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何光宇,肖居承,范帅,等/适应新型电力系统的电力互替品市场——（二）商品形态及形成机理/2024,48(19):28-39.
讨论人物介绍
老李
电力市场专家
小张
公司营销尖兵
小何（我）
研究生毕业四年
调度中心调度员
先导视频
老李，您上次提到“电力互替品”概念，说互替是交易的关键。我还是有点懵
我
互替真的有您说的这么重要吗？如果真的这么重要，分时交易机制中电能会不具备互替性？
我
老李
对的，互替非常重要。市场的效率源于公平竞争，而竞争的前提是商品的互替性。或者说，没有互替就没有竞争！
老李
其次，分时交易机制也同样重视“互替”。分时交易中，将电能按时段划分为多个商品，并认为同一时段每单位的商品可发挥的价值完全一样，可以互相替换。
老李
但这只是假象。事实上，只有各个时段彼此独立、互不影响时，分时交易的互替才是成立的。
为什么啊？
我
我
老李
其实容易理解，我们从价格的角度“反证”下。
老李
若同时段电能商品具备互替性，是不是低价商品应优先于高价商品成交？但实际情况是，在时段耦合等约束影响下，同一时段内高价电能商品可能优先于低价商品成交。
小张
我明白了。由于电能生产消费具有连续性，时段间耦合约束天然存在，这些起作用约束影响了最终竞价结果。在调度口，有时管这叫“约束上”、“约束下”。
嗯，我也理解老李的意思了。但我还有一个疑问？
我
如果这是一个问题，那么，传统电力系统中，为什么没人就此提出疑问呢？
我
小张
这是因为，传统电力系统水电、火电占比90%以上，而他俩调节能力很强，时段间耦合可能并不会有想象中那么大，同一时段商品同质互替，也就可认为近似成立了。
小张
但放到新型电力系统中可就有问题了。新型电力系统中水电、火电占比大幅减少，时段间耦合显著增强，商品同质互替可能就很难满足了。老李，难道这才是分时交易难以适应新型电力系统的深层原因？！
老李
有意思，看起来互替并不容易。那电力互替品市场又是怎么做到的呢？
我
老李
先要搞清楚，电力互替品市场中的电能商品是什么。
小张
我知道，基于“整体交易”理念，电力互替品市场将“功率曲线”整体作为商品。
小张
这张图对比了分时交易与整体交易中的商品。左边是分时交易的商品，有96个；右边是整体交易中的商品。
小张
噢？那它的“质”又是指什么呢？
我
老李
简单来说，它的“质”就是功率曲线的轮廓。
老李
准确而言，就是市场给定的一个标准曲线形状。所有市场主体，不管你是火电还是风电，还是别的什么“新鲜玩意儿”，都得按这个标准曲线来“塑形”。
小张
没错！这就像是市场发布了一个“选美标准”，大家都得按这个标准来“精雕细琢”。在具备相同标准形状的前提下，每单位互替品发挥价值完全相同，可以无缝互替。
哦，我好像明白了。不过，这个标准曲线形状怎么确定呢？有什么依据吗？
我
老李
好问题！这个标准曲线可不是凭空想象出来的，它其实是从系统调节责任来的。
系统调节责任？这又是啥？
我
老李
你可以把系统调节责任理解为整个电力系统需要满足的“平衡要求”。
老李
简单说，就是那些不需要承担调节责任的负荷和电源加起来形成的曲线。而这个曲线的形状，就是咱们电力互替品的“质”了。所有市场主体都得按这个形状来塑造自己的电力互替品。
有道理。那发电商该怎么承担这个调节责任呢？
我
老李
这就是电力互替品市场的妙处了。市场不会强制要求发电商怎么做，而是通过经济信号引导它们。
老李
比如，发电商可以从市场或其他主体那里购买调节能力，也可以选择自己配置储能，又或是跟其他类型的发电机聚合。总之是要想办法做出符合要求的电力互替品。
小张
，这似乎是个不错的办法！可以激发各市场主体的主观能动性，促进个体主动改造、优化、提升其调节能力。
老李
你理解得没错。这个“质”不仅定义了电力互替品的形状，更是将系统的调节责任公平地分配给了每个市场主体。它通过标准化的功率曲线表征电能的使用价值，各发电商都能站在同一竞争平台上，体现各自的贡献。
老李
说得好，小张。既然我们已经理解了互替的概念，现在让我们深入探讨一下调节这个问题。形成电力互替品必须依赖于调节能力。可以说，调节是互替的内核。对于调节，你们是怎么理解的？
小张
我最近可没少动脑筋,想明白了四点。你们听我掰扯掰扯。
小张
