摘要

隨著新能源并網(wǎng)增加,各時間尺度下的現(xiàn)貨市場功能正逐步改變,整體呈現(xiàn)出強(qiáng)化日內(nèi)市場定位、重視日內(nèi)環(huán)節(jié)設(shè)計的趨勢。作為市場從空間維度的進(jìn)一步劃分,省間日內(nèi)市場面臨特有的設(shè)計難點(diǎn)與挑戰(zhàn)。首先,從空間范圍、交易需求、功能定位、設(shè)計復(fù)雜度4個方面,討論日內(nèi)市場特征變化趨勢;然后,從省間日內(nèi)現(xiàn)貨市場設(shè)計出發(fā),針對省內(nèi)市場耦合、區(qū)域市場融合、通道容量建模、新能源消納 4個方面問題,分析市場建設(shè)所面臨的挑戰(zhàn);最后,基于中國日內(nèi)跨區(qū)富余可再生能源電力現(xiàn)貨市場的實(shí)踐,對省間日內(nèi)現(xiàn)貨市場設(shè)計進(jìn)行思考,并提出基于順序出清的耦合模式、區(qū)域市場設(shè)計應(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、基于滾動重疊的日內(nèi)交易機(jī)制。

0 引言

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

在中國電力現(xiàn)貨市場建設(shè)過程中,日內(nèi)跨區(qū)富余可再生能源電力市場作為省間日內(nèi)市場的初期形態(tài),2018年完成交易4000余筆、交易量超過 31億kW·h,其設(shè)計、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,各時間尺度現(xiàn)貨市場的功能特征正在逐步改變,日內(nèi)市場愈發(fā)重要。

目前,北美、歐洲等地區(qū)的跨區(qū)日內(nèi)市場交易模式差異較大,北美日內(nèi)市場分為若干區(qū)域,由各電網(wǎng)運(yùn)營機(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。歐洲通過共享訂單、價格耦合等市場機(jī)制,建立了統(tǒng)一日內(nèi)市場,由各交易中心聯(lián)合運(yùn)營。雖然北美、歐洲等地區(qū)在現(xiàn)貨市場模式、規(guī)則設(shè)計等方面各有側(cè)重;但隨著新能源占比提高,整體呈現(xiàn)出強(qiáng)化日內(nèi)市場定位、重視日內(nèi)市場設(shè)計的趨勢[4-7]。

日內(nèi)市場在激勵參與者進(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。本文基于中國日內(nèi)跨區(qū)富余可再生能源電力現(xiàn)貨市場的實(shí)踐,針對日內(nèi)市場特征變化變化進(jìn)行討論,對省間日內(nèi)現(xiàn)貨市場建設(shè)所面臨的挑戰(zhàn)進(jìn)行分析,最后對省內(nèi)日內(nèi)現(xiàn)貨市場設(shè)計進(jìn)行思考,并提出相關(guān)建議。

1 日內(nèi)市場特征變化趨勢

1.1 日內(nèi)市場空間范圍擴(kuò)大

日內(nèi)市場空間維度逐漸變化,交易范圍呈擴(kuò)大趨勢,這主要源于大規(guī)模新能源并網(wǎng),對跨區(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)貨市場交易范圍呈擴(kuò)大融合趨勢。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),推動建立歐洲統(tǒng)一電力市場,并提出相應(yīng)的區(qū)域價格耦合(price coupling of region,PCR)方法[9]。截至2018年底,歐洲已實(shí)現(xiàn)27個國家在日前跨境市場耦合,14個國家在日內(nèi)跨境市場耦合,此外,歐洲正在設(shè)計推進(jìn)統(tǒng)一實(shí)時市場[10]。在北美地區(qū),以加州獨(dú)立電網(wǎng)運(yùn)營機(jī)構(gòu)(CAISO,California ISO)為例,在2014年CAISO啟動了美國西部跨區(qū)域電力不平衡市場(Energy Imbalance Market,EIM),EIM中15min市場與日內(nèi)市場特征較為相似,EIM市場交易范圍同樣呈現(xiàn)出逐漸擴(kuò)大趨勢[11]。

