特约文章：水电现货竞价关键技术研究进展

电力现货市场是现代电力体系的重要组成部分,对还原电力商品属性、发现价格和优化资源配置起着关键作用。水电受径流随机性影响,丰枯矛盾突出,出力不确定性大;水库受综合利用限制多,梯级电站联系紧,多主体上下游电站信息共享难;加上外送通道不足、断面阻塞严重等现状,水电参与电力现货市场面临诸多挑战。本文针对水电参与电力现货市场“量价”申报涉及的关键科学技术问题,包括市场出清价预测、发电能力优化、竞价策略、水电现货报价决策支持系统等,对国内外研究现状进行总结,对提出的数学模型和算法进行归纳,评述了现有方法的优缺点,对未来发展趋势进行展望,旨在为丰富我国电力现货市场理论和方法及水电企业生产经营提供参考。     

含大规模水电的电力现货市场出清及价格机制研究

在我国水资源丰富的西南地区,电力现货市场和"碳达峰、碳中和"的发展背景要求构建大规模水电参与的电力现货市场,在保障清洁能源消纳的同时,形成正确的市场价格引导信号。对此,以水电装机占比较高的西南地区电力市场为背景,总结大规模水电电力市场需解决的几个重点问题。基于现货市场两轮出清方法,提出水电等清洁能源与火电同台竞价模式下4种节点电价计算与市场结算方法,并对这4种模式进行对比分析,得出建议方案。场景算例表明,所提建议方案中的节点电价计算方法可以低价信号促进清洁能源消纳,同时抑制径流式水电、风光机组因保障消纳政策投机报高价的行为。     

多能源参与的电力主辅市场联合优化模型

我国新一轮电力体制改革稳步推进,成效显著。辅助服务市场与现货市场的协调运行方式已成为下一阶段现货市场试点建设的关键问题之一。风电、光伏等多种类型的发电资源共同参与电力市场竞争,已成为我国电力市场发展的必然趋势。为此,提出了多能源参与的电力现货与辅助服务市场的联合运行方式,构建了现货与辅助服务市场的联合优化出清模型,包含了常规火电机组、水电机组、风电、光伏等新能源机组共同参与市场竞争,考虑了机组运行与电网运行的各类安全约束条件。在此基础上,构建了算例验证所提出的联合优化模型的正确性与有效性,分析了主辅市场联合运行的出清结果与效益。     

多运营主体梯级水电站参与的日前市场出清模型

中国普遍存在梯级水电上、下游电站隶属不同运营主体的现象,各电站独立参与现货市场竞价时,调节性能欠佳的下游电站可发电量由上游电站中标电量决定,面临中标电量与实发电量匹配失衡的问题,导致交易结果难以执行,不利于市场稳定和水电资源利用。为此,文中研究了多运营主体流域梯级水电站参与的日前市场出清模型,下游电站作为价格接受者,无需申报电量,其电量通过上、下游电站水力耦合关系,表示为关于上游电站申报电量的线性函数,嵌入日前出清优化模型,实现上、下游电站联合出清。重点探讨上、下游电站之间水流时滞对下游电站运行的影响,并在日前市场出清中予以考虑。最后,以包含6家发电商和8家购电商的系统为例,模拟日前市场竞价场景,结果表明:该出清模型能有效缓解下游电站独立参与电力市场面临的发电量匹配失衡问题。     

适应高水电占比的电力现货市场机制设计与实践

不同于中国其他水电规模占比较小的电力体制改革综合试点电网,中国四川电网存在水电装机占比高、丰枯水期发电原则差异大、网架复杂约束多、发电调度策略分散等独有特点,故设计丰枯双期的市场机制以适应四川丰枯水期电力供需形势及电网运行特性差异.首先,从市场设计思路、市场总体模式、丰枯水期电力现货市场等角度说明四川电力现货市场机制;然后在此基础上,提出适应四川现货市场机制的功能架构,以及分析四川电力现货市场在丰枯双期市场模式、市场运营物理空间、水电耦合约束、优化出清流程等方面的特色之处;最后,结合四川丰枯双期电力现货市场的运行实践情况提出若干建议.     

