如何通过机制的优化设计激励新型电力系统的协同规划、运行与演进-基于“机制控制”的方法-华南理工大学

辛南理工大学SouthChinaUniversityofTechnology如何通过机制的优化设计激励新型电力系统的协同规划、运行与演进HowtoIncentivizetheCollabora—AnApproachBasedonMechanismControl:CyberneticsforMechanisms华南理工大学荆朝霞ZhaoxiaJing,SCUT2026年1月22日本报告为华南理工大学荆朝霞教授2026年1月22日在中国能源研究会、清华大学大会上的发言，引用本报告相关观点及图片请注明来源及作者。感谢刘洋博士在控制理论方面提供的有价值的观点和建议。华南理工大学1.挑战：新型能源体系的结构性变革与机制冲突Challenge:StructuralTransformationandPerspectivesonSystem、Maket3.手段：系统化评估与动态调控的理论框架Framework:Ene·框架：能源机制设计CyberneticsforMechanismonPowersector4.总结和未来方向Conclusions挑战诊断理论基础理论框架实施方法挑战：新型能源体系的结构性变革与机制冲突挑战：新型能源体系的结构性变革与机制冲突Challenge:StructuralTransformation变化：自然、能源系统、经济系统、环境；快速、剧烈2)再改革redesign华南理工大学2)再改革redesign华南理工大学再改革：电力市场不适应，需再改革：英国、欧洲、澳大利亚、美国华南理工大学2025成效(中国)标准性的事件：Standardizedeventsinclude:困境：这些改革取得了多方面的成效，但是，也出现了一些导致市场“不和谐”的问题，如河北农村的冬季供暖问题、电力批发市场的主体串谋问题、中长期和现货衔接相关的新能源消纳、跨省交易等。河北农村的冬季供电力批发市场的主体串中长期和现货相关：新能源消纳、跨省交易原因：其中的一个重要原因是通过临时性或非系统的干预措施解决问题，在解决一个问题的同时，可能引起新的问题，比如加强对发电的市场力管控可能会导致过度监管造成激励不相容及市场价格进一步扭曲。和程度的损害addressissuesin的问题maygeneration→excessiveregincompatibility+furtherdistort96)复杂6)复杂complexe华南理工大学电力市场是一个包括多个部分的，具有紧密耦合关系的复杂的系统，包括治理体系、组织体系、产品体系、交易体系和价格体系。subsystems:thegovernanceframework,theorgasecuritysecuritysustainabilityobjectivesaeconomicenvironmentssocial市场电力市场设计：五大体系产品体系|流动励相容治理品(合同)政府有形之手主体源网聚合市场运营机构组织体系责权分配政府严动电能基础产品⑤治理体系管制外部性|政府衍生品华南理工大學以跨省优先发电计划执行决策为例，涉及多个相互耦合的机制。Takingthedecision-making行d容量补偿机制：capacitycompensation不平衡资金的分摊方式methodsfor果outcom7)矛盾7)矛盾华南理工大学矛盾：也反映了电力市场面临的一些矛盾、需要协调的问题，很多也是整体经济发展需要关注的问题。如集中-分散、省内-省间、中长期-现货、短期-长期、局部-整体、存量-增量、新-旧、稳定-发展、管和放。sources,stabilityanddevelopme新能源和传统newenergyvs.traditionalenergysources矛新能源和传统newenergyvs.traditionalenergysourcesd省内和省间d省内和省间中长期和现华南理工大学华南理工大学8)关键Key关键：如何正确处理多重矛盾关系、加强相互之间的协调C如何正确处理多重矛盾关系华南理工大学华南理工大学9)窗口window窗口期：未来一段时间新能源占比会持续升高，带来能源系统结构进一步快速演变。当前是重要的改革窗口期，迫切需要通过系统改革避免不协调的机制体制带来以下问题：加剧资源错配、威胁能源系统安全、提高用能成本、限制技术创新。改革的重要窗口期改革的重要窗口期10)系统系统解决方案：我们需要系统的解决方案，包括标准的辨识问题以及确定顶层设计、实施路径的方法。辨识根源、系统方案、落地实施系统论/系统哲学：系统论、矛盾论、次优理论、反直觉、未预料的后果等是从不同角度对缺乏系统性造成的问题的解释。缺乏系统性缺乏系统性矛盾论thetheoryofcontradictions次优理论the反直觉未预料后果系统论华南理工大学次优理论：是经济学的一个概念，强调完全的最优化往往不现实，因此需要在可行的替代方案中寻找次优解。