楊爭(zhēng)林，曾 丹，馮樹(shù)海，鄭亞先，馮 凱，邵 平

（1. 中國(guó)電力科學(xué)研究院有限公司（南京）,江蘇省南京市 210003；2. 電力市場(chǎng)運(yùn)營(yíng)技術(shù)實(shí)驗(yàn)室,江蘇省南京市 210003）

0 引言

電力市場(chǎng)運(yùn)營(yíng)與電力系統(tǒng)發(fā)電、輸電、用電等環(huán)節(jié)密切相關(guān),并且與調(diào)度運(yùn)行密不可分,對(duì)電網(wǎng)運(yùn)營(yíng)的經(jīng)濟(jì)性與安全性起到重要作用。不同的市場(chǎng)模式設(shè)計(jì)對(duì)于市場(chǎng)運(yùn)營(yíng)的效率和市場(chǎng)中不同利益主體的效益［1］有決定性的影響,往往決定市場(chǎng)設(shè)計(jì)的成敗。因此,電力市場(chǎng)運(yùn)營(yíng)的設(shè)計(jì)者在開(kāi)展市場(chǎng)模式設(shè)計(jì)時(shí),希望通過(guò)具備一定通用性的電力市場(chǎng)全景實(shí)驗(yàn)平臺(tái)來(lái)量化分析、評(píng)估市場(chǎng)設(shè)計(jì)的預(yù)期運(yùn)營(yíng)效果［2］。

從現(xiàn)實(shí)背景來(lái)看,國(guó)內(nèi)外市場(chǎng)處于持續(xù)發(fā)展中。國(guó)外電力市場(chǎng)已初步建立了周期完整、品種齊全的電力市場(chǎng)運(yùn)營(yíng)體系,覆蓋了年度、季度、月度、日前和實(shí)時(shí)等不同時(shí)間尺度,涵蓋了電能、輔助服務(wù)、容量、輸電權(quán)等一系列市場(chǎng)品種聯(lián)合運(yùn)營(yíng)的市場(chǎng)模式［3］。隨著《關(guān)于進(jìn)一步深化電力體制改革的若干意見(jiàn)（中發(fā)〔2015〕9 號(hào)文）》［4］及配套文件的相繼發(fā)布,明確了“緊緊圍繞使市場(chǎng)在資源配置中起決定性作用深化經(jīng)濟(jì)體制改革”,中國(guó)的電力體制改革正一步步深入推進(jìn)。與此同時(shí),中國(guó)電網(wǎng)運(yùn)行形態(tài)也發(fā)生了深刻的變化,電力系統(tǒng)發(fā)電、輸電、用電等環(huán)節(jié)均面臨與競(jìng)爭(zhēng)性市場(chǎng)協(xié)調(diào)耦合運(yùn)行的挑戰(zhàn)［5］。電網(wǎng)安全風(fēng)險(xiǎn)、電力經(jīng)濟(jì)風(fēng)險(xiǎn)、市場(chǎng)中不同利益主體的效益風(fēng)險(xiǎn)劇增,市場(chǎng)模式與規(guī)則設(shè)計(jì)面臨的試錯(cuò)成本風(fēng)險(xiǎn)巨大。

隨著中國(guó)“碳達(dá)峰、碳中和”目標(biāo)的確定,在交直流混聯(lián)的特高壓骨干網(wǎng)架以及強(qiáng)不確定性、隨機(jī)性、波動(dòng)性的新能源高比例接入等電網(wǎng)運(yùn)行新形態(tài)下,一方面,需要高度關(guān)注高比例新能源電力系統(tǒng)的電力平衡問(wèn)題,充分發(fā)揮多元化清潔能源、需求側(cè)資源和傳統(tǒng)能源作用［6］,全方位保障電力平衡；另一方面,需要充分考慮新能源為主體、需求側(cè)參與、靈活調(diào)節(jié)電源等特點(diǎn),加快推進(jìn)適應(yīng)新型電力系統(tǒng)的電力市場(chǎng)建設(shè),完善新能源電力市場(chǎng)交易機(jī)制［7］,統(tǒng)籌解決新能源消納問(wèn)題。電力市場(chǎng)運(yùn)營(yíng)面臨的電網(wǎng)安全風(fēng)險(xiǎn)、市場(chǎng)價(jià)格風(fēng)險(xiǎn)函須在電網(wǎng)、市場(chǎng)、社會(huì)耦合互動(dòng)的電力市場(chǎng)全景實(shí)驗(yàn)平臺(tái)上進(jìn)行分析評(píng)估。

科學(xué)、合理的電力市場(chǎng)實(shí)驗(yàn)推演技術(shù)是未來(lái)電力市場(chǎng)平穩(wěn)發(fā)展的有力保障。為此,本文調(diào)研了國(guó)內(nèi)外電力市場(chǎng)實(shí)驗(yàn)推演技術(shù)的研究進(jìn)展,分析了電力市場(chǎng)實(shí)驗(yàn)推演需求,建立了全景實(shí)驗(yàn)平臺(tái)總體功能框架,探討了“雙碳”目標(biāo)下電力市場(chǎng)實(shí)驗(yàn)?zāi)芰ㄔO(shè)面臨的主要挑戰(zhàn)、涉及的實(shí)驗(yàn)方法理論基礎(chǔ)和函待突破的關(guān)鍵技術(shù)。從全面提升電力市場(chǎng)實(shí)驗(yàn)建設(shè)能力著手,更合理地引導(dǎo)并優(yōu)化適應(yīng)現(xiàn)在和未來(lái)的電力交易規(guī)則設(shè)計(jì),降低電力市場(chǎng)建設(shè)的試錯(cuò)成本。

1 國(guó)內(nèi)外電力市場(chǎng)實(shí)驗(yàn)推演技術(shù)研究進(jìn)展

市場(chǎng)發(fā)展的大環(huán)境對(duì)實(shí)驗(yàn)推演技術(shù)提出了新的要求,國(guó)外電力市場(chǎng)實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Φ玫搅碎L(zhǎng)足發(fā)展。從國(guó)際范圍來(lái)看,國(guó)外電力市場(chǎng)實(shí)驗(yàn)?zāi)芰μ幱诔掷m(xù)發(fā)展中,特別是在近15 年得到了長(zhǎng)足發(fā)展,以美國(guó)阿貢 國(guó) 家 實(shí) 驗(yàn) 室 的 EMCAS［8］、ABB 公 司 的GridView［9］以 及PLEXOS 公 司 的PLEXOS［10］等 為代表,分別建立了國(guó)家級(jí)的實(shí)驗(yàn)環(huán)境和企業(yè)級(jí)的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證平臺(tái)產(chǎn)品,并在傳統(tǒng)仿真技術(shù)的基礎(chǔ)上啟動(dòng)了電力市場(chǎng)實(shí)驗(yàn)技術(shù)的相關(guān)研究,朝著多周期、多市場(chǎng)運(yùn)營(yíng)實(shí)驗(yàn)和高度集成、全景化方向發(fā)展［8-10］。

中國(guó)現(xiàn)有的電力市場(chǎng)實(shí)驗(yàn)?zāi)芰€遠(yuǎn)不能支撐完整體系的電力市場(chǎng)實(shí)驗(yàn)的開(kāi)展,需要迎頭趕上,深入開(kāi)展電力市場(chǎng)實(shí)驗(yàn)推演技術(shù)研究。在電力系統(tǒng)的物理運(yùn)行實(shí)驗(yàn)?zāi)芰ㄔO(shè)方面,中國(guó)起步較早,目前已經(jīng)具備較強(qiáng)的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證能力。但在電力市場(chǎng)環(huán)境下,從經(jīng)濟(jì)運(yùn)營(yíng)與物理運(yùn)行的角度開(kāi)展多周期、多市場(chǎng)品種的電力市場(chǎng)運(yùn)營(yíng)實(shí)驗(yàn)的能力還較為缺乏?！笆晃濉逼陂g,開(kāi)展了電力市場(chǎng)仿真技術(shù)的研究［11-12］,初步構(gòu)建了電力市場(chǎng)仿真系統(tǒng),但從功能上來(lái)看還局限于針對(duì)單一時(shí)間周期、單一市場(chǎng)、單一產(chǎn)品的競(jìng)價(jià)過(guò)程的模擬仿真,難以支撐中國(guó)市場(chǎng)模式推演與驗(yàn)證評(píng)估等市場(chǎng)改革背景下的新需求。

