區(qū)域電力現(xiàn)貨市場交易機制評價方法研究

于壯狀，周鵬程，曾 鳴

（1.華北電力大學經(jīng)濟與管理學院，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時運行的關(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)貨市場交易機制設(shè)計和市場建設(shè)是一項復(fù)雜的系統(tǒng)工程［1-3］。隨著新一輪電力體制改革進入深水區(qū)和攻堅期，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)貨交易的省份進一步擴大，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。

然而，當前我國電力現(xiàn)貨市場正處于發(fā)展初期，對市場交易機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一步增加系統(tǒng)運行的不確定性，要求電力現(xiàn)貨市場交易機制具備一定的風險抵御能力；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)貨市場交易機制評價方法展開研究。梳理歸納影響現(xiàn)貨市場交易機制設(shè)計的因素，充分考慮電力現(xiàn)貨市場交易情況、交易機制的合規(guī)效率性以及交易機制的效益及福利，構(gòu)建區(qū)域電力現(xiàn)貨市場交易機制評價指標體系，建立了區(qū)域電力市場現(xiàn)貨交易機制評價模型。最后，選取國內(nèi)若干區(qū)域電力市場交易數(shù)據(jù)進行驗證分析，為科學設(shè)計和有效評估區(qū)域電力現(xiàn)貨市場交易機制、完善電力現(xiàn)貨市場建設(shè)、推進構(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］。考慮到我國多數(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、交易機構(gòu)、調(diào)度機構(gòu)等市場主體組成。發(fā)電企業(yè)和電力用戶根據(jù)交易機構(gòu)的計劃下達情況開展組織申報，電力用戶進行用電需求與報價，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)貨市場定價機制設(shè)計

區(qū)域電力現(xiàn)貨市場定價機制的設(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)貨市場定價機制。考慮到區(qū)域電力現(xiàn)貨市場的延續(xù)性和節(jié)點電價的優(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。考慮現(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)；但從長遠來看，雙邊報價則更符合電力現(xiàn)貨市場建設(shè)的目標。

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。

2 區(qū)域電力現(xiàn)貨市場交易機制評價體系

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，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，反映了在以日前、日內(nèi)和實時為時間跨度的區(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)電計劃越接近實時運行的需求，減少了利用日前市場和實時市場的價格差進行套利的可能性。選取系統(tǒng)邊際電價差值率指標來衡量交易機制的合規(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用與支付給發(fā)電廠的阻塞費用的差值，反映了區(qū)域電力現(xiàn)貨市場交易中進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)貨交易機制評價指標體系，如表1所示。

表1 交易機制評價指標體系

3 區(qū)域電力市場現(xiàn)貨交易機制評價模型

3.1 指標無量綱化處理

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

1）效益型指標。

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

2）成本型指標。

成本型指標是指區(qū)域電力現(xiàn)貨市場交易機制評指標的數(shù)值越低（或越小）越好，計算方式如式（11）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 只需要進行相對屬性測度和構(gòu)造屬性判斷矩陣，不需要進行一致性檢驗，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)貨交易機制評價指標體系中的指標個數(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）計算指標權(quán)重值。

3.3 灰色關(guān)聯(lián)TOPSIS交易機制評價模型

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）模型進行改進，使其更準確地描述交易機制評價各指標與理想指標之間的貼近程度，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)貨市場交易機制評價模型能有更直觀的認識和理解，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)電力市場進行評估效益算例分析。區(qū)域電力市場運營情況如表2所示。

表2 評價指標預(yù)處理結(jié)果

對評價指標進行非線性無量綱化處理，使所有指標處于同一數(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層（即評價體系）、準則層（即電力現(xiàn)貨市場交易情況、交易機制的合規(guī)效率性等3個一級指標）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），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。

準則層相對于方案層的屬性矩陣為：

3）計算指標權(quán)重。

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

表4 評價指標權(quán)值結(jié)果

4.3 交易機制評價模型計算結(jié)果

1）構(gòu)建加權(quán)矩陣。

對決策矩陣進行標準化處理，用權(quán)重值與標準化矩陣加權(quán)相乘得到加權(quán)矩陣為

2）確定正、負理想解。

以區(qū)域電力市場1 為例，進行算例分析。基于加權(quán)矩陣確定的正理想解為0.124 9；負正理想解為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，并對相對貼近度進行排序，結(jié)果如表5所示。

表5 交易機制評價結(jié)果匯總

對相對貼近度結(jié)果進行排序，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)貨市場交易機制評價方法。通過構(gòu)建區(qū)域電力現(xiàn)貨市場交易機制評價指標體系和交易機制評價模型，科學、有效地評估出了現(xiàn)貨市場運行及交易機制的優(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)貨市場交易機制，實現(xiàn)發(fā)用電側(cè)的雙向競爭參與，促進電力現(xiàn)貨市場在更大范圍的資源優(yōu)化配置。