全国统一电力市场发展路径设计与关键技术

一、专栏概况

针对全国统一电力市场建设过程中出现的市场机制设计、市场组织方法、市场出清技术、价格形成机制等问题，《中国电力》编辑部邀请中国电科院冯树海教高、清华大学钟海旺副教授、四川大学刘友波教授、重庆大学杨知方教授、香港理工大学林伟研究员作为特约主编组织策划了“全国统一电力市场发展路径设计与关键技术”专栏，于2023年9期刊出，责任编辑李博。本期刊出7篇文章，获得基金资助7项，其中国家级基金项目3项，省部级项目2项，分部项目2项。专栏论文由特约主编约稿和自由来稿组成，来稿单位涉及重庆大学、重庆理工大学、四川大学、华中科技大学、长沙理工大学、广东电力交易中心、北京电力交易中心、国家电网公司西北分部和华东分部、安徽省电力公司等高校、电力交易机构和企业。

二、主要内容

专栏从全国统一电力市场多主体博弈分析、跨区交易协同、市场机制分析等3方面开展研究。

1. 全国统一电力市场多主体博弈分析

在全国统一电力市场多主体博弈分析方面，广东电力交易中心有限责任公司的吴明兴等发表的《双轨制下电力现货市场政府授权合约分解优化模型与方法》和重庆理工大学的陈曦等发表的《售电公司串谋定价行为随机演化博弈分析》2篇文章，主要内容如下。

1）在全国统一电力市场建设的初期阶段，计划与市场双轨制将长期存在，并成为电力现货市场运行的主要矛盾之一。在现货市场中，政府授权合约的曲线分解方式对市场不平衡资金规模与市场主体利益具有重要影响，合理分解相关合约问题亟待解决。《双轨制下电力现货市场政府授权合约分解优化模型与方法》从电力现货试点实际需要出发，综合考虑不平衡资金规模、政府授权合约分解结果、发电主体报价策略及市场出清结果之间的关联性，构建了基于博弈均衡的双轨制电力现货市场政府授权合约曲线分解优化模型与方法。该方法基于博弈均衡的思想对应建立了以控制不平衡资金规模为目标的政府授权合约分解模型、考虑政府授权合约分解结果的发电商报价决策模型以及市场出清模型，利用3层粒子群算法实现各层模型间的迭代修正，得到均衡市场个体与整体利益的合约分解结果。该文基于算例分析认为，市场出清价格的变化会影响以控制不平衡资金规模为目标的政府授权合约分解结果，市场运营机构在开展政府授权合约分解时，需综合考虑双轨制不平衡资金对政府授权合约分解的影响、政府授权合约分解对发电机组报价策略的影响以及市场主体报价对市场出清的影响。

2）售电公司作为逐利的市场主体，在优化资源配置的过程中也有趋利串谋抬高市场价格的动机，特别是市场起步初期，有区域优势或上游发电资源的售电公司具备形成寡头垄断的条件。对售电公司的串谋定价行为开展研究可以为规范市场运行的政策制定提供参考。《售电公司串谋定价行为随机演化博弈分析》先将串谋定价行为视为有限的售电公司主体在“有限理性”前提下的协同行动策略问题，进而将具有选择差异的Moran 过程引入售电公司串谋定价随机演化博弈模型的构建和分析中，最后结合算例分析了串谋系数、供需比等关键参数对售电公司串谋定价策略的影响。研究结果表明：在寡占市场尤其是极高寡占市场中售电公司串谋定价的成功率会更高；在不同类型的市场中，串谋系数对串谋定价策略的影响不同，市场内外部环境随机因素对串谋定价行为的影响随市场集中度增高而愈加显著；市场管理机构应加强对电能零售价格的分析研判并加强对竞争有效性的监管以及与反垄断执法部门、征信部门等单位的信息互通和协同联动。

2. 全国统一电力市场跨区交易协同

在全国统一电力市场跨区交易协同方面，本专栏刊出北京电力交易中心有限公司的刘硕等发表的《计及跨区备用辅助服务互济的互联电网出清方法》、国家电网有限公司华东分部的许凌等发表的《考虑备用互济的省间电力现货电能与备用耦合优化出清模型》和国网安徽省电力有限公司的吴迪等发表的《省级电力现货市场全网安全校核》3篇文章，主要内容如下。

