电力系统经济学原理

• 什么都不做，任由蜀国电力少发50MW出力，这意味着它 需要以现货市场价格进行补偿；
• 启动机组C，补足这一缺额； • 尽可能在电力交易所内购买一些替代电力。
由于后面现货市场的价格变化令人非常难以捉摸，孙尚 香对第一个方案的接受程度很有限。为此，她决定比较一下 另外两个方案，即能否在电力交易所上以低于C机组边际成 本的价格购得替代电能。
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3.2 电能商品的特殊性
建立电力市场的前提条件：电能可以像商品一样交易。 电能与其他商品差异： • 电能商品总是与物理电力系统紧密相连，而电力系统的传
送速度远远高于其他商品市场。(本质差异) 在电力系统内部，供应与需求需时刻保持平衡。 • 发电机生产的电能不能直接送到指定的用户。 所有发电机发出的电力会在系统内汇合到一起，依照物理 定律流到各个电力用户。 • 电能需求会表现出可预测的波动性。 电能的生产与消费是同时发生的，他们的成本和价格出现 快速的周期性变化。
• 主要原因：它会阻碍发电商按照自身的边际生产 成本进行报价。
• 所有发电商会想尽办法猜测最终的系统边际价格 ，然后据此进行报价以获得最大的收益。
• 理想情况下，两种机制对应的巿场系统边际价不 会存在任何差异。
• 然而实际上，一些低成本的发电商有时可能会高 估系统边际价，从而给出过高的报价。
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电力报价
• 市场出清价代表新增单位兆瓦时电能的价格，称为系统边 际价(system marginal price，SMP）。不管他们提供的报价 与投标是多少，发电商均以系统边际价出售他们生产的全 部电能，而用户则需要支付系统边际价购买所需的电量。
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电力报价
• 按照系统边际支付所有中标的发电显得不合理。 为什么不能仅按生产成本比较性
市场是一种帮助买卖双方进行协商并达成交易的平台。 电力市场里存在的误差和不可预测性故障有：
– 一组用户的实际负荷需求不会恰好等于预测值 – 发电机组经常会发生一些不可预测的故障 – 还有一些其他因素，影响电能的准时交付 为了保证电力系统的安全运行，必须消除这些差异。如果将发 电与负荷之间的偏差看成是电力供需不平衡，并且通过开放式 市场机制对之进行校正，那么必须能够将市场每时每刻的状态 （发电投标、用电需求、价格）告知电能生产者与用户。 很难建立一个可传输如此多必需数据、记录成千上万笔相关交 易信息的系统。
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双边交易_例题
她已经是电力交易所内的最后一个交易者，此时前面一些报价已经消 失，同时也出现了一些新的报价，如表3-4 所示。
孙尚香立即决定选择报价B8、 B6与B 3，因为它们能让她补足该时段 内的合同不平衡电能，并且支付的购买费用低于机组C的发电成本。总 之，当该时段的交易结束时，蜀国电力公司总计应提供580MW的电能。 需要提请注意，孙尚香是基于电能生产微增成本进行交易决策的。
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电力库与双边交易的比较
优点： • 电力库还能够减少发电商面临的计划安排风险，
因此也就可能会减少电能成本。 • 电力库所采用的计划安排算法一般会尽可能地避
免不必要的停机。 上述因素都可以减少发电商面临的风险。但是风 险的降低是以增加电力库规则的复杂性为代价的 ，复杂的规则会减少价格出清过程的透明度，导 致操纵价格机会增多。
第三章 电能交易市场
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基本内容
3.1 简介 3.2 电能商品的特殊性 3.3 集中式现货市场存在的必要性 3.4 开放式电能市场 3.5 集中式电能市场
3.6 结算流程 3.7 推荐阅读材料
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3.1 简介
• 输配电网络对电力市场具有相当大的影响，为了简化本章 的分析，假设所有发电机与负荷均连在同一根母线上，或 者是与一个没有损耗的无穷大系统相连，有助于取得对电 力市场的初步认识。
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电力库的运营模式
电力库的运营模式：
• 发电公司针对交易时段提供发电报价，标明它的供电数量 与对应的价格需求。发电报价按照从低到高的顺序排列， 根据这一序列，可以得到一条表示价格与累计数量关系的 函数曲线。该曲线就是市场上的供应曲线。
• 采用同样的作法，即要求用户提交包含量价信息的投标， 并按照价格从高到低的顺序进行排列，可以得到市场上的 需求曲线。 由于电力需求弹性极低，这一步有时会被省略，然后直接 以负荷预测值作为市场的电能需求。换句话说，需求曲线 此时被假定为一根竖直线，其横坐标就等于负荷预测值。
没有发现合适的投标，会在以下三种情形下清除：找 到匹配的投标；报价撤销；因为对应时段的市场关闭 而造成流标。
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双边交易
• 三种交易形式的共性：每一笔交易的成交价格均由交 易双方独立决定，也就是不存在“官方”价格。
• 自定义长期合同的详细条款通常视为私人信息；但对 于场外交易，市场往往会提供一些独立的信息咨询服 务，主要做法是收集与交易相关的价格与数量汇总信 息，并在不暴露交易参与方身份的前提下发布它们。
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双边交易
