劉新苗 ，王詩超

（1. 廣東電網(wǎng)有限責任公司，廣州510000；2. 中國能源建設(shè)集團廣東省電力設(shè)計研究院有限公司，廣州510663）

在十八屆三中全會深化體制改革的背景下，我國電力體制改革重裝上陣，2015年3月23日國務(wù)院發(fā)布了文件〔2015〕9 號《關(guān)于進一步深化電力體制改革的若干意見》（簡稱電改9 號文），電力體制改革正式拉開帷幕。在當前的新形勢下，電力市場條件下的競爭機制給計劃經(jīng)濟環(huán)境下電力行業(yè)組織和運營體制帶來了巨大改變，同時也極大地影響到電力規(guī)劃的技術(shù)實施，特別是規(guī)劃主體的變化和市場化運作的要求導致的規(guī)劃方案的評判標準的變化。

在電力市場環(huán)境下，電源和電網(wǎng)規(guī)劃所包含的變量、制約因素、規(guī)劃目標更多，復雜性更高，需考慮可靠性、經(jīng)濟性等多維因素，其難點在于如何建立科學的數(shù)學模型［1］，對復雜的問題進行求解，并進行評價和校驗。電網(wǎng)規(guī)劃也將面臨規(guī)劃環(huán)境、系統(tǒng)資源，規(guī)劃協(xié)調(diào)、實施等方面的調(diào)整和挑戰(zhàn)，可以反映為負荷、電源、潮流、設(shè)備投退、政策、社會經(jīng)濟、商業(yè)模式、投資收益等多方面的不確定性因素，電網(wǎng)規(guī)劃過程中需要充分考慮并客觀合理地描述這些不確定因素［2］，建立更恰當?shù)碾娋W(wǎng)規(guī)劃模型，有效提高規(guī)劃靈活性及適應(yīng)性，避免投資和安全運行風險。所以在這種新形勢下，整個電力規(guī)劃的研究方法和研究手段都需要進一步優(yōu)化。

廣東地區(qū)積極響應(yīng)國家政策號召，一直走在電力市場改革道路的前沿，現(xiàn)貨電力市場也在全國范圍內(nèi)率先啟動。廣東電源結(jié)構(gòu)復雜并且多樣化，在電力市場環(huán)境下，廣東對新的電力系統(tǒng)規(guī)劃方法的需求更為迫切。本文梳理和總結(jié)了國外成熟電力市場的發(fā)展現(xiàn)況以及電力系統(tǒng)規(guī)劃方法，并在此基礎(chǔ)上，結(jié)合廣東電力市場發(fā)展現(xiàn)狀，有針對性地提出了電力市場環(huán)境下廣東電力系統(tǒng)的規(guī)劃方法，對未來合理配置電源、促進發(fā)輸電協(xié)調(diào)發(fā)展具有重要意義。

1 廣東電力市場發(fā)展現(xiàn)狀

1.1 概況

2018年8月30日，南方能源監(jiān)管局會同廣東省經(jīng)濟和信息化委、廣東省發(fā)展改革委聯(lián)合公布《南方（以廣東起步）電力市場運營規(guī)則體系（征求意見稿）》（以下簡稱《規(guī)則》），標志著我國首個電力現(xiàn)貨市場交易規(guī)則正式問世?！兑?guī)則》形成了“1+8”模式的電力現(xiàn)貨市場規(guī)則體系。目前，廣東電力現(xiàn)貨市場仍然處于試運行階段，在正式運行之前，交易及結(jié)算依然參考現(xiàn)行的中長期電力市場交易規(guī)則。

目前，廣東已形成批發(fā)零售協(xié)同、場內(nèi)場外互補的中長期市場交易體系，建立了一二級銜接、場內(nèi)外互補的批發(fā)市場品種架構(gòu)。現(xiàn)行的廣東中長期電力市場交易周期涵蓋年度交易和月度交易，年度交易包括場外雙邊協(xié)商、場內(nèi)集中掛牌兩個交易品種，月度交易包括集中競爭、發(fā)電權(quán)集中撮合兩個交易品種，形成了年度交易為主、月度交易為輔的合理格局。

