于壯狀，周鵬程，曾 鳴

（1.華北電力大學(xué)經(jīng)濟(jì)與管理學(xué)院，北京 102206；2.南方電網(wǎng)物資有限公司，廣東 廣州 510620）

0 引言

電力現(xiàn)貨市場(chǎng)作為連接電力中長(zhǎng)期交易與實(shí)時(shí)運(yùn)行的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，能有效發(fā)現(xiàn)電力商品價(jià)格，為電力短期供需平衡提供市場(chǎng)化手段。因而現(xiàn)貨市場(chǎng)交易機(jī)制設(shè)計(jì)和市場(chǎng)建設(shè)是一項(xiàng)復(fù)雜的系統(tǒng)工程［1-3］。隨著新一輪電力體制改革進(jìn)入深水區(qū)和攻堅(jiān)期，我國(guó)電力現(xiàn)貨市場(chǎng)建設(shè)取得階段性成果。2020 年，山東、新疆、安徽等省份相繼印發(fā)電力現(xiàn)貨市場(chǎng)建設(shè)方案，國(guó)內(nèi)開(kāi)展電力現(xiàn)貨交易的省份進(jìn)一步擴(kuò)大，我國(guó)現(xiàn)貨市場(chǎng)的全面鋪開(kāi)，已成為構(gòu)建全國(guó)統(tǒng)一電力市場(chǎng)的重點(diǎn)。

然而，當(dāng)前我國(guó)電力現(xiàn)貨市場(chǎng)正處于發(fā)展初期，對(duì)市場(chǎng)交易機(jī)制的評(píng)價(jià)研究大多側(cè)重于對(duì)其必要性和可行性的分析。此外，在電力體制改革背景下，電價(jià)波動(dòng)、區(qū)域電力市場(chǎng)交易頻繁等因素進(jìn)一步增加系統(tǒng)運(yùn)行的不確定性，要求電力現(xiàn)貨市場(chǎng)交易機(jī)制具備一定的風(fēng)險(xiǎn)抵御能力；另一方面，與中長(zhǎng)期市場(chǎng)對(duì)系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行的保障作用相比，現(xiàn)貨市場(chǎng)安全保障作用相對(duì)有限，在設(shè)計(jì)市場(chǎng)交易機(jī)制時(shí)應(yīng)注重推動(dòng)安全、高效的電力市場(chǎng)發(fā)展作用。

鑒于此，針對(duì)區(qū)域電力現(xiàn)貨市場(chǎng)交易機(jī)制評(píng)價(jià)方法展開(kāi)研究。梳理歸納影響現(xiàn)貨市場(chǎng)交易機(jī)制設(shè)計(jì)的因素，充分考慮電力現(xiàn)貨市場(chǎng)交易情況、交易機(jī)制的合規(guī)效率性以及交易機(jī)制的效益及福利，構(gòu)建區(qū)域電力現(xiàn)貨市場(chǎng)交易機(jī)制評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，建立了區(qū)域電力市場(chǎng)現(xiàn)貨交易機(jī)制評(píng)價(jià)模型。最后，選取國(guó)內(nèi)若干區(qū)域電力市場(chǎng)交易數(shù)據(jù)進(jìn)行驗(yàn)證分析，為科學(xué)設(shè)計(jì)和有效評(píng)估區(qū)域電力現(xiàn)貨市場(chǎng)交易機(jī)制、完善電力現(xiàn)貨市場(chǎng)建設(shè)、推進(jìn)構(gòu)建全國(guó)統(tǒng)一電力市場(chǎng)提供借鑒。

1 電力現(xiàn)貨市場(chǎng)交易機(jī)制設(shè)計(jì)

1.1 現(xiàn)貨市場(chǎng)模式選擇

區(qū)域電力現(xiàn)貨市場(chǎng)模式的選擇應(yīng)充分考慮區(qū)域內(nèi)市場(chǎng)主體成熟度、電力調(diào)度方式、系統(tǒng)阻塞程度、調(diào)峰資源情況以及與跨省跨區(qū)市場(chǎng)之間的銜接等因素［4］?？紤]到我國(guó)多數(shù)區(qū)域電力現(xiàn)貨市場(chǎng)主體的成熟度較低、現(xiàn)階段調(diào)度方式為統(tǒng)一調(diào)度和系統(tǒng)阻塞嚴(yán)重等原因，在區(qū)域電力現(xiàn)貨市場(chǎng)建設(shè)初期可選擇集中式市場(chǎng)，減小市場(chǎng)建設(shè)對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行的影響。區(qū)域電力現(xiàn)貨市場(chǎng)交易框架如圖1所示。

