高比例可再生能源接入，給電力系統(tǒng)運行方式帶來重大變革，在此轉變中，需要實現(xiàn)頂層機制與底層技術的有機結合，為新能源上網(wǎng)電量全面入市提供有力支撐。

在推動新能源上網(wǎng)電價全面由市場形成的同時，行業(yè)面臨兩大挑戰(zhàn)：頂層機制層面，需優(yōu)化新能源與火電、新型經(jīng)營主體同臺競價的制度設計;底層技術層面，亟待攻克海量市場主體參與下的優(yōu)化決策難題。

適應新能源上網(wǎng)電量全面入市的頂層機制創(chuàng)新需求

新型電力系統(tǒng)不僅是物理形態(tài)和技術的變革，更需要體制機制的創(chuàng)新。

在新能源發(fā)電中，風電的反調峰特性將增加系統(tǒng)凈負荷峰谷差，凈負荷低谷時段火電可能被迫關停，在凈負荷高峰時段則面臨保供難題。光伏發(fā)電雖然與負荷特性較為吻合，但其午間大發(fā)特征會導致凈負荷呈現(xiàn)“鴨子曲線” ，光伏裝機進一步增長后演變?yōu)?ldquo;峽谷曲線”，加劇電力供需平衡難度，導致火電頻繁啟停，對電網(wǎng)安全產(chǎn)生影響。

長期以來，我國對新能源上網(wǎng)電量主要執(zhí)行固定價格，僅保障小時數(shù)以外的部分實現(xiàn)市場化，在預期收益相對穩(wěn)定的環(huán)境下，新能源實現(xiàn)了規(guī)模化發(fā)展。截至2024年年底，新能源發(fā)電裝機規(guī)模約為14.1億千瓦，占全國電力總裝機規(guī)模的40%以上，已超過煤電裝機。電力系統(tǒng)的物理形態(tài)在此背景下不斷重構，電源結構由出力較為穩(wěn)定的同步機(水電、核電、火電)為主，演化為間歇性、波動性強的新能源主導，給電力電量平衡、安全穩(wěn)定控制帶來供給隨機化、平衡概率化、慣量支撐不足、無功支撐緊缺等一系列挑戰(zhàn)。傳統(tǒng)以火電機組為主的靈活性調節(jié)資源難以應對新形勢，亟需機制激勵和信息技術支撐，引導規(guī)模化儲能、彈性負荷、電動汽車等靈活性資源實時感知電力系統(tǒng)狀態(tài)、主動調整自身行為，以價格信號和實時通信引導“荷隨源動”。

2021年，《關于進一步深化燃煤發(fā)電上網(wǎng)電價市場化改革的通知》發(fā)布，提出全面推動燃煤發(fā)電機組和工商業(yè)用戶進入市場，提高了發(fā)用兩側的市場化程度。但隨著新能源成長為主力電源，執(zhí)行固定電價的優(yōu)先上網(wǎng)電量在發(fā)電側的占比不斷提高，導致發(fā)用兩側市場化電力電量匹配失衡，形成“高買低賣”的結算問題(即高價收購新能源優(yōu)先發(fā)電量，以市場化的低價銷售給電力用戶)，系統(tǒng)平衡調節(jié)責任無法公平有效地傳導至新能源優(yōu)先發(fā)電量。《關于深化新能源上網(wǎng)電價市場化改革 促進新能源高質量發(fā)展的通知》提出新能源全部上網(wǎng)電量公平參與市場交易，并在場外建立新能源可持續(xù)發(fā)展價格結算機制，銜接現(xiàn)行保障政策，通過市場手段促進新能源高質量發(fā)展。

建立新能源與靈活性資源“解耦”的現(xiàn)貨市場架構

電力市場的核心功能是通過競爭實現(xiàn)電力供給和需求的最優(yōu)匹配，發(fā)現(xiàn)電力的分時、分區(qū)價值，以價格信號引導電力供需市場均衡，提升電網(wǎng)運行安全性。136號文件強調新能源應公平參與市場交易，這不僅意味著要在現(xiàn)貨市場和綠色電力市場中充分體現(xiàn)其供電與環(huán)境雙重，同時也需要在輔助服務市場中承擔由于其間歇性和波動性所帶來的調節(jié)責任。傳統(tǒng)能源方面，則可以通過提供靈活性調節(jié)服務在輔助服務市場中獲得相應的補償，有效引導新能源與傳統(tǒng)能源優(yōu)勢互補、協(xié)同發(fā)展，實現(xiàn)能源結構轉型的平穩(wěn)過渡。