從發(fā)展趨勢(shì)來(lái)看,在全球市場(chǎng)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)發(fā)達(dá)的環(huán)境下,在市場(chǎng)需求和技術(shù)演變的推動(dòng)下,電力市場(chǎng)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證技術(shù)正向更加通用、更加集成、更加開(kāi)放的方向發(fā)展,其主要特征體現(xiàn)在實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的通用性、功能集成性、互動(dòng)性。

2 電力市場(chǎng)實(shí)驗(yàn)推演需求和功能架構(gòu)

2.1 業(yè)務(wù)需求

電力市場(chǎng)運(yùn)營(yíng)是一個(gè)多交易品種并發(fā)、多交易周期并行且相互關(guān)聯(lián)的完整體系。電力市場(chǎng)全景實(shí)驗(yàn)平臺(tái)以電力市場(chǎng)的現(xiàn)實(shí)和未來(lái)發(fā)展的業(yè)務(wù)需求為基礎(chǔ),通過(guò)電力市場(chǎng)實(shí)驗(yàn)推演賦能電網(wǎng)典型應(yīng)用場(chǎng)景,及時(shí)響應(yīng)國(guó)內(nèi)電力市場(chǎng)規(guī)則復(fù)雜變化,并進(jìn)行分析和研究。

全景實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的虛擬化、工具化、可配置、開(kāi)放性、擴(kuò)展性和安全性特征能夠?yàn)殡娏κ袌?chǎng)建設(shè)的業(yè)務(wù)需求提供多方位服務(wù),如圖1 所示。

圖1 全景實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的業(yè)務(wù)需求Fig.1 Service demands of full-scope experiment platform

電力市場(chǎng)運(yùn)營(yíng)技術(shù)實(shí)驗(yàn)室整體功能包括物理模型管理、經(jīng)濟(jì)模型管理、推演場(chǎng)景構(gòu)建、報(bào)價(jià)模擬、模擬推演、評(píng)估分析6 個(gè)功能模塊。各模塊之間相關(guān)獨(dú)立,具備一定的可復(fù)制性。通過(guò)對(duì)電力市場(chǎng)運(yùn)營(yíng)技術(shù)實(shí)驗(yàn)室各功能模塊的功能提升和擴(kuò)展,以支撐電力市場(chǎng)不同區(qū)域、不同階段、不同規(guī)則下的電力市場(chǎng)模式推演與評(píng)估業(yè)務(wù),電力市場(chǎng)軟件驗(yàn)證測(cè)試業(yè)務(wù),科研成果驗(yàn)證與新技術(shù)引進(jìn)業(yè)務(wù)以及電力市場(chǎng)業(yè)務(wù)人員實(shí)務(wù)培訓(xùn)。

2.2 功能架構(gòu)

全景實(shí)驗(yàn)平臺(tái)總體功能框架由電力市場(chǎng)運(yùn)營(yíng)模擬、市場(chǎng)成員行為模擬、電網(wǎng)運(yùn)行模擬3 個(gè)部分組成,如圖2 所示。

圖2 全景實(shí)驗(yàn)平臺(tái)總體功能框架Fig.2 Overall function framework of full-scope experiment platform

電力交易運(yùn)營(yíng)模擬是實(shí)現(xiàn)電力市場(chǎng)組織、出清和結(jié)算的仿真,采用典型的3 層云架構(gòu)設(shè)計(jì),包括基礎(chǔ)設(shè)施服務(wù)、平臺(tái)服務(wù)、應(yīng)用服務(wù),通過(guò)分布式、可伸縮的系統(tǒng)架構(gòu),支撐電力市場(chǎng)實(shí)驗(yàn)環(huán)境的靈活擴(kuò)展。

市場(chǎng)成員行為模擬是實(shí)現(xiàn)市場(chǎng)成員決策行為的演化,采用人工申報(bào)和代理（機(jī)器人）申報(bào)2 種申報(bào)方式。

電網(wǎng)運(yùn)行模擬是以市場(chǎng)出清的發(fā)電量、負(fù)荷中標(biāo)量作為電網(wǎng)調(diào)度運(yùn)行的輸入條件,再結(jié)合運(yùn)行方式實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)調(diào)度和穩(wěn)定運(yùn)行的分析計(jì)算。

電力市場(chǎng)運(yùn)營(yíng)模擬功能架構(gòu)如圖3 所示。底層為數(shù)據(jù)區(qū),包括案例數(shù)據(jù)區(qū)和工作區(qū)。案例數(shù)據(jù)區(qū)為實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)區(qū),為實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證平臺(tái)提供各種模擬場(chǎng)景的數(shù)據(jù)資源。對(duì)于工作區(qū)存儲(chǔ)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)直接訪問(wèn)的數(shù)據(jù)資源,在實(shí)驗(yàn)?zāi)M之前實(shí)驗(yàn)人員須從案例數(shù)據(jù)區(qū)中選擇實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景加載到工作區(qū)。數(shù)據(jù)區(qū)之上是實(shí)驗(yàn)平臺(tái)底層支撐,提供包括權(quán)限、流程、任務(wù)調(diào)度等支撐［13］。模擬控制區(qū)則包括模擬總控管理、智能代理投標(biāo)、模擬數(shù)據(jù)生成、實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景設(shè)置、時(shí)序設(shè)置等。實(shí)驗(yàn)管理區(qū)設(shè)計(jì)有案例管理、學(xué)員管理、實(shí)驗(yàn)推演日志、系統(tǒng)管理等功能。最后為功能區(qū),是實(shí)驗(yàn)?zāi)M開(kāi)發(fā)的具體應(yīng)用,支撐交易運(yùn)營(yíng)模擬的申報(bào)、出清、執(zhí)行、結(jié)算等全部過(guò)程。通過(guò)配置算法庫(kù)技術(shù),支撐中長(zhǎng)期市場(chǎng)、日前實(shí)時(shí)市場(chǎng)的模擬推演。為適應(yīng)相對(duì)靈活的界面輸入和輸出功能,平臺(tái)需要研發(fā)相對(duì)靈活的組態(tài)功能,也可以直接嵌入第三方的工具化軟件。

圖3 電力市場(chǎng)運(yùn)營(yíng)模擬功能架構(gòu)Fig.3 Function architecture of electricity market operation simulation

1）平臺(tái)數(shù)據(jù)區(qū)。為了滿足電力市場(chǎng)運(yùn)營(yíng)推演業(yè)務(wù)的高性能使用需求,推演平臺(tái)在傳統(tǒng)商用數(shù)據(jù)庫(kù)的基礎(chǔ)上引入高性能內(nèi)存數(shù)據(jù)庫(kù),包括Oracle 數(shù)據(jù)庫(kù)、Redis 數(shù)據(jù)庫(kù)、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)（RTDB）,并且支持分布式存儲(chǔ)。從數(shù)據(jù)類型劃分,平臺(tái)數(shù)據(jù)又可劃分為工作數(shù)據(jù)區(qū)、案例數(shù)據(jù)區(qū)和推演環(huán)境樣本數(shù)據(jù)區(qū)。其中,工作數(shù)據(jù)區(qū)使用的數(shù)據(jù)資源包括所模擬市場(chǎng)的物理模型、經(jīng)濟(jì)模型、市場(chǎng)運(yùn)營(yíng)模擬數(shù)據(jù)以及模擬過(guò)程產(chǎn)生的數(shù)據(jù)文件。物理模型管理通過(guò)電力系統(tǒng)分析軟件（BPA）、電力系統(tǒng)公用數(shù)據(jù)模型導(dǎo)入（CIME）實(shí)現(xiàn)模型入庫(kù)和模型校驗(yàn),通過(guò)模型映射管理實(shí)現(xiàn)與經(jīng)濟(jì)模型的銜接匹配。

