基于SD模型的電力市場交易價(jià)格銜接機(jī)制研究

張繼英 劉 健 王曉敏 胡如樂 張建中

（1．南方電網(wǎng)數(shù)字企業(yè)科技（廣東）有限公司，廣東 廣州 510700；2．北京科東電力控制系統(tǒng)有限責(zé)任公司，北京 100192）

隨著新能源在電網(wǎng)系統(tǒng)中大規(guī)模接入，由于新能源自身的屬性，因此出現(xiàn)了電壓不穩(wěn)、頻率振蕩等供電質(zhì)量問題[1]。提高電力系統(tǒng)的調(diào)頻效果以及采取事故備用措施非常必要[2]。然而，這些做法間接增加了電力資源的成本。為保證電力穩(wěn)定供應(yīng)，結(jié)合電力市場的發(fā)展成熟度，建立合理的交易價(jià)格銜接機(jī)制成為極為必要的工作之一[3]。該文對電力市場的各個(gè)階段進(jìn)行劃分，其主要包括初期階段、過渡階段以及成熟階段。在初期階段，電力市場的主要模式為中長期交易，最突出的表現(xiàn)為現(xiàn)貨市場規(guī)模相對較小，雖然已經(jīng)開始關(guān)于調(diào)峰市場的建設(shè)，但是計(jì)劃補(bǔ)償是最主要的輔助服務(wù)形式；在過渡階段，電力市場的主要模式主要為現(xiàn)貨交易；而在成熟階段，電力市場無論是在容量方面、還是在電力金融方面，都達(dá)到相對完善的狀態(tài)。此時(shí)的價(jià)格銜接機(jī)制也在影響電力交易雙方的經(jīng)濟(jì)利益。

在此基礎(chǔ)上，該文提出基于SD 模型的電力市場交易價(jià)格銜接機(jī)制研究，并采用對比測試的方式，分析了該文設(shè)計(jì)電力市場交易價(jià)格銜接機(jī)制的實(shí)際應(yīng)用效果。

1 電力市場交易價(jià)格銜接機(jī)制設(shè)計(jì)

為保證電力市場的運(yùn)行效率，確保不同時(shí)間段、不同地區(qū)的電力交易能夠順利進(jìn)行，需要建立一套合理的電力市場交易價(jià)格銜接機(jī)制銜接不同的交易價(jià)格。該文以電力交易價(jià)格為導(dǎo)向，建立SD 結(jié)構(gòu)模型，以此分析電力交易價(jià)格傳導(dǎo)動(dòng)力。以電量電費(fèi)為核心，分析電力資源生產(chǎn)端的基本收入情況，結(jié)合分析結(jié)果，設(shè)置交易價(jià)格，并根據(jù)實(shí)際的電力交易情況，設(shè)計(jì)電力市場交易價(jià)格銜接機(jī)制。

1.1 基于SD 模型的電力交易價(jià)格傳導(dǎo)動(dòng)力分析

如果要對電力市場交易價(jià)格銜接機(jī)制進(jìn)行合理地設(shè)計(jì)，那么對電力交易價(jià)格傳導(dǎo)動(dòng)力進(jìn)行全面、準(zhǔn)確地分析是十分必要的[4]。通過分析電力交易價(jià)格傳導(dǎo)動(dòng)力，能夠了解電力供需關(guān)系的變化情況，有助于均衡市場價(jià)格。電力市場中存在多種交易形式和價(jià)格機(jī)制，不同形式的交易會(huì)對價(jià)格產(chǎn)生影響，由此消除不同交易形式之間產(chǎn)生的價(jià)格扭曲，使供應(yīng)商和購買方基于市場信號(hào)做出合理決策，確保價(jià)格合理傳導(dǎo)[5]。一般情況下，構(gòu)成電力交易價(jià)格的因素較為復(fù)雜，且電力市場中的供需關(guān)系、市場競爭、發(fā)電方式以及燃料成本等因素之間也存在一定的相互關(guān)聯(lián)、相互影響的關(guān)系[6]。該文在具體的分析過程中引入SD 模型，該模型采用的是一種系統(tǒng)性的建模方法，通過模擬電力市場中的動(dòng)態(tài)變化過程，描述其中不同因素之間的相互關(guān)系和影響。在SD 模型中，利用常量參數(shù)、輔助變量參數(shù)、表函數(shù)、速率變量參數(shù)和狀態(tài)變量參數(shù)描述模型中各個(gè)元素的特性和關(guān)系。常量參數(shù)是在模型中固定不變的數(shù)值，用于表示系統(tǒng)中的常量或固定值。輔助變量參數(shù)是對其他變量進(jìn)行計(jì)算得到的中間變量，用于輔助模型的運(yùn)算和分析。表函數(shù)是一種根據(jù)輸入變量的值返回相應(yīng)輸出值的函數(shù)，通常用于模擬非線性關(guān)系或者根據(jù)實(shí)際數(shù)據(jù)提供模型的輸入輸出關(guān)系。速率變量參數(shù)為某一變量的變化速度，通常與狀態(tài)變量相關(guān)聯(lián)，用于描述狀態(tài)變量的變化。狀態(tài)變量參數(shù)是描述系統(tǒng)狀態(tài)或者某一變量的狀態(tài)的參數(shù)，表示SD 模型中的關(guān)鍵變量的值或狀態(tài)。這些參數(shù)和變量在SD 模型中共同構(gòu)成了電力市場的基本元素，通過模擬電力市場中的動(dòng)態(tài)變化過程，描述其中不同因素之間的相互關(guān)系和影響。利用其分析電力交易價(jià)格傳導(dǎo)動(dòng)力。其中，以電力交易價(jià)格為導(dǎo)向的SD 結(jié)構(gòu)模型如公式（1）所示。

