中国电力科学研究院电力自动化所副所长
中国电机工程学会电力市场专委会秘书长 杨争林
电力市场运营系统，实际是电力市场规则的具体化，把规则条文变为可以运作的一套平台，支撑市场的主体按照规则进行竞争，形成市场价格，配置电力资源。电力市场设计能否真正落地实际取决于电力市场运营系统中执行程序是否与规则保持一致。
为了对市场规则进行研究和定量分析，在国网公司的支持下，中国电科院电力自动化研究所建设了电力市场运营技术实验室，模拟一个省中长期交易和现货交易，包括电能市场和辅助服务市场，通过模拟所有市场主体投标行为分析市场走向。电力现货市场运营系统主要服务对象为调度机构，在计划模式下对一个安全约束经济调度，市场模式下的通常称为电力现货市场运营系统。电力市场运营技术实验室的实验环境主要包括三个方面，分别为模拟调度和交易中心的市场组织行为，市场主体参与行为，以及模拟电网在市场交易结果下的运行状态。目前依托该模拟环境，受北京交易中心的委托，做了中长期交易、结算场景推演，也为广东电力现货市场做了节点电价场景分析。
电力市场运营系统（现货系统）在我国并不新鲜，2000年时我国已经有现货系统，并在浙江运行超过3年，当时已经构造了日前市场和实时市场，在实时市场每10分钟滚动进行电能市场出清，形成实时电价。2005、2006年华东区域市场也是典型的现货市场，支撑平台是典型的电力现货市场技术支持系统，内核也是采用节点电价定价机制和安全约束调度。
一、电力市场运营技术支持需求
电力市场运营模式涵盖三个维度，即商品类型、交易周期和交易方式。按照交易周期，通常分为现货市场（日前、日内、实时）和中长期市场，其实这个分法并不科学。从交易品种上看，有输电权、发电权，电能，辅助服务市场，将来还会建设容量市场。交易方式上，现在较多较重要的是双边交易，现货实施后，集中交易是唯一的交易方式。电力市场技术支持系统要完整地支持这三个维度。对电力市场运营系统最有影响的是分散式、集中式模式，两种模式对应两套市场体系和IT系统。实际上，成熟的市场很难出现纯粹的分散式、集中式。中长期交易在日前和实时执行中可能由买卖双方决定结果及执行方式。因而，金融和物理的概念在将来每一个市场都会出现，最终都会由市场主体自行选择。
电力供应需要实时平衡，供需瞬间完成，实现电力交付。市场模式都围绕交付这一刻展开服务。等交付点完成后，电力市场运营系统对实际交付情况进行采集，根据采集和交易情况进行电能的清分、辅助服务的清分、结算账单的支付。
电力市场技术支持需求为三大类，主要是提供于电力交易机构的中长期合约交易系统、服务于调度运行的电力现货市场运营系统，以及服务于这两个市场的电力市场结算系统。结算系统通常作为相对独立的一套系统进行考虑。
二、电力市场运营系统架构
电力市场运营系统功能架构为三部分。第一是通常意义上的合约系统，也就是中长期交易系统。包括市场的注册、数据申报信息发布、信用管理等，通常由交易中心负责运作。第二是结算系统，包括双边、集中，既包括交易中心组织的交易也包括调度中心将来要组织的交易，都在这个模块进行结算。第三是现货市场的相应功能，包括负荷预测、设备检修优化、多日机组组合、滚动预出清、日前预出清，实时市场出清、市场力识别、辅助服务等。
电力市场运营系统分布在多个安全区。市场主体（发电、售电、电力用户，监管机构、政府相关部门）通过互联网接入数据申报和信息发布系统。所有的市场成员信息都从此系统而来，并进入后续环节。发布信息，来自于现货系统、合约系统以及结算系统，信息发布的来源由这三个系统提供。合约系统的数据传递给现货系统，现货系统和已有调度系统会进行大量的数据交互，包括网络模型数据以及电网运行数据，与数据申报发布系统也进行整个报价的传递。