2）公共服務(wù)區(qū)。實(shí)驗(yàn)平臺(tái)基于服務(wù)總線提供平臺(tái)公共服務(wù),包括公用服務(wù)和應(yīng)用服務(wù)兩大類。其中,公用服務(wù)包括數(shù)據(jù)服務(wù)、圖形組態(tài)服務(wù)、模型服務(wù)、數(shù)據(jù)服務(wù)、時(shí)序控制服務(wù)等。數(shù)據(jù)服務(wù)負(fù)責(zé)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)所有數(shù)據(jù)的存取以及通用數(shù)據(jù)庫(kù)與內(nèi)存數(shù)據(jù)庫(kù)之間的數(shù)據(jù)傳輸和同步。圖形組態(tài)服務(wù)提供豐富的界面控件庫(kù)和響應(yīng)事件類型,可實(shí)現(xiàn)展示界面的自由定制。模型服務(wù)實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)模型數(shù)據(jù)的管理,并為其他業(yè)務(wù)應(yīng)用提供模型數(shù)據(jù)的存取和檢索服務(wù)。時(shí)序控制服務(wù)用于控制市場(chǎng)連續(xù)運(yùn)營(yíng)模擬過(guò)程,包括按照時(shí)間順序控制和基于事件狀態(tài)觸發(fā)控制2 種類型。應(yīng)用服務(wù)包括安全校核服務(wù)、市場(chǎng)出清服務(wù)、機(jī)器投標(biāo)服務(wù)、文件數(shù)據(jù)交互服務(wù)?；诜?wù)的方式部署可以降低客戶端的消耗,所有服務(wù)均基于實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的服務(wù)總線統(tǒng)一管理和調(diào)用。

3）業(yè)務(wù)功能區(qū)。業(yè)務(wù)功能區(qū)包括全球廣域網(wǎng)（Web）應(yīng)用、市場(chǎng)運(yùn)營(yíng)、分析展示、數(shù)據(jù)管理、市場(chǎng)管理等多個(gè)部分。Web 應(yīng)用區(qū)面向各市場(chǎng)成員進(jìn)行數(shù)據(jù)申報(bào)和信息發(fā)布,包括成本申報(bào)、交易競(jìng)價(jià)申報(bào)、交易結(jié)果查詢以及操作日志檢索等。實(shí)驗(yàn)功能區(qū)是面向電力市場(chǎng)模擬實(shí)驗(yàn)而開(kāi)發(fā)的具體功能,涵蓋交易公告發(fā)布、交易申報(bào)、交易出清、電網(wǎng)運(yùn)行、市場(chǎng)結(jié)算等功能。分析展示區(qū)主要用于電力交易運(yùn)營(yíng)模擬實(shí)驗(yàn)的過(guò)程和結(jié)果的展示以及對(duì)于市場(chǎng)運(yùn)營(yíng)結(jié)果、運(yùn)營(yíng)趨勢(shì)的分析統(tǒng)計(jì)等。數(shù)據(jù)管理區(qū)包括模型管理、標(biāo)簽數(shù)據(jù)管理和數(shù)據(jù)交互文件配置等。實(shí)驗(yàn)管理區(qū)包括市場(chǎng)場(chǎng)景創(chuàng)建、模擬時(shí)序配置、機(jī)器投標(biāo)配置、教/學(xué)員管理,主要針對(duì)實(shí)驗(yàn)案例的模擬環(huán)境和模擬過(guò)程進(jìn)行配置,對(duì)參與實(shí)驗(yàn)?zāi)M的用戶進(jìn)行相應(yīng)的權(quán)限控制和導(dǎo)引,并對(duì)實(shí)驗(yàn)運(yùn)營(yíng)模擬過(guò)程的進(jìn)展情況、實(shí)驗(yàn)參與人員的操作狀態(tài)、實(shí)驗(yàn)的中間數(shù)據(jù)等進(jìn)行觀測(cè)。

3 電力市場(chǎng)實(shí)驗(yàn)推演面臨的主要挑戰(zhàn)

基于第2 章的設(shè)計(jì),已初步完成電力市場(chǎng)全景實(shí)驗(yàn)平臺(tái)總體架構(gòu)的搭建和基本功能的研發(fā),已實(shí)現(xiàn)能夠支撐中長(zhǎng)期、日前、實(shí)時(shí)單一時(shí)間尺度的電能、備用、調(diào)頻等市場(chǎng)品種的電力市場(chǎng)模擬推演。其中,中長(zhǎng)期電力交易運(yùn)營(yíng)功能已應(yīng)用于北京電力交易中心及省級(jí)交易中心的模擬驗(yàn)證環(huán)境,現(xiàn)貨電力交易運(yùn)營(yíng)功能已應(yīng)用于浙江、上海、山西等省（市）,為其現(xiàn)貨市場(chǎng)建設(shè)方案和市場(chǎng)規(guī)則提供了實(shí)施前的仿真驗(yàn)證分析。

然而,“雙碳”目標(biāo)下新能源裝機(jī)容量、電量將逐步占據(jù)主體地位,新型電力系統(tǒng)的特征日趨明顯,電力系統(tǒng)將從以確定性可控傳統(tǒng)電源為主體的系統(tǒng),逐步演進(jìn)為以強(qiáng)不確定性隨機(jī)波動(dòng)電源為主體、靈活調(diào)節(jié)資源廣泛參與的電力系統(tǒng)［14］。未來(lái)電力系統(tǒng)電力電量平衡特性將不斷演化,與之銜接的市場(chǎng)機(jī)制也將逐步發(fā)展,不同的市場(chǎng)主體、交易品種、交易機(jī)制、出清模式、定價(jià)機(jī)制等市場(chǎng)規(guī)則設(shè)定對(duì)于電力市場(chǎng)運(yùn)營(yíng)效果、新型電力系統(tǒng)運(yùn)行效果以及不同類型市場(chǎng)主體的收益回報(bào)水平和激勵(lì)效果缺乏有效的量化評(píng)估手段。電力市場(chǎng)實(shí)驗(yàn)?zāi)芰ㄔO(shè)正面臨著更大的挑戰(zhàn)。

3.1 實(shí)驗(yàn)推演場(chǎng)景構(gòu)建的能力要求

未來(lái)場(chǎng)景下新能源裝機(jī)規(guī)模不斷變化,相應(yīng)的數(shù)據(jù)場(chǎng)景需要?jiǎng)討B(tài)構(gòu)建。目標(biāo)電力系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)推演環(huán)境的構(gòu)建,一方面考慮到以新能源為主體的電力系統(tǒng)尚無(wú)實(shí)際的數(shù)據(jù)來(lái)源,實(shí)驗(yàn)平臺(tái)需要支持對(duì)未來(lái)態(tài)、動(dòng)態(tài)演變的電網(wǎng)、電源、負(fù)荷的科學(xué)建模和系統(tǒng)構(gòu)建；另一方面考慮到未來(lái)電力系統(tǒng)電力電量平衡特性將不斷演化,與之銜接的市場(chǎng)機(jī)制也將逐步發(fā)展,同時(shí)須結(jié)合政策走向,使得電力市場(chǎng)與碳市場(chǎng)、新能源補(bǔ)貼機(jī)制以及綠色證書(shū)市場(chǎng)呈現(xiàn)相對(duì)獨(dú)立又相互關(guān)聯(lián)的局面,需要對(duì)綠電市場(chǎng)、容量市場(chǎng)、碳市場(chǎng)與電力市場(chǎng)之間的耦合關(guān)系進(jìn)行統(tǒng)籌考慮。