圖1 電力現(xiàn)貨市場(chǎng)交易框架

典型的電力現(xiàn)貨市場(chǎng)主要包括日前市場(chǎng)、日內(nèi)市場(chǎng)等，由發(fā)電企業(yè)、電網(wǎng)企業(yè)、電力用戶、交易機(jī)構(gòu)、調(diào)度機(jī)構(gòu)等市場(chǎng)主體組成。發(fā)電企業(yè)和電力用戶根據(jù)交易機(jī)構(gòu)的計(jì)劃下達(dá)情況開(kāi)展組織申報(bào)，電力用戶進(jìn)行用電需求與報(bào)價(jià)，市場(chǎng)完成跨區(qū)域安全校核并組織集中出清，形成日前、日內(nèi)計(jì)劃。

1.2 現(xiàn)貨市場(chǎng)定價(jià)機(jī)制設(shè)計(jì)

區(qū)域電力現(xiàn)貨市場(chǎng)定價(jià)機(jī)制的設(shè)計(jì)與區(qū)域內(nèi)市場(chǎng)主體成熟度、系統(tǒng)阻塞程度以及社會(huì)公平性等緊密相關(guān)［5］。在電力現(xiàn)貨市場(chǎng)環(huán)境下，電價(jià)采用隨時(shí)間變化的實(shí)時(shí)電價(jià)，并且根據(jù)阻塞程度的不同，可形成不同的電力現(xiàn)貨市場(chǎng)定價(jià)機(jī)制。考慮到區(qū)域電力現(xiàn)貨市場(chǎng)的延續(xù)性和節(jié)點(diǎn)電價(jià)的優(yōu)越性，對(duì)于采用區(qū)域電價(jià)的地區(qū)，在市場(chǎng)建設(shè)初期可選擇節(jié)點(diǎn)電價(jià)模型。

1.3 現(xiàn)貨市場(chǎng)報(bào)價(jià)方式選擇

區(qū)域電力現(xiàn)貨市場(chǎng)報(bào)價(jià)方式的選擇與區(qū)域內(nèi)市場(chǎng)主體成熟度和參與市場(chǎng)能力緊密相關(guān)［6］。若用戶了解自身用電行為，有能力參與現(xiàn)貨報(bào)價(jià)，則可以采用雙邊報(bào)價(jià)，反之則采用單邊報(bào)價(jià)?？紤]現(xiàn)階段我國(guó)電力現(xiàn)貨市場(chǎng)建設(shè)情況，單邊報(bào)價(jià)可能更適用初期的區(qū)域電力現(xiàn)貨市場(chǎng)建設(shè)；但從長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看，雙邊報(bào)價(jià)則更符合電力現(xiàn)貨市場(chǎng)建設(shè)的目標(biāo)。

1.4 現(xiàn)貨市場(chǎng)出清模型選擇

區(qū)域電力現(xiàn)貨市場(chǎng)可根據(jù)市場(chǎng)主體成熟度和系統(tǒng)電源種類(lèi)等因素確定出清模式［7-8］。為保障系統(tǒng)可靠穩(wěn)定運(yùn)行，在設(shè)計(jì)區(qū)域電力現(xiàn)貨市場(chǎng)特別是日前市場(chǎng)出清時(shí)要考慮系統(tǒng)的物理模型及設(shè)備參數(shù)；對(duì)于不引入日內(nèi)市場(chǎng)的區(qū)域，在日前和實(shí)時(shí)市場(chǎng)間增加滾動(dòng)出清環(huán)節(jié)，重新確定出清結(jié)果。

1.5 與中長(zhǎng)期交易協(xié)調(diào)

新一輪電力體制改革按照“管住中間，放開(kāi)兩頭”的思路，以直接交易作為電力市場(chǎng)改革的切入點(diǎn)開(kāi)展電力中長(zhǎng)期交易［9-10］。然而，目前我國(guó)中長(zhǎng)期交易主要是電量合約，如何協(xié)調(diào)直接交易與現(xiàn)貨市場(chǎng)交易之間的電量，是電力現(xiàn)貨市場(chǎng)建設(shè)的重點(diǎn)。