式中：SD（x）為電力交易價(jià)格x為導(dǎo)向的SD 結(jié)構(gòu)模型；ai為構(gòu)成電力交易價(jià)格的常量參數(shù)，包括電力交易覆蓋的土地面積（電力交易范圍）和可交易的電力資源總量；bi為構(gòu)成電力交易價(jià)格的輔助變量參數(shù)，包括人均土地面積，人均可交易電力資源量以及電力能源消耗量，電力生產(chǎn)量和電力消耗量；ci為構(gòu)成電力交易價(jià)格的表函數(shù)，也就是單位GDP 的電力資源能耗；di為構(gòu)成電力交易價(jià)格的速率變量參數(shù)，包括電力市場交易地區(qū)的電力能源產(chǎn)量，以及電力能源終端的消費(fèi)量；ei為構(gòu)成電力交易價(jià)格的狀態(tài)變量參數(shù)，主要是指電力市場交易地區(qū)可供利用的電力資源總量。

按照上述方式構(gòu)建電力交易價(jià)格導(dǎo)向下SD 結(jié)構(gòu)模型。以此為基礎(chǔ)對電力交易價(jià)格傳導(dǎo)動(dòng)力進(jìn)行分析，終端的電力資源消費(fèi)能力以及電力資源的生產(chǎn)能力是價(jià)格傳導(dǎo)的核心動(dòng)力。終端的電力資源消費(fèi)能力指的是終端用戶對電力的需求和消費(fèi)能力。終端用戶的需求量和購買意愿會(huì)直接影響電力交易市場的供需關(guān)系和價(jià)格水平。如果終端用戶的需求增加，可能會(huì)導(dǎo)致電力供應(yīng)緊張，從而推動(dòng)電力市場交易價(jià)格上漲。相反，可能會(huì)導(dǎo)致電力供過于求，從而推動(dòng)價(jià)格下跌。電力資源的生產(chǎn)能力決定了電力市場的供給側(cè)情況。當(dāng)電力當(dāng)生產(chǎn)能力增加時(shí)，供給側(cè)的供應(yīng)能力將增強(qiáng)，會(huì)導(dǎo)致電力市場交易價(jià)格下降。相反，可能會(huì)推動(dòng)電力價(jià)格上漲。結(jié)合該理論基礎(chǔ)，當(dāng)設(shè)計(jì)交易價(jià)格銜接機(jī)制時(shí)，需要充分考慮終端用戶的電力資源消費(fèi)能力，通過設(shè)置交易價(jià)格，滿足不同終端用戶的需求，為后續(xù)的電力市場交易價(jià)格銜接機(jī)制設(shè)計(jì)提供執(zhí)行基礎(chǔ)。

1.2 構(gòu)建電力市場交易價(jià)格銜接機(jī)制

結(jié)合第1.1 節(jié)對電力交易價(jià)格傳導(dǎo)動(dòng)力的分析結(jié)果，在構(gòu)建電力市場交易價(jià)格銜接機(jī)制的過程中，該文對電力資源生產(chǎn)端的基本收入情況進(jìn)行分析，電力資源生產(chǎn)端的基本收入情況通常受到多方面的影響，其中包括電價(jià)水平、用電量、用戶結(jié)構(gòu)和政策支持等因素。這些因素相互作用，共同決定了電費(fèi)收入的情況。