從時(shí)間維度看,構(gòu)建需要包括兩方面:一是短周期推演模擬場(chǎng)景的構(gòu)建需求,新能源預(yù)測(cè)偏差帶來(lái)的電力平衡問(wèn)題需要針對(duì)特定場(chǎng)景進(jìn)行日前、日內(nèi)、實(shí)時(shí)等短時(shí)間深度推演模擬；二是長(zhǎng)周期連續(xù)推演模擬場(chǎng)景的構(gòu)建需求,新能源季節(jié)變化特性需要長(zhǎng)時(shí)間周期推演模擬,與傳統(tǒng)電源相比,新能源主體的收益穩(wěn)定性下降,需要長(zhǎng)周期甚至全生命周期的模擬。新能源不斷發(fā)展演化下網(wǎng)源結(jié)構(gòu)特性、電力平衡特性不斷演化,需要長(zhǎng)周期模擬推演。

3.2 電力交易運(yùn)營(yíng)模擬的能力要求

“雙碳”目標(biāo)下,中國(guó)的資源能源格局決定了新能源消納須大范圍協(xié)同運(yùn)作實(shí)現(xiàn),通過(guò)省間市場(chǎng)實(shí)現(xiàn)全國(guó)范圍內(nèi)資源能源優(yōu)化配置,提高特高壓跨區(qū)通道利用率；通過(guò)省內(nèi)批發(fā)市場(chǎng)解決電力平衡問(wèn)題［15］。然而,中國(guó)各省級(jí)電網(wǎng)的電源結(jié)構(gòu)、新能源比例、電網(wǎng)結(jié)構(gòu)和負(fù)荷結(jié)構(gòu)各不相同,各省在選擇電力市場(chǎng)模式和設(shè)計(jì)市場(chǎng)規(guī)則時(shí),單一時(shí)間周期、單一市場(chǎng)、單一商品競(jìng)價(jià)過(guò)程的電力市場(chǎng)模擬仿真難以支撐未來(lái)新型電力系統(tǒng)的新需求。

電力交易運(yùn)營(yíng)模擬能力需要能夠支持多種市場(chǎng)模式的出清機(jī)制模擬、多種實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景的切換、多種市場(chǎng)模式的人工參與模擬運(yùn)營(yíng)、市場(chǎng)成員的決策行為演化、地區(qū)內(nèi)多個(gè)電力市場(chǎng)的全景耦合運(yùn)營(yíng)機(jī)理模擬；多種源網(wǎng)荷結(jié)構(gòu)、多供需場(chǎng)景、多能源價(jià)格環(huán)境模擬；多市場(chǎng)聯(lián)合推演,含中長(zhǎng)期市場(chǎng)+實(shí)時(shí)市場(chǎng)、日前市場(chǎng)+備用、實(shí)時(shí)市場(chǎng)+調(diào)頻輔助服務(wù)等；各級(jí)市場(chǎng)的聯(lián)合推演,含省間、省內(nèi)市場(chǎng)聯(lián)合推演；省內(nèi)市場(chǎng)與區(qū)域分布式交易的聯(lián)合推演；不同規(guī)則的配置化,例如新能源不參與市場(chǎng)、新能源報(bào)量不報(bào)價(jià)參與市場(chǎng)、新能源報(bào)量報(bào)價(jià)參與市場(chǎng)等；出清算法的靈活配置,含新技術(shù)、新算法；實(shí)驗(yàn)算例的靈活接入和結(jié)果分析、數(shù)據(jù)輸出；市場(chǎng)力的行使和抑制模擬；省間、各省（區(qū)域）實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景數(shù)據(jù)分場(chǎng)景存儲(chǔ)方式；交易周期、交易品種、出清方式、定價(jià)機(jī)制、結(jié)算方式靈活組態(tài)的電力市場(chǎng)全業(yè)務(wù)鏈模擬與推演。

此外,為驗(yàn)證電力市場(chǎng)設(shè)計(jì)在多季節(jié)電網(wǎng)和多供需市場(chǎng)環(huán)境下的運(yùn)營(yíng)效果,還應(yīng)分析電力市場(chǎng)設(shè)計(jì)對(duì)市場(chǎng)成員行為以及收益的長(zhǎng)期影響,探索“雙碳”目標(biāo)下的電力市場(chǎng)發(fā)展演變趨勢(shì),探索較長(zhǎng)時(shí)間周期市場(chǎng),比如容量市場(chǎng)的設(shè)計(jì)運(yùn)營(yíng)效果等,開(kāi)展電力市場(chǎng)長(zhǎng)周期連續(xù)運(yùn)營(yíng)實(shí)驗(yàn)推演,評(píng)價(jià)多因素疊加、長(zhǎng)時(shí)間累積的影響效應(yīng)。長(zhǎng)周期電力市場(chǎng)連續(xù)模擬推演對(duì)出清算法提出了更高的要求。一方面,市場(chǎng)實(shí)際運(yùn)營(yíng)下的出清計(jì)算時(shí)長(zhǎng)已經(jīng)無(wú)法適應(yīng)長(zhǎng)周期連續(xù)推演的實(shí)驗(yàn)需求,出清計(jì)算環(huán)節(jié)需要同其他市場(chǎng)環(huán)節(jié)一樣建立“縮放”機(jī)制,大幅縮減出清計(jì)算時(shí)間。另一方面,長(zhǎng)周期連續(xù)推演的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)與實(shí)際市場(chǎng)運(yùn)營(yíng)也有較大差距,大量假設(shè)性、時(shí)間跨度長(zhǎng)的數(shù)據(jù)存在,對(duì)出清計(jì)算的容錯(cuò)性提出了更高的要求。

3.3 市場(chǎng)成員行為模擬的能力要求

目前,市場(chǎng)成員決策行為模擬已實(shí)現(xiàn)單一市場(chǎng)、單一商品、基于自主學(xué)習(xí)的市場(chǎng)成員行為模擬。在多市場(chǎng)組成的市場(chǎng)商品體系下,不同市場(chǎng)中不同類型的市場(chǎng)成員,包括發(fā)電企業(yè)、分布式新能源、售電企業(yè)、電力用戶、負(fù)荷聚合商、輸電企業(yè)等的成本回報(bào)、效益回報(bào)和回報(bào)方式各不相同,決定了市場(chǎng)成員參與不同市場(chǎng)的決策差異。市場(chǎng)成員決策行為模擬需要考慮市場(chǎng)成員的多目標(biāo)、規(guī)律性和不確定性,既要綜合考慮自身成本,也要考慮提供的商品類型、交易機(jī)會(huì)和生產(chǎn)能力；需要建立市場(chǎng)成員合理的成本與回報(bào)模型,既是自身參與各個(gè)市場(chǎng)決策行為的響應(yīng),也是對(duì)體系性電力市場(chǎng)設(shè)計(jì)的響應(yīng)；需要建立市場(chǎng)成員行為模擬與電力交易運(yùn)營(yíng)模擬的聯(lián)動(dòng)關(guān)系,將電力市場(chǎng)設(shè)計(jì)作為整體考慮,合理預(yù)判市場(chǎng)成員的響應(yīng)行為,預(yù)測(cè)設(shè)計(jì)市場(chǎng)模式的預(yù)期效果。

另外,已有市場(chǎng)成員決策行為模擬重點(diǎn)圍繞常規(guī)能源市場(chǎng)主體展開(kāi),未來(lái)還須支持新能源主體的中長(zhǎng)期、日前、實(shí)時(shí)曲線模擬以及儲(chǔ)能、抽水蓄能等新型主體的決策行為模擬。