流域梯级水电站中长期调度与跨价区交易组合双层优化模型

随着我国新一轮电改不断推进,流域梯级水电参与电力市场成为大势所趋。如何在市场环境下安排梯级水电出力计划、合理组织参与各类交易,促进水电大范围消纳成为亟需解决的问题。该文探讨了梯级水电参与现货市场及合约市场的交易框架,并对现货交易及跨价区合约交易面临的风险聚焦分析;构建双层优化模型:上层为中长期优化调度层,根据径流和交易价格预测,及调度规律制定梯级水电站出力计划,挖掘水电效益空间;下层为电量分配风险决策层,组织各时段电量计划参与多种交易,采用多时段条件风险价值模型度量交易组合的价格风险及跨价区交易阻塞风险,寻求收益和风险的合理决策。最后,以乌江干流"4库7梯级"水电系统为例,模拟市场交易场景验证所提模型和方法的有效性,为梯级水电站参与电力市场调度决策和风险评估提供参考。     

海南电力现货市场的机制设计比对及建设路径探讨

根据南方区域统一电力现货市场建设的规划部署,南方各省区将于2020年底前具备开展区域电力现货市场的基本条件。本文首先针对海南电力现货市场建设面临的"大机小网"、"多类均衡的电源结构"、电力交易中长期交易起步较晚等现实情况,总结了海南电力现货市场建设的关键问题;然后,从中长期交易品种设计、现货市场价格机制、核电参与竞价机制等方面对电力现货市场关键机制展开比对研究;最后,基于南方区域电力现货市场建设的原则和框架,结合海南电网实际情况,提出了海南电力现货市场建设的分阶段实施路径,为海南电力现货市场方案设计以及其它省级现货市场机制设计提供借鉴。     

双结算模式下风储一体化电站两阶段市场投标调度策略

随着中国电力现货市场建设进程不断加快,风电等新能源参与现货市场竞争已成为趋势,风储一体化电站作为未来风力发电站的一种发展形式,可以通过合理调控实现最大化收益。基于中国电力现货市场初期,双结算模式和偏差考核长期并存的结算规则,综合考量发电商在日前市场的投标收益以及在实时平衡市场的机会收益,建立了考虑储能寿命影响的风储一体化电站参与日前市场投标模型和实时平衡市场滚动自调度模型,以实现现货市场全出清尺度的决策优化。然后,采用随机-鲁棒相结合的建模方法描述日前、实时电价和风电出力的不确定性以优化决策效果。在此基础上,研究了储能寿命模型、鲁棒控制系数和发电预测能力对收益的影响,算例结果验证了所述模型与方法的有效性。     

电力现货市场环境下电动汽车充换电站的优化调控策略

在构建新型电力系统的战略目标下,电力现货市场不断对电动汽车充换电站等需求侧资源提出新的需求与要求。基于南方电力现货市场系列试点规则,考虑现货电能量、调频辅助服务、多阶段需求响应等交易品种,建立了电动汽车充换电站的调控模型,设计了日前-日内-实时多阶段优化调控策略。日前阶段针对换电需求、调频调用电量和各交易品种价格的不确定性构建鲁棒优化问题,并采用二阶锥规划算法进行求解;日内阶段构建基于模型预测控制的滚动优化环节,实现对需求响应日内邀约的有效响应,同时改善日前调控计划的保守性;实时阶段以调控成本最低为目标,考虑需求响应实时邀约和电价波动,求解电池功率分配策略。仿真算例表明,所提策略可充分发挥充换电站的调节潜力,提升其经济效益。     

声音

正根据不同省份间送(受)电与电力现货市场运营关系紧密的情况,《关于深化电力现货市场建设试点工作的意见》提到"统筹协调省间交易与省(区、市)现货市场"。此外,由于电力现货市场只是一种短期电力经济运行机制,不能等同或者替代整个电力市场体系,《意见》还提出了多项电力现货市场配套机制等具体方案。——8月12日,国家发改委及能源局就此前印发的《关于深化电力现货市场建设试点工作的意见》进行了解读。负责人称,《意见》注重对电力现货市场     

