蔡 宇，肖艷煒，張國芳，昌 力，許洪強，常乃超

（1. 國家電網(wǎng)有限公司國家電力調(diào)度控制中心，北京市100031；2. 國網(wǎng)浙江省電力有限公司，浙江省杭州市310007；3. 國網(wǎng)四川省電力公司，四川省成都市610041；4. 國電南瑞科技股份有限公司，江蘇省南京市211106）

0 引言

中國經(jīng)濟體制改革持續(xù)深入推進，電力市場化改革的態(tài)勢愈發(fā)顯著?！蛾P(guān)于進一步深化電力體制改革的若干意見》［1］及其配套文件的發(fā)布，開啟了新一輪深化電力體制改革的序幕。此輪電力體制改革中的一個重要任務是建立中長期市場為主、現(xiàn)貨市場為補充的電力市場體系，落實“市場在資源配置中起決定性作用”的部署［1-2］。2017 年8 月，國家發(fā)展改革委、能源局聯(lián)合發(fā)文選取了南方（以廣東起步）、甘肅、浙江等8 個地區(qū)開展電力現(xiàn)貨市場試點建設，中國正式進入電力現(xiàn)貨市場時代。

從20 世紀90 年代開始，西方國家進行了一系列的電力市場化改革，形成電力市場化建設的基礎(chǔ)理論及實踐經(jīng)驗，中國學者也對電力市場建設進行了大量的研究，主要包括:①國外電力市場的總體建設情況，最為典型的代表是美國PJM 市場、英國市場和北歐市場［3-7］；②研究分析電力市場中的某個環(huán)節(jié)，如電力現(xiàn)貨市場、平衡機制等［8-13］；③研究國外電力市場建設經(jīng)驗教訓［14-16］。中國在電力現(xiàn)貨市場技術(shù)支持系統(tǒng)方面的研究仍處于探索階段。文獻［17］對電力現(xiàn)貨市場技術(shù)支持系統(tǒng)涉及的關(guān)鍵技術(shù)進行了探討；文獻［18］結(jié)合中國南方區(qū)域電力現(xiàn)貨市場具體情況對其技術(shù)支持系統(tǒng)方案進行了研究。

電力現(xiàn)貨市場運行是電網(wǎng)調(diào)度運行的重要組成部分，電力現(xiàn)貨市場的運營與電力調(diào)度自動化系統(tǒng)密不可分。目前，已建成的智能電網(wǎng)調(diào)度技術(shù)支持系統(tǒng)（簡稱D5000 系統(tǒng)）已包含計劃類相關(guān)功能，能夠?qū)崿F(xiàn)國、網(wǎng)、省三級調(diào)度計劃的統(tǒng)一協(xié)調(diào)，發(fā)揮特大電網(wǎng)資源優(yōu)化配置能力［19-20］。同時，D5000 系統(tǒng)留有新增市場類相關(guān)功能接口，可支持調(diào)度運行與市場交易有機銜接，促進電力系統(tǒng)的安全運行和市場的可靠運轉(zhuǎn)。在正在建設的新一代調(diào)度自動化系統(tǒng)中，也規(guī)劃了計劃市場類應用場景，全面支撐現(xiàn)貨及輔助服務市場的運營。

電力現(xiàn)貨市場技術(shù)支持系統(tǒng)的建設應遵循安全可靠、自主可控的原則，充分吸收國內(nèi)外先進技術(shù)和成功經(jīng)驗，以確保電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行為根本前提，立足于滿足初期現(xiàn)貨市場運行和清潔能源消納并兼顧未來成熟市場運行的需要，保障電力體制改革的落地生根，支撐能源互聯(lián)網(wǎng)建設。本文針對目前復雜多變的電力現(xiàn)貨市場，提出了基于調(diào)度自動化系統(tǒng)建設電力現(xiàn)貨市場技術(shù)支持系統(tǒng)的建設思路、目標和原則，從軟件、硬件、安全防護和平臺集成等方面介紹了建設的技術(shù)方案，并分析了系統(tǒng)建設成效，對中國電力現(xiàn)貨市場的發(fā)展具有參考意義。

1 建設需求及思路

1.1 建設需求

市場化電力電量平衡機制需要中長期交易與現(xiàn)貨交易配合。交易中心建設的新一代電力市場交易平臺支撐了交易、計劃、結(jié)算、合同等核心交易業(yè)務，但無法支撐現(xiàn)貨交易?，F(xiàn)有的電力交易平臺在現(xiàn)貨市場業(yè)務開展能力、考慮電網(wǎng)約束的優(yōu)化計算能力、對交易業(yè)務變化的快速響應能力、海量數(shù)據(jù)接入和高性能運算處理能力、數(shù)據(jù)即時共享及業(yè)務互動能力等方面欠缺較大，難以滿足現(xiàn)貨市場業(yè)務的新需求。