一个重要结论是：当某些条件无法满足时，满足剩余条件的次优状态未必比其他部分条件的次优状态更接近于理想的帕累托最优状态。减去一个非最优的、不好的机制，结果不一定会变得更好减去一个非最优的、不好的机制，结果不一定会变得更好!!更坏结果(可能)消纳、资源配置减去一个非最优机制：跨省优先发电协议按协议电量保障执行价格偏离：电力市场中的各种看似不同的问题，可以用一个共同的角度解释：价格扭曲，即市场价格与真实价值(或称影子价格)的不一致。市场价格：市场价格：真实价值(影子价格):基于真实成本、真实消费者偏好，利用最优化模型计算得到的、由拉格朗日乘子决定的价格thepricedeterminedbyLagrangemultipliers,calculatedusing4)市场失灵4)市场失灵marketfailures市场失灵：理想情况下市场可促进资源最优配置，因此我们应让市场在资源配置中起决定性作用。但是，市场中总存在各种各样的失灵，需要政府干预。干预机制失灵：一般市场失灵：市场设计失灵：华南理工大学华南理工大学其中，一般市场失灵指由偏离完美竞争市场的各种因素造成，如不充分竞争、信息不对称、交市场设计失灵干预机制失灵：不充分竞争信息不对称交易成本市场设计失灵Marketdesignfailures华南理工大学市场设计失灵是能源市场，特别是电力市场特有的问题，主要由其复杂性造成，需要人为对市场的组织架构、产品体系、交易机制进行设计。失灵的场景如缺乏反映灵活调节价值的产品类市场失灵：市场失灵：marketfailures市场设计失灵：电力市场特有缺失市场定价机制不满足激励相容干预机制失灵：一般市场失灵：缺失价值干预机制失灵指本为解决外部性和市场失灵的干预机制的失灵，包括干预不足、干预过度、intervention,over-intervention,andinappr一般市场失灵：干预机制失灵：本为解决外部性和市场失灵的干预机制的失灵干预不足干预过度干预方式不当inappropriate干预方式：很多情况下，我们的问题不仅仅是是否应该干预，应该由谁干预，更重要的、更关键的是采用何种方式干预，比如，干预对象是交易量、报价、出清价、行业平均价，还是某种收益或利润?交易量交易量tradingvolumes干预对象：华南理工大学华南理工大学价值即影子价格不一致，进而导致一系列问题。真实价值(影子价格):华南理工大学华南理工大学错配：市场中很多问题源于错配，这包括：价格的扭曲、供需在时间、空间与数量上的不匹配、基荷与调节资源的结构性失衡，以及市场参与者对合同期限等交易偏好的错配(如供方倾向长期合约而需方偏好短期合约)。timing,location,andvolume,st交易交易资源错配供需价格反直觉/未预料后果1)如果同时有两个使市场价格偏离价值的因素，同时作用的结果可能是对实际交易没有显著影响；Iftwo摩擦1:摩擦1:摩擦2:偏差1:偏差2:无显著影响2)如果系统中存在多个导致摩擦的因素，如果仅减小/消除一个因素，整体市场的结果不一定会更好。摩擦1:摩擦1:摩擦2:摩擦3:123摩擦1:摩擦2:更差的结果27反馈：从控制角度，一些问题的原因是：失灵、摩擦导致了一些指标的不适当的反馈，使得系统失稳，或向相反的方向发展。竞争不足外部性调节价值按现货比例降低市场价格中长期市场量价管制日前市场出清模型非线性：启停、空载售电公司亏损定价与调度不一致现货限价收益补偿发电总收入不当套利、发售市场力发用收入容量补偿发电现货市场偏离成本报价，提高现货收入离现货价格加强现货价格管制现货无法回收合理成本中长期市场行使市场力基基石：支撑系统性治理的复杂系统与控制论能源系统面临物理、自然、经济、社会、国际等多重环境快速变化的挑战，需要建立能快速响应变化，动态调整演化的机制体系，以更好支持能源系统乃至整体经济系统、社会系统的高质physical,natural,economic,social,andinternational.Itnecessitatestheesta能源系统机制体制能源系统机制体制rapidly能源系统Copyright2026Z华南理工大学能源系统是一个复杂的适应性的巨系统。适应其发展的机制体制一方面具有复杂耦合关系的各机制之间需要协调，另一方面需要有适应内部结构和外部环境变化、动态演化的能力。The内部结构内部结构外部环境适应新型能源体系的机制体协调、持续演化挑战：如何及时发现结构、环境的变化，发现存在的问题，并建立规范化、科学的机制优化、演化的流程和方法，兼顾安全、低碳、可负担等多方面目标，兼顾行业各利益相关方的诉求，促进机制体制的整体性、一致性。这是一个涉及多学科的复杂问题。