随着可再生能源发电技术的成熟及安装运行成本的不断降低，分布式发电得到了快速的发展，并由此产生了大量的电力产消者。然而分布式发电由于容量小、波动性大、分布零散等特点，并不适合参与现行的电力市场。

一、电力市场设计中的集中模式和分散模式

1、集中(计划)机制

集中(计划)机制：由一个统一的、集中的、垄断的机构来确定资源配置的方案：生产什么产品，怎么组织生产的过程，生产的产品怎么分配等。计划机制具体可以由多种方式实现：1)政府直接管制;2)垄断的国有企业运营;3)垄断的私有企业运营。生产规划、生产计划、分配计划都由这个垄断的机构来负责。这个垄断的机构的目标是整个经济体系的总体福利最大，包括生产者福利和消费者福利。

理论上，如果这个垄断的机构能够获得经济体系的所有的信息，包括所有消费者的需求特性的信息、所有生产者的供给特性的信息，以及相关内外部约束的信息;具有足够的计算、分析能力;并且执行者能够完全以社会福利最大化为目标进行决策，集中的计划体制下可以实现社会福利最大化的结果。但是，实际上往往达不到这个结果，影响这个目标实现的因素包括：

1)信息。集中决策者无法得到完全的、准确的所有市场主体的信息。一方面是由于市场主体的数量可能比较大;另一方面，市场主体都会有隐瞒自己信息以得到更多获利的动机，集中的决策者很难获得完全真实的信息，即使是对同一个企业内部的不同部门。

2)分析计算能力。现实经济世界是一个复杂的系统。如果要完全反映所有市场主体的生产、消费特性，集中决策的问题可能是一个非常复杂的、高维的、非线性的最优化问题，在一定的技术条件下和时间内可能无法求解。

3)代理人的激励问题。在集中机制下，社会福利最大化的目标需要由一个代理人来执行，如上所述，这个代理人可能是政府的某个部门，可能是某个国有企业，也可能是受管制的私人企业、上市公司。这个代理人在进行决策的时候，难免会受到其个人利益的影响，这样就会导致实际的目标不一定是社会福利最大化的目标。

4)市场主体的激励问题。对市场中的广大的市场主体，包括生产者和消费者，其获得的效益并不完全与其付出的努力相关，可能导致生产效率的低下。

2、分散(市场)机制

分散(市场)机制：没有一个统一的、集中的、垄断的机构来确定资源的配置方案，而是通过市场主体各自的决策，市场主体之间的博弈，达到一种均衡状态，确定资源的配置方案。市场中有很多个独立的市场主体，每个市场主体的目标都是各自的利益最大化。市场主体之间互相博弈，调整自己的市场策略，最终达到均衡的状态。

理想状态下，如果市场竞争充分，信息完全，没有交易成本，没有外部性，分散的市场机制可以实现社会福利的最大化。也就是说，在每个人追求自己的个人利益最大化的同时，自动的推动了整个社会福利最大化的实现。当然，这个结果的实现也有条件。

1)竞争充分。这是最重要的条件。市场中有足够多的市场主体，每个市场主体没有影响价格的能力，只能作为市场价格的接受者。

2)信息充分和对称。每个市场主体都可以得到其决策需要的市场信息。市场主体获得的信息是对称的，不存在一些市场主体掌握的信息多，另外一些市场主体掌握的信息少的情况。

3)交易成本低。交易需要成本，包括寻找交易对手的成本、谈判的成本、资金交割结算的成本等。如果交易成本过高，将淹没市场带来的效益。

4)没有外部性。外部性的存在会影响市场的效率。比如，可再生能源发电具有减少排放的好的外部性，燃煤发电具有增加排放的坏的外部性，这个外部性如果在市场机制中没有考虑，或者以错误的方式考虑，都会影响市场整体的效率和福利。