1.2 廣東現(xiàn)貨市場交易規(guī)則簡介

廣東電力市場包含電力批發(fā)市場以及電力零售市場。現(xiàn)階段，電力批發(fā)市場采用“電能量市場+輔助服務(wù)市場”的市場架構(gòu)［3］。其中，電能量市場包含基于差價合約的日以上周期的中長期電能量市場和全電量競價的日前、實時現(xiàn)貨電能量市場，輔助服務(wù)市場包括集中競價的調(diào)頻輔助服務(wù)市場和備用、有償無功調(diào)節(jié)、自動電壓控制、黑啟動等輔助服務(wù)補償機制。電力零售市場交易在售電公司與電力用戶之間開展。

現(xiàn)貨市場基本體系架構(gòu)如圖1所示。

圖1 現(xiàn)貨市場基本體系架構(gòu)Fig.1 Basic framework of the spot market

中長期交易市場：日前現(xiàn)貨開市前，都屬于中長期市場。和其他普通商品中長期交易一樣，買賣雙方可以自主修正各自的購售電曲線和價格，充分體現(xiàn)市場主體的意愿，促進市場充分競爭，充分反映電力的普通商品屬性。中長期市場交易形成的合約為差價合約，主要作用是幫助市場成員提前確定大部分的交易量并鎖定價格，規(guī)避現(xiàn)貨市場價格波動風險。

日前現(xiàn)貨市場：充分考慮次日電網(wǎng)運行邊界條件以及物理約束，通過集中優(yōu)化，以發(fā)電費用最低為優(yōu)化目標，決策次日的機組開機組合以及發(fā)電出力曲線，實現(xiàn)電力電量平衡、電網(wǎng)安全管理和資源優(yōu)化配置。

實時現(xiàn)貨市場：是通過安全經(jīng)濟調(diào)度，實現(xiàn)電力實時平衡的市場化調(diào)節(jié)以及電網(wǎng)安全約束的市場化調(diào)整，針對電網(wǎng)實際運行情況與日前預測的偏差，對發(fā)電機組的出力按照最經(jīng)濟原則進行調(diào)整。

調(diào)頻輔助服務(wù)市場：以市場化手段調(diào)用調(diào)頻資源，激勵發(fā)電機組提升調(diào)節(jié)性能，有效保障電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行。

2 國外電力系統(tǒng)規(guī)劃現(xiàn)狀

2.1 電源投資模式和方法

在競爭性電力市場環(huán)境下，通常沒有集中統(tǒng)一的電源規(guī)劃。大部分國家電力市場改革起始于分離發(fā)電與電網(wǎng)，以及在發(fā)電側(cè)引入競爭機制，而把發(fā)電資產(chǎn)的投產(chǎn)和運行決策交與項目主體，減少政府對商業(yè)過程的干預，特別是減少政府對發(fā)電項目的投資。下面是幾種典型的電源發(fā)展模式：

1）單一買方電力市場模式下有限的發(fā)電側(cè)競爭，如馬來西亞，泰國和印度尼西亞。國家電網(wǎng)公司或電力市場監(jiān)管機構(gòu)（如馬來西亞的能源委員會）編寫和發(fā)布國家電力發(fā)展報告，列出發(fā)展規(guī)劃期內(nèi)的電源和電網(wǎng)項目［4］。電源項目通常會采用招標模式，以BOT（建設(shè)-運營-轉(zhuǎn)交）為主。

2）有容量市場的電力市場，如美國電力市場，英國電力市場，和其它一些歐洲市場。電力市場規(guī)則要求電力供應(yīng)商（有電力零售許可的電力企業(yè)）必須自有容量或與電源方有容量合約，來滿足負荷需求和分攤的系統(tǒng)備用，或者承擔市場為采購足夠容量來滿足系統(tǒng)供電可靠性的成本［5］。

3）單一能源市場，如澳大利亞國家電力市場，新西蘭電力市場，美國得克薩斯州電力市場。在上述電力市場中，沒有統(tǒng)一的電源規(guī)劃和容量市場，電源建設(shè)是發(fā)電商的自發(fā)行為，市場系統(tǒng)運行中心（ISO）通過頻繁發(fā)布市場運行信息、未來供需形勢的信息［6］，來指導電源項目的建設(shè)。

