朱軍飛

摘 要：電力實(shí)時(shí)平衡是維持電網(wǎng)正常運(yùn)行的基本物理約束，傳統(tǒng)模式下主要依靠系統(tǒng)備用進(jìn)行平衡調(diào)節(jié)。隨著技術(shù)手段的成熟以及市場研究的深入，平衡資源的種類和數(shù)量不斷增長，其價(jià)值也得到了更加全面的認(rèn)識。為了進(jìn)一步擴(kuò)展提高系統(tǒng)效率以及確保平衡調(diào)度公平透明，實(shí)時(shí)平衡市場（Real-time balancing market，RBM）成為近年來國內(nèi)外電力市場研究和發(fā)展的重要方向。本文從分析已利用或潛在的平衡資源入手，提出了適合多資源參與的統(tǒng)一交易模型，對市場結(jié)構(gòu)、操作流程及結(jié)算等關(guān)鍵市場因素進(jìn)行了分析，在所提出模型的基礎(chǔ)上，還從四個方面簡要闡述了對RBM的發(fā)展建議。

關(guān)鍵詞：實(shí)時(shí)平衡市場（RBM）;平衡資源;平衡責(zé)任單元（BRP）;平衡服務(wù)提供者（BSP）

中圖分類號：F123.9 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：2096-0298（2020）12（b）--02

歐美的一些主要國家從20世紀(jì)90年代起開始進(jìn)行電力市場改革。經(jīng)過20余年的發(fā)展，歐美電力市場的穩(wěn)定性及經(jīng)濟(jì)性不斷提升，市場模型及產(chǎn)品體系逐漸完善。目前已形成了包括期貨、中長期合約、日前等不同時(shí)間等級的市場模型，交易對象也已從單一的電量逐步擴(kuò)展到物理及金融輸電權(quán)、輔助服務(wù)、排污權(quán)等多種類型，而同類型的產(chǎn)品可能在某個或多個市場中進(jìn)行交易。本文從分析已利用或潛在的平衡資源入手，提出了適合多資源參與的統(tǒng)一交易模型，并對市場結(jié)構(gòu)、操作流程及結(jié)算等關(guān)鍵市場因素進(jìn)行了深入解析，在所提出的模型的基礎(chǔ)上，從四個方面簡要闡述了對RBM的發(fā)展建議。

1 平衡資源分析

基于市場利益關(guān)系的劃分，在RBM中分別將平衡服務(wù)的供需方定義為平衡服務(wù)提供者（Balancing service provider，BSP）及平衡責(zé)任單元（Balancing responsible party，BRP）。TSO/ISO一方面根據(jù)BRP偏移預(yù)定計(jì)劃的嚴(yán)重程度向其收取費(fèi)用，另一方面將組織BSP參與RBM投標(biāo)競價(jià)并最終進(jìn)行結(jié)算。一般情況下，具有預(yù)定出力或負(fù)荷計(jì)劃的參與者均可視為BRP，如根據(jù)前期交易情況制定了響應(yīng)調(diào)度計(jì)劃的需求方和供給方等。而BSP的選擇相對嚴(yán)格，主要包括以下四類。

1.1 運(yùn)行備用

各電力市場對于備用的分類不盡相同，種類較多。其中，運(yùn)行備用是一種最常見的平衡資源，主要包括：AGC備用、10分鐘旋轉(zhuǎn)備用（Ten minute spinning reserve，TMSR）、10分鐘非旋轉(zhuǎn)備用（Ten minute non-spinning reserve，TMNSR）、30分鐘備用（Thirty minute operating reserve，TMOR）等?？紤]到備用的可控性及時(shí)效性，另有由機(jī)組自行控制的自動調(diào)頻備用和激活時(shí)間大于60分鐘的替代備用暫不計(jì)入分析。運(yùn)行備用在實(shí)際應(yīng)用中包括容量獲取以及實(shí)際激活兩個步驟。容量獲取一般提前較長時(shí)間完成，可能長達(dá)幾個月或一年，主要通過中長期合約或備用市場競價(jià)等形式實(shí)現(xiàn)，僅僅通過了容量獲取環(huán)節(jié)的備用資源一般獲利較低。在RBM中，運(yùn)行備用依然需要通過競爭來實(shí)現(xiàn)激活，從而參與實(shí)際平衡調(diào)節(jié)。

運(yùn)行備用作為傳統(tǒng)高效的平衡資源，仍可通過減少旋轉(zhuǎn)備用等措施實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排。同樣，在其他平衡資源相對充足的情況下，對于已通過了容量獲取的機(jī)組也有可能放棄參與RBM，轉(zhuǎn)而參與其他的電量交易市場。不論市場策略如何，須確保其提交TSO/ISO總?cè)萘恳欢?，以免造成容量的混疊。

