基于供需匹配度的风光储套餐定价策略_谢琳.pdf

1、电 力 系 统 及 其 自 动 化 学 报Proceedings of the CSU-EPSA第 35 卷 第 2 期2023 年 2 月Vol.35 No.2Feb.2023基于供需匹配度的风光储套餐定价策略谢 琳1，冯天波2，李 梁1，王炜韬1，赵 健1（1.上海电力大学电气工程学院，上海 200090；2.国网上海市电力公司信息通信公司，上海 200122）摘 要：为 提 升 售 电 商 参 与 未 来 零 售 市 场 竞 争 的 收 益，提 出 基 于 供 需 匹 配 度 的 风、光、储 套 餐 定 价 策 略。首 先，面向 上 级 能 源 供 应 商 构 建 套 餐 度 电 成 本

2、 模 型，实 现 购 电 成 本 测 算；然 后，构 建 负 荷 转 移 率 与 电 价 差 的 需 求 响 应 不 确定 性 模 型，得 到 以 电 价 为 自 变 量 的 用 户 电 量 拟 合 函 数；其 次，引 入 电 费 支 出 满 意 度 和 用 电 方 式 满 意 度 指 标 以 保 证售 电 商 提 供 的 套 餐 尽 量 满 足 用 户 用 能 需 求，来 构 建 基 于 供 需 匹 配 度 的 套 餐 选 择 概 率 模 型；最 后，以 售 电 商 购、售电净利润最大为目标函数，优化求解各套餐分时电价。仿真结果表明了所提定价策略的有效性及合理性。关键词：供电套餐；需求响应；

3、供需匹配度；度电成本；套餐定价中图分类号：TM 73 文献标志码：A 文章编号：1003-8930（2023）02-0112-09DOI：10.19635/ki.csu-epsa.001005Pricing Strategy for Wind-PV-Storage Package Based on Matching Degree ofSupply and DemandXIE Lin1，FENG Tianbo2，LI Liang1，WANG Weitao1，ZHAO Jian1（1.School of Electrical Engineering，Shanghai University of E

4、lectric Power，Shanghai 200090，China；2.Information and Communication Company，State Grid Shanghai Municipal Electric Power Company，Shanghai 200122，China）Abstract:A pricing strategy for wind-PV-storage package based on the matching degree of supply and demand is pro posed to improve the revenue of e-se

5、llers participating in the future retail market competition.Aimed at the superior en ergy supplier，a model of unit cost of electricity for the package is constructed，and the calculation of power purchasecost is realized.A demand response uncertainty model of load transfer rate and electricity price

6、difference is construct ed，and the user electricity fitting function with the electricity price as an independent variable is obtained.To ensurethat the power supply package provided by e-sellers can meet the energy demand of users as much as possible，the pricesatisfaction and power comfort indexes

7、are introduced，and a package selection probability model based on the match ing degree of supply and demand is constructed.Finally，the time-of-use price in each package is optimized by takingthe maximum net profit in power purchase and sales as the objective function.Simulation results show that the

8、 proposedpricing strategy is effective and reasonable.Keywords:power supply package；demand response；matching degree of supply and demand；unit cost of electricity；package pricing随 着 售 电 侧 的 逐 步 放 开 1，市 场 竞 争 格 局 逐 渐形 成，据 统 计，目 前 国 内 存 在 3 000 多 家 售 电 商 2。售 电 商 作 为 区 域 购、售 电 实 体，具 有 激 发 用 户 侧 需求 响 应 的

9、 能 力，可 提 升 整 个 系 统 的 运 营 效 率 3-4。同时，用 户 侧 大 规 模 先 进 量 测 装 置 的 应 用 也 提 升 了 负荷 调 节 的 灵 活 性，在 此 背 景 下，售 电 电 价 机 制 将 更为 灵 活，未 来 售 电 商 以 供 电 套 餐 方 式 售 电 会 成 为 一种趋势 5-6。套 餐 定 价 可 以 吸 引 用 户 积 极 参 与，提 高 源、荷两 侧 互 动 性，实 现 售 电 商 和 用 户 的 双 赢 7-8。国 内 外学 者 对 套 餐 定 价 问 题 展 开 一 系 列 研 究，文 献 9 根 据用 户 负 荷 的 特 点，构 建 实