3.4 對(duì)于電網(wǎng)調(diào)度運(yùn)行模擬的能力要求

電力市場(chǎng)運(yùn)營(yíng)與電力系統(tǒng)發(fā)電、輸電、用電等環(huán)節(jié)密切相關(guān),對(duì)電網(wǎng)運(yùn)營(yíng)的經(jīng)濟(jì)性與安全性起到重要作用。市場(chǎng)模式對(duì)各類市場(chǎng)成員的經(jīng)濟(jì)利益和發(fā)展空間影響巨大,不同市場(chǎng)設(shè)計(jì)會(huì)影響市場(chǎng)成員決策行為和響應(yīng)特性、市場(chǎng)出清結(jié)果,進(jìn)而影響電網(wǎng)的安全運(yùn)行。同樣,作為電力市場(chǎng)運(yùn)營(yíng)的載體,電網(wǎng)自身的運(yùn)行特點(diǎn)、各類調(diào)度運(yùn)行事件等也會(huì)對(duì)電力市場(chǎng)運(yùn)營(yíng)產(chǎn)生極大影響,電網(wǎng)運(yùn)行和市場(chǎng)運(yùn)營(yíng)之間交互影響。現(xiàn)有的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)側(cè)重于市場(chǎng)運(yùn)營(yíng)過(guò)程的推演,電網(wǎng)調(diào)度運(yùn)行模擬面向原有的計(jì)劃調(diào)度體制設(shè)計(jì),依據(jù)固定的電網(wǎng)運(yùn)行邊界和調(diào)度計(jì)劃進(jìn)行調(diào)度運(yùn)行過(guò)程的仿真,尚不支持市場(chǎng)環(huán)境下電網(wǎng)調(diào)度運(yùn)行過(guò)程的模擬,推演過(guò)程未實(shí)現(xiàn)市場(chǎng)運(yùn)營(yíng)模擬與電網(wǎng)調(diào)度運(yùn)行模擬的聯(lián)動(dòng),難以反映實(shí)際電力市場(chǎng)與電網(wǎng)調(diào)度運(yùn)行之間互動(dòng)影響的運(yùn)營(yíng)特性。

為滿足電力現(xiàn)貨市場(chǎng)環(huán)境下電網(wǎng)調(diào)度運(yùn)行仿真的新需求,還需要解決市場(chǎng)環(huán)境下聯(lián)絡(luò)線計(jì)劃分解、電網(wǎng)運(yùn)行數(shù)據(jù)生成、自動(dòng)發(fā)電控制等技術(shù)問(wèn)題,在功能和數(shù)據(jù)方面與電力現(xiàn)貨市場(chǎng)推演系統(tǒng)相互銜接,以實(shí)現(xiàn)電力現(xiàn)貨市場(chǎng)與電網(wǎng)調(diào)度運(yùn)行的一體化聯(lián)合推演。

3.5 電力市場(chǎng)推演評(píng)價(jià)指標(biāo)體系及評(píng)價(jià)方法的要求

實(shí)驗(yàn)平臺(tái)構(gòu)建電力市場(chǎng)推演評(píng)價(jià)指標(biāo)體系對(duì)市場(chǎng)推演結(jié)果進(jìn)行評(píng)估,對(duì)其不良性能進(jìn)行開(kāi)環(huán)或閉環(huán)的改進(jìn)和提升,是驗(yàn)證市場(chǎng)模式和市場(chǎng)規(guī)則是否有效、合理的重要一環(huán)。通過(guò)評(píng)價(jià)電力市場(chǎng)推演結(jié)果可以判斷交易機(jī)制設(shè)計(jì)是否有利于抑制市場(chǎng)力和市場(chǎng)的有效競(jìng)爭(zhēng),以及是否符合社會(huì)福利最大化原則等。評(píng)估既應(yīng)具備采用歷史表現(xiàn)和已有數(shù)據(jù)的事后評(píng)估方法,也應(yīng)具備對(duì)于電力市場(chǎng)設(shè)計(jì)、運(yùn)行和預(yù)測(cè)的事前評(píng)估措施。這樣就可以開(kāi)展事前與事后的評(píng)價(jià)結(jié)果比對(duì)分析,采納更靈活的指標(biāo)融合策略,多維度、多角度展現(xiàn)市場(chǎng)的顯性和隱性的特征,發(fā)現(xiàn)市場(chǎng)設(shè)計(jì)中的風(fēng)險(xiǎn)因素,驗(yàn)證市場(chǎng)風(fēng)險(xiǎn)規(guī)避措施的有效性,使得市場(chǎng)向期望的方向發(fā)展。

4 電力市場(chǎng)實(shí)驗(yàn)推演的理論與關(guān)鍵技術(shù)

基于電力市場(chǎng)實(shí)驗(yàn)推演技術(shù)面臨的挑戰(zhàn)進(jìn)一步深入剖析,提出以下電力市場(chǎng)實(shí)驗(yàn)推演涉及的理論基礎(chǔ)與函待突破的關(guān)鍵技術(shù)。

4.1 實(shí)驗(yàn)方法理論基礎(chǔ)

電力市場(chǎng)實(shí)驗(yàn)推演的目的是通過(guò)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)模擬仿真電力市場(chǎng)與市場(chǎng)成員、電力系統(tǒng)之間的動(dòng)態(tài)交互影響。常用的電力市場(chǎng)實(shí)驗(yàn)方法包括計(jì)算經(jīng)濟(jì)學(xué)和實(shí)驗(yàn)經(jīng)濟(jì)學(xué)。前者借助仿真計(jì)算實(shí)現(xiàn),涉及宏觀經(jīng)濟(jì)學(xué)、統(tǒng)計(jì)學(xué)和微觀經(jīng)濟(jì)學(xué),以基于博弈論的傳統(tǒng)方法和基于多代理的方法為主［2］；后者是通過(guò)數(shù)學(xué)模型表征各個(gè)環(huán)節(jié)構(gòu)建實(shí)驗(yàn)環(huán)境,兩者具有很強(qiáng)的互補(bǔ)性。在實(shí)驗(yàn)經(jīng)濟(jì)學(xué)成功地將市場(chǎng)成員的主觀博弈引入實(shí)驗(yàn)環(huán)境并實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)智能代理后,其實(shí)驗(yàn)方法在電力市場(chǎng)研究中脫穎而出并推動(dòng)了電力市場(chǎng)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的研發(fā)。

另外,未來(lái)新型電力系統(tǒng)中,由于新能源的強(qiáng)不確定性和隨機(jī)性,基于確定性理論的電力市場(chǎng)和電網(wǎng)運(yùn)行分析方法只能針對(duì)一個(gè)確定的場(chǎng)景,將難以滿足電網(wǎng)發(fā)展的新需求,不確定性分析方法將成為電力市場(chǎng)的重要學(xué)科理論基礎(chǔ)。按照數(shù)學(xué)中的研究范疇,不確定性可分為隨機(jī)性、模糊性和粗糙性,分別用隨機(jī)概率論、區(qū)間理論序列運(yùn)算理論與數(shù)理統(tǒng)計(jì)、模糊數(shù)學(xué)和粗糙集理論等應(yīng)對(duì)［16-18］。同時(shí),在不確定性方法基礎(chǔ)上結(jié)合風(fēng)險(xiǎn)理論,譬如采用基于蒙特卡洛模擬的風(fēng)險(xiǎn)價(jià)值計(jì)算,能夠?qū)⑹录l(fā)生的概率和后果相結(jié)合［19］,通過(guò)相應(yīng)的指標(biāo)來(lái)分析新能源隨機(jī)性、電網(wǎng)隨機(jī)故障等對(duì)電力市場(chǎng)帶來(lái)的影響,評(píng)價(jià)電網(wǎng)當(dāng)前存在的安全風(fēng)險(xiǎn),更有效地協(xié)調(diào)電力市場(chǎng)全景實(shí)驗(yàn)推演的經(jīng)濟(jì)性與穩(wěn)定性。

4.2 實(shí)驗(yàn)推演場(chǎng)景的智能構(gòu)建技術(shù)

1）電力系統(tǒng)運(yùn)行場(chǎng)景構(gòu)建技術(shù)

