文章解读与仿真程序复现思路——电工技术学报EI\CSCD\北大核心《面向差异化电源成本结构的容量市场机制设计》

这个文章标题涉及到容量市场机制设计，着重考虑了电源成本结构的差异性。下面对标题中的关键词进行解读：

面向（Facing）： 表示该容量市场机制设计是以某种方向、取向或目标为基础的。在这里，可能指的是设计是以适应、应对或考虑电源成本结构差异的方向。
差异化电源成本结构（Differential Power Cost Structure）： 指的是不同类型的电源在生产和维护方面有着不同的成本结构。不同类型的能源，如风能、太阳能、化石燃料等，其生产、运营和维护成本可能存在差异。
容量市场（Capacity Market）： 是电力市场的一种机制，其主要目的是确保足够的发电容量以满足未来的电力需求。容量市场通过向发电厂支付一定费用来鼓励新的发电容量的建设和现有容量的维持。
机制设计（Mechanism Design）： 指的是设计一种能够达到特定目标或产生期望结果的体系、规则或方法。在这里，是指设计容量市场的机制，以便更好地考虑电源成本结构的差异。

因此，整个标题的含义可以理解为，该文章关注于为容量市场设计一种机制，使其能够更好地适应和考虑不同类型电源的成本结构差异。这可能包括制定激励政策，考虑可再生能源和传统能源的不同特性，以及确保在容量市场中各种电源类型都能够公平竞争。

摘要：在新型电力系统中，容量市场起到补偿电源投资成本、引导电源合理投资的重要作用。然而，新型电力系统中存在新能源和灵活性电源等不同类型电源，其成本结构差异显著。当前研究尚缺乏容量市场机制对差异化电源成本结构的适用性探讨，鲜有研究提出相应的机制改进策略。本文通过定量推导说明，现有容量市场机制下将产生差异化成本结构电源的“搭车”现象，难以对不同类型电源施加差异化的投资激励信号。对此，本文提出了一种新能源和灵活性电源分平台竞价的容量市场组织模式，构建了表征容量市场投资激励效用的投资模拟计算方法，提出了基于投资激励效用闭环反馈的容量市场关键参数设定策略，形成了面向差异化电源成本结构的容量市场机制。算例结果表明，所提机制能实现新能源和灵活性电源差异化的容量补偿需求，在可控的容量补偿费用下引导更合理的电源结构发展，支撑新型电力系统建设。

这个摘要主要涉及容量市场在新型电力系统中的作用以及如何针对不同类型电源的成本结构差异进行机制设计的问题。以下是对摘要的详细解读：

容量市场的作用： 摘要开篇指出，在新型电力系统中，容量市场发挥着两个关键作用，即补偿电源投资成本和引导电源合理投资。这表明容量市场在确保电源足够的同时，也在激励投资者做出经济合理和可持续的投资。
电源类型的差异： 摘要指出新型电力系统中存在着不同类型的电源，包括新能源和灵活性电源，而它们的成本结构存在显著差异。这种差异可能涉及到新能源相对于传统能源的建设、维护和运营成本的不同，以及灵活性电源在响应电力需求方面的独特特性。
现有研究不足： 摘要强调当前对容量市场机制在应对差异化电源成本结构方面的研究不足，而且缺乏相应的机制改进策略。这突显了对于新型电力系统中不同电源类型的考虑在研究中的相对缺失。
“搭车”现象的问题： 摘要提到现有容量市场机制可能会导致差异化成本结构电源的“搭车”现象。这可能意味着某些类型的电源在现有机制下得到了不应有的好处，而不同类型电源之间的投资激励信号存在问题。
提出的解决方案： 摘要介绍了本文提出的解决方案，即新能源和灵活性电源分平台竞价的容量市场组织模式。该模式的提出意味着对不同类型电源的差异性进行更精细的考虑，以确保投资者受到合理的激励。
关键参数设定策略： 摘要提到了基于投资激励效用闭环反馈的容量市场关键参数设定策略。这表明作者考虑了激励效用的反馈，以调整容量市场的关键参数，使其更好地适应差异化电源成本结构。
算例结果： 摘要最后提到了通过模拟计算得到的算例结果。这些结果表明，提出的机制能够在可控的容量补偿费用下引导更合理的电源结构发展，有助于支撑新型电力系统的建设。

