基于ABM 仿真的實(shí)時(shí)市場(chǎng)結(jié)算不平衡費(fèi)用分析

孫培博，周 明，張 磊，武昭原，王劍曉，李庚銀

（新能源電力系統(tǒng)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室（華北電力大學(xué)），北京市 102206）

0 引言

2017 年8 月，國(guó)家發(fā)改委和國(guó)家能源局聯(lián)合發(fā)布了《關(guān)于開(kāi)展電力現(xiàn)貨市場(chǎng)建設(shè)試點(diǎn)工作的通知》，選擇廣東省等8 個(gè)代表性地區(qū)進(jìn)行現(xiàn)貨市場(chǎng)體系試點(diǎn)，探索構(gòu)建中長(zhǎng)期交易與現(xiàn)貨交易結(jié)合的市場(chǎng)體系［1-2］。試點(diǎn)通過(guò)多次探索，為現(xiàn)貨市場(chǎng)機(jī)制設(shè)計(jì)積累了寶貴經(jīng)驗(yàn)［3-4］。但由于各試點(diǎn)市場(chǎng)結(jié)構(gòu)、交易機(jī)制等多方面存在差異，導(dǎo)致在實(shí)際結(jié)算過(guò)程中產(chǎn)生大量不平衡費(fèi)用，使得市場(chǎng)運(yùn)營(yíng)偏離正常狀態(tài)，超出設(shè)計(jì)者預(yù)期設(shè)想［5］。

電力現(xiàn)貨交易難免存在通過(guò)合同分解或日前交易制定的計(jì)劃發(fā)用電量與實(shí)際發(fā)用電量之間的偏差［6］，主要通過(guò)實(shí)時(shí)平衡市場(chǎng)來(lái)保證系統(tǒng)電力電量供需平衡，同時(shí)平衡機(jī)制配合處理交易中產(chǎn)生的各類費(fèi)用。其中，在市場(chǎng)運(yùn)行結(jié)束后進(jìn)入結(jié)算階段時(shí)統(tǒng)計(jì)的市場(chǎng)交易中產(chǎn)生的總體不平衡費(fèi)用即為結(jié)算不平衡費(fèi)用。然而，在系統(tǒng)電量平衡的情況下依然產(chǎn)生了結(jié)算不平衡費(fèi)用問(wèn)題，本質(zhì)原因是平衡機(jī)制規(guī)則導(dǎo)致市場(chǎng)對(duì)于同一部分不平衡電量的結(jié)算價(jià)格出現(xiàn)了差異，運(yùn)營(yíng)方難以維持平衡服務(wù)費(fèi)用和不平衡電量費(fèi)用的收支平衡。由于不平衡電量結(jié)算影響成員收益，因此成員利用平衡機(jī)制互動(dòng)會(huì)加劇結(jié)算差異性，更易引發(fā)“電量平衡而資金不平衡”，故結(jié)算不平衡費(fèi)用問(wèn)題與市場(chǎng)平衡機(jī)制及其誘導(dǎo)下的成員行為具有強(qiáng)關(guān)聯(lián)性。

成熟電力市場(chǎng)的平衡機(jī)制能有效銜接分散的市場(chǎng)運(yùn)營(yíng)與系統(tǒng)化集中調(diào)度，發(fā)掘?qū)崟r(shí)平衡價(jià)格，保證市場(chǎng)運(yùn)行穩(wěn)定與經(jīng)濟(jì)［7-8］。而國(guó)內(nèi)相關(guān)問(wèn)題多在于實(shí)施“計(jì)劃+市場(chǎng)”雙軌制政策下產(chǎn)生的不平衡費(fèi)用［9］，另外還包括大量非市場(chǎng)化用戶產(chǎn)生的電量波動(dòng)及考核費(fèi)用等，如廣東電力市場(chǎng)針對(duì)特殊機(jī)組等分為多類不平衡費(fèi)用。中長(zhǎng)期電量交易中的不平衡電量需要制定偏差電量處理方法進(jìn)行約束［10］，另外也要積極開(kāi)展短期電量交易并搭配合理的平衡機(jī)制。

