中國電力科學(xué)研究院電力自動化所副所長
中國電機工程學(xué)會電力市場專委會秘書長 楊爭林
電力市場運營系統(tǒng)，實際是電力市場規(guī)則的具體化，把規(guī)則條文變?yōu)榭梢赃\作的一套平臺，支撐市場的主體按照規(guī)則進行競爭，形成市場價格，配置電力資源。電力市場設(shè)計能否真正落地實際取決于電力市場運營系統(tǒng)中執(zhí)行程序是否與規(guī)則保持一致。
為了對市場規(guī)則進行研究和定量分析，在國網(wǎng)公司的支持下，中國電科院電力自動化研究所建設(shè)了電力市場運營技術(shù)實驗室，模擬一個省中長期交易和現(xiàn)貨交易，包括電能市場和輔助服務(wù)市場，通過模擬所有市場主體投標(biāo)行為分析市場走向。電力現(xiàn)貨市場運營系統(tǒng)主要服務(wù)對象為調(diào)度機構(gòu)，在計劃模式下對一個安全約束經(jīng)濟調(diào)度，市場模式下的通常稱為電力現(xiàn)貨市場運營系統(tǒng)。電力市場運營技術(shù)實驗室的實驗環(huán)境主要包括三個方面，分別為模擬調(diào)度和交易中心的市場組織行為，市場主體參與行為，以及模擬電網(wǎng)在市場交易結(jié)果下的運行狀態(tài)。目前依托該模擬環(huán)境，受北京交易中心的委托，做了中長期交易、結(jié)算場景推演，也為廣東電力現(xiàn)貨市場做了節(jié)點電價場景分析。
電力市場運營系統(tǒng)（現(xiàn)貨系統(tǒng)）在我國并不新鮮，2000年時我國已經(jīng)有現(xiàn)貨系統(tǒng)，并在浙江運行超過3年，當(dāng)時已經(jīng)構(gòu)造了日前市場和實時市場，在實時市場每10分鐘滾動進行電能市場出清，形成實時電價。2005、2006年華東區(qū)域市場也是典型的現(xiàn)貨市場，支撐平臺是典型的電力現(xiàn)貨市場技術(shù)支持系統(tǒng)，內(nèi)核也是采用節(jié)點電價定價機制和安全約束調(diào)度。
一、電力市場運營技術(shù)支持需求
電力市場運營模式涵蓋三個維度，即商品類型、交易周期和交易方式。按照交易周期，通常分為現(xiàn)貨市場（日前、日內(nèi)、實時）和中長期市場，其實這個分法并不科學(xué)。從交易品種上看，有輸電權(quán)、發(fā)電權(quán)，電能，輔助服務(wù)市場，將來還會建設(shè)容量市場。交易方式上，現(xiàn)在較多較重要的是雙邊交易，現(xiàn)貨實施后，集中交易是唯一的交易方式。電力市場技術(shù)支持系統(tǒng)要完整地支持這三個維度。對電力市場運營系統(tǒng)最有影響的是分散式、集中式模式，兩種模式對應(yīng)兩套市場體系和IT系統(tǒng)。實際上，成熟的市場很難出現(xiàn)純粹的分散式、集中式。中長期交易在日前和實時執(zhí)行中可能由買賣雙方?jīng)Q定結(jié)果及執(zhí)行方式。因而，金融和物理的概念在將來每一個市場都會出現(xiàn)，最終都會由市場主體自行選擇。
電力供應(yīng)需要實時平衡，供需瞬間完成，實現(xiàn)電力交付。市場模式都圍繞交付這一刻展開服務(wù)。等交付點完成后，電力市場運營系統(tǒng)對實際交付情況進行采集，根據(jù)采集和交易情況進行電能的清分、輔助服務(wù)的清分、結(jié)算賬單的支付。
電力市場技術(shù)支持需求為三大類，主要是提供于電力交易機構(gòu)的中長期合約交易系統(tǒng)、服務(wù)于調(diào)度運行的電力現(xiàn)貨市場運營系統(tǒng)，以及服務(wù)于這兩個市場的電力市場結(jié)算系統(tǒng)。結(jié)算系統(tǒng)通常作為相對獨立的一套系統(tǒng)進行考慮。
二、電力市場運營系統(tǒng)架構(gòu)
電力市場運營系統(tǒng)功能架構(gòu)為三部分。第一是通常意義上的合約系統(tǒng)，也就是中長期交易系統(tǒng)。包括市場的注冊、數(shù)據(jù)申報信息發(fā)布、信用管理等，通常由交易中心負(fù)責(zé)運作。第二是結(jié)算系統(tǒng)，包括雙邊、集中，既包括交易中心組織的交易也包括調(diào)度中心將來要組織的交易，都在這個模塊進行結(jié)算。第三是現(xiàn)貨市場的相應(yīng)功能，包括負(fù)荷預(yù)測、設(shè)備檢修優(yōu)化、多日機組組合、滾動預(yù)出清、日前預(yù)出清，實時市場出清、市場力識別、輔助服務(wù)等。
