服務南方區域電力市場建設的典型市場模式評述：社會福利視角下的機理分析及建模測算

尚楠，辜煒德，劉雙全，陳政，冷媛，吳洋，梁梓楊

（1.南方電網能源發展研究院，廣州 510663；2.云南電力調度控制中心，昆明 650051）

0 引言

推動區域統一電力市場建設將促進電能商品要素資源在更大范圍內暢通流動，能夠更充分發揮市場在資源配置中的決定性作用、助力資源配置效率進一步提升，是推動區域經濟一體化發展的關鍵舉措［1-2］。 《關于進一步深化電力體制改革的若干意見（中發〔2015〕9號文）》［3］明確提出，要推進跨省跨區電力市場化交易，促進電力資源在更大范圍優化配置。2021 年11 月，中央深化改革委員會第二十二次會議指出，要健全多層次統一電力市場體系，引導全國、?。▍^、市）、區域各層次電力市場協同運行、融合發展［4-5］。隨著電力市場建設穩步有序推進、市場化交易電量比重持續提升，如何選擇更加有效的區域市場化交易機制、協調各省區經濟均衡發展，持續吸引著多方的密切關注［6-8］。事實上，不同的市場模式對價格水平、成本變化、利益格局調整等影響也各不相同，需要統籌成本、效益、環境、市場主體潛在策略等多個方面，明確主要矛盾和核心目標，全面評估、慎重優選市場模式。

國內目前形成了以“省為實體”的電力市場建設路線，其對于調動地方積極性具有重要意義，但也存在市場運作模式各自不同、規則制定執行不統一、跨省跨區市場有壁壘等問題，制約著發電資源更大范圍內的優化配置。近年來，跨區域省間富余可再生能源現貨交易［9］、省間電力現貨交易［10］等先后啟動，跨區跨省月內定期周交易［11］等相關政策也陸續印發，但大多重點聚焦于針對送端電網棄水、棄風、棄光電能的跨區外送交易，對于區域電力市場環境下的模式選擇、優劣勢梳理分析等尚未明確。

對于區域市場模式分析和選擇，相當多的學者也對此也展開了系列討論和分析［12-14］。如文獻［15-16］定義了“統一市場”和“共同市場”的概念，并對二者的市場效率進行了對比。文獻［17］認為宜先施行區域共同市場交易模式，經較長時間運行后，再逐步穩定過渡到區域統一市場模式，并從交易品種、市場時序等角度提出了若干共同市場演變路徑。文獻［18］在“共同市場”模式基礎上進一步提出了“互聯互通市場”模式，將交易出清過程劃分為分地區獨立的市場交易和涵蓋發電權、用電權、雙邊合同等交易的跨區域互聯互通交易兩步。文獻［19］將共同市場模式具體化為“統一市場、兩級交易”，提出在區域級市場開展年（月）度合約電量市場交易以滿足大部分負荷需求、在省級市場開展現貨和發電權交易以滿足小部分負荷需求的總體思路。文獻［20-22］論述了省間、省內市場“兩級出清”的方案，提出省間中長期交易物理執行，并將省間交易結果作為省內的邊界。文獻［23］探討了“統一平衡”和“分區平衡”兩種市場模式在南方區域的適用性。在上述研究中，對于區域競爭性電力交易框架下典型市場模式的劃分較為初步，多種概念相對繁雜、容易混淆，內涵定義層面也存在一定重疊，尚未從社會福利視角對市場效率開展分析，亦未能充分考慮市場主體潛在博弈行為與市場出清格局演變趨勢。面向未來構建新型電力系統的客觀需要，亟需激發市場主體活力，實現更大規模、更大范圍的新能源跨時空平衡和消納為核心立足點，應重新梳理、思考、歸納區域電力市場模式，剖析其適用性與優劣勢，以優化電力市場總體設計，助推全國統一電力市場體系建設。