關(guān)于平衡機(jī)制與不平衡費(fèi)用，已有針對(duì)歐洲平衡容量及能量市場(chǎng)對(duì)平衡結(jié)算影響［11-12］、平衡機(jī)制設(shè)計(jì)要素提取［13］、基于仿真模型及評(píng)估方法量化不平衡費(fèi)用［14］、不平衡費(fèi)用宏觀政策分析［15-16］等方面的研究。然而現(xiàn)有文獻(xiàn)主要基于高度市場(chǎng)化環(huán)境及成熟平衡機(jī)制，缺少針對(duì)發(fā)展初期關(guān)于平衡市場(chǎng)的仿真方法，故需要有合理手段模擬市場(chǎng)主體行為并先驗(yàn)平衡機(jī)制設(shè)計(jì)效果，減少結(jié)算不平衡費(fèi)用的產(chǎn)生。本文基于上述背景及文獻(xiàn)［14］的分析方法，進(jìn)一步研究市場(chǎng)中平衡服務(wù)主體決策行為、不平衡電量結(jié)算價(jià)格及新能源機(jī)組保護(hù)政策對(duì)結(jié)算不平衡費(fèi)用的影響。首先，介紹了實(shí)時(shí)平衡市場(chǎng)及其與結(jié)算不平衡費(fèi)用的關(guān)系；然后，建立多市場(chǎng)主體參與交易的實(shí)時(shí)平衡市場(chǎng)主體代理模型（agent-based model,ABM）；最后，通過(guò)算例分析平衡服務(wù)供應(yīng)商決策比例、不平衡電量結(jié)算機(jī)制和新能源出力免考核區(qū)間對(duì)結(jié)算不平衡費(fèi)用的影響，并提供相關(guān)建議。

1 平衡機(jī)制與不平衡費(fèi)用的關(guān)系

1.1 實(shí)時(shí)平衡市場(chǎng)運(yùn)行概述

實(shí)時(shí)平衡市場(chǎng)主要包括：1）系統(tǒng)運(yùn)營(yíng)商（system operator，SO），負(fù)責(zé)維持系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行和市場(chǎng)正常運(yùn)營(yíng)狀態(tài)，在國(guó)內(nèi)由系統(tǒng)調(diào)度和電力交易中心承擔(dān)有關(guān)職責(zé)；2）平衡服務(wù)供應(yīng)商（balance service provider，BSP），負(fù)責(zé)為各類可調(diào)度資源在市場(chǎng)中提供多種平衡服務(wù)；3）平衡責(zé)任主體（balance responsible party，BRP），導(dǎo)致系統(tǒng)出現(xiàn)不平衡電量的責(zé)任方。平衡市場(chǎng)主體交互關(guān)系如圖1所示。圖中實(shí)線表示平衡市場(chǎng)物理結(jié)構(gòu)和流程結(jié)構(gòu)框架，虛線表示市場(chǎng)主體與平衡市場(chǎng)要素交互情況及其通過(guò)市場(chǎng)中環(huán)節(jié)與其他主體間建立的聯(lián)系。按照服務(wù)屬性，平衡服務(wù)又分為平衡容量和平衡電量。SO 為保證在實(shí)時(shí)運(yùn)行過(guò)程中系統(tǒng)的可靠運(yùn)行，提前在日前市場(chǎng)向市場(chǎng)成員采購(gòu)平衡容量服務(wù)［17］。SO 將日前申請(qǐng)?zhí)峁┢胶夥?wù)機(jī)組提交的報(bào)價(jià)整理后，根據(jù)系統(tǒng)預(yù)測(cè)的不平衡需求選定機(jī)組作為BSP，SO 向BSP 支付容量補(bǔ)償費(fèi)用。實(shí)際運(yùn)行時(shí)，根據(jù)系統(tǒng)在下個(gè)時(shí)段產(chǎn)生的平衡需求，BSP 機(jī)組上下調(diào)節(jié)平衡服務(wù)報(bào)價(jià)，SO 根據(jù)不平衡需求按序選中機(jī)組直至供需平衡。中標(biāo)機(jī)組將在市場(chǎng)中對(duì)應(yīng)時(shí)段提供平衡服務(wù)。當(dāng)市場(chǎng)運(yùn)行結(jié)束進(jìn)入結(jié)算階段時(shí)，SO 對(duì)BSP 和BRP 收取或支付費(fèi)用。

1.2 實(shí)時(shí)平衡市場(chǎng)中影響結(jié)算不平衡費(fèi)用的要素

現(xiàn)貨市場(chǎng)中，日前市場(chǎng)出清可以對(duì)沖實(shí)時(shí)市場(chǎng)風(fēng)險(xiǎn)，實(shí)時(shí)市場(chǎng)出清兼有結(jié)算和調(diào)度功能，但不確定因素多，市場(chǎng)主體在實(shí)時(shí)市場(chǎng)中套利手段更靈活，兩市場(chǎng)間結(jié)算電量并不能準(zhǔn)確契合，都反映在結(jié)算不平衡費(fèi)用中。因此，本文重點(diǎn)關(guān)注實(shí)時(shí)平衡市場(chǎng)中產(chǎn)生的不平衡電量及相關(guān)因素對(duì)結(jié)算不平衡費(fèi)用的影響，主要提煉以下因素。

