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原文发表在《电力系统自动化》2016年第40卷第10期, 欢迎品读。
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如何建立电力市场全景实验环境？
DOI: 10.7500/AEPS20150914010
杨争林，曹帅，郑亚先，姚建国
电力市场是电力系统经济运营和物理运行的有机融合，市场走势受能源政策、电网结构、供需关系和市场成员经营决策等多种因素的共同影响。通常，电力市场是指电力商品、交易周期和交易方式的一个组合，比如日前集中电能交易即为一个电力市场。一个国家或地区的电力市场往往是多个电力市场共同组成的集合，市场成员也通常能够参与多个市场，提供相应的商品并获得回报。由于市场成员在各个市场中能够提供的商品相互影响，在市场运营中，市场成员会根据综合成本构成，理性决策在各个市场中的投标行为，从而实现整体收益最大化。孤立模拟某一个市场无法真实反映市场成员的实际行为，需将一个国家或地区的电力市场作为一个整体来分析，模拟各商品类型、各交易周期和各交易方式电力市场的耦合运营。
在电力市场化改革中，不同的市场模式设计对市场运营效率、市场主体效益，以及对电力系统的可持续安全运行具有决定性影响。电力市场运营实验平台有助于分析市场成员在不同市场模式下的行为特征及对市场运营的影响，降低市场模式选择及运营的风险。
本文将电力交易运营模拟、市场成员决策行为模拟和电网运行模拟三部分构成的电力市场实验平台称为“全景”实验平台，目的是用于电力市场运营模拟与评估、运营技术验证、运营人员实务培训和电力市场运营系统功能测试。
目前我国电力市场化改革正在深入推进，由于国情、网情不同，国外市场模式很难照搬，本文提出以电力市场整体运营为研究对象的电力市场全景实验平台，将为选择适应我国特点的电力市场模式、降低电力市场改革试错成本、推演电力市场运营和电网运行耦合机理、培训电力市场专业人员提供实验环境支撑。
电力市场全景实验平台以年度为运营周期，将市场模式中的所有商品类型、交易周期、相关交易方式和定价机制作为一个整体看待，以总体利益最大化作为市场成员的决策目标，通过对市场运营中的需求预测、成员决策、交易出清、调度运行、结算评估等关键环节的完整模拟，量化评估相应市场模式下的经济、安全、节能和可持续性等指标，用于电力市场运营模拟与评估、运营技术验证、运营人员实务培训和电力市场运营系统功能测试。
电力市场全景实验平台总体结构如图1所示，主要包括电力交易运营模拟器、市场成员行为模拟器和电网运行模拟器三部分。其中电力交易运营模拟器用于模拟部署于电力交易机构、目标市场模式下的电力市场运营系统，支持市场成员的注册管理、信息发布、成员申报、交易出清、安全分析和结算评估。市场成员行为模拟器用于模拟市场成员参与市场的管理和决策过程，支持成本管理、交易决策、收益分析和策略进化。电网运行模拟器主要用于模拟与市场运营紧密相关的电网运行状态量变化，支持潮流分析、发电计划跟踪、联络线计划跟踪、故障模拟、扰动模拟等。
图1 电力市场全景实验平台功能框架结构
电力交易运营模拟器的主要功能包括电力市场商品结构生成器：用于定义待实验市场模式的电力商品构成，可以为电能、辅助服务、容量、输电权、绿色证书、发电权等一种或者多种商品的组合。电力市场运营模式配置：用于设置每个市场的运营模式，生成对应的市场规则。电力交易实验平台：电力交易实验平台是模拟市场运营的实体，是一个预制的电力市场运营实例创建和运行容器，能够容纳多种电力商品、多种交易周期和多种交易方式组合的多电力市场实例联合运营。市场运营时序配置：用于配置各电力市场的启动周期、电力市场启动顺序，配置市场运营中的流转环节组成和各环节之间的流转条件，以及各电力市场之间时序配合条件。实验控制与管理：用于配置生成具体的实验案例，模拟预想的市场规模、一次能源价格等市场运营外部环境，形成市场启动和持续运行所需的各种基础信息。实验评估分析：评估市场成员竞争策略有效性和行为竞争性，评估市场竞争性和有效性。
市场成员行为模拟器既可以通过智能代理模拟各类成员参与市场竞争，也可以为参训人员提供参与市场竞争的数据申报和信息管理的人机界面。其重要功能包括：竞价策略管理、市场申报决策、数据申报与信息管理。
电网运行模拟器根据市场时序设置，能够以设定时间间隔自动模拟电力系统负荷变化，根据各市场出清结果和设备检修状态，自动计算主要设备的潮流，模拟电力系统与电力市场的耦合运行。
一个能够支持省级以上规模电力市场实验的工程级实验平台，其技术复杂度远高于现有的电力市场运营系统，需要软件平台、市场出清算法、定价算法、成员决策模拟、电网运行模拟、模型交换标准等一系列关键技术支撑。在已有技术积累基础上，还需要解决大规模市场出清优化及定价算法技术、市场成员决策行为模拟技术、市场模拟的任务调度技术。此外还包括电力商品通用成本模型的建立、基于国际标准的电网模型（IEC61970）或市场模型文件（IEC62325）的电力市场环境自动生成、电网运行状态模拟、适用多市场模式的结算评估等。
应用实验平台可以搭建预定模式的电力市场运营环境，模拟一定时间范围内的市场动态发展，推演各供需场景下的市场运营机理，为政府监管部门、电力交易机构、电力调度机构、发电商、售电商等市场成员和科研机构提供电力市场推演及试验服务，并用于电力市场运营技术验证和技术人员培训。依托电力市场运营技术实验室，目前已为数十个省级电力交易中心、电力调控中心、数十个发电企业和多家科研单位提供培训服务，培训人次超过200人。
杨争林，博士，中国电力科学研究院电力自动化研究所副所长，研究员级高工，江苏“333工程”培养对象，国网公司专业领军人才培养对象。长期从事电力市场运营和调度自动化等领域科研开发工作，已发表EI期刊和国际会议论文三十余篇。
曹帅，中国电力科学研究院电力自动化研究所硕士研究生，主要从事电力系统优化运行理论的研究和应用研发。
郑亚先，中国电力科学研究院电力自动化研究所高级工程师，主要从事电力市场领域的科研工作，已发表EI期刊和国际会议论文16篇，申请发明专利15项，获国家电网公司科技进步奖3项。
姚建国，中国电力科学研究院副总工，教授级高工，享受国务院特殊津贴，江苏省2008年“333高层次人才培养工程”中青年科技领军人才，中国电机工程学会电力系统自动化专委会委员，电力系统自动化专委会新能源接入学科组主任委员，江苏电机工程学会自动化专委会主任委员。长期从事调度自动化、智能电网和电力市场等领域科研开发工作，已发表SCI/EI期刊和国际会议论文四十余篇。
作者所在课题组的主要研究方向：电力市场运营技术，电力市场实验与评估技术，电力市场模式和机制设计，电力市场技术标准和电力系统运营优化技术等。
