（技术经济及管理专业论文）我国电力供需侧市场设计及其要素与关键问题研究.pdf

d i s s e r t a t i o ns u b m i t t e dt o n o r t hch i n ae l e c t r i cp o w e r u n i v e r s i t y i np a r t i a lf u l f i l l m e n to ft h er e q u i r e m e n t s f o rt h ed e g r e eo f d o c t o ro fm a n a g e m e n t t e c h n o l o g ye c o n o m i c sa n dm a n a g e m e n t b y g a n d e y i s u p e r v i s e db y p r o f q ij i a n x u n e c o n o m i c sa n dm a n a g e m e n ts c h o o l m a r2 0 1 0 声明尸明 本人郑重声明：此处所提交的博士学位论文我国电力供需侧市场设计及其要素与 关键问题研究，是本人在华北电力大学攻读博士学位期间，在导师指导下，独立进行 研究工作所取得的成果。尽我所知，除文中已经注明引用的内容外，本学位论文的研究 成果不包含任何他人享有著作权的内容。对本论文所涉及的研究工作做出贡献的其他个 人和集体，均已在文中以明确方式标明。 期：塑竺：鱼：形， 关于学位论文使用授权的说明 本人完全了解华北电力大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权 保管、并向有关部门送交学位论文的原件与复印件；学校可以采用影印、缩印或 其它复制手段复制并保存学位论文；学校可允许学位论文被查阅或借阅；学校 可以学术交流为目的，复制赠送和交换学位论文；同意学校可以用不同方式在不 同媒体上发表、传播学位论文的全部或部分内容。 ( 涉密的学位论文在解密后遵守此规定) 作者签名：精 0 ( i = 1 ，2 ) ，并且这些容量是可以被完全分割的。发 电商i 的生产边际成本为c 0 ( 发电商的实际产出必定小于其发电容量) ，不妨假 设q c 2 。在此基础上，不失一般性地进一步假设0 = c l c 2 = c 。在这个模型中，各 时段的需求水平9 是一个与市场价格无关的随机变量。特别地，在此区间内 口l 旦，0i 互( o ，毛+ k 2 ) ，0 按照已知的分布函数g ( 0 ) 分布。 在此模型中，可以认为两个发电商均以向购电方投标竞价的方式进行竞争，每 个发电商都在清楚了解市场需求状况的情况下同时独立地提交报价。设每个发电商 愿意出售其所有容量的最低价格为匆o ，p 1 ( i = 1 ，2 ) ，这里p 表示“市场备用价格”， 由管制者确定。令b 暑( 包，坟) 表示整体投标状况，购电方根据此投标状况确定发电商 的机组调用情况。如果发电商提交不同的报价，那么提交较低报价的发电商优先被 调用。如果该发电商的发电容量不足以满足市场需求秒，则通过调用提交较高报价 的发电商容量来满足剩余市场需求。如果两个发电商提交相等报价，那么发电商f 1 被优先调用的机率为序。这罩n + 岛= l ，且如果q 岛 ( 2 - 2 ) 这里的g ，( 秒；6 ) 可由( 2 1 ) 求得。 在差别竞价模式下，购电方向各个发电商支付的购电价格等于各个发电商在竞 价中各自提交的报价( 当该发电商中标时) 。因此，在给定0 的值以及投标状况b 的 情况下，发电商i ( i = 1 ，2 ) 所获得的利润可以表示为： 1 7 、j ，王 - 2 ，l 够气0 岛岛魏 第二章电力市场中的发电侧竞价模式总体设计 衫( 秒；6 ) - - b 一q 】吼( p ；6 ) ( 2 3 ) 同样，这里的g ，( 秒；6 ) 也可以由( 2 - 1 ) 求得。 此外，假定此两个发电商为风险中性，且在竞价中以利润最大化为目标。 2 3 两种需求水平下的均衡分析 本部分首先描述前面所给模型的弱非优策略中纳什均衡的特点，然后对比其均 衡结果。 可以认为，在纯策略均衡中，可接受的最高报价处于集合 c ，p 中。此外，差别 竞价中，处于纯策略均衡的所有接受调度的机组都以同一价格出力。 