電力現(xiàn)貨市場交易運(yùn)營的未來重大需求與關(guān)鍵技術(shù)

昌 力，曹榮章，吉 斌，杜 剛，李利利，徐 帆

（1.南瑞集團(tuán)有限公司（國網(wǎng)電力科學(xué)研究院有限公司）,江蘇省南京市 210061；2.國電南瑞科技股份有限公司,江蘇省南京市 210061；3.智能電網(wǎng)保護(hù)和運(yùn)行控制國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,江蘇省南京市 210061）

0 引言

電力現(xiàn)貨市場通過反映電力時(shí)空價(jià)值的價(jià)格信號(hào),在日前、日內(nèi)、實(shí)時(shí)調(diào)度層面上實(shí)現(xiàn)資源優(yōu)化配置與發(fā)用電平衡,結(jié)合電網(wǎng)物理運(yùn)行屬性及經(jīng)濟(jì)運(yùn)行特性,是電力市場領(lǐng)域中最具挑戰(zhàn)的一項(xiàng)任務(wù)［1-2］。澳大利亞、北美、歐洲等國家及地區(qū)經(jīng)過長期的研究、探索及實(shí)踐［3-4］,結(jié)合各自實(shí)際情況建立了相對(duì)成熟的電力現(xiàn)貨市場運(yùn)營體系,在促進(jìn)電力系統(tǒng)健康發(fā)展、能源清潔低碳、提升電力服務(wù)質(zhì)量、降低電力供應(yīng)成本等方面發(fā)揮了重要作用。2017年8 月,國家發(fā)展改革委和國家能源局發(fā)布了《關(guān)于開展電力現(xiàn)貨市場建設(shè)試點(diǎn)工作的通知》［5］,選擇南方（以廣東起步）、蒙西、浙江、山西、山東、福建、四川、甘肅等8 個(gè)地區(qū)作為第1 批試點(diǎn),中國正式邁入了電力現(xiàn)貨市場時(shí)代,推動(dòng)中國電力現(xiàn)貨市場從開始的試點(diǎn)建設(shè)到如今的全面推廣,實(shí)現(xiàn)了跨越式發(fā)展。

中國自2020 年9 月提出“雙碳”目標(biāo)及2021 年3 月提出構(gòu)建新型電力系統(tǒng)以來［6］,電力現(xiàn)貨市場所依托的電力系統(tǒng)物理載體在體系結(jié)構(gòu)、運(yùn)行機(jī)理、功能形態(tài)上正發(fā)生顯著變化,亟須設(shè)計(jì)適應(yīng)以不確定性為主要特征的新型電力系統(tǒng)運(yùn)營要求的電力現(xiàn)貨市場技術(shù)體系。作為構(gòu)建新型電力系統(tǒng)的重要基礎(chǔ)保障,需要加快研究適應(yīng)新型電力系統(tǒng)的電力現(xiàn)貨市場運(yùn)營技術(shù)。

本文在總結(jié)中國現(xiàn)階段電力現(xiàn)貨市場交易運(yùn)營技術(shù)取得的成果基礎(chǔ)上,深入分析未來新型電力系統(tǒng)下電力現(xiàn)貨市場呈現(xiàn)的新特征,以及現(xiàn)貨市場交易運(yùn)營技術(shù)所面臨的挑戰(zhàn)。針對(duì)這些技術(shù)挑戰(zhàn),探討了電力現(xiàn)貨市場運(yùn)營支撐關(guān)鍵技術(shù)以及未來亟須突破的關(guān)鍵技術(shù)方向,構(gòu)建科學(xué)、合理的運(yùn)營技術(shù)體系,保障新型電力系統(tǒng)下電力現(xiàn)貨市場安全、平穩(wěn)、高效運(yùn)行。

1 中國電力現(xiàn)貨市場交易運(yùn)營技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀

2018 年8 月,南方（以廣東起步）電力現(xiàn)貨市場成為國內(nèi)首家上線運(yùn)行的電力現(xiàn)貨市場,同年12 月,甘肅、山西成為國家電網(wǎng)有限公司率先啟動(dòng)現(xiàn)貨市場運(yùn)行的地區(qū)［7-8］。截至目前,第1 批8 個(gè)試點(diǎn)現(xiàn)貨市場已開展結(jié)算試運(yùn)行,第2 批6 個(gè)試點(diǎn)現(xiàn)貨市場先后完成模擬試運(yùn)行并陸續(xù)進(jìn)入結(jié)算試運(yùn)行階段,初步建立了支撐多交易周期、多交易品種、多層級(jí)市場協(xié)同的電力現(xiàn)貨市場交易運(yùn)營技術(shù)支撐體系。

由于中國地區(qū)差異明顯、市場規(guī)則各具特色,各地也因地制宜開展了相關(guān)技術(shù)探索。廣東現(xiàn)貨市場在國內(nèi)率先開展了全電量出清及節(jié)點(diǎn)電價(jià)計(jì)算現(xiàn)貨市場模式,構(gòu)建了一次備用、事故備用、旋轉(zhuǎn)備用與電能量市場聯(lián)合出清技術(shù),實(shí)現(xiàn)了不同備用、電能稀缺情況下的耦合定價(jià)。甘肅構(gòu)建了支撐新能源報(bào)量報(bào)價(jià)參與市場競價(jià)出清技術(shù),并通過電能與調(diào)峰市場融合、省間現(xiàn)貨與省內(nèi)現(xiàn)貨協(xié)同運(yùn)行等多種手段保障了現(xiàn)貨市場下的新能源消納［9］。浙江現(xiàn)貨市場構(gòu)建了電能量與備用聯(lián)合出清技術(shù),設(shè)計(jì)了電能與備用稀缺耦合情況下的定價(jià)策略,提升了調(diào)節(jié)資源的優(yōu)化配置水平,實(shí)現(xiàn)了5 min 超短周期實(shí)時(shí)市場出清［10］。內(nèi)蒙古現(xiàn)貨市場實(shí)現(xiàn)了用戶側(cè)全部參與現(xiàn)貨市場的“雙軌”變“單軌”運(yùn)行模式,設(shè)計(jì)了時(shí)段歸并加速的多日機(jī)組組合兩階段優(yōu)化技術(shù),實(shí)現(xiàn)多日機(jī)組組合的快速求解［11］。河南現(xiàn)貨市場構(gòu)建了適應(yīng)斜率式報(bào)價(jià)的市場出清模型,并實(shí)現(xiàn)了電能量市場與深度調(diào)峰市場的融合出清［12］。湖北現(xiàn)貨市場針對(duì)典型的“通道型”電網(wǎng),建立分通道聯(lián)絡(luò)線建模與計(jì)劃分解策略,提升了未來態(tài)潮流計(jì)算的準(zhǔn)確性,構(gòu)建了適應(yīng)陜武直流配套電源最小開機(jī)方式與安全備用預(yù)留要求的精細(xì)化出清模型,保障了市場方式下湖北電網(wǎng)調(diào)度運(yùn)行安全。江蘇現(xiàn)貨市場從精細(xì)化安全出清、多策略模型降維兩個(gè)方面進(jìn)行突破［13-14］,通過考慮內(nèi)嵌交流安全校核、有效約束變量智能識(shí)別等技術(shù),大幅度提升江蘇電網(wǎng)大規(guī)模、混合整數(shù)、多時(shí)段強(qiáng)耦合的市場出清優(yōu)化計(jì)算精度與效率。

中國現(xiàn)有的電力現(xiàn)貨市場交易運(yùn)營技術(shù)體系基本滿足當(dāng)前發(fā)展階段下的電力現(xiàn)貨市場運(yùn)行要求,在電力現(xiàn)貨市場建設(shè)初級(jí)階段發(fā)揮了重要作用,但隨著新能源占比逐漸提高的新型電力系統(tǒng)構(gòu)建,電力現(xiàn)貨市場將呈現(xiàn)出新的運(yùn)行特征,市場運(yùn)營技術(shù)面臨新的技術(shù)挑戰(zhàn)。

2 電力現(xiàn)貨市場發(fā)展新特征

未來電力系統(tǒng)是以新能源大規(guī)模接入及源網(wǎng)荷儲(chǔ)協(xié)同為主要特征的新型電力系統(tǒng),電源結(jié)構(gòu)上的變化引發(fā)了電力系統(tǒng)在運(yùn)行機(jī)理、安全模式、平衡機(jī)制等方面一系列重大變化,在此電力系統(tǒng)物理基礎(chǔ)上構(gòu)建的電力現(xiàn)貨市場也呈現(xiàn)出新的特征。

2.1 能源結(jié)構(gòu)低碳化

隨著“雙碳”目標(biāo)的提出,建設(shè)以新能源為主體的新型電力系統(tǒng),構(gòu)建清潔低碳安全高效的能源體系,需要控制化石能源總量,著力提高利用效能,實(shí)施可再生能源替代行動(dòng),深化電力體制改革［15］。電力市場的目標(biāo)從資源優(yōu)化配置轉(zhuǎn)向更加聚焦清潔低碳,一次能源主體從化石能源逐步轉(zhuǎn)向風(fēng)光資源,推動(dòng)網(wǎng)源協(xié)調(diào)發(fā)展和調(diào)度交易機(jī)制優(yōu)化,著力做好清潔能源并網(wǎng)消納,并持續(xù)提升系統(tǒng)調(diào)節(jié)能力、優(yōu)化電網(wǎng)調(diào)度運(yùn)行、發(fā)揮市場作用擴(kuò)展消納空間［16］。

2.2 市場主體多元化

新型電力系統(tǒng)中,大量新興市場主體進(jìn)入現(xiàn)貨市場,現(xiàn)貨市場由發(fā)電側(cè)單邊競爭市場向發(fā)用側(cè)雙邊競爭市場快速發(fā)展［17］。在發(fā)電側(cè),風(fēng)電、光伏等新能源主體不斷提高,逐漸成為電力、電能的主要提供者,火電、儲(chǔ)能、靈活性調(diào)節(jié)資源向調(diào)節(jié)性電源轉(zhuǎn)變［18-19］。在用電側(cè),市場主體更加多元化,大量電動(dòng)汽車、儲(chǔ)能、可控負(fù)荷、虛擬電廠、分布式電源及微電網(wǎng)等各類新型負(fù)荷參與市場,且在市場中發(fā)用電角色可變,導(dǎo)致市場規(guī)模和交易難度加大［20-22］。

2.3 交易品種多樣化

為支撐多元化市場主體參與電力現(xiàn)貨市場的需求,現(xiàn)貨市場不斷完善,在日前+實(shí)時(shí)市場的基礎(chǔ)上,采用日內(nèi)市場適應(yīng)新能源出力日內(nèi)變化,并在緊急情況下采取應(yīng)急調(diào)度機(jī)制。同時(shí),為解決新能源出力的波動(dòng)性和間歇性,構(gòu)建完備的輔助服務(wù)市場機(jī)制,煤電機(jī)組由基礎(chǔ)電源逐步向輔助調(diào)節(jié)電源轉(zhuǎn)變,并增加快速爬坡等新交易品種。此外,逐步探索開展容量市場、綠電交易、輸電權(quán)市場等［23］,體現(xiàn)電力商品的容量價(jià)值、環(huán)境價(jià)值和輸電權(quán)價(jià)值,助力低碳轉(zhuǎn)型。