1）BSP 決策行為。BSP 的報(bào)價(jià)策略將直接影響市場(chǎng)的平衡服務(wù)價(jià)格，導(dǎo)致SO 向BSP 采購(gòu)平衡資源的成本發(fā)生變化。引發(fā)的平衡服務(wù)價(jià)格波動(dòng)將會(huì)影響市場(chǎng)中BRP 側(cè)的不平衡費(fèi)用，從而引發(fā)BRP調(diào)整策略以維持自身利益。這一系列交互作用將影響結(jié)算不平衡費(fèi)用。

2）不平衡電量結(jié)算價(jià)格機(jī)制。國(guó)外針對(duì)日前與實(shí)時(shí)平衡市場(chǎng)出清電量不一致的問(wèn)題，對(duì)產(chǎn)生的正負(fù)不平衡電量進(jìn)行結(jié)算時(shí)常采用一價(jià)法和二價(jià)法。不同結(jié)算機(jī)制會(huì)直接影響B(tài)RP 繳納的不平衡費(fèi)用。

3）新能源機(jī)組保護(hù)策略。隨著新能源發(fā)電技術(shù)的發(fā)展，其機(jī)組參與平衡市場(chǎng)也需要納入考慮。由于新能源機(jī)組出力的隨機(jī)性，對(duì)其參與市場(chǎng)交易產(chǎn)生的不平衡電量可增設(shè)不同范圍的免考核區(qū)間，減免部分不平衡費(fèi)用。

綜上所述，本文將建立關(guān)于實(shí)時(shí)平衡市場(chǎng)交易的仿真模型，重點(diǎn)關(guān)注BSP 決策行為、不平衡電量結(jié)算價(jià)格機(jī)制和免考核區(qū)間對(duì)結(jié)算不平衡費(fèi)用的影響。

2 實(shí)時(shí)平衡市場(chǎng)ABM 模型

2.1 模型概述

在平衡市場(chǎng)中，市場(chǎng)成員針對(duì)外界狀態(tài)變化采取策略以維持自身利益。當(dāng)市場(chǎng)主體行為改變后，整體市場(chǎng)結(jié)果也隨之改變，反之又影響主體決策。這種緊密耦合的交互作用自底層向上累積，最終導(dǎo)致結(jié)算結(jié)果差異化。目前，已有文獻(xiàn)基于ABM 方法分析市場(chǎng)機(jī)制變化對(duì)參與者間的影響［18-19］。ABM 采用自下而上的建模思路，能較好地捕捉市場(chǎng)微觀動(dòng)態(tài)且易于解釋市場(chǎng)成員行為及激勵(lì)響應(yīng)。相比優(yōu)化模型，ABM 能融合異質(zhì)成員間的行為及市場(chǎng)交互，并便捷地設(shè)定參數(shù)進(jìn)行場(chǎng)景仿真，在市場(chǎng)成員微觀交互反饋中更好地探索平衡市場(chǎng)與結(jié)算不平衡費(fèi)用的關(guān)系。

平衡市場(chǎng)按照主體可劃分為SO 層、BRP 層和BSP 層。BRP 產(chǎn)生不平衡電量后，SO 啟動(dòng)平衡服務(wù)，并按前一個(gè)運(yùn)行階段中BSP 的平衡服務(wù)報(bào)價(jià)調(diào)用平衡服務(wù)，直至供需平衡，并確定入圍BSP 機(jī)組和該時(shí)段平衡調(diào)節(jié)價(jià)格。入圍BSP 在實(shí)時(shí)運(yùn)行中執(zhí)行平衡服務(wù)，保證系統(tǒng)實(shí)時(shí)供需平衡。當(dāng)實(shí)時(shí)市場(chǎng)出清結(jié)束后SO 進(jìn)行結(jié)算，BRP 和BSP 各自更新主體下一輪仿真策略，本輪結(jié)束。下一輪模擬開(kāi)始時(shí)，BRP 產(chǎn)生新的不平衡電量，重復(fù)仿真循環(huán)?；贏BM 構(gòu)建的平衡市場(chǎng)運(yùn)行仿真示意圖見(jiàn)附錄A圖A1。模型中實(shí)時(shí)平衡市場(chǎng)一個(gè)運(yùn)行周期分成24 個(gè)運(yùn)行時(shí)段，1 個(gè)運(yùn)行時(shí)段包含4 個(gè)平衡時(shí)段。在報(bào)價(jià)階段，BSP 將對(duì)2 h 后市場(chǎng)預(yù)測(cè)的不平衡電量進(jìn)行報(bào)價(jià)。實(shí)時(shí)平衡市場(chǎng)模型報(bào)價(jià)示意圖見(jiàn)附錄A 圖A2。

2.2 模型參數(shù)

2.2.1 基本參數(shù)

ABM 基本參數(shù)包括主體數(shù)量、特性和決策選擇空間等。模型中BSP 有QBSP個(gè)主體，BRP 有QBRPc個(gè)常規(guī)主體和QBRPr個(gè)新能源主體。BSP 和BRP 的主體特性見(jiàn)附錄B 表B1 和表B2。

