羅曼璐LUO Man-lu

（河海大學(xué)教務(wù)處，南京 211100；河海大學(xué)能源與電氣學(xué)院，南京 211100）

0 引言

電力市場(chǎng)的健康、有效運(yùn)行，關(guān)系到國(guó)民經(jīng)濟(jì)的命脈及人民的福祉。優(yōu)化我國(guó)電力市場(chǎng)模式，對(duì)我國(guó)建成一個(gè)能夠成熟運(yùn)行的電力現(xiàn)貨市場(chǎng)，具有重要的理論及現(xiàn)實(shí)意義。

為打破電力市場(chǎng)的空間交易壁壘，實(shí)現(xiàn)電力資源大范圍優(yōu)化配置，建設(shè)統(tǒng)一的電力市場(chǎng)，歐洲在進(jìn)行大范圍資源優(yōu)化配置方面已有較多可行性經(jīng)驗(yàn)。目前，PCR項(xiàng)目已構(gòu)建了以名Euphemia為核心的統(tǒng)一協(xié)調(diào)聯(lián)合優(yōu)化出清算法[1]。使用Euphemia算法計(jì)算歐洲整個(gè)統(tǒng)一市場(chǎng)的電能交易情況，可使整體福利最大化，同時(shí)提高了電力交易的透明度。我國(guó)的現(xiàn)貨市場(chǎng)目前仍停留在對(duì)國(guó)外經(jīng)驗(yàn)的梳理分析[2-6]，尚未建立起適用于國(guó)內(nèi)市場(chǎng)的模型或算法。此外，中國(guó)的能源資源與負(fù)荷中心逆向分布的現(xiàn)狀，以及各地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平的較大差異導(dǎo)致負(fù)荷分布不均；近年來(lái)，遠(yuǎn)離負(fù)荷中心的新能源的集中快速開(kāi)發(fā)更加劇了能源供需的逆向分布。這樣的大環(huán)境與歐洲多個(gè)國(guó)家非常類(lèi)似[7-9]，因此歐洲的電力市場(chǎng)建設(shè)經(jīng)驗(yàn)對(duì)中國(guó)有較強(qiáng)的借鑒意義。

文章基于Euphemia算法，根據(jù)我國(guó)實(shí)情，從電力庫(kù)的建立、投標(biāo)區(qū)的劃分以及我國(guó)統(tǒng)一市場(chǎng)的出清流程等方面試圖構(gòu)建適用于我國(guó)的統(tǒng)一市場(chǎng)模式；從報(bào)價(jià)方式、目標(biāo)函數(shù)和約束條件3方面嘗試建立適用于我國(guó)省間電力市場(chǎng)統(tǒng)一聯(lián)合優(yōu)化出清模型。文章可為打破我國(guó)當(dāng)前省間電力市場(chǎng)交易壁壘，建成一個(gè)可以成熟運(yùn)行的電力現(xiàn)貨市場(chǎng)提供參考。

1 Euphemia算法流程簡(jiǎn)介

為了落實(shí)統(tǒng)一聯(lián)合優(yōu)化出清模型，解決日前歐洲市場(chǎng)耦合問(wèn)題，歐洲構(gòu)建了名為Euphemia的統(tǒng)一電價(jià)聯(lián)合出清算法。Euphemia算法對(duì)第二天所有時(shí)間段的電力供給和需求進(jìn)行能量匹配，同時(shí)還要考慮到市場(chǎng)和網(wǎng)絡(luò)的約束。Euphemia算法的主要目的是為了收益最大化，即日前市場(chǎng)的競(jìng)拍表達(dá)為消費(fèi)者剩余和生產(chǎn)者剩余的函數(shù)。Euphemia算法運(yùn)行了一種基于市場(chǎng)耦合模型的聯(lián)合優(yōu)化過(guò)程。該算法旨在解決主問(wèn)題社會(huì)福利最大化問(wèn)題和三個(gè)相互關(guān)聯(lián)的子問(wèn)題，分別是定價(jià)子問(wèn)題、PUN尋找子問(wèn)題和電量不確定子問(wèn)題（圖1）。

圖1 Euphemia算法結(jié)構(gòu)

