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东北大学博士学位论文摘要 电力市场下若干问题的研究 摘要 电力市场的经济运行有助于降低电能使用的成本，电力改革的目标最终是确保安全 运行的条件下提高电力生产效率，实现社会资源的合理分配和社会效益最大化。本文对 电力市场中的一些热点问题进行了研究，主要内容如下： ( 1 ) 准确的预测电力负荷一直是电力系统的一项基本任务。本文提出了一种基于 白评判自学习机制的短期电力负荷预测方法。该方法包含预报器、评估器、探测器和学 习机四个组成部分。预测器通过学习机制能够自动适应电力负荷的变化，始终保持一种 良好的预报状态。美国加州电力市场和斯洛伐克电力市场提供的负荷数据的仿真实验表 明该方法在电力市场环境下的预报精度比传统方法高。 ( 2 ) 针对电价的动态本质特征，提出了一种利用动态神经网络预测电价的方法。 与静态神经网络相比，该方法减少了模型输入量，削弱了外部噪声的影响，提高了预测 精度。 ( 3 ) 由于影响电价的因素存在着大量不确定性，而广义神经网络具有明确的概率 意义，本文提出了一种改进粒子群算法优化广义神经网络的参数进行电价预测方法。通 过美国加州电力市场公布的历史数据对该方法进行验证，结果表明本文所提预测方法的 预测精度好于传统b p 网络的预测精度。 ( 4 ) 电力市场中竞标问题是市场参与者要处理的所有市场问题中的重要问题。发 电商竞价的目标是使己方的收益最大，风险最小。口。控制性能指标在时域的本质是“最 大最小”问题，相应于发电商的竞价问题，就是选择合适的竞标段价和电量，使得收益 最大，风险最小。本节基于f l 控制方法提出了一种新的计及风险的发电公司竟标策略， 建立了发电公司竞标的模型，并针对该模型给出了一种皿。的求解方法。 ( 5 ) 将层次分析法引入电网排序问题，提出了线路检修的分层次结构模型，并给 出了该模型的具体解法，从而建立起一种科学客观的线路检修计划制订方法。 关键词：电力系统；电力市场；负荷；系统边际价格；报价：预测；检修 东北大学博士学位论文 a b s t r a c t r e s e a r c ho fs e v e r a lp r o b l e m s o f e l e c t r i c i t ym a r k e t a b s 仃a c t t h ee c o n o m yr u n so fe l e c t r i c i t ym a r k e tw i l lh e l pt or e d u c et h ec o s to fe l e c t r i ce i l 豇 g y u s a g e t h ef i n a l l yg o a lo fe l e c t r i c i t ym a r k e ti st oi m p r o v et h ep o w e rs y s t e m se f f e c t i v i t y u n d e rt h es a f e t yw o r k sa n dt oa s s i g nt h es o c i a lr c s o i l i c e sr a t i o n a l l ya n dt og e tt h es o e i a l m a x i m u mb e n e f i t s t h i sd i s s e r a t i o ni sc o n c e r n e d 、i t ht h ep r o b l e mo fs o m eh o tt o p i c si nt h e e l e c t r i c i t ym a r k e t t h em a i nc o n t r i b u t i o n sa n dr e s u l t sa r ea sf o l l o w s ( 1 ) t h ea c c u r a t ef o r e c a s t i n go ft h ep o w e r1 0 a ds h o r t - t e r mi sab a s i cj o bo ft h ep o w e r i n d u s t r y ac r i t i cs e l f - l e a r n i n gm e t h o db a s e do nr b f n e u r a ln e t w o r ki si n t r o d u c e dt op r e d i c t t h ep o w e rl o a d s t h es y s t e mc o n s i s t so f f o u re l e m e n t s ，w h i c ha r eap r e d i c t o r , a ne s t i m a t o r , a n e x p l o r e ra n dal e a r n i n gm a c h i n e t h ep r e d i c t o rc a nc o n f o r mt o t h ep o w e rl o a d sb y s e l f - l e a r n i n ga n db ei nag o o df o r