深度文章｜省间日内电力现货市场设计的挑战与思考

3 对相关问题的思考

3.1 基于顺序出清的省内市场耦合模式

3.1.1 整体出清模式

为实现资源优化配置,省间市场自身宜采用集中出清方式;同时集中出清方式与省内市场设计保持一致,有助于向全国统一电力市场的远期形态过渡。(全国统一电力市场的远期形态特征为考虑各市场成员报价与全网平衡,基于安全约束确定省间与省内通道输电能力,全局优化出清。)对于省间、省内两个空间维度不同的市场,可采用顺序优化出清或联合优化出清的模式进行出清。

1）顺序出清。

顺序出清模式通过合理规则设计,实现两市场的解耦优化和边界信息迭代交互。利用合理时序设计,实现市场交易的高效性、稳定性和可靠性。顺序出清在结果最优性方面可能低于联合出清,但对市场出清模型、计算量等要求较低,适于省间与省内市场的部分耦合模式。

2）联合出清。

联合出清模式需引入分层多主体交互模型,在主、子问题中分别对省间、省内部分建模,并采用了联合出清方法。总体上,联合出清的全局最优性好,但对各市场设计的协同性要求较高,出清模型复杂、计算量大,适于省间与省内市场的完全耦合模式。

基于现货市场建设现状以及建设路径,中期可考虑采用顺序出清模式;远期可考虑采用联合出清出清模式。本文重点针对顺序出清进行讨论。在顺序出清模式下,对于空间维度不同的两个市场出清,其本质为双层规划问题,因此至少需要一次迭代才能完成出清。即自省内市场至省间市场的平衡申报,侧重考虑平衡问题;自省间市场至省内市场的正式出清,侧重考虑阻塞管理。基于此,省内市场可首先进行预出清或预平衡,作为省间市场申报的参考;然后省间市场正式申报、出清,作为省内市场的边界条件;省内市场再正式出清,以避免出现反复迭代。省内市场正式出清结果可能与预出清、预平衡结果存在一定偏差。此外,各省内市场也可根据实际平衡与阻塞情况,适当简化省内交易流程。

3.1.2 细节设计

1）交易环节构成。

省间交易流程应包含3部分主要时段：交易时段T交易、预留时段T预留、合同时段T合同。交易时段用于交易申报出清,预留时段用于同其他市场配合,合同时段为交易执行时段。图3中t出清—t执行为交易预留空窗时段,为实现空间范围不同的两市场耦合,预留空窗时段是必要的。

2）耦合时间设计。

为满足两市场耦合要求,省间与省内日内市场主要交易环节的时间设计应满足相关要求,如图4所示。

一是省间市场预留时段长度,应不短于省内市场交易时段长度,即省间市场出清后确保有足够的时间进行省内正式申报出清。

二是在t=t0时,省内市场需进行一次t2—t6的预出清或预平衡,以指导省间市场申报。在现阶段,省内现货市场建设以实时市场为主,日内市场不完

图4 省间与省内市场耦合时间示意图Fig. 4 Cross-provincial market and provincial market coupling

备,因此可通过省内定时预平衡实现。在省内日内市场较完备后,可以利用省内日内市场配合进行预出清。

3）申报方式。

考虑省间市场定位为大范围资源优化配置,省间市场可不引入复杂报价、机组启停成本、无负荷成本等非凸问题。相关非凸问题应重点在省内市场结合安全约束机组组合(security constrained unit commitment,SCUC)或安全约束经济调度(security constrained economic dispatch,SCED)模型进行 处理。

3.2 区域辅助服务市场规范化设计与过渡融合

区域调峰辅助服务市场具有辅助服务市场和区域市场的双重特征。其市场设计应遵循一定基本原则,以确保与其他市场相互协调运作,促进区域调峰辅助服务市场与其他市场融合。区域调峰辅助服务市场是市场建设过渡时期的形态,随着相关市场建设完备,区域市场可逐步进行过渡融合。

1）辅助服务市场特征。

区别于备用等辅助服务,深度调峰服务交易取决于新能源发电受阻情况,而新能源是否受阻需由能量市场出清结果确定。因此,从交易时序角度讲,在不进行联合出清的情况下,区域调峰辅助服务市场的开展,需在相关能量市场出清(或预出清)后进行。

2）区域市场特征。

作为区域市场,其市场设计应具备相应的市场特征。为保证省内实时市场正常运行,区域调峰辅助服务市场其日内出清环节需具有一定预先性,能够满足省内市场交易的时间要求。

3.3 基于潮流和关键支路的通道建模管理

针对省间现货市场设计中的部分细节简化,如何保留或等效建立关键通道特征,是解决问题的重点,关于这一问题也开展了相关理论研究[18]。考虑现阶段实际应用,基于潮流(flow based,FB)[19]的通道建模是细化处理通道可用容量的有效方式;结合关键支路(critical branch)可实现对省内对穿越潮流进行建模管理。

1）基于潮流的省间市场通道建模。

在经典出清模型中,通过引入潮流分布转移因子(power transfer distribution factor,PTDF),可实现基于潮流的通道阻塞管理。在省间市场出清模型中,各省简化为单一节点,因此可考虑结合区域PTDF,实现省间通道阻塞管理,解决联络关系复杂或阻塞严重的交流通道容量建模问题。区域PTDF可通过离线计算,定期动态修正的模式确定。

基于潮流的建模方法引入与否,应结合该区域交流联网关系复杂度。FB模型更贴近电网物理特性,建模方法复杂,计算量较大。当基于潮流的可用容量建模方法不会明显提升市场效率或改善阻塞管理水平时,可采用基于ATC的简化模型。此外,基于潮流的可用容量建模可实现省间与省内阻塞协同管理。

2）基于关键支路的省内穿越潮流建模。

在省间交易中,若将各省简化为单一节点,省内通道建模过于简化,无法适应穿越潮流管理需求。若保留全部节点,综合考虑各省模型复杂度与计算量,难以满足省间交易需求。因此,为解决省间交易产生的穿越潮流问题,应引入适当方法对省内通道进行建模。

为此,可考虑引入关键支路方法。通过选取省内重要线路、断面,结合FB模型实现对穿越潮流约束进行建模,如图5所示(其中,L1、L2、L3为省间联络线)。通过合理选取省内关键支路,在量化省内关键通道对省间交易限制的同时,不显著增加模型复杂度与计算量[20]。与前文中提到的欧洲电力市场中再调度、反向交易的事后阻塞管理不同,基于关键支路的通道模型是事前阻塞管理方法,更有助于保证电网安全与市场效率。此外,根据阻塞情况,分区颗粒度细化也能够提高阻塞管理水平。

图5 穿越潮流问题示意图Fig. 5 Problem of the transient flow

3.4 基于滚动重叠的日内交易机制

受新能源出力预测水平影响,日前市场出清结果与日内市场出清结果偏差较大。基于动态控制技术架构的滚动重叠机制有助于高效利用超短期预测信息,及时调整日前出清结果,实现由日前向实时执行的平滑过渡,降低电网运行风险。同时,合理设计的滚动机制有助于激励市场参与者提升自身预测精度。