深度文章 | 基于消纳责任权重的两级电力市场优化运行模型-北极星售电网

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摘要

在中国电力消纳保障机制和新配额制的实施背景下，为了使省内消纳责任主体完成消纳考核，如何利用市场机制激励可再生能源跨省跨区消纳是关键问题之一。为此，借助于省间-省内两级市场，引入了省间可再生能源交易商代理省内消纳责任主体参与省间可再生能源市场交易。在两级市场框架下，以市场运行成本最小化为目标，建立了一种非线性的双层优化消纳模型。上、下层的出清结果作为对方层级的计算参数，利用KKT（Karush-Kuhn-Tucker）条件和拉格朗日对偶理论，将上述双层非线性问题转化为单层线性问题求解。最后，为验证所提模型的有效性对某地区进行算例仿真，分析不同消纳责任权重、绿证价格下的市场运行成本，结果表明两级市场能够有效降低省内消纳责任主体完成考核的市场成本，促进可再生能源的跨省跨区消纳和电力市场的绿色、经济运行。

（来源：全球能源互联网期刊作者：陈先龙，王秀丽，吕建虎，张航，朱宗耀，王一飞）

0 引言

随着中国的可再生能源配额制（renewable portfolio standard，RPS）即可再生能源电力消纳保障机制的实施[1]，可再生能源特别是非水可再生能源将会变得十分紧缺；特别在一些新能源匮乏的省份，消纳考核要求与省内新能源出力不足的矛盾尤其突出。例如，东部某省2018年非水可再生能源消纳量为259.56亿kWh[2]，占全省全社会用电量的5.3%，然而其中有20亿kWh并不是实际消纳，而是通过购买绿证折算得到的消纳量；这给消纳责任主体带来了较大的考核成本，该省在2020年非水可再生能源最低消纳责任权重为7.5%[3]，消纳任务将更加艰巨。

在这种背景下，为了完成消纳责任，除了需要协调好本地可再生能源的生产、消纳，更需要研究如何充分利用市场化手段基于RPS促进可再生能源的跨省跨区消纳[4]。

目前关于中国RPS的研究主要集中于对其他国家配额制经验的介绍、配额制的市场均衡分析、配额制体系的设计与仿真。文献[5]介绍了美国加州RPS的市场机制、运作方式；文献[6]综述了近年来RPS机制的总体框架、核心要素以及配套措施；文献[7]运用微观经济学给出了RPS的经济学解释并论证了RPS的合理性和有效性；文献[8]在发电侧配额的基础上，采用寡头竞争均衡理论建立了考虑绿证市场和电力批发的市场均衡模型，分析了不同配额比例对市场价格的影响；文献[9]对RPS及绿证交易机制进行了设计与仿真，但也是建立在发电侧配额基础上，并且没有探究配额制下省外新能源对省内市场购电行为的影响；文献[10]设计了中国RPS背景下的电力市场体系，包括可再生能源中长期市场、可再生能源日前市场、消纳量二级交易市场、绿证申购市场等，但文章主要聚焦于构建省内市场，并没有对省外新能源与省内责任主体的交易进行设计。在新能源跨省跨区交易方面，文献[11]分阶段对中国促进清洁能源消纳的市场机制进行了设计，但没有考虑RPS对省间消纳的促进作用；文献[12]设计了一种国家绿色证书交易市场与省级日前市场协调的机制，但并没有对中国RPS下绿证来源进行说明分析，也没有涉及可再生能源跨省交易；文献[13]研究了跨省跨区清洁能源消纳补偿的市场机制，但主要基于省间发电权交易；文献[14]分析了欧洲市场耦合和美国PJM跨市场交易过程，提供了多种跨区域交易方式。在电力市场双层优化方面，文献[15]建立了计及风险的省间交易商购电的双层优化模型，但是并没有分析配额下市场主体的购电策略和可再生能源跨省跨区交易；文献[16]提出了可再生能源发电商最优决策的双层模型，并运用KKT（Karush-Kuhn-Tucker）条件和拉格朗日对偶理论进行求解，为双层模型的求解提供了有效方法。

可以看出，目前基于消纳责任权重协调省内消纳责任主体与省外可再生能源进行市场交易的研究还比较缺乏。因此，本文首先对中国的RPS进行概述，论述了配额制下建立省间可再生能源市场的必要性；然后，引入“省间可再生能源交易商”的概念，代理省内消纳责任主体参与省间可再生能源市场向省外绿电商购电，建立省间可再生能源市场和省内电力市场的两级电力市场运营模式；接着，建立基于配额制的两级电力市场优化运行模型，验证提出的两级电力市场对于完成省内消纳责任和市场运行的作用；最后，选取某省级电力公司作为省间可再生能源交易商进行仿真算例分析，验证本文所提模型的有效性。

原标题：基于消纳责任权重的两级电力市场优化运行模型

投稿与新闻线索：陈女士微信/手机：13693626116 邮箱：chenchen#bjxmail.com（请将#改成@）

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