e c a s t i n gs t a t e t h es h n u l a t i o no fc a l i f o r n i aa n ds l o v a k i a n p o w e rl o a d sd a t as h o w st h ep r o p o s e dm e t h o dh a sh i g h e rf o r e c a s t i n ga c c u r a c yi ni r r e g u l a r p o w e rl o a d sc a s e st h a nt h ec o n v e n t i o n a lm e t h o d h a s ( 2 ) ad y n a m i cn e u r a ln e t w o r ki sa l s oi n t r o d u c e dt of o r e c a s tt h es m p , b e c a u s ei th a sa n a b i l i t yo f m a p p i n gd y n a m i cs y s t e ma n ds m p i sr e g a r d e da sar e s u l to f d y n a m i cp o w e rm a r k e t r u n t h i sa p p r o a c hr e d u c e st h em o d e li n p u tv a l u e s ，w e a k e n se x t e r i o rn o i s ei n f l u e n c e sa n d i n c r e a s e st h ef o r e c a s tp r e c i s i o nc o m p a r e dw i t ht h es t a t i cn e u r a ln e t w o r k ( 3 ) t h es y s t e mm a x g i n a lp r i c e ( s m p ) i si n f l u e n c e db ym a n yu n c e r t a i nf a c t o r s s oa g e n e r a lr e g r e s s i o n n e u r a ln e t w o r kw a sp r o p o s e dt of o r e c a s ts m pb e c a u s ei th a sa s t r a i g h t f o r w a r ds t o c h a s t i cm e a n i n ga n di t sm o s tp a r a m e t e r sc a nb ed e t e r m i n e db yi t s e l f t h e s i m u l a t i o no fc a l i f o r n i ap u b l i cd a t as h o w e dt h ef o r e c a s t i n ga c c u r a c yo ft h i sm e t h o di sh i g h e r t h a nt h a to f b pn e t w o r k ( 4 ) ac o m p e t i t i v eb i d d i n gi st h em o s ti m p o r t a n tp r o b l e mo ft h ee l e c t r i c i t ym a r k e t t h e b i d d i n gg o a lo fe l e c t r i c i t yg e n e r a t i o nb u s i n e s si st oo b a i nt h eb i g g e s tp r o f i ta n dt ot a k et h e s m a l l e s tr i s k t h ee s s e n c eo fh 。c o n t r o lm e t h o dp e r f o r m a n c ei n d e xi nt h et i m ed o m a i ni s t h e m a x i m u m m i n i m u m ”p r o b l e m ，w h i c h i st h e b i g g e s tp r o f i t a n ds m a l l e s tr i s k c o r r e s p o n d i n gt ot h ec o m p e t i t i v eb i d d i n gp r o b l e mo ft h ee l e c t r i c i t yg e n e r a t i o nb u s i n e s s a n o v e lb i d d i n gs t r a t e g i e sb a s e do nt h eh 。