電力系統(tǒng)運(yùn)行場(chǎng)景構(gòu)建技術(shù)需要對(duì)電源、電網(wǎng)、負(fù)荷側(cè)各類主體、運(yùn)行設(shè)備進(jìn)行物理建模,對(duì)各類設(shè)備參數(shù)、運(yùn)行方式進(jìn)行配置管理。通過(guò)接口規(guī)范可進(jìn)行實(shí)際運(yùn)行電力系統(tǒng)、模擬仿真電力系統(tǒng)場(chǎng)景的整體接入,實(shí)現(xiàn)對(duì)已知電力系統(tǒng)運(yùn)行場(chǎng)景的構(gòu)建；通過(guò)對(duì)各類型發(fā)電資源、用電資源、儲(chǔ)能資源的輕量化、標(biāo)準(zhǔn)化建模以及動(dòng)態(tài)化、批量化配置技術(shù),可對(duì)系統(tǒng)中的電源、負(fù)荷構(gòu)成進(jìn)行規(guī)劃調(diào)整,通過(guò)電網(wǎng)圖模一體化技術(shù)可對(duì)電網(wǎng)設(shè)備模型、拓?fù)潢P(guān)系進(jìn)行在線編輯,共同支撐對(duì)未來(lái)電力系統(tǒng)運(yùn)行場(chǎng)景的構(gòu)建。

2）電力市場(chǎng)運(yùn)營(yíng)場(chǎng)景構(gòu)建技術(shù)

電力市場(chǎng)運(yùn)營(yíng)場(chǎng)景構(gòu)建技術(shù)需要對(duì)各類市場(chǎng)主體進(jìn)行經(jīng)濟(jì)建模,對(duì)各類市場(chǎng)主體行為規(guī)則邊界進(jìn)行配置管理。電力市場(chǎng)運(yùn)行場(chǎng)景包含交易品種、市場(chǎng)周期、市場(chǎng)主體三大要素。其中,交易品種包含了申報(bào)、出清、運(yùn)行、結(jié)算、評(píng)估等各個(gè)環(huán)節(jié)的規(guī)則算法信息；市場(chǎng)周期包含了交易開(kāi)始、結(jié)束時(shí)間,峰平谷時(shí)間配置,交易出清的時(shí)段配置等信息；市場(chǎng)主體包含了準(zhǔn)入范圍、報(bào)價(jià)方式、運(yùn)行方式等市場(chǎng)主體相關(guān)信息。通過(guò)統(tǒng)一規(guī)范的底層邏輯和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),打造開(kāi)放通用的市場(chǎng)配置模塊,實(shí)現(xiàn)對(duì)上述要素的自由組合是電力市場(chǎng)運(yùn)營(yíng)場(chǎng)景構(gòu)建技術(shù)的關(guān)鍵。

4.3 電力市場(chǎng)出清模擬技術(shù)

4.3.1 高性能智能出清算法

出清算法是市場(chǎng)模擬推演的核心之一,實(shí)驗(yàn)環(huán)境下的出清算法需克服計(jì)算規(guī)模大、建模復(fù)雜度高等關(guān)鍵問(wèn)題。最優(yōu)化問(wèn)題建模求解是各市場(chǎng)品種出清算法的技術(shù)基礎(chǔ),從底層優(yōu)化引擎層面、智能優(yōu)化建模層面開(kāi)展深入研究,提升出清算法的高性能與高可靠性。

在底層優(yōu)化引擎層面,研究適用于大規(guī)模機(jī)組組合和經(jīng)濟(jì)調(diào)度算法的模型分解方法,以及Benders分解［20-21］、Dantzig&Wolfe 分解方法［22］的實(shí)現(xiàn)技術(shù)；研究適應(yīng)于各類出清優(yōu)化問(wèn)題特點(diǎn)的初始基確定方法與檢驗(yàn)數(shù)計(jì)算規(guī)則,加快算法的收斂［23］；從冗余約束識(shí)別、約束及決策變量限值合法性識(shí)別、特殊約束轉(zhuǎn)化等角度［24］,研究出清優(yōu)化模型的預(yù)處理技術(shù),實(shí)現(xiàn)待求解問(wèn)題的規(guī)?？s減［23］。

在智能優(yōu)化建模層面,一方面,建立適用于電力現(xiàn)貨市場(chǎng)出清模擬的電網(wǎng)安全約束智能化處理技術(shù),基于人工智能技術(shù)充分挖掘市場(chǎng)成員申報(bào)行為、電網(wǎng)運(yùn)行特征等與阻塞斷面的內(nèi)在聯(lián)系,從眾多常規(guī)斷面中預(yù)測(cè)阻塞斷面作為初始斷面集,實(shí)現(xiàn)模型的降維處理,縮減迭代輪次,提升求解效率；另一方面,研究適用于新型電力系統(tǒng)的魯棒優(yōu)化出清模型,建立考慮大規(guī)模清潔能源隨機(jī)性和源網(wǎng)荷儲(chǔ)多元互動(dòng)的魯棒優(yōu)化關(guān)鍵技術(shù),突破傳統(tǒng)出清建模無(wú)法考慮大規(guī)模清潔能源不確定性的影響、發(fā)電側(cè)調(diào)峰能力不足造成的清潔能源消納困難等瓶頸,解決大規(guī)模清潔能源隨機(jī)性給電網(wǎng)運(yùn)行帶來(lái)的安全威脅問(wèn)題,實(shí)現(xiàn)面向強(qiáng)不確定性電力系統(tǒng)的魯棒出清。

4.3.2 多市場(chǎng)耦合運(yùn)營(yíng)模擬

為支撐多交易品種、多時(shí)間周期、多級(jí)市場(chǎng)的耦合運(yùn)營(yíng)模擬,需要突破以下關(guān)鍵技術(shù):

1）預(yù)研適合中國(guó)特色市場(chǎng)品種的市場(chǎng)出清機(jī)理。部分市場(chǎng)品種在中國(guó)尚無(wú)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn),比如容量市場(chǎng)、輸電權(quán)市場(chǎng)等,須研究相應(yīng)市場(chǎng)品種的申報(bào)形式、成本模型、定價(jià)模型、結(jié)算規(guī)則。

2）研究中長(zhǎng)期與現(xiàn)貨市場(chǎng)、容量、電能、輔助服務(wù)市場(chǎng)之間的耦合運(yùn)營(yíng)模式、時(shí)序銜接關(guān)系、數(shù)據(jù)交互形式,支持對(duì)不同市場(chǎng)間物理銜接、金融銜接及不同市場(chǎng)品種間聯(lián)合出清、獨(dú)立出清等多種銜接方式的模擬。

3）研究中國(guó)龐大的、特高壓交直流混聯(lián)復(fù)雜電網(wǎng)條件下省間-省內(nèi)兩級(jí)協(xié)調(diào)耦合運(yùn)作的交易組織方式、價(jià)格分區(qū)方法和出清技術(shù)。實(shí)驗(yàn)平臺(tái)既要提供適用于不同市場(chǎng)階段的省間、省內(nèi)市場(chǎng)成員報(bào)價(jià)形式,還應(yīng)綜合考慮省間和省內(nèi)在輸電成本、輸電阻塞管理等方面的協(xié)調(diào)機(jī)制,研究省間、省內(nèi)統(tǒng)一報(bào)價(jià),分級(jí)優(yōu)化、耦合迭代、一體化計(jì)算模式下的優(yōu)化出清技術(shù)。

4）攻克多市場(chǎng)耦合運(yùn)營(yíng)的場(chǎng)景配置自適應(yīng)數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)技術(shù)。在完成對(duì)市場(chǎng)周期、品種的場(chǎng)景配置后,電力市場(chǎng)推演平臺(tái)需要具備根據(jù)不同市場(chǎng)之間的耦合關(guān)系,自動(dòng)建立數(shù)據(jù)交互關(guān)系的能力?？紤]到場(chǎng)景配置是時(shí)間周期、市場(chǎng)層級(jí)、商品品種等多維度的排列組合,可配置的場(chǎng)景全集較為龐大,為支撐全景實(shí)驗(yàn)?zāi)M、適應(yīng)未知的推演需求,需要建立簡(jiǎn)潔、高效的場(chǎng)景配置自適應(yīng)數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)技術(shù),提升開(kāi)發(fā)效率。4.3.3 長(zhǎng)周期連續(xù)模擬任務(wù)調(diào)度