自定义长期合同(customized long-term contract):此类合同 非常灵活，供需双方可以通过私下协商，达成同时满足双 方需要及目标的条款。 适用情况：涉及的交易电量很大（数百或数千兆瓦时以 上），并且时间跨度比较长（几个月到几年），一般就可 以采用这种交易方式。 场外交易(trading “over-the-counter”, OTC)：这类交易通 常采用标准合同形式，主要应用于中、短期数量较小的电 能交易。 适用情况：交易费用较少，在实际交割即将发生前的很短 时间内，生产者与用户想要对交易情况进行调整，可以使 用此类合同。
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3.5 集中式现货市场
• 对于任何一种商品，市场成员的合同购买或销售量 与他的实际需要或生产量之间总是会存在一定的差 异，现货市场则提供了一种补偿不平衡量的机制。
• 如果希望将电能当成商品进行交易，相应地就需要 建立一个现货市场。发电与负荷不平衡必须在极短 的时间内得到纠正，传统的现货市场难以满足该要 求。此时，系统运营商通过运营“集中式现货市场 ”保证系统的平衡。
• 由于存在不可避免的技术问题，发电机组可能出现一 些突发性或不可预见的事故，干扰系统的正常运行， 集中式现货市场必须能够处理此类事情。
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开放式电能市场
双边交易主体： 购买者 销售者
交易双方可以自由签订双边合同，无须第三方参 与、干扰或者推动。 双边交易的三种形式： • 自定义长期合同 • 场外交易 • 电子交易
• 此时，该类发电机就被排除在发电计划之外，而 另外一些边际生产成本更高的机组则补充进来， 这就意味着市场的系统边际价会在一定程度上高 于它的真实值。
• 高成本机组代替低成本机组发电是不经济的，它 没有实现资源的最优利用。
• 系统边际价的不确定性也会给发电商带来收人风 险，为此他们可能会稍微提高报价以弥补这一损 失。
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双边交易
电子交易(electronic trading)：在一个计算机化的 市场环境里，售电方可以在市场上进行电力报价 ，而购电方则可以报出自己可接受的电价。
所有市场成员都可以看到每笔电能的数量与价格，但 他们不知道各报价与投标具体对应于哪个参与者。如 果程序发现有一投标的价格高于或等于此报价给出的 价格，即自动达成一笔交易，成交数量与价格会向所 有成员发布。
• 最终，按报价支付这一降低电价的措施反而会导 致电价的上涨。
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电力库的运营模式例子
针对6月11日9：00〜10：00这一交易时段，魏国电 力库已接到的报价与投标：
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电力库的运营模式例子
图显示了怎样分别将报 价与投标累加，从而得 到市场的供应与需求曲 线。
根据两曲线交叉点位置 坐标，得到：
• 给定交易时段的系统边 际价：16.00美元/MWh
• 通过市场信息传递机制，以及电子交易市场上最后一 笔交易的显示信息，市场成员能够更加清晰地了解市 场的状态与发展趋势，市场效率会得到更大的提高。
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双边交易_例题
蜀国电力公司会在蜀国电力市场上进行交易，该市场以双 边交易为基础的。 假设它拥有三台发电机组，具体参数如表3-1所示。为了 简化分析，假设这些机组的边际成本在整个运行范围内恒 定不变。由于存在比较大的启动成本，蜀国电力公司会尽 可能让机组A始终保持与系统相连，同时让机组B尽可能 在白天多发电。假定机组C的启动成本可以忽略不计。
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双边交易_例题
在电力交易所即将停止14:00〜15:00这一时段的交易之前，孙 尚香接到B电厂运行人员打过来的电话。B电厂碰到了一些事先 没有预想到的机械故障，虽然在傍晚之前它都会继续发电，但 发电量最多只有80MW。孙尚香很快意识到这一故障会给蜀国 电力公司带来损失，而她可以选择的解决方案有三种：
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集中式现货市场
大部分的电能可以通过分散的开放式市场进行交易， 但 该市场无法保证电力系统的可靠性。为了弥补开放式电能 市场的不足，需要建立一个集中管理的现货巿场，它可以 解决在实际电能交割时的负荷与发电不平衡问题。
• 集中式现货市场可以调整比较灵活的发电商的出力， 削减自愿减负荷的用户的需求，从而实现发电与负荷 的匹配。
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电力库的运营模式(续)
• 市场均衡点即为上面所“构造”的供应曲线与需求曲线的 交点。所有价格低于或等于市场出清价的报价都会被接受 ，发电商需要按照他们的中标报价所对应的电能数量组织 电力生产。同样，所有价格高于或等于市场出清价的投标 都会被接受，用户可以依据他们的中标投标所对应的数量 从系统中获取电能。
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双边交易_例题
蜀国电力公司在6月11日14：00〜15：00这一时段的合同 交易情况，表3-2汇总了所有相关的双边合同。
表明蜀囯电力公司为了賺取一定的利润，它利用远期巿 场上的价格波动回购了一部分已售出的电能。
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双边交易_例题
在6月11曰中午时间，蜀国的值班交易员孙尚香必须决定，是否需要 通过基于电子显示屏的蜀国电力交易所调整交易安排。一方面，孙 尚香知道蜀国电力公司已经签订了总量为570MW的合同，同时它在 该时段的全部可用发电容量是750MW。另一方面，她还可以看到电 力交易所的交易屏上显示了如表3-3所示待交易的报价和投标。