c o n t r o lm e t h o di sp r o p o s e dt ob a l a n c et h ep r o f i t i v a n dr i s ko ft h ee l e c t r i c i t yg e n e r a t i o nc o m p a n y t h ec o m p e t i t i v eb i d d i n go ft h ee l e c t r i c i t y g e n e r a t i o nc o m p a n yi se s t a b l i s h e da n das o l u t i o na p p r o a c hi si n t r o d u c e d ( 5 ) a na n a l y t i ch i e r a r c h yp r o c e s s ( a h p ) w a si n t r o d u c e dt ot h ep o w e rl i n e sm 细e n a n c e p r o b l e ml l lo r d e rt og a i nas c i e n t i f i ca n do b j e c t i v em a i n t e n a n c es c h e d u l i n g f i r s t l y 姐a h p m o d a lw a sb u i l tu p 如t h eb a s eo f a n a l y z i n gc o r r e l a t i v ef a c t o r s t h e nas o l u t i o np r o c e d u r e w a sg i v e nt oi n d i c a t eh o wa h pt oa p p l y k e yw o r d s ：p o w e rs y s t e m ；d e c t r i c i t y m a r k e t ；l o a d s ；s y s t e mm a r g i n a lp r i c e ；b i d d i n g ； f o r e c a s t i n g ；m a i n t a n c e 独创性声明 本人声明，所呈交的学位论文是在导师的指导下完成的。论文中取得 的研究成果除加以标注和致谢的地方外，不包含其他人己经发表或撰写过 的研究成果，也不包括本人为获得其他学位而使用过的材料。与我一同工 作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢 意。 学位论文作者签名：彩磁 日 期：加叼罗- 胗 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者和指导教师完全了解东北大学有关保留、使用学位论 文的规定：即学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和 磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人同意东北大学可以将学位论文的全部 或部分内容编入有关数据库进行检索、交流。 ( 如作者和导师同意网上交流，请在下方签名：否则视为不同意) 学位论文作者签名：彩老衫拿导师签名：b 毛 签字日期： 硼7 。升 签字日期： 多 东北大学博士学位论文 第一章绪论 第一章绪论 1 1 电力市场的建立 多年来人们一直把电力行业视为自然垄断性行业。世界各国的电力体制在2 0 世纪 8 0 年代以前基本上是垂直一体化垄断模式，发、输、配、售电各环节由一个电力公司进 行垄断性经营【”，即实行从上至下的垂直管理，发、输、配、售电的一体化集中垄断经 营，供、需双方均无任何选择性。 随着技术的进步和经济的发展，电力的垄断经营开始阻碍电力工业自身的发展和电 力工业管理水平的提高。在垄断型的产业市场结构作用下，由于缺乏竞争的经营风险， 受利益驱动，有许多成本高、效率低、污染严重的地方小型电厂在地方的保护下，挤占 市场空间，扰乱了正常的生产经营秩序，出现了规模经济不理想和盲目追求自身利润的 小规模投入等不利局面。上网电价的定价规则和电价体系不合理，以个别成本为依据的 “一厂一价”，导致电力建设项目的成本逐年攀升和运行成本的失控【2 】，由于这些均可以 计入电价，企业的重点转移到上项目和争电量上，很少有单位关心如何降低成本，如何 提高生产效率等问题。因为未能真正实行“同网、同质、同价”，一些调节性能好、效 率高、环保设施齐全的调峰机组由于造价高，利用小时低，燃料消耗大，无论是固定成 本，还是变动成本均高于非调峰机组，又恰恰没有应该有的价格差别，导致电源结构难 以优化。电力企业的内部管理体制、设备状况、工作效率、服务质量等因素也在不同程 度上反映出传统的电力工业存在的问题p 】。 在全球经济一体化和信息技术飞速发展的今天，人类已经从工业经济时代跨入了知 识经济时代。然而电力工业经过长期的垄断运营而缺乏竞争压力等原因，使电力企业逐 渐失去了原有的活力。电力工业的经营管理者将经营风险和亏损直接转嫁于广大用户， 一方面不利于电力工业的可持续发展：另一方面用户不可能得到优质、经济、高效的服 务1 4 】。随着现代电力技术的日趋完善，人们开始认识到电力工业的垄断并不是要在所有 环节、所有层次上都需要垄断【5 】a 同时，垄断给电力工业带来了低效率、低服务水平， 在日益激烈的竞争中迫使人们放弃旧的观念，思考引入竞争机制的可行途径，于是在8 0 年代末、9 0 年代初世界上一些国家和地区掀起了电力工业市场化改革的浪潮。 