在更大范圍內促進電力資源共享互濟和優化配置、以最經濟方式推動能源清潔低碳轉型和行業高質量發展等為立足點，本文基于微觀經濟學［24］等理論，依托供需理論、成本理論、均衡理論、博弈論和經濟福利等模型［25］，面向區域電力市場環境，梳理歸納目前全國范圍內各省級市場管理機構、電力市場領域專家學者等研究提出的各項方案，將區域競爭性電力交易體系劃分為“統一市場、統一出清”、“統一市場、兩級出清”、“送端優先、余量疊加”、“省內出清、余量替代”和“省內出清、增量交易”5 種典型模式，同時給出了不同市場模式的定義，分析了不同模式下的市場出清過程、價格形成機制和社會福利水平，并通過仿真算例量化測算了各種市場模式下的資源配置效率，提出配套的社會福利再分配機制為統一市場建設提供緩沖空間，為我國區域電力市場模式選擇和路徑設計提供決策參考。

1 區域競爭性電力交易典型模式運作機理

在競爭性電力交易框架體系下，省市場之間、省市場與區域市場之間、國家市場和省/區域市場之間如何銜接、跨省跨區市場化交易如何開展等存在多種模式。

1.1 模式一：“統一市場、 統一出清”模式

微觀經濟學經典原理表明，更大范圍內的市場主體集中競價出清將促成經濟效率更優的資源優化配置［26］。遵循上述原理，模式一即“統一市場、統一出清”模式定義為送受端供需雙側同臺競價，市場集中統一出清的市場模式，該模式被國內現貨試點與國外電力市場所廣泛采用。美國PJM 市場、美國得州市場等均采用此模式［27］，應用此模式的市場呈現較強的集中式特征，覆蓋地區之間通常存在較強的電力網絡聯系。

1.1.1 “統一市場、統一出清”模式運作機理

基于上述定義，在“統一市場、統一出清”模式下，該模式下市場出清結果如圖1 所示。假設A、B 分別為兩個獨立市場，且A 市場電力緊缺，B 市場電力富余，需求曲線和供給曲線分別為DA、DB、SA、SB。在不考慮跨省區過網費時，A、B 兩市場的出清點為P，統一出清價格為ρP；考慮跨省區過網費后，A 市場區內價格從ρP抬升為ρQA，B 市場區內價格從從ρP降低為ρQB。A市場發電和用戶側出清負荷分別為DQAS和DQAD，B 市場發電和用戶側出清負荷分別為DQBS和DQBD，B 市場跨省區送至A 市場的 電 量 為（DQBS-DQBD）， 其 在 數 值 上 等 于（DQAD-DQAS）。

圖1 “統一市場、統一出清”模式下的市場出清結果Fig.1 Market clearing results in the mode of "single market,unified clearing"

1.1.2 “統一市場、統一出清”模式社會福利

此模式下市場的社會福利情況如圖2 所示，統一出清后社會總福利增加等于圖中兩個藍色三角形面積△AOC和△BER之和。

圖2 “統一市場、統一出清”模式下的社會福利Fig.2 Social welfare in the mode of "single market, unified clearing"

在考慮跨省區過網費的情況下，社會福利水平均有所減少，基于圖1 所分析的市場運行結果，考慮跨省區過網費社會福利趨于下降，其損失值等于圖2 中4 個 黃 色 三 角 形△AA′QBS、 △BB′Q、△ASCC′QBD、△EE′QAD面積之和。

1.1.3 “統一市場、統一出清”模式特征及優缺點

在“統一市場、統一出清”模式下區域市場的總社會福利相比獨立市場將大幅提升，同時伴隨著區域間的利益轉移；相比獨立運行的情況，A 市場區內價格將下降、B 市場區內價格將上升，即B 市場在該模式下的用電成本將高于區內獨立市場的成本水平、A 市場在該模式下的用電成本將低于區內獨立市場的成本水平。

1.2 模式二：“統一市場、兩級出清”模式

“統一市場、兩級出清”模式于2018 年前后在國內首次被提出［28-29］，其含義為優先出清跨省區交易電量，并以此為邊界條件開展?。▍^）內出清。該模式下，跨省跨區交易定位于落實國家能源戰略，促進清潔能源消納和資源大范圍優化配置；省內交易定位于優化省內資源配置，保障電力供需平衡和電網安全穩定運行。