总体而言，这篇文章旨在填补容量市场机制在新型电力系统中应对不同电源类型成本结构差异方面的研究空白，提出了一种能够更好地适应这种差异的容量市场机制。

关键词:容量市场; 成本结构差异容量需求曲线发电量充裕性:发电投资;

解读关键词：

容量市场： 容量市场是电力市场的一种机制，旨在确保电力系统具有足够的发电能力，以满足电力需求。在容量市场中，发电商通常参与拍卖或其他形式的竞争，以提供足够的电力容量，以备电力系统在高峰期或其他需求高峰时刻使用。
成本结构差异： 这指的是不同类型电源的建设、运营和维护成本之间的差异。在新型电力系统中，可能存在着新能源和传统能源等不同类型的电源，它们的成本结构可能受到技术、资源、环境友好性等因素的影响，因此存在差异。
容量需求曲线： 容量需求曲线表示在不同时间点上，系统所需的电力容量。这条曲线通常随着时间的变化而变化，因为电力需求在一天内、一周内或一年内可能有周期性的波动。容量市场的设计需要考虑到这种变化，以确保在需求高峰时刻有足够的电力容量。
发电量充裕性： 这指的是电力系统中具有足够的发电量，以满足当前和未来的电力需求。充裕性的概念与容量市场密切相关，因为容量市场的目标之一就是确保系统在任何时候都有足够的发电能力，以防止电力短缺。
发电投资： 这涉及到为建设、更新或维护发电设施而进行的投资。在容量市场中，发电商通常需要进行投资以提供足够的电力容量，以满足市场需求。发电投资的规模和方向可能会受到市场机制、政策和技术发展等因素的影响。

综合这些关键词，可以理解为文章或讨论涉及容量市场机制中考虑不同类型电源的成本结构差异，以确保在各种需求情境下保持足够的发电量充裕性。这可能包括对容量需求曲线的分析，以及对发电投资在新型电力系统中的影响的讨论。

仿真算例：本文基于所提容量-能量市场环境下的容量投资模拟流程形成容量市场投资激励效用构建，用于验证容量市场运行效果。在模拟流程中的容量市场运行模块应用了两种容量市场模型：1）目前普遍采用的新能源和灵活性电源同台竞价的容量市场模型，其中新能源经过可信容量折算参与容量市场，容量需求曲线参数的确定方法参见附录 B。该容量市场模型在算例中简称为“单一市场”或“单一容量市场”；2）本文所提的新能源和灵活性电源分平台竞价的容量市场模型，其中两个容量市场的容量需求曲线参数将基于所提参数设定方法根据投资激励效用结果进行迭代修正，算例中简称为“分平台市场”或“分平台容量市场”。本文通过分析两种容量市场模型下的市场运行结果说明新能源和灵活性电源成本结构差异造成的容量市场建设问题，并验证所提容量市场机制的有效性。本算例中发电资源包含风电及 A、B、C 三类燃煤机组，初始装机容量分别为 7500MW、6900MW、6900MW 和 9200MW，各类机组的基本技术经济参数见表 1，投资模型相关参数见表 2。初始年已建的燃煤机组将每年退役 4%的容量。年负荷增长率设为5%，折现率为 8%。新能源的可信容量折算系数经计算取为 0.45，每年新能源的规划装机增长率为13%。日前电能量市场模拟中考虑了 5 个典型场景，容量市场以年为单位组织对未来两年的容量拍卖，备用裕度目标为 15%。仿真时长为 15 年。

仿真程序复现思路：

复现上述仿真涉及两种容量市场模型的建模和模拟。以下是一个简化的思路，以Python语言表示，具体实现可能需要更多的细节和优化：

import numpy as np
import matplotlib.pyplot as plt

# 模拟参数
simulation_years = 15
num_scenarios = 5
initial_capacity_coal_A = 7500
initial_capacity_coal_B = 6900
initial_capacity_coal_C = 6900
initial_capacity_wind = 9200
retirement_rate = 0.04
load_growth_rate = 0.05
discount_rate = 0.08
credible_capacity_factor = 0.45
planned_capacity_growth_rate = 0.13
reserve_margin_target = 0.15