2.4 市場體系層級(jí)化

中國能源資源分布不均勻,新能源大規(guī)模并網(wǎng)給電網(wǎng)帶來了平衡、消納及安全運(yùn)行壓力,尤其是新能源高占比局部地區(qū)已經(jīng)無法通過本地有限的靈活性資源及調(diào)峰、調(diào)頻能力來保障新能源消納及電網(wǎng)安全、平穩(wěn)運(yùn)行。需要利用跨省、跨區(qū)輸電通道能力,突破現(xiàn)有省級(jí)現(xiàn)貨市場范圍,建立更大范圍市場實(shí)現(xiàn)新能源大范圍消納、備用共享、余缺互濟(jì),在批發(fā)市場層面建立省級(jí)、省間現(xiàn)貨市場運(yùn)行體系［24］。同時(shí),新型電力系統(tǒng)存在多種電網(wǎng)結(jié)構(gòu)形態(tài)和商業(yè)主體,微電網(wǎng)、綜合能源、售電公司、聚合商等主體通過技術(shù)手段把低壓分布式發(fā)電及用戶資源進(jìn)行整合參與批發(fā)市場,這些聚合體內(nèi)部也構(gòu)成了一個(gè)相對(duì)獨(dú)立的零售市場交易體系,并通過內(nèi)部交易優(yōu)化形成參與批發(fā)市場報(bào)價(jià)策略以及根據(jù)批發(fā)市場出清結(jié)果進(jìn)行分解［25］。新型電力系統(tǒng)下形成了零售與批發(fā)、省內(nèi)與省間等多層級(jí)市場交互融合的運(yùn)行體系。

3 現(xiàn)貨市場交易運(yùn)營支撐技術(shù)面臨的挑戰(zhàn)

3.1 大規(guī)模異質(zhì)化市場主體接入難題

市場主體在接入方面具有了新特征,主要體現(xiàn)在負(fù)荷側(cè)市場主體和新能源發(fā)電廠的高比例接入。因此,不僅需要考慮負(fù)荷側(cè)的用電響應(yīng)需求變化,還需要關(guān)注發(fā)電側(cè)的出力波動(dòng)。負(fù)荷側(cè)接入市場的主體更加多元、異質(zhì),包括電動(dòng)汽車、儲(chǔ)能、可控負(fù)荷、虛擬電廠、分布式電源及微電網(wǎng)等各類新型負(fù)荷,負(fù)荷主體存在運(yùn)行差異大、角色可變的特征,難以準(zhǔn)確掌握負(fù)荷主體行為及運(yùn)行特性［26］。如何通過技術(shù)手段準(zhǔn)確得到各種復(fù)雜環(huán)境下負(fù)荷側(cè)新型主體的物理運(yùn)行特性及經(jīng)濟(jì)運(yùn)行特性是其參與電力現(xiàn)貨市場的主要挑戰(zhàn)。發(fā)電側(cè)的風(fēng)電、光伏等新能源主體接入比例不斷提高,逐漸成為電力、電能的主要提供者,常規(guī)電源由基礎(chǔ)電源向調(diào)節(jié)性電源轉(zhuǎn)變,增加了發(fā)電預(yù)測(cè)和調(diào)控的難度［27］。如何接入更多可調(diào)節(jié)市場主體參與市場交易,保證現(xiàn)貨市場發(fā)用電平衡,提高高比例新能源出力波動(dòng)消納能力是現(xiàn)貨市場未來主要面臨的問題。

因此,發(fā)用側(cè)大規(guī)模的非傳統(tǒng)異質(zhì)化市場主體接入現(xiàn)貨市場,參與現(xiàn)貨交易,將成為未來電力市場的新常態(tài),如何創(chuàng)新市場主體安全高效的匯聚、建模、接入關(guān)鍵技術(shù)是應(yīng)對(duì)新型電力系統(tǒng)環(huán)境下,維護(hù)現(xiàn)貨市場經(jīng)濟(jì)穩(wěn)定、持續(xù)良性發(fā)展的基礎(chǔ)技術(shù)難題。

3.2 多交易品種、多元市場主體聯(lián)合出清難題

電力現(xiàn)貨市場交易品種正在不斷豐富,在目前以電能量、調(diào)頻和備用為主體的市場交易品種的基礎(chǔ)上,增加快速爬坡、轉(zhuǎn)動(dòng)慣量等新的交易品種。不同交易品種之間存在物理耦合,多交易品種聯(lián)合運(yùn)行將產(chǎn)生整體最優(yōu)的結(jié)果,但也引入更多的變量和約束,多交易品種聯(lián)合出清極大增加了出清模型的復(fù)雜度。與此同時(shí),考慮電力現(xiàn)貨市場主體更加多元化的發(fā)展需求,多元、異質(zhì)的市場主體運(yùn)行特性帶來了發(fā)用電雙側(cè)可調(diào)資源離散變量多、部分約束模型描述復(fù)雜且時(shí)段耦合緊密的問題,進(jìn)一步增加了出清復(fù)雜度。除此之外,為適應(yīng)新能源的波動(dòng)性和不確定性,需要更短的日內(nèi)交易時(shí)間間隔、更長的日前交易時(shí)間尺度以提升運(yùn)行的靈活性和預(yù)見度［28-29］。實(shí)時(shí)市場滾動(dòng)更快,交易周期由15 min 向5 min 甚至更短時(shí)間逼近,以提高交易結(jié)果的可執(zhí)行性,保障電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行；日前市場突破24 h 的時(shí)間限制,在出清時(shí)考慮多日層面的優(yōu)化,實(shí)現(xiàn)多日層面的火電開機(jī)和儲(chǔ)能運(yùn)行優(yōu)化。交易頻次更高、尺度更長,對(duì)出清時(shí)間的要求越來越苛刻。因此,以安全約束機(jī)組組合（SCUC）/安全約束經(jīng)濟(jì)調(diào)度（SCED）技術(shù)為基礎(chǔ)的電力現(xiàn)貨市場出清模型需要精細(xì)考慮各類復(fù)雜約束條件,優(yōu)化求解面臨超大計(jì)算規(guī)模帶來的收斂難題。

3.3 多級(jí)調(diào)度模式下多層級(jí)市場協(xié)同運(yùn)行難題

為了更加有效地實(shí)現(xiàn)資源大范圍內(nèi)的優(yōu)化配置,促進(jìn)清潔能源消納及電網(wǎng)間余缺互濟(jì),必須建立統(tǒng)一電力市場,實(shí)現(xiàn)省級(jí)、省間電力現(xiàn)貨市場協(xié)同運(yùn)行［30-31］。在當(dāng)前技術(shù)條件及政策條件下,在全國范圍內(nèi)建立一個(gè)所有市場主體直接參與并統(tǒng)一優(yōu)化運(yùn)行的電力現(xiàn)貨市場還存在難度。因此,在現(xiàn)有市場框架體系下,通過提升省級(jí)現(xiàn)貨市場與省間現(xiàn)貨市場運(yùn)行效率,實(shí)現(xiàn)兩級(jí)市場協(xié)同運(yùn)作是構(gòu)建統(tǒng)一電力市場的關(guān)鍵。

表面上看,電力現(xiàn)貨市場是取代了原先電網(wǎng)公司電力調(diào)度中心調(diào)度計(jì)劃業(yè)務(wù),由計(jì)劃模式轉(zhuǎn)為通過市場競價(jià)方式來安排各類機(jī)組啟停及出力,但本質(zhì)上,現(xiàn)貨市場與調(diào)度計(jì)劃安排存在一定差異?，F(xiàn)貨市場出清結(jié)果只是結(jié)算意義上的,調(diào)度計(jì)劃是用于電網(wǎng)調(diào)度運(yùn)行,現(xiàn)貨市場出清到執(zhí)行過程須經(jīng)過考慮電網(wǎng)物理運(yùn)行約束及實(shí)際物理運(yùn)行狀態(tài)的調(diào)度計(jì)劃環(huán)節(jié)（或可靠性機(jī)組組合）才能保證電網(wǎng)安全運(yùn)行。在橫向上,現(xiàn)貨市場、調(diào)度計(jì)劃、自動(dòng)發(fā)電控制（automatic generation control,AGC）等業(yè)務(wù)功能需要進(jìn)行有序銜接。實(shí)時(shí)市場出清結(jié)果首先發(fā)送實(shí)時(shí)調(diào)度計(jì)劃,采用實(shí)時(shí)調(diào)度計(jì)劃安全性保障措施后把可執(zhí)行的實(shí)時(shí)計(jì)劃發(fā)送給AGC 功能進(jìn)行最終執(zhí)行。流程中任何一個(gè)環(huán)節(jié)出現(xiàn)問題都有可能影響最終電網(wǎng)安全運(yùn)行,如何保障市場與電網(wǎng)安全協(xié)同運(yùn)行是必須考慮的一個(gè)問題。在縱向上,中國電網(wǎng)采用統(tǒng)一管理、分級(jí)調(diào)度原則,上級(jí)調(diào)度機(jī)構(gòu)提供電網(wǎng)間聯(lián)絡(luò)線交換計(jì)劃作為下級(jí)調(diào)度的市場邊界條件。同時(shí),上級(jí)調(diào)度要對(duì)下級(jí)調(diào)度的市場出清結(jié)果進(jìn)行安全校核,國、網(wǎng)、省三級(jí)調(diào)度計(jì)劃流程存在交互迭代與時(shí)序銜接。同時(shí),市場運(yùn)行體系包括了省間現(xiàn)貨市場、區(qū)域輔助服務(wù)市場、省內(nèi)現(xiàn)貨市場等,省級(jí)現(xiàn)貨市場與省間現(xiàn)貨市場目前參考了國、網(wǎng)、省三級(jí)調(diào)度運(yùn)作模式。省級(jí)市場首先開展預(yù)平衡或預(yù)出清,根據(jù)預(yù)出清結(jié)果來決定參與省間市場報(bào)價(jià)曲線,接收省間市場出清結(jié)果后,開展省內(nèi)市場正式出清；省內(nèi)市場出清結(jié)果再發(fā)送給網(wǎng)調(diào)、國調(diào)開展安全校核,在不滿足電網(wǎng)安全約束條件下進(jìn)行調(diào)整。這種上下反復(fù)迭代運(yùn)行模式效率低下,難以適應(yīng)日內(nèi)市場、實(shí)時(shí)市場超短期滾動(dòng)決策優(yōu)化要求。三級(jí)調(diào)度與兩級(jí)市場間在時(shí)序上交叉配合,流程鏈條長、業(yè)務(wù)交互體系復(fù)雜、數(shù)據(jù)交互量大,市場又必須在規(guī)定時(shí)間內(nèi)完成市場出清并保障市場出清結(jié)果符合各級(jí)電網(wǎng)安全運(yùn)行要求,在互聯(lián)大電網(wǎng)下,這種多級(jí)調(diào)度模式下的多層次市場安全、高效協(xié)同運(yùn)行要求難度大。