電力現(xiàn)貨市場的運營與電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行緊密不可分割。現(xiàn)貨市場的出清、執(zhí)行和清算既需要調(diào)度自動化系統(tǒng)提供的電網(wǎng)模型、斷面限額、停電計劃、負荷預測等信息，又高度依賴基礎(chǔ)平臺及各類應用功能的支撐。D5000 系統(tǒng)支撐了計劃體制下發(fā)用電資源優(yōu)化配置，但對市場體制下的支撐能力存在不足，在發(fā)用電需求申報、優(yōu)化出清、安全校核、信息發(fā)布等應用功能方面不能有效滿足電力現(xiàn)貨市場的需要。

1.2 建設思路

當前，各級調(diào)度控制機構(gòu)廣泛使用的電力調(diào)度自動化基礎(chǔ)平臺，已實現(xiàn)了國、分、省級調(diào)度控制機構(gòu)使用全覆蓋。該平臺具有基礎(chǔ)堅實、橫向應用集成、縱向數(shù)據(jù)貫通、功能全面的特點。調(diào)度自動化系統(tǒng)應用包括實時監(jiān)視類、自動控制類、分析校核類、調(diào)度管理類、模擬仿真類、運行評估類、計劃市場類和數(shù)據(jù)交換類共八大類，實現(xiàn)了電網(wǎng)實時監(jiān)控與智能告警、電網(wǎng)自動控制、網(wǎng)絡分析、水電及新能源監(jiān)測、檢修計劃等多項業(yè)務。

正在開展建設的電力現(xiàn)貨市場技術(shù)支持系統(tǒng)作為調(diào)度自動化系統(tǒng)的一個子系統(tǒng)（簡稱為現(xiàn)貨子系統(tǒng)），近期基于D5000 系統(tǒng)，遠期融入正在建設的新一代調(diào)度自動化系統(tǒng)，通過擴展建設應用功能，支撐調(diào)度機構(gòu)現(xiàn)貨市場業(yè)務開展，實現(xiàn)電網(wǎng)安全和現(xiàn)貨市場運轉(zhuǎn)的有機統(tǒng)一，是綜合業(yè)務需求、系統(tǒng)性能、功能互動、建設經(jīng)濟性和周期性方面因素的合理選擇。如圖1 所示，充分利用現(xiàn)有調(diào)度自動化系統(tǒng)的軟硬件資源，復用調(diào)度自動化系統(tǒng)數(shù)據(jù)交換、潮流安全分析等功能，在調(diào)度自動化系統(tǒng)計劃市場類應用中建設日前市場、日內(nèi)市場、實時市場、輔助服務市場和風險管控等功能模塊，在模擬仿真類應用中建設市場模擬推演功能模塊，在運行評估類應用中建設市場評估分析、市場監(jiān)管支持2 個功能模塊。同時，結(jié)合現(xiàn)貨市場需要，提升自動發(fā)電控制、負荷預測、電能量計量及安全校核等功能。

圖1 電力調(diào)度自動化系統(tǒng)總體設計Fig.1 Overall design of power dispatching automation system

現(xiàn)貨市場全面啟動運行后，電力現(xiàn)貨子系統(tǒng)日前市場、日內(nèi)市場、實時市場功能將逐漸承擔調(diào)度自動化系統(tǒng)發(fā)電計劃應用大部分功能，為保證計劃到市場模式平穩(wěn)過渡，計劃與現(xiàn)貨市場類應用將長期并列運行并根據(jù)需要在兩者間進行切主運行。

2 系統(tǒng)建設目標

在現(xiàn)有調(diào)度自動化系統(tǒng)平臺上，滿足“架構(gòu)先進、安全可靠、運營高效、功能完備、界面友好”5 個方面的建設目標，設計開發(fā)建設電力現(xiàn)貨子系統(tǒng)，實現(xiàn)對電力現(xiàn)貨市場運行的全面技術(shù)支撐。現(xiàn)貨子系統(tǒng)應具備以下幾個目標。

1）架構(gòu)先進。現(xiàn)貨子系統(tǒng)應遵循云架構(gòu)思想和面向服務的設計理念，統(tǒng)一平臺、統(tǒng)一消息總線、統(tǒng)一數(shù)據(jù)接口，實現(xiàn)優(yōu)化算法服務化和組件化。

2）安全可靠?，F(xiàn)貨子系統(tǒng)應保證現(xiàn)貨市場運營所需的物理安全、系統(tǒng)安全、應用安全和數(shù)據(jù)安全，滿足設備N-1 的高可靠性運行要求，確保數(shù)據(jù)的私密性、完整性和及時性。

