能源系统低碳转型背景下的混合电力市场体系结构与设计

能源系统低碳转型的背景下,各国电力市场的运行面临多方面的政策边界,为解决政府如何干预市场以实现多维目标的问题,在以两阶段市场竞争理论为核心的混合电力市场的基础上,结合电力市场体系中政府与市场的驱动关系,对混合电力市场展开进一步研究。首先,对传统电力市场的均衡原理和面临的挑战进行了深入分析,并对电力市场中政府干预市场的原因进行分类讨论,包括外部性、市场体系不完善、市场机制不完善、市场竞争不完美等。然后,结合两阶段市场竞争理论对混合电力市场基本结构的意义和面临的挑战进行讨论。在此基础上,提出了包括短期和长期、市场和政府的两维四模块的混合电力市场扩展结构,并对其设计的关键步骤和内容进行了分析。最后,结合中国电力市场建设存在的问题,对混合电力市场中政府干预方式的设计进行了讨论。

基于双边输电费和责权一致原则的输电管理方案

包括输电定价、阻塞管理、输电权交易等在内的输电管理方案是促进电力市场公平竞争和保障输电成本足额回收的重要手段。新型电力系统下,输电管理问题面临多个方面的挑战,包括是否和如何将一部分输电成本分摊给发电侧市场主体以引导可再生能源发电的投资选址,如何建立责权一致的输电管理方案,使得输电用户获得的相关权利与缴纳的输电费一致,以更好地引导发电和输电系统的协同规划。文中结合英国、欧洲、美国和中国输电管理方面的主要特点,并考虑多年、年、月、日等不同时间维度的输电服务交易,设计了一种基于双边输电费,按责权一致原则进行输电权分配的输电管理一揽子方案,包括规划阶段和运行阶段的输电定价、输电权分配、与电能量市场协调等方面内容。采用4节点系统和IEEE 30节点系统算例,验证了所提基于双边输电费和责权一致原则的输电管理方案能有效引导不同用户在电网中的选址投资,并实现全系统的最优规划。

从电力市场体系的设计看英国电力批发市场

英国是国际上较早成功引入电力市场的国家之一,并经历了多次改革,其经验被多个国家和地区借鉴。近年来,低碳转型、地缘政治等因素给电力市场运行带来了一系列挑战。继2022年7月18日,英国政府发布关于对电力市场设计进行全面审查的文件后,在2024年3月发布的磋商文件中介绍了对待选方案的结果,大部分变革性的方案被否决,仍然保留的待选方案大多数为在现有市场设计基础上的改进和完善。为深刻理解英国电力市场的内在逻辑,特别是不同市场环节之间的关系,本文从电力市场体系的角度对英国电力批发市场中的产品设计、交易体系、交易机制、容量机制等进行分析,探讨我国电力市场建设可借鉴之处。

PJM电力市场风险管控措施及对南方区域的建议

电力市场改革的深化对电网运行风险管控提出了新的要求。通过总结PJM(Pennsylvania-New Jersey-Maryland)电力市场的风险管控策略,从两个方面分析其电力系统物理运行风险管控策略:包含长期、短期和实时的风险事故发生前措施,执行紧急中断与恢复的风险事故发生后措施;从日前的可靠性机组组合、与电能量市场联合优化的辅助服务市场、中长期的容量市场和输电权市场四个方面分析其基于电力市场的风险管控策略。并将其与南方电网现有风险管控措施相对比,提出了进行多时段风险评估、采取调度-市场相结合的管控风险手段、建设完备的市场体系、成立风险委员会等多方面建议。