3.4 復(fù)雜市場形態(tài)下市場風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別難題

在新型電力系統(tǒng)的特征日趨明顯的環(huán)境下,電網(wǎng)、市場、社會(huì)耦合互動(dòng)的電網(wǎng)安全風(fēng)險(xiǎn)和市場運(yùn)營風(fēng)險(xiǎn)日益嚴(yán)重［32-33］。電網(wǎng)安全風(fēng)險(xiǎn)方面,在一次能源供給、氣候環(huán)境等多重因素作用下,新能源為主體、終端負(fù)荷電氣化、設(shè)備檢修與省間聯(lián)絡(luò)線計(jì)劃對(duì)市場影響程度加深,發(fā)電側(cè)和負(fù)荷側(cè)運(yùn)行規(guī)律變差,發(fā)用電側(cè)雙向呈現(xiàn)強(qiáng)不確定性,市場邊界條件波動(dòng)性大,市場運(yùn)營難度及風(fēng)險(xiǎn)加大,尤其是大規(guī)模間歇性可再生能源出力異常和極端天氣相疊加,將導(dǎo)致供需失衡及相應(yīng)的價(jià)格風(fēng)險(xiǎn)。2020 年8 月,受極端高溫天氣和高滲透率光伏電源接入的影響,美國加利福尼亞州電力系統(tǒng)獨(dú)立運(yùn)營商20 年來首次處于三級(jí)緊急狀態(tài),一度中斷超過40 萬家企業(yè)與家庭的電力供應(yīng)。2021 年2 月中旬,美國得克薩斯州（下文簡稱得州）經(jīng)歷了一次極端寒潮,用電需求攀升加上風(fēng)力發(fā)電和火力發(fā)電的減少,造成得州約有400 萬家庭在嚴(yán)寒中失去了電力供應(yīng),得州電力市場批發(fā)電價(jià)一度突破了1 萬美元/（MW·h）。市場運(yùn)營風(fēng)險(xiǎn)方面,市場主體更加多元化,大量電動(dòng)汽車、儲(chǔ)能、可控負(fù)荷、虛擬電廠、分布式電源及微電網(wǎng)等各類新型負(fù)荷參與市場,且在市場中發(fā)用電角色可變,導(dǎo)致市場監(jiān)管難度加大。與此同時(shí),隨著電力現(xiàn)貨市場的體系不斷完善,內(nèi)容與結(jié)構(gòu)不斷豐富,新的交易規(guī)則和交易品種接踵而至,電力市場交易數(shù)據(jù)與市場風(fēng)險(xiǎn)也隨之增加。現(xiàn)貨市場環(huán)境下的市場違規(guī)行為更加難以防范,無法實(shí)現(xiàn)定量、準(zhǔn)確、快速的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估。市場結(jié)構(gòu)、發(fā)電主體地位、市場主體行為等多類風(fēng)險(xiǎn)來源的精準(zhǔn)辨識(shí)與綜合評(píng)估難度極大。

4 現(xiàn)貨市場運(yùn)營關(guān)鍵技術(shù)

為了應(yīng)對(duì)新能源大規(guī)模接入和消納,電網(wǎng)的靈活調(diào)節(jié)需求不斷增加,亟須挖掘負(fù)荷側(cè)靈活負(fù)荷資源參與電網(wǎng)平衡調(diào)節(jié),實(shí)現(xiàn)源荷的協(xié)調(diào)運(yùn)行；需要開展低壓側(cè)多元主體接入建模、市場出清算法、市場協(xié)同運(yùn)行和閉環(huán)控制、市場風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別、可信交易環(huán)境構(gòu)建及市場聯(lián)合仿真等關(guān)鍵技術(shù)研究。各關(guān)鍵技術(shù)之間的關(guān)系如圖1 所示,其保障了新型電力系統(tǒng)下電力現(xiàn)貨市場安全、高效、穩(wěn)定運(yùn)行。

4.1 低壓側(cè)市場資源自動(dòng)匯聚建模技術(shù)

為應(yīng)對(duì)大量、規(guī)模較小、空間分散、異質(zhì)市場主體接入現(xiàn)貨市場,需要開展信息交互通信、大量智能荷儲(chǔ)建模等關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)。但在當(dāng)前調(diào)控網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下,大規(guī)模、異質(zhì)負(fù)荷主體的匯集接入并參與省級(jí)市場將面臨巨大挑戰(zhàn),需要結(jié)合已有研究的成果［34-38］開展工程化的負(fù)荷資源信息交互與調(diào)控建模技術(shù)研究,指導(dǎo)實(shí)踐工程落地。

4.1.1 低壓側(cè)資源信息交互技術(shù)

文獻(xiàn)［34］結(jié)合冀北電網(wǎng)的虛擬電廠實(shí)踐闡述了負(fù)荷側(cè)資源接入、調(diào)控以及運(yùn)行商業(yè)模式的研究成果,但更大范圍的低壓市場主體匯聚接入調(diào)控并參與電力市場,需要完善的信息交互網(wǎng)絡(luò)和數(shù)據(jù)采集體系來支撐實(shí)時(shí)采集、傳輸、解析以及控制低壓側(cè)資源。省級(jí)調(diào)控（市場）與負(fù)荷資源控制主體的數(shù)據(jù)交互,按照不同環(huán)境特征來選取不同的數(shù)據(jù)交互網(wǎng)絡(luò)。例如,限于當(dāng)前省級(jí)電力市場的交易門檻和市場管理要求,負(fù)荷主體需要通過代理機(jī)構(gòu)（售電公司、虛擬電廠運(yùn)營商等）間接參與省間電力市場,區(qū)域代理的低壓資源匯聚通信,一般采用低速、近距離的通信技術(shù)進(jìn)行多層匯聚后上傳至省側(cè),結(jié)合業(yè)務(wù)需求采用電力載波通信、RS-485 通信、LoRa 通信以及無線專網(wǎng)等單一或組合匯聚接入網(wǎng)絡(luò)。

低壓側(cè)資源通過智能采集終端和通信設(shè)施采集匯聚的低壓側(cè)信息,可穿越安全接入?yún)^(qū)或綜合數(shù)據(jù)網(wǎng)接入調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)并同步至現(xiàn)貨系統(tǒng)。涉及低壓側(cè)資源的匯聚信息,可穿越不同網(wǎng)絡(luò)控制區(qū)（互聯(lián)網(wǎng)區(qū)、管理信息大區(qū)、安全接入?yún)^(qū)及生產(chǎn)控制大區(qū)）的可調(diào)節(jié)負(fù)荷資源接入點(diǎn),建立規(guī)范化數(shù)據(jù)格式,包括Web 服務(wù)（WebService）、文件交互以及104 規(guī)約等方式來適應(yīng)低壓側(cè)資源的聚合接入。Web 服務(wù)適用于管理信息大區(qū)和互聯(lián)網(wǎng)區(qū),可調(diào)節(jié)負(fù)荷資源的聚合接入,具有使用廣泛、簡單快速和靈活通用等特點(diǎn)；文件交互適用于通過安全接入?yún)^(qū)接入可調(diào)節(jié)負(fù)荷資源,具有簡潔高效、內(nèi)容可視、便于問題定位等特點(diǎn)；104 規(guī)約主要針對(duì)生產(chǎn)控制大區(qū)可調(diào)節(jié)負(fù)荷資源的聚合接入,例如,自備電廠、大用戶以及電網(wǎng)側(cè)儲(chǔ)能等資源。對(duì)于直控負(fù)荷、省調(diào)/地調(diào)主站系統(tǒng)與可調(diào)節(jié)負(fù)荷（例如電網(wǎng)側(cè)/電源側(cè)儲(chǔ)能、大工業(yè)用戶、自備電廠）間采用104 規(guī)約等進(jìn)行通信,以滿足事故處置、調(diào)頻場景應(yīng)用的需求。

低壓側(cè)資源結(jié)合自身特點(diǎn)選擇合適的通信與接入方式匯聚后參與電力現(xiàn)貨市場,接入電力現(xiàn)貨與調(diào)度系統(tǒng)的示意圖如圖2 所示。低壓側(cè)資源通過車聯(lián)網(wǎng)、儲(chǔ)能云平臺(tái)、綜合能源平臺(tái)等基礎(chǔ)平臺(tái)上傳數(shù)據(jù)并穿越防火墻,在互聯(lián)區(qū)利用身份認(rèn)證、文件加密傳輸以及Web 服務(wù)等技術(shù)進(jìn)行內(nèi)外網(wǎng)的隔離防護(hù),構(gòu)建電力現(xiàn)貨支持系統(tǒng)接入數(shù)據(jù)安全的第一道防護(hù)。同時(shí),互聯(lián)網(wǎng)大區(qū)與管理信息大區(qū)之間通過隔離裝置阻斷互聯(lián)網(wǎng)接入數(shù)據(jù)與內(nèi)網(wǎng)之間的直接交互,采用隔離裝置二次驗(yàn)證數(shù)據(jù)后,通過文件形式接入互聯(lián)網(wǎng)的傳入數(shù)據(jù)。最后,經(jīng)過二次驗(yàn)證通過的低壓側(cè)市場主體穿越三四區(qū)防火墻,在電力現(xiàn)貨支持系統(tǒng)上進(jìn)行交易申報(bào)與信息查詢,實(shí)現(xiàn)低壓側(cè)市場主體安全接入并參與電力市場交易。

4.1.2 低壓側(cè)資源建模技術(shù)

電力現(xiàn)貨市場的低壓側(cè)資源建模主要依據(jù)《可調(diào)節(jié)負(fù)荷并網(wǎng)運(yùn)行與控制技術(shù)規(guī)范 第4 部分:數(shù)據(jù)模型與存儲(chǔ)》［39］行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)及相關(guān)規(guī)范,對(duì)低壓側(cè)資源按照可調(diào)度性、響應(yīng)時(shí)間、調(diào)節(jié)能力等方面提取不同類型負(fù)荷資源調(diào)節(jié)屬性及可調(diào)度屬性。在調(diào)度主站側(cè)對(duì)區(qū)域協(xié)控、非工空調(diào)、儲(chǔ)能裝置、電動(dòng)汽車平臺(tái)、社會(huì)負(fù)荷運(yùn)營平臺(tái)等負(fù)荷資源進(jìn)行統(tǒng)一建模,基于相同模型屬性、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)屬性進(jìn)行分類［35-36］。同時(shí),考慮各類型負(fù)荷資源響應(yīng)特性,在調(diào)度主站分別對(duì)各負(fù)荷管理子站進(jìn)行臺(tái)賬式細(xì)化建模,滿足電網(wǎng)對(duì)底層負(fù)荷資源的在線監(jiān)視及個(gè)性化分析應(yīng)用需求。在面向電網(wǎng)分層分區(qū)運(yùn)行時(shí),按照從低電壓等級(jí)到高電壓等級(jí)的方式,逐層建模并自動(dòng)聚合,形成每一層級(jí)可調(diào)節(jié)負(fù)荷資源模型及實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)能力。整體構(gòu)建統(tǒng)一的可調(diào)節(jié)負(fù)荷資源池,為可調(diào)節(jié)負(fù)荷資源參與電網(wǎng)調(diào)峰調(diào)頻、事故備用、局部過載等提供支撐。