在兩級市場模式下，市場出清可分解為“1+N”模型（1 個省間模型、N個省內模型），目前階段兩級市場順序開展，即先進行省間市場出清再進行各省內市場出清。首先，省間交易統籌考慮各省總的發電曲線和總的購電曲線、各省化簡的等值模型，并考慮全網發用電平衡、省間聯絡線輸送能力，省間交易出清將得到省間聯絡線的出清電量和電能量交易電價。其次，在省間交易出清結果的基礎上，將省間交易形成的聯絡線計劃輸入至省內市場，省內市場以該聯絡線計劃作為市場邊界，綜合考慮省內市場發電主體、批發用戶及售電公司報價和各類約束進行省內市場出清，從而達到省間和省內兩級市場的協調。

1.2.1 “統一市場、兩級出清”模式運作機理

暫不考慮區內阻塞，“統一市場、兩級出清”模式下的市場出清過程如圖3所示。同樣假設DA和SA分別為A 市場的需求側負荷和發電側供給曲線，DB和SB分別為B 市場需求側負荷和供給側發電曲線。在不考慮跨省區過網費時，跨省跨區交易均衡點為P，過點P作平行于水平橫線，分別于線DA、SA、DB、SB相交于點QAS1、QAD1、QBS1、QBD1，即此時A市場供需雙側出清點分別為QAS1和QAD1，以及B 市場供需雙側出清點分別為QBS1和QBD1。隨后將跨省區交易結果作為區內市場出清的邊界，等效于將A市場和B市場的需求曲線DA和DB分別平移至D′A和D′B，得到A 市場區內均衡點QAS1、B 市場區內均衡點QBD1。且B 市場跨省區送至A 市場的電量為（DQBS1-DQBD1），在數值上等于（DQAD1-DQAS1），跨省區和區內市場的出清價格均為ρP。

圖3 “統一市場、兩級出清”模式下的市場出清結果Fig.3 Market clearing results in the mode of "single market,two-tier clearing"

在考慮跨省區過網費時，A 市場的出清價格同樣從ρP抬升至ρQA，B 市場的出清價格從ρP下降到ρQB。此時A 市場區內出清點為QAS，B 市場區內出清點為QBD，區內發電和出清負荷分別為DQBS和DQBD，且此時B 市場跨省區送至A 市場的電量為（DQBS-DQBD），在數值上等于（DQAD-DQAS）。

若區內市場存在阻塞，市場出清結果將發生變化。如圖4 所示，在暫時不考慮跨省區輸電費用的前提下，當區內發生阻塞時，開展區內出清時A、B兩市場的供給側曲線可能會發生偏移（例如圖中B市場和A市場曲線分別偏移至S′B和S′A），進而造成出清點分別偏移至QAS2和QBD2，此時A、B 兩市場的區內價格分別變為ρ′QA和ρ′QB，即送端區域的價格已經高于受端區域價格。

圖4 “統一市場、兩級出清”模式下考慮阻塞的市場出清結果Fig.4 Market clearing results in the mode of "single market,two-tier clearing" considering network congestion

1.2.2 “統一市場、兩級出清”模式社會福利

“統一市場、兩級出清”模式下市場社會福利情況如圖5所示。類似“統一市場、統一出清”模式，此時A、B兩市場聯合出清社會總福利增加等于圖中兩個藍色三角形△QBS1OQBD1和△QAS1RQAD1面積之和。同樣地，在考慮跨省區過網費的情況下社會福利水平有所減少，其總減少值等于圖中4 個黃色三角形△AQBSQBS1、△BQASQAS1、△CQBDQBD1、△EQADQAD1面積之和。

圖5 “統一市場、兩級出清”模式下的社會福利Fig.5 Social welfare in the mode of "single market, two-tier clearing"

1.2.3 “統一市場、兩級出清”模式特征及優缺點

相比“統一市場、統一出清”模式，“統一市場、兩級出清”模式同樣會使得送端、受端?。▍^）出清價格趨于一致。當不考慮跨省區過網費時該價格為ρP，考慮跨省區過網費時則分別為ρQB和ρQA，該模式同樣會造成區域間的利益轉移。