1）电力资源的跨区域配置有利于发挥不同区域间的资源互补效益，提高互联电网的整体新能源消纳能力。由于新能源具有较大的不确定性，若无法获得足够的备用辅助服务，则难以安全、经济地实现跨区新能源消纳。因此，在未来大规模新能源并网场景下，备用将成为制约新能源跨区消纳的主要限制因素，描述考虑跨区备用互济能力对资源的广域配置愈发重要。针对当前出清方法难以实现跨区备用辅助服务资源配置的难题，《计及跨区备用辅助服务互济的互联电网出清方法》提出了一种联合考虑电能量与备用辅助服务的联络线可行域构建方法，并提出了计及跨区备用辅助服务互济的互联电网协同市场出清模型。通过在联络线可行域中考虑跨区备用辅助服务互济约束，完整刻画电能量-备用辅助服务交易空间，并通过互联电网协同出清实现备用跨区配置。基于某区域互联电网算例表明，所提方法可成功实现跨区备用资源的优化配置，进而整体提升互联电网的新能源消纳能力与综合运行效益。

2）新能源装机容量的逐年提升导致系统面临巨大的新能源消纳压力，跨区域省间电力现货市场作为区域电网中重要的电力余缺互济手段，仍面临市场运行效率较低以及省间壁垒严重的问题。如何进一步挖掘各省份的备用互济能力，缓解能源富余省份新能源弃电和部分省份电力紧缺问题，已成为下一阶段省间电力现货市场建设的关键抓手。《考虑备用互济的省间电力现货电能与备用耦合优化出清模型》以省间市场社会福利最大为目标，构建综合考虑各省备用缺额容量、备用空间互济以及省间输电费用与网损的省间电力现货出清模型。通过考虑备用互济的省间电力现货出清实现了省间电力资源的优化配置， 有效降低省内新能源弃电电力，缓解区域内电力资源逆向分布。以IEEE39节点系统和某网调电网构建省间电力交易出清算例，验证了所提模型的合理性和实用性。

3）目前我国多以省级为单位推行电力市场建设，省级调度部门负责校核与制定出清结果和发电计划，并由更高层级的调度机构再统一进行全局范围内的电网安全校核，即市场运营交易主体需要满足更大范围的电网运行对象的安全校核才能优化出清。交易主体和校核对象范围的不同导致中国在出清流程、电网潮流安全校核和电价形成机制等方面，均不能照搬国外已有经验。《省级电力现货市场全网安全校核》分析了以省际交流联络线为等值负荷的市场优化出清模型和安全校核获得出清结果存在偏差的原因及影响，提出了基于区域全网模型的省级电力现货市场优化出清模型和全网安全校核方法。该方法基于全网的模型方式拼接生成未来时段拓扑断面，进行全网灵敏度计算，获取完整的全网灵敏度矩阵用于优化出清与全网安全校核迭代，获得准确的电网潮流和节点电价。

3. 全国统一电力市场市场机制分析

在全国统一电力市场市场机制分析方面，本专栏刊出国家电网有限公司西北分部任景等发表的《面向新能源不确定性的西北电力电量平衡机制》和长沙理工大学刘思强等发表的《电价交叉补贴收入再分配效应及阶梯电价改进》2篇文章，主要内容如下。

1）西北电网作为全国首个新能源装机第一的区域电网，同时面临腰荷时段的新能源最大化消纳压力与早晚高峰的保供压力，受新能源“有电量、无稳定电力”的发电特性影响，电网电力电量平衡呈现“整体富余、尖峰负荷紧张、局部时段紧缺”的新形态。随着社会用电量的稳步增长，平衡安全问题或将成为限制西北电网新能源高效发展的关键瓶颈。《面向新能源不确定性的西北电力电量平衡机制》针对高比例新能源电力系统面临的电力电量平衡风险问题展开分析讨论，基于西北地区实际运行数据与历史统计数据，阐述高比例新能源条件下西北电网电力电量平衡风险问题，总结西北全网在不同时间尺度、不同风险概率下呈现出的电力电量平衡新形态，梳理国内外电力系统面向区域供需平衡的关键技术及配套市场机制，提出西北电网应对短期电力平衡问题和中长期电量平衡问题的相关措施与建议。

