清华大学 陈启鑫，王克道，夏清等：面向分布式主体的可交易能源系统——体系架构、机制设计与关键技术

可交易能源 (Transactive Energy) 机制被定义为“一套通过经济手段和控制手段，以价值为参数调节系统全局供需动态平衡的电力系统运行机制”。其概念提出是为了进一步促进供需互动，维护系统平衡，而现有的市场机制下，电力系统的运行状况与价格信号大多没有传递到终端用户，配售侧交易的价值响应特性和供需调节能力弱，也没有能够激发分布式电源参与市场；当前对可交易能源的研究也没有聚焦到配售侧，体现参与主体的分布式特性，对交易缺乏具体的设计描述，研究较为概念化。

因此，在政策导向、用户需求和技术支撑的背景下，本文提出面向分布式主体的可交易能源系统，其交易范围定位于配网层面，面向新型的分布式市场主体，通过供需双方直接实时互动，以去中心化为特征形成交易体系，并结合大量分布式主体接入，在配网层面上开展可交易能源系统的体系构建、具体的交易关系梳理与机制设计，呈现具体场景下可交易能源系统的运行方式。

终端消费者、电源及储能等分布式主体：分布式电源和储能既可以有单独的运营主体，也可以“植入”终端用户。本文将分布式主体分为普通消费者(consumer)和生产型消费者(prosumer)两种，生产型消费者即具备分布式电源，对于生产型消费者，又区分为有储能能力、无储能能力两个子类。

售电商：售电商可以作为独立的市场主体，在配网层面与其他成员进行交易；同时作为用户参与批发市场进行交易的代理商。即：售电商同时具有代理属性和交易属性。 

配电系统运营商(DSO)：可交易能源机制下，配电系统运营商也可以作为独立的市场主体参与交易，向配网中的用户发布特定的交易需求；此外，其依然为区域提供配电服务，收取配电费用，拥有配网资产，负责配网规划、建设、维护等。即：DSO同时具备配网运营属性和交易属性。此外在交易管理中，DSO还具备安全预警发布、临时交易剪裁和关闭交易等权责。

可交易能源系统拥有一个扁平、去中心化的配售侧交易架构，交易行为在一个去中心化的公共交易平台上自主达成并自动执行，如图1所示。

图1  可交易能源系统的交易架构

在该交易架构下，各类交易主体的交易行为包括但不限于：

1）生产型消费者拥有分布式电源，可以提交其富余的生产能力，将发电余量在平台上出售。

2）具备储能的生产型消费者享有对自身储能的控制权，在充放条件允许的情况下可自由参与交易。

3）任一购电方可以选择在平台上实时购买电能，这种交易行为与其跟售电商的长期交易合约可以是并存的。

4）售电商由于其代理用户的用电量偏差或交易误差，存在着实时的功率偏差，也可以通过在可交易能源平台进行能量或容量交易对偏差进行调节。

5）配电运营商也可参与市场交易，以企图降低其与主网的交换功率、减少重载设备运行压力、减少网损等目标。此类需求也将可以转化为具体的交易标的（服务类），在平台上向部分或全部成员发布，如向某条馈线上成员发布降负荷请求等。

6）其他增值服务以及一些可转让的金融合约等，也可以在交易平台上进行交易。

由此，在该交易机制下，交易是去中心化的，交易双方可以自由选择交易的达成，不需要经过第三方审核；交易标的是多样化的；交易类型是跨时间尺度的，交易执行是自动化的。可交易能源系统不仅能满足微观层面上交易主体的经济效益和各类个性化需求，也能满足宏观层面上系统供需平衡、系统优化运行等的调节需求。

1）交易的发起

交易分为自动发起和人工发起两大类。自动发起交易的交易逻辑简单，发起过程易于规范化，可编程控制，能够自动化实现，做到“实时监测，自动发起”，如能量交易中，生产型消费者利用实时监测数据，综合发电预测、负荷预测、储能预测与实时电价预测的结果做出交易决策，交易的时间、功率等要素确定后，以标价挂牌方式向交易平台上其他成员提出交易请求，该类型交易按照标准化的格式发起；人工发起交易随机性较高，个性化因素较多，如售电商偏差调节的交易，配电运营商减小网损的交易等，发起不易完全自动化实现，往往需要人工辅助，甚至完全由人工发起，该类型交易的发起格式也不固定，在紧急情况下可以按照标准格式发出，以得到自动化回应。