首先，针对单个时段谈调节，没有意义；其次，哪怕针对多个时段，如果脱离调节目标谈调节，也是没有意义的；第三，更准确地说，其实并不存在所谓的调节目标，只有调节需求；最后，我们真正要实现的是调节需求与调节贡献的匹配。
老李
你这一二三四的，我们理解起来有点费脑啊！我们一点一点来讨论吧。
老李
首先，为什么说针对单个时段谈调节没有意义呢？
我来试着回答。因为调节本质上是一个动态过程，需要在时间维度上考虑电力的变化。单个时段只能反映静态状态，无法体现调节的特性。
我
老李
，到底是研究生，又是做调度的，脑子转的快。那么小张，你能解释一下为什么脱离调节目标谈调节贡献没有意义吗？
小张
这是因为调节贡献是相对于某个目标或需求而言的。如果目标都不知道，调节贡献又从何谈起呢？
老李
，精辟！现在来看第三点，为什么说没有调节目标，只有调节需求？
小张
我的理解是，"目标"这个词暗示了一个固定的、预设的状态。但在实际的电力系统中，需要调节的情况是根据外部需求和环境动态变化的，而不是一个固定的目标。
我
老李
说的太好了！最后，你提到“调节需求与调节贡献的匹配”，能具体解释一下吗？
小张
这实际上是整个调节过程的核心。系统中存在各种调节需求，同时也有不同主体可以提供调节贡献。市场的作用就是要让这些需求和贡献达成平衡，实现最优匹配。
这些概念听起来很有道理，但具体到实践中，我们该如何量化调节需求和调节贡献呢？
我
老李
好问题！让我来解释一下。
老李
首先，我们要明白，先有需求，才有贡献。
老李
当某一主体自己无法独立形成电力互替品时，也就是说，他提供的曲线形状"不达标"。这个"不达标"曲线和电力互替品标准曲线的差别，就构成了他的调节需求。我画了一个图，你看能不能看懂？
老李
我懂了！所以通过为这个调节需求付费，主体就可以将自身功率曲线化为标准的电力互替品？
我
老李
，没错！而且在这个转化过程中，曲线的总电量是保持不变的。
小张
那么，我们是不是可以说，所有主体的调节需求之和，就构成了整个系统的总调节需求？
老李
完全正确！有了这个系统总调节需求，那些调节能力强的主体，比如储能设施、灵活性好的火电机组等，就可以在满足自己调节责任后，根据调节需求来做出调节贡献了。
老李
这样一来，市场就可以清晰地表征和量化这些调节贡献的价值，并给予合理的报酬。
我大致理解了这个逻辑。不过，你还没回答如何量化这些调节贡献呢？
我
老李
好问题。我们可以设想一个标称的"单位储能"来量化。
老李
具体来说，我们用调节贡献曲线所对应的"总循环电量"来量化调节贡献的大小，我们称之为"调节电量"，简称"调量"。从数学角度看，它的值就是调节贡献曲线的一范数。
小张
这么说来，调量可以说是电力互替品形成过程中的关键因素了！
老李
没错！更进一步说，电力互替品的形成过程，从根本上促进了个体及整个系统调节能力的提升。这正是当今新型电力系统建设迫切需要的。
听你们这么一讨论，我突然发现电力互替品市场里的替量和调量，跟咱们平常说的有功和无功有点像啊。
我
替量就像有功，是用户实际用的电；调量呢，就像无功，看不见摸不着，但对保持系统平衡挺重要的。
我
小张
哎，小何你这么一说，我还真觉得有点道理！替量就是实打实的电能消耗，调量虽然用户不直接使用，但没它系统就失衡了。这不就跟有功、无功的关系一模一样吗？
老李
，你们俩观察得真仔细！这个比喻很有意思啊。来来来，咱们一起梳理下，看看这个发现能不能给咱们带来什么新启发。
老李
替量和有功确实很像，都是用户实际消费的部分。但有个关键区别：有功是瞬时概念，而替量是一段时间内的累积值。
老李
至于调量和无功，它们都在平衡系统方面起作用，这一点很像。不过无功主要是为了维持电压，而调量则是为了平衡实时供需。你们觉得呢？
小张
我忽然想到，无功在一个周期里加起来等于零，调量是不是也这样？
老李
好眼力！没错，调量在一个完整周期里，上调下调加一块儿，也应该等于零。这就保证了整个系统的平衡。
小张
让我想起了那个啤酒的比喻。没有泡泡，啤酒就不成其为啤酒；没有无功，有功就没法传输。类似地，没有调量，就没有替量。
小张
哇，这么一说，替量调量跟有功无功还真是像得很呐！老李，您觉得为啥会这么巧呢？
我
老李
说实话，我也不太清楚。这种相似性很有趣，可能暗示了某些我们还没完全理解的规律。要不你们去问问那篇论文的作者？
小张
，这发现真是让人兴奋啊！感觉咱们好像揭开了电力系统的什么秘密似的。
老李
