由于可再生能源资源的地理分布特性，清洁能源供给与消费的区域性错配已成为全球电力系统低碳转型面临的共同挑战。跨区域源荷平衡技术及机制能够为大规模可再生能源消纳提供经济高效的解决方案，并已在全球多个电力系统得到应用和发展。本文系统梳理了全球含大规模可再生能源的跨区域电力系统运行与市场组织的主要机制框架及实践进展，并重点阐释了跨区域联络线建模与运行方法、多区域协同优化算法以及新型灵活性资源挖掘三大关键支撑性技术。通过理论技术的持续发展与实践应用，跨区域源荷平衡与市场交易可为推动多区域电力系统低碳化转型提供重要的可行路径。

常见跨区域运行机制

在跨区域电力系统运行模式与市场机制方面，本文将常见模式机制归为三类：可用传输容量机制（ATC）、基于潮流的机制（Flow-based）和安全约束经济调度（SCED）。北欧电力市场在早期采用可用传输容量机制，该方案直接对各区域间的传输容量进行拍卖或交易，适用于区域间呈松耦合的简单场景。随着区域间物理耦合关系及经济交易的复杂化，基于潮流的机制能够更好地考虑区域间的运行约束与区域内的部分关键安全约束，在中西欧区域得到应用及推广。我国国家电网经营区内的省间电力现货市场也属于该类机制的前沿发展，旨在将来自沙戈荒基地的新能源高效经济地输送至负荷中心。安全约束经济调度能够全面地考虑各区域及参与主体的经济物理特性，从而达到理想的最优运行结果，但其计算较为复杂。美国以加州独立系统运营商为核心的西部能量不平衡市场即采用了这一机制，我国南方区域电力现货市场则将其推广至考虑日前机组组合的跨省优化运行，进一步促进了省间清洁能源交易与消纳。

我国部分可再生能源资源聚集区及跨区域消纳实践

在支撑大规模可再生能源的跨区域系统运行关键技术方面，本文主要阐述了跨区域交直流联络线运行建模、基于分布式优化与可行域投影的多区域协同优化，以及灵活性资源挖掘与聚合。作为电力系统跨区域连接的物理载体，跨区域交直流联络线的安全灵活运行对于具有随机性和波动性的可再生能源跨区域传输至关重要，其中直流联络线的优化运行与控制特征存在复杂耦合，亟待进一步研究。多区域协同优化是多区域电力系统运行与市场交易的核心算法框架，对偶分解等迭代式分解协调方法和基于可行域投影的无迭代优化方法存在各自的技术优势与难点，且需要与数学优化问题的高效求解方法相结合，以满足实际应用中应对可再生能源不确定性与市场出清时限的计算效率需求。大量来自用户侧与配电网的分布式灵活性资源则为维持跨区源荷平衡与大规模可再生能源利用提供了关键的灵活调节能力增量，其通常依赖于虚拟电厂等新型聚合模式参与系统运行与市场交易，需要采用合适的市场化激励机制，以充分发挥其灵活性调节作用。

该论文的第一作者及通信作者为清华大学电机系长聘副教授钟海旺。其他作者包括清华大学能源互联网创新研究院院长、电机系教授康重庆、博士后王璇、博士生虞泽宽、硕士生何雨桐，南方电网科学研究院周保荣，国家电力调度控制中心梁志峰，以及加州大学伯克利分校丹尼尔·科曼（Daniel M. Kammen）教授。该研究得到了国家自然科学基金企业创新发展联合基金集成项目（U22B6007）及James and Katherine Lau基金会的资助。

钟海旺现为清华大学能源互联网创新研究院能源战略与运筹研究中心主任，清华四川能源互联网研究院交易与运筹研究所所长，国家优秀青年科学基金获得者，IEEE高级会员，获中国电力优秀青年科技人才奖，入选中国科协青年人才托举工程。主要研究方向包括电力系统优化运行、电力市场、电力人工智能、储能等。担任中电联人工智能标委会委员，中国电机工程学会人工智能专委会委员。主持NSFC联合基金重点项目，担任国家重点研发计划项目、NSFC集成项目课题负责人。获省部级奖励5项，中国电工技术学会一等奖1项（第1完成人）等。入选全球前2%顶尖科学家榜单、爱思唯尔中国高被引学者榜单。