不平衡策略集由多個(gè)離散的正負(fù)對(duì)稱不平衡電量按比例組成，包括BRP 在模型中可以做出的所有策略不平衡電量，每個(gè)BRP 可以從中選擇自身機(jī)組容量的±p（新能源BRP 選擇自身機(jī)組容量的±pr）作為策略不平衡電量值。

模型中BSP 提供上下調(diào)節(jié)平衡服務(wù)。BSP 的策略報(bào)價(jià)從多個(gè)離散的策略性報(bào)價(jià)集中選擇。BSP可以在調(diào)節(jié)市場(chǎng)為所屬機(jī)組選擇最高為機(jī)組邊際成本的m倍、最低為邊際成本的1/n。報(bào)價(jià)集策略由一系列固定報(bào)價(jià)組成，上下調(diào)節(jié)報(bào)價(jià)集是獨(dú)立的。模型中1 個(gè)BSP 主體下轄w臺(tái)機(jī)組，每臺(tái)機(jī)組具有b個(gè)報(bào)價(jià)選擇，因此1 個(gè)BSP 主體能夠選擇bw種報(bào)價(jià)策略。模型中上下調(diào)市場(chǎng)相互獨(dú)立，收益與決策不相互影響?？紤]計(jì)算復(fù)雜度，模型中對(duì)BSP 機(jī)組邊際成本與報(bào)價(jià)進(jìn)行了適當(dāng)簡(jiǎn)化，這種簡(jiǎn)化并不改變BSP 策略行為的本質(zhì)，不影響仿真結(jié)果及相關(guān)分析。

2.2.2 場(chǎng)景參數(shù)模型設(shè)定如下場(chǎng)景參數(shù)進(jìn)行分析。1）BSP 策略性報(bào)價(jià)

模型中BSP 的報(bào)價(jià)策略分為真實(shí)報(bào)價(jià)（true bidding，TB）和策略性報(bào)價(jià)（strategic bidding，SB）。TB 即BSP 只按照邊際成本報(bào)價(jià)，SB 即BSP 根據(jù)Q學(xué)習(xí)算法進(jìn)行策略性報(bào)價(jià)。模型通過(guò)改變擁有策略性報(bào)價(jià)能力的BSP 主體數(shù)量達(dá)到交互效果。

2）不平衡電量結(jié)算機(jī)制

二價(jià)法中，若某BRP 產(chǎn)生的電量不平衡方向與系統(tǒng)凈電量不平衡方向相反，此時(shí)使用日前價(jià)格對(duì)該BRP 產(chǎn)生的不平衡電量進(jìn)行結(jié)算；反之使用實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)市場(chǎng)的價(jià)格對(duì)該BRP 的不平衡電量進(jìn)行結(jié)算。一價(jià)法中無(wú)論BRP 的不平衡電量方向是否與系統(tǒng)不平衡狀態(tài)方向一致，結(jié)算時(shí)都對(duì)其不平衡電量按照統(tǒng)一的不平衡電量調(diào)節(jié)價(jià)格結(jié)算；當(dāng)系統(tǒng)處于正或負(fù)不平衡狀態(tài)時(shí)，不平衡電量?jī)r(jià)格等于下調(diào)或上調(diào)市場(chǎng)平衡服務(wù)價(jià)格。

3）新能源機(jī)組免考核范圍

若新能源機(jī)組產(chǎn)生的不平衡電量位于免考核區(qū)間內(nèi)，則可以免除新能源機(jī)組對(duì)該部分不平衡電量的責(zé)任；對(duì)超出免考核區(qū)間的不平衡電量按照市場(chǎng)不平衡結(jié)算機(jī)制進(jìn)行結(jié)算。

2.3 市場(chǎng)主體決策算法

中國(guó)部分地區(qū)電力市場(chǎng)在運(yùn)營(yíng)中曾出現(xiàn)某些售電公司合謀控制市場(chǎng)不平衡電量的情況，這種行為對(duì)平衡結(jié)算費(fèi)用產(chǎn)生了較大影響。因此，本文設(shè)定模型中BRP 基于自身決策情況的同時(shí)，可兼顧考慮其他BRP 的市場(chǎng)行為。經(jīng)驗(yàn)加權(quán)吸引（experienceweighted attraction，EWA）算法能夠?qū)⑹袌?chǎng)中其他BRP 的不平衡策略引入自己的不平衡決策范圍中，在包含多變量場(chǎng)景下適用性好［20］，因此選擇EWA算法作為BRP 的決策算法，具體算法決策過(guò)程可參考文獻(xiàn)［14］。