1.2 日內(nèi)市場交易需求提升

日內(nèi)市場交易量、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。與傳統(tǒng)(火電)參與者不同,新能源參與者往往越臨近執(zhí)行時刻,其出力預(yù)測精度越高[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)市場交易,導(dǎo)致日內(nèi)交易需求提升。

日內(nèi)市場交易逐年增長,變相導(dǎo)致部分交易時間延后。同時,日內(nèi)出清結(jié)果與日前變化增大,電網(wǎng)運(yùn)行風(fēng)險增加,日內(nèi)價格波動加劇[13-14]。

1.3 日內(nèi)市場功能定位強(qiáng)化

日內(nèi)市場功能定位轉(zhuǎn)變,亟待價格信號進(jìn)行引導(dǎo)。日前市場與實(shí)時市場的偏差增大,需要更加完備的日內(nèi)市場,實(shí)現(xiàn)平滑過渡。在北美市場初期設(shè)計中,日內(nèi)環(huán)節(jié)主要目的是為ISO提供相應(yīng)時間尺度下的電網(wǎng)調(diào)節(jié)手段,因此在市場參數(shù)設(shè)計方面,日內(nèi)市場相關(guān)時間參數(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)市場功能并非僅僅是被動確定是否調(diào)用相應(yīng)時間尺度下的調(diào)節(jié)手段,激勵市場參與者主動盡早進(jìn)行偏差調(diào)節(jié)、降低調(diào)節(jié)成本,正成為日內(nèi)市場的重要職能之一[15]。

通過價格信號引導(dǎo)是激勵市場參與者主動進(jìn)行偏差調(diào)節(jié)的重要方式。在市場初期設(shè)計中,北美日內(nèi)市場大多采用沒有獨(dú)立的出清價格機(jī),而是采用與實(shí)時市場相同的價格進(jìn)行出清。在現(xiàn)階段日內(nèi)市場設(shè)計中,利用價格信號引導(dǎo)偏差修正,在降低預(yù)測偏差導(dǎo)致的價格波動、激勵新能源參與者提升自身預(yù)測水平、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)市場設(shè)計復(fù)雜度提高

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

2 省間日內(nèi)市場特征及設(shè)計挑戰(zhàn)

2.1 省間日內(nèi)市場特征

市場在時間維度細(xì)化的目的在于動態(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)市場是在日內(nèi)市場基礎(chǔ)上,從空間維度進(jìn)行的市場細(xì)化。

1）省間日內(nèi)市場為實(shí)現(xiàn)全局優(yōu)化,部分細(xì)節(jié)簡化。為擴(kuò)大優(yōu)化范圍,保證出清效率,省間市場對部分省內(nèi)細(xì)節(jié)進(jìn)行一定程度簡化。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,也增大了執(zhí)行風(fēng)險。

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

基于上述省間日內(nèi)市場的特征,省間日內(nèi)市場在建設(shè)過程面臨相應(yīng)設(shè)計難點(diǎn)與挑戰(zhàn),如圖1所示。

2.2 省間日內(nèi)市場設(shè)計挑戰(zhàn)

2.2.1 耦合銜接省內(nèi)市場

1）資源耦合。

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

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

2）跨時間維度耦合。

現(xiàn)階段市場建設(shè)中,在時間維度上,省間現(xiàn)貨市場重點(diǎn)建設(shè)日前、日內(nèi)市場,省內(nèi)現(xiàn)貨市場重點(diǎn)建設(shè)日前、實(shí)時市場。因此,在省內(nèi)日內(nèi)市場尚未完備階段,省間日內(nèi)市場設(shè)計需滿足同省內(nèi)實(shí)時市場的耦合要求。

