（电力系统及其自动化专业论文）两种不同的区域电力市场组织模式研究.pdf

一 堕茎至堕篓鋈篓垒查童堑垄篓篓整笙塞 一 a b s t r a c t w i t ht h er a p i dd e v e l o p m e n to f r e s t r u c t u r i n gp o w e ri n d u s t r yi nc h i n a , t h ef o u n d a t i o no f e a s t c h i n aa n dn o r t h e a s tc h i n ar e g i o n a lp o w e rm a r k e t si s t h ef i r s ts t e pt oe s t a b l i s ht h er e g i o n a l e l e c t r i c i t ym a r k e t ，w h i c hi sc o n s i d e r e dt ob es u i t e dt ot h es i t u a t i o no f o u rc o u n t r yb ym o s to fu s b u tn o b o d yc a np o s i t i v e l ya s s u r et h a ti ti so n ew h o l em a r k e t ，n a m e du n i f i e dm a r k e t ，o rm a r k e t i n c l u d i n gt w os u b - m a r k e t s ，n a m e dd e l a m i n a t i n gm a r k e t , m o r e b e n e f i tt ot h em a r k e tp a r t i c i p a n t s + a n ds oi ti st h eq u e s t i o nt h a tt h et h e s i si sd i s c u s s i n g b a s e do nt h ei n t r o d u c t i o no fp j m so r g a n i z a t i o nm o d e ，t h ed i s p a t c hm a n a g e m e n tm o d e s ， t r a d em o d e s ，c o n g e s t i o nm a n a g e m e n tm o d e sa n da n c i l l a r ys e r v i c em o d e si nd i f f e r e n to r g a n i z a t i o n m o d e sa r ed i s c u s s e dc a r e f u l l y a n dt h ea d v a n t a g e sa n dd i s a d v a n t a g e so f t w om o d e sa r ep r o p o s e d t h e e m p h a s i so f t h i st h e s i si st od i s c u s st h ec a l c u l a t i o nm e t h o d s f o rt h el o c a t i o n a lm a r g i n a l p r i c e ( l m p ) a n dm a r k e tp o w e r ( m p ) i n c l u d i n gt h em a t e r i a l sa sf o l l o w s ： 1 ) al m p c a l c u l a t i o nm e t h o db a s e do n o p t i m a l p o w e r f l o w ( o p f ) i nt w od i f i e r e n tm o d e si s a n a l y z e dp a r t i c u l a r l y a n dt h em e a n s t h a tag e n e r a t i o ni nd e l a m i n a f i n gm a r k e tt a k e sp a r ti nt h e m a r k e ti sd i