2）随着经济社会发展，居民用电量及其占全社会用电量比例，呈现逐年增长趋势，导致交叉补贴规模、补贴程度越来越大。交叉补贴严重扭曲了电价结构和电价水平，使得“合理补偿成本”的电力商品定价机制难以实现。能否“妥善处理电价交叉补贴”成为制约新一轮电力体制改革向纵深推进的瓶颈问题。《电价交叉补贴收入再分配效应及阶梯电价改进》通过采集河北省2017年居民用电消费大数据，运用价差法和Dagum 基尼系数及其划分标准，从收入再分配角度实证分析了居民电价交叉补贴的公平性问题。该文的研究结果表明，按用电量规模由低到高分组，居民享受电价交叉补贴在组内呈现出两头大、中间小的U型波动趋势；在组间存在较为明显的两极差异，且随用电量差异增大，组间不公平程度扩大，基尼系数最高达到0.897 1。实证研究显示，目前阶梯电价政策由于阶梯数量及分档电量设置不精细，造成了交叉补贴收入再分配效应呈现极度不公。

三、相关研究延伸

从《关于进一步深化电力体制改革的若干意见》（中发〔2015〕9号）明确提出“在全国范围内逐步形成竞争充分、开放有序、健康发展的市场体系”，到《关于加快建设全国统一电力市场体系的指导意见》（以下简称指导意见）强调要遵循电力市场运行规律和市场经济规律，优化电力市场总体设计，实现电力资源在全国更大范围内共享互济和优化配置，加快形成统一开放、竞争有序、安全高效、治理完善的电力市场体系。一系列政策文件的出台，为电力市场化改革指明了方向。梳理国外典型电力市场建设过程中面临的关键问题与相应的解决措施，可为我国电力市场设计提供决策参考。构建全国统一电力市场，需要结合中国国情，明确建设路径，形成有中国特色的交易机制。

本期综述重点围绕对指导意见的认识、国外典型电力市场、电力市场建设路径、交易机制等展开。

1）在指导意见的认识方面，国家能源局章建华[1]认为要正确把握建设全国统一电力市场体系的重要关系，从着力健全有利于更大范围配置资源的电力市场体系、着力完善有利于提升资源配置效率的电力市场化交易机制、着力培育充满活力的多元竞争电力市场主体、着力推进能源电力治理能力现代化等提出了推进全国统一电力市场体系建设重点任务。我院马莉[2]认为建设全国统一电力市场是形成电力行业运行新模式的关键节点、是构建新型电力系统和实现双碳目标的重要抓手、是构建新发展格局和建设高标准市场体系的重大助力，在落地过程中，需要各方面协同推动，需要稳中求进、结合实际推进，市场规则需要有新突破。

2）在对国外典型电力市场的深入研究方面，浙江大学丁一等[3]通过回顾欧洲统一电力市场与美国区域电力市场的发展现状、演化路径和市场建设过程中面临的关键问题与相应解决方法，从政治背景、技术条件、市场驱动力、组织机构与电网架构等方面与我国电力市场的建设条件进行对比分析，探究市场演化背后的内在逻辑，结合我国的相应情况，提出欧洲、美国电力市场对建设中国特色、全国统一的电力市场的启示与建议。中国电科院郑亚先等[4]针对欧美等成熟运营电力市场的市场发展历程、市场主体激励方式、市场设计基本思想、市场出清结果安全性、市场出清机制与时序衔接等核心问题开展分析，考虑碳减排目标给各国市场运行的影响，分析了碳减排约束下欧美电力市场的融合发展，基于我国层级调度、省间省内差异性输配电价体系、省为电力平衡责任主体等不同于国外的市场运营基础条件，分析了全国统一电力市场建设的关键问题，该文认为：欧洲统一电力市场、美国电力市场的建设与运营模式分别对于我国省间电力市场、省级电力市场具有较强的借鉴意义；立足于我国层级调度、省间省内差异性输配电价体系、省为电力平衡责任主体等电力市场运营基础条件，充分吸收借鉴两种模式的设计理念，做好两级运作的市场间耦合设计是构建我国 “统一市场、两级运作”的电力市场体系的关键。