基于这一辅助结论，可以证明本节的主要结论，即均衡结果基本上可以分为两 大类，而这要取决于需求水平： 即，可以认为，存在0 = o ( c ，毛，红，竹，这样就有： i ) ( 低需求水平) 0 舀，在这一特殊纯策略模型中，最高可接受报价为c 。 i i ) ( 高需求水平) 0 否，支付给所有发电商的价格都超过了c 。在统一竞价而 不是差别竞价中存在纯策略均衡，其最高可接受报价为p 。 容易发现，两种竞价模式下的低需求变现中的均衡既有自己的独特之处又有相 同之处。处于均衡中时，两发电商提交的报价都等于c ( 效率低的发电商的成本) 但是只有最高效的发电商能得到调用。考虑到价格受制于效率最低的发电商的成 本，因此两竞价模式下的均衡结果是竞争性的。这也符合成本效益，也就是总发电 成本最小。 在高需求水平的变现中均衡结果是有很大不同的。在统一竞价中，纯策略均衡 都涉及到发电商在市场保留价尸处出标，而其他发电商提交的报价足够低从而削减 了其利润使得无利可图。均衡的精确属性要取决于参数值。有三种可能的情况：( a ) 如果谷：秒务- ，或岛秒包+ 三墨，当存在6 l 如= p 时才会达到均衡；( b ) 如果 p 台。 口务z ，或毒2 也 m a x 辑，屯+ 毛) ，两种类型的纯策略均衡都要存在。需要注意在( a ) 中，均衡 f 结果总是成本效益的，而在( b ) 中却总是成本无效的。在( c ) 中成本的效益取决于采用 了哪种均衡。 差别竞价中，高需求水平状态下仅存在混合策略均衡。特别地，有一种特殊均 衡其中两发电商混合在一个共同的支持框架下，该支持框架首先建立在低效发电商 的成本之上并且还要涵盖市场保留价，即岛( c ，p 】，f = l ，2 。由于低效发电商提交 最低报价存在一个正向概率，因此一般来说这种混合策略均衡效率并不高。 1 8 以及监管制度的 ( 2 - 4 ) 况的发生率是逐 变大；更确切的 的，如果c = o 那 么其中涉及到的对称情况就是最理想的。还有，竞争对手是向剩余需求提供服务的， 效率的降低能使其竞争对手引起的利润损失降低，其成本是增大的，成本的不对称 性往往使得低需求的情况更容易发生。最后，定价垄断以及需求剩余就更有利可图， 市场保留价也就变得更高，高需求情况的发生率变得更大，p 也变得更高。如果考 虑将市场保留价作为价格监管上限，那么更加严格的监管就能改善市场绩效，这不 仅是因为在高需求情况下减弱了市场力，同样还降低了高需求情况发生的可能性。 通过对比两种不同形式的竞价形式下市场绩效，可以分析两种竞价形式下的总 发电成本以及支付给发电商的平均价格。对于竞价形式厂= d ，u 来讲，令c ，和尺，分 别表示总发电成本的均衡水平以及对发电商的付款，并且令巧和g j 分别表示发电商 f 的均衡报价及产量。在差别竞价中就有= ，c f 衫，f = u ，d ，r d = ，b d q a l ，而 在统一竞价中当p “= m a x ， b 7i 彰 o ) 是市场价格时有r “= p “，q 7 = 0 。根据均衡 结果取决于需求水平的结论，可以进一步得出以下直接结论： 即，对于市场绩效，有： i ) 如果0 口就有r j = r “，如果0 p 则有r 4 r ”； i i ) 如果0 0 就有c 。= c “，如果0 2 c “，如果0 l o 使得d ( p ，0 ) = 0 ；对v p 【0 ，p ( 秒) 】，d 是递减的且是严格 的凹函数。 给定一个逐渐下降的需求函数，在任一竞价模式中，随着投标价格范围 b = ( 包，6 ，) ，发电商i ( i = 1 ，2 ) 的容许产量研( 6 ，0 ) 可以表示为： g j ( 6 ，0 ) = m i n d ( b i ，口) ，岛)岛 哆 值得注意的是任一竞价模式中发电商所得支付的独立性，这里有个隐含假定，即用 户是按照市场出清价格进行结算，也就是，可以接受的最高报价。很显然，这将会 导致在差别竞价中市场( 竞价者) 运行的剩余。假设这些剩余的处理是通过一次性 转移支付，那么总的剩余( 即发电商和用户的利润总数) 则仅仅取决于市场出清价 格和发电商之问的产量分摊方式。 从以上的假设来看，说明市场需求是一个连续且递减的函数，当d ( e ) 岛，i 第二章电力市场中的发电侧竞价模式总体设计 时，存在一个唯一的价格p 其使发电商的利润在对剩余需求的交易中得到了最大 化，即( 伊) = a r g m a x x p p m i n d ( p ，o ) - k j ，岛 ) 。