摘要

隨著新能源并網(wǎng)增加,各時(shí)間尺度下的現(xiàn)貨市場(chǎng)功能正逐步改變,整體呈現(xiàn)出強(qiáng)化日內(nèi)市場(chǎng)定位、重視日內(nèi)環(huán)節(jié)設(shè)計(jì)的趨勢(shì)。作為市場(chǎng)從空間維度的進(jìn)一步劃分,省間日內(nèi)市場(chǎng)面臨特有的設(shè)計(jì)難點(diǎn)與挑戰(zhàn)。首先,從空間范圍、交易需求、功能定位、設(shè)計(jì)復(fù)雜度4個(gè)方面,討論日內(nèi)市場(chǎng)特征變化趨勢(shì);然后,從省間日內(nèi)現(xiàn)貨市場(chǎng)設(shè)計(jì)出發(fā),針對(duì)省內(nèi)市場(chǎng)耦合、區(qū)域市場(chǎng)融合、通道容量建模、新能源消納 4個(gè)方面問(wèn)題,分析市場(chǎng)建設(shè)所面臨的挑戰(zhàn);最后,基于中國(guó)日內(nèi)跨區(qū)富余可再生能源電力現(xiàn)貨市場(chǎng)的實(shí)踐,對(duì)省間日內(nèi)現(xiàn)貨市場(chǎng)設(shè)計(jì)進(jìn)行思考,并提出基于順序出清的耦合模式、區(qū)域市場(chǎng)設(shè)計(jì)應(yīng)遵循的基本原則、基于潮流和關(guān)鍵支路的通道建模方法、基于滾動(dòng)重疊的日內(nèi)交易機(jī)制。

0 引言

中國(guó)正在加快推進(jìn)電力現(xiàn)貨市場(chǎng)建設(shè),力圖設(shè)計(jì)高效運(yùn)行的市場(chǎng)體系,促進(jìn)資源的優(yōu)化配置[1-2]。省間日內(nèi)市場(chǎng)是現(xiàn)貨市場(chǎng)的重要組成部分,市場(chǎng)定位及設(shè)計(jì)具有重要意義。作為日內(nèi)市場(chǎng),其交易組織在日前市場(chǎng)之后,在時(shí)間維度發(fā)揮超短期資源調(diào)節(jié)作用;作為省間市場(chǎng)[3],在空間維度發(fā)揮資源大范圍優(yōu)化配置作用。

在中國(guó)電力現(xiàn)貨市場(chǎng)建設(shè)過(guò)程中,日內(nèi)跨區(qū)富余可再生能源電力市場(chǎng)作為省間日內(nèi)市場(chǎng)的初期形態(tài),2018年完成交易4000余筆、交易量超過(guò) 31億kW·h,其設(shè)計(jì)、運(yùn)行起到了重要的實(shí)踐作用。隨著新能源并網(wǎng)比例增加,各時(shí)間尺度現(xiàn)貨市場(chǎng)的功能特征正在逐步改變,日內(nèi)市場(chǎng)愈發(fā)重要。

目前,北美、歐洲等地區(qū)的跨區(qū)日內(nèi)市場(chǎng)交易模式差異較大,北美日內(nèi)市場(chǎng)分為若干區(qū)域,由各電網(wǎng)運(yùn)營(yíng)機(jī)構(gòu)(independent system operator,ISO)負(fù)責(zé)交易組織,跨區(qū)域交易較為松散,多為雙邊交易形式。歐洲通過(guò)共享訂單、價(jià)格耦合等市場(chǎng)機(jī)制,建立了統(tǒng)一日內(nèi)市場(chǎng),由各交易中心聯(lián)合運(yùn)營(yíng)。雖然北美、歐洲等地區(qū)在現(xiàn)貨市場(chǎng)模式、規(guī)則設(shè)計(jì)等方面各有側(cè)重;但隨著新能源占比提高,整體呈現(xiàn)出強(qiáng)化日內(nèi)市場(chǎng)定位、重視日內(nèi)市場(chǎng)設(shè)計(jì)的趨勢(shì)[4-7]。

日內(nèi)市場(chǎng)在激勵(lì)參與者進(jìn)行偏差調(diào)整、優(yōu)化資源配置、促進(jìn)新能源消納等方面具有重要作用。本文基于中國(guó)日內(nèi)跨區(qū)富余可再生能源電力現(xiàn)貨市場(chǎng)的實(shí)踐,針對(duì)日內(nèi)市場(chǎng)特征變化變化進(jìn)行討論,對(duì)省間日內(nèi)現(xiàn)貨市場(chǎng)建設(shè)所面臨的挑戰(zhàn)進(jìn)行分析,最后對(duì)省內(nèi)日內(nèi)現(xiàn)貨市場(chǎng)設(shè)計(jì)進(jìn)行思考,并提出相關(guān)建議。

1 日內(nèi)市場(chǎng)特征變化趨勢(shì)

1.1 日內(nèi)市場(chǎng)空間范圍擴(kuò)大

日內(nèi)市場(chǎng)空間維度逐漸變化,交易范圍呈擴(kuò)大趨勢(shì),這主要源于大規(guī)模新能源并網(wǎng),對(duì)跨區(qū)域電力平衡的訴求。一方面新能源發(fā)電具有強(qiáng)波動(dòng)性的特征,其并網(wǎng)比例逐年增加;另一方面?zhèn)鹘y(tǒng)電源受爬坡能力、最小出力等技術(shù)因素限制,調(diào)節(jié)能力有限。因此,大范圍的資源優(yōu)化配置已經(jīng)成為提升新能源消納水平的重要途徑[8]。