2 我國(guó)的統(tǒng)一市場(chǎng)聯(lián)合優(yōu)化出清模型構(gòu)建

2.1 我國(guó)的統(tǒng)一電力市場(chǎng)模式構(gòu)建

2.1.1 電力庫(kù)的建立

電力庫(kù)的交易方式能夠最大化的發(fā)揮市場(chǎng)和競(jìng)爭(zhēng)的作用，突出電力的商品屬性。在電力庫(kù)模式下，為確保競(jìng)爭(zhēng)的公平性，以發(fā)用電兩側(cè)為主的市場(chǎng)參與者，均為匿名的方式同時(shí)向電力庫(kù)申報(bào)訂單，電力庫(kù)是市場(chǎng)參與者的唯一接觸者（圖2）。

圖2 發(fā)用電側(cè)與電力庫(kù)的關(guān)系

2.1.2 投標(biāo)區(qū)的劃分

投標(biāo)區(qū)的劃分對(duì)整個(gè)統(tǒng)一市場(chǎng)影響深遠(yuǎn)。本文依據(jù)歐洲PCR項(xiàng)目，在全國(guó)范圍內(nèi)，遵循來(lái)自同一投標(biāo)區(qū)的各訂單被視為來(lái)自同一市場(chǎng)成員；投標(biāo)區(qū)內(nèi)部無(wú)輸電阻塞或忽略不計(jì)；一個(gè)投標(biāo)區(qū)同一時(shí)間段內(nèi)只能有一個(gè)出清價(jià)格；各投標(biāo)區(qū)之間的聯(lián)絡(luò)線可用輸電容量已知[10-11]的原則，以省為單位對(duì)我國(guó)統(tǒng)一電力市場(chǎng)進(jìn)行投標(biāo)區(qū)劃分（圖3）。

圖3 我國(guó)統(tǒng)一電力市場(chǎng)投標(biāo)區(qū)劃

2.1.3 我國(guó)統(tǒng)一市場(chǎng)出清流程

我國(guó)統(tǒng)一市場(chǎng)出清即為日前市場(chǎng)的耦合，具體流程如下：①省屬電力機(jī)構(gòu)整理轄區(qū)內(nèi)次日負(fù)荷所需電量形成需求側(cè)報(bào)價(jià)訂單，匯總各發(fā)電企業(yè)所提交的供給側(cè)報(bào)價(jià)訂單；②省屬電力機(jī)構(gòu)將匯總好的報(bào)價(jià)一次性全部提交給電力庫(kù)；③電力庫(kù)匯總各省的所有報(bào)價(jià)訂單，一次性運(yùn)行出清程序，得到出清結(jié)果，即所有報(bào)價(jià)的中標(biāo)情況，并將所有中標(biāo)情況返回給各省；④各省公司按照電力庫(kù)所返回的出清結(jié)果進(jìn)行交易，安排發(fā)用電調(diào)度以及省內(nèi)的再調(diào)度事宜。

2.2 我國(guó)的統(tǒng)一電力市場(chǎng)聯(lián)合優(yōu)化出清模型

2.2.1 報(bào)價(jià)方式

文章基于歐洲較為復(fù)雜的報(bào)價(jià)方式，選取普通小時(shí)報(bào)價(jià)、塊報(bào)價(jià)和靈活小時(shí)報(bào)價(jià)（表1）。文章建立的全國(guó)統(tǒng)一市場(chǎng)模型時(shí)間顆粒度為1小時(shí)，即各報(bào)價(jià)的基本時(shí)間單位為1小時(shí)。

表1 我國(guó)統(tǒng)一電力市場(chǎng)報(bào)價(jià)方式

2.2.2 目標(biāo)函數(shù)

2.2.2.1 競(jìng)價(jià)模式的目標(biāo)函數(shù)原則

根據(jù)市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)原則，商品交易的目標(biāo)是最大化社會(huì)福利。電能競(jìng)價(jià)的目標(biāo)函數(shù)選用為：

式中，BD表示用戶(hù)使用電能的收益；CG表示從發(fā)電商處獲取電能的成本。在電價(jià)結(jié)算方面，存在按邊際電價(jià)統(tǒng)一結(jié)算和按各機(jī)組實(shí)際報(bào)價(jià)結(jié)算兩種方式：