在理論支撐方面,基于系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)原理模擬電力市場(chǎng)長(zhǎng)期動(dòng)態(tài)演化,通過(guò)對(duì)市場(chǎng)成員行為、市場(chǎng)成員收益、市場(chǎng)品種以及交易規(guī)則、電網(wǎng)運(yùn)行、市場(chǎng)出清等各系統(tǒng)部件相互關(guān)系和影響機(jī)理的全面構(gòu)建［25］,模擬達(dá)到電力市場(chǎng)長(zhǎng)期動(dòng)態(tài)均衡狀態(tài),體現(xiàn)各因素變動(dòng)造成的復(fù)雜連鎖反應(yīng),分析市場(chǎng)設(shè)計(jì)對(duì)電網(wǎng)經(jīng)濟(jì)性、安全性的長(zhǎng)期影響。

建立時(shí)序控制與任務(wù)調(diào)度技術(shù),通過(guò)提取電能、輔助服務(wù)、容量、輸電權(quán)等商品在不同層級(jí)、不同周期市場(chǎng)運(yùn)行中的有效時(shí)間,按時(shí)間觸發(fā)、事件觸發(fā)和混合觸發(fā)方式實(shí)現(xiàn)自動(dòng)流轉(zhuǎn)、權(quán)限控制和順序啟動(dòng)。通過(guò)部分環(huán)節(jié)前置執(zhí)行、多模擬流程并行執(zhí)行關(guān)鍵技術(shù),實(shí)現(xiàn)對(duì)模擬過(guò)程的加速處理。

需要建立“時(shí)間比例尺”縮放機(jī)制,在有限時(shí)間內(nèi)完成對(duì)較長(zhǎng)時(shí)間周期電力市場(chǎng)的模擬推演。一方面,需要通過(guò)虛擬時(shí)鐘技術(shù)對(duì)現(xiàn)實(shí)時(shí)間的模擬和多步長(zhǎng)控制。但是對(duì)于密集出清的實(shí)時(shí)市場(chǎng),其時(shí)間縮放的裕度較小,需要建立實(shí)時(shí)市場(chǎng)、電網(wǎng)運(yùn)行模擬過(guò)程的合理簡(jiǎn)化機(jī)制,在正確反映市場(chǎng)連續(xù)運(yùn)營(yíng)發(fā)展趨勢(shì)的前提下提升市場(chǎng)連續(xù)模擬的效率。另一方面,實(shí)際市場(chǎng)運(yùn)營(yíng)下的出清計(jì)算時(shí)長(zhǎng)無(wú)法適應(yīng)長(zhǎng)周期連續(xù)推演的實(shí)驗(yàn)需求,出清計(jì)算環(huán)節(jié)需要同其他市場(chǎng)環(huán)節(jié)一樣建立“縮放”機(jī)制,大幅縮減出清計(jì)算時(shí)間。在高性能智能出清技術(shù)的基礎(chǔ)上,通過(guò)變周期優(yōu)化技術(shù),智能選擇推演時(shí)間周期的高峰、低谷時(shí)點(diǎn),對(duì)不等時(shí)間間隔的優(yōu)化時(shí)段進(jìn)行建模,在不丟失關(guān)鍵信息的情況下實(shí)現(xiàn)快速出清。同時(shí),在出清環(huán)節(jié)增建容錯(cuò)機(jī)制,通過(guò)提前設(shè)置約束優(yōu)先等級(jí),在數(shù)據(jù)校驗(yàn)后,對(duì)非關(guān)鍵錯(cuò)誤按照預(yù)先設(shè)置的優(yōu)先級(jí)進(jìn)行修正,實(shí)現(xiàn)沖突數(shù)據(jù)的校驗(yàn)識(shí)別與自動(dòng)修正。

4.4 市場(chǎng)成員決策模擬技術(shù)

模擬市場(chǎng)成員的競(jìng)價(jià)行為是開(kāi)展電力市場(chǎng)實(shí)驗(yàn)推演的基礎(chǔ)條件,現(xiàn)有的市場(chǎng)成員競(jìng)價(jià)行為模擬方法主要以市場(chǎng)成員的競(jìng)價(jià)收益最大化為目標(biāo),基于運(yùn)行成本或?qū)κ謭?bào)價(jià)預(yù)估進(jìn)行報(bào)價(jià)策略的優(yōu)化選擇?？紤]到市場(chǎng)成員之間的數(shù)據(jù)保密,更多采用基于運(yùn)行成本的競(jìng)價(jià)行為模擬。在電力市場(chǎng)實(shí)驗(yàn)推演中,需要全面考慮發(fā)用側(cè)各類市場(chǎng)成員的生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)特性和多種競(jìng)價(jià)決策目標(biāo),建立相應(yīng)的成本、效益計(jì)算模型,并且結(jié)合多個(gè)市場(chǎng)之間的耦合關(guān)系形成市場(chǎng)成員的整體效益,實(shí)現(xiàn)多市場(chǎng)耦合下的市場(chǎng)成員的多目標(biāo)競(jìng)價(jià)行為模擬。

為模擬市場(chǎng)成員在市場(chǎng)參與過(guò)程中動(dòng)態(tài)調(diào)整、優(yōu)化競(jìng)價(jià)策略的特性,RE-Learning、Q-Learning、經(jīng)驗(yàn)加權(quán)吸引（EWA）等自主學(xué)習(xí)算法被廣泛應(yīng)用于基于運(yùn)行成本的競(jìng)價(jià)行為模擬實(shí)現(xiàn)中［26］。需要對(duì)這些訓(xùn)練算法進(jìn)一步優(yōu)化,結(jié)合市場(chǎng)成員的競(jìng)價(jià)決策特點(diǎn)進(jìn)行合理的改造設(shè)計(jì),通過(guò)獎(jiǎng)懲函數(shù)、模型結(jié)構(gòu)構(gòu)建以及訓(xùn)練優(yōu)化方法合理設(shè)計(jì),提升競(jìng)價(jià)代理的動(dòng)態(tài)學(xué)習(xí)特性和策略尋優(yōu)能力,通過(guò)多次迭代后實(shí)現(xiàn)各市場(chǎng)成員競(jìng)價(jià)策略的全局最優(yōu)和電力市場(chǎng)的納什均衡,支撐開(kāi)展電力市場(chǎng)運(yùn)營(yíng)效果和影響因素分析。

為分析市場(chǎng)力對(duì)市場(chǎng)運(yùn)營(yíng)效果的影響以及市場(chǎng)規(guī)則設(shè)計(jì)潛在的風(fēng)險(xiǎn),還需要對(duì)發(fā)電集團(tuán)、售電公司等各類經(jīng)營(yíng)主體的合謀報(bào)價(jià)行為進(jìn)行模擬。目前常見(jiàn)的合謀報(bào)價(jià)主要包括影響電價(jià)和容量持留2 種方式,分別通過(guò)抬升市場(chǎng)整體電價(jià)和形成局部區(qū)域阻塞提高合謀集團(tuán)的整體獲利。實(shí)際市場(chǎng)中還有發(fā)電與售電聯(lián)合報(bào)價(jià)、新能源與儲(chǔ)能聯(lián)合報(bào)價(jià)等形式。針對(duì)各類合謀報(bào)價(jià)形式,需要綜合分析合謀集團(tuán)的市場(chǎng)份額、電網(wǎng)分布、運(yùn)行特性等,基于合謀集團(tuán)的效益整體最優(yōu)進(jìn)行聯(lián)合報(bào)價(jià)行為的模擬。

4.5 電網(wǎng)調(diào)度運(yùn)行模擬技術(shù)

為實(shí)現(xiàn)大電網(wǎng)運(yùn)行仿真和電力市場(chǎng)運(yùn)營(yíng)模擬之間的無(wú)縫銜接,須進(jìn)一步提升以下2 項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù):