# 初始年发电容量
capacity_coal_A = initial_capacity_coal_A
capacity_coal_B = initial_capacity_coal_B
capacity_coal_C = initial_capacity_coal_C
capacity_wind = initial_capacity_wind

# 单一容量市场模拟
def single_market_simulation():
    simulated_capacity = []
    investment_incentive_utility = []

    for year in range(simulation_years):
        # 容量市场拍卖
        auction_price = calculate_auction_price()
        new_capacity = plan_capacity_investment(auction_price)

        # 计算投资激励效用
        incentive_utility = calculate_incentive_utility(new_capacity, auction_price)

        # 更新发电容量
        update_capacity(new_capacity)

        # 存储结果
        simulated_capacity.append(get_total_capacity())
        investment_incentive_utility.append(incentive_utility)

    return simulated_capacity, investment_incentive_utility

# 分平台容量市场模拟
def split_platform_simulation():
    simulated_capacity = []
    investment_incentive_utility = []

    for year in range(simulation_years):
        # 容量市场拍卖
        auction_price_single = calculate_auction_price()
        new_capacity_single = plan_capacity_investment(auction_price_single)

        # 参数修正
        adjust_parameters_based_on_single_market(new_capacity_single)

        # 容量市场拍卖
        auction_price_split = calculate_auction_price()
        new_capacity_split = plan_capacity_investment(auction_price_split)

        # 计算投资激励效用
        incentive_utility_split = calculate_incentive_utility(new_capacity_split, auction_price_split)

        # 更新发电容量
        update_capacity(new_capacity_split)

        # 存储结果
        simulated_capacity.append(get_total_capacity())
        investment_incentive_utility.append(incentive_utility_split)

    return simulated_capacity, investment_incentive_utility

# 辅助函数
def calculate_auction_price():
    # 在此实现容量市场拍卖价格的计算
    # 可以根据具体模型和算法来实现
    auction_price = np.random.uniform(10, 20)  # 示例：随机生成拍卖价格
    return auction_price

def plan_capacity_investment(auction_price):
    # 在此实现根据拍卖价格规划新的容量投资
    # 可以根据具体模型和算法来实现
    planned_capacity = np.random.uniform(100, 200)  # 示例：随机生成规划的容量
    return planned_capacity

def calculate_incentive_utility(new_capacity, auction_price):
    # 在此实现投资激励效用的计算
    # 可以根据具体模型和算法来实现
    incentive_utility = new_capacity * auction_price
    return incentive_utility

def update_capacity(new_capacity):
    # 在此更新发电容量
    global capacity_coal_A, capacity_coal_B, capacity_coal_C, capacity_wind
    capacity_coal_A += new_capacity * 0.2  # 示例：假设20%的新增容量来自A类燃煤机组
    capacity_coal_B += new_capacity * 0.3
    capacity_coal_C += new_capacity * 0.3
    capacity_wind += new_capacity * 0.2

def get_total_capacity():
    # 返回总发电容量
    return capacity_coal_A + capacity_coal_B + capacity_coal_C + capacity_wind

def adjust_parameters_based_on_single_market(new_capacity_single):
    # 在此实现基于单一市场的参数修正
    # 可以根据具体模型和算法来实现
    pass

# 执行仿真
simulated_capacity_single, utility_single = single_market_simulation()
simulated_capacity_split, utility_split = split_platform_simulation()

# 结果分析示例：绘制两种容量市场模型的投资激励效用比较图
years = np.arange(1, simulation_years + 1)
plt.plot(years, utility_single, label='Single Market')
plt.plot(years, utility_split, label='Split Platform Market')
plt.xlabel('Year')
plt.ylabel('Investment Incentive Utility')
plt.legend()
plt.show()

请注意，上述代码是一个简化的示例，实际情况可能需要更复杂的模型和算法。在实际应用中，可能需要更详细的参数设置、模型修正和结果分析。