考虑多业主梯级水电站的日前市场分期出清方法

经过多年的流域开发,中国已建成众多梯级水电站。在电力市场化改革背景下,梯级水电站与其他类型发电站同台竞价将成为必然趋势。当多业主梯级水电站以单站形式参与现货市场竞价时,调节能力欠佳的下游电站的可发电量一般由上游电站出力流量决定。下游电站由于无法提前获知上游电站的竞价策略,可能会出现中标电量无法执行的情况,市场运营机构无法有效实施统一调度,难以合理利用水资源。为此,文章探讨了不同业主梯级水电站参与日前市场的分期出清方法:先考虑电力约束,再根据上、下游水力耦合关系进行流域内电量转移的平水期方法;将下游电站中标电量表示为上游电站中标量的线性函数并嵌入出清模型,从而实现下游电站可发电量全额收购的枯水期方法,此分期出清方法能够迅速有效地得到优化后的各电站交易电量。最后,在算例中对两种出清方法进行验证,结果表明所提优化方法能有效解决下游电站中标电量与可发电量失衡的问题,进而提升梯级流域市场竞争力。     

耦合水电弃能消纳的日前现货市场多阶段出清方法EI北大核心CSCD

如何破解梯级上下游电站报价不匹配导致的竞争性弃水,是高比例水电现货市场出清中的基础性理论和实践难题。为此,基于节点电价出清机制,从弃水原因出发,提出一种耦合水电弃能消纳的多阶段日前现货市场出清方法。该方法第一阶段引入弃能电站报价修正策略,通过等比例调减弃能电站报价,实现市场优先出清;第二阶段引入上游电站电量控制策略,利用下游电站弃能反向推算上游电站应削减电量,构建了多时段耦合电量控制约束,通过减少上游放水削减下游弃能;第三阶段引入上游电站出力控制策略,考虑梯级滞时精细化推算上游电站各时段出力上限,构建了出力控制约束,进一步调减弃能;最后基于“谁获利、谁负责”的公平性原则,构建了多阶段结算补偿策略。实例分析表明,提出的方法能够有效协调上下游电站出清电量,避免报价不匹配导致的竞争性弃水,为高比例水电市场现货交易提供了新的思路。     

多主体梯级水电参与日前市场的联盟竞价策略与收益分配

中国河流流域梯级水电众多,且存在同一流域上下游电站所属发电集团不同的情况。由于梯级上下游电站间的耦合关系复杂,当多主体梯级水电分别参与日前市场竞价时,可能会使上下游出清结果不匹配,导致水电收益降低、弃水增加。通过联盟竞价,联盟体充分考虑上下游电站的水力耦合关系,提交相匹配的投标决策,能够提高梯级水电参与日前市场的收益,减少弃水流量。为此,文中提出了梯级联盟投标策略优化模型,将梯级联盟最优投标和日前市场优化出清分别作为模型的上、下层,再利用KKT（karush-kuhn-tucker）条件和对偶理论将双层模型化为单层混合整数线性规划模型;采用沙普利值（shapley value）方法对多主体梯级水电的联盟竞价收益进行分配;通过算例仿真验证了该模型的有效性和合理性。     

考虑振动区和水-电耦合的现货市场出清模型

梯级水电站优化调度模型具有振动区、带时滞、非线性等特点,其市场出清问题需要增加更多离散变量数;同时,电力市场中水力和电力存在复杂的耦合约束,使得计算时间显著增加,难以满足实际生产需求。首先,对电力现货市场水-电耦合产生的物理制约进行联动分析,建立了考虑水-电耦合约束的出清模型;然后,针对水-电耦合约束中振动区的大量离散变量,基于电厂的流域关系和隶属关系,将振动区相关变量和约束进行压缩;最后,基于实际电网数据开展了算例分析。结果表明,所提现货市场出清模型和变量降维方法可以有效减少含梯级水电的市场出清时间,满足电力现货市场的实际运行需求。     

基于自调度的日前市场出清机制设计

在现有中长期市场的基础上,构建合理的现货市场机制,稳步推进现货市场建设,是云南电力市场改革下一步工作的重点。本文在对美国PJM市场自调度机制深入调研的基础上,结合云南电力市场发展现状和水电的竞价特点,提出了一种基于自调度的日前市场出清机制,构建相应日前市场出清模型并进行出清过程模拟。算例分析表明,该机制符合云南水电竞价的特点,有利于实现云南现有中长期电量市场向现货市场的平稳过渡。     