2 區(qū)域電力現(xiàn)貨市場(chǎng)交易機(jī)制評(píng)價(jià)體系

2.1 電力現(xiàn)貨市場(chǎng)交易情況

1）交易規(guī)模同比增長(zhǎng)。

區(qū)域電力現(xiàn)貨市場(chǎng)的交易規(guī)模，可能受到市場(chǎng)規(guī)則、交易成本等多種因素的影響。選取交易規(guī)模同比增長(zhǎng)率作為衡量區(qū)域電力現(xiàn)貨市場(chǎng)的交易規(guī)模的指標(biāo)，計(jì)算方法如式（1）所示。

2）平均電價(jià)同比增長(zhǎng)。

選取平均電價(jià)同比增長(zhǎng)率作為衡量區(qū)域電力現(xiàn)貨交易平均電價(jià)同比增長(zhǎng)情況的指標(biāo)，反映了在以日前、日內(nèi)和實(shí)時(shí)為時(shí)間跨度的區(qū)域電力現(xiàn)貨市場(chǎng)中，市場(chǎng)交易的成交價(jià)格波動(dòng)水平。計(jì)算方法如式（2）所示。

3）電力現(xiàn)貨交易供需比。

該指標(biāo)反映了區(qū)域電力市場(chǎng)中現(xiàn)貨交易電量的供需平衡情況，計(jì)算方法如式（3）所示。

2.2 交易機(jī)制的合規(guī)效率性

1）合同違約率。

購(gòu)售電合同違約率反映出區(qū)域電力現(xiàn)貨市場(chǎng)交易中市場(chǎng)主體交易合同的違約數(shù)目占合同總數(shù)目的百分比，計(jì)算公式如式（4）所示。

2）邊際電價(jià)差值率。

在區(qū)域電力市場(chǎng)現(xiàn)貨交易中，日前和實(shí)時(shí)市場(chǎng)的系統(tǒng)邊際電價(jià)的差值越小，表明日前市場(chǎng)的發(fā)電計(jì)劃越接近實(shí)時(shí)運(yùn)行的需求，減少了利用日前市場(chǎng)和實(shí)時(shí)市場(chǎng)的價(jià)格差進(jìn)行套利的可能性。選取系統(tǒng)邊際電價(jià)差值率指標(biāo)來(lái)衡量交易機(jī)制的合規(guī)效率性，計(jì)算公式如式（5）所示。式中：為區(qū)域電力市場(chǎng)現(xiàn)貨交易中系統(tǒng)邊際電價(jià)差值率；為日前市場(chǎng)的系統(tǒng)邊際電價(jià)；為實(shí)時(shí)市場(chǎng)的系統(tǒng)邊際電價(jià)。

3）市場(chǎng)交易結(jié)算率。

市場(chǎng)交易結(jié)算率反映了區(qū)域電力現(xiàn)貨市場(chǎng)交易的結(jié)算完成情況，計(jì)算公式如式（6）所示。

2.3 交易機(jī)制的效益及福利

1）清潔能源配額同比增長(zhǎng)率。

清潔能源配額同比增值率表示在區(qū)域電力現(xiàn)貨市場(chǎng)中，當(dāng)期交易的清潔能源總量配額與上一期交易的清潔能源總量配額之比，計(jì)算公式如式（7）所示。

2）阻塞收入管理盈余。

阻塞收入管理盈余是指電力用戶支付的阻塞費(fèi)用與支付給發(fā)電廠的阻塞費(fèi)用的差值，反映了區(qū)域電力現(xiàn)貨市場(chǎng)交易中進(jìn)行阻塞管理的有效性［11］，計(jì)算公式如式（8）所示。

3）系統(tǒng)備用裕度率。

備用裕度率是指電力系統(tǒng)尖峰時(shí)段的現(xiàn)貨市場(chǎng)出清備用量與尖峰負(fù)荷的比值［12］。從安全性來(lái)看，備用裕度越高，電力系統(tǒng)可靠性越高；從經(jīng)濟(jì)性來(lái)看，系統(tǒng)備用裕度率過(guò)高又會(huì)降低市場(chǎng)交易的經(jīng)濟(jì)效益，計(jì)算公式如式（9）所示。

基于上述研究分析，形成區(qū)域電力市場(chǎng)現(xiàn)貨交易機(jī)制評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，如表1所示。