歐洲、北美等地區(qū)的現(xiàn)貨市場(chǎng)交易范圍呈擴(kuò)大融合趨勢(shì)。2009年和2018年,歐盟分別頒布“第三能源法案”(Third Energy Package)和“清潔能源法案”(Clean Energy Package),推動(dòng)建立歐洲統(tǒng)一電力市場(chǎng),并提出相應(yīng)的區(qū)域價(jià)格耦合(price coupling of region,PCR)方法[9]。截至2018年底,歐洲已實(shí)現(xiàn)27個(gè)國(guó)家在日前跨境市場(chǎng)耦合,14個(gè)國(guó)家在日內(nèi)跨境市場(chǎng)耦合,此外,歐洲正在設(shè)計(jì)推進(jìn)統(tǒng)一實(shí)時(shí)市場(chǎng)[10]。在北美地區(qū),以加州獨(dú)立電網(wǎng)運(yùn)營(yíng)機(jī)構(gòu)(CAISO,California ISO)為例,在2014年CAISO啟動(dòng)了美國(guó)西部跨區(qū)域電力不平衡市場(chǎng)(Energy Imbalance Market,EIM),EIM中15min市場(chǎng)與日內(nèi)市場(chǎng)特征較為相似,EIM市場(chǎng)交易范圍同樣呈現(xiàn)出逐漸擴(kuò)大趨勢(shì)[11]。

1.2 日內(nèi)市場(chǎng)交易需求提升

日內(nèi)市場(chǎng)交易量、交易占比增加,部分交易由日前延后至日內(nèi)階段開展。受限于能源稟賦,新能源發(fā)電具有較強(qiáng)不確定性,難以準(zhǔn)確預(yù)測(cè)。與傳統(tǒng)(火電)參與者不同,新能源參與者往往越臨近執(zhí)行時(shí)刻,其出力預(yù)測(cè)精度越高[12]。由于這一特征,在不考慮其他影響因素的情況下,新能源參與者更傾向于參與日內(nèi)市場(chǎng)交易,導(dǎo)致日內(nèi)交易需求提升。

日內(nèi)市場(chǎng)交易逐年增長(zhǎng),變相導(dǎo)致部分交易時(shí)間延后。同時(shí),日內(nèi)出清結(jié)果與日前變化增大,電網(wǎng)運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)增加,日內(nèi)價(jià)格波動(dòng)加劇[13-14]。

1.3 日內(nèi)市場(chǎng)功能定位強(qiáng)化

日內(nèi)市場(chǎng)功能定位轉(zhuǎn)變,亟待價(jià)格信號(hào)進(jìn)行引導(dǎo)。日前市場(chǎng)與實(shí)時(shí)市場(chǎng)的偏差增大,需要更加完備的日內(nèi)市場(chǎng),實(shí)現(xiàn)平滑過(guò)渡。在北美市場(chǎng)初期設(shè)計(jì)中,日內(nèi)環(huán)節(jié)主要目的是為ISO提供相應(yīng)時(shí)間尺度下的電網(wǎng)調(diào)節(jié)手段,因此在市場(chǎng)參數(shù)設(shè)計(jì)方面,日內(nèi)市場(chǎng)相關(guān)時(shí)間參數(shù)與機(jī)組性能參數(shù)一致,如表1所示。隨著新能源并網(wǎng)比例增加,日內(nèi)市場(chǎng)功能并非僅僅是被動(dòng)確定是否調(diào)用相應(yīng)時(shí)間尺度下的調(diào)節(jié)手段,激勵(lì)市場(chǎng)參與者主動(dòng)盡早進(jìn)行偏差調(diào)節(jié)、降低調(diào)節(jié)成本,正成為日內(nèi)市場(chǎng)的重要職能之一[15]。

通過(guò)價(jià)格信號(hào)引導(dǎo)是激勵(lì)市場(chǎng)參與者主動(dòng)進(jìn)行偏差調(diào)節(jié)的重要方式。在市場(chǎng)初期設(shè)計(jì)中,北美日內(nèi)市場(chǎng)大多采用沒(méi)有獨(dú)立的出清價(jià)格機(jī),而是采用與實(shí)時(shí)市場(chǎng)相同的價(jià)格進(jìn)行出清。在現(xiàn)階段日內(nèi)市場(chǎng)設(shè)計(jì)中,利用價(jià)格信號(hào)引導(dǎo)偏差修正,在降低預(yù)測(cè)偏差導(dǎo)致的價(jià)格波動(dòng)、激勵(lì)新能源參與者提升自身預(yù)測(cè)水平、提升電網(wǎng)運(yùn)行安全性等方面,均具有重要意義。