没错，这种跨概念的类比思考很重要，可能会带来新的研究思路。保持这种好奇心，没准哪天你们真能在这个领域有大发现呢！
老李，我还有个疑问。分时交易有96个商品，每个都要报价报模型，但互替品市场只有替量和调量两个商品,按理说应该更简单才对。可为什么我觉得对发电商来说，形成这两个商品反而更难了呢？
我
老李
小何，你的观察很敏锐。确实，形成电力互替品对发电商来说是个挑战。但这恰恰是电力互替品市场的优点所在。
小张
等等，老李，您能解释一下吗？我还是不太明白。
老李
好的，让我来详细说明一下。首先，在分时交易中，发电商不需要外部信息就可以报价报模型。但要形成电力互替品，发电商需要两个关键信息：调节责任曲线和调量价格。
这两个信息有什么作用呢？
我
老李
调节责任曲线规定了电力互替品曲线的形状，可以说是电力互替品的"质"。而调量价格则让发电商可以优化决策，选择自主形成电力互替品还是通过购买调量来形成，以及形成多少电力互替品。
小张
听起来确实更复杂了。这对电能生产商来说，岂不是增加了不少负担？
老李
表面上看是这样。但是，这种复杂性其实是好事。我给你们打个比方：你们知道我国的改革开放吧？
当然知道，这是常识了。
我
老李
那你们肯定也听说过小岗村的"包产到户"，这个就是小岗村18位村民按下红手印的“包产到户”契约。
老李
老李
在包产到户之前，农民不需要操心种什么、怎么种，看似很简单。但包产到户后，这些都需要自己决定了，变得复杂多了。问题是，在这种情况下，你们更愿意"简单"还是"复杂"？
小张
，我明白了！您是想说，简单或复杂并不是关键，关键是能否充分发挥生产者的主观能动性，对吧？
老李
没错，小张。你很聪明！
听起来有点"无为而治"的味道呢。
我
老李
确实如此。电力互替品市场机制的设计理念就是：上层机制简单透明，让电能生产商能够各显神通。而且，这个机制还鼓励电能生产商之间的聚合。
小张
我忽然想到，是不是可以这么理解：正是因为电能生产商能够各显神通，才使得电力互替品市场中的替量、调量变得极为丰富？就像包产到户后，各种农产品大大丰富了一样？
老李
，说得太好了！你们的理解已经很深入了。正是这种机制设计，才能激发市场活力，推动电力市场的创新和发展。
老李
千里之行始于足下。要真正把电力互替品市场运作起来，还有很多细节需要考虑。
小张
那下一步我们是不是该讨论这个市场具体怎么组织、怎么运作？
老李
这正是我们下次讨论的主题。我们会详细探讨电力互替品市场的体系设计，如电力互替品市场中是否还有中长期能量市场，是否包括辅助服务市场，如何基于电力互替品理念形成全国统一电力市场等。
我又期待下一次讨论了。这次的交流又让我学到很多，但疑问似乎也更多了。
我
老李
很高兴听到你这么说。记住，我们不能用制造问题的思维层次来解决问题！下次见。
2024年《电力系统自动化》期刊上陆续发表上海交通大学何光宇教授团队关于“适应新型电力系统的电力互替品市场”的系列论文。为促进新思想的交流讨论，“电力系统自动化”微信公众号同步推出“互替：电力市场新范式”系列微文。本期为第二篇，主要介绍建设电力互替品市场的商品形态与形成机理。下期将介绍电力互替品市场的体系设计，敬请期待！
欢迎大家在评论区留言讨论，共同推动新型电力市场机制的研究。
/ 引文信息
何光宇
男，博士，教授，上海交通大学博士生导师，主要研究方向：智能用电与节能、智慧园区与虚拟电厂、需求响应与新型电力市场、源荷双侧调度。E-mail: gyhe@sjtu.edu.cn
肖居承
男，博士研究生，主要研究方向：需求响应与新型电力市场。E-mail: 18180659963@163.com
范 帅
严正
李祖毅
上海交通大学何光宇教授课题组主要研究兴趣集中于智能用电网络领域，致力于“让用电更满意、更灵活、更低碳”，具体研究包括新终端（节能与智能用电）、新平台（智慧园区与虚拟电厂）、新机制（准线需求响应与新型电力市场）与新调度（供需双侧调度）等方面。原创性地提出了电力互替品市场、准线型需求响应、事故备用分散转移等理论与方法，为新型电力系统建设发展所面临的平衡调节问题提供了解决思路。近年来，主持国家重点研发计划、国家自然科学基金等多个国家级科研项目，获上海市科技进步奖、北京市科技进步奖、内蒙古自治区科技进步奖、中国电力科技进步奖等省部级科技进步奖十余项，获中美日澳等国发明专利七十多项，发表SCI、Ei收录论文两百余篇。