价格与发电商f 的剩余垄断价格 有关。 接下来，假设参数口定义了一系列的需求函数，例如，如果岔 0 2 ，则 d ( p ，舅) d ( p ，0 2 ) 。直观的来说，秒是一个变化的参数，其影响了需求函数的状态( 至 少在一定程度上需求函数对应着不同的目) ，但并没有影响到斜率。( 0 ) 是护的增 函数。 令e = m i n p ，p ) 表示发电商f 有效的剩余垄断价格。如前所述，用毋和g 代 表尸。接下来，本文将扩展均衡结果取决于需求水平的第一个结论，即认为存在唯 一的值目，低需求和高需求的均衡结果分别取决于变化参数秒的下限值或上限值。 不同竞价模式的绩效对比也是一样的，但是需要注意：因为在差别竞价中用户的价 格普遍较低，所以配置效率获得应该归功于消费相应的增加。 然而，本文的主要目的是，0 的临界值与需求价格弹性之间的关系。为了得到 这个结果，下面定义一些规则，对于需求函数d 1 和d 2 ，其中当p = c 时， d 1 ( p ，0 ) = d 2 ( p ，0 ) 。d 1 比d 2 的需求弹性要大，对于所有的p c ，有 d 1 ( p ，0 ) d 2 ( p ，0 ) 。如果令代表发电商i 剩余的垄断价格，相应的需求函数为d 。 如果d 1 比d 2 的需求弹性要大，则有p ， 矿，则在任何均衡下，供应商所得到的支付价格大于c ； i i i ) 若b m a xi 多一：羔兰k ，则尺d ：朋1 秒一曼兰ki 朋：r “ 5 l s j 市场结构对两种竞价方式的均衡结果的影响各不相同。在两种竞价方式中，决 定需求是“高或“低”的阈值随着供应商数量的增加而增加。换句话说，边际成 本定价更有可能存在于更分散的行业中。然而，在差别竞价中( 与统一竞价相反) ， 市场结构同时影响高需求下的竞价策略。在差别竞价中，供应商实行对称的混合策 略，这些策略将影响价格与供应量两者之间的平衡：降低报价将减少可得到的中标 价格，但提高了竞争力，由此可获得更大的市场份额。在需求水平一定的情况下， 竞争商数量越多，该“数量效应”越重要。因此，在差别竞价中，市场结构越集中 价格竞争就越激烈。 利用上文的数值例子，分析上面的观点。令k = 含中，k = l ，g = o ，s = l ，2 ，s 。 2 6 华北电力人学博十学位论文 供应商的预期支付分别为e r 4 = 万i 、e r “= 可2 s - 1 。不同供应商的取值如表2 - 5 所示： 表2 5 增加供应商数量的变化情况 一个更加分散的行业结构，能够改善两种竞价方式的市场行为，同时能够提高 差别竞价的相对行为。在给定的供应商数目情况下，两种竞价方式的支付差额约等 于统一竞价下两倍于该数目的供应商的效果。 2 4 4 长期投标情形 在基本的双寡头模型中，最后分析在时间变化或随机需求的供应商行为，这在 电力市场中尤其重要。在电力市场中，供应商所的报价在2 4 小时或4 8 小时内是固 定的，如澳大利亚以及早先的英格兰和威尔士市场。因此，此处假定投标价格是在 需求( 0 ) 未知情况下制定的。易证在考虑时间变化时，先前的分析结论依然成立， 只要最有可能实现的需求足够低，或者实现概率最小的需求足够大。例如，需求当 没有超过关于第一个结论的均衡中所确定的标准阈值0 ，则情况与低需求情况相对 应。当且仅当低需求或高需求实际发生的概率为正时，引入需求变量才会为该问题 增加新层面。依据一些常见的分布函数g ( o ) ，可设0 满足10 ，pl 互( o ，局+ 岛) ，其中 9 否 否。 在确定竞标价格前，需求明确可知的情况下，统一竞价与差别竞价均衡的差异 显著。不确定性需求的存在，均可扰乱两种竞价方式下所有参与方的纯策略均衡 9 3 , 9 4 1 。因此，下文将分析混合策略的均衡。对于统一竞价及差别竞价，存在独特的 混合策略均衡，可以推导出明确的供应商策略公式： 即，设i 旦，口l ( o ，白+ 包) ，其中旦 0 乡。则在两种竞价方式的纯策略模型中， 均不存在均衡。在特殊的混合策略均衡下，供应商所决定的竞标价格将大于c 。 在两种竞价方式中，在混合策略均衡下，供应商需权衡两个相反的结果：一方 面，高竞价将导致高均衡价格；另一方面，在其它条件不变时，高竞价降低每个供 应商的预期产出。