表1 交易機(jī)制評(píng)價(jià)指標(biāo)體系

3 區(qū)域電力市場(chǎng)現(xiàn)貨交易機(jī)制評(píng)價(jià)模型

3.1 指標(biāo)無(wú)量綱化處理

由于區(qū)域電力市場(chǎng)中長(zhǎng)期電力交易機(jī)制評(píng)價(jià)指標(biāo)之間具有不同的量綱單位，為便于比較指標(biāo)之間的比較和計(jì)算，應(yīng)消除評(píng)價(jià)指標(biāo)的量級(jí)差異，需要對(duì)指標(biāo)元素進(jìn)行無(wú)量綱化處理，使所有指標(biāo)處于同一數(shù)量級(jí)。為此，選擇非線性無(wú)量綱化處理模型。

1）效益型指標(biāo)。

效益型指標(biāo)是指區(qū)域電力現(xiàn)貨市場(chǎng)交易機(jī)制評(píng)指標(biāo)的數(shù)值越高（或越大）越好，計(jì)算方式如式（10）所示。

2）成本型指標(biāo)。

成本型指標(biāo)是指區(qū)域電力現(xiàn)貨市場(chǎng)交易機(jī)制評(píng)指標(biāo)的數(shù)值越低（或越小）越好，計(jì)算方式如式（11）所示。

3.2 賦權(quán)優(yōu)化模型

屬性層次模型法（Attribute Hierarchy Model，AHM）是基于球賽模型的決策方法。相比于AHP 法而言，AHM 只需要進(jìn)行相對(duì)屬性測(cè)度和構(gòu)造屬性判斷矩陣，不需要進(jìn)行一致性檢驗(yàn)，可避免大量計(jì)算，使主觀決策更加合理有效［13］。

1）建立屬性遞階層次結(jié)構(gòu)。

明確區(qū)域電力現(xiàn)貨市場(chǎng)交易機(jī)制評(píng)價(jià)體系層次結(jié)構(gòu)關(guān)系，基于關(guān)系建立屬性遞階層次結(jié)構(gòu)。

2）構(gòu)造屬性判斷矩陣。

式中：q為區(qū)域電力市場(chǎng)現(xiàn)貨交易機(jī)制評(píng)價(jià)指標(biāo)體系中的指標(biāo)個(gè)數(shù)；p為被評(píng)價(jià)對(duì)象數(shù)量。

屬性判斷矩陣Ni，j如式（13）所示。

由于Ni,j難以求出，可通過(guò)AHP 法的判斷矩陣，通過(guò)式（14）轉(zhuǎn)換為Ni，j。

3）計(jì)算指標(biāo)權(quán)重值。

3.3 灰色關(guān)聯(lián)TOPSIS交易機(jī)制評(píng)價(jià)模型

利用灰色關(guān)聯(lián)度對(duì)逼近理想解排序法（Technique for Order Preference by Similarity to an Ideal Solution，TOPSIS）模型進(jìn)行改進(jìn)，使其更準(zhǔn)確地描述交易機(jī)制評(píng)價(jià)各指標(biāo)與理想指標(biāo)之間的貼近程度，從而提升評(píng)價(jià)結(jié)果的合理性［14］。

1）構(gòu)建加權(quán)矩陣。

2）確定正、負(fù)理想解。

3）確定歐氏空間距離。

4）確定灰色關(guān)聯(lián)度。

5）確定接近度。

6）相對(duì)接近度排序。

3.4 評(píng)價(jià)方法應(yīng)用分析

為使區(qū)域電力現(xiàn)貨市場(chǎng)交易機(jī)制評(píng)價(jià)模型能有更直觀的認(rèn)識(shí)和理解，針對(duì)評(píng)價(jià)方法流程應(yīng)用分析如圖2所示。

圖2 評(píng)價(jià)方法應(yīng)用流程

4 評(píng)估效益算例分析

4.1 評(píng)價(jià)指標(biāo)預(yù)處理結(jié)果

選取國(guó)內(nèi)4 個(gè)區(qū)域跨省跨區(qū)電力市場(chǎng)進(jìn)行評(píng)估效益算例分析。區(qū)域電力市場(chǎng)運(yùn)營(yíng)情況如表2所示。

表2 評(píng)價(jià)指標(biāo)預(yù)處理結(jié)果

對(duì)評(píng)價(jià)指標(biāo)進(jìn)行非線性無(wú)量綱化處理，使所有指標(biāo)處于同一數(shù)量級(jí)，統(tǒng)一轉(zhuǎn)化為0～1 之間的無(wú)量綱值，預(yù)處理結(jié)果如表3所示。