1.2 電量出清單元

從時(shí)間等級上看，前期的電量交易包括由中長期到日前、小時(shí)前等多個環(huán)節(jié)，下一個環(huán)節(jié)往往是在上一個環(huán)節(jié)基礎(chǔ)上進(jìn)行進(jìn)一步細(xì)化與調(diào)整。在臨近物理出清的RBM中，電量出清單元將獲得更多關(guān)于市場及自身狀態(tài)的信息，因而在最小時(shí)間等級的電量市場關(guān)閉后，具有靈活調(diào)節(jié)能力的出清單元可能在承擔(dān)一定經(jīng)濟(jì)風(fēng)險(xiǎn)的前提下，通過在RBM對前期計(jì)劃進(jìn)行增量和減量投標(biāo)，即該類出清單元同時(shí)扮演了BRP及BSP雙重角色。另外，它與運(yùn)行備用具有一定的相似性，兩者均源于相關(guān)前期市場，不同之處在于兩者分別基于電量及容量出清。

1.3 分布式平衡資源

分布式平衡資源主要包括分布式電源以及柔性負(fù)荷。太陽能、風(fēng)能等分布式電源對環(huán)境以及氣候的依賴較大，具有間歇性和不穩(wěn)定性等特點(diǎn)。一直以來，大規(guī)模分布式電源的接入被認(rèn)為給電網(wǎng)安全帶來了負(fù)面影響，其平衡能力直到最近才被逐漸研究和認(rèn)識。而柔性負(fù)荷可以根據(jù)自身需要以及市場狀態(tài)對用電策略進(jìn)行改進(jìn)，是具有一定價(jià)格彈性和調(diào)節(jié)能力的用電負(fù)荷。其中，電動汽車（EV）是一種特殊的柔性負(fù)荷。與一般柔性負(fù)荷相比，EV不僅可以根據(jù)市場狀態(tài)改變充電功率，同時(shí)可以在緊急或高利潤情況下通過V2G （Vehicle-to-grid）技術(shù)向電網(wǎng)提供電力支持。相關(guān)數(shù)據(jù)顯示，美國汽車機(jī)械動力總?cè)萘颗c其發(fā)電總裝機(jī)容量的比例曾高達(dá)24倍之多。隨著EV數(shù)量的增長和電池容量的擴(kuò)大，其參與RBM的潛力巨大。

1.4 跨邊界平衡交易

相鄰或相近的區(qū)域電網(wǎng)之間往往通過高壓輸電網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行互聯(lián)，由于彼此在負(fù)荷特性及電源結(jié)構(gòu)上往往具有一定的互補(bǔ)性，跨邊界電量交易具有顯著的社會和經(jīng)濟(jì)效益。跨邊界平衡交易一般以輸電系統(tǒng)運(yùn)營機(jī)構(gòu)TSO為購買方，主要包括BSP-TSO和TSO-TSO兩種模式。除了受到物理輸電容量的共同約束之外，兩者分別具有以下特點(diǎn)。

第一，BSP-TSO模式下，當(dāng)?shù)氐腂SP通過直接向相鄰區(qū)域TSO進(jìn)行投標(biāo)而參與其RBM。BSP具有較為充分的選擇空間和競爭機(jī)會，但容易被不準(zhǔn)確的市場信息所誤導(dǎo)，與非本地的TSO之間也存在通信及計(jì)量障礙。另外，龐大的BSP數(shù)量也將顯著增加市場運(yùn)營的計(jì)算及操作復(fù)雜度，該模式具有較大的實(shí)施難度。

第二，而TSO-TSO模式則由當(dāng)?shù)氐腡SO將BSP進(jìn)行整合后，再參與鄰近區(qū)域的RBM。該模式在BSP-TSO的基礎(chǔ)上進(jìn)行了較大程度簡化。當(dāng)?shù)豑SO在整合中可利用已有的相關(guān)設(shè)備方案且充分考慮自身狀態(tài)，從而減少操作復(fù)雜度并降低市場風(fēng)險(xiǎn)。但雙方TSO仍需建立高效的協(xié)調(diào)機(jī)制，以實(shí)現(xiàn)快速頻繁的平衡交易。

2 實(shí)時(shí)平衡交易模型

2.1 市場結(jié)構(gòu)

針對第1部分所描述的平衡資源，本文提出適合多種資源統(tǒng)一交易的RBM模型，其結(jié)構(gòu)如圖1所示。圖中由虛線將市場參與者分為BRP及BSP兩大類，如前所述，兩者可在同一參與者身上進(jìn)行重疊。

2.2 操作流程

RBM以盡量實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)操作為目標(biāo)，然而考慮到響應(yīng)延遲無法避免，一般采用10min或15min為周期進(jìn)行無限次重復(fù)，每次的操作流程可概括為以下五個步驟。

（1）對前期交易情況、網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)及超短期負(fù)荷預(yù)測等相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析計(jì)算，發(fā)布初步預(yù)測的RBM需求信息。

（2）組織RBM參與者進(jìn)行市場投標(biāo)，相關(guān)參數(shù)包括正、負(fù)調(diào)節(jié)區(qū)間及相關(guān)價(jià)格。

