售電運營平臺關鍵技術研究與應用

郭晶 羅軍 吳溢

（四川中電啟明星信息技術有限公司）

0 引言

電力市場是電力的買方和賣方相互作用以決定其電量和電價的過程，是電力系統(tǒng)中發(fā)電、輸電、供電、用戶等各成員組織、協(xié)調運行的管理機制和執(zhí)行系統(tǒng)的總和[1-2]。

電力市場是進行電力交易的場所，隨著當今電力市場改革，向社會資本放開配售電業(yè)務，電價不再由政府統(tǒng)一定價，而是取決于市場供需關系和電網(wǎng)輸送能力。發(fā)電側和售電側電價和準入的放開，催生了一個售電主體與用戶直接聯(lián)系、長期的潛在交易金額超過萬億、利潤超過千億的巨大全新售電市場。電網(wǎng)企業(yè)型、獨立型和配售一體型三類售電公司，如雨后春筍般迅速涌現(xiàn)。

售電公司當前員工人員數(shù)量規(guī)模較小，在進入電力市場后，主要精力均為開拓市場，發(fā)展用電客戶。面對復雜多變的電力市場規(guī)則以及有著強烈降價愿望的客戶需求，售電公司想要及時掌握市場動態(tài)，準確判斷市場行情，正確做出購售電的經(jīng)營決策，急需借助專業(yè)的售電運營平臺，通過數(shù)據(jù)搜集和積累、多維度分析和挖掘，競價模擬仿真，收益預測等手段，進行輔助計算和理性決策，實現(xiàn)高效運營和精益化服務。

文章主要研究購電競價模型、偏差預測及收入預測模型技術，搭建售電運營平臺，幫助售電公司對用電客戶進行科學管理與分析，制定最優(yōu)購電策略，控制偏差考核風險以及預測盈利狀況[3-4]。

1 售電運營平臺設計

售電運營平臺包括購電競價、售電營銷、客戶服務、合同管理、偏差管理、費用結算等功能模塊。售電運營平臺使用業(yè)界成熟穩(wěn)定的Eclipse作為開發(fā)工具，使用JDK1.8版本作為開發(fā)編譯環(huán)境，結合業(yè)界主流的Spring、Spring MVC、My Batis、Spring Boot和Spring Cloud技術實現(xiàn)的微服務平臺，技術架構如圖1所示。

其中基礎設施部分利用公司虛擬化軟件構建私有云或者共有云的基礎環(huán)境，實現(xiàn)IT基礎設施資源充分使用及自動化運維管理；數(shù)據(jù)存儲部分支持主流數(shù)據(jù)庫，主要通過Spring Data及Druid鏈接池實現(xiàn)數(shù)據(jù)的交互操作，并通過Nginx的靜態(tài)代理實現(xiàn)靜態(tài)文件資源在文件系統(tǒng)存儲中的數(shù)據(jù)共享；平臺基礎服務組件基于國網(wǎng)統(tǒng)一權限平臺，實現(xiàn)統(tǒng)一身份管理管理、統(tǒng)一認證管理、統(tǒng)一授權管理、統(tǒng)一審計管理、統(tǒng)一流程管理、統(tǒng)一消息管理等服務接口，以便上層服務組件調用。售電運營平臺服務組件實現(xiàn)平臺業(yè)務邏輯處理及數(shù)據(jù)交互存儲，并在每個組件之間提供接口數(shù)據(jù)交互及調用處理，實現(xiàn)組件模塊化、多元化和靈活擴展，主要使用Spring、Spring MVC、Spring Cloud、My Batis等技術進行封裝；服務網(wǎng)關組件主要通過對Spring Boot的Zuul服務網(wǎng)關進行封裝、擴展和增強，加上自主研發(fā)的安全組件和安全策略，實現(xiàn)對網(wǎng)關的安全訪問控制及網(wǎng)關接口服務的注冊和統(tǒng)一配置；展現(xiàn)層主要使用了Vue.js和ElementUI前端組件進行封裝改造，實現(xiàn)一套完整規(guī)范的前端框架。

2 售電運營平臺關鍵技術

售電運營平臺主要面向售電公司，為業(yè)務開展、領導決策提供技術支撐。如何科學購電、制定售電策略、滾動預測收入是平臺的核心關鍵技術。

2.1 購電競價模擬技術

綜合考慮電力交易市場行情、電價電費政策、行業(yè)發(fā)展狀態(tài)、歷史交易信息等影響報價策略的因素[5-7]，提出了基于遺傳算法和網(wǎng)絡流的購電競價模擬技術，對電力市場的交易進行仿真，為售電公司參與市場競價提供輔助決策的技術支撐，實現(xiàn)了精準購電，從根本上解決了售電公司偏差考核的問題。

2.1.1 發(fā)電及用戶報價模型

電源方提出供電保留電價，用戶方向各電源報出自己購電的價格，當用戶報出的購電價格高于或等于某一電源的保留電價時，該電源方才考慮將電供給相應的用戶，否則是不提供電能的。當某電源供給負荷后有剩余容量時，這部分容量將以保留電價上網(wǎng)，這部分容量作為系統(tǒng)備用[8-9]。目標函數(shù)和約束條件如下：