在统一竞价下，第一种结果没有差别竞价下的显著。在统一竞价 方式下，当竞标价为边际价格时，高竞标价才会导致高市场价格，而在差别竞价下， 当供应商被调度发电时，高竞价总会提高供应商预期获得的支付价格。最后，导致 差别竞价中的价格低于统一竞价中的价格。该结论可在对称情况中得到证实( 当 k l = k 2 = k ，q = c 2 = 0 时) ，其中混合策略下，差别竞价的分布函数的一阶导数大于 第二章电力市场中的发电侧竞价模式总体设计 相应的统一竞价下的一阶导数，如c ”( 6 ) 掣( 6 ) 【9 5 1 。 在一般情况下，不能清楚获知模型参数与供应商均衡策略之间的关系。但是 对称容量的情况下，易知当日专k ( 后专口) 时，需求总是小于单一供应商所提供 产量，在两种竞价方式下的混合策略均衡都接近低需求情况下的均衡，该均衡下价 格等于高成本供应商的边际成本。相似地，当秒专k ( 或后专旦) ，需求总会超过单 一供应商的供给量，均衡结果接近高需求情况下的均衡。更进一步地，在统一竞价 中，极限均衡结果是有效的，如供应商生产的效率越高，其提供剩余需求的效率就 越低。这与非随机需求下模型的结论相反，在该模型中，在高需求的统一竞价方式 下，同时存在有效的与无效的纯策略均衡。这意味着，尽管还不能证明该结论的一 般性，但从效率角度看，统一竞价比差别竞价更有效。实践证明，进行收入的对比 更难，除非在对称情况下，在该情况下，易知两种竞价方式下供应商所获得的总支 付额相等。 下面分别比较短期及长期竞价的市场行为。在一般情况下，对两者进行对比有 一定的难度，因此下面主要考虑对称的情况。用职j 、脚。分别表示短期及长期竞 价，在竞价模式厂= d 时，供应商的预期总支付。可得结论如下： 在对称的双寡头模型中，e 群 ，时，虽然很少出现发电容量短缺的 状况，但是波动的峰值过高，例如对于r f o 腭。础严3 ，第1 0 年和第3 6 年的发电容量 分别富余了8 0 3 6 m w 和1 1 4 3 0 m w ，超出当年负荷需求3 2 和2 4 ，造成巨大的投 资浪费。另一方面，当r f o 愆。傩， ，时，虽然发电容量的波动幅度较小，但是却呈现投 资不足的现象，例如对于r f o r e c a s 尸2 ，第年和第年的发电容量分别短缺1 2 4 6 m w 和 1 5 5 2 m w ，低于当年负荷需求3 8 和3 1 。 窆 o 2 鬃。 嘲 罐蠹 b 图3 - 3 不同负荷预测误差下的供需容量差额 事实上，由于价格上限对于价格信号的抑制作用、市场信息的不完善性、监管 政策的不确定性、监管政策对于投资行为的约束作用、投资者的风险态度、要素市 场的不确定性，以及发电市场的外部性等多方面原因的影响，最终往往使得投资者 在面临诸多风险因素的前提下，倾向于缩减发电投资规模。因此，在模型中可以假 设投资者对于负荷的预测是比实际负荷增长偏低的，即即。州 0 9 9 9 的云滴，剩下m 个云滴： 砌：土争丛( 3 1 2 ) m 午x - 2 l n y t 胁= ( 3 - 1 3 ) 根据云的数字特征【b ，玩，见】，可以生成任意多个云滴组成的正态云。对于一维 正态云，云发生器的具体算法如下。 ( 1 ) 生成以b 为期望值，昂为标准差的正态随机数石； ( 2 ) 生成以晶为期望值，厦为标准差的正态随机数日； i ! 二垒 ( 3 ) 计算y - - e2 9 n 2 ，即工的隶属度； 3 8 华北电力人学 尊士学位论文 ( 4 ) 使0 ，y ) 形成合乎条件的一个云滴； ( 5 ) 重复步骤( 1 ) ( 4 ) 直至产生要求数目的云滴。 至此，决策者可以根据有限的假设情景得到隶属云的数字特征，并通过云发生 器生成符合该特征的隶属云，进而将未来市场需求增长率的隶属度从有限的状态拓 展到全面的描述。 3 4 3 仿真评价指标体系与运算过程 与3 3 3 一样，对于可靠性仍然选择系统长期状态下的年平均发电容量不足率 s 踟枷，以及由此导致的年平均缺电小时数h s h d 一加以考察；而对于经济性则是以系 统的年平均发电容量冗余率s 阢以及年单位电量购电成本c a e 疗作为主要评价指标。 图3 7 表示在云模型下，新的动态仿真运算流程： 3 4 4 算例分析 图3 7 整体算法流程 假设通过典型市场情景分析可以列举实际需求增长率的隶属度分布如表3 1 。 