1.4 日內(nèi)市場(chǎng)設(shè)計(jì)復(fù)雜度提高

日內(nèi)市場(chǎng)設(shè)計(jì)難度增大,架構(gòu)復(fù)雜度提高。日內(nèi)市場(chǎng)復(fù)雜度主要來(lái)源于以下方面：一是現(xiàn)貨市場(chǎng)固有的設(shè)計(jì)難點(diǎn)。日內(nèi)市場(chǎng)作為現(xiàn)貨市場(chǎng)的組成部分,現(xiàn)貨市場(chǎng)中固有的難點(diǎn)在日內(nèi)市場(chǎng)中依然存在,如啟停成本、無(wú)負(fù)荷成本導(dǎo)致的非凸問(wèn)題[16]。二是源于日內(nèi)市場(chǎng)自身特點(diǎn),主要包括輔助服務(wù)和時(shí)間顆粒度的多樣性。在輔助服務(wù)方面,日內(nèi)市場(chǎng)新增爬坡容量等輔助服務(wù);在時(shí)間顆粒度方面,日內(nèi)市場(chǎng)交易頻率、合同時(shí)長(zhǎng)更加靈活,部分北美市場(chǎng)包含3種日內(nèi)市場(chǎng),兩者均增加了日內(nèi)市場(chǎng)設(shè)計(jì)難度。三是與其他市場(chǎng)銜接產(chǎn)生的復(fù)雜度,日內(nèi)市場(chǎng)需考慮與日前市場(chǎng)、實(shí)時(shí)市場(chǎng)的雙向銜接。

2 省間日內(nèi)市場(chǎng)特征及設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)

2.1 省間日內(nèi)市場(chǎng)特征

市場(chǎng)在時(shí)間維度細(xì)化的目的在于動(dòng)態(tài)利用更新信息,在空間維度細(xì)化的目的在于提高資源的全局優(yōu)化配置效率。省間日內(nèi)市場(chǎng)是在日內(nèi)市場(chǎng)基礎(chǔ)上,從空間維度進(jìn)行的市場(chǎng)細(xì)化。

1）省間日內(nèi)市場(chǎng)為實(shí)現(xiàn)全局優(yōu)化,部分細(xì)節(jié)簡(jiǎn)化。為擴(kuò)大優(yōu)化范圍,保證出清效率,省間市場(chǎng)對(duì)部分省內(nèi)細(xì)節(jié)進(jìn)行一定程度簡(jiǎn)化。例如,將各省電網(wǎng)等效為單一節(jié)點(diǎn)。在提高出清效率的同時(shí),也增大了執(zhí)行風(fēng)險(xiǎn)。

2）省間與省內(nèi)市場(chǎng)緊密耦合,交易需多級(jí)調(diào)度的協(xié)調(diào)組織。時(shí)間維度不同的各級(jí)市場(chǎng)大多由同一調(diào)度/交易機(jī)構(gòu)組織完成,空間范圍不同的各級(jí)市場(chǎng)則需要由多級(jí)調(diào)度/交易機(jī)構(gòu)組織完成。各級(jí)市場(chǎng)相互關(guān)聯(lián),難以同時(shí)獨(dú)立開展。因此,省間、省內(nèi)多級(jí)市場(chǎng)組織,對(duì)各級(jí)調(diào)度的協(xié)調(diào)配合要求較高。

基于上述省間日內(nèi)市場(chǎng)的特征,省間日內(nèi)市場(chǎng)在建設(shè)過(guò)程面臨相應(yīng)設(shè)計(jì)難點(diǎn)與挑戰(zhàn),如圖1所示。

2.2 省間日內(nèi)市場(chǎng)設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)

2.2.1 耦合銜接省內(nèi)市場(chǎng)

1）資源耦合。

省間市場(chǎng)、省內(nèi)市場(chǎng)作為空間維度不同的兩個(gè)市場(chǎng),其設(shè)計(jì)的難點(diǎn)在于如何協(xié)調(diào)兩市場(chǎng)交易次序,解決兩市場(chǎng)交易資源共用問(wèn)題。交易資源包括電能量、輔助服務(wù)等。市場(chǎng)參與者可以同時(shí)選擇在省間市場(chǎng)與省內(nèi)市場(chǎng)進(jìn)行交易,受可交易總量限制,參與者在兩市場(chǎng)的交易量存在相互制約關(guān)系。例如,對(duì)于某賣方參與者,若其在省內(nèi)市場(chǎng)交易量過(guò)大,可能導(dǎo)致其在省間市場(chǎng)的可交易量減少,反之亦然。針對(duì)上述交易資源共用問(wèn)題,在不能集中優(yōu)化的情況下,不確定省間交易量則無(wú)法確定省內(nèi)可交易量,同理不確定省內(nèi)交易量則無(wú)法確定省間可交易量。

需要說(shuō)明的是,上述問(wèn)題雖然可以通過(guò)事先按一定規(guī)則分配的方式解決(例如：市場(chǎng)參與者事先分配其在兩市場(chǎng)的申報(bào)量),但由于市場(chǎng)交易的不確定性,可能會(huì)導(dǎo)致交易結(jié)果與預(yù)期偏差較大。因此設(shè)計(jì)合理的市場(chǎng)耦合機(jī)制,避免各市場(chǎng)間低效運(yùn)行,具有重要意義。此外,相較于日前市場(chǎng),日內(nèi)市場(chǎng)對(duì)交易流程簡(jiǎn)潔性、高效性有更高的要求。