电力市场是相对于传统的垄断型电力工业，在实现结构性重组，引入商业竞争机制 后的新型电力工业组织结构、经营管理和运行规划的总称。它是采用法律、经济的手段， 本着公平竞争、自愿互利的原则，对电力系统中的发电、输电、供电、用户等各成员组 织协调运行的管理机制和执行系统的总和【6 l 。根据这一定义，电力市场是市场的概念、 东北大学博士学位论文第一章绪论 要素和功能的集中体现。开放性、竞争性、计划性和协作性是电力市场的基本特征。与 传统的垄断的电力系统相比，电力市场具有开放性和竞争性。与一般商品市场相比，电 力市场具有计划性和协作性。电力系统的几个环节是相互紧密联系的，任何一个环节的 行为，均将对电力系统产生很大影响。所以要求电力市场中的电力生产、使用、交换具 有计划性。同时由于电力系统要求随时做到供需平衡，所以要求电力市场中的供应者之 间、供应者与用户之间相互协调。 电力市场的建立不是对原有结构的简单调整，而是在新的结构体制下，赋予电力企 业一种全新的机制、内在的动力和强大的发展后劲1 7 】。推行电力市场改革，就是要给整 个电力工业注入新的活力，促使其各个环节活跃起来。它的建立将全面地改变电力工业 从基本建设到最终消费的决策方法和经营方式，电力企业也将以全新的姿态立足于市场 经济的大潮之中。2 0 世纪8 0 年代后，电力行业改革的浪潮席卷全球，世界上很多国家 开始重建其电力工业、建立竞争性的电力市场，打破传统的垂直一体化的行业垄断组织 结构，引入竞争机制【8 】。电力市场的经济运行将有助于降低电能使用的成本。最终电力 改革的目标是确保安全运行的条件下提高电力生产效率，实现社会资源的合理分配和社 会效益最大化【9 j 。 1 2 电力市场的机制 1 2 1 电力市场的结构模式 电力市场的结构模式包括目标模式、运营模式和管理模式三种形式 1 0 - 1 2 l 。 ( 1 ) 电力市场目标模式 依据竞争和选择的不同程度，电力市场的目标模式可分为“垄断模式”、“单一购电 者模式”、“批发竞争模式”、“零售竞争模式”四种模式。 垄断模式一般是在一个区域内，仅有一家电力公司拥有和运营所有的发电厂和输配 电系统。发电厂之间不存在竞争、用户和配电方也没有市场选择权力，输电系统不对其 他发电厂、用户和配电方开放。这种模式对应于传统的电力经营模式 1 3 1 。 单一购买者模式在发电领域引入了竞争，由单一的购电机构向所有发电商购电，用 户和配电公司没有选择发电商的权力，单一购买者拥有并经营整个输配电系统，负责将 电力出售配电公司，进而出售给用户。这种模式对应于英格兰早期p o w e r p o o l 模式，以 及我国实行的“厂网分离、竟价上网”的改革模式【l ”。 批发竞争模式下配电公司或电力零售商可以通过输电系统直接向发电公司购电，即 输电系统向发电商和配电公司以及电力零售商开放，但是用户只能向所在区域配电公司 或电力零售商购电。批发竞争模式开放了输电网，在发电、输电环节引入了竞争。这种 东北大学博士学位论文 第一章绪论 模式对应于当前某些国外电力市场，如英格兰新的n e t a 模式【1 4 】。 零售竞争模式下所有用户可以选择发电商、配电商以及零售商，即用户拥有了市场 选择权。整个电力工业的发电、输电、配电环节都引入了竞争。这种模式是电力市场改 革的最终理想模式【1 5 】。 ( 2 ) 电力市场运营模式 依据竞争者进入输电领域的方式和引入市场竞争的领域，电力市场运营模式分为竞 标、代输和电力库三种模式【1 们。 竞标模式下依据竞标方式的不同，分为独占权竞标和新建资产竟标。如果配电和供 电既没有完全分离，也没有通过第三方进入电网方式进行部分分离，可考虑采用独占权 竟标模式。对新建发电工程竞标，可以在两种情况下使用：一是在厂网尚未分开，发电 领域尚未引入竞争上网机制的情况下实行；另一种是在厂网分开，发电领域已引入竞争 上网的情况下，为避免过度竞争而实行新建电厂竞标。 代输模式有三种情形：一种是第三方代输交易以“个别 方式进入到某一电网中，称 趸售代输；另一种是供电商和用户之间签订直接双边合同，称零售代输；第三种是公共 电网。 电力库模式就是一个短期电力市场，发电商、配电商和终端用户可进入这个市场。 电力库可以分成强制型电力库( m a n d a t o r y p 0 0 1 ) 和志愿型电力库( v o l u n t a r y p 0 0 1 ) 两类。 ( 3 ) 电力企业管理模式 依据电力工业发电、输电和配电环节的管理归属和引入竞争机制的变化，电力企业 管理模式分为7 种类型【i l l ，分别为： 1 ) 模式1 全国为单一垂直垄断模式全国的发、输、配电( 包括销售) 业务全部由一个电力公司 经营，该公司属单一垂直垄断经营企业，市场竞争不足，通常需要政府管制。 2 ) 模式2 单一发输电公司与多家配电公司模式由单一的电力公司经营国内的发电与输电业 务，而配电业务由多家经营。政府管制程度仍然很高。 3 ) 模式3 单一垂直垄断企业和多家发电、配电公司模式输电公司由单一电力公司经营，且公 司有垂直垄断的发电与配电业务，发电、配电部门允许其他发电企业加入。允许成立特 殊配电企业，在发电和配电领域引入部分竞争机制。仍必要对该电力公司进行管制。 