二、分布式发电交易机制

分布式发电已经成为一种重要的发展趋势。图1为当前分布式发电参与市场交易的4种主要模式，其中M代表电力市场。图1(a)中，分布式发电通过配电商或售电公司参与交易。图1(b)中，用户间可以灵活地就近进行P2P对等交易，是未来能源交易的一种全新的市场模式。图1(c)中，各分布式单元通过微电网参与交易，微电网作为一个独立的电力生态系统既可以并网运行也可孤岛运行。图1(d)中每个虚线圈代表一个虚拟电厂，相比微电网，虚拟电厂强调对外呈现的功能和效果，主要通过通信技术来整合各分布式电源及需求侧响应资源等来对上层电网提供快速响应的辅助服务，并通过市场交易获得规模经济效益。表1为4种市场模式的分析对比。

三、DEM电力市场

如图2所示，传统的电力系统通过中心化的分层结构将电能分别通过输电网及配电网进行单向传输，而电力终端用户作为价格接受者购买电能。交易的电能主要来源于少数的集中式大规模电厂，并不具备整合数量众多且分布零散的小规模分布式发电的能力。随着配电网层面下大量具有分布式发电及需求侧响应能力用户的不断出现，如光伏发电、风力发电、电动汽车、储能装置等，传统的电力用户逐步转变为电力产消者，将在市场中扮演更加主动的角色，功率流动也由单向流动变为双向流动。此时，传统单一的分布式发电交易机制难以充分整合利用不同类型、不同区域的分布式电力及需求侧响应，同时完全中心化的管理也难以实现大规模分布式单元的优化调度。因此，构建一个相对去管制的DEM，因地制宜地制定灵活多样的市场交易机制，使市场中的主体可以积极自主地寻求交易，通过市场化的手段达到不同资源优化配置的目的具有重要意义。

DEM是一个全新的市场模式，是配电网层面下一个相对去管制的、自由交易的电力市场。通过为一定地理范围内的电力消费者与电力产消者提供一个交易平台，促进本地供需用户间的电力交易，实现能源共享，分布式发电就近消纳的目的。DEM市场模式应具有P2P交易、可协商性、共享能源、公平竞争、以用户为中心等特点，可促进用户更加积极主动地参与市场。

如图3所示，批发市场及零售市场均为DEM的上层市场，DEM运营于零售市场下，而对于市场内部大容量的分布式发电或虚拟电厂等聚合商也允许其参与批发市场。DEM在满足内部供需平衡的基础上，还可与上层电网交互电能以达到削峰填谷、提高整个系统稳定性和经济性的目的。DEM的市场规模应根据具体区域的电力供需情况、用户特点等进行建设，其运营管理可设立DEM交易平台，平台内包含交易系统及调度系统2个系统模块，分别负责市场交易机制的制定执行和系统调度的安全校核。本文研究重点在于市场框架及交易机制设计，暂未考虑网架结构，因此未对安全校核问题进行具体分析。

如图3所示，DEM中的市场参与者主要可分为以下3类。

1）卖方：具有额外电力出售的产消者，包括具有分布式发电、储能及需求侧响应能力的用户等。此外，电动汽车、微电网等也可作为卖方出售电能。

2）买方：买方即为DEM中具有电力需求的消费者，包括普通居民用户及工商业用户。买方和卖方并没有严格的限定，如当产消者在满足自身需求还有多余发电能力时可以向其他用户卖电盈利，而当其具有电力需求时可直接向其他产消者购电。

3）中间商：DEM中除了买方和卖方，还有不同类型的中间商，其代理买卖双方的交易需求并收取一定费用。如售电公司、综合能源服务商、虚拟电厂、微电网等均可充当中间商的角色。

在DEM中，电力需求者具有自主选择供电主体的权利，而供电者具有不需要第三方直接参与市场的权利。同样，供需双方也可选择中间商代理，间接地参与市场，实现交易匹配。

DEM可制定灵活多样的交易机制，不同用户根据自身发用电特征自主选择不同的交易机制以实现利润最大化或用电费用最小化。如图3所示，DEM中各市场主体参与交易的方式可分为以下3种。

1）对等的直接交易：在DEM中，供需双方不需要中间商，可直接进行双边协商交易。双边协议可保护市场参与者免受市场价格波动的影响，制定的双边协议包括交易电力的价格、数量、交付时间和合约期限。对于未能成功交易或未能履约的电力可通过与上层配电商签订保底供电协议解决。