2.2.2 融合區(qū)域調(diào)峰輔助服務(wù)市場

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

當(dāng)存在兩個不同空間范圍且相互影響的市場時,至少需要一次迭代(A市場預(yù)出清→B市場正式出清→A市場正式出清)才能較好地完成交易。當(dāng)某地區(qū)存在省間市場、區(qū)域市場、省內(nèi)市場3個空間維度不同的市場同時運(yùn)行時,考慮預(yù)出清(或預(yù)平衡)等環(huán)節(jié),市場交易過程復(fù)雜,不利于在交易時間較短的日內(nèi)市場實(shí)施。同時,還可能存在各市場間相互影響,導(dǎo)致市場低效運(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,部分地區(qū)正在進(jìn)行方案編制。各區(qū)域調(diào)峰市場差異較大,交易頻率、合同時長、交易市場形態(tài)均不相同,如表2所示。缺乏統(tǒng)一規(guī)范的市場設(shè)計,增加了區(qū)域調(diào)峰輔助服務(wù)市場與其他市場融合的難度。

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)貨市場設(shè)計中的關(guān)鍵環(huán)節(jié),也是市場出清結(jié)果能夠進(jìn)行調(diào)度執(zhí)行的重要保障。省間現(xiàn)貨市場為提高市場效率,將部分細(xì)節(jié)進(jìn)行簡化,例如將全省等效為單一節(jié)點(diǎn)。在簡化過程中,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法僅通過指定交流通道由賣方輸送至買方,且不經(jīng)過其他交流網(wǎng)絡(luò)。因此,對于耦合關(guān)系復(fù)雜的交流電網(wǎng),基于ATC的省間通道容量模型無法完全適應(yīng)省間市場需求。

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,將全省等效為單一節(jié)點(diǎn)。這意味著省間市場出清模型未充分考慮省間交易產(chǎn)生的穿越潮流對省內(nèi)通道的影響,換言之,未充分考慮省內(nèi)交流通道容量對省間交易的約束。

在實(shí)際物理問題中,絕大部分省間市場參與者不直接通過省間通道相連,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,省間市場交易量可能存在限制;同時,省間市場交易量與省內(nèi)市場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)部無阻塞或阻塞較輕的地區(qū);對于內(nèi)部阻塞嚴(yán)重的地區(qū)難以適用。

針對省間交易產(chǎn)生的穿越潮流問題,歐洲市場采用再調(diào)度、反向交易等方式對于區(qū)內(nèi)阻塞問題進(jìn)行處理,在解決問題的同時也導(dǎo)致區(qū)內(nèi)調(diào)度成本增加等負(fù)面問題出現(xiàn)。中國電網(wǎng)跨區(qū)輸送能力較強(qiáng),省間市場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)則解決這一問題。

2.2.4 適應(yīng)現(xiàn)階段新能源預(yù)測特征

省間市場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)市場設(shè)計應(yīng)同現(xiàn)階段新能源出力預(yù)測特征相匹配。

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

針對上述問題,在省間現(xiàn)貨市場設(shè)計中,應(yīng)預(yù)留至少一次修正機(jī)會,當(dāng)預(yù)測出現(xiàn)較大偏差導(dǎo)致無法履約時,允許通過再次交易的方式進(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)測存在誤差的市場參與者承擔(dān)。此外,省間日內(nèi)市場設(shè)計除促進(jìn)新能源消納外,還應(yīng)激勵新能源參與者主動提高自身預(yù)測水平。

3 對相關(guān)問題的思考

3.1 基于順序出清的省內(nèi)市場耦合模式

3.1.1 整體出清模式

為實(shí)現(xiàn)資源優(yōu)化配置,省間市場自身宜采用集中出清方式;同時集中出清方式與省內(nèi)市場設(shè)計保持一致,有助于向全國統(tǒng)一電力市場的遠(yuǎn)期形態(tài)過渡。(全國統(tǒng)一電力市場的遠(yuǎn)期形態(tài)特征為考慮各市場成員報價與全網(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。)對于省間、省內(nèi)兩個空間維度不同的市場,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。

順序出清模式通過合理規(guī)則設(shè)計,實(shí)現(xiàn)兩市場的解耦優(yōu)化和邊界信息迭代交互。利用合理時序設(shè)計,實(shí)現(xiàn)市場交易的高效性、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,但對市場出清模型、計算量等要求較低,適于省間與省內(nèi)市場的部分耦合模式。

