于壯狀，周鵬程，曾 鳴

（1.華北電力大學(xué)經(jīng)濟(jì)與管理學(xué)院，北京 102206；2.南方電網(wǎng)物資有限公司，廣東 廣州 510620）

0 引言

電力現(xiàn)貨市場作為連接電力中長期交易與實(shí)時運(yùn)行的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，能有效發(fā)現(xiàn)電力商品價格，為電力短期供需平衡提供市場化手段。因而現(xiàn)貨市場交易機(jī)制設(shè)計和市場建設(shè)是一項(xiàng)復(fù)雜的系統(tǒng)工程［1-3］。隨著新一輪電力體制改革進(jìn)入深水區(qū)和攻堅(jiān)期，我國電力現(xiàn)貨市場建設(shè)取得階段性成果。2020 年，山東、新疆、安徽等省份相繼印發(fā)電力現(xiàn)貨市場建設(shè)方案，國內(nèi)開展電力現(xiàn)貨交易的省份進(jìn)一步擴(kuò)大，我國現(xiàn)貨市場的全面鋪開，已成為構(gòu)建全國統(tǒng)一電力市場的重點(diǎn)。

然而，當(dāng)前我國電力現(xiàn)貨市場正處于發(fā)展初期，對市場交易機(jī)制的評價研究大多側(cè)重于對其必要性和可行性的分析。此外，在電力體制改革背景下，電價波動、區(qū)域電力市場交易頻繁等因素進(jìn)一步增加系統(tǒng)運(yùn)行的不確定性，要求電力現(xiàn)貨市場交易機(jī)制具備一定的風(fēng)險抵御能力；另一方面，與中長期市場對系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行的保障作用相比，現(xiàn)貨市場安全保障作用相對有限，在設(shè)計市場交易機(jī)制時應(yīng)注重推動安全、高效的電力市場發(fā)展作用。

鑒于此，針對區(qū)域電力現(xiàn)貨市場交易機(jī)制評價方法展開研究。梳理歸納影響現(xiàn)貨市場交易機(jī)制設(shè)計的因素，充分考慮電力現(xiàn)貨市場交易情況、交易機(jī)制的合規(guī)效率性以及交易機(jī)制的效益及福利，構(gòu)建區(qū)域電力現(xiàn)貨市場交易機(jī)制評價指標(biāo)體系，建立了區(qū)域電力市場現(xiàn)貨交易機(jī)制評價模型。最后，選取國內(nèi)若干區(qū)域電力市場交易數(shù)據(jù)進(jìn)行驗(yàn)證分析，為科學(xué)設(shè)計和有效評估區(qū)域電力現(xiàn)貨市場交易機(jī)制、完善電力現(xiàn)貨市場建設(shè)、推進(jìn)構(gòu)建全國統(tǒng)一電力市場提供借鑒。

1 電力現(xiàn)貨市場交易機(jī)制設(shè)計

1.1 現(xiàn)貨市場模式選擇

區(qū)域電力現(xiàn)貨市場模式的選擇應(yīng)充分考慮區(qū)域內(nèi)市場主體成熟度、電力調(diào)度方式、系統(tǒng)阻塞程度、調(diào)峰資源情況以及與跨省跨區(qū)市場之間的銜接等因素［4］?？紤]到我國多數(shù)區(qū)域電力現(xiàn)貨市場主體的成熟度較低、現(xiàn)階段調(diào)度方式為統(tǒng)一調(diào)度和系統(tǒng)阻塞嚴(yán)重等原因，在區(qū)域電力現(xiàn)貨市場建設(shè)初期可選擇集中式市場，減小市場建設(shè)對系統(tǒng)運(yùn)行的影響。區(qū)域電力現(xiàn)貨市場交易框架如圖1所示。

圖1 電力現(xiàn)貨市場交易框架

典型的電力現(xiàn)貨市場主要包括日前市場、日內(nèi)市場等，由發(fā)電企業(yè)、電網(wǎng)企業(yè)、電力用戶、交易機(jī)構(gòu)、調(diào)度機(jī)構(gòu)等市場主體組成。發(fā)電企業(yè)和電力用戶根據(jù)交易機(jī)構(gòu)的計劃下達(dá)情況開展組織申報，電力用戶進(jìn)行用電需求與報價，市場完成跨區(qū)域安全校核并組織集中出清，形成日前、日內(nèi)計劃。