2）跨時(shí)間維度耦合。

現(xiàn)階段市場(chǎng)建設(shè)中,在時(shí)間維度上,省間現(xiàn)貨市場(chǎng)重點(diǎn)建設(shè)日前、日內(nèi)市場(chǎng),省內(nèi)現(xiàn)貨市場(chǎng)重點(diǎn)建設(shè)日前、實(shí)時(shí)市場(chǎng)。因此,在省內(nèi)日內(nèi)市場(chǎng)尚未完備階段,省間日內(nèi)市場(chǎng)設(shè)計(jì)需滿足同省內(nèi)實(shí)時(shí)市場(chǎng)的耦合要求。

2.2.2 融合區(qū)域調(diào)峰輔助服務(wù)市場(chǎng)

區(qū)域調(diào)峰輔助服務(wù)市場(chǎng)是市場(chǎng)建設(shè)過(guò)渡時(shí)期的形態(tài),并未形成標(biāo)準(zhǔn)的市場(chǎng)形態(tài)。完備的省間市場(chǎng)和省內(nèi)市場(chǎng)將包含其現(xiàn)有全部功能。

當(dāng)存在兩個(gè)不同空間范圍且相互影響的市場(chǎng)時(shí),至少需要一次迭代(A市場(chǎng)預(yù)出清→B市場(chǎng)正式出清→A市場(chǎng)正式出清)才能較好地完成交易。當(dāng)某地區(qū)存在省間市場(chǎng)、區(qū)域市場(chǎng)、省內(nèi)市場(chǎng)3個(gè)空間維度不同的市場(chǎng)同時(shí)運(yùn)行時(shí),考慮預(yù)出清(或預(yù)平衡)等環(huán)節(jié),市場(chǎng)交易過(guò)程復(fù)雜,不利于在交易時(shí)間較短的日內(nèi)市場(chǎng)實(shí)施。同時(shí),還可能存在各市場(chǎng)間相互影響,導(dǎo)致市場(chǎng)低效運(yùn)作的情況發(fā)生。

目前,東北、西北、華北、華東已建立了區(qū)域調(diào)峰輔助市場(chǎng),部分地區(qū)正在進(jìn)行方案編制。各區(qū)域調(diào)峰市場(chǎng)差異較大,交易頻率、合同時(shí)長(zhǎng)、交易市場(chǎng)形態(tài)均不相同,如表2所示。缺乏統(tǒng)一規(guī)范的市場(chǎng)設(shè)計(jì),增加了區(qū)域調(diào)峰輔助服務(wù)市場(chǎng)與其他市場(chǎng)融合的難度。

2.2.3 通道可用容量建模與管理

通道可用容量建模管理是現(xiàn)貨市場(chǎng)設(shè)計(jì)中的關(guān)鍵環(huán)節(jié),也是市場(chǎng)出清結(jié)果能夠進(jìn)行調(diào)度執(zhí)行的重要保障。省間現(xiàn)貨市場(chǎng)為提高市場(chǎng)效率,將部分細(xì)節(jié)進(jìn)行簡(jiǎn)化,例如將全省等效為單一節(jié)點(diǎn)。在簡(jiǎn)化過(guò)程中,部分信息扭曲或缺失,增加了通道建模管理的難度。

1）省間通道可用容量建模。

省間交易路徑大部分以“交流通道+直流通道+交流通道”的形式構(gòu)成。省間市場(chǎng)現(xiàn)階段規(guī)則中,省間通道容量采用典型的可用輸送容量(available transmission capacity,ATC)模型確定。

基于ATC的通道可用容量建模方式基于一定程度的簡(jiǎn)化假設(shè)。潮流在直流線路中定功率傳輸,不存在潮流轉(zhuǎn)移分布,但在交流線路中分布需遵循物理特性。這意味著交易電量無(wú)法僅通過(guò)指定交流通道由賣方輸送至買方,且不經(jīng)過(guò)其他交流網(wǎng)絡(luò)。因此,對(duì)于耦合關(guān)系復(fù)雜的交流電網(wǎng),基于ATC的省間通道容量模型無(wú)法完全適應(yīng)省間市場(chǎng)需求。

2）省內(nèi)穿越潮流約束建模。

省間交易出清模型中以省為單位進(jìn)行集中申報(bào),將全省等效為單一節(jié)點(diǎn)。這意味著省間市場(chǎng)出清模型未充分考慮省間交易產(chǎn)生的穿越潮流對(duì)省內(nèi)通道的影響,換言之,未充分考慮省內(nèi)交流通道容量對(duì)省間交易的約束。

在實(shí)際物理問(wèn)題中,絕大部分省間市場(chǎng)參與者不直接通過(guò)省間通道相連,而是經(jīng)省內(nèi)通道與省間通道相連。受限于省內(nèi)通道可用容量,省間市場(chǎng)交易量可能存在限制;同時(shí),省間市場(chǎng)交易量與省內(nèi)市場(chǎng)交易量可能存在相互制約。因此,將全省等效為單一節(jié)點(diǎn),適于內(nèi)部無(wú)阻塞或阻塞較輕的地區(qū);對(duì)于內(nèi)部阻塞嚴(yán)重的地區(qū)難以適用。