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、子問題中分別對省間、省內(nèi)部分建模,并采用了聯(lián)合出清方法。總體上,聯(lián)合出清的全局最優(yōu)性好,但對各市場設(shè)計的協(xié)同性要求較高,出清模型復(fù)雜、計算量大,適于省間與省內(nèi)市場的完全耦合模式。

基于現(xiàn)貨市場建設(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)針對順序出清進(jìn)行討論。在順序出清模式下,對于空間維度不同的兩個市場出清,其本質(zhì)為雙層規(guī)劃問題,因此至少需要一次迭代才能完成出清。即自省內(nèi)市場至省間市場的平衡申報,側(cè)重考慮平衡問題;自省間市場至省內(nèi)市場的正式出清,側(cè)重考慮阻塞管理。基于此,省內(nèi)市場可首先進(jìn)行預(yù)出清或預(yù)平衡,作為省間市場申報的參考;然后省間市場正式申報、出清,作為省內(nèi)市場的邊界條件;省內(nèi)市場再正式出清,以避免出現(xiàn)反復(fù)迭代。省內(nèi)市場正式出清結(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)市場也可根據(jù)實(shí)際平衡與阻塞情況,適當(dāng)簡化省內(nèi)交易流程。

3.1.2 細(xì)節(jié)設(shè)計

1）交易環(huán)節(jié)構(gòu)成。

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

2）耦合時間設(shè)計。

為滿足兩市場耦合要求,省間與省內(nèi)日內(nèi)市場主要交易環(huán)節(jié)的時間設(shè)計應(yīng)滿足相關(guān)要求,如圖4所示。

一是省間市場預(yù)留時段長度,應(yīng)不短于省內(nèi)市場交易時段長度,即省間市場出清后確保有足夠的時間進(jìn)行省內(nèi)正式申報出清。

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

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

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

3）申報方式。

考慮省間市場定位為大范圍資源優(yōu)化配置,省間市場可不引入復(fù)雜報價、機(jī)組啟停成本、無負(fù)荷成本等非凸問題。相關(guān)非凸問題應(yīng)重點(diǎn)在省內(nèi)市場結(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)市場規(guī)范化設(shè)計與過渡融合

區(qū)域調(diào)峰輔助服務(wù)市場具有輔助服務(wù)市場和區(qū)域市場的雙重特征。其市場設(shè)計應(yīng)遵循一定基本原則,以確保與其他市場相互協(xié)調(diào)運(yùn)作,促進(jìn)區(qū)域調(diào)峰輔助服務(wù)市場與其他市場融合。區(qū)域調(diào)峰輔助服務(wù)市場是市場建設(shè)過渡時期的形態(tài),隨著相關(guān)市場建設(shè)完備,區(qū)域市場可逐步進(jìn)行過渡融合。

1）輔助服務(wù)市場特征。

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出清結(jié)果確定。因此,從交易時序角度講,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)市場的開展,需在相關(guān)能量市場出清(或預(yù)出清)后進(jìn)行。

2）區(qū)域市場特征。

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

3.3 基于潮流和關(guān)鍵支路的通道建模管理

針對省間現(xiàn)貨市場設(shè)計中的部分細(xì)節(jié)簡化,如何保留或等效建立關(guān)鍵通道特征,是解決問題的重點(diǎn),關(guān)于這一問題也開展了相關(guān)理論研究[18]。考慮現(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)對省內(nèi)對穿越潮流進(jìn)行建模管理。

1）基于潮流的省間市場通道建模。

在經(jīng)典出清模型中,通過引入潮流分布轉(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。在省間市場出清模型中,各省簡化為單一節(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題。區(qū)域PTDF可通過離線計算,定期動態(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,計算量較大。當(dāng)基于潮流的可用容量建模方法不會明顯提升市場效率或改善阻塞管理水平時,可采用基于ATC的簡化模型。此外,基于潮流的可用容量建模可實(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,若將各省簡化為單一節(jié)點(diǎn),省內(nèi)通道建模過于簡化,無法適應(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)生的穿越潮流問題,應(yīng)引入適當(dāng)方法對省內(nèi)通道進(jìn)行建模。