低壓側(cè)資源建模按照地區(qū)、分區(qū)進(jìn)行可控容量、實(shí)時(shí)負(fù)荷、預(yù)測(cè)負(fù)荷的聚合,適應(yīng)省級(jí)調(diào)度系統(tǒng)和現(xiàn)貨系統(tǒng)的主體模型需求［37-38］,滿足分區(qū)發(fā)用電評(píng)估、重要輸電斷面越限校正等應(yīng)用場景的開展。對(duì)于大型負(fù)荷聚合商在地調(diào)層面的聚合等級(jí),以10 kV 線路為最小顆粒度進(jìn)行可控容量、實(shí)時(shí)負(fù)荷、預(yù)測(cè)負(fù)荷的聚合,按照負(fù)荷聚合地區(qū)/分區(qū)模型-負(fù)荷聚合主體模型-分區(qū)聚合負(fù)荷資源地區(qū)/分區(qū)模型-負(fù)荷聚合單元模型-負(fù)荷設(shè)備層模型不同空間梯度構(gòu)建統(tǒng)一調(diào)度模型。

目前,針對(duì)低壓側(cè)資源按照可調(diào)度特征和調(diào)節(jié)屬性進(jìn)行單體建模,一般分為負(fù)荷類（側(cè)）可調(diào)度負(fù)荷模型、可調(diào)度儲(chǔ)能類模型。單個(gè)建模的低壓側(cè)市場主體按照各省市場規(guī)則向上匯聚,從空間、對(duì)象和調(diào)節(jié)特性3 個(gè)維度構(gòu)建可調(diào)度資源的聚合統(tǒng)計(jì)模型,用于可調(diào)度資源的監(jiān)視控制和分析決策。空間維度包括省市行政區(qū)域、供電分區(qū)等；對(duì)象維度包括直控負(fù)荷、負(fù)荷聚合商、儲(chǔ)能、電動(dòng)汽車等具體物理對(duì)象；調(diào)節(jié)特性包括不同響應(yīng)時(shí)間級(jí)別、不同響應(yīng)持續(xù)時(shí)間下的上/下可調(diào)節(jié)量。電力現(xiàn)貨交易系統(tǒng)中,通過聚合統(tǒng)計(jì)管理模型將某一維度或多個(gè)維度下的采集量、計(jì)劃值、可調(diào)節(jié)量以及控制情況進(jìn)行組合建模,為低壓側(cè)資源參與現(xiàn)貨市場的調(diào)頻調(diào)壓、消除電網(wǎng)越限、消納新能源、備用控制和電力平衡等電力交易提供模型支撐。

4.2 市場出清模型動(dòng)態(tài)構(gòu)建與高效求解技術(shù)

交易主體數(shù)量激增、多交易品種耦合以及大規(guī)模新能源、交直流混聯(lián)電網(wǎng)等新要素接入帶來的電力現(xiàn)貨市場形態(tài)變化［40-46］,對(duì)市場出清模型構(gòu)建與高效求解提出更高要求,需要從協(xié)同出清、模型構(gòu)建、高效求解等方面,開展針對(duì)性關(guān)鍵技術(shù)研究。

4.2.1 多主體參與、多品種協(xié)同出清技術(shù)

分析儲(chǔ)能、抽水蓄能、負(fù)荷聚合商、虛擬電廠等新型主體的運(yùn)行特性［42］,包括雙向功率流、能量有限性等,構(gòu)建多類新型主體的通用化市場交易模型。針對(duì)儲(chǔ)能資源充放電模式之間的轉(zhuǎn)換、荷電狀態(tài)限制、運(yùn)行退化等特點(diǎn),引入二進(jìn)制變量描述充放電之間的互斥性,構(gòu)建儲(chǔ)能資源雙向調(diào)節(jié)運(yùn)行成本的優(yōu)化模型,建立儲(chǔ)能資源的市場出清模型。根據(jù)抽水蓄能的物理特性,考慮流量守恒約束、最大儲(chǔ)水量約束、最小出水量約束等因素,結(jié)合參與現(xiàn)貨市場的自調(diào)度、全調(diào)度、半調(diào)度等3 種潛在的調(diào)度模式,建立抽水蓄能的市場出清模型。針對(duì)不同種類負(fù)荷聚合商、虛擬電廠的差異化調(diào)節(jié)特性,建立考慮可調(diào)負(fù)荷響應(yīng)速度、響應(yīng)間隔時(shí)間、響應(yīng)持續(xù)時(shí)間、運(yùn)營特性等約束條件的交易出清模型。

新型主體除了參與電能量市場外,還可以參與調(diào)頻、備用等輔助服務(wù)市場,同時(shí),在多個(gè)市場進(jìn)行申報(bào)和競價(jià),提供多種服務(wù)。由于存在容量上的耦合關(guān)系,電能量市場與輔助服務(wù)市場聯(lián)合出清,將獲得更優(yōu)的整體經(jīng)濟(jì)效益。構(gòu)建以社會(huì)效益最大化為目標(biāo)的電能與調(diào)頻、備用、爬坡輔助服務(wù)聯(lián)合出清與定價(jià)模型,采用電能、調(diào)頻、備用多交易品種的稀缺定價(jià)方法,確保多交易品種稀缺耦合場景下收益相同,實(shí)現(xiàn)電能、調(diào)頻、備用多交易品種最優(yōu)配置。根據(jù)市場建設(shè)在不同發(fā)展階段的要求,通過模型解耦,實(shí)現(xiàn)多主體參與、多交易品種的協(xié)同出清。

海量新型主體參與市場、市場主體同質(zhì)報(bào)價(jià),導(dǎo)致出清定價(jià)模型多優(yōu)解不唯一,影響出清穩(wěn)定性。通過市場主體同報(bào)價(jià)場景下二次規(guī)劃出清模型構(gòu)建方法,采用內(nèi)點(diǎn)算法實(shí)現(xiàn)同報(bào)價(jià)市場主體的比例出清,解決對(duì)偶問題退化導(dǎo)致出清結(jié)果隨機(jī)波動(dòng)難題；通過基于定價(jià)模型最優(yōu)基退化的價(jià)格多解識(shí)別技術(shù),采用靈敏度分析和次梯度算法準(zhǔn)確提取最優(yōu)基退化規(guī)避因子進(jìn)行二次價(jià)格計(jì)算,解決定價(jià)模型退化場景下能量和阻塞價(jià)格無效的難題。

4.2.2 市場出清模型動(dòng)態(tài)構(gòu)建技術(shù)

由于電力資源、負(fù)荷特性、電網(wǎng)結(jié)構(gòu)以及市場規(guī)則、市場進(jìn)程等方面存在較大差異,不同省份市場成員類型的多元化、市場模式的差異化,導(dǎo)致出清模型復(fù)雜多變［43-44］。構(gòu)建以新能源最大消納和合約電量進(jìn)度均衡為目標(biāo)的中長期曲線分解模型,采用二次規(guī)劃算法確保經(jīng)濟(jì)調(diào)度出力的平滑性,實(shí)現(xiàn)中長期交易結(jié)果在現(xiàn)貨市場的安全交割。構(gòu)建考慮多元主體運(yùn)行特性和市場參與方式的全電量和發(fā)電權(quán)置換出清模型,支持節(jié)點(diǎn)電價(jià)、分區(qū)電價(jià)、買入電價(jià)、賣出電價(jià)、買入賣出加權(quán)電價(jià)等多種定價(jià)策略,并通過現(xiàn)貨市場集中競價(jià)策略和火電與新能源發(fā)電權(quán)置換支撐新能源優(yōu)先消納?；谑袌鰰r(shí)序、競價(jià)策略、市場模式、交易品種、主體特性等因素抽象提取出清模型約束條件和優(yōu)化目標(biāo)的數(shù)學(xué)表征方式,建立出清模型要素靈活組態(tài)建模機(jī)制,實(shí)現(xiàn)電力現(xiàn)貨市場出清模型的動(dòng)態(tài)構(gòu)建,解決中國不同地區(qū)現(xiàn)貨市場特色各異、持續(xù)演進(jìn)下出清模型動(dòng)態(tài)適配、快速構(gòu)建難題。

4.2.3 市場出清模型高效求解技術(shù)

電力現(xiàn)貨市場出清模型具有長時(shí)序、大規(guī)模、非線性、多時(shí)段強(qiáng)耦合等特點(diǎn),針對(duì)“雙碳”背景下市場出清模型計(jì)算規(guī)模龐大帶來的求解難題,從模型降維、算法改進(jìn)、迭代過程等方面,建立現(xiàn)貨市場出清模型高效求解的整體解決方案［45-46］。在模型降維預(yù)處理方面,根據(jù)實(shí)際系統(tǒng)的物理特性指導(dǎo)整個(gè)混合整數(shù)規(guī)劃的尋優(yōu)過程,采用基于極值分析篩選網(wǎng)絡(luò)約束的出清模型降維技術(shù),提前去除冗余及非綁定安全約束,縮小市場出清模型的稠密約束矩陣空間；通過機(jī)組啟停對(duì)象和時(shí)段條件分析識(shí)別有效整數(shù)變量,從而辨識(shí)起作用的離散優(yōu)化變量,縮小機(jī)組組合的狀態(tài)組合空間；通過動(dòng)態(tài)提取發(fā)用電曲線及發(fā)輸電檢修計(jì)劃的特征時(shí)段,實(shí)現(xiàn)基于相近時(shí)段融合的計(jì)算時(shí)段規(guī)模壓縮。在算法改進(jìn)方面,采用歷史出清數(shù)據(jù)深度學(xué)習(xí)生成機(jī)組組合初始解,基于初始開停機(jī)結(jié)果構(gòu)造有效割平面,提升根節(jié)點(diǎn)收斂速度以及加快分支定界對(duì)偶下界上升速度,實(shí)現(xiàn)大規(guī)?；旌险麛?shù)規(guī)劃的高效求解。在迭代過程方面,建立高精度近似非線性、非凸性交流潮流的線性潮流計(jì)算模型,構(gòu)建內(nèi)嵌線性化交流潮流的迭代出清機(jī)制,通過高精度的潮流約束建模提升迭代收斂性。