山西电力备用辅助服务市场机制设计与实践

电力备用辅助服务市场是反映备用服务价值、引导传统火电和新型主体积极提供备用服务、支撑新型电力系统构建的重要机制。山西在电力现货市场和调频辅助服务市场正式运行的基础上,针对新能源高占比下电网备用灵活调节资源不足的问题,研究提出了主辅协调的正备用辅助服务市场交易机制。在市场机制设计上,山西采用现货电能量市场和正备用市场的总费用最低为目标确定机组组合、再顺次出清备用和电能量市场的半耦合出清协调模式,并给予备用服务供应商除中标容量补偿以外的富余发电容量补偿费用,以充分反映备用服务保供应和促消纳的双重价值。算例分析及山西正备用市场模拟试运行结果表明,备用服务市场建设有利于发现备用调节价值,优化系统调节资源配置,相关成果可为国内备用市场建设提供参考。

备用与现货电能量市场模型衔接机制研究

现货电能量市场与备用市场在市场组织与出清模型上衔接紧密,为研究不同的衔接机制对总发电成本、能量备用市场价格等市场绩效指标的影响,建立日前电能量备用联合出清模型,并依据出清次序和机组组合阶段目标函数成本项这2个划分标准来建立4种顺次出清模型。基于IEEE 118节点系统开展仿真,研究分析不同衔接机制下的有关电力市场绩效指标及形成差异的原因,并通过改变系统参数与边界条件,研究不同衔接机制下市场出清的可行域。结果表明,联合出清模式的总发电成本、市场电价等绩效指标更优,可以更好地调用系统灵活资源,同时还具有最大的出清可行区间。能量优先出清同时在机组组合综合考虑备用成本的顺次模式,在总发电成本、市场电价等绩效指标以及出清可行域上仅次于联合出清模式。最后基于仿真及理论分析结果给出了在备用市场建设初期,宜采用“先能量后备用,能量出清结果作为备用市场出清边界条件,机组组合考虑备用成本”的顺次出清模式,以及长期转向联合模式的建设方案。

集中式电力市场下基于谱聚类与图注意力网络的电力枢纽节点设计方法研究

电力枢纽节点是现货市场上可以进行统一交易的聚合节点,也是电力金融市场发展与稳定运行的基石,对构建统一电力市场体系、完善市场功能具有十分重要的意义。从一般属性、节点选择、权重设计、时间性的角度分析了枢纽节点的设计方式,并针对性地提出了基于谱聚类的枢纽区域划分方法与基于图注意力网络的权重计算方法。基于双尺度度量的谱聚类分区策略,其核心是建立以关键线路功率传输分布因子、多时段节点电价和节点邻接性为度量的双尺度耦合矩阵,优先保证枢纽区域的地理特性、区内的无阻塞特性和节点连通性。基于图注意力网络建立了定价节点聚合权重的分配模型,通过自注意力机制来对邻域节点进行聚合,实现不同时段节点电价下节点权重的自适应匹配。最后通过IEEE118节点算例对所提出的设计方法进行验证,通过横向对比,证明了所提方法的合理性与有效性,可为实际市场中枢纽节点设定提供理论支撑。

欧洲远期跨境输电权机制分析及其对中国的启示

公平有效的跨省跨区输电权分配和交易是更大范围优化电力资源配置的基础。欧洲作为最早开始电力市场化改革的地区之一,其远期跨境输电权市场的相关经验和做法对于我国未来建设输电权市场具有一定的借鉴意义。首先回顾了欧洲远期跨境输电权市场的发展现状和演化路径,进而系统地梳理了欧洲远期跨境输电权机制,具体包括产品设计、交易组织和关键环节。最后结合我国实际情况提出了对于我国输电权市场建设的建议。

电力市场环境下可靠性机组组合机制

完善的双边现货市场是实现电力市场优化资源配置功能的关键,可靠性机组组合是双边现货市场环境下满足日内发电容量充裕度等可靠性要求的重要手段。探讨集中式市场环境下可靠性机组组合的组织方式、出清模型与结算机制。总结国内外各典型电力市场中可靠性机组组合相关机制设计,得到可靠性机组组合机制设计的一般思路。通过算例分析对比各可靠性机组组合出清模型下的市场绩效。基于数值仿真与理论分析结果为中国可靠性机组组合机制设计提供建议。