1.3 模式三：“送端優先、余量疊加”模式

“送端優先、余量疊加”模式定義為送端省（區）內部優先出清，將剩余電量參與受端?。▍^）集中出清的市場模式。該模式在相關文獻或學術研究中或被表述為“共同市場”模式，該模式特征之一在于由于?。▍^）內部優先出清，導致送端?。▍^）內用戶側價格能夠暫時保持穩定，短期內不會產生因跨省跨區交易造成的利益沖擊等問題。

1.3.1 出清及價格形成過程

同樣假設DA和SA分別為A 市場的需求側負荷和發電側供給曲線，DB和SB分別為B市場需求側負荷和供給側發電曲線，暫不考慮跨省區過網費的前提下，“送端優先、余量疊加”模式下市場出清過程如圖6（a）所示，B市場優先出清，得到出清交點R、出清電量DB和出清價格ρR。隨后將B市場發電側供給曲線SB和A市場發電側供給曲線SA進行疊加得到聯合供給曲線S′，該曲線S′與A 市場需求側負荷曲線DA的交點QAD即為A 市場區域內市場出清結果。此時B 市場出清價格為ρR，將B 市場供給曲線疊加至A 市場后得到A 市場出清均衡點QAD，此時A 市場出清價格為ρQ，B 市場跨省區送至A 市場的電量為（DAD-DAS），該電量在數值上等于（DBS-DB）。

圖6 “送端優先、余量疊加”模式下的市場出清結果Fig.6 Market clearing results in the mode of "supply region cleared with priority, excess power included"

若考慮跨省區過網費，該模式下市場出清結果如圖6（b）所示。類似地，此時B 市場價格仍保持ρR不變，A市場的出清價格將從ρQ抬升至ρ′Q?？梢娫撃Ｊ较翨 市場跨省區送A 市場的電能價格ρP高于B市場區域內價格ρR。

1.3.2 “送端優先、余量疊加”模式社會福利

“送端優先、余量疊加”模式下市場社會福利的情況如圖7 所示。從圖中可以看出，無論是否考慮跨省區過網費，相比“統一市場、統一出清”和“統一市場、兩級出清”兩種模式，該模式下的總社會福利有所減少，具體表現在圖中左下方的橙色三角形面積△ABR減少。

圖7 “送端優先、余量疊加”模式下的社會福利Fig.7 Social welfare in the mode of "supply region cleared with priority, excess power included"

1.3.3 “送端優先、余量疊加”模式特征及優缺點

根據前述分析可知，在“送端優先、余量疊加”模式下，送端區域B 的市場價格可以在短期暫時維持不變（仍為ρR）。然而在該模式下市場交易的均衡點并不會一直保持不變。其原因在于B 市場跨省區送A 市場的電能價格ρP高于B 市場區域內市場價格ρR，即區域內、區域間市場之間存在價格差異，區域內機組將形成自發動機進行偏離邊際成本的抬升報價進而求取在區域間市場出清。最終造成B 區域內市場價格逐漸抬升至與區域間市場價格持平的結果，如圖8所示。

圖8 “送端優先、余量疊加”模式下市場均衡狀態Fig.8 Market equilibrium state in the mode of "supply region cleared with priority, excess power included"

1.4 模式四：“省內出清、余量替代”模式

“省內出清、余量替代”模式定義為，在送受端?。▍^）內部分別優先出清后，將送端?。▍^）富余電量由跨省區交易購入進而替代受端省份（區）部分發電的市場模式。該模式在文獻［15］中作為“區域共同市場”模式被首次提出，為推進區域電力市場建設提供了一種典型方案。

1.4.1 “省內出清、余量替代”模式運作機理

在不考慮跨省區過網費的情況下，“省內出清、余量替代”模式下的市場出清過程如圖9（a）所示。首先，B 市場先出清，得到出清交點O、出清電量DB和出清價格ρO；隨后將B 市場內發電側供給曲線SB和A 市場內發電側供給曲線SA進行疊加得到聯合供應曲線S′，S′與A 市場內需求側負荷曲線交點R的垂線相交于點QA，此時A 市場區域內價格為ρQ，區域機組出力為DAS，B 市場跨省區送至A 市場的電量為（DA-DAS），該電量在數值上等于（DBS-DB）。