模型中BRP 不平衡電量由主動(dòng)不平衡電量和隨機(jī)不平衡電量構(gòu)成。主動(dòng)不平衡電量由BRP 決策算法選擇產(chǎn)生，隨機(jī)不平衡電量由平衡時(shí)段內(nèi)隨機(jī)產(chǎn)生多個(gè)符合正態(tài)分布的小電量構(gòu)成，相當(dāng)于模擬預(yù)測(cè)誤差。BRP 產(chǎn)生的不平衡電量為VI，所有出清階段中第i個(gè)BRP 產(chǎn)生的不平衡電量為VI，i，β個(gè)BRP 產(chǎn)生的不平衡電量的總和為一個(gè)運(yùn)行周期內(nèi)的總不平衡電量VTI。每個(gè)BRP 在結(jié)算時(shí)實(shí)際產(chǎn)生的預(yù)測(cè)誤差將會(huì)導(dǎo)致實(shí)際利潤(rùn)損耗CAPL。CAPL等于一個(gè)出清階段內(nèi)應(yīng)結(jié)算的不平衡電量與不平衡電價(jià)PI與日前價(jià)格PDA差值的乘積。

一個(gè)運(yùn)行周期結(jié)束后，SO 對(duì)BSP 進(jìn)行CAPL結(jié)算，BRP 根據(jù)CAPL數(shù)值更新每個(gè)決策的策略吸引值，完成下個(gè)運(yùn)行周期的策略選擇。模擬初始時(shí)，BRP 對(duì)每個(gè)不平衡策略的初始選擇概率相等。在每個(gè)平衡階段結(jié)束后，每個(gè)BRP 的策略選擇概率都會(huì)更新。

對(duì)于BSP，在實(shí)時(shí)平衡市場(chǎng)中因?yàn)榭紤]技術(shù)和策略布局以及機(jī)會(huì)成本等因素，SO 只透露平衡服務(wù)公司級(jí)別的概況，有關(guān)BSP 的基本信息通常不會(huì)精確到每臺(tái)機(jī)組［21］，這與BRP 進(jìn)行合謀的行為有所差異。在實(shí)時(shí)平衡市場(chǎng)中，BSP 主要通過(guò)自身的歷史報(bào)價(jià)記錄反饋的利潤(rùn)更新策略。模型中BSP 采用更符合上述特點(diǎn)的Q 學(xué)習(xí)算法［22］，可更好地模擬市場(chǎng)主體在交互中不進(jìn)行合謀而是僅通過(guò)自身獲取市場(chǎng)基本信息來(lái)產(chǎn)生策略行為。具體算法決策過(guò)程見(jiàn)附錄C。

3 算例仿真及分析

3.1 算例設(shè)置

對(duì)上述模型設(shè)置仿真算例，針對(duì)3 個(gè)影響因素進(jìn)行仿真，從而分析對(duì)不平衡費(fèi)用的影響。算例參數(shù)設(shè)置見(jiàn)表1。

表1 算例參數(shù)設(shè)置Table 1 Parameter setting of case

模型場(chǎng)景參數(shù)設(shè)置如下。

1）BSP 決策方式設(shè)置4 類場(chǎng)景，分別為全部真實(shí)報(bào)價(jià)（3TB）、1 個(gè)主體策略性報(bào)價(jià)和2 個(gè)主體真實(shí)報(bào)價(jià)（1SB&2TB）、2 個(gè)主體策略性報(bào)價(jià)和1 個(gè)主體真實(shí)報(bào)價(jià)（2SB&1TB）、全部策略性報(bào)價(jià)（3SB），用A1 至A4 表示。

2）不平衡電量結(jié)算機(jī)制設(shè)置2 類場(chǎng)景，分別是二價(jià)法和一價(jià)法，用B1 和B2 表示。

3）新能源機(jī)組免考核范圍設(shè)置4 類場(chǎng)景，分別為0%、±2%、±5%和±8%，用C1 至C4 表示。因?yàn)樗憷蠦RP 的策略不平衡電量的占比pr是離散化的，因此上述設(shè)定涵蓋了不同程度的策略不平衡電量值，最高免除比例約為新能源機(jī)組最大不平衡電量值的0%、15%、40%和70%。

綜上所述，算例共設(shè)置32 個(gè)參數(shù)不同的仿真場(chǎng)景，模型場(chǎng)景序號(hào)及相應(yīng)參數(shù)設(shè)置見(jiàn)表2。綜合考慮模型準(zhǔn)確度與計(jì)算復(fù)雜度，算例設(shè)定市場(chǎng)運(yùn)行時(shí)長(zhǎng)為3 年。其中前2 年為探索階段，市場(chǎng)主體進(jìn)行充分交互和學(xué)習(xí)，第3 年為分析階段，本文對(duì)其進(jìn)行仿真結(jié)果分析。算例通過(guò)多次運(yùn)行取結(jié)果平均值（本文取5 次）來(lái)減少模型中隨機(jī)變量帶來(lái)的影響。