Howtopromptlydetect及时发现变化及时发现问题建立规范化、科学的机制优化、演化的流程和方法涉及多学科的复杂问题a33华南理工大學从控制论(诺伯特·维纳，1948)到经济控制论以及对复杂巨系统(钱学森，1990)、复杂适应系统(约翰·霍兰，1994)、能源信息-物理-社会系统(薛禹胜)等框架理论，学者们已为理解复杂系统奠定了多层次基础。然而，现有理论在如何直接对系统底层“游戏规则”——即各类经济、社会与治理机制——进行系统性诊断、动态反馈与协同调控方面，仍缺乏一个统一的操作控制论控制论能源信息-物理-社会系统34这里的控制论是指研究系统(如机器、生物体、组织或社会)的一种方法论，其核心关注点是系统如何通过反馈机制实现自我调节、维持稳定(稳态)或达成目标。1948年由诺伯特·维纳控制论cybernetics研究系统的方法论methodologyfor反馈feedback维持稳定或达成目标maintain物理/技术社会经济制度/机制institutional自然华南理工大学这个系统中，主要的控制对象是各种类型的机制，包括公共政策、市场机制和监管规则等，通过这些机制影响社会主体的行为，进而影响物理系统的结构和运行模式，以及禹自然环境产生不同形式的交互影响。同时，自然、物理、社会系统的反馈也直接影响机制的控制方案。Inthissystem,the制度/机制institutional市场机制监管规则公共政策华南理工大学这是关于能源机制控制系统的概要设计图，简要给出了涉及的各子系统及之间的交互关系。机制体制系统行业组织架构交易机制治理体系sustainabilitysustainability……反馈信号feedbacksignal市场交易体系markettradinggovernance市场主体多重目标：安全、低碳、经济、公平、可持续。icontrolobjectives多重目标：安全、低碳、经济、公平、可持续。efficiency.equity,and→控制信号controlefficiency.equity,and华南理工大學能源机制控制框架包括三大支柱，系统诊断：分阶实施、适应控制能源机制控制CyberneticsforMechanismsintheEnergySector系统诊断System分阶实施Phased适应控制Adaptive4142华南理工大學1、系统诊断：运用系统论方法，全面辨识能源系统转型中的堵点、卡点及其多重影响因素；能源机制控制系统诊断System分阶实施Phased华南理工大學2、分阶实施：引入控制论思想，构建“机制控制”核心理论，将各类机制视为可动态调控的对象，以增强系统对内外部环境变化的适应性与鲁棒性。PhasedImplementation:Integrating能源机制控制系统诊断System分阶实施Phased44华南理工大學3、适应性/演化控制：建立从机理分析、模拟仿真到沙盘实验的标准化评估与优化流程，为机制迭代提供科学引擎能源机制控制系统诊断System分阶实施Phased适应控制Adaptive45控制：顶层设计和递进式实施方案Control:Top-Level机制反馈控制mechanism价值分析Value市场分析Market机制46市场体系评估与改进MarketSystemAssessmentand华南理工大學价值分析按照各种资源的真实成本和价值，建立对能源系统的规划和运行优化模型，进而确定最优的方案及各种资源、服务的影子价格。Value价值分析Value市场分析Market机制47市场体系评估与改进MarketSystemAssessmentand市场分析按照市场的交易流程、方法确定市场的各种价格以及交易结果。MarketAnalysis:价值分析Value市场分析Market机制对比分析机制反馈控制mechanism华南理工大學市场体系评估与改进MarketSystemAssessment华南理工大學48改进、增加、减小干预机制减小不一致。ComparativeAnalysisandFeedbackControl:机制反馈控制mechanism价值分析Value市场分析Market机制华南理工大學市场体系评估与改进MarketSystemAssessment华南理工大學价值分析Value市场分析Market机制市场体系评估与改进50摩擦，短期难以一揽子解决。因此，实践中，需要采用渐进的方案：首先建立临时性的方案，然后价值分析Value市场分析Market机制反馈控制mechanism市场体系评估与改进MarketSystemAssessmentand能导致缩小市场和系统的可行空间、限制竞争、限制资源配置等后果。