圖9 “省內出清、余量替代”模式下的市場出清結果Fig.9 Market clearing results in the mode of "provincial market cleared with priority, excess power for alternative"

在考慮跨省區過網費的情況下，市場出清結果如圖9（b）所示。此時B 市場內的價格水平仍保持ρR不變，A市場出清價格從ρQ抬升至ρ′Q。

1.4.2 “省內出清、余量替代”模式社會福利

“省內出清、余量替代”模式下市場社會福利如圖10 中藍色三角形所示；考慮跨省區輸電費用后社會福利將同比進一步下降，減少值等于圖中兩個黃色三角形△ABQAS和△CEQBS的面積之和。可見，相比“送端優先、余量疊加”，該模式下A、B 兩市場的總社會福利將進一步收縮。

圖10 “省內出清、余量替代”模式下的社會福利Fig.10 Social welfare in the mode of "provincial market cleared with priority, excess power for alternative"

1.4.3 “省內出清、余量替代”模式特征及優缺點

與“省內出清、余量疊加”模式相似，如圖11所示，該模式同樣會造成B 區域內機組產生偏離邊際成本的抬升報價動機，最終導致B 區域內市場價格逐漸抬升至與區域間市場交易價格持平。

圖11 “省內出清、余量替代”模式下市場均衡狀態Fig.11 Market equilibrium state in the mode of "provincial market cleared with priority, excess power for alternative"

1.5 模式五：“省內出清、增量交易”模式

“省內出清、增量交易”模式定義為，在送受端省（區）內部分別優先出清后，送端?。▍^）富余電量開展送受端增量交易的市場模式。該模式與當前國內正在實施或預計實施的跨省區富余可再生能源交易、省間電力現貨交易等模式較為接近。

1.5.1 “省內出清、增量交易”模式運作機理

在不考慮跨省區過網費的情況下，“省內出清、增量交易”模式下的市場出清過程如圖12（a）所示。首先，B 市場先出清，得到出清交點O、出清電量DB和出清價格ρO；隨后將平行于B市場SB的發電側供給曲線S′B與平行于A 市場DA的需求側負荷曲線D′A納入增量交易，兩條曲線交點為Q′。此時A 市場出清價格為ρQ，B 市場跨省區送至A 市場的電量為（DBS-DB），該電量在數值上等于（DAD-DA），可見該模式下，跨省區交易電量規模相比前幾種模式將大幅下降。

圖12 “省內出清、增量交易”模式下的市場出清Fig.12 Market clearing results in the mode of "provincial market cleared with priority, incremental power to be traded later"

在考慮跨省區過網費的情況下，市場出清結果如圖12（b）所示。此時B 市場內的價格水平仍保持ρO不變，A市場出清價格將從ρQ抬升至ρ′Q。

1.5.2 “省內出清、余量替代”模式社會福利

如圖13 所示，“省內出清、增量交易”模式下A、B 兩市場社會總福利等于圖中3 個藍色三角形△AHI和△EGR面積之和；考慮跨省區過網費后，社會福利的總減少值為圖中3個黃色三角形△ABQ′和△EFQAD面積之和。

圖13 “省內出清、增量交易”模式下的社會福利Fig.13 Social welfare in the mode of "provincial market cleared with priority, incremental power to be traded later"

1.5.3 “省內出清、余量替代” 模式特征及優缺點

根據出清過程分析可知，“省內出清、增量交易”模式同樣會造成B 市場區域內機組的偏離邊際成本抬升報價行為，最終導致B 市場內價格逐漸抬升至與區域間市場價格持平，如圖14 所示。需要說明的是，相比其他模式，“省內出清、增量交易”模式下的跨區域交易電量大幅收縮，即通過跨省跨區交易給A 市場內用戶帶來的綜合效用急劇下降，受端區域的部分高價負荷需求通常不一定能夠被滿足，亦不利于跨區域交易紅利的充分釋放。