2.2 電網(wǎng)規(guī)劃模式和方法

電力市場環(huán)境下，節(jié)點電價實時變化，在不同的區(qū)域之間也存在阻塞盈余的可能性，電網(wǎng)規(guī)劃的目的也隨之改變。加州電力市場、PJM 電力市場、澳大利亞電力市場等均發(fā)展出了一套成熟的電力市場下的電網(wǎng)規(guī)劃方法和流程。

1）澳大利亞的完整規(guī)劃體系涉及到不同的市場主體和時間尺度，包括一年的年度輸電價格定價［7］，5 年的電網(wǎng)監(jiān)管以及 20 年的戰(zhàn)略研究［8］，各輸電網(wǎng)公司每年進行的10 年電網(wǎng)發(fā)展規(guī)劃等，具體如圖2所示。

圖2 澳大利亞規(guī)劃體系Fig.2 Transmission planning system of Australia

2）PJM 也進行輸電網(wǎng)、配電網(wǎng)規(guī)劃，除統(tǒng)一的區(qū)域輸電擴展規(guī)劃（RTEP）外［9］，PJM 每個子區(qū)域電網(wǎng)公司也要做區(qū)域內(nèi)的電網(wǎng)規(guī)劃。PJM 電網(wǎng)規(guī)劃所遵循的準則主要包括PJM 輸電電費協(xié)議、運行協(xié)議、PJM 規(guī)劃手冊等，需遵守北美可靠性標準以及其他區(qū)域性電網(wǎng)標準［10］。具體職能劃分與協(xié)作關(guān)系如圖3所示。

圖3 PJM職能劃分與協(xié)作關(guān)系示意圖Fig.3 Schematic diagram of function division and cooperation relationship of PJM

3）加州電網(wǎng)規(guī)劃也分為年度規(guī)劃（1年滾動規(guī)劃）和中長期規(guī)劃。年度輸電規(guī)劃的主要目的是滿足可靠性要求，提出相應(yīng)的輸電網(wǎng)升級改造或者新建項目。能夠提升系統(tǒng)可靠性、滿足政策性目標或者提升系統(tǒng)經(jīng)濟性的項目都會被提出，以進行后續(xù)的研究和討論［11］。輸電網(wǎng)擁有者（PTO，Partici?pating Transmission Owners）或者其他市場參與者都可以在PTO年度輸電網(wǎng)擴展規(guī)劃中提出項目。具體流程如圖4所示［12］。

圖4 加州年度規(guī)劃流程Fig.4 Annual transmission planning procedure of California

3 電力系統(tǒng)規(guī)劃工作體制優(yōu)化

電力市場改革的影響下，市場結(jié)構(gòu)、成本和利益分配方式發(fā)生變化，電力系統(tǒng)的運行、規(guī)劃的體制、流程和規(guī)范也都在發(fā)生變化。典型特征是從原來一體化運行轉(zhuǎn)變?yōu)閰f(xié)調(diào)、配合下的分散決策。隨著發(fā)輸電分離，眾多電力市場參與主體利益多元化，導致電力系統(tǒng)的規(guī)劃和決策過于分散，系統(tǒng)性優(yōu)化不足。為促進廣東發(fā)電、輸電規(guī)劃的協(xié)調(diào)，建議建立統(tǒng)一電源規(guī)劃和分散式發(fā)電商決策相結(jié)合的發(fā)展體系，把電力規(guī)劃關(guān)注的重點從項目審批逐步轉(zhuǎn)移到對于總量、結(jié)構(gòu)以及布局的優(yōu)化控制上［13］。

因此，為保證電力市場環(huán)境下的規(guī)劃過程的前瞻性和科學性，規(guī)劃過程應(yīng)更注重與各方的協(xié)調(diào)配合，信息、數(shù)據(jù)的透明、共享。鑒于此，我們建議廣東電力系統(tǒng)規(guī)劃工作可由廣東電網(wǎng)公司牽頭，電源企業(yè)、重要電力負荷、配電公司等多方市場主體參與（如圖5 所示），同時在規(guī)劃組織和實施中，增加內(nèi)部運行機構(gòu)的信息、數(shù)據(jù)共享，成立一個具有代表性和行業(yè)權(quán)威性規(guī)劃顧問機構(gòu)，來對規(guī)劃參數(shù)、方法、假設(shè)等進行討論、評估。