在電力現(xiàn)貨市場中，為反映電能的短期供求關系，通常采用供電邊際成本作為電能價格。然而，新能源上網(wǎng)電量全面入市后，如何與火電機組、抽水蓄能、儲能、虛擬電廠、需求側響應等靈活性資源同臺公平競爭，成為亟待解決的問題。一是價格信號失靈風險。新能源成為主力電源后，其近零邊際成本可能導致現(xiàn)貨價格信號消失，無法形成對靈活性資源價值的度量，削弱價格調節(jié)作用。二是供電服務差異難以體現(xiàn)，邊際定價無法體現(xiàn)新能源與常規(guī)電源、靈活性資源間的供電服務差異，難以度量新能源波動性產(chǎn)生的外部成本以及靈活性資源持續(xù)、穩(wěn)定供電的價值。三是綠電溯源和綠證市場銜接困難，難以認定用戶用電是否來源于新能源發(fā)電，不利于綠電消納追蹤溯源，綠證的流轉交易存在困難。

根據(jù)清華大學夏清教授基于分時容量電價的新型電力現(xiàn)貨市場設計的研究，當前，可采用新能源與靈活性資源解耦的現(xiàn)貨市場架構，即將波動性新能源與靈活性調節(jié)資源分開組織交易和定價，包含全年連續(xù)交易的綠色證書市場、逐日交易的新能源日前分時市場和靈活性資源現(xiàn)貨市場，以便區(qū)分能量價值、調節(jié)價值、環(huán)境價值等多元化的電力價值差異，實現(xiàn)同質商品同臺競價，兼顧新能源高效消納與系統(tǒng)調節(jié)責任公平分攤。

在新能源日前分時市場，為避免邊際變動成本定價造成價格信號失靈，需引導新能源通過逐日逐時段分攤其固定成本，形成各時段隨功率增加而遞減的報價曲線。市場出清價格由滿足負荷需求的新能源機組邊際單位電量固定成本決定，形成引導資源時空優(yōu)化配置的分時、分區(qū)的價格信號，有效反映新能源間歇性、波動性帶來的電量價值變化。用戶申報分時用電需求報價曲線，市場出清情況可清晰展示用戶和新能源發(fā)電的成交關系，用戶購買的新能源電量可同時獲得綠證，這極大方便了綠電追蹤認證。用戶報價具備彈性，可在新能源報價過高時選擇在靈活性資源現(xiàn)貨市場中買電，并在全年連續(xù)交易的綠證市場中購買綠證以滿足綠電消納責任。

在靈活性資源現(xiàn)貨市場，針對新能源發(fā)電與負荷曲線匹配度差、新能源和負荷隨機波動造成的供需偏差，需組織靈活調節(jié)資源提供不同類型的調節(jié)能力。交易品種包括日前和實時的不平衡電量、備用、調頻等。市場收益由靈活性資源共享，市場成本由新能源和負荷按照“誰產(chǎn)生，誰承擔”的原則分攤：在日前不平衡電量交易中，偏差電量越大的時段出清價格越高，負荷根據(jù)分時電價進行付費，從而使與新能源發(fā)電匹配度差的負荷多的承擔市場成本;在備用市場和實時不平衡電量市場中，預測偏差大的新能源及負荷承擔更高的市場成本;調頻市場中，短時波動性越大的新能源及負荷承擔越多的市場成本。

新能源日前分時價格和日前不平衡電量分時價格能夠引導用戶通過需求側響應、改善用電行為、投資儲能等方式，提高用電曲線與新能源發(fā)電匹配度，降低市場成本，以更加友好的方式消納新能源。新能源日前分時價格能夠鼓勵新能源以套利的方式優(yōu)化儲能運行，同時，新能源需要為其自身間歇性、波動性“買單”，應激勵新能源主動投資儲能降低靈活性資源現(xiàn)貨市場成本，推動新能源配儲由“政策驅動”轉向“市場驅動”。