云贵互联通道对消纳云南富余水电作用研究

"十二五"末以来,云南电力供大于求的矛盾不断凸显,水电弃水压力不断恶化。受"十三五"末期澜沧江上游水电和乌东德电站集中投产、云南水电调节能力较差等因素影响,未来较长时间云南丰期电力过剩矛盾仍将持续。本文对云南中长期富余水电规模进行了测算,并通过挖掘云南外送通道潜力和西电东送受端市场消纳能力,分析了云南中长期弃水规模及特性,并以此为基础,分析了不同云贵互联通道建设规模对消纳云南富余水电的作用,为中长期云南富余水电消纳和云贵互联通道建设规模选择、送电曲线拟定提供参考。     

电力现货市场下激励型需求响应交易机制及出清模型

为了进一步推动中国电力现货市场的建设,考虑发电侧和负荷侧共同参与、公平竞争的市场化交易模式将是电力现货市场未来发展的趋势。鉴于国内现货市场需求响应的研究尚处于起步阶段,需求响应产品如何参与市场是亟待解决的问题,对此设计了一种适用于目前国内电力现货市场的计及激励型需求响应的交易机制和出清模型。首先分析了批发市场下激励型需求响应的参与方式,探讨相关的交易机制和响应效益评估方法;然后,根据参与用户的市场投标信息构造激励型需求响应的现货市场竞价模型,在能量与备用市场联合优化模式下提出计及激励型需求响应的市场出清模型。最后,通过IEEE-30节点算例对激励型需求响应的市场效益进行定量化分析,验证了所提方法的实用性和模型的有效性。     

黑龙江电力现货市场建设建议及结算机制设计

电力现货市场建设是我国深化电力体制改革的关键环节。第一批8个试点省份对电力现货市场建设进行了有益探索,但也遇到了价格信号不明晰、部分省份用户未参与、结算资金不平衡等问题。作为非试点省份,黑龙江具有电源种类单一、灵活性资源匮乏、新能源及供热机组占比高、调峰矛盾突出等独有的困难。基于试点省份电力现货市场的建设经验,分析了不同市场模式的优缺点,结合黑龙江的电力生产实际情况,给出市场体系设计、用户和新能源参与电力现货市场方面的建议;对日前市场的不同出清方式进行对比,设计了黑龙江日前市场的建设路径;剖析了试点省份双轨制不平衡资金和市场化不平衡资金产生的机理,设计了计划与市场解耦的方法以及基数电量的分配方式,得到了一种在试点省份基础上进行改良的结算机制,以期推动黑龙江电力现货市场建设的健康发展。     

基于区块链的电力现货交易市场研究

新一轮电改要求还原电力商品属性,构建交易部分去中心化下"多卖方–多买方"的竞争性电力现货市场,力求形成体现时间和位置特性的"源–售–荷"双侧日内分时电价机制。但电力现货市场面临跨区域交易管制、能源类型与交易优先权、智能交易模式、协同调度与物理约束、行业与政府监管、金融结算和政策补贴等制约因素。该文基于区块链与电力现货市场体系相似的网络拓扑形态,针对电力现货市场交易的智能性、实时性和安全性等需求,分析日内分时电价的制约因素,设计区块链架构下的电力现货实时调度交易及监管模型,阐述该模型的交易流程和运行机制,及其对电力现货价格的影响。通过智能合约,将基于粒子群算法的多目标搜索优化算法进行程序化的脚本运行,实现放开电量下的售电公司多选择最优购电方案的制定,并通过能源交易互联网进行信息交互,保障交易信息的实时性,提高交易效率,为清洁能源电厂及时调整交易价格提供了数据信息,可为实现调度交易部分去中心化下电力现货市场的运行提供参考。     

电力现货市场环境下虚拟电厂的优化调控策略

分布式能源因其容量小、地理位置分散的特点，无法独立接入电网，虚拟电厂作为独立调控主体能够聚合各类分布式能源参与电力市场交易。电力现货市场环境下，虚拟电厂的调控策略对其参与多品种交易的收益影响较大。为此，提出一种电力现货市场环境下虚拟电厂参与多品种交易的优化调控策略。首先说明虚拟电厂参与多品种交易的调控流程；然后利用场景规划法和条件风险价值处理风电机组、负荷、电价和调频信号不确定性造成的影响；在此基础上，进一步地提出电力现货市场环境下虚拟电厂参与多品种交易的优化调控模型，利用分支定界算法求解模型得到最优调控策略；最后进行算例仿真。结果表明，所提的虚拟电厂优化调控策略不仅提高自身的经济效益，促进新能源的消纳，还减小系统削峰填谷压力，有利于系统安全稳定运行。