針對(duì)省間交易產(chǎn)生的穿越潮流問(wèn)題,歐洲市場(chǎng)采用再調(diào)度、反向交易等方式對(duì)于區(qū)內(nèi)阻塞問(wèn)題進(jìn)行處理,在解決問(wèn)題的同時(shí)也導(dǎo)致區(qū)內(nèi)調(diào)度成本增加等負(fù)面問(wèn)題出現(xiàn)。中國(guó)電網(wǎng)跨區(qū)輸送能力較強(qiáng),省間市場(chǎng)交易占比高于平均水平,省間交易產(chǎn)生的穿越潮流的影響將更加顯著。因此,更需采用適合的模型方法和管理規(guī)則解決這一問(wèn)題。

2.2.4 適應(yīng)現(xiàn)階段新能源預(yù)測(cè)特征

省間市場(chǎng)的定位為大范圍資源優(yōu)化配置,為進(jìn)一步提升新能源消納水平,省間日內(nèi)市場(chǎng)設(shè)計(jì)應(yīng)同現(xiàn)階段新能源出力預(yù)測(cè)特征相匹配。

目前,部分地區(qū)新能源預(yù)測(cè)水平有待提高,新能源預(yù)測(cè)呈現(xiàn)3個(gè)方面特征：一是有效預(yù)測(cè)的超前時(shí)間(leading time)較短,預(yù)測(cè)精度不能完全滿足指導(dǎo)參與者進(jìn)行準(zhǔn)確市場(chǎng)申報(bào)的要求。二是預(yù)測(cè)精度隨預(yù)測(cè)超前時(shí)間快速變化,如圖2所示[17]。三是趨勢(shì)預(yù)測(cè)偏差較大,當(dāng)新能源出力趨勢(shì)穩(wěn)定時(shí),預(yù)測(cè)較為準(zhǔn)確;當(dāng)新能源出力趨勢(shì)發(fā)生變化時(shí)(例如：出力由增加轉(zhuǎn)為減小),往往難以準(zhǔn)確預(yù)測(cè)。此外,由于新能源并網(wǎng),導(dǎo)致部分交易時(shí)間延后,已在前文中進(jìn)行討論。

針對(duì)上述問(wèn)題,在省間現(xiàn)貨市場(chǎng)設(shè)計(jì)中,應(yīng)預(yù)留至少一次修正機(jī)會(huì),當(dāng)預(yù)測(cè)出現(xiàn)較大偏差導(dǎo)致無(wú)法履約時(shí),允許通過(guò)再次交易的方式進(jìn)行修正。若再次交易產(chǎn)生的偏差調(diào)節(jié)成本,應(yīng)由預(yù)測(cè)存在誤差的市場(chǎng)參與者承擔(dān)。此外,省間日內(nèi)市場(chǎng)設(shè)計(jì)除促進(jìn)新能源消納外,還應(yīng)激勵(lì)新能源參與者主動(dòng)提高自身預(yù)測(cè)水平。

3 對(duì)相關(guān)問(wèn)題的思考

3.1 基于順序出清的省內(nèi)市場(chǎng)耦合模式

3.1.1 整體出清模式

為實(shí)現(xiàn)資源優(yōu)化配置,省間市場(chǎng)自身宜采用集中出清方式;同時(shí)集中出清方式與省內(nèi)市場(chǎng)設(shè)計(jì)保持一致,有助于向全國(guó)統(tǒng)一電力市場(chǎng)的遠(yuǎn)期形態(tài)過(guò)渡。(全國(guó)統(tǒng)一電力市場(chǎng)的遠(yuǎn)期形態(tài)特征為考慮各市場(chǎng)成員報(bào)價(jià)與全網(wǎng)平衡,基于安全約束確定省間與省內(nèi)通道輸電能力,全局優(yōu)化出清。)對(duì)于省間、省內(nèi)兩個(gè)空間維度不同的市場(chǎng),可采用順序優(yōu)化出清或聯(lián)合優(yōu)化出清的模式進(jìn)行出清。

1）順序出清。

順序出清模式通過(guò)合理規(guī)則設(shè)計(jì),實(shí)現(xiàn)兩市場(chǎng)的解耦優(yōu)化和邊界信息迭代交互。利用合理時(shí)序設(shè)計(jì),實(shí)現(xiàn)市場(chǎng)交易的高效性、穩(wěn)定性和可靠性。順序出清在結(jié)果最優(yōu)性方面可能低于聯(lián)合出清,但對(duì)市場(chǎng)出清模型、計(jì)算量等要求較低,適于省間與省內(nèi)市場(chǎng)的部分耦合模式。

2）聯(lián)合出清。

聯(lián)合出清模式需引入分層多主體交互模型,在主、子問(wèn)題中分別對(duì)省間、省內(nèi)部分建模,并采用了聯(lián)合出清方法?？傮w上,聯(lián)合出清的全局最優(yōu)性好,但對(duì)各市場(chǎng)設(shè)計(jì)的協(xié)同性要求較高,出清模型復(fù)雜、計(jì)算量大,適于省間與省內(nèi)市場(chǎng)的完全耦合模式。