圖14 “省內出清、增量交易”模式下市場均衡狀態Fig.14 Market equilibrium state in the mode of "provincial market cleared with priority, incremental power to be traded later"

2 區域競爭性電力交易典型模式對比總結

面向區域統一市場建設環境，基于上述5 種不同的交易模式，對市場價格、社會福利以及外部影響進行對比總結。在開展區域電力市場建設進程中，需要統籌成本、效益、環境、市場主體潛在策略等多個方面，明確主要矛盾和核心目標，慎重選擇市場模式。區域競爭性電力交易模式對比如表1所示。

表1 區域競爭性電力交易模式對比Tab.1 Comparison of regional competitive electricity trade modes

在市場價格方面，綜合對比5 種典型市場模式，選取“送端優先”或“省內優先”的市場出清模式終究無法確保在維持某?。▍^）內市場價格始終保持平穩，即在不限制市場主體參與跨省區交易的前提下，即使采用區域間、區域內市場分級出清的方式來維持送端區域價格水平，市場主體的博弈行為也會導致送端市場價格變動，最終與“統一市場、統一出清”模式趨同。即若采用形成省間、省內價格差異的方式來維持送端?。▍^）內的價格水平穩定，將造成參與跨省區交易的發電機組價格普遍高于?。▍^）內發電機組，進而激勵更多省（區）內機組抬升報價以達到不在?。▍^）內出清而在省間市場出清的目的，最終使得送端省（區）發電報價整體抬升，造成該省（區）價格加上跨省區輸電價近似等于受端?。▍^）價格的情況。因此基于此出發點構建的跨省區交易市場模式始終不能扭轉送受端?。▍^）價格趨同的整體趨勢。需要說明的是，在市場運行初期階段，難免會出現省間市場與省內市場之間的“信息壁壘”，使得價格信息不能夠及時地傳遞至所有的市場參與者，同時每個參與者所進行的交易活動及其結果也無法完全、及時地通過價格體系得到傳遞。然而隨著市場運行趨于常態化，市場交易頻次的增加、公開披露的交易信息數量的上升，市場主體很大概率會廣泛知悉市場出清價格、市場成交電量等基礎信息，并能夠快速掌握市場形勢、主動優化競價以充分融入省間和省內市場交易。

在社會福利方面，由于不同市場模式對區域價格水平影響作用近似，社會福利或將成為評估市場模式效率的核心指標?；谇笆龇治?，“統一市場、統一出清”的總社會福利最大，與不考慮?。▍^）內阻塞情況下的理想“統一市場、兩級出清”模式近似相等；“省內出清、余量疊加”模式其次，再次是“省內出清、余量替代”模式，“省內出清、增量交易”模式的社會福利增加最小，跨省區交易電能總量的成交水平也按此順序從高到低。即以“送端優先”或“省內優先”的市場模式將壓縮跨省區交易的市場空間，造成跨省跨區交易電量規模受限，在增加市場機制設計的復雜程度、提升市場主體報價的復雜程度、增加博弈成本的同時也會造成整體社會福利損失，且跨省區余缺互濟的市場模式下社會福利受損最大。與此同時，前兩種模式可能會造成送端省（區）價格的大幅抬升，然而“省內出清、余量疊加”和“省內出清、余量替代”模式雖然能夠短時保障送端?。▍^）價格不變的情況下仍具有一定水平的社會福利增加，但其效果不可持續。

南方區域電力市場環境下，考慮到南方五省區電網運行呈現交直流混聯結構，僅西電東送通道就包含“八條交流，十一條直流”共19 條500 kV及以上的大型輸電通道，運行方式十分復雜，省間、省內存在多個輸電斷面，阻塞情況十分嚴重，對市場的運行具有極高的要求。在如此復雜的電網結構下，分級進行的市場將難以保證市場交易結果的物理執行，影響市場主體的合理利益，無法保證資源的最優配置，綜合上述分析，“統一市場、統一出清”的市場模式為區域電力市場的優選方案。