3）運營高效。現(xiàn)貨子系統(tǒng)應支持千級并發(fā)數(shù)、萬級用戶訪問數(shù)，支持快速優(yōu)化出清，保障市場運營高效。

4）功能完備?，F(xiàn)貨子系統(tǒng)應滿足電力現(xiàn)貨市場的市場規(guī)則和發(fā)展目標，滿足現(xiàn)貨市場運營的功能要求，確保系統(tǒng)的實用性和適用性。

5）界面友好。現(xiàn)貨子系統(tǒng)應支持功能和部署的靈活擴展，支持可視化展示，適應現(xiàn)貨市場逐步發(fā)展完善的需要。

3 技術(shù)方案

3.1 系統(tǒng)設計原則

現(xiàn)貨子系統(tǒng)建設時應遵循安全可靠、自主可控的要求，充分吸收國內(nèi)外先進技術(shù)和成功經(jīng)驗，以確保電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行為根本前提，立足于滿足現(xiàn)貨初期市場運行和清潔能源消納，兼顧中遠期市場運行的需要，保障電力體制改革落地生根，有以下設計原則。

1）安全第一。電力現(xiàn)貨市場與調(diào)度運行工作緊密銜接，現(xiàn)貨子系統(tǒng)設計研發(fā)建設過程中，要以電網(wǎng)安全為首要原則，保障電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行。

2）統(tǒng)一標準。現(xiàn)貨子系統(tǒng)應以統(tǒng)一標準、統(tǒng)一平臺、統(tǒng)一模型、統(tǒng)一接口為基礎(chǔ)，統(tǒng)籌規(guī)劃建成滿足初期市場并兼顧中遠期市場擴展需求的技術(shù)支持系統(tǒng)。

3）需求導向。要以現(xiàn)貨市場規(guī)則和市場業(yè)務應用需求為導向，設計系統(tǒng)功能和人機界面，并能充分適應業(yè)務需求的發(fā)展與變化。

4）相對獨立?，F(xiàn)貨子系統(tǒng)保持相對獨立運行，采用獨立數(shù)據(jù)庫等邏輯分離技術(shù)措施，確保安全風險的有效解耦。

5）經(jīng)濟適用。堅持實事求是、簡約高效，充分利用現(xiàn)有的硬件和軟件資源，緊密結(jié)合現(xiàn)貨市場和調(diào)度計劃的業(yè)務特點和發(fā)展需求，逐步完善、有序推進。

3.2 系統(tǒng)功能架構(gòu)

調(diào)度自動化系統(tǒng)基礎(chǔ)平臺全面支撐現(xiàn)貨子系統(tǒng)，提供數(shù)據(jù)存儲與管理、公共服務、通信總線、人機交互、系統(tǒng)監(jiān)視與管理功能等基礎(chǔ)平臺服務，現(xiàn)貨子系統(tǒng)利用調(diào)度自動化系統(tǒng)數(shù)據(jù)交換應用實現(xiàn)與外部系統(tǒng)數(shù)據(jù)交互，利用調(diào)度自動化系統(tǒng)分析校核類應用安全校核功能實現(xiàn)出清結(jié)果潮流安全分析。

基于調(diào)度自動化系統(tǒng)基礎(chǔ)平臺形成現(xiàn)貨市場子系統(tǒng)，支撐現(xiàn)貨市場運營的主要場景，主要功能包括市場模型與數(shù)據(jù)管理、申報發(fā)布數(shù)據(jù)管理、可靠性機組組合、日前市場、日內(nèi)市場、實時市場、輔助服務市場、市場監(jiān)管支持、市場評估分析、市場模擬推演等。此外，還包括調(diào)度自動化系統(tǒng)相關(guān)功能數(shù)據(jù)交換、潮流安全分析、調(diào)度計劃、預測功能等。考慮現(xiàn)貨市場安全運行要求及各功能實現(xiàn)業(yè)務特征，主要功能中市場模型與數(shù)據(jù)管理、申報發(fā)布數(shù)據(jù)管理、可靠性機組組合、日前市場、日內(nèi)市場、實時市場、輔助服務市場等核心應用功能應部署于安全Ⅱ區(qū)，其余功能部署于安全Ⅲ區(qū)。

電力現(xiàn)貨子系統(tǒng)功能架構(gòu)如圖2 所示。

圖2 現(xiàn)貨子系統(tǒng)功能架構(gòu)Fig.2 Functional architecture of electricity spot market subsystem

現(xiàn)貨子系統(tǒng)主要包括以下應用功能。

1）市場模型與數(shù)據(jù)管理:用于對市場出清計算所需市場模型、各類外部數(shù)據(jù)及市場參數(shù)進行集中管理與維護，為后續(xù)市場出清計算提供準確、可靠的市場模型和輸入數(shù)據(jù)。