表3 1典型市场情景下的实际需求增长率及隶属度 3 9 第三章电力市场中供应侧市场关键参数设计 可以求得实际需求增长率服从云模型 0 0 2 5 ，o 0 0 1 ，0 0 0 0 0 7 ，如图3 - 8 所示。 实际需求增长率1 0 0 , 图3 8 实际增长率云模型 基于前面所讨论，在投资者预测的未来负荷需求低于真实水平情形下，采用本 文所提出的4 项动态评价指标，就可以较为全面的考察特定发电竞争参数方案下的 市场发展趋势。取r f o 腭佃f _ 2 ，运行发电容量动态仿真模型，即可得到4 项指标在 以下四种方案( 表3 2 ) 中的变化情况，如图3 - 9 所示。 表3 - 2 市场参数备择方案 华北电力大学博士学位论文 图3 - 9 不同备择方案下的市场仿真动态仿真结果 从图3 - 9 中的年平均发电容量冗余率散点图中可以看到，云理论及其相关模型 可以对有限的抽样状态加以扩展，从而有助于全面考虑各种不确定性因素的影响。 同时，隶属云的分布形态也清晰地描述了在不确定性影响下，需求增长率所具有的 模糊性，以及其隶属度的随机性。对于云的中心靠近期望较近的数值，云层较薄， 隶属度较高且取值较为确定；对于云的两端偏离中心期望较远的数值，云层较薄， 隶属度较低且取值也较为确定；然而对于云的中心和两端之间的数值，云层较厚， 隶属度在较大范围内分布且较难确定。由此可见，云理论及其模型比单纯的模糊数 更能准确客观地反映电力市场长期需求增长率的不确定性质。 此外，从图3 - 9 中还可以看到，无论提高电能价格上限还是容量价格，都会增 强发电容量的投资激励，从而推动投资者的发电投资决策，减少发电容量短缺所带 来的供电可靠性降低的负面影响。但是在发电容量增长的同时，也容易导致发电容 量的过度投资和用户侧过高的购电费用，尤其是在电能价格上限和容量价格均设置 较高的情况下1 1 0 5 j 。 结合图3 - 9 可以从各项指标对所列举的四个方案加以考察。方案一选择了较低 的电能价格上限和容量价格，因而抑制了投资激励，发电容量基本不存在过剩，并 且购电成本也最低，但是该方案将导致严重的发电容量短缺和较高的年缺电小时 数。方案四具有较高的电能价格上限和容量价格，能够有效激励发电投资，降低年 缺电小时数，但是会导致发电容量的过度投资和浪费，同时购电成本也最高。在可 靠性指标方面，具有相同容量价格的方案二和方案四较为接近。例如在年平均缺电 小时数指标中，二者云模型重叠区域的隶属度为6 0 ，而在年平均发电容量不足率 4 1 第二章电力市场中供应侧市场关键参数设计 指标中，二者云模型重叠区域的隶属度达到了8 5 ，因而方案二和方案四体现了较 好的可靠性。方案二和方案三的参数设计体现了对方案一和方案四的折中，因而在 各项指标上的表现较为均衡。具体而言，方案二在可靠性方面明显优于方案三，并 且二者在经济性方面也非常接近，例如在年平均发电容量冗余率指标中，方案二略 高于方案三，而在年单位电量购电成本指标中，二者云模型几乎完全重合。因此， 综合各项指标的对比分析表明，与其他备择方案相比，方案二具有很好的可靠性和 较好的经济性。 本节通过云模型定量描述了发电竞争市场中需求的长期增长率的不确定性，并 将云模型与发电投资动态仿真相结合，采用基于可靠性与经济性的模拟结果评价指 标体系，在不确定性市场环境下研究分析了市场外部条件对于发电竞争参数设计的 影响作用，对比了4 种不同的参数设计方案在可靠性和经济性方面所具有的优越性 及局限性。 3 5 本章小结 本章从操作层面，研究了发电侧市场中电能价格上限和容量价格这两个关键参 数的设定问题。本章首先建立了一般动态仿真模型，分析了电能价格上限与容量价 格这两个关键参数的协调性问题；其后，将动态仿真与云模型相结合，对4 种不同 的参数设计方案进行了对比分析。以上分析所得的结果对我国发电侧市场的具体设 计具有重要的借鉴意义。 4 2 市场竞争和 定价过程。用户通过减少电力消费、改变用电时间等方法响应电力价格变化，从而 平抑电力市场价格波动，减少输电阻塞，抑制市场力，降低峰荷机组容量投资，减 少环境影响。 在需求侧，我国还没有形成合理完善的需求侧响应机制。