表2 模型場(chǎng)景設(shè)置Table 2 Scenario setting of model

模型仿真流程如圖2 所示，其中模型中設(shè)置的影響因素在流程圖中相應(yīng)位置標(biāo)紅。

圖2 算例仿真流程圖Fig.2 Flow chart of case simulation

3.2 仿真結(jié)果及分析

仿真的收斂性說(shuō)明詳見(jiàn)附錄D，所有仿真的結(jié)算不平衡費(fèi)用的原始數(shù)據(jù)結(jié)果見(jiàn)附錄D 圖D1，全場(chǎng)景平均結(jié)算不平衡費(fèi)用仿真結(jié)果見(jiàn)附錄A 圖A3。下面對(duì)各影響因素分別進(jìn)行分析。

3.2.1 BSP 決策比例分析

A1 至A4 場(chǎng)景下結(jié)算不平衡費(fèi)用及相關(guān)參數(shù)對(duì)比如圖3 所示。其中，市場(chǎng)平衡成本為市場(chǎng)結(jié)算時(shí)SO 與BSP 間的費(fèi)用凈和。

圖3 結(jié)算不平衡費(fèi)用及相關(guān)參數(shù)對(duì)比Fig.3 Comparison of unbalanced settlement cost and related parameters

A1 中市場(chǎng)平衡服務(wù)價(jià)格曲線相當(dāng)于由BSP 機(jī)組的邊際成本組成的固定階梯曲線，對(duì)市場(chǎng)不平衡電量的變化缺乏反饋。固定且較低的平衡資源價(jià)格讓BRP 在進(jìn)行不平衡策略行為時(shí)的利潤(rùn)損失較低，通過(guò)策略行為以較小的代價(jià)謀取利潤(rùn)。

A2 中平衡服務(wù)價(jià)格開(kāi)始對(duì)市場(chǎng)不平衡電量產(chǎn)生反饋，隨市場(chǎng)不平衡電量增加而提高調(diào)節(jié)價(jià)格。對(duì)應(yīng)的BRP 側(cè)進(jìn)行不平衡策略行為時(shí)利益損失增加。然而，其他按照真實(shí)成本報(bào)價(jià)的BSP 使整體市場(chǎng)調(diào)節(jié)價(jià)格接近機(jī)組邊際成本。因此，策略報(bào)價(jià)BSP 主體中成本較高機(jī)組并不能通過(guò)高報(bào)價(jià)而大量獲利。

A3 中某些對(duì)不平衡電量嚴(yán)格約束的場(chǎng)景下，平衡調(diào)節(jié)價(jià)格受真實(shí)報(bào)價(jià)BSP 制約，策略報(bào)價(jià)BSP 只能搶占剩余平衡電量份額，部分BRP 進(jìn)行小幅度策略行為，利用較低的調(diào)節(jié)價(jià)格套利。

A4 中BSP 對(duì)于不平衡電量的變化最敏感，導(dǎo)致市場(chǎng)調(diào)節(jié)價(jià)格隨不平衡電量波動(dòng)頻繁。靈敏且過(guò)高的調(diào)節(jié)價(jià)格會(huì)增大市場(chǎng)內(nèi)策略行為風(fēng)險(xiǎn)。BRP側(cè)出現(xiàn)的小幅度不平衡策略性行為沒(méi)有得到抑制，使得BRP 側(cè)不平衡費(fèi)用累積，最終導(dǎo)致市場(chǎng)結(jié)算不平衡費(fèi)用與平衡成本較高。

隨著B(niǎo)SP 決策比例的提升，調(diào)節(jié)價(jià)格激烈變動(dòng)，BRP 策略行為的代價(jià)增大，其真實(shí)意愿傾向逐漸升高。除A1 外，BSP 所有機(jī)組整體策略性報(bào)價(jià)水平為策略平均值，由于BRP 的小幅策略行為，低成本與高成本機(jī)組在上調(diào)和下調(diào)市場(chǎng)中中標(biāo)頻率高，是BSP 的主要收益點(diǎn)。決策BSP 主體越多，其收益也越大，其他機(jī)組收益也從虧損轉(zhuǎn)至盈利。

針對(duì)BSP 決策比例，當(dāng)市場(chǎng)中平衡調(diào)節(jié)曲線對(duì)市場(chǎng)不平衡電量有合適的響應(yīng)時(shí)，市場(chǎng)不平衡費(fèi)用較低，效果最好。靈敏的平衡調(diào)節(jié)價(jià)格能夠約束B(niǎo)RP 的策略行為。因此，需要及時(shí)準(zhǔn)確地反映市場(chǎng)的供需關(guān)系，表現(xiàn)為市場(chǎng)期望大部分BSP 能按照接近真實(shí)的邊際成本報(bào)價(jià)，否則將導(dǎo)致平衡調(diào)節(jié)價(jià)格過(guò)高，引發(fā)結(jié)算不平衡費(fèi)用問(wèn)題。這需要決策者通過(guò)設(shè)置平衡調(diào)節(jié)價(jià)格上限、加強(qiáng)市場(chǎng)監(jiān)管、明確權(quán)責(zé)劃分等方法抑制BSP 的策略行為，實(shí)現(xiàn)供給側(cè)激勵(lì)相容，讓平衡服務(wù)調(diào)節(jié)價(jià)格在正常范圍內(nèi)浮動(dòng)。