式（2）-（4）中，F(xiàn)M表示按邊際電價(jià)統(tǒng)一結(jié)算下的購(gòu)電費(fèi)用；T為交易周期的時(shí)段數(shù)；Pi（t）為第i個(gè)發(fā)電機(jī)組（或發(fā)電廠、發(fā)電公司）在t時(shí)間段的中標(biāo)電量，當(dāng)t以小時(shí)表示時(shí)，Pi（t）即機(jī)組出力；i為機(jī)組序號(hào)，N為機(jī)組總數(shù)；πSMP為系統(tǒng)邊際電價(jià)πi[Pi（t）]表示機(jī)組i出力為Pi時(shí)的報(bào)價(jià)，F(xiàn)B表示按各機(jī)組實(shí)際報(bào)價(jià)結(jié)算的購(gòu)電費(fèi)用。

2.2.2.2 我國(guó)統(tǒng)一市場(chǎng)的目標(biāo)函數(shù)

考慮到我國(guó)統(tǒng)一市場(chǎng)的目標(biāo)函數(shù)的實(shí)際可行性，本模型參考?xì)W洲PCR項(xiàng)目，其需求側(cè)報(bào)價(jià)選擇普通小時(shí)報(bào)價(jià)，發(fā)電側(cè)報(bào)價(jià)選?。浩胀ㄐr(shí)報(bào)價(jià)、塊報(bào)價(jià)和靈活小時(shí)報(bào)價(jià)。因此，社會(huì)福利最大化可表示為：

式中，wtot為目標(biāo)社會(huì)福利，優(yōu)化問(wèn)題即求wtot的最大值，udem為負(fù)荷側(cè)總價(jià)值，csup為供電側(cè)普通小時(shí)報(bào)價(jià)總價(jià)值，cbo為供電側(cè)塊報(bào)價(jià)總價(jià)值，cfho為供電側(cè)靈活小時(shí)報(bào)價(jià)總價(jià)值。其中，udem、csup、cbo、cfho分別表示如下：

2.2.2.3 我國(guó)統(tǒng)一市場(chǎng)出清模型的約束條件

在我國(guó)電網(wǎng)實(shí)際運(yùn)行中，線路上的爬坡速度往往調(diào)整都非常迅速，且1小時(shí)的時(shí)間顆粒度，相對(duì)爬坡速度來(lái)說(shuō)裕量充分。因此，本模型將我國(guó)電力市場(chǎng)出清模型的約束歸為訂單帶來(lái)的約束、電力平衡約束以及傳輸通道的容量約束，未采用歐洲統(tǒng)一聯(lián)合優(yōu)化出清模型中對(duì)爬坡率的約束。具體約束分述為：

式（10）-（12）為訂單帶來(lái)的約束。其中t為將一天24小時(shí)分割成的時(shí)間段，在我國(guó)統(tǒng)一市場(chǎng)模型中，時(shí)間的顆粒度為1小時(shí)，式（10）與（11）分別約束了發(fā)電側(cè)和負(fù)荷側(cè)的中標(biāo)率≤1；（12）式約束了靈活小時(shí)報(bào)價(jià)的總中標(biāo)率≤1，靈活小時(shí)報(bào)價(jià)的中標(biāo)時(shí)間段服從出清系統(tǒng)分配，但各中標(biāo)時(shí)間的中標(biāo)率總和≤1，即同一靈活小時(shí)訂單不能重復(fù)中標(biāo)。塊報(bào)價(jià)和靈活小時(shí)報(bào)價(jià)的中標(biāo)率和，依然為0或1。

3 結(jié)論

文章通過(guò)借鑒歐洲PCR項(xiàng)目的成功經(jīng)驗(yàn)，根據(jù)我國(guó)實(shí)情，打破省間交易壁壘，以電力市場(chǎng)社會(huì)福利最大化為目標(biāo)，首先從電力庫(kù)的建立、投標(biāo)區(qū)的劃分、以及我國(guó)統(tǒng)一市場(chǎng)出清流程等方面的設(shè)計(jì)，闡述了我國(guó)的統(tǒng)一電力市場(chǎng)模式構(gòu)建；其次，通過(guò)報(bào)價(jià)方式、目標(biāo)函數(shù)以及約束條件的具體分析，成功構(gòu)建了適用于我國(guó)的統(tǒng)一電力市場(chǎng)聯(lián)合優(yōu)化出清模型。文章可為我國(guó)建成可成熟運(yùn)行的電力現(xiàn)貨市場(chǎng)提供理論參考。