长期以来，我国电力 行业一直存在“重发、轻供、不管用”的现象，用户不能直接参与到市场价格的形成 当中，需求侧缺乏弹性，这使得我国不得不采取一些行政性手段来保证市场的稳定 运行，进而带来市场运行的低效率，这也是我国电力工业市场化改革近年来趋于停 滞的原因之一。因此，要进一步深化我国电力工业市场化改革，就要建立相应的需 求侧响应组织机制、运行机制、保障机制，以促使电力终端用户更多地参与市场， 提高市场运行的经济效率。 2 0 0 2 年，美国联邦能源管制委员会( f e r c ) 发布的标准电力市场设计法案 ( s m d ) 中规定输电服务必须由独立输电服务商( i t p ) 提供。而目前我国正处于 电力工业市场化改革的攻坚阶段，正在酝酿新的电力双边交易试点工作。在双边交 易模式下，我国电网公司所扮演的角色与i t p 存在某种程度上的相似。因此，本章 对独立输电服务商( i t p ) 市场模式下，需求侧响应机制的引入问题进行研究，对 促进我国电力市场改革具有重要意义。 如果需求侧响应机制设计得合理，并且能够有效地引入到i t p 的调度定价的过 程中，那么电力市场就能够平稳、有效地运行。在这里首先分析研究了在引入了需 求侧响应之后的这种i t p 电力市场中的各个成员以及管理机构的职责；然后阐述了 i t p 市场的需求侧响应机制设计的一些关键性问题。 4 2 有关市场主体的职责划分 4 2 1 独立输电商的主要职责 电力市场成功运行的关键之一是要有一个集中统一的调度市场运行机构，就是 这里所说的i t p 。i t p 的主要职责是保证电力系统安全稳定、经济高效地运行，所 采用的技术手段是应用基于市场的实时调度定价模型。i t p 可以，并且在美国的标 准化电力市场设计中已经负责同前市场( 也可能在小时提前市场上) 的运行，并且 i t p 应该通过市场的手段来保证系统有足够的备用容量和辅助服务。 由于i t p 的主要职责是对调度定价组合机制进行运行与管理，因此就要求i t p 4 3 第四章电力市场中引入需求侧响应的总体设计 提供合适的程序、规则、以及信息以使得能够将需求侧响应合理有效地引入到调度 定价的全过程中去( 引入到全过程的各个阶段中去) 。i t p 也能够提供市场成员所 需要的各种服务，例如市场预测、技术咨询等服务，但是这些服务不能干扰i t p 的 主要职责，不能干扰各个市场成员之间的正常的市场交易业务。 设计一个平稳高效的电力市场，确定i t p 必须、应该以及可以做的事情固然重 要，但是确定i t p 不应该、不可以以及绝对不允许做的事情也同样重要。各个市场 成员自己应该如何运行与管理以使得对市场价格有响应，这不是i t p 的任务。同样， 各个市场成员是否应该对自己的风险进行管理，以及如何管理，这也不是i t p 的任 务。 i t p 不应该成为合同的一方，而市场风险应该由签定合同的各方通过合同相关 条款自己进行管理。需要说明，在美国标准电力市场设计中，i t p 必须是输电网阻 塞收入权( c r r ) 合同的一方，这也称之为金融固定输电权机制，或者输电阻塞合 同( t r a n s m i s s i o nc o n g e s t i o nc o n t r a c t ，t c c ) 等等，而且i t p 可以购买辅助服务， 将其作为他所承担的系统运行工作的一部分，并且可以以合同的形式进行辅助服务 交易。 i t p 也不应该干预政府的电力监管职责。尽管i t p 应该控制电价，但是也不应 该由于实施过度压价和减少价格波动的措施而造成市场扭曲。过度压价将使得市场 的真实成本信号无法反映出来，致使市场出现较为严重的扭曲。 i t p 不应该干预零售价格及市场成员的经济合同。在国外一些已经运行或正在 试运行的i t p 市场需求侧响应规划项目中，i t p 是绕过用电服务机构而直接对终端 用户进行激励的，或者对电能服务机构进行激励( 而电能服务机构直接服务于终端 用户) 。从经济学理论上说，这样的需求侧响应规划是站得住脚的。 由于在许多国家，管制机构和商业实体几乎没有给用电服务机构和它们的”完全 要求( f u l lr e q u i r e m e n t s ) ”合同供应商任何激励，让他们帮助用户或者电能服务机 构实施经济高效的需求侧响应规划，因此i t p 应该直接激励电能服务机构或者终端 用户实施需求侧响应规划。