電力市場運營系統(tǒng)分布在多個安全區(qū)。市場主體（發(fā)電、售電、電力用戶，監(jiān)管機構(gòu)、政府相關(guān)部門）通過互聯(lián)網(wǎng)接入數(shù)據(jù)申報和信息發(fā)布系統(tǒng)。所有的市場成員信息都從此系統(tǒng)而來，并進入后續(xù)環(huán)節(jié)。發(fā)布信息，來自于現(xiàn)貨系統(tǒng)、合約系統(tǒng)以及結(jié)算系統(tǒng)，信息發(fā)布的來源由這三個系統(tǒng)提供。合約系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳遞給現(xiàn)貨系統(tǒng)，現(xiàn)貨系統(tǒng)和已有調(diào)度系統(tǒng)會進行大量的數(shù)據(jù)交互，包括網(wǎng)絡(luò)模型數(shù)據(jù)以及電網(wǎng)運行數(shù)據(jù)，與數(shù)據(jù)申報發(fā)布系統(tǒng)也進行整個報價的傳遞。
電力市場運營系統(tǒng)技術(shù)架構(gòu)不同于現(xiàn)有的調(diào)度控制系統(tǒng)和合約交易系統(tǒng)，是一個基于云平臺專用的電力市場運營系統(tǒng)。它和原有調(diào)度自動化系統(tǒng)的差異在于：調(diào)度運營系統(tǒng)關(guān)注的是電網(wǎng)運行斷面，關(guān)注最新的電網(wǎng)運行情況，保證這個時間點的供需平衡和電網(wǎng)安全；而電力市場運營系統(tǒng)關(guān)注的是時間段，現(xiàn)貨市場出清的是一天所有時間市場的運行情況，中長期合約關(guān)注的是一個月甚至是一年的市場運行情況。這個差異會造成整個系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計的差異。此外，電力市場運營系統(tǒng)也不是純粹的信息管理系統(tǒng)，它包含專業(yè)的分析和計算，如市場出清、電網(wǎng)安全分析等。因而，電力市場運營系統(tǒng)在架構(gòu)設(shè)計時借鑒了調(diào)度自動化的系統(tǒng)，以及沒有電網(wǎng)模型支撐的中長期交易系統(tǒng)，國外的電力市場運營系統(tǒng)，以及像12306互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用系統(tǒng)的設(shè)計特點。這個系統(tǒng)平臺既不是現(xiàn)在調(diào)度系統(tǒng)平臺，也不是交易系統(tǒng)平臺，是一個專用的技術(shù)平臺。
電力市場運營系統(tǒng)部署架構(gòu)中，市場接入即數(shù)據(jù)申報和發(fā)布部署在外網(wǎng)，所有的市場主體都通過外網(wǎng)接入系統(tǒng)。中長期合約和結(jié)算系統(tǒng)由交易中心應(yīng)用，部署在信息內(nèi)網(wǎng)，信息內(nèi)網(wǎng)和外網(wǎng)之間的存在一個邏輯隔離裝置?，F(xiàn)貨系統(tǒng)主要部署在調(diào)度生產(chǎn)區(qū)和調(diào)度控制區(qū)域。這兩個區(qū)域之間也存在一個邏輯的強隔離裝置。通過隔離裝置，把電力市場運營系統(tǒng)部署劃分信息外網(wǎng)（數(shù)據(jù)申報與信息發(fā)布）、信息內(nèi)網(wǎng)（中長期合約系統(tǒng)和結(jié)算系統(tǒng)）、調(diào)度生產(chǎn)區(qū)（現(xiàn)貨系統(tǒng)）、調(diào)度控制區(qū)（現(xiàn)貨系統(tǒng)）這四個大區(qū)。
三、電力市場運營系統(tǒng)的主要難點
電力市場運營系統(tǒng)設(shè)計和開發(fā)主要的困難有六個方面。