需要指出,當(dāng)前國內(nèi)現(xiàn)貨市場出清的核心算法存在技術(shù)“卡脖子”風(fēng)險(xiǎn),亟須攻克自主可控市場出清算法。目前,國內(nèi)的商用優(yōu)化求解器,如COPT、MindOpt 等在混合整數(shù)規(guī)劃求解性能上與國外頂尖求解器還存在一定差距。基于國產(chǎn)化求解引擎,結(jié)合電力現(xiàn)貨市場出清規(guī)則,通過現(xiàn)貨市場出清模型多種優(yōu)化求解器統(tǒng)一構(gòu)建、求解性能評(píng)估分析、基于有效割平面策略的分支定界加速,進(jìn)行基于國產(chǎn)優(yōu)化求解器的大規(guī)模混合整數(shù)規(guī)劃出清問題加速尋優(yōu)技術(shù)研究,是未來電力現(xiàn)貨市場安全有序發(fā)展的重要技術(shù)方向。

4.3 多層級(jí)市場與電網(wǎng)全過程閉環(huán)協(xié)同控制技術(shù)

現(xiàn)貨市場是在短時(shí)序上建立與電力系統(tǒng)運(yùn)行緊密結(jié)合的市場組織形式,采用集中出清的交易形式,產(chǎn)生分時(shí)價(jià)格信號(hào),并形成滿足安全約束、可實(shí)際下達(dá)執(zhí)行的電力調(diào)度計(jì)劃指令。現(xiàn)貨市場運(yùn)行難點(diǎn)在于需要統(tǒng)籌全天連續(xù)可靠出清與電網(wǎng)實(shí)時(shí)運(yùn)行安全控制要求,避免實(shí)時(shí)市場異?；虿缓侠淼某銮褰Y(jié)果傳遞至電網(wǎng)運(yùn)行控制環(huán)節(jié)。未來,電力現(xiàn)貨市場參與主體多、不確定性強(qiáng),多層級(jí)市場及調(diào)度間聯(lián)系密切、流程長、環(huán)節(jié)多,對(duì)技術(shù)系統(tǒng)的可靠性、計(jì)算結(jié)果的合理性、故障恢復(fù)的時(shí)效性、實(shí)時(shí)市場與AGC 閉環(huán)協(xié)調(diào)等提出了更高的要求。

4.3.1 高安全、高可靠的實(shí)時(shí)市場安全運(yùn)行框架

實(shí)時(shí)市場出清結(jié)果是調(diào)度執(zhí)行依據(jù),實(shí)時(shí)市場由于臨近調(diào)度執(zhí)行（一般提前5 min 或15 min）,其出清結(jié)果一般直接自動(dòng)下發(fā)給調(diào)度運(yùn)行環(huán)節(jié)進(jìn)行執(zhí)行。因此,實(shí)時(shí)市場與電網(wǎng)安全運(yùn)行密切相關(guān)。為了保障實(shí)時(shí)市場出清結(jié)果正確、可靠,在實(shí)時(shí)市場出清全過程建立風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別預(yù)警及異常處置機(jī)制。在出清前,通過數(shù)據(jù)校驗(yàn)規(guī)則庫對(duì)實(shí)時(shí)市場輸入數(shù)據(jù)進(jìn)行全方位校驗(yàn)校正,確保輸入數(shù)據(jù)滿足出清計(jì)算要求。同時(shí),穩(wěn)定斷面限額是市場出清的重要安全約束條件,利用深度學(xué)習(xí)算法,基于電網(wǎng)歷史數(shù)據(jù)分析提前識(shí)別出有效穩(wěn)定斷面集及限額,進(jìn)一步精細(xì)化實(shí)時(shí)市場安全約束處理。在出清計(jì)算過程中,針對(duì)可能發(fā)生的出清不收斂、結(jié)果異常等情況,根據(jù)預(yù)先設(shè)定原則通過邊界條件修改、計(jì)算參數(shù)調(diào)整、約束條件松弛等多種手段來提升計(jì)算結(jié)果可用性。如果上述手段無法在短時(shí)間內(nèi)計(jì)算形成可用出清結(jié)果,實(shí)時(shí)市場采取流程中斷并告警提示,避免錯(cuò)誤結(jié)果下發(fā)給實(shí)時(shí)調(diào)度進(jìn)而影響電網(wǎng)安全。為進(jìn)一步提升市場環(huán)境下的電網(wǎng)安全水平,在實(shí)時(shí)市場與實(shí)時(shí)運(yùn)行間增加了實(shí)時(shí)調(diào)度環(huán)節(jié)。結(jié)合最新電網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)滾動(dòng)修正實(shí)時(shí)市場出清結(jié)果,同時(shí),在日前市場與實(shí)時(shí)市場間增加日內(nèi)滾動(dòng)調(diào)度環(huán)節(jié)。相比于實(shí)時(shí)市場,日內(nèi)滾動(dòng)調(diào)度增加了計(jì)算時(shí)間尺度（一般為4 h,實(shí)時(shí)市場為1～2 h）,在實(shí)時(shí)市場不可用的情況下,利用日內(nèi)滾動(dòng)調(diào)度結(jié)果下發(fā)執(zhí)行,進(jìn)一步增強(qiáng)實(shí)時(shí)環(huán)節(jié)下調(diào)度運(yùn)行的可靠性。實(shí)時(shí)市場風(fēng)險(xiǎn)辨識(shí)與處置機(jī)制示意圖如圖3 所示。

圖3 實(shí)時(shí)市場風(fēng)險(xiǎn)辨識(shí)與處置機(jī)制示意圖Fig.3 Schematic diagram of real-time market risk identification and disposal mechanism

4.3.2 市場環(huán)境下AGC 技術(shù)

AGC 是現(xiàn)貨市場出清結(jié)果的執(zhí)行環(huán)節(jié),實(shí)時(shí)市場及調(diào)頻市場的出清結(jié)果被發(fā)送給AGC 作為基點(diǎn)功率,AGC 結(jié)合區(qū)域控制偏差產(chǎn)生最終控制指令下發(fā)機(jī)組進(jìn)行執(zhí)行。為了市場出清結(jié)果與AGC 的順利閉環(huán),在讀取市場出清結(jié)果文件時(shí)設(shè)計(jì)了出清結(jié)果文件的數(shù)據(jù)安全校驗(yàn)機(jī)制,AGC 從數(shù)據(jù)完整性、數(shù)據(jù)有效性和數(shù)據(jù)合理性等多個(gè)維度對(duì)出清結(jié)果進(jìn)行安全校驗(yàn),確保出清結(jié)果完整正確。在出清結(jié)果閉環(huán)控制時(shí),采用AGC 機(jī)組動(dòng)態(tài)優(yōu)先級(jí)調(diào)用策略和控制模式的自適應(yīng)切換方法,確保在電網(wǎng)正常運(yùn)行和嚴(yán)重故障時(shí)AGC 均具備足夠的調(diào)節(jié)備用,在滿足電網(wǎng)頻率安全運(yùn)行的前提下,保障市場出清結(jié)果的順利執(zhí)行。基于調(diào)頻機(jī)組實(shí)際調(diào)節(jié)性能分析,采用計(jì)及機(jī)組受阻、網(wǎng)絡(luò)約束和考核指標(biāo)要求的調(diào)頻機(jī)組實(shí)際可用容量和速率備用實(shí)時(shí)計(jì)算方法,基于電網(wǎng)超短期負(fù)荷預(yù)測(cè)和新能源發(fā)電預(yù)測(cè)數(shù)據(jù),結(jié)合調(diào)頻市場出清結(jié)果和送受電計(jì)劃數(shù)據(jù),通過考慮預(yù)測(cè)概率分布和電網(wǎng)控制性能指標(biāo)的調(diào)節(jié)容量需求不足超前預(yù)警方法,再與實(shí)時(shí)市場協(xié)調(diào)閉環(huán)運(yùn)行,實(shí)現(xiàn)了調(diào)節(jié)容量動(dòng)態(tài)回收及電網(wǎng)安全運(yùn)行。為了支撐新型電力系統(tǒng)中可調(diào)負(fù)荷、充電汽車、虛擬電廠等對(duì)象參與電網(wǎng)調(diào)度控制,AGC 軟件中增加了新型控制對(duì)象建模及考慮新型對(duì)象運(yùn)行特性（調(diào)節(jié)速率、調(diào)節(jié)上下限、調(diào)節(jié)次數(shù)等）的控制分配策略。由于控制對(duì)象及范圍發(fā)生變化,AGC 向自動(dòng)功率控制（automatic power control,APC）轉(zhuǎn)變。

4.3.3 多層級(jí)市場耦合運(yùn)行技術(shù)

為了實(shí)現(xiàn)資源大范圍優(yōu)化配置,電力現(xiàn)貨市場在省調(diào)、網(wǎng)調(diào)及國調(diào)等縱向多級(jí)市場運(yùn)營機(jī)構(gòu)間進(jìn)行協(xié)同。省級(jí)市場首先開展市場預(yù)出清,評(píng)估出省內(nèi)市場平衡余缺情況,根據(jù)余缺情況參加區(qū)域輔助服務(wù)市場及省間現(xiàn)貨市場。省間現(xiàn)貨市場及區(qū)域輔助服務(wù)市場的出清結(jié)果作為省級(jí)現(xiàn)貨市場的邊界條件,省級(jí)現(xiàn)貨市場在區(qū)域輔助服務(wù)市場及省間現(xiàn)貨市場的基礎(chǔ)上開展省內(nèi)現(xiàn)貨市場正式出清,通過多層級(jí)市場高效協(xié)同,以市場化手段達(dá)到資源余缺互濟(jì),保障多層次市場下大電網(wǎng)安全運(yùn)行的目的。多層級(jí)市場協(xié)同交互的關(guān)鍵是實(shí)現(xiàn)大規(guī)模市場化數(shù)據(jù)可靠、高效共享與傳輸,這些數(shù)據(jù)包括不同層級(jí)市場運(yùn)行狀態(tài)、市場邊界數(shù)據(jù)、市場出清結(jié)果數(shù)據(jù)及市場間協(xié)同調(diào)整數(shù)據(jù)等。通過跨域服務(wù)總線實(shí)現(xiàn)多層級(jí)市場跨系統(tǒng)數(shù)據(jù)快速交互,構(gòu)建多層級(jí)市場全景數(shù)據(jù)資源池及統(tǒng)一的市場聯(lián)合協(xié)商決策,聯(lián)合協(xié)商決策包括沖突定位區(qū)、結(jié)果協(xié)商調(diào)整區(qū)、決策分析區(qū)、信息交互區(qū)等,利用遠(yuǎn)程調(diào)閱實(shí)現(xiàn)畫面遠(yuǎn)程打開和同景展示,通過內(nèi)網(wǎng)即時(shí)聊天工具實(shí)現(xiàn)多方市場運(yùn)營機(jī)構(gòu)在線交流協(xié)商。市場運(yùn)營機(jī)構(gòu)在計(jì)劃編制及市場出清過程中在線聯(lián)合開展問題快速分析、全網(wǎng)統(tǒng)一決策、出清結(jié)果調(diào)整等,避免過去基于文件數(shù)據(jù)異步交互方式下多級(jí)市場運(yùn)營機(jī)構(gòu)間反復(fù)迭代的運(yùn)作模式,充分發(fā)揮大電網(wǎng)一體化決策能力,提升市場環(huán)境下大電網(wǎng)生產(chǎn)運(yùn)行組織協(xié)同效率。