s c u s s e d t h e nt h ec o n g e s t i o nm a n a g e m e n tm o d e s u s i n gl m p i nt w od i f f e r e n tm a r k e t s a r ei n t r o d u c e dv i aa s i m p l ee x a m p l e ， 2 ) t ec o n e e p t i o no f m a r k e tp o w e ra n di t sw e i g h i n gi n d e xu s e du s u a l l ya r ei n t r o d u c e d a n d a c c o r d i n gt ot h es h o r t a g e so fh h li n d e xa n dl e m e ri n d e xa st h em p sj u d g m e n ts t a n d a r d ，a d i r e c t i o no fi m p r o v i n gh h ii n d e xi sp r o p o s e d 。t h e nan e w m p j u d g m e n t m e t h o db a s e do no p fi s b r o u g h tf o r w a r di nt w os i t u a t i o n sc o n s i d e r i n gl i n el i m i to rn o t t h ea i mo fj u d g i n gm pi st o c o n t r o li t ，s ot h em p m o n i t o r i n g a n dc o n t r o lm e t h o d si nt w o o r g a n i z a t i o nm o d e s a r ei n t r o d u c e d a tl a s t ，b a s e do nt h ed a t ao fi e e e3 0n o d e st e s ts y s t e ma n d a p p l y i n gt h em e t h o d sd i s c u s s e d i nf o r m e rc h a p t e r s ，t h em o d e l so r g a n i z e dw i t hu n i f i e dm a r k e tm o d ea n d d e l a m i n a t i n gm a r k e t m o d e s e p a r a t e l ya r ep r o p o s e da n dt h el i m p , m p , l i n ep o w e rf l o w , c o n g e s t i o ns i t u a t i o na n d s y s t e m t o t a lc o s ti nt w om a r k e tm o d e l sa r ec a l c u l a t e d a f t e r c o n t r a s t i n gt h et w og r o u p so fr e s u l t s , d e l a m i n a t i n g m a r k e t m o d ec o n s i s t so f a g i l i t ya n dc a n b e n e f i t t h ed e v e l o p m e n t o f e s t a b l i s h i n g t h e r e g i o n a lp o w e r m a r k e t ， k e y w o r d s ：o r g a n i z a t i o nm o d e so fr e g i o n a l e l e c t r i c i t ym a r k e t , u n i f i e dm a r k e tm o d e ， d e l a m i n a t i n gm a r k e tm o d e ，l o c a t i o n a lm a r g i n a lp r i c e m p ) m a r k e tp o w e r ( m p xo p t i m a l p o w e r f l o w ( o p f ) 1 1 学位论文独创性说明 本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得 的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含 其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得东南大学或其它教育机构 的学位或证书而使用过的材料。