基于現(xiàn)貨市場(chǎng)建設(shè)現(xiàn)狀以及建設(shè)路徑,中期可考慮采用順序出清模式;遠(yuǎn)期可考慮采用聯(lián)合出清出清模式。本文重點(diǎn)針對(duì)順序出清進(jìn)行討論。在順序出清模式下,對(duì)于空間維度不同的兩個(gè)市場(chǎng)出清,其本質(zhì)為雙層規(guī)劃問(wèn)題,因此至少需要一次迭代才能完成出清。即自省內(nèi)市場(chǎng)至省間市場(chǎng)的平衡申報(bào),側(cè)重考慮平衡問(wèn)題;自省間市場(chǎng)至省內(nèi)市場(chǎng)的正式出清,側(cè)重考慮阻塞管理?；诖?省內(nèi)市場(chǎng)可首先進(jìn)行預(yù)出清或預(yù)平衡,作為省間市場(chǎng)申報(bào)的參考;然后省間市場(chǎng)正式申報(bào)、出清,作為省內(nèi)市場(chǎng)的邊界條件;省內(nèi)市場(chǎng)再正式出清,以避免出現(xiàn)反復(fù)迭代。省內(nèi)市場(chǎng)正式出清結(jié)果可能與預(yù)出清、預(yù)平衡結(jié)果存在一定偏差。此外,各省內(nèi)市場(chǎng)也可根據(jù)實(shí)際平衡與阻塞情況,適當(dāng)簡(jiǎn)化省內(nèi)交易流程。

3.1.2 細(xì)節(jié)設(shè)計(jì)

1）交易環(huán)節(jié)構(gòu)成。

省間交易流程應(yīng)包含3部分主要時(shí)段：交易時(shí)段T交易、預(yù)留時(shí)段T預(yù)留、合同時(shí)段T合同。交易時(shí)段用于交易申報(bào)出清,預(yù)留時(shí)段用于同其他市場(chǎng)配合,合同時(shí)段為交易執(zhí)行時(shí)段。圖3中t出清—t執(zhí)行為交易預(yù)留空窗時(shí)段,為實(shí)現(xiàn)空間范圍不同的兩市場(chǎng)耦合,預(yù)留空窗時(shí)段是必要的。

2）耦合時(shí)間設(shè)計(jì)。

為滿足兩市場(chǎng)耦合要求,省間與省內(nèi)日內(nèi)市場(chǎng)主要交易環(huán)節(jié)的時(shí)間設(shè)計(jì)應(yīng)滿足相關(guān)要求,如圖4所示。

一是省間市場(chǎng)預(yù)留時(shí)段長(zhǎng)度,應(yīng)不短于省內(nèi)市場(chǎng)交易時(shí)段長(zhǎng)度,即省間市場(chǎng)出清后確保有足夠的時(shí)間進(jìn)行省內(nèi)正式申報(bào)出清。

二是在t=t0時(shí),省內(nèi)市場(chǎng)需進(jìn)行一次t2—t6的預(yù)出清或預(yù)平衡,以指導(dǎo)省間市場(chǎng)申報(bào)。在現(xiàn)階段,省內(nèi)現(xiàn)貨市場(chǎng)建設(shè)以實(shí)時(shí)市場(chǎng)為主,日內(nèi)市場(chǎng)不完

圖4 省間與省內(nèi)市場(chǎng)耦合時(shí)間示意圖Fig. 4 Cross-provincial market and provincial market coupling

備,因此可通過(guò)省內(nèi)定時(shí)預(yù)平衡實(shí)現(xiàn)。在省內(nèi)日內(nèi)市場(chǎng)較完備后,可以利用省內(nèi)日內(nèi)市場(chǎng)配合進(jìn)行預(yù)出清。

3）申報(bào)方式。

考慮省間市場(chǎng)定位為大范圍資源優(yōu)化配置,省間市場(chǎng)可不引入復(fù)雜報(bào)價(jià)、機(jī)組啟停成本、無(wú)負(fù)荷成本等非凸問(wèn)題。相關(guān)非凸問(wèn)題應(yīng)重點(diǎn)在省內(nèi)市場(chǎng)結(jié)合安全約束機(jī)組組合(security constrained unit commitment,SCUC)或安全約束經(jīng)濟(jì)調(diào)度(security constrained economic dispatch,SCED)模型進(jìn)行 處理。

3.2 區(qū)域輔助服務(wù)市場(chǎng)規(guī)范化設(shè)計(jì)與過(guò)渡融合

區(qū)域調(diào)峰輔助服務(wù)市場(chǎng)具有輔助服務(wù)市場(chǎng)和區(qū)域市場(chǎng)的雙重特征。其市場(chǎng)設(shè)計(jì)應(yīng)遵循一定基本原則,以確保與其他市場(chǎng)相互協(xié)調(diào)運(yùn)作,促進(jìn)區(qū)域調(diào)峰輔助服務(wù)市場(chǎng)與其他市場(chǎng)融合。區(qū)域調(diào)峰輔助服務(wù)市場(chǎng)是市場(chǎng)建設(shè)過(guò)渡時(shí)期的形態(tài),隨著相關(guān)市場(chǎng)建設(shè)完備,區(qū)域市場(chǎng)可逐步進(jìn)行過(guò)渡融合。

1）輔助服務(wù)市場(chǎng)特征。

區(qū)別于備用等輔助服務(wù),深度調(diào)峰服務(wù)交易取決于新能源發(fā)電受阻情況,而新能源是否受阻需由能量市場(chǎng)出清結(jié)果確定。因此,從交易時(shí)序角度講,在不進(jìn)行聯(lián)合出清的情況下,區(qū)域調(diào)峰輔助服務(wù)市場(chǎng)的開展,需在相關(guān)能量市場(chǎng)出清(或預(yù)出清)后進(jìn)行。