10、时 电 价 模 型，提 供 不 同 套餐 零 售 价 格；文 献 10 提 出 一 种 考 虑 用 户 自 主 选 择性 的 供 电 套 餐 定 价 策 略，该 策 略 考 虑 了 用 户 选 择 行为，为 同 一 类 型 用 户 制 定 种 类 数 量 合 适、费 率 合 理的 套 餐；文 献 11 提 出 一 种 考 虑 智 能 电 表 与 能 源 提收稿日期：2021-12-13；修回日期：2022-04-13 网络出版时间：2022-05-20 13：30：40基 金 项 目：上 海 市 教 育 发 展 基 金 会 和 上 海 市 教 育 委 员 会“曙 光 计 划”项 目（18 SG

11、 50）；上 海 市 科 学 技 术 委 员 会“扬 帆 计 划”项 目（19 YF 1416900）；国网上海市电力公司科技项目（52090F 20007L）谢 琳等：基于供需匹配度的风光储套餐定价策略谢 琳等：基于供需匹配度的风光储套餐定价策略 113 第 35 卷供 商 之 间 信 息 交 互 的 实 时 电 价 算 法；文 献 12 针 对考 虑 用 户 需 求 响 应 的 售 电 商 运 行 决 策 问 题，建 立 以 售电 商 购 售 电 利 润 最 大 化 为 目 标 的 电 价 决 策 模 型。上 述 文 献 均 对 套 餐 价 格 机 制 做 出 了 一 定 探 索，但 较少

12、 考 虑 售 电 商 提 供 的 供 电 套 餐 与 用 户 实 际 用 能 需求 之 间 的 匹 配 度。售 电 商 作 为 能 源 供 应 商 和 用 户之 间 的 桥 梁，应 保 证 提 供 的 套 餐 尽 可 能 满 足 用 能 需求，以 降 低 购 电 成 本 及 跨 区 域 间 电 力 交 换 所 造 成 的能 量 损 失。因 此 提 出 供 需 匹 配 度 概 念，并 从 价 格 支出 和 原 有 用 电 习 惯 两 个 层 面，将 供 需 匹 配 度 分 为 电费 支 出 满 意 度 和 用 电 方 式 满 意 度 两 个 指 标，通 过 对这 两 个 指 标 的 量 化 分

13、析，得 到 各 套 餐 与 用 户 的 供 需匹配度，进而求得用户选择某一套餐的概率。本 文 提 出 一 种 基 于 供 需 匹 配 度 的 风、光、储 套餐 定 价 策 略。首 先，以 售 电 商 为 主 体，面 向 上 级 能源 供 应 商 构 建 套 餐 度 电 成 本 UCOE（unit cost of elec tricity）13模 型，实 现 购 电 成 本 测 算；在 售 电 方 面 考 虑用 户 侧 需 求 响 应，构 建 负 荷 转 移 率 与 电 价 差 的 需 求响 应 不 确 定 性 模 型，得 到 以 电 价 为 自 变 量 的 用 户 电量 拟 合 函 数，该 模

14、 型 充 分 考 虑 用 户 参 与 电 价 响 应 时具 有 死 区、饱 和 特 性 和 需 求 响 应 的 不 确 定 性，提 升了 需 求 响 应 模 型 的 精 度。然 后，提 出 供 需 匹 配 度 概念，引 入 电 费 支 出 满 意 度 及 用 电 方 式 满 意 度 指 标 分析 不 同 套 餐 与 每 一 类 用 户 的 供 需 匹 配 度，确 定 用 户选 择 各 套 餐 的 概 率，制 定 向 上 级 能 源 供 应 商 的 购 电策 略。最 后，以 售 电 商 净 利 润 最 大 为 目 标 函 数，优化 求 解 出 各 套 餐 分 时 电 价。仿 真 结 果 表 明

15、了 定 价策略的有效及合理性。1 风光储套餐定价流程售 电 商 拥 有 配 电 网 的 运 营 权，以 购、售 电 业 务为主，其经 营收 益来 自购、售电 差额 利润 14。在本 文中，售 电 商 购 电 主 要 来 源 于 能 源 供 应 商，购 电 类 目按 照 风、光 与 储 能 容 量 比 例 分 为 K 个 不 同 套 餐。每类 套 餐 单 位 购 电 成 本 为 该 套 餐 UCOE 与 能 源 供 应商 收 益 率 的 乘 积，为 了 保 证 售 电 商 能 够 盈 利，需 降低 向 能 源 供 应 商 的 单 位 购 电 成 本。售 电 商 能 够 以帮 助 能 源 供 应