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了谢意。 签名： ! i ! 生 日期： 关于学位论文使用授权的说明 东南大学、中国科学技术信息研究所、国家图书馆有权保留本人所送交学位 论文的复印件和电子文档，可以采用影印、缩印或其它复制手段保存论文。本人 电子文档的内容和纸质论文的内容相一致。除在保密期内的保密论文外，允许论 文被查阅和借阅，可以公布( 包括刊登) 论文的全部或部分内容。论文的公布( 包 括刊登) 授权东南大学研究生院办理。 签名eq 生导师签名： 日期：跏￥、 ，l 奎整杰鲎堡圭兰垫鎏塞 一一一 l 。嘎。弓l 言 第一章绪论 市璐经济条件“f ，各砖商赫都应该在市场上自由袋卖和流通。电能自身的不可替代搜却 发、输、配、瑁弼露完或酶特点凌定了宅力工韭静市蛹忧改革将瑟临更多豹滏难。然两，各 国从来放弃电力工业的市场化激革，其间簸得了丰富的成功经验，也吸取了许多失败的教训。 经过十多年的探索，我们已经形成了一熟套比较完整的电力市场理论。然而，各个国家的国 壤大不瓣霹，电力蛮溪酶模式氆存在着缀大鹣差臻，不可熊撬爨嚣个完全攘淹熬电力枣场； 因而，我国也在电力市场方磷进行积极探索。 随着我国电信、航空等传统垄断行业市场化改革的深入。电力行业引入市场竞争、实行 电力市场豹攘索也已经在我嗣多个省市鼹歼，势取褥了一定的残暴和经验。经过这且年的摸 索，我潜确定了电力体制改革的总体目标：打破垄断，；l 入竞争，提高效率，降低成本，健 全电价机制，优化资源配置，促进电力发展，推进全国联网，构建政府监镑下的政企分开、 公平竞争、开发有序、健旗发展的电力市场体系。2 0 0 2 年，随罄国家电力监管委员会鄹瓶 丈奄赠公霉及五天发亳集团瓣成立，我强的电力王建市场往改萃翻开了薪静一页。 电力市场是一个跨学科的综合性非常强的研究课题，其与国民经济的发展和人民的生活 息息相关，因此必须处理好建立电力市场与促进电力发展及保障电力安全的关系。我们国家 瘫虽广潮，宅惩结梅较隽薄弱，毫力审璐敬荸嚣避程藏要求更热遴慎，实行嚣域电力市场是 我国电力市场改革的必经阶段。2 0 0 4 年初，我国的华东和东北睡域电力市场将正式远行， 这对我国电力工业的发展将具有重大意义。 1 。2 电力市场改革 1 2 。1 。毽器电力市场现状 由于电力工业的天然的黧灏性，世界上许多国家郝在从事电力审场改孳的探索，最擘可 良遣溯到上繁纪7 0 年钱f 孽智帮，然而第一个真正意义上的电力市场产生予英国。其盾，美 国，韩陶，日本，加拿大，澳大利亚和南燕洲的一些国家都先后进行了电力市场改革。不同 国家的电力市场改革的目的都相同：引入竞争，降低电价，实现资源的优化配置。然而，电 力改孳程这些萤象串掰走遵赣不尽穗弱，鸯或玲鼹经验也鸯失效熬教镯。羹瀚招蠲毫力带场 改革的教训是最为典型的个例子【l o o 】。随后，加拿大发大略省的电力市场改革也遭到熬刨， 但这都没有动摇各国实行电力市场改革的狄心。到目前为止。电力市场的实行还没有一个完 整豹标准模式，各藩都是在囊毫藿揍的鏊女上进孬熬探索。曩嗣麴p j m 龟力市场霹戳说延 一个成功的典范，本文将在霜谣的章节中对p j m 电力市场进行个简要的介绍。 对世界各国电力市场的发展历程和遮营模式，3 谳 4 1 1 5 e ? 都有详细的介绍，本文就不 再赘述。 两种不同的区域电力市场组织模式研究 1 2 2 我国电力市场的改革道路 我国电力工业在建国后得到突飞猛进的发展，发电量和装机容量的弹性系数( 发电量或 装机容量的增长率与g d p 增长率之比) 曾一度达到了3 , 4 和2 4 ，电力工业的发展为国民经 济的发展做出了巨大贡献。图1 和图2 1 “分别给出了从1 9 5 2 年到2 0 0 1 年我国的装机容量和 发电量的变化曲线。