2）區(qū)域市場(chǎng)特征。

作為區(qū)域市場(chǎng),其市場(chǎng)設(shè)計(jì)應(yīng)具備相應(yīng)的市場(chǎng)特征。為保證省內(nèi)實(shí)時(shí)市場(chǎng)正常運(yùn)行,區(qū)域調(diào)峰輔助服務(wù)市場(chǎng)其日內(nèi)出清環(huán)節(jié)需具有一定預(yù)先性,能夠滿足省內(nèi)市場(chǎng)交易的時(shí)間要求。

3.3 基于潮流和關(guān)鍵支路的通道建模管理

針對(duì)省間現(xiàn)貨市場(chǎng)設(shè)計(jì)中的部分細(xì)節(jié)簡(jiǎn)化,如何保留或等效建立關(guān)鍵通道特征,是解決問(wèn)題的重點(diǎn),關(guān)于這一問(wèn)題也開展了相關(guān)理論研究[18]?？紤]現(xiàn)階段實(shí)際應(yīng)用,基于潮流(flow based,FB)[19]的通道建模是細(xì)化處理通道可用容量的有效方式;結(jié)合關(guān)鍵支路(critical branch)可實(shí)現(xiàn)對(duì)省內(nèi)對(duì)穿越潮流進(jìn)行建模管理。

1）基于潮流的省間市場(chǎng)通道建模。

在經(jīng)典出清模型中,通過(guò)引入潮流分布轉(zhuǎn)移因子(power transfer distribution factor,PTDF),可實(shí)現(xiàn)基于潮流的通道阻塞管理。在省間市場(chǎng)出清模型中,各省簡(jiǎn)化為單一節(jié)點(diǎn),因此可考慮結(jié)合區(qū)域PTDF,實(shí)現(xiàn)省間通道阻塞管理,解決聯(lián)絡(luò)關(guān)系復(fù)雜或阻塞嚴(yán)重的交流通道容量建模問(wèn)題。區(qū)域PTDF可通過(guò)離線計(jì)算,定期動(dòng)態(tài)修正的模式確定。

基于潮流的建模方法引入與否,應(yīng)結(jié)合該區(qū)域交流聯(lián)網(wǎng)關(guān)系復(fù)雜度。FB模型更貼近電網(wǎng)物理特性,建模方法復(fù)雜,計(jì)算量較大。當(dāng)基于潮流的可用容量建模方法不會(huì)明顯提升市場(chǎng)效率或改善阻塞管理水平時(shí),可采用基于ATC的簡(jiǎn)化模型。此外,基于潮流的可用容量建?？蓪?shí)現(xiàn)省間與省內(nèi)阻塞協(xié)同管理。

2）基于關(guān)鍵支路的省內(nèi)穿越潮流建模。

在省間交易中,若將各省簡(jiǎn)化為單一節(jié)點(diǎn),省內(nèi)通道建模過(guò)于簡(jiǎn)化,無(wú)法適應(yīng)穿越潮流管理需求。若保留全部節(jié)點(diǎn),綜合考慮各省模型復(fù)雜度與計(jì)算量,難以滿足省間交易需求。因此,為解決省間交易產(chǎn)生的穿越潮流問(wèn)題,應(yīng)引入適當(dāng)方法對(duì)省內(nèi)通道進(jìn)行建模。

為此,可考慮引入關(guān)鍵支路方法。通過(guò)選取省內(nèi)重要線路、斷面,結(jié)合FB模型實(shí)現(xiàn)對(duì)穿越潮流約束進(jìn)行建模,如圖5所示(其中,L1、L2、L3為省間聯(lián)絡(luò)線)。通過(guò)合理選取省內(nèi)關(guān)鍵支路,在量化省內(nèi)關(guān)鍵通道對(duì)省間交易限制的同時(shí),不顯著增加模型復(fù)雜度與計(jì)算量[20]。與前文中提到的歐洲電力市場(chǎng)中再調(diào)度、反向交易的事后阻塞管理不同,基于關(guān)鍵支路的通道模型是事前阻塞管理方法,更有助于保證電網(wǎng)安全與市場(chǎng)效率。此外,根據(jù)阻塞情況,分區(qū)顆粒度細(xì)化也能夠提高阻塞管理水平。

圖5 穿越潮流問(wèn)題示意圖Fig. 5 Problem of the transient flow

3.4 基于滾動(dòng)重疊的日內(nèi)交易機(jī)制

受新能源出力預(yù)測(cè)水平影響,日前市場(chǎng)出清結(jié)果與日內(nèi)市場(chǎng)出清結(jié)果偏差較大?；趧?dòng)態(tài)控制技術(shù)架構(gòu)的滾動(dòng)重疊機(jī)制有助于高效利用超短期預(yù)測(cè)信息,及時(shí)調(diào)整日前出清結(jié)果,實(shí)現(xiàn)由日前向?qū)崟r(shí)執(zhí)行的平滑過(guò)渡,降低電網(wǎng)運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)。同時(shí),合理設(shè)計(jì)的滾動(dòng)機(jī)制有助于激勵(lì)市場(chǎng)參與者提升自身預(yù)測(cè)精度。