4.4 基于區(qū)塊鏈安全可信交易環(huán)境構(gòu)建技術(shù)

傳統(tǒng)電力調(diào)度與交易僅開展發(fā)電與電網(wǎng)之間的調(diào)度協(xié)同與交易,經(jīng)過長時(shí)間磨合已經(jīng)具備了互信基礎(chǔ)。但是,電力市場將逐步納入新型主體參與現(xiàn)貨交易,要求源-網(wǎng)-荷的協(xié)同互動(dòng),對(duì)發(fā)-輸-用各環(huán)節(jié)中的主體協(xié)同提出了互信的要求。融合了加密技術(shù)、共識(shí)機(jī)制、分布式廣播網(wǎng)絡(luò)以及智能合約等關(guān)鍵技術(shù)的區(qū)塊鏈技術(shù)逐漸成為構(gòu)建電力交易互信的支撐技術(shù)［47-50］。目前,區(qū)塊鏈技術(shù)主要提供關(guān)鍵數(shù)據(jù)封存、自動(dòng)數(shù)據(jù)處理、可信溯源審計(jì)以及數(shù)字價(jià)值發(fā)現(xiàn)等功能支撐,融合現(xiàn)貨交易業(yè)務(wù)需求,可提供全流程的市場管控與智能處理功能。

4.4.1 基于區(qū)塊鏈的電力可信交易信息架構(gòu)

為保障高比例新能源參與的電力現(xiàn)貨市場安全、穩(wěn)定、高效運(yùn)行,需要利用區(qū)塊鏈技術(shù)設(shè)計(jì)符合“安全可信”的市場運(yùn)營數(shù)據(jù)管理支撐功能,構(gòu)造面向新型電力系統(tǒng)的電力現(xiàn)貨市場可信信息系統(tǒng)。針對(duì)電力現(xiàn)貨交易申報(bào)發(fā)布、市場出清、用電計(jì)量、結(jié)算考核、市場監(jiān)管等流程的市場信息進(jìn)行關(guān)鍵數(shù)據(jù)加密存證、自動(dòng)數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)查詢,按照電力現(xiàn)貨市場數(shù)據(jù)管理要求,確保業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)防篡改、全流程監(jiān)管、高效溯源?；趨^(qū)塊鏈技術(shù)的現(xiàn)貨交易系統(tǒng)架構(gòu)如圖4 所示。

圖4 基于區(qū)塊鏈的電力現(xiàn)貨交易系統(tǒng)架構(gòu)Fig.4 Architecture of blockchain-based electricity spot trading system

基于區(qū)塊鏈技術(shù)的現(xiàn)貨系統(tǒng)升級(jí),涉及物理層、平臺(tái)層和應(yīng)用層的信息數(shù)據(jù)。現(xiàn)貨系統(tǒng)的各層級(jí)信息通過數(shù)據(jù)接口與區(qū)塊鏈平臺(tái)按照同構(gòu)鏈和業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)權(quán)限管理要求進(jìn)行數(shù)據(jù)交互。其中,物理層為電力系統(tǒng)底層硬件的系統(tǒng)建模數(shù)據(jù),包括電網(wǎng)拓?fù)?、終端計(jì)量設(shè)備以及通信設(shè)備等,現(xiàn)貨區(qū)塊鏈平臺(tái)調(diào)用智能合約進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和上鏈封存,為電力現(xiàn)貨市場運(yùn)營提供安全可信的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)支撐。平臺(tái)層主要是面向電力現(xiàn)貨技術(shù)系統(tǒng)的微服務(wù)區(qū)塊鏈組件系統(tǒng),創(chuàng)建電力現(xiàn)貨業(yè)務(wù)通道和現(xiàn)貨市場參與主體節(jié)點(diǎn),為電力現(xiàn)貨市場提供區(qū)塊鏈功能服務(wù)。應(yīng)用層是按照電力交易業(yè)務(wù)需求,構(gòu)建面向電力現(xiàn)貨交易的業(yè)務(wù)主鏈,并創(chuàng)建調(diào)峰、調(diào)頻、備用、計(jì)量、調(diào)控監(jiān)管、效能存證等市場業(yè)務(wù)的同構(gòu)鏈或異構(gòu)鏈,通過區(qū)塊鏈的錨節(jié)點(diǎn)和權(quán)限管理機(jī)制構(gòu)建電力現(xiàn)貨市場的可信運(yùn)營生態(tài)。

4.4.2 支撐電力現(xiàn)貨交易的區(qū)塊鏈關(guān)鍵技術(shù)

1）加密關(guān)鍵技術(shù)。區(qū)塊鏈技術(shù)所包含的加密關(guān)鍵數(shù)據(jù)包括單向哈希加密和基于橢圓曲線的非對(duì)稱數(shù)據(jù)簽名加密技術(shù)兩類。單向哈希加密算法用于現(xiàn)貨交易電價(jià)、交易電量等市場敏感性進(jìn)行加密,生成不可逆向解密的哈希字符串并上鏈封存。事后進(jìn)行數(shù)據(jù)審計(jì)和溯源查詢時(shí),按照既定的哈希算法對(duì)被查詢敏感數(shù)據(jù)進(jìn)行加密后,與鏈上封存的歷史加密字符串對(duì)比,防止交易數(shù)據(jù)明文在存儲(chǔ)中被篡改。區(qū)塊鏈中的非對(duì)稱加密算法主要應(yīng)用于電力現(xiàn)貨系統(tǒng)市場主體身份認(rèn)證和申報(bào)信息簽名認(rèn)證。當(dāng)市場主體申報(bào)電力現(xiàn)貨交易量價(jià)信息時(shí),非對(duì)稱加密算法會(huì)自動(dòng)獲取系統(tǒng)私鑰對(duì)申報(bào)信息進(jìn)行簽名,現(xiàn)貨交易系統(tǒng)接收申報(bào)信息后,自動(dòng)調(diào)用市場主體公開的公鑰進(jìn)行市場交易主體身份驗(yàn)證,從而確?，F(xiàn)貨市場交易的安全。

2）鏈碼關(guān)鍵技術(shù)。鏈碼也稱為智能合約,是一種用戶自動(dòng)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理的算法邏輯,通過程序代碼的形式發(fā)揮作用［47］?，F(xiàn)貨交易市場的交易發(fā)布、出清、結(jié)算以及考核均可以通過智能合約自動(dòng)獲取鏈上可信數(shù)據(jù),并按照定義算法邏輯進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。相比于傳統(tǒng)智能合約調(diào)用,面向電力現(xiàn)貨市場的區(qū)塊鏈智能合約是以智能合約通用功能模塊的形式呈現(xiàn),開放外部算法邏輯實(shí)例化和調(diào)用的功能,發(fā)揮原有電力現(xiàn)貨系統(tǒng)中發(fā)布、出清、結(jié)算以及考核等算法復(fù)用的優(yōu)勢(shì)。同時(shí),調(diào)用鏈上可信數(shù)據(jù)進(jìn)行離線數(shù)據(jù)處理,從而高效生成可信的交易結(jié)果數(shù)據(jù)。

3）分布式存證技術(shù)。區(qū)塊鏈通過分布式廣播網(wǎng)絡(luò)規(guī)約構(gòu)建市場主體之間分布式對(duì)等網(wǎng)絡(luò),通過對(duì)等網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)之間數(shù)據(jù)的同步和交互,始終保持現(xiàn)貨市場主體存證的數(shù)據(jù)相同［48-49］。同時(shí),利用共識(shí)機(jī)制對(duì)需要上鏈的新業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)進(jìn)行認(rèn)證和統(tǒng)計(jì),通過共識(shí)算法確定合法性的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù),并自動(dòng)調(diào)用分布式廣播網(wǎng)絡(luò)在現(xiàn)貨節(jié)點(diǎn)之間同步合法數(shù)據(jù),從而形成多中心的數(shù)據(jù)存證架構(gòu)。

電力現(xiàn)貨系統(tǒng)結(jié)合區(qū)塊鏈關(guān)鍵技術(shù),通過數(shù)據(jù)加密、智能合約、共識(shí)認(rèn)知以及廣播網(wǎng)絡(luò)等關(guān)鍵技術(shù)支撐,可以為電力現(xiàn)貨交易系統(tǒng)提供敏感數(shù)據(jù)防擴(kuò)散、市場主體可驗(yàn)證、業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)可信處理以及堅(jiān)強(qiáng)數(shù)據(jù)存證的功能支撐,提供現(xiàn)貨市場安全可信運(yùn)營技術(shù)支撐。

4.4.3 基于區(qū)塊鏈的現(xiàn)貨業(yè)務(wù)趨勢(shì)分析

伴隨著“產(chǎn)業(yè)互聯(lián)網(wǎng)”向數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化的“價(jià)值互聯(lián)網(wǎng)”演進(jìn),對(duì)應(yīng)于不同數(shù)字化階段需求,領(lǐng)先的區(qū)塊鏈技術(shù)服務(wù)商推出較為成熟的區(qū)塊鏈開發(fā)平臺(tái)、產(chǎn)品及解決方案、平臺(tái)服務(wù)等多種商業(yè)模式。未來,區(qū)塊鏈將面向3 個(gè)方向進(jìn)行應(yīng)用探索,包括分布式可信存證賬本、多方協(xié)作的信任機(jī)器、價(jià)值傳遞的信任基礎(chǔ)設(shè)施。

方向1:鏈上存證類是區(qū)塊鏈成為鏈上存證的信任賬本,應(yīng)用于全網(wǎng)數(shù)據(jù)一致性要求較高的業(yè)務(wù),可提升公共服務(wù)數(shù)字化能力。應(yīng)用場景主要包括:1）確保各類電力交易結(jié)果無爭議,梳理電力交易各敏感環(huán)節(jié)、電力系統(tǒng)狀態(tài)、發(fā)電機(jī)組運(yùn)行的關(guān)鍵數(shù)據(jù),將區(qū)塊鏈作為關(guān)鍵數(shù)據(jù)封存的信任賬本,提升電力交易事后敏感數(shù)據(jù)溯源和審計(jì)服務(wù)數(shù)字化能力；

2）結(jié)合電力交易的參與市場主體數(shù)據(jù)溯源和查詢需求,構(gòu)建數(shù)據(jù)分布式封存和權(quán)限管理體系,提升電力交易業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的可信管理水平；3）面向各市場主體,開展上鏈的電力市場運(yùn)營信息披露,利用區(qū)塊鏈自動(dòng)對(duì)鏈上交易關(guān)鍵數(shù)據(jù)進(jìn)行處理并進(jìn)行可視化展示,滿足各市場主體對(duì)可信市場披露信息的需求。