基于阻塞线路潮流约束的动态价区划分方式

区域电力市场的出清和结算完全基于价区,价区的划分是该市场机制的根本。动态的价区划分方法基于功率传输分配因子、节点价格等参数进行聚类,能准确地反映线路容量限制,然而该方法下系统仍可能存在严重阻塞。基于一种谱聚类的价区划分策略上提出了阻塞线路潮流约束,考虑多种价区功率分布拟合系数以表示净功率变化对阻塞线路潮流的影响。结果表明,约束有效缓解了阻塞,对现有分区方法提供了有效改进。

基于随机生产模拟的储能参与方式对比分析

针对可再生能源电力系统计及储能的随机生产模拟方式较少且效率不高的问题,基于发电系统可靠性评估,对比分析现有研究储能参与随机生产模拟方式,提出储能参与随机生产模拟新方式,即通过储能充放电保持需求曲线不变,不断修正系统的技术出力及爬坡速度。通过可靠性测试系统仿真分析储能参与随机生产模拟方式对储能充放电期望以及系统可靠性评估的影响。结果表明,所提储能参与随机生产模拟新方式具有明显的准确性和高效性。故新方式能够灵活应对发电容量变化,为含储能电力系统的稳定运行带来新的解决方案。

电力市场不平衡资金综述:成因、对策与展望

电力市场中不平衡资金的处理是与定价、结算相关的一个问题,对市场的公平、效率都有很大的影响,在我国现货市场试运行中引起了较多的关注,但研究方面缺乏系统的、机理方面的分析。该文从市场主体、机制设计和多产品定价多个角度对产生不平衡资金的原因进行分类,对实际市场中的不平衡资金分析其所属的类型;对多种类别的不平衡资金分析其产生机理,包括产品转换、价不等、量价不等、直接定价机制不满足参与约束等;从市场效率、社会福利等角度对不平衡资金的处理方法提出建议,并指出对我国电力市场的启示。

英国频率响应服务市场及对中国调频市场建设的启示

高比例可再生能源接入增大了高性能调频服务的需求,给电力市场建设带来了挑战。辅助服务市场机制是经济、可靠地获取调频服务的关键,中国正处在电力市场改革的关键时期,吸取国外先进市场的建设经验很有必要。详细介绍英国频率响应服务市场,包括强制频率响应、固定频率响应等传统调频产品以及动态高低频、动态遏制等新型调频产品的性能要求、交易机制和响应机制,重点分析其分散式、多市场、长周期、高透明度的特点,对中国调频市场的发展提出意见和建议。

从分区定价方法看电价机制中的“反直觉”问题:研究方法及其代理模拟分析

考虑电力市场的动态性、系统性和长期性等因素,市场中会有很多“反直觉”的问题,即正确推论与人们的直觉相反。为此,以分区定价机制为例,对电价机制中的反直觉问题进行探讨。首先,以机制设计理论为基础,分析机制设计中的激励相容问题及与反直觉现象的关系;然后,针对市场主体的动态特征,对反直觉问题提出静态分析与动态分析相结合的分析方法;最后,以发电侧节点加权平均价格作为结算价格为例,从上述2个层面对该机制下可能产生的反直觉问题进行仿真分析。结果表明:该机制下由于部分市场主体申报考虑个体理性的价格,反而不会降低购电成本。需要对该类机组设计相应的成本补偿和分摊机制以满足市场的激励相容约束。

特约主编寄语

科学、合理、系统的价格机制是竞争性市场有效发挥作用的基石,电价机制设计是电力市场设计的关键环节。英国、美国、澳大利亚等较早进行电力市场改革的国家已经形成比较系统的电价机制,但随着电力系统低碳化带来的电源结构、系统运行方式等的变化,电价机制面临多方面的挑战。中国新一轮的电力市场改革已经进行近8年,初步建立了市场化的电价形成机制,但无论在已有电价机制的科学性、完善性方面,还是在电价体系的完整性、系统性方面,都还有很大的提升空间。

