为电力市场量体裁衣这个实验室实现零的突破

科技日报记者张晔

7月以来，负电价在欧洲多国屡次上演。7月4日，德国与荷兰部分时段电力出现-500欧元/兆瓦时的价格。今年5月，我国山东地区同样出现过类似的负电价。通过竞价产生的负电价，并不是市场失灵了，而是有效的市场信号，意味着我国的电力体制机制改革又进了一步。

在构建全国统一电力市场的背后，是中国电科院电力自动化研究所立足国情取得零的突破。研究所成功研发电力市场技术支持系统，将中长期交易市场与现货市场有效衔接，既促进了新能源消纳，也助推了火电技术进步，还让电力大户的用能效益得到提升，有效促进了我国的能源绿色转型和资源优化配置。

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8月8日，记者在该研究所的电力市场运营技术实验室看到，科研人员正在优化模型改进及算法性能提优技术，进一步推动省间中长期交易的精益化开展，提升跨省区输电通道利用率和新能源消纳水平。

看不见的电如何上市销售

目前，正值我国迎峰度夏电力保供期。用户能选择更加清洁环保的新能源电力吗？这种选择能够反映市场供需关系吗？答案是肯定的。

整齐划一的坐席工位、电脑星罗棋布般排开、大屏交易信息不断跳动……这不是证券交易所，而是一个虚拟的电力市场，工作人员正在进行电力资源的中长期交易和现货交易模拟推演。

中国电科院电力自动化研究所党委书记杨争林告诉记者，电力作为一种特殊的“商品”，具有不能大规模存储、需要实时发用平衡的显著特点。

2015年，我国开启新一轮电力体制改革，完善电力市场建设就一直是改革的重中之重，其中价格机制又是市场机制的核心。

杨争林说，电力市场可以分为中长期交易中心和现货市场。其中，中长期交易中心主要以年、月、周为时间单位进行电力买卖，而现货市场主要开展当日和次日电力交易。

电力现货市场，顾名思义就是“一手交钱一手交货”的电力市场。为什么要建立电力现货市场？杨争林打了个比方：“比如去菜场买白菜，早上开市的时候1元一斤，而到了晚上快收摊的时候可能会降到5毛一斤。一天不同的时间，白菜的价格不一样，说明白菜在一天中产生了时序价格。受到供需等因素影响，电也有时序价格的差异。同时，菜市场和地摊这两个不同位置的白菜价格也不一致，说明白菜交割点不同产生了位置信号”。 “对电来说，不同地区发出的电，成本不同，价格也不同。”

以江苏省为例，苏北有很多电厂，电力富余还便宜；苏南有很多工厂，需求大价格高。但受过江通道限制，苏南的企业尽管想买苏北的低价电，但是面临了送不过来的困难。“在安全有保障的情况下，保证优先购买低价电来满足用电需求。这背后的技术支撑体系就是我们研究的重点。”杨争林说。

在实际运行中，现货市场比想象的更复杂。在电力现货市场中，电除了具有时序价格和位置信号，还要保证实时平衡。9点买的电不可能留到10点再用，这也间接促进了新能源消纳，降低了新能源的波动性和不确定性对电网的影响。

寻求电力资源配置最优解

“与过去电价多少年不变不同，现在可能15分钟电价就变化一次。” 杨争林表示，电力市场化改革后非常考验经营主体的能源管理能力。

在这样的背景下，负荷聚合商这一新型业态正悄然出现。以江苏为例，2023年7月25日18：00-20:00高峰负荷时段组织“下调削峰”交易，共计10家负荷聚合商中标，削减负荷总量29.47MW，价格为3000元/MW，有效减轻了电网用电高峰压力。

2017年，我国在8个省试点建设电力现货市场。其中，价格机制是市场机制的核心。负电价的出现对发电端和需求端都形成一定的激励。

在发电侧，价格高的电源将失去竞争力，这有助于纠正盲目的电源投资。同时，还将引导企业加大储能设施建设力度，激励火电企业进行技改，更好地匹配电网需求和新能源的不稳定性。在用户侧，价格机制会激励耗电大户改变用电模式，错峰生产，并主动优化工艺降低能耗，还将增加电力消费侧的弹性，通过增强电力需求灵活度，来解决电力系统中短期供需波动的问题。

以山西省为例，开展现货市场试点建设后，过去少有人问津的谷电现在更受欢迎，用电负荷峰谷差降低了4%，相当于少建一座120万千瓦的发电厂。

同时，发电侧的变化也在悄然进行。过去，当电网负荷降低时，电厂机组必须下调发电功率，一般下调到50%就已是极限。引入现货市场后，许多电厂已经把下调功率的极限降到38%，并有企业表示，经过技术改造还有进一步下调空间。

“在市场中，负荷调整就像见缝插针。调节能力强的机组参与上网的机会多，调节能力差的有机会也上不去，这就倒逼发电企业通过技术进步提升发电效率。” 电力自动化研究所电力市场研究室主任冯树海说。

AI决策让交易计算更高效

电力现货市场因交易和交付的间隔时间较短，价格会随时间波动。

在我国试点建设的电力现货市场中，电力日前市场以15分钟为一个交易时段，每天96个时段；日内市场每个交易时段为15—60分钟；实时市场以交割时点前一小时的电能交易为准。为了精确计算电价、撮合交易，电力市场必须考虑上百万个变量，将消耗极大的算力。

面对未知且复杂的电力市场运行边界，如何设计出符合我国国情的电力市场体系？杨争林表示，实验室团队正在探索使用人工智能技术干预，根据过去的特点分析市场规律，预测未来的市场走势，“我们利用人工智能找出限制因素，将原本上百万的约束变量缩小为原有的一成不到。”

“团队已成功研发了省级电力现货市场云架构支撑平台，提出了多维度数据统一建模技术、异构数据库混合存储与联动展示技术、客户端和服务端图形组态技术和微服务持续交付技术等。”杨争林提到，基于这个平台，研发人员可以像拼乐高模型一样，实现一部分功能需求的敏捷开发，大大提升了研发效率，快速响应市场规则的变化。

促进更大范围能源互济

从整体上看，我国能源资源与用电负荷呈逆向分布，东部地区用电量大但资源有限，西部地区资源丰富但供大于求。同时，我国水电、气电等灵活调节资源占比较低，新能源规模很大但是分布集中。通过开展大规模的电力市场交易，必然成为实现全国范围内电力资源优化配置的重要途径。

立足全国统一电力市场建设要求，研究所在国内外尚无此类实践案例的情况下，历时2年，自主研发了计及ATC的省间中长期集中优化出清技术，取得了从“0”到“1”的创新突破。

所谓ATC，就是“可用传输容量”，是指电网在已有交易或合同基础上可进一步用于交易的剩余输电容量。该技术的研发成功，为全国统一电力市场深化改革提供了决策支撑。