电力市场运营系统技术架构不同于现有的调度控制系统和合约交易系统，是一个基于云平台专用的电力市场运营系统。它和原有调度自动化系统的差异在于：调度运营系统关注的是电网运行断面，关注最新的电网运行情况，保证这个时间点的供需平衡和电网安全；而电力市场运营系统关注的是时间段，现货市场出清的是一天所有时间市场的运行情况，中长期合约关注的是一个月甚至是一年的市场运行情况。这个差异会造成整个系统架构设计的差异。此外，电力市场运营系统也不是纯粹的信息管理系统，它包含专业的分析和计算，如市场出清、电网安全分析等。因而，电力市场运营系统在架构设计时借鉴了调度自动化的系统，以及没有电网模型支撑的中长期交易系统，国外的电力市场运营系统，以及像12306互联网应用系统的设计特点。这个系统平台既不是现在调度系统平台，也不是交易系统平台，是一个专用的技术平台。
电力市场运营系统部署架构中，市场接入即数据申报和发布部署在外网，所有的市场主体都通过外网接入系统。中长期合约和结算系统由交易中心应用，部署在信息内网，信息内网和外网之间的存在一个逻辑隔离装置。现货系统主要部署在调度生产区和调度控制区域。这两个区域之间也存在一个逻辑的强隔离装置。通过隔离装置，把电力市场运营系统部署划分信息外网（数据申报与信息发布）、信息内网（中长期合约系统和结算系统）、调度生产区（现货系统）、调度控制区（现货系统）这四个大区。
三、电力市场运营系统的主要难点
电力市场运营系统设计和开发主要的困难有六个方面。
1.数据申报与发布。首先，用户和终端增多，挑战跨安全区的即时申报与发布。所有市场主体的报价从外网进入系统，通过内外网隔离到达信息大区进入交易系统。通过交易系统传递到调度（现货系统）。通过日前传递到实时进入生产控制区，这是信息流过程。相对以前，数据申报有一下几方面变化。一个是用户数变化，原来市场局限于发电企业，一般省里以百为数量级，个别地方可能会到以千为数量级。随着接入外网用户增加，可能会上万，有些地方已经突破2万。随着市场的放开，10万以上的用户访问是一个正常现象，而且用户除了用电脑终端，也使用手机或者ipad等终端访问系统。如何保障用户快速读取数据并不是一个简单的问题。首先，所有的申报数据到现货市场进行出清，穿过信息内外网的隔离装置进入现货系统，再从现货系统把出清结果或确认结果反馈回来，过程时间很长。需要通过一个合理的方式，让用户瞬间确认报价成功，这需要很多的技术支撑。这和淘宝网可能有一些差异，因为淘宝网是一个TCP/IP网络沟通，没有隔离装置进行相应的控制。
其次，数据接入、传输、存储和查阅的安全性。申报数据要保证在传递的过程中不被别人看到，那么，数据在穿越隔离装置的时候，既要保证迅速，还要保证这些信息始终是加密传输，连交易组织机构也不能事先查看。根据实际了解的用户报价情况，大量的电厂和售电公司往往会在最后5到10分钟才提交真实报价。而在短时间内，如何保证系统能够可靠地接入申报数据，需要采取一系列的保障措施。
2.安全约束出清。日前和实时的市场出清需要考虑诸多方面，一是网络拓扑，即出清时未来一整天的网络拓扑结构。二是输送能力，即知道每个输送通道的最大输送能力，保障出清结果不能超出电网的输送能力。三是预想故障，在预想的电网故障情况下不能造成出清结果无法执行。市场出清还需要考虑机组的运行参数，比如启停参数、备用需求、调频需求等。这些数据都要进入市场出清，所以市场出清的理论复杂度是很高的。这个环节到底复杂在什么地方？第一是如何识别数据问题，接入的所有数据都准确才能进行后续计算。这项要求的复杂度已很高。第二是保障计算正确，该中标的市场成员计算出来一定是中标，而不至于算完以后可能是另外一个中标了，特别是两次计算优化目标没有太大差异，但可能是A机开切换成了B机开，这是市场不能接受的。特别要考虑，电能市场还要和备用、调频市场进行耦合。第三是保障计算稳定性，每次都能计算出来。如果今天报价截止了，半个小时以后没结果，市场就无法运行，还会失去市场成员的信任。所以，要保障计算稳定并每次能够收敛。第四是控制计算时间，能够在10分钟之内、20分钟之内或者30分钟之内，绝对可靠地完成市场出清。