1.數(shù)據(jù)申報與發(fā)布。首先，用戶和終端增多，挑戰(zhàn)跨安全區(qū)的即時申報與發(fā)布。所有市場主體的報價從外網(wǎng)進入系統(tǒng)，通過內(nèi)外網(wǎng)隔離到達信息大區(qū)進入交易系統(tǒng)。通過交易系統(tǒng)傳遞到調(diào)度（現(xiàn)貨系統(tǒng)）。通過日前傳遞到實時進入生產(chǎn)控制區(qū)，這是信息流過程。相對以前，數(shù)據(jù)申報有一下幾方面變化。一個是用戶數(shù)變化，原來市場局限于發(fā)電企業(yè)，一般省里以百為數(shù)量級，個別地方可能會到以千為數(shù)量級。隨著接入外網(wǎng)用戶增加，可能會上萬，有些地方已經(jīng)突破2萬。隨著市場的放開，10萬以上的用戶訪問是一個正?，F(xiàn)象，而且用戶除了用電腦終端，也使用手機或者ipad等終端訪問系統(tǒng)。如何保障用戶快速讀取數(shù)據(jù)并不是一個簡單的問題。首先，所有的申報數(shù)據(jù)到現(xiàn)貨市場進行出清，穿過信息內(nèi)外網(wǎng)的隔離裝置進入現(xiàn)貨系統(tǒng)，再從現(xiàn)貨系統(tǒng)把出清結(jié)果或確認(rèn)結(jié)果反饋回來，過程時間很長。需要通過一個合理的方式，讓用戶瞬間確認(rèn)報價成功，這需要很多的技術(shù)支撐。這和淘寶網(wǎng)可能有一些差異，因為淘寶網(wǎng)是一個TCP/IP網(wǎng)絡(luò)溝通，沒有隔離裝置進行相應(yīng)的控制。
其次，數(shù)據(jù)接入、傳輸、存儲和查閱的安全性。申報數(shù)據(jù)要保證在傳遞的過程中不被別人看到，那么，數(shù)據(jù)在穿越隔離裝置的時候，既要保證迅速，還要保證這些信息始終是加密傳輸，連交易組織機構(gòu)也不能事先查看。根據(jù)實際了解的用戶報價情況，大量的電廠和售電公司往往會在最后5到10分鐘才提交真實報價。而在短時間內(nèi)，如何保證系統(tǒng)能夠可靠地接入申報數(shù)據(jù)，需要采取一系列的保障措施。
2.安全約束出清。日前和實時的市場出清需要考慮諸多方面，一是網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?，即出清時未來一整天的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。二是輸送能力，即知道每個輸送通道的最大輸送能力，保障出清結(jié)果不能超出電網(wǎng)的輸送能力。三是預(yù)想故障，在預(yù)想的電網(wǎng)故障情況下不能造成出清結(jié)果無法執(zhí)行。市場出清還需要考慮機組的運行參數(shù)，比如啟停參數(shù)、備用需求、調(diào)頻需求等。這些數(shù)據(jù)都要進入市場出清，所以市場出清的理論復(fù)雜度是很高的。這個環(huán)節(jié)到底復(fù)雜在什么地方？第一是如何識別數(shù)據(jù)問題，接入的所有數(shù)據(jù)都準(zhǔn)確才能進行后續(xù)計算。這項要求的復(fù)雜度已很高。第二是保障計算正確，該中標(biāo)的市場成員計算出來一定是中標(biāo)，而不至于算完以后可能是另外一個中標(biāo)了，特別是兩次計算優(yōu)化目標(biāo)沒有太大差異，但可能是A機開切換成了B機開，這是市場不能接受的。特別要考慮，電能市場還要和備用、調(diào)頻市場進行耦合。第三是保障計算穩(wěn)定性，每次都能計算出來。如果今天報價截止了，半個小時以后沒結(jié)果，市場就無法運行，還會失去市場成員的信任。所以，要保障計算穩(wěn)定并每次能夠收斂。第四是控制計算時間，能夠在10分鐘之內(nèi)、20分鐘之內(nèi)或者30分鐘之內(nèi)，絕對可靠地完成市場出清。
3.市場定價。中標(biāo)的量和價決定了成員最終收益。例如，按邊際電價出清，系統(tǒng)劃定價格就是中標(biāo)價。但是如果價格處在兩個申報段的邊界，應(yīng)該如何選擇電價？按照節(jié)點定價方式，出現(xiàn)阻塞后，節(jié)點電價發(fā)生多種變化，市場的主體該如何理解、接受價格背后的經(jīng)濟規(guī)律，并保證節(jié)點價格找到最合適的發(fā)電方案？定價是不是一定按計算作為最終的定價結(jié)果？理論的東西未必一定作為最終定價結(jié)果。