在多种交易模式共存的电力市场中确定输电系统使用费的一种实用方法

在多种交易模式(联营体交易,双边交易,多边交易)共存的电力市场中,如何公平合理地分摊对输电网的使用费是一个尚未很好解决的困难问题,作者提出了一种实用的方法。以直流潮流模型为基础,首先根据发电转移分配因子(GSDF)计算各个合同交易应该承担的输电网的使用费,然后分别用顺流跟踪法和逆流跟踪法将由此确定的每个交易应该承担的总的使用费分摊到参与该交易的各个发电公司和负荷。这就综合了GSDF方法和潮流跟踪方法的优点,概念清晰,计算速度快,并且可以应用于存在多种电力交易的电力市场,以及互联的多区域与分层电力市场。

集中式电力市场下基于数据驱动的枢纽节点数量设计方式

随着集中式电力市场规模的扩大,需要设置电力枢纽节点作为现货市场上可以进行统一交易的聚合节点,其同时也是电力金融市场发展与稳定运行的基石,对构建统一电力市场体系、完善市场功能具有十分重要的意义。枢纽节点设计的难点在于枢纽节点数量的确定,需要通过合适的数量选取以保证对电力市场定价节点的准确覆盖,体现电力空间价值。针对枢纽节点数量选取这一枢纽节点设计的关键问题,提出了一种基于t-SNE(t-distributedstochasticneighbor embedding)降维和DBSCAN(density-based spatial clustering of applications with noise)分类的枢纽节点数量确定方法。首先,通过与KPCA(kernelprincipalcomponentanalysis)、UMAP(uniform manifold approximation and projection)等典型降维方法的对比实验,证明t-SNE对数据拥挤的高维节点电价集有更好的降维效果,其数据可视化效果符合通过降维使得定价节点分成尽可能独立的类的预期。其次,应用DBSCAN算法在基于密度的基础上去除异常点与偏离点并进行分类,通过交叉熵有效选取DBSCAN最佳域值,确定最优分类数。最后,通过一系列分类的内部有效性评价指标,证明了该方法的准确性与有效性,为进一步的枢纽区域划分提供合理依据。

含风/光/抽水蓄能并计及负荷响应的海岛微网优化配置

利用可再生能源的微网是解决小型海岛供能问题的一种理想方案,但是高昂的投资成本阻碍了它的应用。为此,针对地理条件允许的海岛,使用微型抽水蓄能系统储能,同时以负荷响应参与度标度居民的负荷响应参与意愿,并将可时移电器视为能源资源参与微网的配置优化,提出了考虑负荷响应的含风/光/抽水蓄能的海岛微网优化配置模型,并利用粒子群算法对微网中主要设备的数量或容量进行优化。算例验证了所提方法的有效性,家用可时移电器的负荷响应及抽水蓄能替代蓄电池储能可显著减少微网投资成本。此外还对负荷总量、可时移电器功率,以及抽水蓄能系统水头高度对配置成本的影响进行了敏感度分析。

输电系统固定成本分摊问题

在电力市场环境下 ,输电固定成本需要公平、合理地分摊给所有电网使用者。合理的分摊方法可以引导对现有输电设备的有效和合理的使用 ,并为将来的发电规划和负荷选址提供经济信号。文中对现有的输电固定成本分摊方法进行了全面而系统的综述 ,按照所分摊的成本、承担成本的主体、所基于的系统状态、冗余容量成本的分摊、对反向潮流的收费、对无功功率的处理、分摊的原则与方法等方面 ,对现有的输电成本分摊方法进行了详细的分析 ,论述了每一种方法的特点 。

函数值分摊理论及其在电力市场中的应用

电力市场中,输电使用份额的确定、网损分摊等问题的实质都是将某个函数值在其自变量之间分摊。该文在对函数值分摊问题进行定义和系统分析的基础上,对目前主要的分摊方法进行了归类、分析和比较;然后对电力系统中常见的多项式函数推导出了用各种方法进行分摊的公式,得出了一些有用的结论;最后对电力市场中进行函数值分摊存在的特殊问题包括自变量的选择、初始点的选择、负值的处理等进行了分析。