方向2:區(qū)塊鏈提供信任的鏈上多方協(xié)作,在多中心化的現(xiàn)貨交易業(yè)務(wù)中,發(fā)揮數(shù)據(jù)共享、數(shù)據(jù)互聯(lián)互通的重要作用,打通電網(wǎng)與其他單位、電網(wǎng)內(nèi)部多部門之間以及市場主體之間的多主體協(xié)作場景的數(shù)據(jù)交互共享。未來主要的實(shí)踐方向包括:1）面向發(fā)-輸-用的火電碳排及碳交易數(shù)據(jù)在多系統(tǒng)、多部門、多市場下可信流轉(zhuǎn),提高電力市場的價(jià)格成本精準(zhǔn)管控能力；2）圍繞電力市場,利用區(qū)塊鏈跨鏈技術(shù)分別關(guān)聯(lián)碳市場、綠電交易、原油市場等,探索異構(gòu)鏈平臺(tái)、上層應(yīng)用與底層鏈切換、鏈上鏈下數(shù)據(jù)可信交互的方法,實(shí)現(xiàn)多業(yè)務(wù)場景的關(guān)鍵數(shù)據(jù)融通共享；3）結(jié)合電力市場穩(wěn)定運(yùn)行需要,基于鏈上可信的關(guān)聯(lián)市場數(shù)據(jù),開展電力市場運(yùn)行分析,及時(shí)預(yù)警電力現(xiàn)貨市場的運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn),提高未來電力市場管控與預(yù)警能力。

方向3:構(gòu)建鏈上價(jià)值傳遞的智能互聯(lián)信任基礎(chǔ)設(shè)施,以市場主體的資產(chǎn)映射、記賬、流通為主要業(yè)務(wù)場景,形成以數(shù)字化資產(chǎn)為基礎(chǔ)的價(jià)值傳遞鏈,促進(jìn)業(yè)務(wù)協(xié)同創(chuàng)新。未來,主要是利用區(qū)塊鏈構(gòu)建面向負(fù)荷側(cè)調(diào)控響應(yīng)、共享儲(chǔ)能、調(diào)峰市場、綜合能源等市場類型的全流程交易互信基礎(chǔ)設(shè)施,創(chuàng)建電力市場主體的數(shù)字資產(chǎn)透明、安全、清晰的流轉(zhuǎn)系統(tǒng),為市場主體參與交易提供便捷的價(jià)值傳遞路徑,解決新市場主體、新市場形態(tài)的價(jià)值可信流轉(zhuǎn)。

4.5 基于大數(shù)據(jù)的市場風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別與全景監(jiān)視技術(shù)

新型電力系統(tǒng)下現(xiàn)貨市場具有多元交易主體、復(fù)雜交易品種、多層級(jí)市場耦合等特征,導(dǎo)致市場體系復(fù)雜、運(yùn)行難度大,需要建立全方位、智能化、精準(zhǔn)的市場風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別、預(yù)判、預(yù)警體系,提升新型電力系統(tǒng)下的現(xiàn)貨市場交易運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)監(jiān)測(cè)與分析能力。

4.5.1 基于大數(shù)據(jù)的市場風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別分析技術(shù)

現(xiàn)貨市場擁有高頻度的交易、更為復(fù)雜的市場主體、更多樣的申報(bào)行為等,同時(shí)伴隨著電力系統(tǒng)安全運(yùn)行、電力保供、清潔能源消納等要求,電力市場運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)將進(jìn)一步擴(kuò)大。當(dāng)前,電力現(xiàn)貨市場仍處于建設(shè)關(guān)鍵期,市場機(jī)制仍需要根據(jù)需求場景的變化,對(duì)市場機(jī)制風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行分析識(shí)別與預(yù)防。例如,過去幾年電力供需平衡發(fā)生的變化為市場建設(shè)帶來了新的挑戰(zhàn),部分地區(qū)出現(xiàn)電力短缺與價(jià)格高企,給市場主體運(yùn)營帶來嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。未來,面對(duì)電力系統(tǒng)的高比例新能源和低碳化的趨勢(shì),電力市場面臨更多的挑戰(zhàn),亟須在功率不平衡、新型市場主體、分布式交易、復(fù)雜博弈行為等新環(huán)境下,開展針對(duì)性的風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別與分析方法研究,滿足電力現(xiàn)貨市場當(dāng)前風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別與未來潛在風(fēng)險(xiǎn)的預(yù)警要求。與此同時(shí),電力現(xiàn)貨市場與其他市場、社會(huì)發(fā)展形成了緊耦合的關(guān)系。例如,一次能源價(jià)格、社會(huì)用電行為、氣象變化及碳市場價(jià)格等都會(huì)使得市場價(jià)格、供需、出清總量等出現(xiàn)難以預(yù)料的波動(dòng)。以上多種風(fēng)險(xiǎn)因素作用關(guān)系復(fù)雜,會(huì)通過電力工業(yè)鏈條和現(xiàn)貨運(yùn)營機(jī)制在市場中引發(fā)各類運(yùn)營風(fēng)險(xiǎn)?；谝陨媳尘?考慮中國電力現(xiàn)貨市場建設(shè)進(jìn)程,以及未來現(xiàn)貨市場常態(tài)化運(yùn)營的實(shí)際需求,開展常態(tài)化的現(xiàn)貨市場風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別分析,維護(hù)現(xiàn)貨市場安全穩(wěn)定運(yùn)行。

電力現(xiàn)貨市場中涉及的風(fēng)險(xiǎn)較多,主要包括價(jià)格風(fēng)險(xiǎn)、市場力風(fēng)險(xiǎn)、供需不平衡風(fēng)險(xiǎn)、市場監(jiān)管風(fēng)險(xiǎn)以及電力系統(tǒng)運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)（安全運(yùn)行、電力保供）等。對(duì)于電力現(xiàn)貨市場而言,現(xiàn)貨價(jià)格風(fēng)險(xiǎn)受市場主體關(guān)注,涉及價(jià)格波動(dòng)率、實(shí)時(shí)尖峰價(jià)格、一次能源的生產(chǎn)價(jià)格指數(shù)、市場供需比、市場主體申報(bào)價(jià)格、邊際機(jī)組申報(bào)價(jià)格等。因此,需要開展電力現(xiàn)貨價(jià)格預(yù)測(cè)以及風(fēng)險(xiǎn)分析兩個(gè)步驟的全景監(jiān)測(cè)。其中,電力現(xiàn)貨價(jià)格預(yù)測(cè)是參考?xì)v史現(xiàn)貨價(jià)格及其影響因素,按照未來時(shí)段的現(xiàn)貨市場供需、天氣等影響因素進(jìn)行未來電力現(xiàn)貨交易價(jià)格預(yù)測(cè)?；谥悄芩惴▽?duì)電力現(xiàn)貨預(yù)測(cè)價(jià)格存在的風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行識(shí)別分析,首先,對(duì)電力現(xiàn)貨運(yùn)營、電網(wǎng)運(yùn)行安全、輸電通道阻塞、清潔能源消納等歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行挖掘,研究影響現(xiàn)貨市場運(yùn)營安全的各種風(fēng)險(xiǎn)因素。其次,針對(duì)各類風(fēng)險(xiǎn)因素和風(fēng)險(xiǎn)事件建立起電力市場運(yùn)營風(fēng)險(xiǎn)量化和分級(jí)評(píng)價(jià)方法體系,并基于典型市場風(fēng)險(xiǎn)場景,提取和量化現(xiàn)貨市場運(yùn)營風(fēng)險(xiǎn)特征。同時(shí),采用模式識(shí)別方法,基于海量電力市場運(yùn)營數(shù)據(jù),挖掘電力市場運(yùn)營風(fēng)險(xiǎn)與海量運(yùn)行數(shù)據(jù)之間的聯(lián)系和規(guī)律,基于數(shù)據(jù)訓(xùn)練智能學(xué)習(xí)算法進(jìn)行市場運(yùn)營風(fēng)險(xiǎn)智能識(shí)別和分析,搭建現(xiàn)貨市場運(yùn)營風(fēng)險(xiǎn)智能識(shí)別和預(yù)警神經(jīng)網(wǎng)絡(luò),基于量數(shù)據(jù)深度訓(xùn)練風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別和預(yù)警模型形成了對(duì)市場運(yùn)營風(fēng)險(xiǎn)的自主學(xué)習(xí)和智能預(yù)警能力。市場風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別示意圖如圖5 所示。

圖5 市場風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別示意圖Fig.5 Schematic diagram of market risk identification

4.5.2 基于兩級(jí)協(xié)同的市場全景監(jiān)視技術(shù)

面向新型電力系統(tǒng)的現(xiàn)貨市場運(yùn)行體系復(fù)雜、影響因素多、運(yùn)行狀態(tài)多變、市場間關(guān)聯(lián)密切,需要在更高層面對(duì)大范圍的電力現(xiàn)貨市場運(yùn)行情況進(jìn)行全方位評(píng)估分析,充分發(fā)揮“統(tǒng)一大市場”對(duì)省級(jí)現(xiàn)貨市場建設(shè)指導(dǎo)作用。基于兩級(jí)協(xié)同的市場全景監(jiān)視技術(shù)利用現(xiàn)有的調(diào)控云數(shù)據(jù)交互體系實(shí)現(xiàn)市場統(tǒng)一匯集,省調(diào)將省級(jí)電力現(xiàn)貨市場信息通過省地調(diào)控云平臺(tái)消息總線上送,網(wǎng)調(diào)將所轄區(qū)域備用、調(diào)峰等輔助服務(wù)市場信息通過國分調(diào)控云上送,并在國調(diào)中心匯集省級(jí)現(xiàn)貨市場運(yùn)營數(shù)據(jù),形成現(xiàn)貨市場運(yùn)營數(shù)據(jù)中心,在此基礎(chǔ)上,開展全網(wǎng)范圍內(nèi)電力現(xiàn)貨市場全景監(jiān)視與綜合分析。