（3）針對特定時(shí)間尺度下的可用平衡資源進(jìn)行聯(lián)合優(yōu)化調(diào)度或優(yōu)先排序調(diào)度。前者通過數(shù)學(xué)模型進(jìn)行容量、電量、價(jià)格等相關(guān)因素進(jìn)行總成本最小的優(yōu)化計(jì)算;而后者主要對符合一定要求的可用平衡資源進(jìn)行價(jià)格排序，優(yōu)先選用低價(jià)資源。

（4）根據(jù)參與者在RBM中的表現(xiàn)以及相關(guān)前期數(shù)據(jù)，采用邊際電價(jià)或平均電價(jià)等方式進(jìn)行出清。

（5）根據(jù)某些平衡資源的消耗情況，擇機(jī)對其進(jìn)行相關(guān)的復(fù)位和補(bǔ)充（補(bǔ)充方式及結(jié)算暫不計(jì)入RBM分析）。

2.3 市場結(jié)算

RBM的結(jié)算包括兩個方面，即不平衡結(jié)算和平衡結(jié)算。不平衡結(jié)算根據(jù)BRP對于前期調(diào)度計(jì)劃的執(zhí)行情況進(jìn)行確定獎懲金額。

3 RBM發(fā)展建議

RBM是近年來深化電力市場改革的重要方向之一，然而不同國家或地區(qū)電力技術(shù)發(fā)展水平、市場成熟程度等均具有較大差異，對于RBM的建設(shè)路線及方案也有不同選擇。本文在上文所提出統(tǒng)一交易模型的基礎(chǔ)上，提出以下量的電力交易制定傳輸計(jì)劃將顯著增加TSO/ISO的運(yùn)行管理難度。因此需在一定程度上限制RBM市場的電量交易。

（1）采用合理的價(jià)格機(jī)制。對于市場排序而言，遠(yuǎn)期、中長期以及短期的電力交易是參與者根據(jù)市場信號不斷地進(jìn)行行為調(diào)整的過程，同時(shí)也是一個追求更高利潤的過程。為吸引更廣泛的平衡資源，RBM在計(jì)及機(jī)會成本和風(fēng)險(xiǎn)價(jià)值的基礎(chǔ)上，一般可采用邊際電價(jià)或平均電價(jià)等方式進(jìn)行結(jié)算。邊際電價(jià)反應(yīng)靈敏，容易出現(xiàn)劇烈波動;而平均電價(jià)取一定時(shí)期內(nèi)的邊際電價(jià)的平均值，相對較為平緩。出于市場穩(wěn)定性的考慮，平均電價(jià)的適應(yīng)范圍更廣。

（2）建立事故后的安全操作模式。根據(jù)傳統(tǒng)的N-1準(zhǔn)則，當(dāng)系統(tǒng)任一元件受到事故影響而退出運(yùn)行，系統(tǒng)狀態(tài)仍將限制在物理約束的可行區(qū)域內(nèi)。然而，該準(zhǔn)則一方面難以保證對電網(wǎng)資源的充分利用，另一方面在市場環(huán)境下對事故的預(yù)想往往不夠全面（理論研究往往采用Monte Carlo方法進(jìn)行隨機(jī)生成），而非預(yù)想的小型事故同樣引發(fā)大電網(wǎng)的連鎖反應(yīng)。因此，RBM需在事故后的緊急情況下實(shí)現(xiàn)故障定位及平衡資源的快速有效調(diào)度。

（3）通過簡化操作促進(jìn)跨邊界平衡交易。區(qū)域電網(wǎng)之間不同的運(yùn)營管理模式是實(shí)現(xiàn)彼此互聯(lián)交易的主要障礙之一。為簡化操作，歐盟一直致力于建立統(tǒng)一的歐洲電力市場，而美國FERC也試圖在各區(qū)域電力市場中推廣標(biāo)準(zhǔn)市場設(shè)計(jì)。目前，我國將各省級電網(wǎng)作為相對獨(dú)立的主體，各主體在平衡服務(wù)類型、調(diào)度手段、結(jié)算方式等方面基本保持一致。隨著高壓及特高壓骨干網(wǎng)架的建成，這將為我國進(jìn)一步整合跨邊界平衡資源提供較大便利。

4 結(jié)語

近年來，隨著智能電網(wǎng)計(jì)劃的實(shí)施、分布式能源的接入以及需求側(cè)管理的加強(qiáng)，機(jī)組備用并非電網(wǎng)平衡的唯一選擇。平衡資源的多樣化必然對平衡調(diào)度提出市場化的需求。RBM成為當(dāng)前國外電力市場研究和建設(shè)的重點(diǎn)領(lǐng)域之一，對于進(jìn)一步提升電力商品流動性、深化電力市場改革及推動智能電網(wǎng)發(fā)展等具有重要意義。本文結(jié)合國內(nèi)外研究現(xiàn)狀，分析了平衡資源的種類及特性，提出了統(tǒng)一的RBM模型以及相關(guān)的發(fā)展建議。在此基礎(chǔ)上，將進(jìn)一步針對RBM價(jià)格優(yōu)化、多市場博弈等相關(guān)問題展開研究。

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