市場優(yōu)化出清的“組合爆炸”挑戰(zhàn)將愈發(fā)突出

新能源全面入市后，市場價格信號將更加完整，打通可調負荷、儲能、虛擬電廠等靈活性資源的商業(yè)模式，激勵其主動參與電力市場。同時，在建設全國統(tǒng)一電力市場以及鼓勵新型經(jīng)營主體平等參與電力市場等政策框架下，市場成員的空間范圍擴大、并網(wǎng)等級降低、主體類型多元化，未來電力市場將面臨海量發(fā)電與負荷資源的接入，復雜性和不確定性呈指數(shù)級增長。在電力現(xiàn)貨市場常態(tài)化運行模式下，市場優(yōu)化出清的“組合爆炸”挑戰(zhàn)將愈發(fā)突出。

現(xiàn)在的研究發(fā)現(xiàn)，電力系統(tǒng)的物理特性和傳統(tǒng)數(shù)學優(yōu)化理論之間存在著內在聯(lián)系。為了讓電力市場在進行優(yōu)化出清計算時能更快得到結果，滿足市場運營快速決策的需求， 研究人員采用了變量精簡、約束削減、高效尋解、分解協(xié)調等多種方法。

其中，變量精簡即從時間維度和場景維度減少模型中的決策變量，只保留對結果有重要影響的關鍵變量，使模型更加簡潔，計算效率更高。例如，在一天96個決策時段內，某些時段(如深夜)的用電需求和新能源出力相對穩(wěn)定，可以將這些時段聚合為一個時段來決策機組開停組合;某些機組在多個運行日下運行方式相對固定，可以根據(jù)運行日場景情況直接決定其開停機狀態(tài)。

約束削減是在保證關鍵斷面約束有效的前提下，去除那些對結果影響較小或冗余的約束條件，只保留必要的限制條件，以降低優(yōu)化模型的復雜度。例如，無論如何改變電網(wǎng)中的負荷分布情況，某些傳輸線路的實際傳輸功率總是遠低于其最大容量限制，那么這些網(wǎng)絡安全約束可以視為冗余，從而被合理地削減掉。機組開停機決策可看作在一顆“0-1決策樹”中尋找一條能夠使目標函數(shù)(如總成本)達到最優(yōu)的路徑，尋優(yōu)過程是一個不斷試錯和比較的過程。為了更高效地找到最優(yōu)開停機組合路徑，可以暫時忽略0-1整數(shù)約束，從而更容易計算出處于0-1之間的非整數(shù)近似解，即松弛解。高效尋解，即利用松弛解中有用的信息，構建誘導函數(shù)加速模型，避免無效分支的搜索，提高尋優(yōu)效率。

分解協(xié)調是基于電網(wǎng)的層級結構，利用一種特殊資源聚合方法將高維狀態(tài)變量投影到低維協(xié)調變量空間，配網(wǎng)、微網(wǎng)中大量的分散資源狀態(tài)信息就能以更簡潔的方式向主網(wǎng)系統(tǒng)呈現(xiàn)，形成和常規(guī)發(fā)電機組類似的聚合可行域(功率約束、能量約束、爬坡約束等)，以低維模型參與系統(tǒng)分解協(xié)調優(yōu)化，實現(xiàn)海量資源調度運行的快速決策。

通過變量精簡、約束削減、高效尋解和分解協(xié)調等方法，研究人員能夠顯著提高電力市場優(yōu)化出清計算的速度和效率，滿足市場運營快速決策的需求。這些方法在實際應用中已經(jīng)取得了良好的效果，為電力市場的高效運行提供了重要支持。

高比例新能源接入必將引發(fā)電力系統(tǒng)運行方式的重大變革。在新能源上網(wǎng)電量全面入市后，各類資源的價值需要差異化度量，通過多元化的價格信號激勵海量可調節(jié)資源與新能源協(xié)同互動。在此轉變中，頂層機制設計與底層技術支撐的有機結合至關重要，通過差異化的價值度量市場體系、智能優(yōu)化求解引擎，破解“價格信號失靈”與“組合爆炸”難題，協(xié)同推動新能源的高質量發(fā)展，實現(xiàn)電力系統(tǒng)安全經(jīng)濟低碳運行目標。

(作者分別供職于清華四川能源互聯(lián)網(wǎng)研究院、清華大學電機工程與應用電子技術系)