3.市场定价。中标的量和价决定了成员最终收益。例如，按边际电价出清，系统划定价格就是中标价。但是如果价格处在两个申报段的边界，应该如何选择电价？按照节点定价方式，出现阻塞后，节点电价发生多种变化，市场的主体该如何理解、接受价格背后的经济规律，并保证节点价格找到最合适的发电方案？定价是不是一定按计算作为最终的定价结果？理论的东西未必一定作为最终定价结果。
4.市场结算。如果现货市场投入运行以后，特别是调频、备用这些辅助服务市场进入以后，电能结算间隔5分钟，每月结算记录数超过千万，调频结算以秒为间隔进行执行统计，每月结算记录数超过5亿条，此外还有备用结算、考核结算、补偿结算、追补结算等，市场的结算强度是目前的成千上万倍甚至几十万倍。为此，系统一要支撑多交易类型，支持中长期和现货市场，支持电能、辅助服务及其他商品的复杂结算。二要能配置结算规则，支持结算逻辑的用户定义，适应规则调整。三要自动结算，支持结算任务的自动调度，自动计算、重算。四要性能高，能够在30分钟或者更短时间之内完成周结算及月结算计算。
5.人机交互定制。市场规则可能每个月都在发生变化，这当中就需要能够有快速地人机定义和响应的工具。开发工作要做到用户自定义人机界面，所见即所得，图形定义发布迅速；图形组件间消息联动，交互能力强；图形支持日期、市场成员、机组等选择，支持多时段多周期数据的同图显示；支持丰富的可视化展示形式等。
6.数据交换。系统内部各个子系统之间进行大量数据的交互。系统和调度中心、交易中心内部系统也有大量的交互。同时，这个系统和营销、财务还有大量的数据交换，而且还和上一级调度中心及交易中心进行数据交互。而任何数据异常都会导致市场出清的不可信或者不可用。
四、市场设计相关建议
第一，市场设计不能只考虑当前情况。不能以供大于求的现状，要求整个市场设计规则的条款都是本着这个供求关系而进行设计。要考虑供不应求的情况能否承受价格上升，而且机制里面能够应对价格上升。从计划转换到市场以后，供求关系本来就交给市场来调节，如果只设计一个供大于求的市场的话，那市场注定是没有办法长久运行。遗憾的是，我们在参与各种讨论的时候，真正的政策制定者往往把供大于求作为设计重要基础来考虑。
第二，政府调控和市场分开。市场自由竞争和政府宏观调控是市场两个重要环节，必然结合在一起。但是在市场设计时应该明确区分，比如配额制本身是一个市场行为，比如燃气补贴、清洁能源补贴，不应该设计到市场出清机制里面，应该是市场出清这个自由竞争之外，作为政府的一个调控手段。出清软件里水电、风电、光伏、核电、燃气电厂等同台竞争。如果说它们没有同台竞争能力，那将来还需要这些电源吗？从这个角度来说，应该把市场和政府调控分开，而不是在规则设计的时候混淆在一起。
第三，保证市场有竞争性。设计市场的竞争不要超出预想的轨道，应有安全防范。这个防范是一个边界，而不是一个点。可以设置最高限价和最低限价，可以随着市场的不同阶段进行调整。但是不要预期价格一定升或者降，更不要预期落在哪个点上。
第四，中长期和现货无法剥离开并且相互支撑。笔者认为，电力市场的目的本身是希望改变现在计划的管理运作机制。市场运行的结果和计划管理的结果很可能就是不一样的，如果计划的结果就是将来市场希望追求的结果，那就不要建设电力市场了。计划成本是最低的，各方的投入也是很低的，市场更重要的作用是优化存量的同时，能够让市场主体自由的进出这个市场，更多配置未来资源，鼓励改进技术，降低成本。
原文首发于《电力决策与舆情参考》2019年2月15日第6期
