第2章-电力市场模式

第二章 电力市场模式

本章介绍基于实时交易的电力市场模式和基于交易合同的电力市场模式。

2-1 基于实时交易的电力市场模式

一、基于实时交易的电力市场

在传输和配电线运行作为垄断部门，电力市场重组强调在发电和零售服务中的竞争潜力。网络之间的相互作用使开放入口线路的制度和价格分配的设计复杂化。当考虑传输网的特殊运行可靠性要求时，批发市场的制度设计可以使批发和零售竞争都适应这个入口。 由系统操作员协调的基于联合运营中心的短期电力市场为建立开放入口系统提供了基础。系统操作员的协调是不可避免的，并且在经济调度前提下的基于投标的实时电力市场为市场参与者创造了一个竞争性的批发市场环境。联合的边际电价定义了传输使用的机会成本，支持传输权利不受系统的实际使用的限制。合同系统可以为短期运行和建立在市场激励上的长期投资提供联系。

批发市场设计的核心组成如下：

● 由系统操作员协调的基于投标并受安全约束的经济调度的短期实时电力市场。 ● 市场清算区域价格包括边际损失和阻塞的实时电力交易。

● 等价于传输源和目的地之间的地区价格差异的短期传输使用费用的双边贸易。 ● 使用前一日报价、定价和合同，和具有实时市场电价的实时平衡的两个结算系统。 ● 用以分配传输权利益的传输阻塞合同。

● 包含电网综合成本和其他固定费用的网络入口费用。

● 负荷使用其他解捆辅助服务的使用费用。

以下将详细给出同时支持批发和零售电力交易的竞争性电力市场设计中的基本组成。

竞争性电力市场的经济性

图 2-1 电力批发市场结构

具有经济性的电力市场的一般框架为评估市场设计成员提供了一个参考点。这个批发电力市场的框架为电价和入口同时也为零售竞争提供了一个基础。

电力市场的重构通常强调纵向集成系统的功能解捆。通常的将其分为发电、输电和配电分法是不恰当的。在电力市场的环境中，传输线和运营中心调度是非常重要的部门。电力系统的特殊环境对一个高效、大规模的电力市场是一个障碍。而由系统操作员协调的电力运营中心则可以克服这些障碍。可靠运行是任何一个电力系统的主要要求和约束。就拿电力网的强的、复杂的相互作用而言，目前自由潮流传输网的技术水平需要一个协调传输系统使用的系统操作员。传输使用控制即调度控制是调整电网使用的主要或唯一的手段。因此，对传输网开放入口也就是开放调度入口。必须存在一个系统操作员协调电网传输系统。并且，该系统操作员应该独立于现有的电力部门和其他的市场参与者，所有市场的参与者可以获得平等的待遇。在电力市场分析中，要建立一个竞争性的市场，关键的总是如何设计传输和调度之间在过程和电价上的相互影响。

为了提供一个高效的竞争性的批发电力市场运行的综述，有必要区分由系统操作员协调的短期运行和包含合同和投资的长期决策。现假设有一竞争性电力市场，市场参与者是电价的收取者并包括发电者和理想用户。在这个问题中，批发市场中远离发电机侧运行的配电者是用户的一部分。就短期运行而言，这个系统是非常简单的，并且有可能给出像机会成本之类有意义的概念。一旦短期运行经济性确立之后，长期运行的要求也就显示而易见了。对短期和长期决策之间的联系的关注可以分隔电力市场的特殊属性。

2. 短期运行电力市场

就电力角度而言，短期运行是一般很长的时间，但就人而言是一段很短的时间—半个小时。短期运行电力市场相对来说比较简单，在短期运行中，已经做出地区投资决定。电厂、输电网和配电线路都已建立。用户和发电者之间有联系，购电者、售电者、电力经济人和其他服务部分的工作也大部分完成。唯一存在的决定就是电力的交付，这在短期电力市场中是实实在在的商品生产。

每半个小时，市场竞争性地运行，将实际功率从发电侧送到用户侧。每个电厂的发电机在生产实际功率时都有一个边际费用，同样用户也根据每半个小时的电价的不同对电力需求量也不相同。收集各发电机的发电成本，按最低到最贵的顺序对发电机进行排序，得到发电机次序表。这个最优次序表确定了短期运行的边际费用曲线，并用于控制电力供给。同样，用户的需求量对提供联合报价计划。发电者和用户并不是单方面作用，他们都为调度员提供信息，以确定每个给定时段哪些电厂投入运行。电力联合运营中心为实现在给定短期运行边际成本前提下的有效的电力调度提供了一个模型。虽然调度需要不总出现，但是在这延伸部分并不存在概念和技术上的困难。系统操作员控制系统的运行，以参考者在投标中的报价为参考，实现供电和需求的有效平衡。