3 區域競爭性電力交易典型模式建模

3.1 “統一市場、統一出清”模式

基于電力市場經濟學基本原理和前文所述“統一市場、統一出清”模式的定義，暫不考慮跨省區過網費，單時段市場出清模型可表示為：

3.2 “統一市場、兩級出清”模式

基于“統一市場、兩級出清”模式的含義，先將區域近似等價成一個節點，先開展跨省跨區交易，相當于原模型中刪除約束式（4）進行優化出清。在獲得跨區域交易結果Pijl后，再以此為邊界條件再進行區域內部的出清，具體如下。

需要說明的是，在區域內部幾乎無阻塞（傳輸容量極為充裕）時，“統一市場、兩級出清”模式的市場出清模型與“統一市場、統一出清” 在數學上的表征相一致。

3.3 “送端優先、余量疊加”模式

“送端優先、余量疊加”模式運作過程可劃分為兩步，首先送端區域優先出清，此時的出清模型與區域內市場集中出清模型相同；在獲得送端區域內的市場出清結果，即明確送端區域內已經獲得出清的市場主體集合ΩT后，將剩余電量參與受端區域市場進行聯合出清，因此式（1）和式（2）變為：

式中ΩS為去除送端區域內已出清部分外的市場主體集合，即：

3.4 “省內出清、余量替代”模式

類似“送端優先、余量疊加”模式，在“省內出清、余量替代”模式下，先分別進行送受端區域內的市場出清，該過程同樣采用區域內市場集中出清模型；在獲得送受端區域市場出清結果后，將送端富余電量中具有競爭優勢的部分對受端區域的部分發電進行替代?？梢钥闯?，在“省內出清、余量替代”模式下，受端區域的用戶需求已在送受端區域內的市場出清階段已經確定，在發電替代階段負荷呈剛性，因此式（1）和式（2）變為：

3.5 “省內出清、增量交易”模式

在“省內出清、增量交易”模式下，同樣先開展送受端區域內的市場出清。另外，在完成送受端區域內市場出清后，通過區域間交易進行富余電力出售或購入，因此原式（1）和式（2）變為：

式中ΩS和ΩQ分別為去除送受端區域內已出清部分（ΩT和ΩP）外的市場主體集合。

4 算例分析

本節算例重點分析區域電力市場環境下不同市場模式下的資源配置效率?？紤]到目前南方五省區能源電力供電格局下，送受端關系非常明顯，為簡化計算過程、突出分析重點，此處面向“送端—受端”系統環境，并在不影響模型準確性和結果的前提下，假設購售電報價函數均為線性，暫不考慮跨省區輸配費用，市場的運行效率體現為系統的社會福利水平。此外，若存在多個受端省份或多個送端省份，在假設不同受端省份輸電費用一致的前提下，在分析過程中只會改變供需曲線的形狀，不會影響相關結論的成立。

4.1 模擬算例一

選擇基本的兩區域模擬系統作為本算例市場模型的網架結構，如圖15所示。區域A、區域B 均為省級市場區域，且區域A 為電能購入（受段）區域，區域B 為電能售出（送端）區域，假設區域A 和區域B之間輸電容量不受限，計算時段為1 h，發電機組和負荷參數見表2。

表2 發電和負荷相關參數(模擬算例一)Tab.2 Parameters of the generation and load of simulation case 1 元/MWh

圖15 模擬算例一系統圖Fig.15 System diagram of simulation case 1

利用式（1）—（24）的市場出清數學模型求解優化問題，分別計算5 種市場模式下的運行結果，所得送端區域、受端區域發電側和用戶側的出清電量及成交價格水平如表3所示。

表3 仿真算例一計算結果Tab.3 Results of the simulation case 1

從計算結果可以看出，在區域A 和區域B 之間無阻塞的情況下，模式一“統一市場、統一出清”與模式二“統一市場、兩級出清”的市場出清結果相同；與模式一和模式二相比，采用模式三至模式五使得送端區域（區域B）內負荷側價格維持在了相對較低的水平；另外，5 種市場模式下的社會福利分別 為918.4 元、918.4 元、55.8 元、47.6 元 以 及45.4 元，所得結論與表1 所述相一致，從市場資源配置效率最優的角度出發，模式一與模式二更具備優越性。