i t p 应该参与零售电价机制和其他供电合同机制的设计， 要确定出电力零售的各方的责、权、利以及责、权、利的授受方，在此基础上确定 对于电力批发市场的激励机制以及付费模式。 考虑得更理想化一些，i t p 能够掌握所有的信息，能够控制一切。目前国际上 的一些研究工作就是基于这种理想的情况进行的，例如在一些试点的需求侧响应项 目中，i t p 将为每个用户确定一个基本消费水平，对每个用户支付批发电价与增量 的零售电价的差值，然后从用电服务机构或者”完全要求”合同机构供应商那里回收 它的成本，这些用电服务机构或者”完全要求”合同机构负责以固定的零售价格或者” 完全要求”合同价格向终端用户供电。 从理论上说，如果i t p 能够把这些事情都做好，那么各方都会有一个正确的激 4 4 华北电力人学博十学位论文 ! 磊磊磊磊磊磊磊磊赢忑ii t p 不可能掌握所有的信 息，它也不可能什么都能做。因此，如果这样来设计市场，它的实际运作结果就不 一定是经济有效和公平的。 在实际中，i t p 要面对成百上千的基于固定费率机制和其他供电合同机制中的 每个合同，无法知道合同中各方的权利和义务都是什么，也不知道用电服务机构、 电能服务机构以及终端用户自身都正在做什么以改善需求侧响应，因此i t p 在确定 基本消费水平和回购价格的时候随意性很强，会出现自相矛盾的问题，会产生市场 扭曲问题。 相比之下，由用电服务机构”完全要求”合同的供应商自己来做这些事情效果会 更好一些。在实际中，电能服务机构和终端用户会尽量争取高的基本消费水平，以 及争取完全基于现货价格对需求侧响应收费，而用电服务机构”完全要求”合同供应 商则会抵制对分配给他们的终端用户的基本消费水平付费。 在实际中，当事的各方都希望利用需求侧响应作为资源及其相应的经济补贴之 间的不明朗性为自己谋取利益，因此在实际中，i t p 和它的管制机构通常是采用阻 力最小的办法，也就是设定一个高的基本消费水平，并且完全按照现货价格对需求 侧响应付费，甚至对于那些目前以现货价格对其增加的用电需求付费的用户( 这些 用户本来得不到所增加的需求侧响应收入) 也是这样做的，同时将所有的成本放入 一个“上调”价格当中，这个上调价格最终要由用户付费。 例如，美国p j m 电力市场中的最优削减负荷计划在开始设计的时候是基于正确 的理论依据，也就是对需求侧响应的付费必须限制在批发市场形成的区域边际价格 与零售市场价格之间的差值之内。而更复杂的情况是，其中一些固定成本要基于元 m w h 的付费计算方式来回收。但是从区域边际价格中减去零售价格的建议没有被 采纳，并且由于完全基于区域边际价格付费面临着政治方面的压力，因此这个建议 有可能最终被放弃。 从理论上说，可以发现和纠正这种固定的零售电价机制、用电服务机构的运行 规则或者商业合同机制( 这种合同可以通过成熟设计和集成的i t p 规划而形成固定 的范本) 存在的一些特有的缺陷。但是美国等国家实际的运行经验表明，这样做往 往使得i t p 偏离其主要的职责，也就是它对批发市场的运行管理职责，降低了商业 性活动的经济效率和可预测性，将成本转嫁给了社会，并且严重扭曲了整个市场。 在美国等发达的市场经济国家，如果i t p 介入了电力零售的管制事务或者商业 事务，那么将会遇到很强烈的抵制。如果非要i t p 介入的话，也只能是非常有限地 介入。而在中国，目前也在研究配售是否要分开，以及如何分开的问题。 4 2 2 用电服务机构的主要职责及其激励措施 用电服务机构的主要任务是，以市场价格再加上一个合理的经济补贴( 所谓合 4 5 第四章电力市场中引入需求侧响应的总体设计 理的经济补贴是指，通过引入竞争机制来决定的一个补贴，这个补贴能够反映他们 提供服务的成本) 向终端用户售电，同时通过投标确定价格和给出供电服务选择方 案，以鼓励用户调整自己的用电需求，使得用电需求对现货价格有响应。这些任务 也可由电能服务机构来完成。用电服务机构和电能服务机构都可以设计和提供市场 服务，这可以使得需求侧响应对于用户更加经济有效，但是，用电服务机构应该作 为用户和批发市场之间的主要界面。 用电服务机构可以也应该通过多种方式来鼓励需求侧响应，例如： ( 1 ) 用电服务机构可以通过投标机制确定售价和合同电量，在合同中给出在 这个固定的价格下出售的电能数量，然后再以批发价格购买和出售所增加的电能。 所出售的电能数量尽可能通过用户的电表来计量。