電力資源生產(chǎn)端通常會(huì)根據(jù)成本、市場需求和政策等因素來確定電價(jià)水平[7]。較高的電價(jià)可以帶來更高的收入，也可能影響用戶的用電需求，即用電量。因此，電力資源生產(chǎn)端需要在考慮經(jīng)濟(jì)效益的同時(shí)，需要平衡用戶的用電量，確保電費(fèi)收入的穩(wěn)定性和可持續(xù)性。另外，由公式（1）構(gòu)建的SD 結(jié)構(gòu)模型可知，人均可交易電力資源量以及電力能源消耗量增加也會(huì)帶動(dòng)電費(fèi)增加。

綜上所述，以電量電費(fèi)為核心分析電力資源生產(chǎn)端的基本收入情況。電費(fèi)是電力資源生產(chǎn)端主要的收入來源之一，是消費(fèi)者為使用電力而支付的費(fèi)用，直接反映了電力資源的價(jià)值和消費(fèi)需求。通過分析電費(fèi)收入情況，可以了解電力資源生產(chǎn)端的經(jīng)濟(jì)狀況和運(yùn)營效益。電力資源生產(chǎn)端以電量電費(fèi)為核心的收入具體計(jì)算如公式（2）所示。

式中：Cmid為電力資源生產(chǎn)端以電量電費(fèi)為核心的收入；qnh為在超過中長期合同偏差電量范圍內(nèi)的電量規(guī)模，即電力資源生產(chǎn)端超出與用戶簽訂的中長期電力購買合同所約定的偏差電量范圍的電量；pnh為電力市場現(xiàn)貨交易的價(jià)格；qnh（t）為超過t時(shí)間內(nèi)合同偏差電量范圍內(nèi)的電量規(guī)模；pnh（t）為t時(shí)間內(nèi)電力市場期貨交易的價(jià)格。

按照以上方式對電力資源生產(chǎn)端的基本收入情況進(jìn)行分析。結(jié)合上述分析結(jié)果，該文對交易價(jià)格銜接機(jī)制的設(shè)計(jì)充分考慮了電力交易價(jià)格傳導(dǎo)動(dòng)力，具體的設(shè)計(jì)結(jié)果如公式（3）所示。

式中：c為交易價(jià)格；pa（xi）為自主利用剩余電量容量，指的是用戶在電力系統(tǒng)中根據(jù)自身的電力需求和能源生產(chǎn)能力，利用剩余電量滿足自身的電力需求。通過影響電力市場的供需關(guān)系，影響電力交易價(jià)格。k為電力市場交易階段核定容量電價(jià)參數(shù)，是指在電力市場中確定電力供應(yīng)商（發(fā)電廠）的容量電價(jià)的相關(guān)參數(shù)[8]。供電公司根據(jù)k以及其他市場規(guī)則和條件進(jìn)行容量市場交易，確保電力供需平衡和穩(wěn)定運(yùn)行。具體的核定容量電價(jià)參數(shù)可能因地區(qū)、市場規(guī)則和政策等因素而有所差異[9]，因此，交易價(jià)格的設(shè)定需要參考當(dāng)?shù)仉娏κ袌龅南嚓P(guān)規(guī)定和政策，確定相應(yīng)的k。

按照以上方式設(shè)置交易價(jià)格。結(jié)合實(shí)際的電力交易情況，基于供需關(guān)系和市場需求等因素分析歷史交易數(shù)據(jù)和電力需求預(yù)測等數(shù)據(jù)，確定電力交易價(jià)格的參考范圍。針對不同的電力市場階段和交易類型設(shè)計(jì)不同的價(jià)格銜接機(jī)制，在市場交易階段采用實(shí)時(shí)定價(jià)機(jī)制，長期交易階段采用合同定價(jià)機(jī)制確定價(jià)格。此外，為了保證電力市場價(jià)格銜接的合理性，引入市場調(diào)節(jié)機(jī)制和價(jià)格波動(dòng)限制機(jī)制，確保供需平衡以及價(jià)格波動(dòng)在控制范圍內(nèi)，從而完成電力市場交易價(jià)格銜接機(jī)制設(shè)計(jì)，保證價(jià)格銜接的合理性，促進(jìn)電力市場的穩(wěn)定和發(fā)展。

2 測試分析

2.1 設(shè)置測試環(huán)境

在具體的測試過程中，該文以某抽水蓄能電站的電力資源為追蹤目標(biāo)進(jìn)行測試。其中，測試環(huán)境的發(fā)電電動(dòng)機(jī)組為混流可逆式水泵水輪類型，規(guī)模共4 臺(tái)，單機(jī)容量為500MW。在此基礎(chǔ)上對測試環(huán)境的基礎(chǔ)發(fā)電成本情況進(jìn)行分析，得到的數(shù)據(jù)結(jié)果如圖1所示。