这个有效的集中调度与市场结果是完全吻合的。就同一个负荷的要求而言，最低成本调度和竞争性市场调度是相同的。传统电力交易中心和市场方式下的电力交易的主要区别在于用户对价格的决定作用。在传统电力交易模型中，用户付费，发电者获得平均费用。如图2-2所示边际成本仅仅确定了最低成本调度，边际成本是竞争性电力市场电价的确定标准。

从发电报价曲线上给出的边际成本的来源可以发现传统集中式调度与分散市场观点的显著不同。一般来说，给定发电厂给定时间内的发电成本数据来自对发电能源成本所做的工程评估。但是，在市场模式下，这些依赖于工程评估得到的数据是不准确的。因为实际的机会成本还可能包含其他的因素，比如；不包括在燃料费用中的对持续供电的不同程度要求。用发电者的市场投标来代替发电者的工程评估（只包含燃料费用的显示）是完全可取的。每次报价确定一个给定半小时内的发电者可以接受的最低价格。这些报价用以调整调度。

图2-2 短期运行电力市场

只要发电者接受市场清算价格，并且有足够的竞争者，以致于每个发电者都假设自己不会被定义为边际发电机组，那么此时的发电者最优报价就是实际的边际成本：如果报价太高将失去运行的机会，但并不会改变接受的电价。报价太低，获得了运行机会同时却要承担所得收入低于发电成本的风险。因此，在有大量的竞争者同时又不存在联合的情况下，短期运行集中调度市场模型可以从购电者和售电者的报价中确定成交价。系统操作员将该报价视为供电和买电的价格，并以市场均衡价格使发电者和用户利益最大化之间实现平衡。因此，在短期运行中，电力是一种商品，从选定的发电侧自由地流进电网，并在希望的用户侧输出。每半个小时，用户根据该半小时内消耗的总的电量以短期运行边际价格支付费用，发电者则按同一标准收取费用。在短期运行中，每个成员支付或收取实际的机会成本。费用按一个简单的结算过程完成结算。

3. 传输阻塞

短期运行电力市场模型的观点目前已经很普遍，并且在许多国家的电力运营中可以找到。然而并不是所有的电能在同一地点产生并消耗，事实上，发电者和用户之间是通过一个自由潮流传输网和配电线路相联系的。

在短期运行中，传输相对来说也是简单的。输电网已经建成，每个成员除了特定的工程要求无需其他就可以满足最低技术标准。在这个短期运行的环境中，传输可以简单地认为在电网的某一部分注入电能而在另一部分输出。电力潮流由实物交易规则确定，但是潮流的核心问题是分散，或者以虚拟的协议路径或是以更复杂的定位方法。某处注入另一处输出的简单模型抓住了必须具备的真实性。在这个简单模型中，通过在传输中引入损失和可能拥塞费用，使短期运行电力市场复杂化。

功率在线路上传输时碰到阻扰，阻扰产生损失。因此，在系统中，至少根据损失的边际影响，将功率输送到不同地点的边际成本是不同的。在处理这些损失时，竞争性电力市场实际运行和理论并不需要做大的改变。经济调度会考虑这些损失，相应地调整市场平衡电价。在技术上，这会带来由地区决定的不同的边际成本和不同的电价。但是，短期运行的电力市场模型和运营仍保留。

传输阻塞将引起相关的影响。短期运行中的传输网的限制可能会制约功率的远距离输送，从而在某些地区出现远高于边际成本的价格。最简单的情形，功率通过传输线路从成本最低的地点输送到价格最高的地点。如果这条线路有约束条件，在需求高峰期，并非所有在低成本地区产生的功率都可以被利用，某些成本低的电厂将退出运行。在这种情况下，需求将由一些成本较高的电厂来满足。在无约束条件下，这些高成本的电厂是不投入运行的，但由于传输阻塞，使得他们投入运行。由于传输阻塞，两个地区的边际成本存在差异。在低成本地区的功率边际成本与该地区的未投入运行的最低成本的发电机费用差不多，否则该发电