2）申報發(fā)布數(shù)據(jù)管理:管理和審核來自統(tǒng)一電力市場交易平臺的發(fā)電企業(yè)、大用戶、售電公司等市場成員申報信息，并對相關(guān)申報發(fā)布數(shù)據(jù)采用數(shù)據(jù)加密機制保證數(shù)據(jù)安全性，按照市場信息披露原則審核需要向統(tǒng)一電力市場交易平臺等系統(tǒng)提供的市場發(fā)布信息。

3）日前市場:是根據(jù)市場規(guī)則確定中長期合同日分解曲線及長周期機組組合方式，進行滿足安全校核的市場出清計算日前市場，支持運行日前一天（D-1 日）進行的決定運行日（D 日）機組組合狀態(tài)、機組出力計劃、機組中標價格、中標負荷及負荷中標價格的電能量市場，支持以安全約束機組組合（SCUC）及安全約束經(jīng)濟調(diào)度（SCED）優(yōu)化出清。

4）日內(nèi)市場:是根據(jù)市場規(guī)則確定日內(nèi)機組組合方式，進行滿足安全校核的市場出清計算，支撐形成日內(nèi)調(diào)度計劃和可快速啟停機組開停機決策，每15 min 滾動計算未來30 min 至多個小時的快速啟停機組啟停計劃、機組出力計劃及價格，滾動頻率及時間尺度可根據(jù)不同地區(qū)市場出清計算頻率要求進行靈活設定。

5）實時市場:根據(jù)電網(wǎng)當前運行狀態(tài)、最新系統(tǒng)負荷預測和實時市場報價（可采用日前封存報價），在日前與日內(nèi)滾動機組組合基礎(chǔ)上，采用SCED 每15 min 滾動計算未來15 min 至2 h 的機組出力計劃及價格。滾動頻率及時間尺度可根據(jù)不同地區(qū)市場出清計算要求靈活設定。

6）可靠性機組組合:考慮電網(wǎng)安全、機組運行、系統(tǒng)平衡等約束條件，通過SCUC 計算得到機組組合計劃。支持滾動決策未來7 天或多天因電網(wǎng)安全或機組運行需要提前確定的機組組合計劃，支持考慮96 個時段以內(nèi)的機組組合，在市場出清后根據(jù)電網(wǎng)安全運行需要形成滿足電網(wǎng)安全運行要求的機組組合。

7）輔助服務市場:基于市場競價下的輔助服務產(chǎn)品市場化交易，輔助服務交易品種包括調(diào)頻、備用。輔助服務市場功能包括調(diào)頻輔助服務市場、備用輔助服務市場及輔助服務市場收益分析等業(yè)務模塊。

8）市場風險管控:實時監(jiān)視市場運行狀態(tài)，對市場各類運行風險進行識別，評估風險對社會經(jīng)濟生活可能造成的損害程度并進行告警提示，同時根據(jù)告警級別選擇有效的管控手段，有計劃有目的地管控風險，保障市場平穩(wěn)、健康運行。

9）市場監(jiān)管支持:電力市場運營機構(gòu)內(nèi)部監(jiān)管提供技術(shù)支持，根據(jù)有關(guān)法律、法規(guī)和規(guī)章對市場主體、電網(wǎng)運營企業(yè)、市場運營機構(gòu)及其市場行為進行監(jiān)督和管理，以實現(xiàn)電力市場競爭的合理、有序、公正、公平和公開。

10）市場評估分析:基于電力現(xiàn)貨市場運營、電網(wǎng)運行、市場注冊、市場成員行為記錄等數(shù)據(jù)，從市場供需、市場報價、市場集中度、市場交易結(jié)果、市場行為等多方面及市場運營機構(gòu)和市場成員等多對象對市場進行分析，通過量化指標評估電力現(xiàn)貨市場運行狀態(tài)。

11）市場模擬推演:用于市場運營模擬與評估、運營技術(shù)驗證、市場運營人員培訓等，主要基于現(xiàn)有的出清模型和算法，對市場模型、市場參數(shù)、市場運行邊界、約束條件等數(shù)據(jù)進行調(diào)整或從外部導入歷史算例，開展電能量、輔助服務等市場的模擬出清、結(jié)果分析，評估不同市場環(huán)境下市場運營效率和運營風險。

3.3 硬件架構(gòu)

現(xiàn)貨子系統(tǒng)采用物理機部署，遵從雙機雙網(wǎng)的架構(gòu)設計，充分利用調(diào)度自動化系統(tǒng)原有硬件資源，確保業(yè)務的穩(wěn)定性與連續(xù)性。網(wǎng)絡劃分為調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)、業(yè)務局域網(wǎng)、存儲區(qū)域網(wǎng)絡（SAN）存儲網(wǎng)三層網(wǎng)絡，與調(diào)度自動化系統(tǒng)交互的節(jié)點采用雙網(wǎng)卡配置。

