《Electric Power Systems Research》：Short-term leader-follower dispatch model for inter- and intra-provincial two-tier markets
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•面向两层电力市场的价格引导主从出清机制•日前协同与日内滚动校正相结合•保护隐私的分层多割Benders分解调度•更高的输电利用率和更低的系统运行成本•正常及极端条件下改善可再生能源消纳能力引言在中国"双碳"目标和电力系统向低碳化快速转型的推动下，可再生能源资源与电力负荷中心
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面向两层电力市场的价格引导主从出清机制
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日前协同与日内滚动校正相结合
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保护隐私的分层多割Benders分解调度
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更高的输电利用率和更低的系统运行成本
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正常及极端条件下改善可再生能源消纳能力
引言
在中国"双碳"目标和电力系统向低碳化快速转型的推动下，可再生能源资源与电力负荷中心之间出现了显著的地理性错配[1]。可再生能源发电主要集中在西部地区，而电力需求主要集中在东部负荷中心，导致弃风弃光与电力供应短缺并存。因此，省际电力交易对于提高资源配置效率、优化可再生能源布局至关重要[2],[3],[4]。
为解决这一问题，中国正推动建立以省际现货交易为核心的统一电力市场[5],[6],[7]。然而，可再生能源占比的提升带来了诸多重大挑战，包括输电通道利用率不足、不确定性增大以及协调复杂度不断攀升[8],[9],[10]。当前省际优先交易模式在时间和空间维度上均存在协调缺陷：在时间维度上，省际交易依赖年度静态协议，日输电计划通常将年度合同电量分解为日配额，再采用典型日负荷曲线结合日电量需求生成日内时段计划。这种长期决策范式无法适应可再生能源发电的日内剧烈波动，导致计划安排与实际运行脱节。在空间维度上，该方法往往过度简化省域内部运行约束，使得省际输电计划在省级层面可能不可行，进一步加剧了脱节现象。同时，为避免出清失败，西电东送通道呈现出"反调峰"特征，而可用输电容量（ATC）的保守估计[11],[12]不仅制约了社会福利最大化和输电利用率，还严重阻碍了跨区可再生能源的消纳。时间刚性与空间壁垒的叠加效应割裂了省际与省内两层市场，阻碍了区域价格收敛[13]，并对输电权交易的发展提出了更高的动态灵活性要求。因此，亟需从时空协调的视角推动省际交易计划从静态向动态转型，打破两层市场间的交互壁垒，实现时间耦合与全局统一优化，从而提升可再生能源消纳能力和整体社会福利。
针对上述挑战，已有研究从多个维度展开了广泛探讨。在市场机制设计层面，国内先后提出了中国省际电力交易的两阶段出清框架和优先可再生能源消纳的双层市场模型[14],[15]。在分层决策建模方面，双层优化已被广泛应用于电力-碳协同调度、综合能源系统运行[16],[17],[18]等分层决策问题，以及共享储能与微电网群之间的交互[19],[20],[21]；博弈论框架也被引入用以刻画需求响应和多主体交互中的策略行为[22]。在可再生能源发电的不确定性方面，鲁棒双层调度、电-气联合市场鲁棒出清以及多智能体强化学习方法已被用于增强系统对波动和复杂市场环境的韧性[23],[24],[25]。