1）研究適應(yīng)電力市場(chǎng)多場(chǎng)景推演的電網(wǎng)調(diào)度運(yùn)行數(shù)據(jù)模擬技術(shù)。結(jié)合電力市場(chǎng)推演需求,基于電網(wǎng)調(diào)度運(yùn)行歷史數(shù)據(jù)分析和機(jī)器學(xué)習(xí)等方法,研究負(fù)荷波動(dòng)、設(shè)備故障、新能源機(jī)組出力強(qiáng)不確定性、機(jī)組執(zhí)行偏差等各種典型電力市場(chǎng)運(yùn)營(yíng)推演場(chǎng)景下的電網(wǎng)調(diào)度運(yùn)行數(shù)據(jù)的模擬方法,確保聯(lián)絡(luò)線功率、母線負(fù)荷、機(jī)組出力等各類電網(wǎng)運(yùn)行數(shù)據(jù)的合理性和相關(guān)性。

2）建立電力市場(chǎng)與電網(wǎng)調(diào)度聯(lián)合運(yùn)行過(guò)程的快速模擬技術(shù)。在電力市場(chǎng)與電網(wǎng)調(diào)度運(yùn)行的連續(xù)自動(dòng)推演過(guò)程中,需要基于各類數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和運(yùn)算技術(shù),如內(nèi)存存儲(chǔ)、數(shù)據(jù)緩存、并行處理等,研究電力市場(chǎng)與電網(wǎng)調(diào)度運(yùn)行各環(huán)節(jié)的數(shù)據(jù)組織、處理運(yùn)算和數(shù)據(jù)交互技術(shù),在不影響推演結(jié)果準(zhǔn)確性的前提下盡量縮短推演過(guò)程,實(shí)現(xiàn)市場(chǎng)與電網(wǎng)連續(xù)運(yùn)行過(guò)程的快速推演。

4.6 市場(chǎng)運(yùn)營(yíng)大數(shù)據(jù)評(píng)估技術(shù)

在多市場(chǎng)、多周期、多品種的電力市場(chǎng)實(shí)驗(yàn)推演過(guò)程中,從模型輸入、推演過(guò)程到仿真結(jié)果將產(chǎn)生海量運(yùn)營(yíng)數(shù)據(jù),這些基于業(yè)務(wù)主線流程產(chǎn)生的數(shù)據(jù)按不同業(yè)務(wù)分類進(jìn)行存儲(chǔ),缺少對(duì)數(shù)據(jù)聚合、加工和挖掘的過(guò)程,影響了對(duì)市場(chǎng)運(yùn)營(yíng)效果的有效評(píng)估。市場(chǎng)運(yùn)營(yíng)大數(shù)據(jù)評(píng)估技術(shù)是電力市場(chǎng)連接運(yùn)營(yíng)的數(shù)據(jù)與價(jià)值的關(guān)鍵橋梁［27］,主要分為大數(shù)據(jù)處理技術(shù)和大數(shù)據(jù)分析與評(píng)估技術(shù)。

大數(shù)據(jù)處理技術(shù)主要包括分布式計(jì)算、內(nèi)存計(jì)算和流式計(jì)算技術(shù),這3 種技術(shù)在電力市場(chǎng)中適用于不同的業(yè)務(wù)對(duì)象和應(yīng)用場(chǎng)景。分布式計(jì)算主要用于處理大規(guī)模計(jì)算任務(wù),適用于市場(chǎng)全景實(shí)驗(yàn)推演結(jié)果的多種指標(biāo)統(tǒng)計(jì)等分散式數(shù)據(jù)的處理,如購(gòu)售電收益、社會(huì)福利、清潔能源消納等。內(nèi)存計(jì)算是一種將參數(shù)變量數(shù)據(jù)放入內(nèi)存中進(jìn)行運(yùn)算的技術(shù),適用于連續(xù)實(shí)驗(yàn)推演的出清電價(jià)趨勢(shì)、可用輸電能力（ATC）效果指標(biāo)評(píng)價(jià)等結(jié)果的計(jì)算場(chǎng)景,不需要事前構(gòu)建數(shù)據(jù)模型和預(yù)處理數(shù)據(jù),縮短了系統(tǒng)對(duì)業(yè)務(wù)的響應(yīng)周期。流式計(jì)算是一種持續(xù)、低時(shí)延、事件觸發(fā)的計(jì)算作業(yè),適用于市場(chǎng)推演中的連續(xù)掛牌、復(fù)式競(jìng)價(jià)等交易中系統(tǒng)量?jī)r(jià)指標(biāo)的連續(xù)計(jì)算。

需要通過(guò)以信息提煉為驅(qū)動(dòng)的大數(shù)據(jù)分析方法和以知識(shí)發(fā)現(xiàn)為驅(qū)動(dòng)的大數(shù)據(jù)分析方法,結(jié)合當(dāng)今流行的商務(wù)智能（BI）和人工智能（AI）領(lǐng)域的先進(jìn)技術(shù),從電力市場(chǎng)實(shí)驗(yàn)推演的大數(shù)據(jù)中找出潛在的模態(tài)與規(guī)律,不同的電力電量平衡場(chǎng)景下、燃料成本變化下對(duì)市場(chǎng)價(jià)格趨勢(shì)的影響。隨著新型電力系統(tǒng)的不斷發(fā)展,環(huán)境（新能源消納比例）、安全、經(jīng)濟(jì)三者之間表現(xiàn)為三角關(guān)系,通過(guò)挖掘隱性交叉的知識(shí),從數(shù)據(jù)中發(fā)現(xiàn)其相關(guān)關(guān)系,如清潔能源裝機(jī)容量和消納電量比重的變化與市場(chǎng)主體的行為關(guān)系等,通過(guò)市場(chǎng)運(yùn)營(yíng)大數(shù)據(jù)的評(píng)估技術(shù)為市場(chǎng)推演的效果提供量化的指標(biāo)支撐。

5 結(jié)語(yǔ)

本文設(shè)計(jì)了涵蓋市場(chǎng)成員申報(bào)、市場(chǎng)交易組織、交易出清、結(jié)算、電網(wǎng)運(yùn)行分析等環(huán)節(jié)的電力市場(chǎng)全景實(shí)驗(yàn)平臺(tái)總體功能框架,其虛擬化、工具化、可配置、開(kāi)放性、擴(kuò)展性和安全性特征充分滿足電力市場(chǎng)建設(shè)四大業(yè)務(wù)需求。目前,實(shí)驗(yàn)平臺(tái)已完成基本功能研發(fā),并進(jìn)行了市場(chǎng)成員自學(xué)習(xí)報(bào)價(jià)行為模擬推演,中長(zhǎng)期、日前、實(shí)時(shí)各時(shí)間尺度下電能、備用、調(diào)頻等市場(chǎng)品種的電力市場(chǎng)模擬推演,以及獨(dú)立的電網(wǎng)調(diào)度運(yùn)行模擬分析功能的驗(yàn)證性測(cè)試,并為浙江、上海、山西等?。ㄊ校┑默F(xiàn)貨市場(chǎng)建設(shè)方案和市場(chǎng)規(guī)則提供了實(shí)施前的仿真驗(yàn)證分析。

未來(lái)在“雙碳”目標(biāo)下,具有強(qiáng)不確定性、隨機(jī)性、波動(dòng)性的新能源接入比例越來(lái)越高,新型電力系統(tǒng)的電力市場(chǎng)運(yùn)營(yíng)狀態(tài)評(píng)價(jià)、運(yùn)營(yíng)效率和運(yùn)營(yíng)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估對(duì)實(shí)驗(yàn)?zāi)芰ㄔO(shè)提出了更高的要求。為此,本文系統(tǒng)性闡述了實(shí)驗(yàn)推演場(chǎng)景的智能構(gòu)建,電力市場(chǎng)的運(yùn)營(yíng)模擬、市場(chǎng)成員行為模擬與電網(wǎng)調(diào)度運(yùn)行模擬緊密銜接,以及市場(chǎng)運(yùn)營(yíng)大數(shù)據(jù)評(píng)估等方面函待突破的理論與關(guān)鍵技術(shù)。通過(guò)進(jìn)一步加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)?zāi)芰ㄔO(shè),為推進(jìn)中國(guó)電力市場(chǎng)建設(shè)提供了重要的支撐手段。