硬件配置滿足現(xiàn)貨市場主要應用功能需求，在安全Ⅱ區(qū)部署磁盤陣列、關(guān)系數(shù)據(jù)庫服務器、市場（日前市場、日內(nèi)市場、實時市場和輔助服務市場）應用服務器、出清計算服務器、安全校核服務器、風險管控服務器、光纖交換機、加密機等硬件設備。在安全Ⅲ區(qū)部署市場評估分析服務器、模擬推演應用服務器、市場監(jiān)管服務器、市場監(jiān)管關(guān)系數(shù)據(jù)庫服務器等硬件設備。省級電力現(xiàn)貨子系統(tǒng)硬件配置示意圖如圖3 所示。

3.4 安全防護

現(xiàn)貨子系統(tǒng)應依據(jù)電力監(jiān)控系統(tǒng)網(wǎng)絡安全相關(guān)管理規(guī)定，遵循“安全分區(qū)、網(wǎng)絡專用、橫向隔離、縱向認證”的基本安全原則，采用高強度、全方位安全防護技術(shù)，滿足計算機和網(wǎng)絡安全、操作系統(tǒng)和基礎(chǔ)軟件安全、應用軟件安全、終端安全、監(jiān)測預警等方面相關(guān)要求，重點強化數(shù)據(jù)安防措施和運維人員管控措施?，F(xiàn)貨子系統(tǒng)網(wǎng)絡安全架構(gòu)如圖4 所示。

圖3 電力現(xiàn)貨子系統(tǒng)硬件配置Fig.3 Hardware configuration of electricity spot market subsystem

圖4 現(xiàn)貨子系統(tǒng)網(wǎng)絡安全架構(gòu)Fig.4 Network security architecture of electricity spot market subsystem

現(xiàn)貨子系統(tǒng)的交易數(shù)據(jù)在傳輸、存儲過程中需要保障數(shù)據(jù)的機密性與完整性。對用戶申報數(shù)據(jù)等敏感信息應使用現(xiàn)貨子系統(tǒng)專用公鑰加密傳輸，以保障數(shù)據(jù)的機密性；同時，應使用用戶電子鑰匙對申報數(shù)據(jù)簽名，以保障數(shù)據(jù)完整性和交易抗抵賴性。在現(xiàn)貨子系統(tǒng)與交易中心等機構(gòu)的業(yè)務數(shù)據(jù)交互過程中，應使用數(shù)字證書實現(xiàn)安全交互；通過密鑰協(xié)商機制，生成會話密鑰，實現(xiàn)數(shù)據(jù)加密通信；通過數(shù)字簽名，保證數(shù)據(jù)完整性及抗抵賴性；采用專用安全硬件（如加密機），保障密鑰存儲的安全性。在傳輸過程中應規(guī)避申報數(shù)據(jù)落地和解封的風險，用戶申報數(shù)據(jù)以“不落地”方式傳輸?shù)浆F(xiàn)貨子系統(tǒng)，通過簽名驗證后以原有密文形式存儲，待開標時使用專用硬件中存儲的私鑰統(tǒng)一解密。

現(xiàn)貨子系統(tǒng)應通過內(nèi)部專用設施加強對運維人員進行安全管控，采取嚴格的身份認證和運維授權(quán)，對運維人員的操作進行全過程監(jiān)視審計，保障系統(tǒng)的運行維護行為可管控、可追溯，降低數(shù)據(jù)泄露風險。

3.5 數(shù)據(jù)交互

現(xiàn)貨子系統(tǒng)對外通過調(diào)度自動化系統(tǒng)數(shù)據(jù)交換應用與統(tǒng)一電力市場交易平臺、結(jié)算系統(tǒng)、營銷系統(tǒng)等外部系統(tǒng)的橫向數(shù)據(jù)交換，交換數(shù)據(jù)包括中長期交易結(jié)果、市場成員注冊信息、現(xiàn)貨市場申報發(fā)布信息、市場出清結(jié)果、執(zhí)行結(jié)果等。省級電力現(xiàn)貨子系統(tǒng)與省間電力現(xiàn)貨子系統(tǒng)、區(qū)域輔助服務市場子系統(tǒng)之間縱向交換省間現(xiàn)貨與區(qū)域輔助服務現(xiàn)貨市場的申報數(shù)據(jù)和出清結(jié)果等。