这样做使得用户可以防范大部分 的现货价格波动的风险，但同时也激励用户对市场价格产生响应。 ( 2 ) 必须以一个固定价格售电的用电服务机构可以通过投标来与用户或者电 能服务机构分享现货价格与固定价格之间的差值产生的效益，这个价差是由于需求 降低而产生的( 而需求到底降低了多少不好确定，不好检验) 。用电服务机构也可 以通过与“完全要求 合同的供应商的谈判来形成效益分享合同，如果当现货价格 上涨而使得需求降低，“完全要求 合同的供应商将获益。 ( 3 ) 如果用户希望电价是固定的，电力供应是能够保证的，但是当现货价格 很高的时候，调整用电负荷是经济有效的，那么用电服务机构可以出一个较低的固 定价格以赢得为用户安装负荷管理系统的机会。 ( 4 ) 如果电能服务机构不隶属于用电服务机构，那么这个电能服务机构要比 用电服务机构作上述这些事情更经济有效，用电服务机构可以与电能服务机构签订 合同，或者鼓励用户这样做。 对于中国而言，尽管上述这四项建议还不具备实施条件，但是肯定也是售电侧 改革的方向。如不按照这个方向改革，而只是试图通过大用户直接购电这个单一的 方式来引入需求侧响应，是很困难的，不会有明显的效果。由于这个问题不是本课 题的主要研究内容，在此不再展开。 需要说明，上述这些事情没有一件应该是i t p 做的。i t p 除了在现货市场上出 售电能，其他市场的电能出售都不应该是i t p 的事情，因此i t p 决不可能有任何商 业理由或其他理由为用户没有消费电能而付费( 当然现货价格被限制的情况除外) 。 i t p 是一个具有自然垄断属性的机构，因此它只能够承担集中调度和管理现货 市场的运营这两项任务。但这两项任务对于电力市场的安全高效运行是关键的两项 任务。对于成千上万的用户而言，如何使得需求侧响应机制在市场中更加经济有效 是用电服务机构和电能服务机构的职责。为了使得需求侧响应机制能够更加有效， 以及为了使得需求侧响应能够有效地引入到i t p 的调度定价模型中，可能需要对 i t p 、用电服务机构和电能服务机构之间的关系做一些改变。 4 6 华北电力人学博+ 学位论文 i t p 的系统必须能够接受并且使用更多的直接来自用电服务机构、电能服务机 构以及用户的信息，同时也必须能够为用电服务机构、电能服务机构以及用户直接 提供更多的实时信息。应该让i t p 直接与电能服务机构相联系，而电能服务机构是 直接与终端用户相联系的，这些终端用户又是从独立的用电服务机构那里购电。但 是在改变i t p 市场规则和运行模式的时候，要注意不能影响i t p 履行其主要职责， 不能够改变如上所述的i t p 与各个市场成员之间的基本的责任分工架构。 4 2 3 管制机构的主要职责 在改善需求侧响应方面遇到的许多障碍都是因为对零售电价的管制是低效的， 对于用电服务机构的管制也是低效率的。 在美国，主要是各个州的管制机构进行这种管制。在美国，这种低效管制的一 个最典型的例子就是：广泛采用零售电价管制机制，在这个机制下，用户可以一个 固定的价格想买多少电就买多少电，而这个固定价格与当前的市场价格一点关系都 没有。 中国目前的电力市场建设也开始遇到这种情况。厂网分开后，开始试点发电侧 电力市场，也就是发电竞价上网，但是销售电价仍实行政府定价。 美国之所以这样做，主要是因为大多数的小型的用户没有安装分时计量的电 表，因此不能够计量不同时段的用电量，因此用户无法实现基于不同小时的现货价 格增加或减少其用电量，也就是说，在美国主要是技术手段达不到的问题。而对于 中国，除了技术问题之外，更主要的是政治问题和社会问题。这罩不去讨论这些技 术、社会和政治问题，而集中讨论市场运行机制和市场管制机制( 政策) 的设计这 一关键问题。 目前的情况是，管制机构所设计的市场机制就不可能让小用户，有时也包括中 型用户甚至大用户，直接基于现货价格做自己的购电( 用电) 决策，甚至对于临时 增加的用电需求( 就像我国过去的计划外用电) 也不能够基于市场( 现货) 价格来 购买。 在包括美国、中国在内的许多国家中，目前还是基本采用固定零售电价这种机 制，因此终端用户无法看到电力批发市场当前的价格信号，因此用户就不可能形成 需求侧响应。 目前首先应该做的是，通过对市场的设计和对政策的设计去激励用电服务机 构，使得当批发市场的电价高于零售电价的时候，