根据预测，到2 0 2 0 年，我国的装机容量将达到9 6 0 0 0 万千瓦，发电量 将到4 2 5 0 0 亿千瓦时。电力行业的规模如此之大，实行电力市场，实现资源的优化配置必将 大大节约有限的能源，带来丰厚的经济效益和社会效益。 图1 - 1 ：我国装机容量变化图( 1 9 5 2 2 0 0 1 ) 图l 一2 ：我国的发电量变化图( 1 9 5 2 2 0 0 1 ) 到了上世纪9 0 年代初，我国的电力发展基本能满足国民经济发展的要求，在某些地方 还出现了富余，然而电力生产和消费仍然实行政府统一管理，垄断经营，实行计划发电供电 2 查堕奎兰堡主兰些堡苎 一 体制，这在一定程度上阻碍了电力工业的进一步发展。在这种情况下，安徽和浙江两省1 9 9 4 年实行了模拟电力市场，首先进行了电力工业改革的探索。1 9 9 8 年电力工业终于从机制上 摆脱了过去计划经济模式的约束，由政府职能部门脱胎成为独立的经济实体国家电力公司。 但脱胎后的国家电力公司仍是我国电力工业的巨人，拥有国内总装机容量的6 0 和国内总 售电量的7 7 ，发、输、配一体的垄断格局仍没能打破，电力买卖双方仍没有选择权。 国家电力公司成立以后，我国的电力改革也逐步加快了脚步。1 9 9 8 年8 月国家电力公 司提出以“政企分开、省为实体、厂网分开、竞价上网”为内容的改革方针，这标志着中国 正式走上了电力市场化改革的道路。中国电力市场改革首先在山东、上海、浙江及东北的辽 宁、吉林、黑龙江等6 个省网进行试点，2 0 0 0 年1 月山东、上海、浙江发电侧电力市场正 式投入商业化运行。2 0 0 1 年8 爿，广东省正式将省电网公司与省发电公司分开，在电力市 场改革上迈出了可喜的一步。 为进一步增加电力工业的竞争力度，我国在国家电力公司的基础上对发电和供电资产进 行了进一步的划分。2 0 0 2 年1 2 月2 9 日，经党中央国务院批准，两大电网公司( 国家电网 公司、中国南方电网公司) 和五大发电集团( 华能集团、大唐集团、华电集团、国电集团、 中国电力投资集团) 在北京人民大会堂正式成立。这标志着从组织机构上实现了厂网分开。 随后进行的是实质性的资产移交。今年2 月份，发电企业的生产管理和干部组织关系基本完 成划转移交。与此同时，国家电网公司内部机构组建加紧进行。2 0 0 3 年1 1 月8 日，东北、 华东、华中、西北、华北五大区域电网公司全部组建完成。这样，电力交易的市场主体基本 到位。由国家电力监管委员会主导的电力市场建设也一直在积极稳妥地推进。2 0 0 3 年分别 在东北和华东两地启动了电力市场的试点工作，模拟运行发电企业竞价上网的模式，试点成 功以后在全国推行。我国电力体制改革的目标，就是要建立“厂网分开、竟价上网”的电力 交易市场，通过充分的竞争来降低电力成本，为广大用户提供价格低廉而服务优质的电力。 经过近十年的探索，我们坚定了电力市场改革的决心，确定了现阶段电力市场改革的方 向华东和东北区域市场的建立必将给我国的电力工业改革带来更强劲的推动力。 1 2 3 电力市场改革的新动向 电力市场改革在世界各国的探索使得电力市场方面的理论和规范不断创新和发展，并且 有很多理论在美国的p j m 电力市场中得到了成功应用。 1 标准市场设计m ”( s t a n d a r dm a r k e t d e s i g n ，s m d ) 随着各地电力工业市场化改革的发展，在电力市场的建立运营方面必定会引起两个问 题：不同的市场都从事类似的市场结构、规则等要素的设计，必定导致人力、物力的巨大浪 费：由于运行规则的不同，在不同的市场边界处进行交易所带来的交易、结算等问题。美国 联邦能源管理委员会( f e r c ) 本着公平公正的原则，为解决这两个问题，提出了电力市场 设计与运行的“标准”。标准电力市场的最终目的就是要使市场中的每一个参与者都有一个 公平、公正的竞争环境，使用户的利益能得到最大限度地保证。具体来说包括：防止提供输 电服务时产生准入条件的差别：标准化使用传输服务的条件；使更多的用户能用上更低价格 的电能；降低电价突变的可能性和市场的不稳定性；在不妨碍区域批发市场的前提下，保护 本地用户的利益；促进额外输电容量的建设；建立一个相关管理实体都能发挥自己职能的框 架。s m d 包括了四方面的核心内容：市场管理者有严格的定义：电价必须采用节点边际电 价( l m p ) ；发电侧、用电侧完全分开竞价；同时清算能量、辅助服务和调频市场。 