【好文推荐】窦迅，王俊，胡秦然 等：综合能源服务商如何考虑用户的多能需求弹性参与市场竞价并制定零售套餐？
DOI：10.17775/.2020.03010
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综合能源服务商的市场环境如何？
在双碳战略目标下，全球大力发展可再生能源、多能源系统互联和能源市场，用户侧资源参与市场交易的意愿越来越强烈。综合能源服务商以能源消费者业务需求为出发点，为用户提供优质专业服务，降低综合能源成本。在零售侧，综合能源服务商可根据不同用户的能源特性和利益点，制定涵盖不同价格机制的个性化综合能源零售套餐。在批发侧，综合能源服务商可与不同能源供应商竞价购电，通过提高能源利用率降低运营成本。综合能源服务商运营架构如图1所示。在此运营模式下，有利于综合能源服务商充分利用零售侧用户资源的多能源需求弹性，引导辖区内用户的用电习惯，提高综合能源服务商在批零双端市场竞争中的经济效益和竞争力。
图1 综合能源服务商运营架构
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如何构建多能源需求弹性模型？
在上述运营架构中，综合能源服务商所辖用户负荷涉及电力、天然气、热能、冷能四种形式，因此构建多能源多时段电热冷需求弹性模型。模型的建立分为多能源、多时段两个步骤。首先，建立单时间段电气热冷多能源需求弹性模型，量化随着综合能源服务商能源零售价变化，单时段电热冷负荷的变化情况。然后，在单时间段多能源需求弹性模型的基础上，建立随价格变化的多时段电热冷负荷需求弹性模型。具体矩阵表达式和代数表达式见附录A。这样，建立了电、热、冷多能源多时期需求弹性模型，量化了某一时期某种能源零售价变化引起的用户多种能源负荷多时期的动态变化。
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综合能源服务商如何进行能源批发和零售决策？
综合能源服务商在批发零售市场的优化决策是通过建立两层竞价模型来实现的。下层以社会福利最大化为目标建立电力-天然气市场统一出清模型，实现多种能源的出清，如公式（1）所示。其中，目标函数前两项分别为综合能源服务商作为能源生产者和消费者的数量和报价策略，后两项分别为各售电公司、售气公司、各发电公司、供气公司的报价策略。
上层以经营利润最大化为目标，建立综合能源服务商的报价模型，实现综合能源服务商能源批发零售价值制定，如公式（2）所示，其中目标函数中的正项为综合能源服务商向用户销售能源零售收入，负项为综合能源服务商从能源市场购买能源的成本。能源零售价格模型如公式（3）所示。
（1）
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这种竞标方式的效果如何？
为了验证综合能源服务商竞价策略的有效性，在win10操作系统、i7CPU、2.20GHz处理器环境下基于GAMS平台进行了仿真和优化分析。算例构建了电力-天然气市场环境，包括5家燃气供应公司、10家发电公司、3家综合能源服务商、5家售电公司和3家天然气公司。详细数据在文章正文及附录中给出。
在考虑多能源需求弹性的综合能源服务提供商竞价与多能源零售策略（S1）下，计算负荷曲线的方差，比较分析考虑多能源需求弹性制定的能源零售价对负荷曲线的影响，具体数据如表1所示。
表1 综合能源服务商辖区用户负荷曲线方差变化情况
从表6可以看出，考虑多能源多时段需求弹性的能源零售价优化后，电力、燃气和制冷负荷曲线的方差都得到了明显的降低，尤其是电力负荷曲线，最大降低了79.90%，最小降低了49.61%。可见，考虑用户负荷的多能源多时段需求弹性，有利于降低电力、燃气和制冷负荷曲线的方差，使负荷曲线更加平滑。
设置不考虑多能源需求弹性的综合能源服务商竞价及多能源零售策略（S2），对比两种策略下的社会福利和综合能源服务商的收益。如表2所示，S1情景下的数据相较于S2情景下有所改善，其中社会总福利改善了7.99%，三家综合能源服务商的利润均增加了1.40%。可以看出，与S2相比，S1方法一方面提高了电力-天然气市场的社会总福利，另一方面也提高了综合能源服务商的利润。
表2 各综合能源服务商社会福利及效益比较
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综上所述
本文提出了一种计算用户侧多能源负荷与能源零售价之间多能源需求弹性的方法，用于表征综合能源服务商能源零售价对其管辖范围内用户负荷的影响。建立考虑多能源需求弹性的综合能源服务商两级竞价模型，为综合能源服务商在多能源市场环境下制定电力/天然气竞价策略和多能源零售价格提供策略建议，从而提高运营收益。
引文信息
X. Dou, J. Wang, QR Hu, 和 Y. Li, “双层多级电力电子技术,” 中国电力电机工程学报, 10.17775/.2020.03010。
关于团队
南京工业大学窦勋教授团队主要从事电力市场与电力经济、需求响应、综合能源系统、虚拟电厂等领域的研究。主持国家重点研发计划专项子课题1项、省部市项目2项，作为项目负责人参与国家电网公司科技项目、中国电力科学研究院科技项目等24项。作为第一作者或通讯作者在《IEEE on》、《of Power and》、《of Power and Clean》、《中国电机工程学报》、《电网技术》等国内外核心期刊发表相关论文76篇，其中SCI收录11篇，EI收录36篇，中文核心29篇，获授权发明专利11项。共有2篇论文被《电力系统技术》和《中国电机工程学报》评为高影响力论文，3篇优秀会议论文，3篇优秀论文获得微信推送。
关于作者
窦勋，南京工业大学电气工程与控制科学学院教授，硕士生导师，IEEE，主要从事综合能源系统、电力市场与电力经济、需求响应、电力规划等研究。
王军，工程师，IEEE，南瑞集团有限公司（国网电力科学研究院有限公司），主要从事综合能源系统、电力市场、电力经济方面的研究。
胡钦然，东南大学电气工程学院教授，博士生导师，IEEE，主要从事分布式资源聚合管控、极端环境能源系统设计、电力系统优化运行等方面的研究。
李阳，东南大学电气工程学院教授，博士生导师，IEEE，主要从事电力市场与需求侧响应研究。