該顧問機構(gòu)作為一個連接電網(wǎng)與市場和監(jiān)管以及公眾的組織，具有專業(yè)權(quán)威，了解國內(nèi)外相應(yīng)規(guī)劃和市場運行操作，又具有一定的獨立性的議事和討論平臺，能夠提高規(guī)劃的透明度和對外可信度，以及公開參與度。該組織可以由廣東電網(wǎng)公司，市場主體（電源企業(yè)、電力用戶等），廣東省發(fā)改委、經(jīng)信委、電力行業(yè)協(xié)會、電力專家等代表組成。從規(guī)劃工作開始便參與進來，對規(guī)劃參數(shù)、方法進行評估，討論系統(tǒng)規(guī)劃的中長期發(fā)展方向，定期討論系統(tǒng)中需要解決的問題，提出解決方案和建議，并向政府相關(guān)規(guī)劃部門匯報。

圖5 電力市場下廣東電力系統(tǒng)規(guī)劃體制建議Fig.5 Proposals for power system planning organization in Guangdong

4 電力市場環(huán)境下電力系統(tǒng)規(guī)劃方法的優(yōu)化

目前，廣東電網(wǎng)也有較為完善的規(guī)劃體系，包括年度運行方式分析，輸、配電網(wǎng)五年規(guī)劃，中長期電網(wǎng)規(guī)劃，遠景目標網(wǎng)架規(guī)劃等。傳統(tǒng)電網(wǎng)規(guī)劃流程如圖6 中所示，通過分析電網(wǎng)存在問題，結(jié)合負荷發(fā)展和電源方案，進行主網(wǎng)架設(shè)計，通過電網(wǎng)方案比選，提出規(guī)劃期內(nèi)的輸變電工程項目，并進行投資估算。

圖6 廣東電網(wǎng)傳統(tǒng)規(guī)劃流程Fig.6 Traditional power system planning process of Guang?dong province

廣東電網(wǎng)傳統(tǒng)規(guī)劃模式與國外有所不同，國外成熟電力市場的規(guī)劃方法考慮的研究情景更為詳實、規(guī)劃數(shù)據(jù)輸入更全面，且有定量化的電網(wǎng)項目評估方法。因此，為實現(xiàn)新市場環(huán)境下電力系統(tǒng)規(guī)劃的目標，建議廣東電網(wǎng)規(guī)劃對如下幾方面進行補充和改進，主要包括規(guī)劃輸入、項目分類、情景研究、電網(wǎng)經(jīng)濟效率評估和不確定性分析五方面內(nèi)容，如圖7所示。

4.1 規(guī)劃輸入

對于電力市場下電網(wǎng)規(guī)劃，除了傳統(tǒng)的電網(wǎng)規(guī)劃的輸入外，還應(yīng)重點收集電源相關(guān)的燃料信息，如詳細的燃氣發(fā)展規(guī)劃，細化到區(qū)域和節(jié)點的天然氣價格、煤炭成本、排放因子等，上述數(shù)據(jù)的精確性直接影響到后續(xù)成本-效益評估的科學性和客觀性。

4.2 仿真計算及項目分類

為提出規(guī)劃年份的電網(wǎng)項目，需進行電網(wǎng)安全穩(wěn)定校核分析及電力市場仿真分析（輸電阻塞分析），并結(jié)合市場主體的反饋，分別獲得兩類項目：

1）第一類項目：通過安全穩(wěn)定仿真計算，篩選出對電網(wǎng)安全穩(wěn)定性產(chǎn)生重大提升的項目。一般針對不滿足安全穩(wěn)定性標準、負荷增長的局部電網(wǎng)或區(qū)域電網(wǎng)提出，能夠?qū)﹄娋W(wǎng)整體或局部安全穩(wěn)定性產(chǎn)生較大影響。

圖7 電力市場下廣東電力系統(tǒng)規(guī)劃方法Fig.7 Power system planning process of Guangdong province considering energy market

2）第二類項目：通過電力市場仿真分析，篩選出對電力市場運行經(jīng)濟性產(chǎn)生影響的項目。該類項目重點針對電網(wǎng)中的輸電阻塞問題，可以通過新建電網(wǎng)、提升電網(wǎng)輸送能力等措施減少輸電阻塞，提升系統(tǒng)的經(jīng)濟性。

