适应清洁能源消纳的电力市场运营态势指标体系(上).docx

适应清洁能源消纳的电力市场运营态势指标体系（上）

　　摘要：为了推进清洁能源的跨区交易，需要简洁清晰地展示相关信息，以便交易各方随时掌握市场动态，正确做出交易决策。结合电力市场充裕度的概念及模型，遵循指标体系的构建原则，构建了适应清洁能源消纳的电力市场运营态势指标体系。该体系包含三级评价指标，可展示市场总体态势、市场充裕度、发输用三方制约状况，市场发展趋势和市场风险等，从而能够清楚全面地展示电力市场的运营态势，可为市场交易各方提供较为完备的市场信息。
　　关键词：市场充裕度，运营态势，指标体系
　　0　引言
　　随着清洁能源的大力发展，尤其是风电的迅速增长，中国很多风力发电大的区域都不在负荷中心[1－2]因此，清洁能源的跨区域交易势在必行。清洁能源基地如何选择负荷中心，负荷中心如何选择清洁能源基地，选择哪条输送链，这些都是急需解决的问题。因此，构建适应清洁能源消纳的电力市场运营态势指标体系具有十分重要的意义。
　　适应清洁能源消纳的电力市场运营态势指标体系，是用一系列相关指标，从各个角度，定量或定性的评价市场中清洁能源的接纳水平，并对其发展趋势进行分析、评价。目前，大部分文献都是针对电力市场的评价指标体系[3]，而适应清洁能源消纳水平的指标体系的研究未见报道。
　　参考房地产领域[4]和电力系统分析相近方向[5－6]指标体系的构建原则和方法，本文提出了适应清洁能源消纳的电力市场运营态势指标体系及其评价方法。
　　1　指标体系的基本指标
　　展示一个市场的运营状况和发展趋势，要从不同的维度进行。总体来看，主要从时间和区域2个维度进行考察。
　　1.1　时间维度
　　按时间维度制定的指标，是用不同时间数据的对比反映系统的运营趋势。该部分主要从当前与历史某时间和当前与未来某时间的数据对比两方面进行。具体包括同比增长率和环比增长率。
　　（1）同比增长率是当年指标值与去年同时期该指标值相减的差值，与去年同期指标值相比的百分数。即：同比增长率=（当年的指标值－去年同期的值）÷去年同期的值×100%。
　　（2）环比增长率是当前时段指标值与上一时段该指标值相减的差值，与上一时段指标值相比的百分数。即：环比增长率=（当前时段指标值－上一时段指标值）÷上一时段指标值×100%。
　　1.2　区域维度
　　清洁能源的消纳水平可分解为3个核心子问题，即清洁能源基地有多少能量需要送出、负荷中心可以接纳多少能量，如上两区域间现有输电网络能够送出多少能量，分别对应发电、用电、输电三方面。
　　按区域维度制定的指标，是清洁能源基地的供应能力、负荷中心的接纳能力以及两区域间现存网络的运输能力的对比展示，体现了三者在空间上的关联，可反映清洁能源供需状况及态势走向。区域维度的指标主要对市场充裕度进行评价。
　　2　市场充裕度
　　市场充裕度是指可再生能源消纳能力相对供给量的富余程度。它是衡量能源基地供应能力、负荷中心接纳水平和输电网络输送能力互相满足程度的一个指标。相应地从输出端、接纳端、输送端以及市场4个方面进行充裕度评价。
　　2.1　基础模型
　　要明确在长期时间范围内，某能源基地向外提供电量的能力，某负荷中心接纳电量的能力，两区域间现有输电网络输送电量的能力。本文提出的指标体系针对清洁能源的消纳，因此，本文的模型均建立在已完成非清洁能源交易的前提下，即只考虑清洁能源。
　　2.1.1　输出端的供应能力
　　输出端的供应能力是能源基地向外提供电量的能力，即本区域发电减去区域内部的负荷需求。
　　能源基地供应能力的模型为　　

　　式中：Wo，k，T为T时间段内，清洁能源基地k能够向外提供的电量；Wk，T为T时间段内，清洁能源基地k发出的总电量；WIk，T为T时间段内，清洁能源基地k本地需求的总电量。
　　由式（1）的模型，可以得到每个能源基地的供应能力。
　　2.1.2　输送端的输送能力
　　两区域间的输送能力是在现有输电合同基础上，实际物理网络中剩余的，可用于商业使用的输电能力。实际物理网络包括两区域间所有输电回路。
　　2.1.3　接纳端的可接纳水平
　　接纳端的可接纳水平是该负荷中心接纳电量的能力，即区域负荷需求减去区域内部发电能力。
　　负荷中心可接纳水平的模型为　　