3）在电力市场建设路径方面，国网华东分部曾德君等[5]等通过梳理我国省级现货市场的建设情况及关键问题，分析制约我国低碳转型的关键因素，提出逐步增加市场化交易品种、逐步建立调峰及备用等省间辅助市场等现货市场试分析全国统一电力市场建设的关键问题，并提出了解决思路。北京电力交易中心纪鹏等[6]阐释了省间、省内市场耦合的关键影响因素，考虑我国管理体制和电力技术特性构建两级市场的“分层”“基本耦合”及“全面耦合”三阶段演进路径，从促进市场主体参与跨省区交易、电源电网统一规划和两级平台衔接协调等方面提出相关政策建议。我院马莉等[7]分近期和中远期2个阶段设计中国电力市场建设发展的演化路径和各阶段模式，并针对计划与市场衔接、省间与省内的衔接、中长期与现货衔接、促进新能源消纳的市场机制、辅助服务和容量市场、价格机制等关键问题进行研究，提出相关措施和策略建议。

4）在交易机制方面，清华大学夏清教授等[8]分析了我国当前以省为实体的电力市场体系在市场力、交易壁垒、新能源消纳难等方面存在的主要问题，从协同交易、交易选择权、价值分配、信息披露等角度，提出了推进跨区跨省电力市场建设的主要途径与方法；设计了考虑输电成本参与市场出清、配额制等因素的跨区跨省的交易品种；从市场交易组织、交易区域、合约交割、市场监督、信用体系等方面，提出了推进跨区跨省电力市场建设的政策建议。针对目前省间、省内市场间由于缺乏顺畅紧密的衔接机制而难以最大限度发挥市场资源优化配置作用，交易规模大小受到电网输电能力的影响使得电网安全运行成为电力市场有效运营的关键因素等情况，中国电科院曾丹和北京电力交易中心谢开等[9]在全国统一电力市场体系顶层设计框架下，充分考虑市场经济性和电网安全性，建立了省间省内市场协调运行的耦合出清模型，着眼于构建统一融合的全国市场，提出了分阶段市场可实现的优化出清模式。上海交通大学严正团队[10]根据省间-省内市场耦合程度的不同，将省间-省内市场的耦合和全国统一市场的演进过程划分为分层阶段、松耦合阶段和紧耦合阶段，构建了面向不同输电费收取方式的出清模型与定价机制，分层阶段采用顺序出清，松耦合阶段采用双层迭代出清，紧耦合阶段采用统一出清，定价机制均采用节点电价定价机制。

综上所述，从国外电力市场建设的实践经验来看，随着资源配置优化需求的增加和互联网架的扩展延伸，逐步扩大电力市场交易范围，充分发挥市场在更大范围内的电力资源优化配置能力，已经成为世界电力市场发展的共同方向。

参考文献

[1] 章建华.加快建设全国统一电力市场体系 助力能源低碳转型和高质量发展[J].旗帜,2022(05):17-19.

[2] 马莉.建设全国统一电力市场,开启电力行业新局面[J].财经界,2022(05):6-7.

[3] 丁一,谢开,庞博,等.中国特色、全国统一的电力市场关键问题研究（1）：国外市场启示、比对与建议[J].电网技术,2020,44(07):2401-2410.

[4] 郑亚先,杨争林,冯树海,等.碳达峰目标场景下全国统一电力市场关键问题分析[J].电网技术,2022,46(01):1-20.

[5] 曾德君,杨立兵,李晓刚.华东电网在中国统一电力市场体系中的角色及作用[J].中国电力,2021,54(02):120-126.

[6] 纪鹏,曾丹,孙田,等.全国统一电力市场体系深化建设研究——以省间、省内市场耦合演进路径设计为切入点[J].价格理论与实践,2022(05):105-109.

[7] 马莉,范孟华,曲昊源,等.中国电力市场建设路径及市场运行关键问题[J].中国电力,2020,53(12):1-9.

[8] 夏清,陈启鑫,谢开,等.中国特色、全国统一的电力市场关键问题研究(2)：我国跨区跨省电力交易市场的发展途径、交易品种与政策建议[J].电网技术,2020,44(08):2801-2808.

[9] 曾丹,谢开,庞博,等.中国特色、全国统一的电力市场关键问题研究(3)：省间省内电力市场协调运行的交易出清模型[J].电网技术,2020,44(08):2809-2819.

[10] 陈熠,王晗,严正,等.全国统一电力市场演进过程下省间-省内市场出清及定价模型[J/OL].电工技术学报:1-16[2023-10-19].https://doi.org/10.19595/j.cnki.1000-6753.tces.230066.