對于第一類項目，可解決電網(wǎng)中存在的安全穩(wěn)定問題，是電網(wǎng)必須建設(shè)的項目，后續(xù)電網(wǎng)項目評估的目的只是從多個比選方案中選出最優(yōu)的方案。對于第二類項目，重點在于減少電力市場中的輸電阻塞，后續(xù)需對該項目產(chǎn)生的效益和成本進行對比，來決定項目的可行性。

4.3 情景研究

電力市場環(huán)境下，電源發(fā)展、負荷預測、燃料價格、環(huán)保因素、國家政策等的不確定性對電網(wǎng)和市場運行的影響更為明顯，規(guī)劃和設(shè)計應(yīng)具備適應(yīng)上述不確定性的能力，所以有必要進行詳細的情景研究。具體流程如圖8所示。

1）選出可能對未來電網(wǎng)產(chǎn)生重大影響的因素?？梢灾攸c考慮負荷預測結(jié)果（需求側(cè)響應(yīng)和電動汽車等對負荷預測的影響）、核電政策、燃料價格、海上風電及儲能技術(shù)發(fā)展、環(huán)保標準等。

2）將每個因素設(shè)定不同的等級，并指定每個因素在不同等級的值。一般來說，每個因素都會設(shè)定一個基本方案（中方案）、一個高方案和一個低方案，根據(jù)需要，也可以設(shè)置次高方案和次低方案。

圖8 情景分析流程Fig.8 Scenario analysis process

3）對上述各個因素進行組合，可得到多個發(fā)展情景。實際計算中，為節(jié)省計算量，不需要對所有情景一一仿真，一般選出幾個最具有代表性、不同質(zhì)的情景，作下一步分析。例如，情景一中采用環(huán)保標準高方案，間接導致海上風電等新能源規(guī)模較大；情景二中采用海上風電發(fā)展高方案，兩種情景考慮的因素不同，但產(chǎn)生的結(jié)果均是海上風電大發(fā)展，則上述兩個情景可以考慮為同質(zhì)的情景，只對其中一個進行仿真即可。另外，可以采用概率論的方案進行情景的選擇，如拉丁超立方體抽樣方法（the Latin Hypercube Sampling Technique） 等?？芍攸c關(guān)注如下三類情景：最具有可能性的發(fā)展情景（發(fā)生概率最高）；最極端的發(fā)展情景；中間情景（對規(guī)劃方案比選有用的場景）。

4）情景研究根據(jù)時間維度有所區(qū)分，不同時間維度的側(cè)重點不同?？煞譃榻冢?~10 年）、中長期（10~20 年）、遠期（20~40 年）。遠期發(fā)展情景是對未來發(fā)展方向的描述，中長期是近期和遠期的過渡。

所選出的具有代表性的情景，將在4.5 章節(jié)提及的不確定分析中，作為各類情景開展電力市場仿真分析。

4.4 電網(wǎng)經(jīng)濟效率評估

除傳統(tǒng)的基于安全穩(wěn)定的計算和評價，電力市場環(huán)境下電力規(guī)劃和傳統(tǒng)規(guī)劃最大的區(qū)別就是電網(wǎng)經(jīng)濟效率評估。通過研究，建議廣東電網(wǎng)采用成本-效益的評價方法，進行電網(wǎng)經(jīng)濟效率評估。上述兩類電網(wǎng)項目均需進行經(jīng)濟效率評估，尤其是第二類解決輸電阻塞的電網(wǎng)項目，需通過成本-效益分析來評估項目建設(shè)的必要性，用于決策項目批準與否。成本-效益評價方法的總體思路是：

1）分別計算不考慮該電網(wǎng)項目時系統(tǒng)效益NBO和考慮該電網(wǎng)項目時的系統(tǒng)效益NB。

2）項目效益成本比BCR=（NB-NBO）/項目成本。應(yīng)根據(jù)相關(guān)研究，設(shè)置效益成本比BCR 的閾值K（K值應(yīng)大于1）。

4.5 不確定性分析（敏感性分析）

在電力市場環(huán)境下，不確定性因素增多，電源建設(shè)進度、環(huán)保標準、燃料價格波動等，都可以影響電網(wǎng)項目的決策。因此，在4.3 中選定的各個情景下，分別開展電力市場仿真計算，針對未來產(chǎn)生重大影響的因素進行不確定性分析。