4 ) 模式4 东北大学博士学位论文 第一章绪论 多家发电公司与家输配电公司的模式将具有规模经济的输配电部门由单一的输 配电公司经营，发电部门则由多家经营。发电部门有可能因此产生竞争，但由于输配电 公司独家经营，用户没有直接向发电公司购买电力的权利，仍然需要政府的管制。 5 1 模式5 一家输电公司与多家发电、配电公司模式与前者类似，只是将配电公司进一步划分 为多家经营。这种模式已经成为世界各国电力工业改革追求的理想目标。 6 1 模式6 多家垄断的发输电公司、配电公司的模式一个国家或地区内的发输电业务由多家垄 断电力公司分区经营，配电业务则由多家配电公司经营，输电网络互相联结。 7 ) 模式7 多家垂直垄断的电力公司模式一个国家的电力供应，由多家发电、输电、配电垂直 垄断的电力公司分地区经营，电力公司间电网互相联结。 1 2 2 电力市场的交易类型 在电力市场环境下，电力的交易类型有以下几种1 7 】： 1 ) 实物合阿 双边合同交易大的用户( 或电力批发商) 向一个或若干发电商以合同方式购电，典型 的双边合同交易是长期的，买卖双方签订未来一个时期内电量和电价承诺的电力购销合 同，这种交易不随市场条件的变化而变化，一般不能再进行交易。这类合同为实物合同 或物理合同( p h y s i c a lc o n t r a c o 。 2 ) 期货交易 期货交易与双边合同交易相似，但是期货交易的双方都被允许在支付了一定的保证 金或违约金后，与其他市场成员再度交易，或退出期货交易、转入现货交易。期货交易 通过套期保值回避市场风险或获利，一般以期货合同的形式实现，这种合同不是物理合 同，是一种金融性合同( f i n a n c i a lc o n t r a c t ) 。 3 ) 现货交易 现货交易是通过电力调度交易中心，确定次日的电力交易计划和发电计划，然后由 调度机构执行。现货交易为实物交易，一般通过拍卖竞价的方式实现。 4 ) 实时交易 实时交易是上述电力交易形式的补充。实肘交易主要是解决市场的不确定因素所造 成的合同交易、现货交易与实时负荷需求间不平衡问题，确保电力供需的平衡。 5 ) 辅助服务交易 东北大学博士学位论文 第一章绪论 辅助服务交易是电力市场交易的一种重要形式，为保障整个电力系统的安全、可靠 地运行，除电能外还必须提供相应的辅助服务，如备用、调频、调压、无功、黑启动等 辅助服务。辅助服务交易就是通过市场竞争的方式，确定这些辅助服务项目的交易量和 交易价格。 1 2 3 电力市场的结算方式 电力市场的结算是市场各参与者之间利益如何分配的问题，结算方式决定了这种利 益的分配，主要有以下几种方式【1 8 】： 1 ) 统一清除价( u n i f o r mp r i c e ) 结算方式 统一清除价方式多用于现货交易，通过拍卖竞价的方式形成市场统一的清除价。所 有中标的发电容量都按此价格结算。 2 ) 按报价结算( p a y a s b i d s ，简称p a b ) 方式 按报价结算的方式一般用于实时市场负荷不平衡量的交易以及辅助服务交易，中标 的发电商按各自所报的价格进行结算。 3 ) 协商价格结算方式 协商价格结算方式多用于双边合同交易，买卖双方通过协商，确定电力交易的价格， 履行合同时按买卖双方协商的价格结算。 1 2 4 电力市场的交易模式 电力市场中普遍存在3 种交易模式：电力联营体交易【1 9 1 ( p o o lt r a n s a c t i o n s ) 、双边 多边交易【2 0 】( b i l a t e r a l m u l t i l a t e r a lt r a n s a c t i o n s ) 和辅助服务交易【2 1 1 ( a n c i l l a r ys e r v i c e t r a n s a c t i o n s ) 。 ( 1 ) 电力联营体交易 电力联营体( p 0 0 1 ) 交易模型也叫总量市场化模型，在这种模式下，一切电力交易必 须在p o o l 内进行。正如同p o o l 的本意( 池，谭) ，p o o l 模式最大的特点是将电网看作电 能交易的中心，所有发电商以及所有用户与电网运营中心发生经济关系。在电力联营体 交易中，竞争在发电侧和供电侧同时展开，初期的市场也可能只开放发电侧市场( 单一 购买者模式) 。电力联营体是一个非营利性组织，与所有市场成员无经济上的利害关系。 发电商和用户分别向电力联营体呈报一条报价曲线( 竞卖和竞买) ，电力联营体根据它们 的报价曲线制定交易计划，为了规避风险允许市场参与者与联营体签订规避风险的金融 合同。世界上目前已有的电力市场联营体基本上都采用暗标拍卖、统一市场出清价格结 算机制。市场参与者在向联营体报价前，不知道其他参与者的报价，联营体以社会效益 东北大学博士学位论文 第一章绪论 最大为目标函数( 如果只有发电侧开放，则采用总购电费用最小为目标函数) 进行调度， 将最后一台竞标成功的机组报价作为实时电价，向所有竞价成功的机组支付。在联营体 模式中，实时电价为市场参与者进行正确消费和投资决策提供了经济信号【2 2 1 。在完全竞 争的市场环境下，各厂商以最大化个体利益为目标进行分散决策，其最优报价策略是按 边际成本报价，此时实时电价等于系统的边际电价，与完全信息下集中决策的效果相同。 