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

在推動新能源上網電價全面由市場形成的同時，行業面臨兩大挑戰：頂層機制層面，需優化新能源與火電、新型經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化決策難題。

適應新能源上網電量全面入市的頂層機制創新需求

新型電力系統不僅是物理形態和技術的變革，更需要體制機制的創新。

在新能源發電中，風電的反調峰特性將增加系統凈負荷峰谷差，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。光伏發電雖然與負荷特性較為吻合，但其午間大發特征會導致凈負荷呈現“鴨子曲線” ，光伏裝機進一步增長后演變為“峽谷曲線”，加劇電力供需平衡難度，導致火電頻繁啟停，對電網安全產生影響。

長期以來，我國對新能源上網電量主要執行固定價格，僅保障小時數以外的部分實現市場化，在預期收益相對穩定的環境下，新能源實現了規模化發展。截至2024年年底，新能源發電裝機規模約為14.1億千瓦，占全國電力總裝機規模的40%以上，已超過煤電裝機。電力系統的物理形態在此背景下不斷重構，電源結構由出力較為穩定的同步機(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。傳統以火電機組為主的靈活性調節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狀態、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電上網電價市場化改革的通知》發布，提出全面推動燃煤發電機組和工商業用戶進入市場，提高了發用兩側的市場化程度。但隨著新能源成長為主力電源，執行固定電價的優先上網電量在發電側的占比不斷提高，導致發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先發電量，以市場化的低價銷售給電力用戶)，系統平衡調節責任無法公平有效地傳導至新能源優先發電量。《關于深化新能源上網電價市場化改革 促進新能源高質量發展的通知》提出新能源全部上網電量公平參與市場交易，并在場外建立新能源可持續發展價格結算機制，銜接現行保障政策，通過市場手段促進新能源高質量發展。

建立新能源與靈活性資源“解耦”的現貨市場架構

電力市場的核心功能是通過競爭實現電力供給和需求的最優匹配，發現電力的分時、分區價值，以價格信號引導電力供需市場均衡，提升電網運行安全性。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貨市場和綠色電力市場中充分體現其供電與環境雙重，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責任。傳統能源方面，則可以通過提供靈活性調節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能源優勢互補、協同發展，實現能源結構轉型的平穩過渡。

在電力現貨市場中，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，削弱價格調節作用。二是供電服務差異難以體現，邊際定價無法體現新能源與常規電源、靈活性資源間的供電服務差異，難以度量新能源波動性產生的外部成本以及靈活性資源持續、穩定供電的價值。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。

根據清華大學夏清教授基于分時容量電價的新型電力現貨市場設計的研究，當前，可采用新能源與靈活性資源解耦的現貨市場架構，即將波動性新能源與靈活性調節資源分開組織交易和定價，包含全年連續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貨市場，以便區分能量價值、調節價值、環境價值等多元化的電力價值差異，實現同質商品同臺競價，兼顧新能源高效消納與系統調節責任公平分攤。

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化配置的分時、分區的價格信號，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貨市場中買電，并在全年連續交易的綠證市場中購買綠證以滿足綠電消納責任。

在靈活性資源現貨市場，針對新能源發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，需組織靈活調節資源提供不同類型的調節能力。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，負荷根據分時電價進行付費，從而使與新能源發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”。

市場優化出清的“組合爆炸”挑戰將愈發突出

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模式，激勵其主動參與電力市場。同時，在建設全國統一電力市場以及鼓勵新型經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、并網等級降低、主體類型多元化，未來電力市場將面臨海量發電與負荷資源的接入，復雜性和不確定性呈指數級增長。在電力現貨市場常態化運行模式下，市場優化出清的“組合爆炸”挑戰將愈發突出。

現在的研究發現，電力系統的物理特性和傳統數學優化理論之間存在著內在聯系。為了讓電力市場在進行優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，可以根據運行日場景情況直接決定其開停機狀態。

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，以降低優化模型的復雜度。例如，無論如何改變電網中的負荷分布情況，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(如總成本)達到最優的路徑，尋優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開停機組合路徑，可以暫時忽略0-1整數約束，從而更容易計算出處于0-1之間的非整數近似解，即松弛解。高效尋解，即利用松弛解中有用的信息，構建誘導函數加速模型，避免無效分支的搜索，提高尋優效率。

分解協調是基于電網的層級結構，利用一種特殊資源聚合方法將高維狀態變量投影到低維協調變量空間，配網、微網中大量的分散資源狀態信息就能以更簡潔的方式向主網系統呈現，形成和常規發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分解協調優化，實現海量資源調度運行的快速決策。

通過變量精簡、約束削減、高效尋解和分解協調等方法，研究人員能夠顯著提高電力市場優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電力系統運行方式的重大變革。在新能源上網電量全面入市后，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資源與新能源協同互動。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、智能優化求解引擎，破解“價格信號失靈”與“組合爆炸”難題，協同推動新能源的高質量發展，實現電力系統安全經濟低碳運行目標。

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