临时性临时性interim减少reduce51竞争不足外部性调节价值中长期市场量价管制日前市场出定价与调度不一致补偿发电总收入场价格发用收入不足提高现货收入加强现货售电公售电公使市场力中长期价格偏根源的临时性的干预(第2类)Root-cause被观察到的需要解决的问题Observed闭环的反馈系统华南理工大学场价格按现货比例补偿发电总收入<报价成本中长期市场场价格按现货比例补偿发电总收入<报价成本中长期市场清模型非线性：启停、定价与调度不定价与调度不一致发电现货市场偏离成本报价，加强现货现货无法回收售电公售电公使市场力不当套利、发售市场力根源(root):采用了“混合”的合同，即在同一个合同(中长期)合同中试图实现两方面的目标：增加流动性(市场化的中场合同，即衍生品),解决市场失灵问题(多种因素导致的收入不足),导致了中长期价格和现货市场的偏离。Rootcause:The华南理工大学场价格按现货比例补偿发电总收入<报价成本中长期市场场价格按现货比例补偿发电总收入<报价成本中长期市场性：启停、定价与调度不定价与调度不一致发电现货市场提高现货收入加强现货现货无法回收售电公售电公不当套利、发售市场力图中有两个正反馈，一个导致电能价格越来越低，需要的补偿越来越高，价格结构越来越失真；一个导致市场主体的策略性行为越来越强，管制越来越严格，市场活力不断下降。这正是从控制角度对当前电力市场一些困境的解释。Thediagram华南理工大學驱动合约驱动合约全成本补偿日前市场出性：启停、全成本补偿日前市场出性：启停、空载售电公司盈利定价与一致发电市场收入<报价成本发电：市场化合理收入市场活力增强收益回收取消效率提高电价降低货市场按真实价现货市场价格合理用电增多放松现货管制解决方案：基于扩展的混合市场框架，将中长期合同根据两类目标，分解为两类不同的合同。对市场失灵相关目标，远期采用基于保险、可靠性期权、基于拍卖的基于收益的政府驱动的差额结算合约(CfD)等形式，近期采用基于核定的固定价格的基于收益的差额结算合约形式。基于收益的政府基于收益的政府日前市场出日前市场出一致入<报价成本市场活力增强效率提高电价降低售电公司盈利售电公司盈利价用电增多现货市场价格合理放松现货管制中长期价格与现货价格收敛新的框架下，避免了临时性的干预措施的正反馈，建立了成本降低、能源转型、经济发展的正反馈。竞争不足外部性调节价值基于收益的政府发电成本驱动合约回收保障自由的中长期清模型非线性：启停、空载售电公司盈利全成本补偿定价与调度不一致发电市场收入<报价成本发电：市场化合理收益回效率提高电价降低发电现货市场按真实成本报价现货价格合理现货价格收敛现货价格管制需要特别进行设计的，是用于保障发电合理收入的政府驱动合约。具体方案可见我们在《南方电网技术》上即将发表的文章。Adoptarevenue-basedreliabi02可以保障合理收益02可以保障合理收益01减小对价格的影响采用基于收益的可靠性期权采用基于收益的可靠性期权，而不是传统基于价格的可靠性期权，从而应对可再生能源大比例参与电力市场下电量的风险；AdoptRevenue-BasedReliabilityOption(RRO)insteadoftraditionalprice-basedreliabilityoptionstoaddresstherisksassociatedwithlarge-scale采用可靠性期权机制，期权为衍生品，而不采用容量支付或容量市场等将容量作为独立产品的机制；ratherthanusingmechanismssuchascapacitypayments04可以减小预测不准确的影响Reduce04可以减小预测不准确的影响Reducetheimpactofinaccurateforecasting集中-分散框架中引入新建证书溢价收益在新建机组与中央机构间的分配机制，当集中阶段对新建需求的预测出现偏差时，分散阶段可通过此机制来进行新建投资激励弥补缺口。certificatesbetweennewunitsandthecentralinstitutionwithin03可以提高市场流动性将RRO应用于集中-分散相结合的框架，集中阶段通过招标方式解决容量配置问题，分散阶段促使资源及时回归市场竞争。通过中央机构做市商，解决因发电侧与用户侧对合约期限偏好不同而产生的交易期限错配问题；ApplyRROwithinacendifferingpreferencesforcontractd与我国当前大部分省份采用的容量电价补偿机制相衔接。核心在于引入基于收益的长期合约设计，对现有行政性补偿机制进行优化容量补偿的方式从行容量补偿的方式从行政核定过渡到市场化拍卖，充分发挥市场的作用，减小行政干预。并将第一阶段基于收益的长期合约继续应用于此阶段具集中式拍卖与中-分散相联合的市场环境中Phase2Phase2随着金融市场条件与风险管理工具发展的于收益的长期合约优供精准收益保障Alignwiththecapacitypricetransitionsfromadministrativederoleofthemarketandrintervention.Additionariskmanagementtoolsmature,theprovidingpreciserevenuegia总结与未来方向：实现能源机制的协同控制总结与未来方向：实现能源机