电力市场环境下的电力系统稳态分析

第3章电力市场环境下的电力系统稳态分析

3.1 概述

从20世纪80年代以来，在世界范围内开始了电力工业改革的浪潮，其要紧目的是打破垄断，开放电网，形成自由竞争的电力市场。

依照微观经济学中市场的理论，能够将电力市场定义为相互作用、使电能交换成为可能的买方和卖方的集合。应该指出，电力市场中的商品除了电能以外还包括各种辅助服务。辅助服务包括输送电能、提供备用、无功补偿及电压调节等，要紧用来保证电力系统运行的可靠性及电能质量。

现在世界上已提出了多种电力工业改革方案，并在不同的国家实践。电力市场和其他市场相比的待殊之处在于电能的生产和消费是同时完成的，从而输电系统的存在是电力市场的显著标志[1]。输电服务由于其规模效益，一般具有天然垄断的性质。因此各国市场化的共同特点是“厂网分开”，由政府对输电部分进行适当的管制，保证电网开放，以便为发电和配售电制造一个公平的竞争环境。对输电部分处理的不同，形成了各国电力市场结构的特色。

图3-1表示了电力市场的要紧组成部分[1]。发电厂商(G)、

发电市场(PM)形成了市场的供给主体；用户(D)及零售商(R)构成了市场的需求主体。而电力市场的输电部分又包括5个部分：输电设备所有者(Transmission owner，TO)、独立系统调度机构(1ndependent Sytem Operator，ISO)、辅助服务商家(Ancillary Service，AS)、电能交易机构(Power Exchange，PX)、交易协调商家(Scheduler Coordinator，SC)，现分不简述如下。

图3-1 电力市场的要紧组成部分

1. 输电设备所有者（TO）

电网开放的前提是输电设备的所有者对输电系统的用户(包括发电厂商及电能用户)在准入和运用输电设备方面应平等对待，幸免卑视。假如输电设备所有者在发电或供电上有任何切身利益，则难以实现上述要求，因此，一般应建立一个独立操纵机构ISO来调度输电系统并提供输电服务，而输电设备的维修责任仍归输电设备所有者。

2．独立系统调度机构(ISO)

ISO调度输电网络并对所有输电用户提供服务。对ISO的差不多要求是不从电力市场中赢利。因此，ISO必须与电力市场的主体发电厂商及用户脱离。ISO的职责和权力在不同的市场模式中专门不相同，要紧有：

(1)制定运行规划／运行方式。

(2)实施调度。

(3)对电力系统进行操纵与监测

(4)在线电网安全分析。

(5)市场行政治理。

3. 电能交易机构（PX）

PX的差不多功能是在以后市场对电能的供求双方提供一个交易的场所。市场的周期可能是1小时到几个月。最常见的形式是一天前的市场，为每个运行日的前一天进行电能交易。依照市场的设计，一天前的市场可辅以较长周期的市场或小时前的市场。小时前的市场为运行前1到2个小时的电能交易提供可能。然而，PX的最差不多的功能是作为电能供需双方竞争的POOL，并形成市场出清价(Markt C1ear Price，MCP)。然后MCP就成为实现以后市场结算的依据。

以上3部分：TO、ISO及PX给电力市场的交易提供一个平台，不能从交易中赢利。

4. 辅助服务商家（AS）

AS为电力系统可靠运行提供所需的服务，要紧是为输电系统安全可靠运行提供有功备用及无功电源。

依照市场结构，辅助服务商家能够在PX或ISO进行交易。辅助服务能够是以捆绑方式提供，也可分不按菜单提供。调节备用、旋转备用和补充运行备用(非旋转备用)等辅助服务能够由用户自己提供。

5. 交易协调商家（SC）

SC是一个把电能供需方的打算结合在一起的一个中间商，但不必遵守PX的规则。有些市场模式中要求把电能协调限制在中央POOL之中而不同意其他SC进行操作，例如英格兰电力市场确实是如此。在有些电力市场模式中可能不存在中央POOL或管制的交易机构，电能协调是用一种分散方式进行。在专门多新的电力市场结构中，SC是一个重要组成部分。

以上5个电力市场的组成部分在某些电力市场中不一定出现。在某些情况下可能会少一两个组成部分。在另一些情况下，两个或几个组成部分可能合为一个复合的组成部分。然而，其相

应的职能是不可缺少的。例如挪威将ISO和TO结合，而英格兰将ISO、TO和PX结合成为NGC(国家电网公司)。起初美国加利福尼亚州的电力市场结构式是将以上5个部分全部分开，然而FERC(联邦能源治理委员会)在2000年的Order No．2000中要求各地区成立PX、IS0和TO结合的RTO(地区输电机构)。

电力市场的出现给电力系统研究提出了专门多新的课题，包括经济方面的课题和技术方面的课题。

在经济方面，电价理论和交易机制是电力市场研究的核心。国外电力市场的理论研究起源于20世纪80年代末期学者对实时电价的研究[2,3]，从理论上证明了实时电价对合理配置资源的有效性。电价理论的研究应分为两个部分，即电能成本分析(电价预测)和电力市场中的电价形成机制。电能成本分析是电价预测的基础，关于电力市场的宏观操纵、优化电力资源配置有决定性的阻碍。但电价的形成最终要通过市场机制。从理想市场运行来看，电力市场的出清电价应与电力系统电能的边际成本相对应。

电力交易可采取双边合同和竞价上网的形式。一般电力市场都包含这两种形式的交易。然而电力市场以何种形式为主，或这两种形式各占多大份额，应该依照具体情况进行分析。

竞价上网的方式和竞价策略是电力市场理论中的一个难点，

有专门强的随机性和实时性要求。该问题不仅与电力市场的经济效益有关，而且直接阻碍电力系统的安全性和可靠性。对一个发电厂商来讲，竞价决策和其运行优化有紧密关系，其竞争目标是要猎取最大利润。发电厂商如何制定最优竞价策略，以及PX如何模拟和选择发电厂商以使电力用户的电能费用最小化的问题将涉及到随机优化的模型和算法。

在技术方面，要紧围绕电力市场环境下保证电力系统安全运行的问题。

在垄断环境下，整个电力系统的发电、输电、配电是统一治理和统一调度的，运行方式安排相对比较简单，系统运行的安全可靠容易得到保证。在电力市场环境下，电力交易瞬息万变，电力调度既要保证公平竞争，又要保证安全运行，这就给电力系统分析提出了新的挑战。例如，在电力市场条件下由于系统潮流可能与预测的专门不一样，从而可能导致输电堵塞、电压崩溃及不稳定等问题。

输电堵塞是电力市场条件下系统运行的一个重要现象。从市场经济学的观点来看，双边交易员能体现市场自由竞争的效益，但这种交易模式会给电力系统的统一调度带来困难。最突出的问题确实是电力网络某些部分可能趋于功率极限，而使电力系统运