對內(nèi)通過調(diào)度自動化系統(tǒng)基礎(chǔ)平臺與系統(tǒng)內(nèi)其他應用功能進行數(shù)據(jù)交換。系統(tǒng)內(nèi)部交換的數(shù)據(jù)主要包括:市場模型數(shù)據(jù)、電網(wǎng)運行數(shù)據(jù)、檢修計劃、投退役計劃、聯(lián)絡線計劃、斷面穩(wěn)定限額、預測信息、市場出清結(jié)果等。

現(xiàn)貨子系統(tǒng)應用功能基本的數(shù)據(jù)交換情況如圖5 所示。

圖5 現(xiàn)貨子系統(tǒng)數(shù)據(jù)交換Fig.5 Data exchange of electricity spot market subsystem

3.6 D5000 系統(tǒng)功能優(yōu)化提升

為保障現(xiàn)貨市場各項業(yè)務的正常開展，可根據(jù)實際情況，對調(diào)度自動化系統(tǒng)中不滿足現(xiàn)貨市場要求的現(xiàn)有應用功能進行優(yōu)化提升，主要包括自動發(fā)電控制、電能量采集、負荷預測、安全校核、“兩個細則”考核等功能。

1）自動發(fā)電控制。改造完善自動發(fā)電控制相關(guān)功能，使之具備接入現(xiàn)貨市場出清結(jié)果并進行閉環(huán)控制的要求，提供適應市場模式的控制策略和控制模式，具備根據(jù)市場出清結(jié)果自動修改機組控制參數(shù)和控制模式的功能。

2）電能量計量。提高電量數(shù)據(jù)的采集頻率、電量采集完成率和及時性，完善發(fā)電廠機組、售電公司關(guān)口等采集范圍，強化電量數(shù)據(jù)的準確性校核及統(tǒng)計分析，為電力市場提供電量結(jié)算數(shù)據(jù)。

3）負荷預測?？紤]未建模小電源運行方式、負荷轉(zhuǎn)供、設備檢修、市場價格等因素對母線負荷影響，考慮各種氣象因素、各類型的日期模型對負荷的影響，針對現(xiàn)貨市場下負荷運行特征變化，提供實用有效的預測算法，支持各因素對預測誤差的影響分析和反饋，支持自動調(diào)整預測方法，支持自動啟動預測，支持市場化負荷與非市場化負荷區(qū)分及預測，支持超短期和短期的系統(tǒng)負荷與母線負荷之間相互自動校驗和修正功能。

4）安全校核。通過對現(xiàn)有的斷面穩(wěn)定限額計算功能進行升級完善，綜合考慮中長期合約與現(xiàn)貨市場的不確定性，對電網(wǎng)可能出現(xiàn)的多種典型、極端方式進行分檔限額計算，為多日可靠性機組組合、日前市場出清、日內(nèi)滾動出清及實時平衡市場出清提供分檔控制限額計算，以保證電氣設備及電網(wǎng)的安全運行。

5）“兩個細則”考核。根據(jù)市場建設情況，視規(guī)則要求調(diào)整完善“兩個細則”考核功能，確?！皟蓚€細則”考核與市場的銜接。

3.7 主備系統(tǒng)建設

鑒于電力現(xiàn)貨子系統(tǒng)的泛金融性質(zhì)，系統(tǒng)實時運行的可靠性要求高，需要建設冗余系統(tǒng)。

冗余系統(tǒng)采用“A/B 節(jié)點、雙活運行”的原則建設，2 套系統(tǒng)間系統(tǒng)架構(gòu)和核心模塊配置保持一致并提供統(tǒng)一的對外服務和數(shù)據(jù)接口，通過A/B 系統(tǒng)數(shù)據(jù)同步服務實現(xiàn)A/B 系統(tǒng)間電網(wǎng)模型、配置信息、操作數(shù)據(jù)、業(yè)務數(shù)據(jù)中間結(jié)果雙向高速同步，系統(tǒng)具備雙活運行和用戶無感自動切換，功能數(shù)據(jù)切換及時、平穩(wěn)過渡。同時，A/B 系統(tǒng)各自也分別通過獨立數(shù)據(jù)傳輸通道與國調(diào)（分中心）A/B 系統(tǒng)及外部A/B 系統(tǒng)進行雙向交叉的數(shù)據(jù)交互，保證雙活運行的可靠性及可用性。現(xiàn)貨子系統(tǒng)雙活運行示意圖如圖6 所示。

圖6 現(xiàn)貨子系統(tǒng)雙活運行示意圖Fig.6 Schematic diagram of dual-active operation for electricity spot market subsystem

4 關(guān)鍵技術(shù)