為此,可考慮引入關(guān)鍵支路方法。通過選取省內(nèi)重要線路、斷面,結(jié)合FB模型實(shí)現(xiàn)對穿越潮流約束進(jìn)行建模,如圖5所示(其中,L1、L2、L3為省間聯(lián)絡(luò)線)。通過合理選取省內(nèi)關(guān)鍵支路,在量化省內(nèi)關(guān)鍵通道對省間交易限制的同時,不顯著增加模型復(fù)雜度與計算量[20]。與前文中提到的歐洲電力市場中再調(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 穿越潮流問題示意圖Fig. 5 Problem of the transient flow

3.4 基于滾動重疊的日內(nèi)交易機(jī)制

受新能源出力預(yù)測水平影響,日前市場出清結(jié)果與日內(nèi)市場出清結(jié)果偏差較大。基于動態(tài)控制技術(shù)架構(gòu)的滾動重疊機(jī)制有助于高效利用超短期預(yù)測信息,及時調(diào)整日前出清結(jié)果,實(shí)現(xiàn)由日前向?qū)崟r執(zhí)行的平滑過渡,降低電網(wǎng)運(yùn)行風(fēng)險。同時,合理設(shè)計的滾動機(jī)制有助于激勵市場參與者提升自身預(yù)測精度。

北美、歐洲地區(qū)日內(nèi)市場均包含滾動或相似機(jī)制,北美日內(nèi)市場設(shè)計中滾動機(jī)制如表1所示;歐洲跨境日內(nèi)市場中連續(xù)交易機(jī)制發(fā)揮著與滾動機(jī)制相似的作用。滾動機(jī)制中,交易周期應(yīng)小于交易段長度,以實(shí)現(xiàn)滾動重疊機(jī)制,如圖6所示(圖中顏色深淺表示預(yù)測精度高低)。當(dāng)交易周期等于交易時段長度時,無法實(shí)現(xiàn)滾動重疊。以t2—t3合同時段為例,利用滾動機(jī)制,分別在t=t0、t=t1時,利用不同預(yù)測精度信息,對t2—t3合同時段進(jìn)行動態(tài)出清,t=t1時的出清是對t=t0時的偏差修正。需要說明的是滾動機(jī)制需配套設(shè)計合理的合同時間長度、滾動交易周期、滾動結(jié)算方法等。

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

1）合同時間長度。

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

2）滾動交易周期。

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

3）滾動結(jié)算機(jī)制

為實(shí)現(xiàn)日內(nèi)滾動交易,需配套相應(yīng)的日內(nèi)市場滾動出清價格機(jī)制。傳統(tǒng)的兩部制偏差結(jié)算難以適應(yīng)日內(nèi)滾動交易的需求,應(yīng)設(shè)計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)市場特征正逐漸改變,從空間維度對日內(nèi)市場的進(jìn)一步劃分,增加了省間日內(nèi)市場的設(shè)計難度。本文分析了省間日內(nèi)現(xiàn)貨市場建設(shè)所面臨的挑戰(zhàn),對省間日內(nèi)現(xiàn)貨市場設(shè)計進(jìn)行了思考,并提出若干建議。

針對與省內(nèi)市場的耦合銜接問題,提出了基于順序出清的耦合模式;針對區(qū)域調(diào)峰輔助服務(wù)市場的融合問題,提出了區(qū)域市場設(shè)計應(yīng)遵循的基本原則;針對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;針對新能源消納的政策要求,提出了基于滾動重疊的日內(nèi)交易機(jī)制。

中國電力現(xiàn)貨市場面臨特有問題,通過借鑒國外電力市場相關(guān)經(jīng)驗,分析日內(nèi)市場變化趨勢,旨在設(shè)計高效運(yùn)行的省間日內(nèi)市場,促進(jìn)資源優(yōu)化 配置。

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來源:電網(wǎng)技術(shù)