究课题。

（来源：微信公众号“中国电业”id：zgdyzzs）

国家提出大力推进“互联网+”智慧能源的发展战略，无论是综合能源还是市场化需求侧响应等新型能源服务的工具和手段，都依赖于数据和业务的不断挖掘，才能最终实现用户体验和用户参与水平的提升。大数据平台以及多年形成的海量数据资产，将是交易机构主动迎接挑战、主动引领改革方向的重要资源，将为进一步放大电力市场的数据资产优势，奠定坚实基础。

目前，某些国外售电市场发展较为成熟，如美国、英国、俄罗斯、澳大利亚等国家已实现完全市场化，这就意味着电力终端用户拥有能够自由选择供电商的权力。我国电力市场化改革从2002年起步，一直在积极借鉴国际经验，探索一条有中国特色的电力市场化道路。近年来，关于国内电力市场的研究文献多集中于市场经济下的电力交易环境、电力交易模式、电力交易各主体利益分析及售电业务系统的设计与实现等方面，而较少从信息接入和交易技术支持系统功能的角度去研究如何利用信息化手段更好地支撑电力市场建设及相关业务的开展。

本文以接入售电侧数据为基础，对电力交易技术支持系统的功能架构及应用进行研究。电力交易技术支持系统接入信息包括售电公司系统、大用户信息系统、发电侧信息系统、气象信息系统、经法信息系统、环保信息系统等十余个系统的数据。电力交易机构可以建立丰富且庞大的数据库，通过大数据分析处理技术，按照业务规则和指标维度进行数据挖掘和分析计算，从而提供丰富的业务功能服务及技术支持，为交易中心和各个市场主体开展市场化售电工作提供决策依据。

电力交易技术支持系统功能架构

本文提出的电力交易技术支持系统架构分为“数据层”“基础功能”“高级功能”3个层级。如图1所示。 

图1：电力交易技术支持系统功能架构

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数据层

售电侧市场主体信息数据的接入，主要是从（配）售电公司的信息系统获取用户档案、购售电合同、用电计划、成交电量、电价等数据；电力大用户的生产管理系统获取用户的生产数据；气象信息系统获取天气预报数据；经法信息系统获取市场主体成员经营状况信息、司法诉讼数据；金融信息系统获取市场主体相关征信数据；舆情信息系统获取社会关注热点数据等等。

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基础功能层

基于从各个渠道获取的数据，利用大数据挖掘技术进行数据处理，并综合运用人工智能算法、数据聚类分析，实现“用户负荷预测”“用户用电数据画像”“电力市场评价”“电力市场主体评价”4个基础功能，可直接输出结果，也可供“高级功能”模块调用。

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高级功能

“高级功能”模块按照功能应用类型不同，分为“电网运营”“用户服务”“社会责任”“电力市场”4大类，其中“电网运营”类包括“售电收入预测”“配网规划辅助分析”等功能；“用户服务”类包括“停电敏感用户分析”“履约风险提醒”等功能；“社会责任”类包括“综合能效提升”“可再生能源消纳分析”等功能；“电力市场”类包括“交易仿真培训”“电力市场沙盘”等功能。

信息接入

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总体原则

安全性：信息交换过程采用身份认证、数字签名、加密和访问控制以及物理隔离等技术，确保交换信息的保密性、真实性、完整性。可靠性：从系统运行和数据传输两个层面保证可靠性，在系统运行方面，信息接入总线具备即插即用、状态监测、异常分析、大并发情况下的系统优化运行能力；在数据传输方面，具备可靠传输、异常报警、事务处理、交互日志等功能。合规性：需要考虑电力市场交易的规则及信息保密层级的定义，信息交换系统须从应用功能和通信安全等多方面确保信息接入的合规性，提供信息接入的日志及数据审计功能。开放性：具体内容与业务应用等方面保持一定的开放性，以支持数据类型的增减、业务功能的扩展及新应用系统的接入。先进性：采用当前主流先进的互联网技术，提高信息接入的自动化处理程度、并发处理效率和系统稳定性能。

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信息接入内容

售电侧信息接入范围主要包括：售电公司售电信息系统、发电企业信息系统、电力市场大用户信息系统、经法信息系统、气象信息系统、金融系统、舆情信息系统、第三方信用评价系统、政府信息系统、环保信息系统等。详见表1。

表1：售电侧信息接入内容

 表2：2019年度电力交易情况（单位：兆瓦时）

应用功能设计

电力交易技术支持系统应用功能分为基础、高级两部分。基础功能较为容易实现，同时也是高级功能的基础。而高级功能则是在基础功能的成果上进一步开发拓展，实际应用范围较广。