3.2.2 不平衡電價(jià)結(jié)算機(jī)制分析

B1 和B2 下結(jié)算不平衡費(fèi)用與市場(chǎng)平衡成本對(duì)比如表3 所示。二價(jià)法場(chǎng)景結(jié)算不平衡費(fèi)用比一價(jià)法稍多，但平衡成本遠(yuǎn)低于一價(jià)法。一價(jià)法由于不區(qū)分不平衡電量是否有助于減少系統(tǒng)不平衡狀態(tài)，相比二價(jià)法對(duì)市場(chǎng)主體的懲罰性更強(qiáng)。一價(jià)法下整體結(jié)算不平衡費(fèi)用比二價(jià)法稍低，但在模型中對(duì)于市場(chǎng)主體引導(dǎo)性的效果卻弱于二價(jià)法，這增加了市場(chǎng)風(fēng)險(xiǎn)。相對(duì)于一價(jià)法“一刀切”式的規(guī)則，二價(jià)法能夠減弱對(duì)于部分BRP 的懲罰，并能保證系統(tǒng)不平衡狀態(tài)的穩(wěn)定。引導(dǎo)BRP 考慮局部與整體的關(guān)系，從而將市場(chǎng)的不平衡費(fèi)用控制在可接受范圍內(nèi)。

表3 二價(jià)法與一價(jià)法部分仿真參數(shù)對(duì)比Table 3 Comparison of partial simulation parameters between two-price and one-price methods

不平衡結(jié)算電價(jià)機(jī)制直接關(guān)系到BRP 主體在市場(chǎng)結(jié)算時(shí)的利益損失。二價(jià)法和一價(jià)法下BRP不平衡策略選擇熱力圖如圖4 所示。從圖4 中發(fā)現(xiàn)，BRP 的不平衡策略傾向?qū)τ诓煌瑱C(jī)制有明顯區(qū)分。在二價(jià)法下，平衡調(diào)節(jié)價(jià)格變化相對(duì)平穩(wěn)，BRP 整體趨向小幅度不平衡策略或真實(shí)意愿。在一價(jià)法下，懲罰性電價(jià)使得平衡調(diào)節(jié)價(jià)格變化劇烈，因此BRP 不平衡策略行為表現(xiàn)極端化，BRP 不平衡費(fèi)用非常高，導(dǎo)致市場(chǎng)平衡成本上升。

圖4 二價(jià)法和一價(jià)法下BRP 不平衡策略選擇熱力圖Fig.4 Heat map of BRP imbalance strategy selection with two-price and one-price methods

對(duì)于不平衡電量影響，二價(jià)法在多場(chǎng)景下都能有效控制市場(chǎng)的不平衡費(fèi)用，在市場(chǎng)發(fā)展初期階段需要這種適用范圍廣、包容性強(qiáng)的機(jī)制保證市場(chǎng)運(yùn)行穩(wěn)定。當(dāng)市場(chǎng)成員適應(yīng)平衡市場(chǎng)機(jī)制后，可考慮采取措施增強(qiáng)二價(jià)法對(duì)于BRP 不平衡電量的約束，或改為一價(jià)法機(jī)制，減少結(jié)算不平衡費(fèi)用。

3.2.3 免考核區(qū)間分析

C1 至C4 場(chǎng)景下結(jié)算不平衡費(fèi)用散點(diǎn)圖如圖5所示，按免考核范圍從左向右增大排列，各場(chǎng)景結(jié)算不平衡費(fèi)用以散點(diǎn)表示，黑色虛線表示各場(chǎng)景結(jié)算不平衡費(fèi)用平均值。從圖5 可以發(fā)現(xiàn)，隨著免考核區(qū)間范圍的加大，結(jié)算不平衡費(fèi)用平均值呈升高趨勢(shì)。

圖5 結(jié)算不平衡費(fèi)用散點(diǎn)圖Fig.5 Scatter plot of unbalanced settlement cost

C1 的結(jié)算不平衡費(fèi)用最低，且在不同場(chǎng)景下呈現(xiàn)較大差異化。由于不設(shè)置免考核區(qū)間對(duì)于新能源的約束嚴(yán)格，其出力的不確定性使得新能源機(jī)組利益受損，因此對(duì)新能源出力引導(dǎo)最差。