4.2 模擬算例二

雖然在上述模擬算例一中模式一“統一市場、統一出清”與模式二“統一市場、兩級出清”模擬結果相同，但二者本質上屬于不同的模型，存在不同的出清邏輯以及在部分場景下存在不同的“均衡”結果?！敖y一市場、統一出清”模式下，在省間交易與省內交易統一出清中，聯絡線交換電量和市場價格與省內市場完全銜接，成為一個整體實現“量、價”耦合。在市場交易中納入各市場成員的報價、關鍵通道安全約束，并考慮全網發用電平衡、省間聯絡線輸送能力，省內線路輸電能力，全局優化出清，由此可見“統一市場、統一出清”是考慮全網市場出清優化約束條件（包括市場申報約束、系統運行約束），面向全系統經濟性最優的出清過程。而“統一市場、兩級出清”模式下首先優先開展省間市場出清過程，此時省內市場僅需提交總的發電曲線、總的購電曲線以及各省化簡的等值模型，市場出清模型得以極大簡化；隨后將省間優化出清后的結果作為省內交易出清的邊界輸入條件，在省內市場中得以出清，總體出清過程分兩步執行。為進一步體現兩種模式的差異，構建考慮阻塞的市場交易環境，如圖16所示。

圖16 模擬算例二系統圖Fig.16 System diagram of simulation case 2

考慮到區域之間可能存在阻塞，構建涵蓋三區域的模擬算例二，對模式一和模式二進行進一步的對比分析，如圖16所示。其中假設區域B 和區域C為某一省級市場的內部區域，區域A 為另一省級市場區域，相關系統參數見表4。

表4 相關系統參數(模擬算例二)Tab.4 Related parameters of the power system of simulation case 2 元/MWh

考慮省級市場內、省級市場間傳輸約束以及可能發生的系統阻塞的情況下，“統一市場、統一出清”模式與“統一市場、兩級出清”模式下的市場運行結果如表5所示。

表5 模擬算例二計算結果Fig.5 Results of the simulation case 2

經計算，在考慮區域內阻塞的情況下“統一市場、統一出清”模式相比“統一市場、兩級出清”模式社會福利增加112.1 元。這與前文的理論分析和預判基本一致：兩種模式在出清模型上具有本質上的差異，在省內阻塞較為嚴重時，將各省化簡“坍縮”至簡化節點的省間出清方式或將造成市場出清結果與實際物理運行的偏離，從而可能帶來全系統層面的社會福利損失。綜上所述，當?。▍^）內存在阻塞時，相比“統一市場、統一出清”模式，“統一市場、兩級出清”模式下的市場運行出現了一定程度上的社會福利的損失，說明區域統一市場環境下，“統一市場、統一出清”模式是資源配置效率更高、社會福利更大、市場融合程度更充分的優選市場模式。

5 結論

本文討論了區域競爭性電力交易框架下五種典型市場模式的運作機理和市場效率。通過理論分析和算例測算得出如下結論：一是不同價格形成方式對區域電力交易價格的影響效果類似。在不限制市場主體參與跨省區交易的前提下，即使采用區域間、區域內市場分級出清的方式來維持送端區域價格水平，市場主體的博弈行為也會導致送端市場價格變動，最終與“統一市場、統一出清”模式趨同。二是區域統一市場宜以“統一市場、統一出清”模式作為發展目標。由于不同市場模式對區域價格水平影響作用近似，因此更宜采用資源配置效率更高的“統一市場、統一出清”模式作為區域市場的發展目標。

區域統一市場體系建設是一個復雜的系統工程，一方面應強化市場頂層設計，持續提升市場組織能力、信息獲取能力，不斷完善市場運營協同機制、利益調整機制、信息披露機制、運行分析評估機制等；另一方面應持續開展技術攻關，包括海量交易數據管理與維護技術、復雜系統環境下的市場出清優化技術等，為市場運行提供技術保障。