此外联营交易模式在资源优化配置上有明显的优势，包括减少备用、提高可靠性、错峰 效益、降低生产成本等。联营交易模式的缺点是结构复杂、市场透明度低，而且现有的 电力市场多缺乏需求侧的参与，从经济学角度看这样的市场是不完善的，卖方有可能利 用市场力操纵市场【2 ”。 2 0 0 0 年改革前的英国电力市场和智利、阿根廷等国的电力市场以及美国p j m 电力 市场、澳大利亚的v i c t o r i a 电力市场都属于这一类型的市场模式。 ( 2 ) 双边，多边交易 双边交易模式即是由发电公司与电力用户( 或地区配电公司) 在联营体外( 可以通过 发电协调机构，s c h e d u l i n gc o o r d i n a t o r ，简记为s o ) 通过协商达成交易的模式【2 1 】。一个 发电商和一个用户( 或配电商、供电商) 可直接参与双边交易，而不需要第三方的介入。 在电力联营体交易中，也可能存在双边交易但是很有限。从市场经济学的观点来看，双 边交易最能体现市场自由竞争的效益，但该交易模式会给电力系统的统一调度带来困 难，最突出的问题就是电力网络某些部分可能趋于功率极限，使电力系统运行承受很大 的风险。 多边交易是在双边模式基础上发展而来的一种更广泛的市场交易形式，多个发电商 和多个用户( 或配电商) 在交易中介机构r o k e r s ) 的协调下参与多边交易1 。多边交易模 式是f w u 等人提出的一种新的交易模式，该模式基于分布式协调，由s c 对供求双方 进行协调，实现电能交易，可以看作是对双边交易模式的发展。双边和多边交易的交易 能量和价格都是由交易方自行决定，而不是由独立系统运行员( i n d e p e n d e n ts y s t e m o p e r a t o r ，r s o ) 负责决定，i s o 只是向双边多边交易提供电能的输送服务。i s o 负责调 度运行职能，确保系统的安全、可靠运行；一旦电网出现阻塞或其它安全隐患，i s o 通 过协调各市场的交易消除阻塞或安全隐患【2 ”。 美国加州电力市场以及斯堪的纳维亚电力市场、新西兰电力市场等都属于该模式。 现有的电力市场一般同时包含联营和双边交易两种交易模式。电力市场以何种模式 为主，或这两种模式各占多大份额，应该根据具体情况进行分析。 ( 3 1 辅助服务交易 毒 东北大学博士学位论文第一章绪论 电力辅助服务是电力市场运营的重要内容，辅助服务市场是随着电力市场化改革的 不断深入而逐步被业界所重视的一种市场模式1 2 “。发电辅助服务包括自动发电控制 ( a g c ) 、运行备用、替代备用、无功及电压支持、恢复及黑启动。辅助服务贯穿每一个 交易时段，是在市场中确保电网安全、稳定运行的重要手段。电力交易中心每日组织调 频服务、运行备用、替代备用、冷备用市场。各辅助服务的报价同时申报，在确定市场 交易时按照如下次序进行：a g c 、运行备用、替代备用、冷备用。未能在前一市场获得 市场份额的机组将自动进入下一市场。各类辅助服务的交易决策的优化目标为：最小化 决策周期内电量付费与所有辅助服务费用之和。 1 3 国内外电力市场的发展状况 自从1 9 8 4 年南美洲的智利对电力系统打破垄断、引入竞争以来，目前国外己经有 数十个电力市场处于运行之中。英、美、澳大利亚、挪威及阿根廷等国的电力市场改革 给其电力工业带来了活力，并激励了世界上其他各国的市场化发展过程。尽管有美国加 州电力市场失败的教训，但更多的是成功的经验。下面分别介绍一下英国、美国、澳大 利亚、北欧电力市场的发展情况。 1 3 1 英国电力市场的发展状况 英国是最早进行电力市场化改革的国家之一。在进行电力市场化改革之前，它主要 由中央发电局( c e n t r a l e l e c t r i c i t y g e n e r a t i n g b o a r d ，简称c e g b ) 和1 2 个地区供电局组成。 中央发电局统管各发电厂、2 7 5 k v 及以上输配电网，苏格兰法国e d f 为当时外来电源 供应商，电力供应国家垄断经营【2 7 】。1 9 8 9 年7 月通过了英国国家电力改革法案，并于 1 9 9 0 年4 月按着国家电力改革法案对电力工业结构进行了重组，原有中央发电n ( c e n t r a l e l e c t r i cg e n e r a t i o nb u r e a u ，简称c e g b ) 分成了3 个发电公司和1 个输电公司即国家电网 公司( n a t i o n a lg r i dc o m p a n y ，简称n g c ) 。3 个发电公司分别为国家电力公司( n a t i o n a l p o w e r ) 、国家发电公司( p o w e r g e n ) 、核电公司( n u c l e a re l e c t r i c ) 。n g c 包括1 2 个地区配 电公司( r e g i o n a le l e c t r i cc o m p a n y ，简称r e c ) 和1 个高压输电公司。n g c 负责全国高 压输电网络运行，同时还负责电力市场的运行【2 8 1 。目前由于投资的开放涌现出大批的独 立发电公司，电力的交易建立了以电力联合运营体( p 0 0 1 ) 为纽带的电力市场。