現(xiàn)貨市場運(yùn)營數(shù)據(jù)中心匯集電力現(xiàn)貨市場上送數(shù)據(jù)并進(jìn)行數(shù)據(jù)讀取、清洗、分類,通過現(xiàn)貨市場全景平臺(tái)的數(shù)據(jù)處理算法和分析評(píng)估指標(biāo)進(jìn)行現(xiàn)貨市場運(yùn)行特征提取。其中,數(shù)據(jù)特征提取方法分為分類、聚類、關(guān)聯(lián)分析、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、降維和集成等智能評(píng)估算法,可挖掘電力現(xiàn)貨市場運(yùn)行的隱含特征。根據(jù)獲得的現(xiàn)貨市場運(yùn)行數(shù)據(jù)特征,采用大數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)分析和校驗(yàn)方法進(jìn)行市場運(yùn)行情況評(píng)估,評(píng)估方法主要包括離線計(jì)算、在線計(jì)算、批量計(jì)算等。針對(duì)現(xiàn)貨市場評(píng)價(jià)指標(biāo)項(xiàng)采用在線計(jì)算或批量計(jì)算的方式開展,確保市場多維度指標(biāo)的評(píng)價(jià)結(jié)果一致。利用大數(shù)據(jù)技術(shù)并結(jié)合現(xiàn)貨市場全景分析評(píng)價(jià)指標(biāo)項(xiàng),給出全國現(xiàn)貨市場運(yùn)行狀態(tài)和運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)提示,實(shí)現(xiàn)現(xiàn)貨市場的全景展示、信息查詢、統(tǒng)計(jì)計(jì)算、評(píng)估分析。掌握各現(xiàn)貨市場運(yùn)行情況,為各省現(xiàn)貨市場建設(shè)與運(yùn)營提供技術(shù)支撐,及時(shí)發(fā)現(xiàn)潛在的市場運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)和系統(tǒng)運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn),保障電力現(xiàn)貨市場有序健康的發(fā)展,提升市場整體運(yùn)行效率及市場精細(xì)化管理水平。

4.6 電力現(xiàn)貨市場聯(lián)合仿真技術(shù)

中國的電力體制改革正深入推進(jìn),電網(wǎng)運(yùn)行形態(tài)也發(fā)生了深刻變化,電力系統(tǒng)面臨與競爭性市場協(xié)調(diào)耦合運(yùn)行的挑戰(zhàn),新型電力系統(tǒng)下的電力現(xiàn)貨市場運(yùn)營面臨電網(wǎng)安全風(fēng)險(xiǎn)、市場價(jià)格風(fēng)險(xiǎn)［51］。與此同時(shí),“雙碳”目標(biāo)下中國碳市場、綠證市場快速發(fā)展,均已啟動(dòng)上線交易,電力現(xiàn)貨市場與碳市場、綠證市場在核心產(chǎn)品屬性、政策、技術(shù)等方面聯(lián)系密切。通過電力現(xiàn)貨市場全景仿真技術(shù),提供電力現(xiàn)貨市場與電網(wǎng)運(yùn)行、碳市場、綠證市場之間交互影響仿真能力,更合理地引導(dǎo)并優(yōu)化交易規(guī)則設(shè)計(jì),降低電力現(xiàn)貨市場建設(shè)與運(yùn)營風(fēng)險(xiǎn)。

4.6.1 電力現(xiàn)貨市場全景仿真智能場景構(gòu)建

在電力系統(tǒng)運(yùn)行場景構(gòu)建技術(shù)方面,通過對(duì)各類型發(fā)電資源、用電資源、儲(chǔ)能資源等調(diào)度對(duì)象標(biāo)準(zhǔn)化建模以及批量化配置技術(shù),可對(duì)系統(tǒng)中的源荷儲(chǔ)資源構(gòu)成進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)整。采用電網(wǎng)拓?fù)涞妮p量化構(gòu)建技術(shù),可支撐各種標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試算例以及實(shí)際電網(wǎng)拓?fù)淠Ｐ偷目焖俅罱?。考慮源網(wǎng)荷特點(diǎn),計(jì)及極端氣象條件、一次能源供給等因素,通過對(duì)新能源發(fā)電、系統(tǒng)負(fù)荷、聯(lián)絡(luò)線計(jì)劃的多樣化場景生成及縮減技術(shù),生成電力系統(tǒng)運(yùn)行典型場景庫。

電力現(xiàn)貨市場運(yùn)營場景構(gòu)建技術(shù)方面,對(duì)電能量、調(diào)頻、備用等各交易品種的申報(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,通過統(tǒng)一規(guī)范的底層邏輯和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),建立開放通用的市場配置模塊,實(shí)現(xiàn)對(duì)上述要素的自由組合。考慮影響市場成員投標(biāo)行為的內(nèi)外部因素,基于模型與數(shù)據(jù)交互驅(qū)動(dòng)方法,構(gòu)建市場成員典型報(bào)價(jià)集?；诮灰灼贩N、交易周期、市場主體組合的電力市場仿真場景組態(tài)技術(shù),采用算法規(guī)則庫、可配置任務(wù)驅(qū)動(dòng)技術(shù),支撐多品種、全周期、多模式等復(fù)雜場景下市場仿真推演。

4.6.2 電力市場與電網(wǎng)運(yùn)行全過程閉環(huán)仿真

電力現(xiàn)貨市場運(yùn)營與電網(wǎng)調(diào)度運(yùn)行密切相關(guān),不同的市場設(shè)計(jì)會(huì)影響市場成員決策行為和響應(yīng)特性、市場出清結(jié)果,進(jìn)而影響電網(wǎng)的安全運(yùn)行。與此同時(shí),電網(wǎng)的各類調(diào)度運(yùn)行事件等也會(huì)對(duì)電力市場運(yùn)營產(chǎn)生極大影響。通過電力市場與電網(wǎng)運(yùn)行的全過程閉環(huán)仿真,實(shí)現(xiàn)市場運(yùn)營模擬與電網(wǎng)調(diào)度運(yùn)行模擬的聯(lián)動(dòng),反映實(shí)際電力市場與電網(wǎng)調(diào)度運(yùn)行之間互動(dòng)影響的運(yùn)營特性。

構(gòu)建電力市場仿真平臺(tái)與調(diào)度員培訓(xùn)系統(tǒng)（DTS）協(xié)同運(yùn)行框架,通過統(tǒng)一的模型共享服務(wù)、數(shù)據(jù)交換服務(wù),實(shí)現(xiàn)電力市場仿真與電網(wǎng)運(yùn)行仿真各類模型數(shù)據(jù)的安全及時(shí)交互。從電力市場仿真模塊獲取周期內(nèi)的市場交易信息,包括日前出清結(jié)果、實(shí)時(shí)滾動(dòng)出清結(jié)果等,以市場出清的發(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)合基于人工智能的負(fù)荷波動(dòng)、設(shè)備故障、新能源機(jī)組出力不確定性、機(jī)組執(zhí)行偏差等各種典型的電網(wǎng)調(diào)度運(yùn)行數(shù)據(jù)的模擬方法,對(duì)市場交易模擬產(chǎn)生的出清結(jié)果進(jìn)行潮流分析、安全校核、模擬執(zhí)行,實(shí)現(xiàn)市場仿真結(jié)果下發(fā)執(zhí)行控制的全業(yè)務(wù)流程貫通,真實(shí)模擬市場出清、電網(wǎng)執(zhí)行、運(yùn)行反饋的全過程閉環(huán)場景。

4.6.3 電力市場與碳市場、綠證市場協(xié)同仿真

當(dāng)前,考慮碳成本的電力市場理論研究和示范應(yīng)用較為有限,面向省級(jí)電力交易市場主要包括電網(wǎng)側(cè)和發(fā)電側(cè)兩個(gè)維度的研究與示范應(yīng)用:1）根據(jù)火電機(jī)組碳排量核算碳排成本,將該成本疊加到火電廠的交易申報(bào)價(jià)格上,并按照疊加后的發(fā)電成本進(jìn)行交易出清；2）火電集團(tuán)根據(jù)自身市場中標(biāo)電量,考慮所轄各火電廠的碳排率,核算發(fā)電成本并優(yōu)先安排低碳減排機(jī)組出力。除此之外,部分高校和科研單位的學(xué)者給出了碳-電軌跡跟蹤、落點(diǎn)碳含量核算等理論研究［52］。整體而言,當(dāng)前的碳電互動(dòng)研究尚處于初級(jí)探索階段,針對(duì)火電、電網(wǎng)、負(fù)荷側(cè)的發(fā)電、輸電、用電的碳排率核算、碳成本計(jì)算以及碳電市場成本傳遞關(guān)系仍未形成主流的理論體系。

未來,電力仿真系統(tǒng)不僅需要密切關(guān)注電力市場機(jī)制改革和市場政策變動(dòng),適時(shí)調(diào)整電力仿真的方向和功能設(shè)計(jì),還需要加強(qiáng)電力現(xiàn)貨與碳市場、綠證市場、綠電市場以及一次能源市場的聯(lián)合仿真模型設(shè)計(jì)及系統(tǒng)研發(fā),為后續(xù)電力現(xiàn)貨市場的成本傳遞和機(jī)制完善提供支撐。

5 結(jié)語

不確定性是新型電力系統(tǒng)一項(xiàng)顯著特征。為了提升不確定性條件下電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行水平,電力系統(tǒng)在電網(wǎng)、電源及負(fù)荷側(cè)催生了多類型運(yùn)行主體與復(fù)雜運(yùn)行形態(tài)來緩解不確定性帶來的穩(wěn)定運(yùn)行壓力,這些變化給中國電力現(xiàn)貨市場建設(shè)與運(yùn)營帶來了新的技術(shù)挑戰(zhàn)?，F(xiàn)有的電力現(xiàn)貨市場運(yùn)營技術(shù)需要在市場建模、出清算法、市場分析、市場仿真等多個(gè)方面進(jìn)行技術(shù)突破和攻關(guān)。本文結(jié)合中國電力現(xiàn)貨市場實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)及當(dāng)前電力現(xiàn)貨市場運(yùn)營技術(shù)現(xiàn)狀,梳理新型電力系統(tǒng)背景下電力現(xiàn)貨市場運(yùn)營面臨的技術(shù)難題,從多個(gè)方面給出了技術(shù)研究方向。目前,部分技術(shù)已經(jīng)經(jīng)過驗(yàn)證并實(shí)現(xiàn)了落地應(yīng)用,取得了較好的效果。例如,新型負(fù)荷側(cè)資源接入技術(shù)支撐電動(dòng)汽車、虛擬電廠參與華北調(diào)峰市場,輔助服務(wù)與電能等多交易品種聯(lián)合出清在浙江現(xiàn)貨市場得到了應(yīng)用；市場全景監(jiān)視與分析應(yīng)用于國調(diào)及甘肅現(xiàn)貨市場；區(qū)塊鏈技術(shù)在西北調(diào)峰市場得到了應(yīng)用。通過研究適應(yīng)新型電力系統(tǒng)下的電力現(xiàn)貨市場交易運(yùn)營技術(shù),為電力現(xiàn)貨市場健康運(yùn)營提供支撐,進(jìn)一步保障了新型電力系統(tǒng)可靠運(yùn)行。

后續(xù),針對(duì)基于國產(chǎn)化求解引擎的安全約束機(jī)組組合高效求解技術(shù)、電-碳-綠證等多市場聯(lián)合仿真技術(shù)、基于人工智能的市場風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別技術(shù)等還需要進(jìn)一步開展深入研究,尤其是結(jié)合電網(wǎng)及市場最新發(fā)展趨勢(shì),不斷進(jìn)行技術(shù)迭代升級(jí)、完善,構(gòu)建適合中國電力現(xiàn)貨市場運(yùn)營的交易運(yùn)營技術(shù)體系。