虽然s m d 的提出对电力市场的设计运行有很大的规范和帮助作用，但其“标准，也受 到了多方面的置疑：s m d 所推崇的独立输电商( i t p ) 将打破现有的输电权利拥有的格局， 受到现有输电商的强烈反对；s m d 没能考虑地区的差异，对所有地区都实行一种模式，没 瓣种不同瓣区域电力审场组缓接式研究 有锊对性：s m d 限铡了电力零售甥户 现存靛电力市场疲对依照s m d 进行改造；s m d 规 定的建立市场的时闻太紧。f e r c 在考虑了这姥对s m d 的置疑和问题后，进而发布了一份 皇| 皮啦，对s m d 进行了一定的改进，使其变成个不够标准的电力市场设计。 稼准露场设诗中姻稷多娶素( l m p ，f t r 等) 已经在不少电力市场审褥到了琏耀。提 惰s m d 的不断发展，必将对电力市场的发展惜来革命性的影响。 2 节点边际电价( l o c a t i o n a lm a r g i n a lp r i c e , l m p ) 节点边际宅债藏建在考纛发电极缀边际价格和输电掰情嚣翡条停下，供给电霹申的菜个 特定节点增加的电力需求的边际价格。l m p 有兰方面的特性：当网络中不存在阻纛时，整 个嬲络中的电份都撑，即等于最后耀热翦电鬟豹边际债据；在鄹终阻塞憾况下，出于屯憩 雨能从较低发电价格节点送副电力需求节点备节点的边际电价将不相同。 关于l m p 的具体情况，将在后面的章节中详细介绍。 3 。露定辕电投( f i x e d - t r a n s m i s s i o nr i g u t ，f r r ) f t r 熙电力市场中进行阻塞管理的重要手段。f t r 拥有者通过购买某两点间的线路输送 辩量，在线路发生阻塞对获得相应的收益。f t r 实际上是购买者与线路拥裔者之闻熬订的一 个金融台蔺，著不表示实际输送的电能的容蚕。h r 撵寄者不仅可获得阻塞收益，弼且可鞋 保证自己所需要的送电容量不会因为线路阻塞而产生较高的输电赞用。 在市场中引入f t r 除了w 以谴输电耀户避凳在发生照塞时舒给较褰的输邀费爆辨，还可 疆解决由于阻塞 淹l 的节点边际电价不同而产囊的收益分配问题，由阻塞所产生的费用可以 通过f t r 来进行分配。 f t r 糖有孝可戳在辕电投拍卖枣场黯f t r 避符拍卖。麴卖审场分为年审殇翻莠南甥，方 便不同的用户获得f t r 。 4 容最信用市场i l o , 1 1 l 容量僚筠市琢分为舀毒场和蘑市场。在嚣商场中，一个供宅企控可戳浆个特定价格出售 巢日的容量信用，另个供电斑业可以通过市螨购买某日的容量信用。在月市场中，个供 患企业可娃装个特宠价格出售随后1 2 个月中某舅靛容量偿用，另个供电企业可以通过索场 购爱某胃躺容量信粥。 容量信用市场的建立，降低了进入电力零信市场的门槛，增加了电力供应商的数目，使 撬摸攘黠鞍，j 、静供电蔼也毒掇会送入枣场，对手保证竞争戆公平瞧其舂耋大意义。冀努，这 种市场的麓立，使得些不具有供电能力的公司同样可以通过买黧容量信用来获得收益，因 而市场中的竞争者数目都是不确定的，从而大大增加的竞争力度，降低供屯商行使 了场力的 可能注，德避了零蒜电价的辩低，最终使广大消费者获靛。 电力醴殳革一方丽是为了降低电价使用户获赫，另一方面使发电商获益，使之更有积极性 投资兴建魄源，保证电力工她的持续发展。容繁市场彝投资者提供职援雏经济信号，鼓撼发 电领域的投资。可戳看到发电商即使未出售电鬣，也可娃通过容最信用的交易来获褥部分 收入，为新建或扩建发电容壤积累资愈。如果发电商因嶷行电力市场而大大减少了艇利润， 必然会控绥广大授爨考授瓷发邀窑墼瓣稼较经，造成发奄容量壤长缓浸，这籍对电力市场麓 寅全稳定远行构成威胁。容最市场的设立可充分考虑发电商的利益，确保发电容量的稳定增 妖。美国p j m 屯力市场运行的事实证明，这项攒施的效果相当不错，按耳魏的经济增长率测 雾，p j m 的装辊容鬃能够满鬣今后1 5 年负荷罐长的需求。 i l 。3 。课题背景及其意义 我冒的电力审场效革走到今天，已经翻确了建立区域邀力索场粒方针，藩旦开始了华东 萃 l 东北区域电力市场的试点工作，力争蠲三年的时间初步建立华东、东北、华北、西北、华 4 东南大学硕士学位论文 中和南方区域电力市场。东北和华北区域市场肩负着探索区域市场道路的重任，并且这两个 区域也有更好的建立区域市场的条件。 