1.2 現(xiàn)貨市場定價機(jī)制設(shè)計

區(qū)域電力現(xiàn)貨市場定價機(jī)制的設(shè)計與區(qū)域內(nèi)市場主體成熟度、系統(tǒng)阻塞程度以及社會公平性等緊密相關(guān)［5］。在電力現(xiàn)貨市場環(huán)境下，電價采用隨時間變化的實(shí)時電價，并且根據(jù)阻塞程度的不同，可形成不同的電力現(xiàn)貨市場定價機(jī)制。考慮到區(qū)域電力現(xiàn)貨市場的延續(xù)性和節(jié)點(diǎn)電價的優(yōu)越性，對于采用區(qū)域電價的地區(qū)，在市場建設(shè)初期可選擇節(jié)點(diǎn)電價模型。

1.3 現(xiàn)貨市場報價方式選擇

區(qū)域電力現(xiàn)貨市場報價方式的選擇與區(qū)域內(nèi)市場主體成熟度和參與市場能力緊密相關(guān)［6］。若用戶了解自身用電行為，有能力參與現(xiàn)貨報價，則可以采用雙邊報價，反之則采用單邊報價?？紤]現(xiàn)階段我國電力現(xiàn)貨市場建設(shè)情況，單邊報價可能更適用初期的區(qū)域電力現(xiàn)貨市場建設(shè)；但從長遠(yuǎn)來看，雙邊報價則更符合電力現(xiàn)貨市場建設(shè)的目標(biāo)。

1.4 現(xiàn)貨市場出清模型選擇

區(qū)域電力現(xiàn)貨市場可根據(jù)市場主體成熟度和系統(tǒng)電源種類等因素確定出清模式［7-8］。為保障系統(tǒng)可靠穩(wěn)定運(yùn)行，在設(shè)計區(qū)域電力現(xiàn)貨市場特別是日前市場出清時要考慮系統(tǒng)的物理模型及設(shè)備參數(shù)；對于不引入日內(nèi)市場的區(qū)域，在日前和實(shí)時市場間增加滾動出清環(huán)節(jié)，重新確定出清結(jié)果。

1.5 與中長期交易協(xié)調(diào)

新一輪電力體制改革按照“管住中間，放開兩頭”的思路，以直接交易作為電力市場改革的切入點(diǎn)開展電力中長期交易［9-10］。然而，目前我國中長期交易主要是電量合約，如何協(xié)調(diào)直接交易與現(xiàn)貨市場交易之間的電量，是電力現(xiàn)貨市場建設(shè)的重點(diǎn)。

2 區(qū)域電力現(xiàn)貨市場交易機(jī)制評價體系

2.1 電力現(xiàn)貨市場交易情況

1）交易規(guī)模同比增長。

區(qū)域電力現(xiàn)貨市場的交易規(guī)模，可能受到市場規(guī)則、交易成本等多種因素的影響。選取交易規(guī)模同比增長率作為衡量區(qū)域電力現(xiàn)貨市場的交易規(guī)模的指標(biāo)，計算方法如式（1）所示。

2）平均電價同比增長。

選取平均電價同比增長率作為衡量區(qū)域電力現(xiàn)貨交易平均電價同比增長情況的指標(biāo)，反映了在以日前、日內(nèi)和實(shí)時為時間跨度的區(qū)域電力現(xiàn)貨市場中，市場交易的成交價格波動水平。計算方法如式（2）所示。

3）電力現(xiàn)貨交易供需比。

該指標(biāo)反映了區(qū)域電力市場中現(xiàn)貨交易電量的供需平衡情況，計算方法如式（3）所示。

2.2 交易機(jī)制的合規(guī)效率性

1）合同違約率。

購售電合同違約率反映出區(qū)域電力現(xiàn)貨市場交易中市場主體交易合同的違約數(shù)目占合同總數(shù)目的百分比，計算公式如式（4）所示。

2）邊際電價差值率。

在區(qū)域電力市場現(xiàn)貨交易中，日前和實(shí)時市場的系統(tǒng)邊際電價的差值越小，表明日前市場的發(fā)電計劃越接近實(shí)時運(yùn)行的需求，減少了利用日前市場和實(shí)時市場的價格差進(jìn)行套利的可能性。選取系統(tǒng)邊際電價差值率指標(biāo)來衡量交易機(jī)制的合規(guī)效率性，計算公式如式（5）所示。式中：為區(qū)域電力市場現(xiàn)貨交易中系統(tǒng)邊際電價差值率；為日前市場的系統(tǒng)邊際電價；為實(shí)時市場的系統(tǒng)邊際電價。