表3 評(píng)價(jià)指標(biāo)預(yù)處理結(jié)果

4.2 賦權(quán)優(yōu)化計(jì)算結(jié)果

1）構(gòu)造屬性遞階層次結(jié)構(gòu)。

將區(qū)域電力現(xiàn)貨市場(chǎng)交易機(jī)制評(píng)價(jià)體系分解為不同層次屬性元素，按屬性元素的隸屬關(guān)系和屬性劃分為目標(biāo)層（即評(píng)價(jià)體系）、準(zhǔn)則層（即電力現(xiàn)貨市場(chǎng)交易情況、交易機(jī)制的合規(guī)效率性等3個(gè)一級(jí)指標(biāo)）和方案層（即交易規(guī)模同比增長(zhǎng)、平均電價(jià)同比增長(zhǎng)等9個(gè)二級(jí)指標(biāo)），構(gòu)造屬性遞階層次結(jié)構(gòu)，如圖3所示。

圖3 屬性遞階層次結(jié)構(gòu)

2）構(gòu)造屬性判斷矩陣。

準(zhǔn)則層相對(duì)于方案層的屬性矩陣為：

3）計(jì)算指標(biāo)權(quán)重。

區(qū)域電力現(xiàn)貨市場(chǎng)交易機(jī)制評(píng)價(jià)體系的指標(biāo)權(quán)重值如表4所示。

表4 評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)值結(jié)果

4.3 交易機(jī)制評(píng)價(jià)模型計(jì)算結(jié)果

1）構(gòu)建加權(quán)矩陣。

對(duì)決策矩陣進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理，用權(quán)重值與標(biāo)準(zhǔn)化矩陣加權(quán)相乘得到加權(quán)矩陣為

2）確定正、負(fù)理想解。

以區(qū)域電力市場(chǎng)1 為例，進(jìn)行算例分析?；诩訖?quán)矩陣確定的正理想解為0.124 9；負(fù)正理想解為0.000 4。

3）求解相對(duì)貼近度。

基于式（20）—式（24）分別求出歐氏空間距離、灰色關(guān)聯(lián)度、接近度和貼近度，并對(duì)相對(duì)貼近度進(jìn)行排序，結(jié)果如表5所示。

表5 交易機(jī)制評(píng)價(jià)結(jié)果匯總

對(duì)相對(duì)貼近度結(jié)果進(jìn)行排序，得出：區(qū)域電力市場(chǎng)3＞區(qū)域電力市場(chǎng)2＞區(qū)域電力市場(chǎng)4＞區(qū)域電力市場(chǎng)1。因此，區(qū)域電力市場(chǎng)3 的現(xiàn)貨市場(chǎng)交易機(jī)制被評(píng)為最“好”或最“優(yōu)”。

5 結(jié)語(yǔ)及展望

基于電力現(xiàn)貨交易機(jī)制設(shè)計(jì)與市場(chǎng)建設(shè)情況，研究了區(qū)域電力現(xiàn)貨市場(chǎng)交易機(jī)制評(píng)價(jià)方法。通過(guò)構(gòu)建區(qū)域電力現(xiàn)貨市場(chǎng)交易機(jī)制評(píng)價(jià)指標(biāo)體系和交易機(jī)制評(píng)價(jià)模型，科學(xué)、有效地評(píng)估出了現(xiàn)貨市場(chǎng)運(yùn)行及交易機(jī)制的優(yōu)劣程度，為下階段我國(guó)完善電力現(xiàn)貨市場(chǎng)建設(shè)、構(gòu)建全國(guó)統(tǒng)一電力市場(chǎng)建設(shè)提供借鑒和理論支撐。

未來(lái)，在構(gòu)建全國(guó)統(tǒng)一電力市場(chǎng)的大背景下，在電力現(xiàn)貨市場(chǎng)建設(shè)中，可將需求側(cè)響應(yīng)、電供熱、充電樁、儲(chǔ)能等新的市場(chǎng)主體納入競(jìng)爭(zhēng)機(jī)制，構(gòu)建與中長(zhǎng)期交易高效協(xié)調(diào)的現(xiàn)貨市場(chǎng)交易機(jī)制，實(shí)現(xiàn)發(fā)用電側(cè)的雙向競(jìng)爭(zhēng)參與，促進(jìn)電力現(xiàn)貨市場(chǎng)在更大范圍的資源優(yōu)化配置。