16、商 降 低 考 核 成 本、缓 解 高 峰 时 段 供 电压 力 为 条 件，与 对 方 协 商 购 电，降 低 购 电 成 本 15。在 售 电 时，用 户 按 照 自 身 情 况 选 用 一 个 合 适 的 套餐，按 照 套 餐 合 同 调 整 用 电，售 电 商 按 套 餐 需 求 量向 能 源 供 应 商 购 电；在 结 算 时，若 售 电 商 供 电 曲 线与 用 户 用 电 曲 线 发 生 偏 离，缺 额 部 分 由 售 电 商 在 实时 市 场 上 购 电 补 足，用 户 按 照 所 选 套 餐 合 同 规 定 缴纳 电 费。基 于 供 需 匹 配 度 的 风、光、储 套 餐 定

17、 价 流程如图 1 所示，其具体步骤如下。步 骤 1 分 析 全 寿 命 周 期 内 分 布 式 风、光、储 的成 本 及 收 益，考 虑 储 能 充、放 电 功 率 和 荷 电 状 态SOC（state-of-charge）等 约 束，建 立 套 餐 UCOE 模 型，得到各套餐 UCOE。步 骤 2 考 虑 到 用 户 对 电 价 响 应 时 存 在 死 区、饱 和 特 性，以 及 需 求 响 应 的 不 确 定 性，采 用 三 角 隶属 度 函 数 表 征 负 荷 转 移 误 差，构 建 负 荷 转 移 率 与 电价 差 的 需 求 响 应 不 确 定 性 模 型，得 到 以 电 价 为

18、 自 变量的用户电量拟合函数。步 骤 3 在 步 骤 2 的 基 础 上，将 每 一 类 用 户 与各 套 餐 的 匹 配 度 分 为 电 费 支 出 满 意 度 指 标 和 用 电方 式 满 意 度 指 标，确 定 用 户 选 择 各 套 餐 的 概 率，从而 制 定 售 电 商 向 能 源 供 应 商 的 购 电 决 策；最 后 以 售电 商 购 售 电 净 利 润 最 大 为 目 标，优 化 求 解 各 套 餐 分时电价。2 套餐 UCOE 模型分 布 式 储 能 的 引 入，改 变 了 分 布 式 风、光 的 运图 1 风光储套餐定价流程Fig.1 Pricing process of

19、 wind-PV-storage package成本函数 收益函数约束条件及仿真参数各套餐 UCOE需求响应不确定性用户对电价差呈现不同情况三角模糊函数设定各套餐分时电价初值峰谷平分时电价下各时段用户电量拟合函数用电方式满意度 电费支出满意度基于供需匹配度的套餐选择概率模型售电商与能源服务商协商购电生成套餐定价结果达到售电商利润最大效果？套餐度电成本模型 需求响应不确定性模型 基于供需匹配度的套餐定价模型 基于供需匹配度的风光储套餐定价策略 否是电 力 系 统 及 其 自 动 化 学 报 114 第 2 期行 模 式，传 统 的 UCOE 模 型 已 不 再 适 用，本 节 将 构建适 用于分

20、布式风、光、储的 UCOE 电价模型。UCOE 是 指 在 全 生 命 周 期 内 每 千 瓦 时 的 成 本，即总成本费用的折现值与发电量的比值，可表示为U C O E=r=1NCr(1+f)rr=1NQr(1+f)r（1）式 中：Qr为 第 r 年 发 电 量，r=1，2，N，N 为 分 布式 风、光、储 的 运 行 寿 命；f 为 折 现 率；Cr为 第 r 年 成本。第 r 年成本 Cr可表示为Cr=Cpv,r+Cpw,r+Cbe s s,r+Mr（2）式 中：Cp v,r为 光 伏 第 r 年 成 本；Cpw,r为 风 电 第 r 年 成本；Cbe s s,r为 储 能 第 r 年

21、成 本；Mr为 风、光、储 第 r 年考核成本。2.1 光伏和风电成本模型分 布 式 光 伏 的 成 本 包 括 投 资 资 金、年 财 务 成本、年运营成本和回收价值。光伏投资资金 Cpv _i nv可表示为Cp v _i n v=(1-ipv)cpvPpvr=1（3）式 中：ipv为 光 伏 贷 款 比 例；cpv为 光 伏 单 位 容 量 投资成本；Pp v为光伏装机容量。光伏年财务成本 Cpv _f i,r可表示为Cp v _ f i,r=12ip vcp vPp vi1(1+i112)1 2 rp v a(1+i112)1 2 rpv a-1rp v 0 r rp v a（4）式 中