尽管这些研究在各自关注的维度上取得了重要进展，但仍存在一些局限性，阻碍了其直接应用于省际与省内电力市场的协同。首先，省际输电计划的时间分辨率通常设置为小时级别或更粗，无法捕捉可再生能源发电的日内剧烈波动。这种粗粒度的时间分辨率导致日前计划与实际运行之间存在系统性脱节，且难以支撑输电权交易等需要精细化拥塞管理和动态分配的应用。其次，在分解算法方面，尽管Benders分解已被验证在电力系统优化中是有效的，但现有实现大多针对相对独立的结构（如孤岛微电网）[26]，其中问题仅涉及单一区域的发电-负荷平衡，不涉及复杂的多区域功率交互。这种范式未能充分考虑多个互联区域间的分层协调，其中省际联络线潮流决定了各省的净注入量，而各省内部的机组组合反过来又制约着省际计划的可可行性。第三，经典单割Benders分解将每个子问题的所有信息聚合为每次迭代的一个切割平面，平均化了各省不同的边际价格信号，导致主问题丧失了输电调整方面的精确方向信息，造成收敛缓慢。
值得注意的是，此类分层约束优化问题的结构复杂性以及多层决策中的优先级分配已在跨学科方法学研究中得到探讨，例如图论约束机器学习[27]和分层参数化建模[28]，这为本文采用的分层分解策略提供了有益的方法学参考。近年来，多割Benders分解（MCBD）在分层市场解耦和多阶段序列出清的加速计算方面取得了新进展，展示了其在复杂电力市场结构中的潜力[29],[30]。MCBD可以通过每次迭代生成多个切割平面来加速收敛，同时保持省级数据隐私；其结构与省际和省内层级之间的自然分层边界高度契合。然而，尽管具有上述优势，MCBD在现有文献中的应用尚未针对省际与省内市场的具体协同结构进行系统性适配。
基于上述分析，本文提出了一种面向省际与省内电力市场协同的分层解耦与滚动校正优化方法。建立了基于边际价格信号引导的主从分层优化架构，其中区域电网作为领导者优化省际输电计划，各省市场作为跟随者优化省内调度。采用多割Benders分解对混合整数双层规划问题进行结构化解耦和高效求解，为每个省生成独立切割以加速收敛。此外，引入了基于滚动时域优化的多时间尺度校正机制，通过15分钟滚动更新对日前计划进行逐步偏差校正，从而将省际输电计划的时间分辨率从小时级提升至15分钟级。最后，在四省互联系统上的仿真结果表明，所提方法在确保调度方案可行性的前提下，能够显著提升系统经济性能并促进跨省可再生能源消纳。
各章节摘要
基于主从框架的双层优化模型
为有效应对高可再生能源渗透率下省际资源配置与省内灵活调节之间的时空错配问题，本文提出了一个涵盖日前调度和日内调整的多时间尺度协同优化框架。在日前阶段，建立了双层优化模型：省际电力交易作为领导者，省域电力市场作为跟随者。
求解方法
所提出的双层协同出清模型归结为一个具有强时空耦合和多个整数变量的混合整数线性规划（MILP）问题。为此，我们在日前阶段采用多割Benders分解，在日内阶段采用基于模型预测控制（MPC）的滚动优化。
测试系统描述
为验证所提框架的有效性，构建了四区域互联系统，如图3所示。该系统包含一个以可再生能源为主的区域（A）、一个以水电为主的区域（B）和两个负荷中心（C和D），反映了资源和负荷的典型空间分布特征。各类发电机组的技术运行参数、省内发电机组装机容量、参与送端的发电容量——
结论与未来工作
本文提出了一种价格引导的分层协调与滚动优化框架，以解决省际与省内两层电力市场之间的时空协调缺陷。在日前阶段，建立了主从双层优化模型，区域电网优化省际联络线计划，各省在给定的联络线计划下独立优化自身的机组组合。在日内阶段，引入一种——
CRediT作者贡献声明
Yuqi Wang：论文撰写——初稿，方法论，调查，数据整理，概念构思。Weiqing Wang：指导监督，软件开发，调查，经费获取。Sizhe Yan：可视化，验证，项目管理，经费获取。Shipeng Ji：论文撰写——审稿与编辑，验证，方法论，形式化分析。
利益冲突声明
作者声明不存在任何可能影响本文所报告工作的已知竞争性经济利益或个人关系。
Yuqi Wang | Weiqing Wang | Sizhe Yan | Shipeng Ji