3）市場交易結(jié)算率。

市場交易結(jié)算率反映了區(qū)域電力現(xiàn)貨市場交易的結(jié)算完成情況，計算公式如式（6）所示。

2.3 交易機(jī)制的效益及福利

1）清潔能源配額同比增長率。

清潔能源配額同比增值率表示在區(qū)域電力現(xiàn)貨市場中，當(dāng)期交易的清潔能源總量配額與上一期交易的清潔能源總量配額之比，計算公式如式（7）所示。

2）阻塞收入管理盈余。

阻塞收入管理盈余是指電力用戶支付的阻塞費(fèi)用與支付給發(fā)電廠的阻塞費(fèi)用的差值，反映了區(qū)域電力現(xiàn)貨市場交易中進(jìn)行阻塞管理的有效性［11］，計算公式如式（8）所示。

3）系統(tǒng)備用裕度率。

備用裕度率是指電力系統(tǒng)尖峰時段的現(xiàn)貨市場出清備用量與尖峰負(fù)荷的比值［12］。從安全性來看，備用裕度越高，電力系統(tǒng)可靠性越高；從經(jīng)濟(jì)性來看，系統(tǒng)備用裕度率過高又會降低市場交易的經(jīng)濟(jì)效益，計算公式如式（9）所示。

基于上述研究分析，形成區(qū)域電力市場現(xiàn)貨交易機(jī)制評價指標(biāo)體系，如表1所示。

表1 交易機(jī)制評價指標(biāo)體系

3 區(qū)域電力市場現(xiàn)貨交易機(jī)制評價模型

3.1 指標(biāo)無量綱化處理

由于區(qū)域電力市場中長期電力交易機(jī)制評價指標(biāo)之間具有不同的量綱單位，為便于比較指標(biāo)之間的比較和計算，應(yīng)消除評價指標(biāo)的量級差異，需要對指標(biāo)元素進(jìn)行無量綱化處理，使所有指標(biāo)處于同一數(shù)量級。為此，選擇非線性無量綱化處理模型。

1）效益型指標(biāo)。

效益型指標(biāo)是指區(qū)域電力現(xiàn)貨市場交易機(jī)制評指標(biāo)的數(shù)值越高（或越大）越好，計算方式如式（10）所示。

2）成本型指標(biāo)。

成本型指標(biāo)是指區(qū)域電力現(xiàn)貨市場交易機(jī)制評指標(biāo)的數(shù)值越低（或越?。┰胶茫嬎惴绞饺缡剑?1）所示。

3.2 賦權(quán)優(yōu)化模型

屬性層次模型法（Attribute Hierarchy Model，AHM）是基于球賽模型的決策方法。相比于AHP 法而言，AHM 只需要進(jìn)行相對屬性測度和構(gòu)造屬性判斷矩陣，不需要進(jìn)行一致性檢驗(yàn)，可避免大量計算，使主觀決策更加合理有效［13］。

1）建立屬性遞階層次結(jié)構(gòu)。

明確區(qū)域電力現(xiàn)貨市場交易機(jī)制評價體系層次結(jié)構(gòu)關(guān)系，基于關(guān)系建立屬性遞階層次結(jié)構(gòu)。

2）構(gòu)造屬性判斷矩陣。

式中：q為區(qū)域電力市場現(xiàn)貨交易機(jī)制評價指標(biāo)體系中的指標(biāo)個數(shù)；p為被評價對象數(shù)量。

屬性判斷矩陣Ni，j如式（13）所示。

由于Ni,j難以求出，可通過AHP 法的判斷矩陣，通過式（14）轉(zhuǎn)換為Ni，j。

3）計算指標(biāo)權(quán)重值。

3.3 灰色關(guān)聯(lián)TOPSIS交易機(jī)制評價模型

利用灰色關(guān)聯(lián)度對逼近理想解排序法（Technique for Order Preference by Similarity to an Ideal Solution，TOPSIS）模型進(jìn)行改進(jìn)，使其更準(zhǔn)確地描述交易機(jī)制評價各指標(biāo)與理想指標(biāo)之間的貼近程度，從而提升評價結(jié)果的合理性［14］。

