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    [第二十三期]大工技述:以市场化促进西南水电消纳和助推我国能源结构转型 ——程春田教授主持研发昆明电力交易系统

    大连理工大学校友会2021-09-17 08:08:00

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    2015年中共中央、国务院的发布《关于进一步深化电力体制改革的若干意见》(中发〔2015〕9号)拉开了中国新一轮电力体制改革的序幕,作为我国重要的西电东送和清洁能源基地——云南成为全国首批综合试点省份之一,其主要任务是通过先试先行,探索构建有效竞争的市场结构和市场体系,充分发挥市场在电力资源优化配置中的决定性作用,为中国电力市场化改革积累重要经验和提供重要的应用示范。

    图1 新一轮电力体制改革指导文件


    截至2017年末,云南电网全网装机8706万千瓦,其中水电装机6243万千瓦,占全网的71.7%;全年水电发电量约2100余亿千万时,占全省年84.8%;云南是我国仅有的两个水电装机超过6000万千瓦的省级电网之一,其风光水清洁能源装机和发电量均超过了90%,面临严峻的清洁能源消纳问题,选择云南电网作为清洁能源电力市场试点对促进我国清洁能源消纳,助推我国能源结构转型具有非常重要的意义。


    自2003年以来,程春田教授负责团队瞄准“西电东送”重大战略需求,先后与云南电网公司、贵州电网公司、南方电网公司、浙江电网公司、华东电网公司、华能澜沧江流域水电公司、华电乌江水电公司进行了长期的合作,从西南水电“受、送”两端开展了广泛深入合作研究和大型水电系统软件开发。仅仅与云南电网公司就开展了28个项目的合作,总经费近5000万元。与昆明电力交易中心合作,4年投入软件研发费用1600多万元。


    经过4年多建设,已经建成了昆明电力交易系统中长期应用平台。平台现已完成信息发布、市场交易、市场结算、数据跟踪、用户管理5大主要功能建设,囊括了年度、月度、日前电力市场在撮合、挂牌、连续挂牌(国内首先实现)、自由协商、政府协调等交易方式的交易和结算所有业务


    平台还与营销、计量、调度、银行等外部系统实现了无缝对接,允许高并发、高实时性的系统访问,支持实时申报、高效计算和交易行情广播,采用6项关键安全技术建立高等级安防体系。目前昆明电力交易系统已经成为买卖双方重要的电力交易平台,创造了巨大社会效益,形成了广泛社会影响。


    截至2017年底,完成准入的市场主体共6578家,其中发电厂276家,电力用户6228家,售电公司63家;2017年云南省内累计交易电量703.1亿千瓦时,市场电费结算275亿元,为云南全社会用电节省电费75余亿元。全省超过92%的大工业用户参与市场,近60%的全社会用电价格通过市场化形成,实体经济企业用电成本合理降低,市场化程度局全国第二,形成“电量稳步增长、电价趋于合理”的良性循环,为云南供给侧结构性改革和经济转型升级做出了重要贡献

    图2 昆明电力交易系统架构


    昆明电力交易系统建设极大不同于国内外以火电为主的电力市场,其面临的困难和技术挑战前所未有,突出表现在:

    (1)水电资源高度集中;

    (2)清洁能源占比超过90%,居绝对主导地位;

    (3)内市场有限,一半以上水电需要跨省远距离消纳;

    (4)省间壁垒严重,云南水电弃水严重,近2年均在300亿度电左右;

    (5)灵活性电源不足,年及以上调节能力的清洁能源装机仅占18.7%,整体调节性能较差;

    (6)水电时空关联度高,同一流域梯级上下游梯级水电站群水力、电力高度互联,极大不同于其他电源交易问题;

    (7)电网结构特性复杂,云南电网通过七回直流与南方四省区电网异步联网运行,是全国规模最大、最为复杂的省级异步联网电网,电网运行控制极为复杂。在如此复杂条件下,如何构建功能强大、灵活可扩展的电力交易系统就成为解决问题关键。

    图3 昆明电力交易系统功能导航图

    在长达4年多的持续研究和开发过程中,程春田教授课题组与昆明电力交易中心保持着长期的紧密合作。通过异地定期视频,集中双方精英研发团队解决棘手的技术难点问题;双方建立点对点(业务对技术)合作模式,随时通过电话沟通新问题解决方案,深入参与电力市场建设;利用自建的云平台集群和学校新建成的清洁能源高效利用仿真平台,进行多方协同开发,充分提高研发创新效率和实用化速度;邀请国外电力专家定期讲学和指导,积极跟踪国际电力交易前沿技术;结合昆明电力交易系统特点,不断尝试交易规则和通过实际运行不断完善和修正;创新交易引擎、结算引擎算法,灵活适应交易方案的动态变化和及时响应改革政策的调整。上述技术和管理措施,使得昆明电力交易系统所有业务均可实现分钟级响应,其实施速度、计算精度、自动化程度领跑全国同类产品

    图4? 昆明电力交易系统算法工厂和智能扩展技术


    图5 投资千万元的大连理工大学

    清洁能源高效利用仿真平台


    昆明电力交易系统

    创造了全国电力交易系统建设的

    6个第一

    1

    全国放开程度最高、参与市场化交易主体数量最多

    2

    全国第一个搭建交易平台,建立并实现较为完善交易规则

    3

    全国第一家通过市场化交易机制成功消纳富余电量

    4

    全国第一个开展日前增量交易试点,合同履约率超过96%

    5

    全国第一个被国家发改委推荐在全国范围内学习借鉴的交易规则

    6

    全国第一个开展电力连续挂牌交易


    云南电力市场是我国此轮电力体制改革最早的省级电力市场,也是最复杂、业务量最频繁的电力市场之一。云南市场所涵盖的业务基本上覆盖了其他省份的所有业务,因此,本平台系统经过改造,将可用于其他地域;该系统的衍生产品也可用于电力市场中各种市场主体的竞价分析、市场分析、决策分析等,具有巨大的市场前景和社会效益

    图6 昆明电力交易系统获奖和媒体报道


    团队领头人介绍

    程春田

    长江学者特聘教授,国家杰出青年基金获得者,入选国家百千万人才工程,享受国务院政府津贴。


    主要研究方向为跨流域跨省跨区域水电系统调度,清洁能源电力市场,能源互联系统,云计算和大数据。水文学及水资源,水利水电工程,电力系统及其自动化,计算机技术应用4个二级学科博士生导师。


    以第一完成人获国家自然科学二等奖1项,省部级一等奖4项(2项第一)和省部级二等奖9项(5项第一);获2016年中国专利奖,2017年日内瓦发明展金奖。获发明专利授权20余项,软件著作权100余项; SCI检索80篇、EI 220余篇;SCI他引2000余次,超过200次他引论文4篇,单篇论文他引近千次;ESI高倍引论文5篇。


    自2002年以来,负责中国南方电网、华东电网、东北电网、云南电网、贵州电网、福建电网、浙江电网、重庆电网、华能澜沧江、华电乌江水电公司等央企项目60多项,总经费过亿元,涉及水调系统高级应用、电网节能发电调度、电网方式安排、电力交易等应用,在行业领域有重要影响和高认可度。


    负责“973”、“863”,国家杰出青年基金、国家自然科学基金重大国际合作,国家自然科学基金重大研究计划重点基金课题等纵向项目20余项,总经费3000多万元。


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