4.1 多元主體參與下的現(xiàn)貨市場聯(lián)合出清算法

現(xiàn)貨市場出清算法是現(xiàn)貨子系統(tǒng)的核心，對其計算效率、準確性、適應性要求極高。隨著可調(diào)負荷、負荷聚合商、電動汽車、儲能等新型多元主體參與市場，備用、調(diào)頻與電能量市場聯(lián)合運行，需要深入分析上述多元主體運行特性，加入多種類型的優(yōu)化計算約束條件，構(gòu)建以綜合供電成本最小或社會福利最大化的優(yōu)化目標函數(shù)。針對大規(guī)模優(yōu)化變量下市場出清計算效率問題，采用機組啟動預判、無效約束篩選、優(yōu)化時段歸并等模型降維策略來縮小優(yōu)化計算的解空間，提升效率。利用交直流迭代技術(shù)實現(xiàn)安全與效率雙重考慮，在優(yōu)化出清算法內(nèi)采用基于靈敏度信息的直流潮流計算縮短求解時間，在外部通過交流潮流計算來校驗結(jié)果是否符合電網(wǎng)安全運行要求［21］。

4.2 全過程數(shù)據(jù)安全防護技術(shù)

針對現(xiàn)貨市場報價類敏感數(shù)據(jù)，在申報終端采用數(shù)字證書、生物識別等多因子認證技術(shù)，保障申報人員身份真實可靠，使用基于非對稱的國家商用密碼技術(shù)，對用戶申報數(shù)據(jù)等敏感信息進行加密傳輸和存儲，通過數(shù)字證書簽名、電子簽章等技術(shù)對申報數(shù)據(jù)進行簽名，保障數(shù)據(jù)完整性和交易抗抵賴性。在現(xiàn)貨子系統(tǒng)與交易中心等機構(gòu)的業(yè)務數(shù)據(jù)交互過程中，通過密鑰協(xié)商機制生成會話密鑰來構(gòu)建加密數(shù)據(jù)傳輸通道，通過數(shù)字簽名保證數(shù)據(jù)完整性及抗抵賴性，采用專用安全硬件（如加密機）保障密鑰存儲的安全性。構(gòu)建市場數(shù)據(jù)區(qū)塊鏈，把各類關(guān)鍵數(shù)據(jù)進行篩選、處理和上鏈加密存儲，利用智能合約對鏈上數(shù)據(jù)進行校驗和分析，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的分布式存儲、防篡改、可溯源。

4.3 市場全景監(jiān)測與風險評估分析技術(shù)

電力現(xiàn)貨市場交易頻度高、交易品種多、交易體系復雜以及與電網(wǎng)運行關(guān)系緊密等特征增大了市場運行風險，基于電力現(xiàn)貨市場運行所產(chǎn)生的海量運營數(shù)據(jù)，利用大數(shù)據(jù)處理、分析和動態(tài)感知技術(shù)對電力市場運行情況進行全景監(jiān)測與風險評估。針對市場運營過程中的市場力、價格異常等風險，從市場結(jié)構(gòu)、市場供需關(guān)系、市場主體地位、市場參與者行為等方面入手，構(gòu)建電力市場運行風險量化特征體系，形成市場運行風險模式庫。利用數(shù)據(jù)挖掘、機器學習等技術(shù)手段，搭建電力市場運行風險智能識別神經(jīng)網(wǎng)絡，從“事前”“事中”“事后”等多個維度，智能感知異常市場行為，并給出客觀、直觀的風險評估結(jié)果。

4.4 基于人工智能的市場模擬仿真技術(shù)

在現(xiàn)貨市場正式運行之前，一般會依據(jù)市場規(guī)則建立一套模擬仿真計算環(huán)境，在不同電網(wǎng)架構(gòu)、不同供需形式、不同運行方式、不同市場主體參與等條件下模擬推演市場運行，基于計算結(jié)果來分析市場規(guī)則的合理性。市場模擬仿真包括電網(wǎng)模型仿真、市場模型仿真、市場報價仿真、市場運行仿真等，實現(xiàn)對物理電網(wǎng)、市場成員、報價、出清、結(jié)算、分析等全業(yè)務仿真，通過靈活便捷的模擬仿真場景設置支持多市場模式、多交易品種、多交易時序運營仿真，既要能準確基于當前市場開展市場預測、推演，更要仿真預設未來市場要求。其中，市場報價仿真具有非線性、不確定性、復雜性的特點，受運行成本、市場供需、經(jīng)營策略、主體知識水平、經(jīng)濟環(huán)境等多因素影響，借助人工智能強化學習框架能夠有效解決電力市場下復雜博弈問題［22］，通過多智能體深度強化學習算法實現(xiàn)自主決策優(yōu)化下的報價仿真，進而促進人工智能從淺層特征分析發(fā)展至深度邏輯分析，從環(huán)境感知發(fā)展至自主認知與行為決策，從電力系統(tǒng)業(yè)務輔助決策發(fā)展至核心業(yè)務決策。