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基础功能

（1）用户负荷预测。

目的意义：传统的负荷预测系统由于难以采集到用户侧的用电数据，负荷预测的准确性较低。随着电力市场的发展，用户负荷预测的重要性日益突出。用户负荷预测准确性直接决定了电力市场供需平衡预测情况，售电公司、大用户的竞价策略和偏差考核结果等，同时用户侧负荷预测也是售电侧负荷预测的基础。功能描述：采用用户个性化负荷预测方法，从最基础的用户数据开始，先逐一分析用户的用电特性，设计适应性的预测方法，对每一个用户进行负荷预测，再将所有用户的负荷预测结果叠加计算，得到用户负荷预测结果。相较之传统的负荷预测方法，该应用考虑了不同用户的用电行为特性，自下而上，实现了负荷预测的个性化和精细化，同时将用户所在行业的生产计划与之关联，能够显著提升用户负荷预测水平。（2）用户数据画像。目的意义：通过对电力用户的相关用电数据分析，掌握各类用户的个性化特征，并进行聚类分析，为用户信用评级、用户服务、电力市场风险预警提供有力的支撑。功能描述：基于用户参与电力市场交易行为、历史及实时用电情况、历史用电缴费行为、安全用电行为、生产经营情况等方面的数据对用户进行“画像”，并进行聚类分析，从行业类别、用电特性、安全生产、风险等级等维度对用户进行分析并建档，为高级功能提供数据支撑。（3）电力市场评价。目的意义：通过引入电力市场评价，可以方便市场主体、市场运营机构和监管机构及时了解市场状况、发现市场中存在的问题，并进行响应和调整，对推进电力市场建设，提高电力市场的科学管理水平有重要作用。 功能描述：基于电力市场整体运营情况，从电力市场外部环境，电力市场主体参与交易的活跃度，交易成交量指数、发电侧、售电侧交易结果的赫芬达尔—赫希曼指数以及市场各类投诉等数据，对电力市场整体运营情况进行综合评价。（4）电力市场主体评价。目的意义：电力市场主体包括发电企业、电网企业、电力用户、售电公司，该应用初期先针对售电侧的售电公司及电力用户进行评价，后期可拓展至发电企业和电网企业。通过开展电力市场主体评价，可甄别市场主体状况，维持市场秩序稳定。功能描述：基于所采集的各项数据，按照湖北电力市场主体指标评价体系，针对售电市场中的售电公司及电力用户分别进行评分，并依据评分结果，应用到履约保函制度、交易规则当中，使市场风险得到闭环控制。

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高级功能

（1）电网运营类。1）售电收入预测。目的意义：随着我国经济的迅速发展和电力市场化改革的持续推进，电力用户数量不断增加，用电量增长迅猛。售电收入是电力市场正常经营运作、电网持续发展的资金来源，售电收入预测是预算编制的基础。通过开展市场合同电量和计划合同电量的售电收入的综合预测，可以有效提升售电收入预测的精确度。功能描述：基于电力市场售电侧年度长协、月度竞价等不同交易品种的合同数据，区分用户类别和用电电压等级，对电力大用户和售电公司的结算电量和电价进行预测，以此估算市场化电量收入。根据用户负荷预测基础功能，结合营销系统内低压用户和其余非市场化交易的用户历史用电信息，区分用户类别和用电电压等级，对计划用电量进行预测，以此估算计划电量的收入。从而完成全口径的售电收入预测。2）配网规划辅助分析。目的意义：随着国家对增量配电网试点的放开，越来越多的增量配网项目即将落地，为配网规划建设提供精细化负荷模型和滚动校核功能，实现精准投资和最优规划。功能描述：基于用户负荷预测和用户用电数据画像功能，在给定配网用户的类型和体量的基础上，考虑不同类型用户的负荷增长水平和用电可靠性需求，设计出配网中各类用户的个性化负荷模型，结合配网潮流计算等功能，实现配网规划滚动校核，帮助规划者制定出最优规划方案。（2）用户服务类。1）停电敏感用户分析。目的意义：通过多种维度定性、定量来确定停电敏感用户，为该类用户制定个性化的用电方案，帮助供电企业提升用户满意度。功能描述：从市场化交易电量、用户负荷性质、停电投诉等维度识别停电敏感用户，通过用户生产计划数据及历史停电故障数据对未来的停电趋势进行分析，以提醒供电企业统筹安排检修计划和停电计划，管控和提升供电服务质量。2）履约风险提醒。目的意义：合同违约是电力市场中需要防范的重点风险之一，通过实时评估用户的履约能力，提前进行风险防控，为市场主体参与电力市场交易提供有效的工具。功能描述：基于实时采集的用户用电数据，用户负荷预测结果和其已达成的电力交易合同执行情况，评判用户履约风险等级，定期对用户的履约能力进行评估，对存在履约风险的用户，要提前进行风险提醒，并建议用户或其委托代理的售电公司调整后续电力交易策略，防范合同违约风险。（3）社会责任类。1）综合能效提升。目的意义：通过对电力用户能耗情况和生产经营情况进行分析，降低企业的用能成本，为用户提供综合能效提升方案。功能描述：基于用户历史及实时用能分析，通过和同类型用户比对分析，找出用户用能方式的薄弱点，优化能源综合利用方式，推进电能替代，提供企业节能增值服务，设计出适合用户的综合能效提升方案。2）可再生能源消纳分析。目的意义：计算分析用户侧用电量中可再生能源电量的消纳比例和数值，增强用户绿色用能意识，引导用户主动参与消纳可再生能源，不断提高可再生能源消纳比例。功能描述：通过计算出用户消纳的可再生能源电量数据，并换算成节能减排量数据告知用户，培养用户消纳可再生能源的意识。同时，这也是未来实现“可再生能源配额制”及“绿证交易”的基础。（4）电力市场类。