圖1 測試環(huán)境容量費(fèi)用

結(jié)合圖1 的信息對該抽蓄電站的內(nèi)部經(jīng)濟(jì)運(yùn)行情況進(jìn)行分析，其中，收益率為8.7%，對應(yīng)的投資回收期為14.2年，對借款償還期進(jìn)行分析，其為13.6年。在此基礎(chǔ)上，該文按照7%的基準(zhǔn)折現(xiàn)率對測試發(fā)電系統(tǒng)的凈現(xiàn)值進(jìn)行分析，得到的數(shù)據(jù)結(jié)果為77309.10 萬元。

在此基礎(chǔ)上，采用該文設(shè)計(jì)的電力市場交易價(jià)格銜接機(jī)制對其交易價(jià)格進(jìn)行調(diào)控，為了能夠更直觀地分析具體的調(diào)控效果，設(shè)置了對照組在相同的測試環(huán)境下進(jìn)行測試，其中，選擇的具體方法分別為文獻(xiàn)[3]提出的交易價(jià)格銜接機(jī)制以及文獻(xiàn)[4]提出的交易價(jià)格銜接機(jī)制。對比不同機(jī)制下的效果。

2.2 測試結(jié)果

結(jié)合上述設(shè)置的測試環(huán)境，該文分析了在不同電力市場交易價(jià)格梯度變化條件下，對應(yīng)的NPV（Net Present Value，凈現(xiàn)值）、IRR（Internal Rate of Return，內(nèi)部收益率）情況，得到的測試結(jié)果見表1。

表1 不同交易價(jià)格銜接機(jī)制測試結(jié)果對比表

結(jié)合表1 的測試結(jié)果對3 種不同電力市場交易價(jià)格銜接機(jī)制的具體應(yīng)用效果進(jìn)行分析，可以發(fā)現(xiàn)隨著交易價(jià)格梯度變化的改變，對應(yīng)的NPV和IRR均表現(xiàn)出了不同的發(fā)展趨勢。在文獻(xiàn)[3]機(jī)制的測試結(jié)果中，當(dāng)價(jià)格變化梯度正向下降時(shí)，對應(yīng)的NPV和IRR均表現(xiàn)出先上升后下降的特點(diǎn)，當(dāng)價(jià)格變化梯度負(fù)向下降時(shí)，NPV和IRR隨之表現(xiàn)出穩(wěn)定下降的趨勢。從整體角度對其進(jìn)行分析，NPV的最大值為82446.35 萬元，IRR的最大值為8.86%（梯度變化為15.0%時(shí)），NPV的最小值為75038.15 萬元，IRR的最大值為8.66%（梯度變化為0 時(shí)）。在文獻(xiàn)[4]機(jī)制的測試結(jié)果中，NPV和IRR隨著梯度變化絕對值的降低表現(xiàn)出了穩(wěn)定下降的發(fā)展趨勢，其中，NPV的最大值為80214.09 萬元，IRR的最大值為8.85%（梯度變化為20.0%時(shí)），NPV的最小值為78673.25 萬元，IRR的最大值為8.68%（梯度變化為0 時(shí)）。在該文設(shè)計(jì)機(jī)制測試結(jié)果中，雖然NPV和IRR也表現(xiàn)出了隨著梯度變化絕對值降低的特點(diǎn)，但是對應(yīng)的下降幅度相對較小，且NPV和IRR始終處于較高水平，其中，NPV的最大值為82446.30 萬元，IRR的最大值為8.86%（梯度變化為20.0%時(shí)），NPV的最小值為81515.75 萬元，IRR的最大值為8.76%（梯度變化為0 時(shí)），明顯比對照組的測試結(jié)果要好。

通過以上測試結(jié)果可以得出結(jié)論，該文設(shè)計(jì)的基于SD模型的電力市場交易價(jià)格銜接機(jī)制可以在提高自電力企業(yè)NPV和IRR方面發(fā)揮積極作用，具有良好的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。

3 結(jié)語

作為電力市場機(jī)制的核心，電力價(jià)格機(jī)制決定了電力交易的公平性和合理性，是保證電力市場有序發(fā)展的重要基礎(chǔ)。該文提出基于SD 模型的電力市場交易價(jià)格銜接機(jī)制研究，分析客觀用電需求以及發(fā)電情況的基礎(chǔ)，合理構(gòu)建電力價(jià)格機(jī)制，極大程度地保障了電力交易雙方的利益，同時(shí)對于實(shí)現(xiàn)電力資源價(jià)值最大化也起到了一定的作用。通過該文設(shè)計(jì)的電力市場交易價(jià)格銜接機(jī)制，希望能夠?yàn)閷?shí)際的電力市場管理提供參考，為電力交易價(jià)格調(diào)控提供有價(jià)值的幫助。