东北电网是我国最早形成的跨省统一电网，长期实行统一规划、统一建设、统一调度、 统一核算平统一管理，现已基本形成了比较完善的跨省主网架：东北三省综合销售电价水平 比较接近，有利于新电价机制的形成。1 9 9 9 年开始的东北三省“厂网分开、竞价上网”试 点，为建没东北区域电力市场积累了一定的实践经验。根据东北电力市场的实际和特点，在 东北电网覆盖区域建立一个区域电力调度交易中心，在辽j 、吉林、黑龙江三省各设立电力 结算中心，同时区域电力市场实行统一市场规则、统一交易平台和统一电力调皮。 华东地区实行区域电力市场也有很多有利的条件：第一，经过多年的努力，华东电网基 本上实现了厂网分开，形成了电源投资主体的多元化格局，电力企业的产权结构比较清晰， 企业组织结构比较规范，为引入竞争机铝8 提供了较好的体制条件。第二，华东地区的上海、 浙江在1 9 9 8 年实行了“厂网分开、竞价上网”的试点，取得了很多有益的经验。第三，华 东电网网架结构较强，省间电网联系比较紧密，近年来大范围的电能交换比较活跃。第四， 华东地区是我国经济发展较快的区域之一，市场环境较好。根据华东的特点，国家电力监管 委员会正式印发华东电力市场试点方案明确了华东电力市场建设分三期实施的阶段性目 标和内容安排。一期采用统一竞争、分区控制、协调运作的模式：二期实现由区域统一运作、 统一控制；三期在售电环节引入竞争机制，建成完善配套的华东电力市场体系。 可以看出，东北电力市场打破了原有的省级市场，建立了统一的区域市场；华东电力市 场一期在建立区域市场的同时，保留了原有的省级市场，实行两级市场协调运作的模式。我 国在东北和华东两个试点区实行两种不同的市场组织结构模式，通过试点确定哪一种模式更 适合我国的国情。 需要注意到，我国在选择这两个市场的运作模式时都是从两个区域的实际特点出发的， 并没有从更多的技术、经济的角度考虑，发生这种情况也是因为在市场模式的选择上还未能 有一个比较合适的标准和方法的缘故。针对这种情况，本文将从电力市场中各重要影响因素 山发，通过采取对比分析的方法，用电力市场模拟数据来分析区域市场中采取一级市场和两 级市场模式时对电力市场产生的影响及其各自的优缺点，以便给我国区域市场的建设提出参 考性意见。 1 4 本文的主要工作 我国已经确定耍建立区域电力市场，并且已经在华东和东北开始了试点。本文试图运用 电力市场模拟数据来分析在一级市场及二级市场模式下，电力市场中的电价、市场力、阻塞 及功率流向等情况，最终通过实际数据来证明一级市场和二级市场在电力市场组织运行中的 优劣。本文主要包括以下几个方面： 1 区域电力市场的组织模式分析。主要分析了两种区域电力市场的组织模式及其在两 种方式下电力市场的交易运行方式。 2 区域电力市场的评价要素。主要介绍了区域市场中的节点边际电价，市场力，阻塞 管理方式等要素。 3 区域电力市场运行模型的建立。本节将讨论两种区域电力市场模式模型的建立以及 其中最重要的电价计算模型，并提出电力市场中的市场力的种新的评估方法。 4 区域电力市场模拟运行及其数据分析。通过建立的模型，在i e e e 3 0 节点系统中进 行模拟运行，得出相应的运行数据，并在得出的数据的基础上进行分析。 具体内容如下： 第一章为绪论，简要介绍我国电力市场改革所走过的道路，并指出在电力市场当前研究 两种不同的区域电力市场组织模式研究 中出现的新理论和本文的研究背景。 第二章将首先介纲美国的p j m 电力市场模式，并从交易过程、调度管理、阻塞管理和 辅助服务方面分析两种市场模式的异同和特点。 第三章主要介绍节点边际电价，提出了两种组织模式下，基于最优潮流的节点边际电价 的详细计算模型。 第四章分析了传统市场力评价标准的局限性，提出了一种基于o p f 的考虑发电机、负 荷和网络约束的市场力评估方法。 第五章在第三、四章的分析基础上，通过对一个i e e e 3 0 节点系统在两种市场组织模式 下的分析( 分析内容主要为电价、市场力、总费用、阻塞情况、线路功率等) ，对两种模式 的利弊进行比较。 第六章总结了本文所做的工作，并提出下一步的工作方向。 查塑查堂堡主堂垡笙苎 第二章区域电力市场组织模式分析 确定区域电力市场的组织模式是建立区域市场的第一步。在本章中将讨论我国区域市场 建设过程中的两种组织模式：全区域统一管理、统一调度、统一交易结算的一级市场结构( 称 z n n - - g 域电力市场) 和区域市场和省级市场共存，相互协调的两级市场结构( 称之为共 同区域电力市场) 。