1）針對第一類項目，以滿足電網(wǎng)安全運行為主，建議在不同情景下進行技術(shù)適應(yīng)性分析，校核電網(wǎng)的安全穩(wěn)定性，但僅計算基本情景下的BCR值，作為經(jīng)濟比較的參考指標，不要求推薦方案的BCR值一定大于K。

2）針對第二類項目，采用成本-效益評價方法，其目的主要是對項目投產(chǎn)前后的系統(tǒng)經(jīng)濟性進行對比，判定項目的投產(chǎn)是否能夠提高系統(tǒng)經(jīng)濟性，以及提升的程度如何，需要對各情景下BCR值進行計算，則得到的效益成本比是一個區(qū)間值（BCRL~BCRH）。需要結(jié)合情景發(fā)生的概率及閾值K，對項目進行決策。

4.6 電源規(guī)劃改進方法的初步建議

電力市場環(huán)境下，不僅電網(wǎng)規(guī)劃需要在規(guī)劃輸入、項目分類和經(jīng)濟效率等方面進行優(yōu)化，電源規(guī)劃也同樣面臨著新的挑戰(zhàn)。傳統(tǒng)電源規(guī)劃主要考慮在滿足一定負荷需求下的最優(yōu)電源規(guī)劃方案，而隨著電力市場環(huán)境的發(fā)展，還需要考慮電力環(huán)保、電力調(diào)峰、需求側(cè)管理和大量新能源發(fā)電并網(wǎng)等因素的綜合影響。同時，電力市場環(huán)境也影響了電源規(guī)劃的投資決策目標和決策方法。決策目標由傳統(tǒng)的總成本最小化演變?yōu)橥顿Y收益最大化，決策過程中也需要考慮更多不確定因素帶來的潛在風險。

因此，對于電源規(guī)劃方法的改進有如下建議：

1）綜合考慮電力市場環(huán)境下的電力環(huán)保、需求側(cè)管理、獨立發(fā)電商等因素對電源規(guī)劃模型的約束，深入研究有限個不確定因素參數(shù)約束下的電源規(guī)劃組合建模問題，對廣東省電源規(guī)劃做出更適合電力市場環(huán)境的改進。

2）綜合考慮適用于電力市場環(huán)境的電源規(guī)劃投資決策，改變傳統(tǒng)的投資決策目的和方法，可考慮采用基于實物期權(quán)理論（ROA）的發(fā)電投資決策方法［14-15］、基于博弈論的發(fā)電投資決策方法［16-17］等對電源規(guī)劃投資模型進行進一步的細化分析。

5 結(jié) 論

在電力市場環(huán)境下，電源和電網(wǎng)規(guī)劃所包含的變量、制約因素、規(guī)劃目標更多，復雜性更高，在這種新形勢下，整個電力規(guī)劃的研究方法和研究手段都需要進一步優(yōu)化深化。

本文梳理和總結(jié)了國外成熟電力市場的發(fā)展現(xiàn)況以及電力系統(tǒng)規(guī)劃方法，并在此基礎(chǔ)上，結(jié)合廣東電力市場發(fā)展現(xiàn)狀，有針對性地提出電力市場環(huán)境下廣東電力系統(tǒng)的規(guī)劃方法。本文所提出的規(guī)劃方法，充分考慮國家和地方能源政策對電源發(fā)展的影響，以及資源稟賦和機組運行特性以及負荷特性對未來電源發(fā)展情景的影響，對電源建設(shè)的不確定性，燃料價格等因素進行敏感性分析。針對電源布局和電網(wǎng)規(guī)劃，引入電網(wǎng)經(jīng)濟效益評價，有利于對比分析電力項目優(yōu)劣或量化評估項目建設(shè)的必要性。在電源規(guī)劃階段量化系統(tǒng)運行風險，分析電網(wǎng)線路上的阻塞成本、節(jié)點電價信息，找出阻塞產(chǎn)生的原因。通過市場運行模擬的阻塞價格信號來引導電源商進行電廠布局調(diào)整，優(yōu)化電源布局，以達到促進發(fā)輸電的協(xié)調(diào)發(fā)展的目的，提高電力市場運行經(jīng)濟性，實現(xiàn)社會效益最大化。