电力市场仿真优化技术进展

我国电力市场建设进展与仿真优化技术演化

我国电力市场建设进展

我国电力市场化改革稳步推进，市场在电力资源配置中的作用明显增强。2024年1-10月，全国电力市场交易电量达5.08万亿千瓦时，同比增长9.5%，占全社会用电量比重为62.2%，同比增长1.1%，新能源市场交易电量占新能源发电量的近50%。多层次多品类多功能电力市场体系初步形成，包括全国市场与省/区域市场协同运行的多层次市场、省间、区域、省内中长期交易常态开市，南方区域电力市场开展整月结算试运行，省间现货市场和山西、广东、山东、甘肃现货市场已转入正式运行，25个省级现货市场开展试运行。全国统一电力市场规则体系基本建立，形成以电力市场运行基本规则为基础，以中长期、现货、辅助服务3项规则为主干，以注册服务、计量结算、信息披露等规则为支撑的全环节、全品种“1+N”基础规则体系。

《中华人民共和国能源法》的出台为我国建设全国统一电力市场体系提供了坚实法律制度保障，主要作出了三方面制度设计：建设全国统一的能源交易市场；加强自然垄断环节监管和竞争性环节市场化改革；完善能源市场化价格形成机制。

电力市场仿真优化技术演化

电力市场仿真优化技术经历了从原始方法到混合整数规划、动态优先级排序、增强拉格朗日松弛等方法的演化。随着NVIDIA等公司算力的提升和优化求解器的发布，技术不断进步。安全约束机组组合模型采用“弱对偶原理”，混合整数规划算法在21世纪初期突飞猛进，2015年美国电力市场年度节省费用超过10亿美元。能量与辅助服务产品联合出清及定价中，节点边际电价和辅助服务产品分区域、按照产品类别定价，精确描述“机会成本”，提高资源配置效率。

电力市场仿真优化技术研究热点

电力市场仿真优化技术研究热点包括：电力市场金融、输电权联合优化、自适应输电线路载流限额、新型主体参与市场机制扩展的节点电价机制、分布式电源、储能、需求响应、AI、大模型、机器学习、虚拟电厂、微电网、GPU、并行计算、分布式优化、新型产品涌现（转动惯量、爬坡、响应）、不确定性的机组组合优化等。

金融输电权联合优化

输电权市场旨在通过金融输电权规避电力现货市场的阻塞风险。金融输电权是一种金融衍生合约，合约的持有者将会收到或支付电网中两个节点电价之间的差额，乘以合同电量。金融输电权获取方式包括年度拍卖、月度拍卖和二级市场交易。现货市场金融输电权联合优化需要升级现货市场出清引擎，采用并行计算进行电能量与金融输电权联合优化。

自适应输电线路载流限额

输配电设备的功率流动受稳态载流限额限制，固定限额已难以满足日益增长的负荷需求。自适应输电线路稳态载流限额通过电热固定间值工况数据采集及计算自适应计算稳态载流限额阈值，可提升发电及消纳水平20%以上。自适应暂态载流限额考虑导线最高允许温度、稳态载量限额和暂态载量限额，确保电网安全和经济性。在电力市场出清中考虑自适应暂态载流限额，可增加输电通道的利用效率，降低电力市场优化调度成本，降低价格，最大程度满足负荷需求。

最优化问题对偶间隙估计

对偶间隙是从可行域和值域角度展示优化问题的性能指标。对偶间隙的估计方法包括MIT教授Dimitri P. Bertsekas给出的估计公式和新的研究思路。新的研究思路假设机组的启动成本与空载成本将主导其它较小的成本，提供更加紧的对偶间隙的上限估计。算例结果表明，新的估计方法对于对偶间隙的估计更加准确。

结语

我国电力市场化改革快速推进，高标准全国统一电力市场体系建设进入快车道。电力市场仿真优化引擎面临新挑战，必须能够可靠地提供精准的价格信号，同时生成与电网运行状态兼容的市场出清结果。GPU、高性能芯片、优化求解器、AI、大模型等新技术在电力市场仿真优化中将有广泛的应用。电力市场仿真优化技术发展几十年，已经形成内在科学规律，只有深入理解现有知识体系，运用交叉学科优势，才能在此领域做出有价值的创新成果。