1）構(gòu)建加權(quán)矩陣。

2）確定正、負(fù)理想解。

3）確定歐氏空間距離。

4）確定灰色關(guān)聯(lián)度。

5）確定接近度。

6）相對接近度排序。

3.4 評價方法應(yīng)用分析

為使區(qū)域電力現(xiàn)貨市場交易機(jī)制評價模型能有更直觀的認(rèn)識和理解，針對評價方法流程應(yīng)用分析如圖2所示。

圖2 評價方法應(yīng)用流程

4 評估效益算例分析

4.1 評價指標(biāo)預(yù)處理結(jié)果

選取國內(nèi)4 個區(qū)域跨省跨區(qū)電力市場進(jìn)行評估效益算例分析。區(qū)域電力市場運(yùn)營情況如表2所示。

表2 評價指標(biāo)預(yù)處理結(jié)果

對評價指標(biāo)進(jìn)行非線性無量綱化處理，使所有指標(biāo)處于同一數(shù)量級，統(tǒng)一轉(zhuǎn)化為0～1 之間的無量綱值，預(yù)處理結(jié)果如表3所示。

表3 評價指標(biāo)預(yù)處理結(jié)果

4.2 賦權(quán)優(yōu)化計算結(jié)果

1）構(gòu)造屬性遞階層次結(jié)構(gòu)。

將區(qū)域電力現(xiàn)貨市場交易機(jī)制評價體系分解為不同層次屬性元素，按屬性元素的隸屬關(guān)系和屬性劃分為目標(biāo)層（即評價體系）、準(zhǔn)則層（即電力現(xiàn)貨市場交易情況、交易機(jī)制的合規(guī)效率性等3個一級指標(biāo)）和方案層（即交易規(guī)模同比增長、平均電價同比增長等9個二級指標(biāo)），構(gòu)造屬性遞階層次結(jié)構(gòu)，如圖3所示。

圖3 屬性遞階層次結(jié)構(gòu)

2）構(gòu)造屬性判斷矩陣。

準(zhǔn)則層相對于方案層的屬性矩陣為：

3）計算指標(biāo)權(quán)重。

區(qū)域電力現(xiàn)貨市場交易機(jī)制評價體系的指標(biāo)權(quán)重值如表4所示。

表4 評價指標(biāo)權(quán)值結(jié)果

4.3 交易機(jī)制評價模型計算結(jié)果

1）構(gòu)建加權(quán)矩陣。

對決策矩陣進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理，用權(quán)重值與標(biāo)準(zhǔn)化矩陣加權(quán)相乘得到加權(quán)矩陣為

2）確定正、負(fù)理想解。

以區(qū)域電力市場1 為例，進(jìn)行算例分析?；诩訖?quán)矩陣確定的正理想解為0.124 9；負(fù)正理想解為0.000 4。

3）求解相對貼近度。

基于式（20）—式（24）分別求出歐氏空間距離、灰色關(guān)聯(lián)度、接近度和貼近度，并對相對貼近度進(jìn)行排序，結(jié)果如表5所示。

表5 交易機(jī)制評價結(jié)果匯總

對相對貼近度結(jié)果進(jìn)行排序，得出：區(qū)域電力市場3＞區(qū)域電力市場2＞區(qū)域電力市場4＞區(qū)域電力市場1。因此，區(qū)域電力市場3 的現(xiàn)貨市場交易機(jī)制被評為最“好”或最“優(yōu)”。

5 結(jié)語及展望

基于電力現(xiàn)貨交易機(jī)制設(shè)計與市場建設(shè)情況，研究了區(qū)域電力現(xiàn)貨市場交易機(jī)制評價方法。通過構(gòu)建區(qū)域電力現(xiàn)貨市場交易機(jī)制評價指標(biāo)體系和交易機(jī)制評價模型，科學(xué)、有效地評估出了現(xiàn)貨市場運(yùn)行及交易機(jī)制的優(yōu)劣程度，為下階段我國完善電力現(xiàn)貨市場建設(shè)、構(gòu)建全國統(tǒng)一電力市場建設(shè)提供借鑒和理論支撐。

未來，在構(gòu)建全國統(tǒng)一電力市場的大背景下，在電力現(xiàn)貨市場建設(shè)中，可將需求側(cè)響應(yīng)、電供熱、充電樁、儲能等新的市場主體納入競爭機(jī)制，構(gòu)建與中長期交易高效協(xié)調(diào)的現(xiàn)貨市場交易機(jī)制，實(shí)現(xiàn)發(fā)用電側(cè)的雙向競爭參與，促進(jìn)電力現(xiàn)貨市場在更大范圍的資源優(yōu)化配置。