来源：《中国电力》2026年第6期
引用本文：
范孟华, 张圣楠, 戴逢哲, 等. 基于VCG机制和状态空间压缩的电力系统多重价值快速评估方法[J]. 中国电力, 2026, 59(6): 101-111.
FAN Menghua, ZHANG Shengnan, DAI Fengzhe, et al. A fast assessment method for multiple values of power systems based on VCG mechanism and state-space compression[J]. Electric Power, 2026, 59(6): 101-111.
DOI: 10.11930/j.issn.1004-9649. 202508002
摘要
随着高比例可再生能源加速渗透，传统火电、储能、可再生能源等不同类型电力市场主体在支撑电力系统及社会运行的核心属性层面已出现差异化特征，当前电力市场机制难以全面、准确量化不同市场主体在安全、绿色等维度的贡献。为解决上述问题，提出面向多类型主体的电力系统多重价值评估方法。构建涵盖经济价值、安全价值、环境价值的评估指标体系与测算模型，引入Vickey-Clarke-Groves（VCG）拍卖机制，基于电力系统主辅服务联合优化出清模型，通过替代效益量化各类型市场主体的多重价值。针对VCG框架计算负担重、安全约束机组组合（security-constrained unit commitment，SCUC）求解复杂度高的问题，提出基于时段解耦与状态空间压缩的并行求解加速算法。以改进IEEE-30和118节点系统进行算例验证，所提方法全面客观评估了各类型市场主体的多重价值和外部性，所提加速算法显著提升了混合整数线性规划问题的求解效率，并满足求解精度要求。
研究背景
随着“双碳”目标推进与新型电力系统加速构建，可再生能源在电力系统中的渗透比例快速提升，受传统火电、可再生能源等不同类型电源及储能等市场主体的差异化影响，电力系统运行的经济-安全-绿色价值属性逐渐发生变化。如何量化评估不同类型主体对电力系统运行的多重价值已成为研究热点。
当前，国内外电力市场普遍采用流程简单、结算透明的边际电价机制进行市场主体收益结算，但边际电价机制基于短期边际成本定价，难以准确反映新能源（如风电、光伏）“低边际成本、高系统成本”的属性（高系统成本源于可再生能源出力的随机性与间歇性，具体表现为反调峰、反调频等问题）。这一局限不仅弱化了传统火电的调节支撑安全价值与储能的灵活调节价值，还制约了新能源消纳潜力的释放。
针对以上边际电价的短板，有学者尝试引入满足激励相容的Vickrey-Clarke-Groves（VCG）机制，辨识火电对可再生能源消纳的外部性价值，以克服边际电价机制中策略性报价行为引起的市场效率损失问题。也有学者将满足贝叶斯激励相容的Arrow-d’Aspremont-Gerard-Varet（AGV）机制应用至电力市场，引导市场主体真实报价。然而，上述研究仅考虑火电与可再生能源的相互影响，暂未考虑储能等新型市场主体。
针对电力系统不同类型市场主体价值衡量问题，尽管VCG机制能够满足激励相容特性，但是其循环计算的短板也难以规避。
本文基于VCG机制提出包含传统火电、新能源、储能等多类型主体的电力系统多重维度价值量化评估方法，提出基于时段解耦与状态空间压缩的VCG并行求解加速算法，主要贡献如下。
1）构建电力经济、安全与环境多重价值评估体系及指标成本测算载体模型，以实际成本测算的替代效益而非报价结算收益来量化主体价值，为评价不同市场机制下主体收益分配的合理性提供参考。
2）提出基于VCG机制的多类型市场主体多重价值评估策略，将电力市场出清模型嵌入VCG，既满足现有出清模型下激励相容特性，又能实现对电力系统多类型主体多重外部性价值的准确评估。
3）针对VCG机制计算负担短板，充分利用VCG初始问题最优解，设计适用于VCG机制的“并行计算+状态空间压缩”加速求解算法；采用“时段解耦+近似求解”来缓解SCUC混合整数规划问题求解难度，有效保留了模型求解精度。
多重价值体系建设与评价
开展电力市场多类型主体多重价值评估，需要考虑电力市场体系构建的顶层逻辑。如图1所示，电力市场体系包括组织架构、产品体系、交易体系、交易机制与监督调控5个部分。其中，价值评估作为电力市场体系的重要环节之一，主要针对产品体系部分，链接“成本测算”与“市场定价”，形成成本测算、价值评估、市场定价、监管调控的动态闭环过程。依托电力市场体系框架，电力市场多重价值评估需要从物理系统结构、市场目标与约束、区域发展禀赋等方面切入，考虑市场主体、供需特性、风险成本、经济特性等关键因素，对不同类型市场主体价值进行综合评估。
图1 电力市场体系基本框架
Figure 1. Basic framework of the electricity market system
传统边际电价机制主要针对系统运行经济特性与供需特性，以市场主体经济收益量化主体价值贡献。边际电价机制能够引导主体低成本发电，结算过程简单，市场透明度高，但该机制忽略了市场公平、系统安全与环境保护等价值，既难以适配不同类型市场主体的收益诉求，也无法满足低碳能源转型的战略目标。在能源转型背景下，近乎零边际成本的可再生能源对传统火电的经济收益形成冲击，且边际电价机制进一步忽略了关键价值维度，既未考量可再生能源的高系统调节成本与低环境污染成本，也忽视了传统机组对电网安全运行的支撑价值。
如图2所示，多重价值评估指标体系包括经济价值、环境价值与安全价值3个维度。经济价值维度包括电能量经济价值和系统约束影响潜在价值；环境价值维度包括新能源高效消纳价值和化石燃料污染物减排价值；安全价值维度包括系统供电可靠性价值和调频、备用等灵活性价值。
图2 电力多重价值评估指标体系
Figure 2. Evaluation index system for multiple values of electricity
结论
中国能源体系向高比例可再生能源加速转型，衍生出传统边际电价机制下火电、可再生能源、储能等市场主体角色定位偏差及补贴激励公平性问题，需要结合各主体对电力系统运行经济性、安全性与绿色性多重价值进行重新考量。本文提出一种适用于主辅电力市场的多主体多重价值快速评估策略，主要研究结论如下。
1）构建了面向主辅市场多类型主体的经济运行、安全调节、环境治理多重价值模型，从系统运行成本最小化角度直接测算各主体价值表现，摒弃边际价格报价、结算来量化主体价值的思路。
2）提出了基于VCG机制的多类型市场主体多重价值评估策略，采用替代效益量测不同市场主体的多重价值，有效满足激励相容特性与价值评估公平特性，所测算多重价值可为电力系统有关市场定价部门对不同主体准确激励提供量化参考。
3）建立了适用于VCG机制的加速求解算法，以“并行计算+状态空间压缩”的思路提升了VCG机制计算效率。以时段解耦将部分整数变量预固定的思路，进一步降低整数变量求解规模，有效解决“SCUC出清模型+VCG机制”求解计算负担重的问题。算例分析显示，所提加速算法在保留模型计算精度的基础上，显著提升了模型求解效率。
注：本文内容呈现略有调整，如需要请查看原文。
内容来源：《中国电力》2026年第6期杂志
作者：国网能源院战略所总师兼室主任范孟华，北京电力交易中心有限公司张圣楠，华南理工大学 电力学院戴逢哲，国网能源院战略所所长郑海峰、碳治理筹备组专职常务副组长张晓萱，华南理工大学 电力学院刘肇熙、荆朝霞