在以下的分析中都将在现货市场下进行分析，而不考虑期货市场和双边 交易的情况。 2 。1 区域电力市场组织模式 一般的电力市场理论分析认为，在一个电网中应建立一个统一的电力市场，市场越大， 竞争越充分越便于资源优化。但同时也很明显，电力行业的特点使其具有天然的垄断性，完 全开放的电力市场不仅会对技术支持系统的要求过高，而且也不利于系统的安全稳定运行。 我国的地域广阔，资源分配不均，电源中心和负荷中心相距较远，同时电网结构也不是很强 大，在这种情况f 若要实行全国性的电力市场则是有害无益。因此，现阶段首先实行区域电 力市场是必须经历的阶段。 国内外在建立区域电力市场方面的经验较少，美国的p j m 电力市场可以说是个比较 成功的区域市场的典型。下面将先简要介绍p j m 电力市场的情况，再进一步讨论两种市场 模式的利弊。 2 1 1 美国p j m 电力市场i m l 3 1 p j m 最初是由宾夕法尼亚州( p e n n s y l v a n i a ) 、新泽西州( n e wj e r s e y ) 、马里兰州 ( m a r y l a n d ) 三十l i 组成的电力联营体，目前服务区域包括7 个州和1 个特区7 9 ，0 0 0 平方英里的 面积，拥有发电机组6 6 8 台，总装机容量6 7 ，2 6 9 m w ，输电线长度1 3 ，0 0 0 英里。p j m 的规模与我 国的一个区域电网规模相当，研究p j i 的组织形式对我国区域电力市场的建立有较好的借鉴 作用。 p j m 既是系统运行机构又是市场运营机构，其主要职能是：系统集中控制与调度：电 力市场运营：管理输电网价格和输电服务：制定区域电网扩展规划并协调各成员之间的电源 规划等。可以说p j m 市场是一个统一区域电力市场的典型。 p 删的能量市场包括日前市场和实时能量平衡市场。日前市场是一个现货交易市场，买 卖双方在中午1 2 点前向市场报价，市场在满足负荷和备用需求的情况下决定机组运行计划， 使电力生产的总消耗最小：下午4 点，p j t t 市场向市场参与各方公布日前市场的交易结果，并 开放市场电量平衡市场，在下午6 点前，市场参与者可在实时市场报价交易。实时市场在日 前市场的一个有效补充，增强了电网的可靠性。在份额上，目前市场可能占了总交易额的8 0 ，实时市场进行剩下的2 0 的交易。 阻塞管理与电价确定和输电服务密不可分。p j m 利用阻塞线路两端不同的节点边际电价 来进行阻塞收费，造成电网阻塞的传输用户需要缴纳阻塞费用，而购买了固定输电权( f t r ) 的用户有权参与阻塞收益的分配。f t r 有获得阻塞收益的权利，因而成立了丌r 拍卖市场对f t r 进行交易。 7 两种4 i 同的区域电力市场组织模式研究 p 丁m 的辅助服务市场分为调频市场和旋转备用市场两部分。p j m 中的每台机组都有承担调 频的义务，如果机组承担了超过义务的调频任务，可有额外的收益。p j m 旋转备用服务可以 从三方面获得：利用自己的资源给自身提供旋转备用：通过双边交易互为旋转各用；从旋转 备用市场购买备用。 在p j m 这些市场和措施的熟同作用下，电能交易，市场力控制，阻塞管理，收益分配等 阀题都能得到较好的解决。 2 1 2 两种区域电力市场组织模式利弊分析 区域电力市场的两种组织模式在实际运行中各有利弊。统一区域电力市场实行统一管 理、统一调度、统一交易运行：共同市场实行分级管理、分级调度、分级交易。统一市场相 对于共同市场主要具有以下优点： 1 ) 统一市场最大的优点是可以实现资源在全区域内优化配置，消除省间壁垒，达到资 源的优化配置；而共同市场只能保证资源在省内达到最优配置，而且可以肯定的是 从整个区域来说各省的优化效果肯定达不到全区域的优化效果； 2 ) 在全区域内实行统一调度，可以保证在故障情况下及时掌握整个区域网络的运行情 况，避免事故扩大，保证电网稳定运行； 3 ) 统一市场模式避免了共同市场下两级市场相互协调所带来的技术和运行方面的困 难，交易规则更加简单明了： 4 ) 全区域内的电源容量更大，电源的种类也更多，可以实现互为备用，在紧急情况下 互相支援，提高运行可靠性； 5 ) 可以实现跨省的辅助服务，增大辅助服务市场的规模，从而降低辅助服务费用，提 高系统的安全性； 6 ) 可以给市场参与者更大的选择权，避免市场力作用； 7 ) 监督省间联络线的潮流，当出现阻塞时提供消除阻塞的措施； 8 ) 管理和审批跨省的大用户与独立发电厂的双边合同，提高输电线的利用率； 9 ) 协调与相邻区域电网的电力交换。 