两级电力市场下电网企业省间现货购电决策

摘  要

【目的】随着我国全国统一电力市场建设的不断加快，我国已在省间电力现货市场建设上取得一定成效。为应对多时空市场下多主体的竞争、支撑电网企业省间现货购电，首先通过分析省级电网参与省间现货市场的购电机制以及路径组合情况，提出了电网企业省间现货购电决策框架。【方法】在该框架下，对购电相关数据进行了预处理，并通过构建上层为电网企业购电决策、下层为省间现货市场交易的双层优化模型，对多电网企业参与的两级电力市场购电决策进行协同；然后通过强对偶原理和KKT（Karush-Kuhn-Tucker）条件将所构建的双层优化模型转化为单层优化问题，并对其进行线性化处理求解电网企业购电策略。【结果】最后算例分析表明，相比于传统购电方案，所提方案有助于降低综合购电成本，能够应对送端省份减少外送及购电通道容量缩减10%以内的极端情况并维持综合购电成本稳定。【结论】所提方法具有参与两级电力市场的经济性，通过提高报价能够应对一定范围内的变动情况，具有一定适用性。

研究背景

面对我国资源和负荷逆向分布、新能源装机占比增大、全国统一电力市场建设的背景，开展省间现货交易能够推动省域间的电力余缺互济、以市场化手段缓解各省电力供需不平衡、促进各省低碳转型与经济效益提高。因此，国家电网经营区范围内，在跨区域省间富余可再生能源电力现货交易基础上，开启省间电力现货交易，扩大了省间现货市场的交易品种、范围及时段，促进省间现货市场得到更有效利用。而电网企业作为参与省间现货交易的购电主体，目前对于受端省份电网企业的省间现货交易还没有科学的决策方法，导致省间高价购电推高购电损益的问题，影响电网经营经济性，亟需构建相应决策框架，支撑电网企业进行省间现货购电。

当前我国已逐渐形成了涵盖省间、省内以及中长期、现货等不同空间、时间尺度的两级电力市场，也有文献进一步探索考虑纳入相邻省份备用容量的市场出清机制。而在省间市场主体交易策略的研究中，已有研究仍集中于单一市场的交易决策。且研究大多未考虑完全电网企业购电时序，在现货环境下，电网企业需考虑代理用户分时购电需求、中长期合约分时曲线与现货市场衔接，进而协同省间、省内两级市场购电决策。

在省间现货交易策略研究中，以发电商和售电公司等市场主体的交易策略为主。但目前省间现货购电主体仍以省级电网企业作为唯一购电方，代理省内用户参与省间-省内两级电力市场购电，尚缺乏以电网企业为主体的交易策略研究。

此外，当前省间现货购电的研究主要站在单个主体的角度，考虑某一“省间交易聚合商”从多送端省份购电的交易决策。而在实际的省间现货交易中为多受端与多送端省份申报量价的高低匹配关系，且已有的购电决策较少考虑省间通道的竞争关系，与现实情况不符，在购售电省份之间存在通道约束及不同路径损耗差异的竞争情况下，需将多受端省份电网企业之间的竞争纳入研究。

研究思路

本文以电网企业为主体，考虑省间、省内两级现货市场的协同以及省间通道约束竞争关系，通过分析电网企业购电决策时序及省间现货市场购电路径，构建电网企业省间现货购电决策框架，支撑电网企业省间现货购电。

图1 电网企业参与省间现货市场购电决策框架

图2 电网企业省间现货购电双层优化模型

结论

两级电力市场下电网企业省间现货购电面临一定的挑战，本文通过厘清当前省级电网在省间现货市场购电相关机制及购电路径，构建了电网企业参与省间现货市场购电的决策框架，通过算例分析对所提方法进行验证，得到如下结论：

1）本文所提方法能够辅助电网企业科学地进行购电决策，有助于电网企业对其购入电力及价格的来源和影响进行分析。

2）相比于传统的购电方法，本文所提方法能够帮助电网企业降低综合购电成本，通过省间-省内市场的双层优化购电方法能够有效降低购电成本。

3）敏感性分析结果表明，本文所提方法能够通过协调省间、省内现货购电，使综合购电成本保持稳定，且能够应对某送端省份减少外送或购电通道容量缩减10%的极端情况。

此外，本文仅立足于省间现货市场初期阶段，从省级电网企业角度制定购电策略，未来将继续探究在市场逐步完善的情况下，多市场主体参与时模型的适用性、求解复杂度的变化及相应解决措施。