　　式中：WR，l，T为T时间段内，负荷中心l能够接纳的电量；WI，l，T为T时间段内，负荷中心l本地需求的总电量；Wt，T为T时间段内，负荷中心l发出的总电量，若负荷中心无发电能力，则该项为零。
　　由式（2）的模型，可以得到每个负荷中心的可接纳水平。
　　2.2　充裕度模型
　　明确了式（1）、（2）中的量之后，从输出端、输送端、接纳端的角度分别定义其充裕度，最后从整个市场的层面定义市场充裕度。
　　2.2.1　输出端的充裕度
　　输出端的充裕度主要是从供应能力的角度，衡量能源基地能够提供的电能满足负荷需求的能力。用模型表示为　　

　　式中：Skl，T为T时段内能源基地k相对于负荷中心l的发电端充裕度。
　　用式（3）的模型可以了解能源基地供电能力相对于负荷中心接纳能力的富余程度。
　　2.2.2　输送端的充裕度
　　输送端充裕度用来衡量输送链能够输送的电量满足输出端和接纳端需求的能力。制约输送端充裕度的是输出端供应能力和接纳端可接纳水平中的较大值。若输送端的输送能力既能满足输出端的要求，又能满足接纳端的要求，则输送端是充裕的。
　　其数学模型为　　

　　式中：tkl，T为T时段内能源基地k与负荷中心l间的输电网络的输电端充裕度；Wt，kl，T为T时间段内区域k、l之间的可传输电量。
　　用式（4）的模型可以了解能源基地与负荷中心间输电网络的输送能力相对于输出端供应能力和接纳端接纳水平的富余程度。
　　2.2.3　接纳端的充裕度
　　接纳端充裕度是从可接纳水平的角度，衡量能源基地能够提供的电能满足负荷需求的能力。用模型表示为　　

　　式中：r'kl，T为T时段内能源基地k相对于负荷中心l的用电端充裕度。
　　用式（5）模型可以了解负荷中心可接纳电量相对于能源基地供应能力的富余程度。
　　2.2.4　市场充裕度指标
　　定义T时间段内能源基地k对负荷中心l的市场充裕度为　　

　　Wo，k，T与Wt,kl,T之间的较小值，即为T时间段内能源基地k真正能够提供并输送到负荷中心l的电量。也就是瓶颈环节为供应能力和输送能力的最小值[7]。由式（6）可知，即使能源基地k可提供给负荷中心l的电量能够满足负荷需求，若两区域间可用输电能力不足，区域k对于区域l也是不充裕的。但是只从市场充裕度指标看，无法明确是输电能力不足还是发电能力不足，需要综合参考输出端充裕度、接纳端充裕度以及输电端充裕度来分清责任[8]。
　　3　电力市场运营态势指标体系
　　结合电力市场指标体系的基本指标和市场充裕度的相关概念，构建适应清洁能源消纳的电力市场运营态势指标体系。
　　考虑到清洁能源的波动性、随机性和间歇性，其交易存在一定风险，因此针对清洁能源交易的指标体系应涵盖对各个环节所存在风险的评价指标；由于清洁能源不似常规能源计划性强，其研究时间尺度一般较长，这也有别于常规能源交易市场的指标体系。
　　3.1　构建原则
　　电力市场运营态势指标的选择要始终坚持以分析运营态势为根本目的，兼顾电力市场的未来发展方向[9]，具体应遵循以下主要原则。
　　（1）相关性和协调性原则。各项指标的选取必须与电力市场运营总体状态和趋势等宏观目标保持一定的相关性，同时指标之间必须有机结合，形成体系，不能重复和矛盾。
　　（2）全面性原则。选取的指标能够系统、全面、联系地评价市场运营态势。
　　（3）实用简洁原则。指标的选择不能过于复杂，应容易被理解和执行。
　　（4）定性与定量相结合原则。对定量因素和定性因素进行综合考察，并使定量分析和定性分析相互校正，以形成对电力市场运营态势的综合评价。
　　（5）可获取性和可行性原则。指标信息的选取应具有可获得性和可操作性，并尽可能排除偶然或异常事项的影响。
　　3.2　构建思路及基本结构
　　适应清洁能源消纳的电力市场运营态势指标体系，需要全面清晰地将市场情况展示给市场参与者，帮助他们了解市场并做出正确决策。从时间维度来看，体系中应包含展示市场现状及发展趋势的指标；从区域维度来看，体系中应包含展示发输用三方协调情况的指标；另外，由于清洁能源发电能力的不确定性[10]，负荷的不确定性以及可用输电能力的概率性等因素，电力市场的运行存在一定的风险，因此体系中还应包含风险水平指标。
　　在遵循电力市场运营态势指标体系设计基本原则和构建思路的前提下，为了清晰、直观地显示指标，突出展示重点内容，本文认为需要建立3级评价指标体系，如图1所示。体系包括目标层、二级指标层和三级指标层。目标层为市场总体态势，二级指标层为评价角度，三级指标为各二级指标的下层指标，对二级指标进行展开。　　

　　3.3　指标体系的构建

-全文完-