英国电力 联营体模式下电力市场结构如图1 1 所示。 东北大学博士学位论文 第一章绪论 国家电力公司l 国家发电公司 ：割国家电罔公司法田电力公司rl 地区供电公司 二五 用户i 用户 独立发电厂商 大用户 地区供电公司i 地区供电公司 用户ii 用户il 用户li 用户 图1 1 英国电力联营体模式下电力市场结构 f i g 1 1t h es l t u c t t t r eo f p o o l - b a s e dm a r k e ti nb r i t i s h 英国最初的电力市场属于单一买方模式，只在发电侧引入竞争。贸易方式分为参与 电力联营中心和双边或多边贸易合同两种方式。参与电力联营中心的发电公司，直接将 电卖给联营中心，用户从联营中心买电。采用双边或多边贸易合同( 差价合约) 方式时， 发电公司可以与大用户、地区配电公司或持有许可证的单位直接签订合同，大用户也可 自由选择从地区电力公司、持有许可证的单位或本地及其它电网的发电公司购电。英国 初期的电力市场取得了较大成功，如居民用户电价下降了2 8 。英国的电力市场为世界 其他各国电力工业的市场化改革提供了许多宝贵的经验，但同时在运行过程中也逐渐暴 露了一些问题 2 9 , 3 0 1 。在自己大量经验积累和吸收借鉴其他电力市场成功经验的基础上， 英国于1 9 9 8 年1 0 月又提出了电力市场新的交易机制( n e w e l e e t r i c i t y t r a d i n g a r r a n g e m e n t ，简称n e t a ) 总体设计方案。2 0 0 1 年3 月2 7 日，电力市场新的交易机制正式实施。 英国新交易机制下的电力市场包括长期市场、中期市场、短期市场和实时市场四部 分。其中长期市场的时间为1 年或更长期限，通过交易人基于年度基本负荷进行交易； 中期市场的时间为前1 天到1 年，通过交易人或交易中心进行买卖：短期市场的时间为 前1 天到市场关闭( 交易时段前4 小时) ，通过交易人或交易中心或日前拍卖进行；实时 市场的时间为市场关闭至交易时段结束，主要进行市场平衡。 新电力市场的关键部分是平衡调度机制。平衡调度应用于实时市场中，系统调度员 按照收到的增减出力( 负荷) 的报价，调整发电和负荷水平，从而维持系统的能量平衡和 安全运行。平衡调度的功能主要是维持系统实时运行的安全，要求其运行要尽可能的减 少对其他市场的交易结果的影响，同时也要保证系统调度员有足够的动机来降低平衡调 度的费用，包括购买与备用、频率和电压控制的相关服务。另外在原有的市场模式下， 英国国家电力公司( n g c ) 既是电网的拥有者，又是系统的调度员，负责所有短期电力市 场的交易调度和电网的维护建设。在新的市场模式下，由于发电商、供电商获得了更多 东北大学博士学位论文 第一章绪论 的合同交易空间，n g c 在电力买卖中的重要性有所降低。但在为保证非集中式电力市 场的安全运行而引入的平衡机制中，n g c 作为系统调度员发挥着关键的作用【3 l 】。 英国新交易机制下的电力市场和最初的市场模式相比，其主要改进之处在于：取消 了原来单一的电力联营体的交易模式，发电商、零售商和用户可以灵活选择合适的方式 进行交易，可签订真正用于供电的长期合同和允许期货交易，从而形成了批发市场模式： 新的市场更加灵活透明，为发电厂商和供电商提供了充分竞争的环境；为防止市场投机 行为，报价形式将受到限制。 1 3 2 美国电力市场的发展状况 美国电力系统运行体制的转变有两个重要进程【3 2 】： 第1 阶段是1 9 8 7 年的“公共电力公司管理政策法案”( p u b l i c u t i l i 哆r e g u l a t o r y p o l i c y a c t ) 的实施，它要求电力公司从独立发电厂购买电力，购买价格等于电力公司由于避免 发电所节约的成本。这个法案放开了发电市场，鼓励了系统外发电厂商的办电积极性， 促进了系统发电的发展，有利于缓解用电的紧张局面。 第2 阶段是1 9 9 2 年颁布的“能源政策法案”( e n e r g yp o l i c ya c t ) ，允许大用户选择电 力供应商以满足其电力要求，而电力公司必须提供输电服务。这个法案充分放开了购电 市场、引入系统发电和输电的竞争机制，使购买其它区域电力成为了可能，这种竞争有 助于避免局部垄断现象，促进发、输、配电邵门提高效率。 美国电力市场进行电力工业重构时产生了许多新的实体，如非赢利性的p x 和 s o 。 p x 的核心功能是提供一个电能交易的场所，而i s o 则是负责系统调度和安全运行；美 国各州电力市场的改革情况及远行模式相差很大，最有代表性的是以下两种模式： p j m 电力市场模式：将p x 和i s o 整合为一个实体，提供优化的日前中央调度，采用 著名的区域边际定价法( l b m p ) 。加州电力市场模式：分别设立p x 和i s o 两个独立的 实体，p x 提供电能拍卖，i s o 提供电网控制、稳定运行以及辅助服务的功能【3 3 】。 ( 1 ) p j m 电力市场模式 p j m 组织始建于1 9 2 7 年，是由宾夕法尼亚州、新泽西卅i 和马里兰州的3 个电力 公司组成的一个区域电力协作组织。