2）通过中间商：供需方委托中间商负责其电力买卖交易，但与传统电力市场不同的是，用户可自主决定是否通过中间商或通过哪家中间商来进行代理交易，如一些用户不愿费时地寻求合适的交易对象则委托中间商进行交易。中间商可通过双向拍卖机制以统一的内部出清价格进行匹配出清[44,45]，同时中间商也可与上层电网进行交易以寻求利润最大化。

3）两者的结合：用户根据自身的需求特点既可以自己寻求匹配交易，也可通过中间商进行代理交易。

DEM的时间尺度可参考电力批发市场分别设置日前市场、日内市场和实时市场。而报价交易等环节的具体时间段设置需要与上层市场衔接。

在日前市场，各发用电用户根据对未来一天发电及需求的预测进行报价，DEM对未来一天各小时的电力交易进行预出清。由于DEM的电力平衡也依赖于上层大电网，因此DEM的日前出清过程应提前于批发市场的日前报价及出清时间，从而通过参与批发市场来消除DEM日前出清的不平衡电量。

类似于批发市场的日内市场，DEM的日内市场用于调整消除各市场参与者当日供需情况与日前市场报价的偏差。同时DEM也可制定一些激励机制来促进需求侧响应资源参与交易消除偏差，从而减小批发市场对DEM的日前出清未能真正履约造成的偏差惩罚。

DEM的电力平衡仍依靠上层电网，其实时市场可通过制定合理的市场机制尽量在市场内部进行平衡，从而减小批发市场的实时市场平衡压力。

DEM的出清方法按照优化目标进行分类可分为社会福利最大化和运行成本最小2种。

出清算法主要有分解优化、网络优化、博弈论、基于代理模拟等分布式优化类方法，这些算法也可用于DEM的出清。由于DEM是一个存在多个买家与卖家的市场，因此双向拍卖机制非常适用于DEM。如设计了一个连续的双向拍卖机制，允许市场参与者在交易周期内的任何时间提交报价，市场连续出清，不同的成交对有不同的出清价格。西班牙的NOBEL工程参考证券交易模型设计了一个离散的市场交易机制，买卖双方根据订单簿排序进行高低匹配出清，同时订单簿表向市场参与者公开，允许其参考以修改报价。此外，还有一些其他的出清机制，如随机匿名匹配方式。为解决分布式发电可能无法成功匹配交易的问题，提出了一种去中心化的NRGcoin货币。

DEM的出清方式应根据具体的市场结构、市场规则、优化目标及政策法规等因素进行选择，也可结合多种出清方式的特点进行设计。而对于DEM内的交易结算应采取弱平衡的方式，由市场运营商收取一定比例的利润以维持市场的运营管理。

此外，对于DEM市场机制的研究除了需要考虑出清算法、市场成员的博弈行为等因素外，还需要特别关注电力用户对用电需求量的预测及电力产消者对发电量的预测准确性问题。由于DEM中的市场成员多为小的电力用户和小规模的分布式可再生能源发电，负荷需求及发电能力均相对较小且变化较大，这给预测带来了很大的困难。因此，在市场机制的设计中应促使用户进行真实报价并提高自身的发用电预测能力和需求管理能力，同时需要设立与上层电网合理的交易及结算机制。

四、建立DEM的必要性

针对传统电力市场难以整合数量庞大且地域分布零散的分布式发电问题，目前很多国家都计划在配电网层面建立灵活自治的区域市场模式。建立DEM的必要性分析如下。

1）由于分布式可再生能源发电容量小、数量多、波动性大且分布分散，难以参与批发市场，通过DEM可以有效地促进可再生能源消纳。

2）通过DEM交易平台，分布式可再生能源与本地用户就近交易，实现了地方平衡，减小了输电通道建设及扩容成本，同时也减小了远距离电力传输的损耗。

3）改善电源结构与负荷分布不协调的情况。通过DEM，产消者的额外能源在本地优先与周边用户进行交易，充分利用分布式发电与负荷分布的互补性。

4）降低用户电价，增加产消者盈利，提升地方经济，进而反过来激励地方分布式电源的投资，促进可再生能源发展。

5）DEM的建立使分布式可再生能源可以通过自由的市场规则获利，从而无需依赖补贴，减轻国家对新能源的政策补贴负担。

文章来源： 荣哥侃事，能源新闻网