1）交易仿真培训。目的意义：随着新入市的电力市场主体数量的迅猛增多，市场主体的培训需求大幅增长，急需一套面向市场主体的仿真培训系统，在低成本、低风险的前提下，帮助市场主体迅速学习电力交易相关业务流程，逐步提高业务能力。功能描述：支持进行月度集中竞价、双向挂牌交易等中长期交易形式的交易仿真培训；支持在有输电阻塞约束的节点网络下，进行带电力曲线的短期现货市场交易仿真培训。具备交易过程回溯、交易结果结算能力，并快速生成各类报表，对交易仿真报价行为进行总结并分析。2）电力市场沙盘。目的意义：电力市场沙盘采用复杂系统建模与仿真方法，主要面向市场设计者、管理者和研究人员。该功能应用内建了实验经济学仿真平台，接入电力市场的相关真实数据，通过多代理的方法客观模拟电力市场在各种因素影响下的动态变化，有助于相关方把握系统边际电价走势，进行电网阻塞分析预警，以及交易规则仿真验证评估。功能描述：①系统边际电价预测：提供小时级、日级、周级的系统边际电价预测；提供月度与季度系统边际电价的趋势性预测。②电网阻塞分析预警：针对于预定义的关键节点，提供小时级、日级的预测能力，滚动更新发生输电阻塞的线路及节点边际电价中阻塞分量预测值的大小；面向批发市场的参与者，滚动更新预测的阻塞信息，引导发、售两端主动调整自身的交易行为，以经济手段实现阻塞管理。③交易规则仿真验证评估：支持通过修改电力市场交易规则模型中的具体参数，以刻画交易规则的变更；支持定量评估交易规则的变更对各市场主体交易行为的激励及影响；模拟新交易规则下，各市场主体动态博弈可能产生的市场结果，并最终估计各市场主体盈余的潜在变动。

 图2：停电敏感用户分析功能实现方法思路

案例——停电敏感用户分析

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方法思路

停电敏感用户分析是从市场化交易电量、用电负荷性质、故障抢修的历史记录、电网和能源监管投诉等多个维度识别停电敏感用户。将停电敏感用户的所在供电所、台区、关联线路纳入重点关注的范围，并提醒供电企业，在考虑电网安全性和可靠性的前提下，综合调整供电设备检修和停电计划，为这类用户提供个性化增值服务，提高供电可靠性和用户服务水平。

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实现过程

（1）根据大用户用电量确定。从售电平台汇总的各售电公司代理的大用户及所代理的电量，并经过电力交易平台确认的，签订的年度交易合同里的合同电量，统计出各地区参与电力市场的大用户，2019年的年度用电计划，这些大用户按照区域进行统计。本文以A市为例，具体统计参与2019年度交易的大用户成交电量，按照成交电量的规模大小进行排序，得出成交电量排名前10的大用户。统计如表3所示。

 表3:2019年度交易电量排名前10大用户（单位：兆瓦时，元）

根据售电平台或交易平台中的合同电量分解，我们以**钢铁股份有限公司的成交电量为例，将该用户2019年成交电量分解到月，可统计分析出用电量集中的月份。如图3所示。 

图3:**钢铁股份有限公司2019年度交易电量月底分解

图4：不同负荷性质用户分类