C2 與C3 的不平衡費(fèi)用介于C1 與C4 之間，且結(jié)算不平衡費(fèi)用離散程度明顯較小，在市場(chǎng)其他條件變化下能夠保持穩(wěn)定。市場(chǎng)不平衡電量的調(diào)節(jié)需求減輕后，對(duì)于BSP 側(cè)平衡調(diào)節(jié)價(jià)格變動(dòng)刺激較小，市場(chǎng)保持相對(duì)穩(wěn)定。

C4 的結(jié)算不平衡費(fèi)用平均值最高且波動(dòng)大。新能源選擇激進(jìn)不平衡策略理論上可達(dá)到最大收益，然而這會(huì)讓平衡服務(wù)價(jià)格迅速上漲，加上新能源機(jī)組隨機(jī)出力的不確定性，最終結(jié)算不平衡電量可能超出免考核范圍而受到懲罰。另外，小幅度不平衡電量累積導(dǎo)致結(jié)算不平衡費(fèi)用高，并且此時(shí)機(jī)組進(jìn)行策略空間最大，方式也更靈活，這增加了市場(chǎng)風(fēng)險(xiǎn)。

C1 至C4 下新能源BRP 策略選擇傾向概率如表4 所示。其中，激進(jìn)策略傾向代表極大或極小不平衡策略，保守策略傾向代表真實(shí)與小幅度不平衡策略。從表4 可以發(fā)現(xiàn)，隨著免考核區(qū)間范圍增大，新能源BRP 由激進(jìn)策略轉(zhuǎn)向保守策略。C1 中機(jī)組可通過(guò)產(chǎn)生大幅度不平衡電量尋求套利機(jī)會(huì)以對(duì)沖不平衡電量懲罰，減少損失。C2 與C3 對(duì)機(jī)組出力平衡的引導(dǎo)性較好，在免考核區(qū)間范圍內(nèi)能夠保證機(jī)組長(zhǎng)期利益。C4 中雖然BRP 選擇激進(jìn)不平衡策略空間最大，然而市場(chǎng)出現(xiàn)不平衡電量的劇烈波動(dòng)時(shí)會(huì)引起B(yǎng)SP 側(cè)競(jìng)價(jià)明顯變化，產(chǎn)生更高的調(diào)節(jié)價(jià)格。因此，BRP 在激進(jìn)策略下?lián)p失會(huì)大于收益，這迫使其選擇位于免考核區(qū)間內(nèi)的保守策略，此時(shí)能夠減小平衡調(diào)節(jié)價(jià)格波動(dòng)從而保證收益。

表4 新能源BRP 策略選擇傾向概率Table 4 Tendency probability of selection for renewable energy BRP strategy

免考核區(qū)間本質(zhì)上是對(duì)新能源機(jī)組參與現(xiàn)貨市場(chǎng)交易的一種保護(hù)和補(bǔ)償機(jī)制。在市場(chǎng)發(fā)展初期，考慮市場(chǎng)整體結(jié)算不平衡費(fèi)用的同時(shí)也要通過(guò)合理引導(dǎo)讓新能源主體建立市場(chǎng)意識(shí)，遵守市場(chǎng)規(guī)則。因此，市場(chǎng)初期可結(jié)合當(dāng)?shù)貧v史和實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中的新能源機(jī)組偏差情況設(shè)置免考核區(qū)間，不平衡電量免除比例約為其最大不平衡電量的15%～40%。隨著市場(chǎng)的發(fā)展，應(yīng)考慮逐步縮小直至取消免考核區(qū)間，以減少新能源機(jī)組套利機(jī)會(huì)，減輕系統(tǒng)負(fù)擔(dān)，保證交易公平。

4 結(jié)語(yǔ)

本文針對(duì)實(shí)時(shí)平衡市場(chǎng)中結(jié)算不平衡費(fèi)用的主要影響因素進(jìn)行建模與分析，揭示了平衡主體的決策行為、平衡市場(chǎng)結(jié)算價(jià)格機(jī)制及免考核區(qū)間對(duì)結(jié)算不平衡費(fèi)用的影響。采用ABM 仿真方法能夠捕捉市場(chǎng)微觀動(dòng)態(tài)，揭示市場(chǎng)成員互動(dòng)與市場(chǎng)機(jī)制變化的耦合關(guān)系。算例分析表明，當(dāng)市場(chǎng)中大部分BSP 保持真實(shí)報(bào)價(jià)行為、不平衡電量結(jié)算采用二價(jià)法、新能源機(jī)組免考核比例為新能源出力最大不平衡量的15%～40%時(shí)，能有效減少結(jié)算不平衡費(fèi)用產(chǎn)生。

本文所建模型著重針對(duì)BSP 決策行為、不平衡結(jié)算電價(jià)和免考核區(qū)間這3 個(gè)要素進(jìn)行了分析，針對(duì)更多平衡要素的建模和分析是下一步研究方向。

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