北美、歐洲地區(qū)日內(nèi)市場(chǎng)均包含滾動(dòng)或相似機(jī)制,北美日內(nèi)市場(chǎng)設(shè)計(jì)中滾動(dòng)機(jī)制如表1所示;歐洲跨境日內(nèi)市場(chǎng)中連續(xù)交易機(jī)制發(fā)揮著與滾動(dòng)機(jī)制相似的作用。滾動(dòng)機(jī)制中,交易周期應(yīng)小于交易段長(zhǎng)度,以實(shí)現(xiàn)滾動(dòng)重疊機(jī)制,如圖6所示(圖中顏色深淺表示預(yù)測(cè)精度高低)。當(dāng)交易周期等于交易時(shí)段長(zhǎng)度時(shí),無(wú)法實(shí)現(xiàn)滾動(dòng)重疊。以t2—t3合同時(shí)段為例,利用滾動(dòng)機(jī)制,分別在t=t0、t=t1時(shí),利用不同預(yù)測(cè)精度信息,對(duì)t2—t3合同時(shí)段進(jìn)行動(dòng)態(tài)出清,t=t1時(shí)的出清是對(duì)t=t0時(shí)的偏差修正。需要說(shuō)明的是滾動(dòng)機(jī)制需配套設(shè)計(jì)合理的合同時(shí)間長(zhǎng)度、滾動(dòng)交易周期、滾動(dòng)結(jié)算方法等。

圖6 省間日內(nèi)市場(chǎng)滾動(dòng)機(jī)制示意圖Fig. 6 Rolling mechanism of the cross-provincial market

1）合同時(shí)間長(zhǎng)度。

省間日內(nèi)市場(chǎng)合同時(shí)間長(zhǎng)度應(yīng)與新能源預(yù)測(cè)精度相匹配,且合同時(shí)間長(zhǎng)度應(yīng)適當(dāng)長(zhǎng)于有效超短期預(yù)測(cè)時(shí)間長(zhǎng)度。一方面有助于充分利用新能源超短期預(yù)測(cè)信息,組織日內(nèi)交易;一方面可以激勵(lì)新能源參與者提升自身預(yù)測(cè)精度,預(yù)測(cè)水平高的市場(chǎng)參與能夠優(yōu)先利用市場(chǎng)資源開展交易。綜合考慮目前新能源預(yù)測(cè)水平,合同時(shí)間長(zhǎng)度4~8h為宜。

2）滾動(dòng)交易周期。

省間日內(nèi)市場(chǎng)滾動(dòng)周期應(yīng)綜合考慮交易復(fù)雜度、電網(wǎng)風(fēng)險(xiǎn)、設(shè)備壽命等因素,滾動(dòng)周期過(guò)短意味著交易頻繁,可能導(dǎo)致市場(chǎng)效率降低,引起電網(wǎng)風(fēng)險(xiǎn)增加;滾動(dòng)周期過(guò)長(zhǎng)不利于高效利用超短期新能源出力預(yù)測(cè)信息。綜合考慮交易復(fù)雜度與電網(wǎng)運(yùn)行安全,滾動(dòng)周期2~4 h為宜。

3）滾動(dòng)結(jié)算機(jī)制

為實(shí)現(xiàn)日內(nèi)滾動(dòng)交易,需配套相應(yīng)的日內(nèi)市場(chǎng)滾動(dòng)出清價(jià)格機(jī)制。傳統(tǒng)的兩部制偏差結(jié)算難以適應(yīng)日內(nèi)滾動(dòng)交易的需求,應(yīng)設(shè)計(jì)建立相匹配的三部制或多部制結(jié)算機(jī)制。

4 結(jié)論

日內(nèi)市場(chǎng)特征正逐漸改變,從空間維度對(duì)日內(nèi)市場(chǎng)的進(jìn)一步劃分,增加了省間日內(nèi)市場(chǎng)的設(shè)計(jì)難度。本文分析了省間日內(nèi)現(xiàn)貨市場(chǎng)建設(shè)所面臨的挑戰(zhàn),對(duì)省間日內(nèi)現(xiàn)貨市場(chǎng)設(shè)計(jì)進(jìn)行了思考,并提出若干建議。

針對(duì)與省內(nèi)市場(chǎng)的耦合銜接問(wèn)題,提出了基于順序出清的耦合模式;針對(duì)區(qū)域調(diào)峰輔助服務(wù)市場(chǎng)的融合問(wèn)題,提出了區(qū)域市場(chǎng)設(shè)計(jì)應(yīng)遵循的基本原則;針對(duì)通道容量的建模管理,提出了基于潮流和關(guān)鍵支路的通道建模方法;針對(duì)新能源消納的政策要求,提出了基于滾動(dòng)重疊的日內(nèi)交易機(jī)制。

中國(guó)電力現(xiàn)貨市場(chǎng)面臨特有問(wèn)題,通過(guò)借鑒國(guó)外電力市場(chǎng)相關(guān)經(jīng)驗(yàn),分析日內(nèi)市場(chǎng)變化趨勢(shì),旨在設(shè)計(jì)高效運(yùn)行的省間日內(nèi)市場(chǎng),促進(jìn)資源優(yōu)化 配置。

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