应联邦政府改革的要求，1 9 9 7 年p j m 组织改组成 p j m 联网有限责任公司( p j ml l c ，简称p j m ) ，开始执行开放输电网的市场化改革， 建立了美国第1 个区域性的、基于报价的电力市场。1 9 9 8 年p j m 成为区域独立系统运 行机构。 p j m 由p j m 管理董事会、p j m 成员委员会和p j m 联网办公室组成。p j m 管理董 事会和p j m 成员委员会对p j m 的运作实行双重控制和管理。p j m 管理董事会由p j m 东北大学博士学位论文 第一章绪论 成员以外的代表组成，对p j m 联网公司的运作进行监督和控制，保证电网安全可靠运 行和电力市场有效运行；p j m 成员委员会由来自5 个不同电力业务的成员代表组成， 负责监管p j m 联网公司所有业务、修改规则等。p j m 联网办公室是p j m 运营的执行 机构。 p j m 电力市场是一个开放的电力市场，市场向p j m 控制区内外的成员开放，其成 员包括发电商、供电企业以及其他的电力交易商。在p j m 控制区内，供电企业负责向 用户供电，在用户具有选择权的地区，原公用电力公司有义务向未重新选择的用户供电。 供电企业的供电义务体现在容量义务和电能义务两个方面：容量义务是根据p j m 可 靠性协议的规定，供电企业必须拥有一定容量的发电机组控制权来满足其相应的供电 责任，该容量等于供电企业供电负荷加规定的备用容量；电能义务是向用户提供电能。 供电企业通过运行自己拥有的发电厂、签订双边合同和从p j m 市场采购来满足供电义 务要求。p j m 市场的交易种类有：提前1 天的电能交易、实时电能交易、容量信用交 易、辅助服务交易和输电权交易等。 ( 2 ) 加州电力市场模式 加州是美国电力市场改革的先锋。1 9 9 4 年加州公共事业委员会发表蓝皮书，颁布环 境保护、节约能源以及保护公众利益方面的政策、同时建议进行市场化改革。1 9 9 5 年 1 2 月加州公共事业委员会c p u c 决定实行电力工业改革，并于1 9 9 6 年通过- f a n 州法案 汇编( a b1 8 9 0 ) ，决定建立独立系统操作v 员( i n d e p e n d e n ts y s t e mo p e r a t o r ，简称i s 0 ) 和电 力交易中心( p o w e re x c h a n g e ，简称p x ) 两个独立的部门，分别负责电力系统运行和电 力市场运营；1 9 9 8 年4 月1 日i s o 和p x 正式投入运营，标志着加州电力市场成立。加 州电力市场的组织结构如图1 2 所示，加卅i 电力市场的交易通道如图1 3 所示。 图1 2 加州电力市场的主要实体 f i g 12t h em a i ne n t i t i e so f c a l i f o r n i ae l e c t r i c i t ym a r k e t 东北大学博士学位论文第一章绪论 图i 3 加州电力市场的交易通道 f i g 1 3 t h e t r a d i n gc h a n n e l o f c a l i f o r n i a p o w e r m a r k e t 自2 0 0 0 年夏到2 0 0 1 年上半年，加州出现了严重的电力危机，并导致市场体系的瓦 解【3 4 1 。 1 9 9 9 年美国联邦能源管制委员会( f e r c ) 发布了2 0 0 0 号法令，建议所有电力公司自 愿加入区域输电组织( r t o ) ，以建立区域电力市场。2 0 0 2 年7 月f e r c 提出了“标准市场 设计”( s m d ) 。s m d 是根据美国近1 0 年的批发电力市场经验而建立的，它吸收了加州电 力市场改革失败的教训及美国和国外( 如英国和新西兰) 其他许多批发电力市场的成功经 验。以提供公平、开放的输电服务为基础，以消除输电服务中的歧视行为和维持电力系 统稳定运行为主要目标，提供了一整套输电服务及电力市场设计标准，通过设计灵活、 公平、开放的输电服务和批发电力市场，为市场参与者提供平等的竞争环境，并为发输 电设备的投资提供相对准确的价格信号。主要设计原则为：电网或输电公司必须把调度 权移交给独立输电提供者( i t p ) ，但所有权不变；独立输电提供者负责现货批发市场、平 衡市场的运行及辅助服务和阻塞管理，并确定价格上限；大部分交易通过买卖双方的长 期和短期合同来实现。2 0 0 3 年3 月，美国新英格兰电力市场改造原有系统取得成功，在 美国率先正式采用s m d 标准运行【3 5 , 3 6 。 ， 1 3 3 澳大利亚电力市场的发展状况 澳大利亚于1 9 9 1 年开始进行电力体制改革，当年成立了国家电网管理委员会，并 决定率先在南澳大利亚的新南威尔斯州和东澳大利亚的维多利亚州电力工业中引进市 场竞争机制。1 9 9 2 年澳大利亚国家电网管理委员会先后颁布了国家电力战略、国家 电网规划、电网服务价格。1 9 9 3 年又颁布了国家电力市场和公共贸易安排、澳 大利亚东部和西部输电线路的结构、( 1 9 9 3 2 0 0 5 年的机会说明、国家电力市场体制 问题立法、向电力市场过渡、国家电力市场立法的准备等文件。这些文件