2）交易的确认

在交易的确认环节，也区分出自动确认和人工确认两大类。对于标准格式发出的交易请求，智能决策系统能够结合自身信息做出自动回复，交易的发起方在收到多个回复时，参照时间优先、价格优先等原则进行自动确认；对于非标准格式发出的交易请求，需要经过人为决策作出回复，交易也可能要经过双方多次的协商才能得到最终确认。一旦交易经过确认，将自动转换为标准合约。合约包含交易的时间、交易的内容等，由交易双方自动存储，以备交易验证和最终结算。

3）交易的执行

交易的执行环节为统一的自动执行，由成员的自动执行终端完成。该终端能对分布式电源、分布式储能、智能用电设备的运行状态、输出/消耗功率等物理量进行控制，严格按照已确认的标准交易合约内容，在约定的时间执行。同时，无论是否有交易在执行，成员的输入输出功率、时间等关键指标均由智能电表不间断监测并存储。

4）交易的验证

交易验证时只需对成员智能电表的历史监测数据进行分析，对照合约就能评定各自的履约状况，该功能由成员的智能验证终端完成，最终将评定结果自动存储。评定结果也可以作为成员信用等级的判定标准，在可交易能源系统引入信用体系和惩罚机制后，进一步减小交易的不确定性。

现有机制下，售电商面向终端用户的销售电价通常是固定的，分布式发电的余量通常被售电商收购，在本文中我们假设为实时电价收购；可交易能源机制下，分布式发电将不再被收购，而完全以点对点交易售出，与现有机制相比，成员在可交易能源机制下有获利的空间：

1）对于生产型消费者，当实时电价低于销售电价时，其可以按某个高于实时电价但低于销售电价的价格与其他终端用户达成交易；当实时电价高于销售电价时，可以按某个低于实时电价的价格与售电商达成交易。由于销售电价通常高于实时电价，生产型消费者收入得到提升。

2）对于普通消费者，当实时电价低于菜单电价时，可以从其他生产型消费者处购买到低于销售电价的电量，降低购电成本。

3）对于售电商，当实时电价高于销售电价时，有可能从其他生产型消费者处购买到低于实时电价的电量，此外售电商可以通过分布式能量或容量交易调整偏差，满足其风险规避需求。 

4）对于配网运营商，可交易能源机制下可以通过交易满足其各种辅助服务需求。

可交易能源系统中，去中心化的交易体系以及自动化的交易决策和执行等，均需要各类先进设备和技术的支撑。包括但不局限于以下几类：

1）精准预测技术：可交易能源系统中许多决策的制定都是基于预测值，由于交易大多为实时和短期的，提供超短期和短期精准预测值能有效提升交易的可靠性、平衡调节的准确性等。

2）智能决策系统：智能决策系统用于代替人工，在实时价格，节点供需预测值等参数输入下，以自身经济优化为目标制定交易计划，签署交易和储能的充放电管理等。

3）自动执行终端：主要完成交易的自动执行，如按照交易内容控制功率流的流动时间、方向、大小等。

4）智能监测技术：具备实时监测流入流出节点功率，并将监测值存储的功能，以备最终结算。

5）实时交易验证：通过监测数据，利用大数据分析得出交易是否被执行的结论。

6）区块链技术：网络不具备中央服务器，所有节点平权，具备可追溯性、强壮性，能为可交易能源平台提供底层技术支持。

7）配网运行控制技术：配网运营商需要对系统运行进行监测，能够实现配网实时的运行控制、拓扑重构与降损分析，并在违背安全约束时进行交易削减或采取其他措施。

1）可交易能源是能源系统未来的发展方向，将与分布式电源、储能的发展相互促进，互为支撑。符合新经济下共享、平等、开放、对等的“互联网++”精神，是互联网思维在电力行业的典型体现。

2）文章强调面向分布式和配网层面的限定，在该限定下可交易能源系统的研究将更加具备可行性和必要性。通过对具体的交易关系梳理与机制设计，呈现出具体场景下可交易能源系统的运行方式，并分析了支撑可交易能源系统运行的关键技术需求与实施难点。

3）经过本文相关的顶层和细节设计，也显现出目前可交易能源还未涉及的论点，如关键技术、运行模拟等，将在后续的研究中进一步进行。