4.5 雙活系統(tǒng)數(shù)據(jù)同步技術(shù)

雙活系統(tǒng)間通過統(tǒng)一數(shù)據(jù)同步服務完成商用庫、實時庫、消息、文件的高可靠、高吞吐量、低延遲的雙向同步，配合同步優(yōu)先級和同步時效性管理功能，實現(xiàn)雙活系統(tǒng)間數(shù)據(jù)的最終一致性。其中，商用庫同步主要通過2 項技術(shù)實現(xiàn):基于包含詢問、預提交以及正式提交階段提交協(xié)議實現(xiàn)的一致性技術(shù)，以及基于平臺歸檔文件的數(shù)據(jù)提交實現(xiàn)的主從異步復制技術(shù)；實時庫同步通過由應用觸發(fā)的階段數(shù)據(jù)同步技術(shù)和基于數(shù)據(jù)緩存的同步數(shù)據(jù)重傳技術(shù)達到雙活系統(tǒng)間實時庫的一致性同步；消息代理轉(zhuǎn)發(fā)技術(shù)通過消息緩存機制實現(xiàn)雙活系統(tǒng)間的消息同步功能；雙活系統(tǒng)間的文件同步采用增量同步技術(shù)確保系統(tǒng)間文件數(shù)據(jù)的一致性。另外，雙活系統(tǒng)間還提供多副本管理技術(shù)，用以冗余存儲請求數(shù)據(jù)，確保雙活系統(tǒng)之間通信故障時的數(shù)據(jù)一致性；同時通過服務代理降低系統(tǒng)間同步的耦合度，提高同步數(shù)據(jù)發(fā)送吞吐量，降低同步延遲。

5 建設成效分析

中國山東、山西、浙江、福建、甘肅、四川等8 個試點地區(qū)率先建成了省級電力現(xiàn)貨市場技術(shù)支持系統(tǒng)，并開展一系列調(diào)電與結(jié)算試運行，驗證了電力現(xiàn)貨市場規(guī)則和系統(tǒng)對電力現(xiàn)貨市場長周期運行的適應性。

在國家電網(wǎng)有限公司經(jīng)營范圍內(nèi)的6 家試點單位結(jié)算試運行中，總體上市場平穩(wěn)可靠，電網(wǎng)安全穩(wěn)定，均未出現(xiàn)系統(tǒng)宕機等影響市場連續(xù)運營的嚴重問題。由于各省獨立建設，市場規(guī)則、系統(tǒng)運行環(huán)境各不相同，性能指標也不相同，本文以國家電網(wǎng)有限公司經(jīng)營范圍內(nèi)最低性能進行統(tǒng)計。

1）系統(tǒng)設計用戶規(guī)模不小于5 萬，包括電廠數(shù)量不小于200個，售電公司數(shù)量不小于500個，220 kV電力用戶數(shù)不小于100 個，110 kV 電力用戶數(shù)不小于350 個，35 kV 電力用戶數(shù)不小于1 200 個?？扇菁{在線用戶數(shù)不小于2.5 萬，并發(fā)訪問操作不小于2 000 個。

2）設計出清計算模型最大機組數(shù)不小于1 000 臺，最大母線負荷節(jié)點數(shù)不小于2 000 個，最大線路數(shù)不小于5 000 條。

3）滿足性能指標要求:在1 000 臺發(fā)電機組，2 000 個負荷節(jié)點，5 000 條網(wǎng)絡支路的電網(wǎng)規(guī)模下，日前市場出清計算時間不大于30 min，16 時段日內(nèi)滾動計算時間不大于10 min，實時市場8 時段出清計算時間不大于3 min。界面響應時間不大于2 s。

4）與全國統(tǒng)一交易平臺、財務系統(tǒng)等多個系統(tǒng)交互正常，接口數(shù)據(jù)及時可靠，為市場分析存儲了大量基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。以某省為例，在試運行期間歷史庫存儲數(shù)據(jù)100 GB，交互文件88 GB，優(yōu)化潮流計算過程數(shù)據(jù)文件130 GB，為電力市場分析評價和市場監(jiān)管奠定了良好基礎(chǔ)。

6 結(jié)語

2020 年電力現(xiàn)貨市場建設已進入關(guān)鍵時期，本文提出了基于調(diào)度自動化系統(tǒng)建設適用省級電力現(xiàn)貨市場運營的技術(shù)支持系統(tǒng)技術(shù)架構(gòu)，從建設需求、建設思路、建設目標、技術(shù)方案等方面進行探討，并通過試點省份運行情況，驗證了方案的可行性。未來將在省間電力現(xiàn)貨子系統(tǒng)、省間/省級市場系統(tǒng)交互，以及根據(jù)各省電網(wǎng)運行特點細化功能等幾個方面進一步開展研究。