22、：i1为 光 伏 年 贷 款 利 率；rpv 0为 光 伏 建 设 年 限；rpv a为光伏建设的还款年限。光伏的年运营成本 Cpv _o p,r可表示为Cp v _ o p,r=ip v _ o pcp vPp vrp v 0 r rp v 0+Np v（5）式 中：ipv _o p为 光 伏 年 运 营 费 用 占 总 投 资 成 本 的 比例；Npv为光伏寿命。光伏的回收价值 Cpv _r e可表示为Cp v _ r e=p vcp vPp v（6）式中，pv为回收价值系数。风 电 成 本 与 光 伏 成 本 类 似，也 包 括 投 资 资 金、年财务成本、年运营成本和回收价值，这里不再

23、赘述。2.2 储能成本模型储 能 具 有 灵 活 的 调 节 特 性 和 抑 制 风 电、光 伏 的反 负 荷 特 性，在 提 高 可 再 生 能 源 消 纳 能 力 的 同 时 还能 促 进 该 区 域 电 网 的 安 全 稳 定 运 行。在 配 置 分 布式 储 能 后，上 网 发 电 量 增 加，系 统 总 成 本 也 随 之 增加，需 要 考 虑 分 布 式 储 能 的 初 始 投 资 及 后 期 运 行 中对 储 能 电 池 的 维 护 成 本。储 能 成 本 包 括 投 资 资 金、年财务成本、年运营成本和回收价值。储能投资资金 Cbe s s _i nv可表示为Cbe s s _

24、i nv=(1-ibe s s)(c1Pbe s s+c2Ebe s s)r=1（7）式 中：ibe s s为 储 能 贷 款 利 率；c1为 储 能 单 位 功 率 投资 成 本；c2为 储 能 单 位 容 量 投 资 成 本；Pbe s s、Ebe s s分别为储能功率和容量，单位分别为 kW 和 kW h。储能年财务成本 Cbe s s _f i,r可表示为Cb e s s _ f i,r=ib e s sCb e s s _ i n vi2(1+i212)1 2 rbe s s a(1+i21 2)1 2 rbe s s a-1rb e s s 0 r rb e s s a（8）式 中

25、：i2为 储 能 年 贷 款 利 率；rbe s s 0为 储 能 建 设 年 限；rbe s s a为储能建设的还款年限。储能年运行成本 Cbe s s _o p,r可表示为Cb e s s _ o p,r=cb e s s _ o pPb e s srb e s s 0 r rb e s s 0+Nb e s s（9）式 中：cbe s s _o p为 储 能 单 位 功 率 运 行 成 本；Nbe s s为 储能寿命。储能回收价值 Cbe s s _r e可表示为Cb e s s _ r e=b e s sc1Pb e s sr=rb e s s 0+Nb e s s（10）式中，be

26、s s为储能回收价值系数。2.3 收益及约束条件目 前，我 国 风、光 发 电 主 要 以 风、光 电 量 全 额 上网 的 统 购 统 销 模 式 为 主 16，本 文 假 设 售 电 商 的 收 益均 来 自 向 用 户 售 电 收 益。分 布 式 储 能 的 引 入 使 弃风、弃 光 的 比 例 减 少，上 网 电 量 有 所 增 加，可 得 风、光、储日发电量函数为Qd=t=12 4/tPg r i d(t)t（11）式 中：Qd为 风、光、储 日 发 电 量；t 为 采 样 间 隔；Pg r i d(t)为 t 时刻风、光、储并网功率。约束条件如下。（1）功率平衡约束。为 保 证 风

27、、光、储 跟 踪 调 度 计 划，根 据 功 率 平 衡条件则有Pg r i d(t)=Pp v(t)+Pp w(t)+Pb e s s(t)（12）式 中：Ppv(t)为 t 时 刻 光 伏 出 力；Ppw(t)为 t 时 刻 风 电出力；Pbe s s(t)为 t 时刻储能电站功率。（2）储能电池功率约束。-Pb e s s Pb e s s(t)Pb e s s（13）谢 琳等：基于供需匹配度的风光储套餐定价策略 115 第 35 卷（3）储能 电池的 SOC 约束。储 能 电 池 的 SOC 可 以 反 映 电 池 的 充、放 电 情况，过 度 充 电 和 放 电 会 缩 短 电 池