4.市場結(jié)算。如果現(xiàn)貨市場投入運行以后，特別是調(diào)頻、備用這些輔助服務(wù)市場進入以后，電能結(jié)算間隔5分鐘，每月結(jié)算記錄數(shù)超過千萬，調(diào)頻結(jié)算以秒為間隔進行執(zhí)行統(tǒng)計，每月結(jié)算記錄數(shù)超過5億條，此外還有備用結(jié)算、考核結(jié)算、補償結(jié)算、追補結(jié)算等，市場的結(jié)算強度是目前的成千上萬倍甚至幾十萬倍。為此，系統(tǒng)一要支撐多交易類型，支持中長期和現(xiàn)貨市場，支持電能、輔助服務(wù)及其他商品的復(fù)雜結(jié)算。二要能配置結(jié)算規(guī)則，支持結(jié)算邏輯的用戶定義，適應(yīng)規(guī)則調(diào)整。三要自動結(jié)算，支持結(jié)算任務(wù)的自動調(diào)度，自動計算、重算。四要性能高，能夠在30分鐘或者更短時間之內(nèi)完成周結(jié)算及月結(jié)算計算。
5.人機交互定制。市場規(guī)則可能每個月都在發(fā)生變化，這當(dāng)中就需要能夠有快速地人機定義和響應(yīng)的工具。開發(fā)工作要做到用戶自定義人機界面，所見即所得，圖形定義發(fā)布迅速；圖形組件間消息聯(lián)動，交互能力強；圖形支持日期、市場成員、機組等選擇，支持多時段多周期數(shù)據(jù)的同圖顯示；支持豐富的可視化展示形式等。
6.數(shù)據(jù)交換。系統(tǒng)內(nèi)部各個子系統(tǒng)之間進行大量數(shù)據(jù)的交互。系統(tǒng)和調(diào)度中心、交易中心內(nèi)部系統(tǒng)也有大量的交互。同時，這個系統(tǒng)和營銷、財務(wù)還有大量的數(shù)據(jù)交換，而且還和上一級調(diào)度中心及交易中心進行數(shù)據(jù)交互。而任何數(shù)據(jù)異常都會導(dǎo)致市場出清的不可信或者不可用。
四、市場設(shè)計相關(guān)建議
第一，市場設(shè)計不能只考慮當(dāng)前情況。不能以供大于求的現(xiàn)狀，要求整個市場設(shè)計規(guī)則的條款都是本著這個供求關(guān)系而進行設(shè)計。要考慮供不應(yīng)求的情況能否承受價格上升，而且機制里面能夠應(yīng)對價格上升。從計劃轉(zhuǎn)換到市場以后，供求關(guān)系本來就交給市場來調(diào)節(jié)，如果只設(shè)計一個供大于求的市場的話，那市場注定是沒有辦法長久運行。遺憾的是，我們在參與各種討論的時候，真正的政策制定者往往把供大于求作為設(shè)計重要基礎(chǔ)來考慮。
第二，政府調(diào)控和市場分開。市場自由競爭和政府宏觀調(diào)控是市場兩個重要環(huán)節(jié)，必然結(jié)合在一起。但是在市場設(shè)計時應(yīng)該明確區(qū)分，比如配額制本身是一個市場行為，比如燃?xì)庋a貼、清潔能源補貼，不應(yīng)該設(shè)計到市場出清機制里面，應(yīng)該是市場出清這個自由競爭之外，作為政府的一個調(diào)控手段。出清軟件里水電、風(fēng)電、光伏、核電、燃?xì)怆姀S等同臺競爭。如果說它們沒有同臺競爭能力，那將來還需要這些電源嗎？從這個角度來說，應(yīng)該把市場和政府調(diào)控分開，而不是在規(guī)則設(shè)計的時候混淆在一起。
第三，保證市場有競爭性。設(shè)計市場的競爭不要超出預(yù)想的軌道，應(yīng)有安全防范。這個防范是一個邊界，而不是一個點?？梢栽O(shè)置最高限價和最低限價，可以隨著市場的不同階段進行調(diào)整。但是不要預(yù)期價格一定升或者降，更不要預(yù)期落在哪個點上。
第四，中長期和現(xiàn)貨無法剝離開并且相互支撐。筆者認(rèn)為，電力市場的目的本身是希望改變現(xiàn)在計劃的管理運作機制。市場運行的結(jié)果和計劃管理的結(jié)果很可能就是不一樣的，如果計劃的結(jié)果就是將來市場希望追求的結(jié)果，那就不要建設(shè)電力市場了。計劃成本是最低的，各方的投入也是很低的，市場更重要的作用是優(yōu)化存量的同時，能夠讓市場主體自由的進出這個市場，更多配置未來資源，鼓勵改進技術(shù)，降低成本。
原文首發(fā)于《電力決策與輿情參考》2019年2月15日第6期