式（1）為目標函數(shù)，在滿足式（2）～式（4）的約束條件下，求該目標函數(shù)的最大值。其中，式（2）為滿足節(jié)點功率平衡的約束條件；式（3）為電源出力上、下限值的約束條件；式（4）用戶電力約束條件。

采用遺傳算法求得中標電源和供電用戶，當中標電源和供電用戶兩者已定時，計算本約束下的最佳潮流分布[10-11]。

遺傳算法是模擬生物遺傳進化機制的隨機搜索自適應尋優(yōu)算法。遺傳算法是具有“生成+檢測”功能的迭代搜索算法。在父代種群的基礎上，由選擇、交叉和變異三個基本遺傳操作產(chǎn)生下一代種群[12]。采用遺傳算法來確定報價策略可以理解為：在正常情況下，根據(jù)未來時段的市場的結算電價，或者接收市場發(fā)布信息滿足約束條件的限制，通過目標函數(shù)評價其優(yōu)劣，適應性差的被淘汰，只有適應性強的才有機會將其特征遺傳至下一輪解，最終獲得最優(yōu)解，產(chǎn)生自己的報價策略。具體的尋優(yōu)過程如圖2所示。

2.1.2 網(wǎng)絡輸電模型

式（6）為目標函數(shù)，在滿足式（7）、式（8）的條件下，尋求將電能從電源轉送到用戶的最小輸電費用；式（7）為滿足節(jié)點功率平衡的約束條件；式（8）為線路輸送容量限制。

上述模型可利用網(wǎng)絡流法求解，最終得到經(jīng)濟上的最優(yōu)潮流分布。

2.2 結算預測技術

綜合售電量大小、用電客戶類別、售電時間、合同類型、合約電價、競價成交價格等多種因素，結合售電公司歷年的年度、月度售電量數(shù)據(jù)、售電收入數(shù)據(jù)，借助馬爾科夫過程中的無后效性性質、馬爾科夫鏈以及狀態(tài)轉移矩陣建立售電收入預測模型[13-15]，計算不同客戶用電結算的初始概率以及不同結算結果之間的轉移概率，實現(xiàn)對售電公司年度、月度售電收入的滾動預測，輔助售電公司即時把握未來收益情況。

滾動結算簡單來講是考慮進用戶的實時用電量以及歷史結算電量電價等的因素，再以用戶用電現(xiàn)階段的狀態(tài)進行整月的結算，通過每日實時結算可以知道偏差考核費用以及盈利狀況，輔助于偏差的控制以及收入的預測。具體是根據(jù)售電公司歷史結算的映射原理，得到結算數(shù)列，對其進行一次累加生成處理，則得到一個新的數(shù)列，對于新數(shù)列的變化趨勢可以近似的用如下微分方程描述：

當△t=1的時間很短，變量x(t)→x(t+△t)之間不會出現(xiàn)突變量，那么，在△t=1的時間內，dx/dt的背景值可以取其平均值，經(jīng)過微分替代運算得到以下方程：

因而，微分方程所對應的時間響應函數(shù)是：

由上述公式和用戶結算的原始數(shù)據(jù)得到a，u值，最終得到結算預測模型：

3 應用成效

售電運營平臺自上線以來，通過云部署與租用的方式與全國百余家售電公式建立合作關系，已被四川、陜西、江蘇、冀北等地共計40余家大中型售電公司應用。

售電公司擁有了支撐日常辦公需求的、安全可控、便捷易用的信息管理系統(tǒng)，符合《國家發(fā)展改革委國家能源局關于印發(fā)＜售電公司準入與退出管理辦法＞和＜有序放開配電網(wǎng)業(yè)務管理辦法＞的通知》的要求，實現(xiàn)線上系統(tǒng)化辦公，提高辦公效率。

售電運營平臺實現(xiàn)交易仿真，對售電公司參與電力市場交易有決定性的支撐作用，在分析歷史電力交易基礎上結合行業(yè)景氣指數(shù)、水情、氣候等因素得到購售雙方申報特征，從而進行交易模擬，形成公司最優(yōu)競價策略，實現(xiàn)精準購電，極大地提高盈利能力。

售電運營平臺完成用電偏差預測技術，通過收集用電客戶實時用電量，考慮用戶生產(chǎn)情況以及行業(yè)變動狀況等外在因素實現(xiàn)偏差預測，對用電偏差進行實時把控，從根本上解決售電公司偏差考核的問題。

4 結束語

綜上所述，售電運營平臺融合云計算、互聯(lián)網(wǎng)+等新技術，為售電公司提供資源整合、購電競價決策、售電服務管理、創(chuàng)新增值服務、客戶服務等多方面的售電運營整體解決方案, 解決了售電運營難題，實現(xiàn)網(wǎng)絡化、信息化、智能化的企業(yè)運作模式，提升售電服務水平，對協(xié)助售電公司制定電力市場交易策略、實現(xiàn)收益最大化發(fā)揮了重要作用，增強了售電公司的市場競爭力。