28、寿 命。为 了 保 证 储能电池的使用寿命，将储能电池的 SOC 限制为|SO Cm i n S O C(t)SO Cm a xSO C(t)=S O C(0)+t=12 4/tPb e s s(t)tEb e s s（14）式 中：SO C(t)为 t 时 刻 储 能 电 池 的 SOC；SO Cm a x、SO Cm i n分 别 为 电 池 SOC 的 上、下 限 值；S O C(0)为 电池 SOC 初始值。3 需求响应不确定性模型基 于 消 费 者 心 理 学 原 理 17，可 得 引 起 用 户 负 荷改 变 的 两 种 因 素 为：用 户 只 对 一 定 范 围 内 变 化 的电

29、 价 做 出 响 应，改 变 用 电 习 惯；由 于 用 户 受 到 自愿 参 与、刚 性 用 电 需 求 等 非 电 价 因 素 的 影 响，使 需求 响 应 存 在 不 确 定 性，即 真 实 的 响 应 度 应 介 于 乐 观情 形 和 悲 观 情 形 下 的 负 荷 转 移 率 之 间。上 述 因 素可 以 由 电 价 差 与 负 荷 转 移 率 之 间 的 变 化 来 描 述，如图 2 所 示。图 2 中，横 坐 标 表 示 电 价 差 p；纵 坐 标表 示 负 荷 转 移 率；pa为 死 区 与 响 应 区 交 界 点；pb为 响 应 区 与 饱 和 区 交 界 点；m a x为

30、用 户 能 达 到的 最 大 转 移 率；pm a x为 用 户 做 出 响 应 电 价 差 的 最大 值；m a x(p)、m i n(p)分 别 为 乐 观 情 形 和 悲 观 情形下用户的负荷转移率；d 为负荷转移率误差。随 着 电 价 差 的 增 大，将 用 户 转 移 率 与 电 价 的 变 化情 况 划 分 为 死 区(p pa)、响 应 区(pa pb)，在 不 计 及 负 荷 转 移 不 确 定 性时，负荷转移率与电价差之间的关系可表示为=|p pa(p-pa)pa pm a x时响应不确定性可忽略不计。为 了 表 征 上 述 需 求 响 应 不 确 定 性 随 电 价 差 变

31、化 的 规 律，采 用 三 角 形 模 糊 隶 属 度 函 数 19预 测 需 求响应的不确定性，即d=|k1 p p pbk1 pb+k2(p-pb)pb pm a x（16）式 中，k1、k2为 预 测 误 差 随 电 价 差 变 化 曲 线 参 数。综 上，对 于 某 用 户，可 得 两 时 段 之 间 考 虑 需 求响应不确定性的负荷转移模型为(p)=|d p pa(p-pa)d pa p pbm a x d pb pm a x（17）式 中，(p)为 考 虑 需 求 响 应 不 确 定 性 的 负 荷 转移 率。结 合 后 续 套 餐 电 价 制 定 的 需 要，将 一 天 分 为峰

32、、平、谷 3 个 时 段，可 以 得 到 某 用 户 峰 谷 负 荷 转 移率 pv、峰 平 负 荷 转 移 率 pf和 平 谷 负 荷 转 移 率f v，因 此 峰 谷 平 分 时 电 价 需 求 响 应 不 确 定 性 模 型可表示为L(t)=|L0(t)-p fLp a v-p vLp a vt TpL0(t)+p fLp a v-f vLf a vt TfL0(t)+p fLp a v+f vLf a vt Tv（18）式 中：L(t)为 t 时 刻 考 虑 用 户 需 求 响 应 不 确 定 性 后的 负 荷 值；L0(t)为 t 时 刻 原 负 荷 值；Lpa v、Lf a v分 别 为峰 时 段 和 平 时 段 负 荷 平 均 值；Tp、Tf和 Tv分 别 为峰、平和谷时段。售 电 商 利 用 价 格 杠 杆 来 影 响 用 户 用 电 行 为，用户 在 套 餐 电 价 的 影 响 下 调 整 用 电 量。分 时 电 价 激励下用户 i 使用套餐 j 后负荷预测值可表示为图 2 用户需求响应不确定性表示Fig.2 Uncertainty representation of user demandresponse死区 响应区 饱和区 pa pb pm a xm i n(p)m a x(p)m a xd pd