与此同时也应看到，统一市场中参与者过多或者网络结构过于复杂，会影响电力市场支 持软件的开发与运行，带来“维数灾”，影响交易结算速度。另外，还应考虑到我国不少省 市都已实行了省级电力市场的试点，省级市场已经建立并运行，如果一下子打破省级市场， 改为统一区域电力市场，不仅会带来人力财力的大量浪费，也会打击改革的积极性。针对这 种情况，共同市场也有其存在的实际意义。下面就将具体分析这两种模式下的市场运作。 2 2 区域电力市场在两种组织模式下的运作 区域电力市场的两种组织模式在实际运行中各有特点，下面将先从调度管理方式、交易 方式、阻塞管理方式、辅助服务市场等方面分析两种模式的运作。两种市场组织模式_ f 的价 格机制，市场监管机制等方面的问题将在后面的章节中讨论。 2 。2 1 调度管理方式 针对区域市场的两种模式，分别有两种调度管理方式：对于统一市场的集中调度方式和 8 东南大学硕士学位论文 对于共同市场的分散调度方式。 i 集中调度方式 在该方式下，整个区域电网由一个集中的电力调度管理机构全权负责调度运行，制定发 电计划、检修计划、机组组合、网络发展等。 2 分散调度方式 在该方式下，各省级市场拥有相互独立的调度控制权力，而区域电力调度只负责各省间 的功率交换的监督与控制，以维护整个网络的安全运行。 3 两种调度方式的取舍 我国长期实行的是五级调度体制，网调和省调己相互配合运行多年，有了丰富的经验， 这种模式在一定程度上保证了我国电网的安全稳定运行。因而在区域电力市场中，仍然采用 分散调度的模式在实现上较为容易，但同时省调在发电计划的安排上难免会偏向于本省的电 厂，对电力市场的公平交易原则是个很火的挑战。 集中调度模式虽能实现在全区域内的资源优化配置，也能避免省调在交易过程中的偏向 性，但是要对我国现行的调度模式做较大的改动，实施起来有一定的难度。 文献【1 5 】中对两种调度方式分别从经济学和数学方面做了分析，并得出结论：分散调度 f 的最优结果与集中调度的结果相同。本文将在后面通过对两种市场组织模式的分析来确定 两种调度方式的取舍。 2 2 2 交易方式 1 统一市场模式 统一市场模式仅建立一个区域电力市场，针对我国现在的情况，在各个省( 市) 成立省 级电力结算中心，电厂，大用户和地区供电公司都注册到该电力市场进行报价交易，其市场 组织结构如图2 - i 示。 图2 - 1 统一市场模式的市场组织结构 统一市场的交易过程比较简单：在日前市场和实时平衡市场中，所有的电厂、供电公司 和火用户都直接注册到区域市场进行报价，区域市场针对报价进行安全校核与阻塞管理，进 而确定区域内的交易计划。 2 菇同市场模式 共同市场分为区域市场和省级市场，电厂和大用户可以自由选择参与哪个市场的竞争， 9 堕翌尘型塑堕苎塑垄立塑塑堡堡苎旦堑 图2 - 2 共同市场模式的市场组织结构 在现货市场中，同一电厂或用户不能同时在两级市场中注册并交易。在运行中，省级电 力市场根据本省的负荷预测及电厂、大用户的报价情况，初步排定本省内次日的发电交易计 划和省间交易计划，并在规定的时间内向区域电力市场申报省间交易计划：区域电力市场根 据省级电力市场申报的情况以及本区域内的负荷预测与报价情况，计算次日各时段的现货边 际电价。进行区域电网的安全校核和阻塞管理，并确定各时段的现货交易，将交易计划传回 省级市场和直属电厂及大用户。这个过程可以用图2 - 3 来简单描述。 区域市场 省级市场 省内报价，初定省 级市场交易计划 确定省级市场 交易计划 图2 - 3 共同市场的现货交易过程 实时平衡市场的交易主要在省级市场中完成。在现货市场中注册到区域市场的电厂和人 用户也可以参与到实时平衡市场中。 2 2 3 阻塞管理方式 1 统一市场模式 利用全网的网络拓扑结构和交易计划，在全网进行安全校核以确定阻塞情况，然后再根 据阻塞情况调整帮个区域内的交易计划，以消除阻塞。 2 共同市场模式 此模式下的阻塞管理要分三步进行： 省级市场先根据省内的交易计划和网络拓扑进行安全校核，确定省内的阻塞情况，并初 步调整省级市场的交易计划以消除省内阻塞。 1 0 东南大学硕十学位论文 区域市场根据全网拓扑( 省级市场看成一个虚拟节点) 利交易计划进行安全校核，确定 全网的阻塞一清况，并在尽量保证不影响省级市场交易计划的基础上调整区域市场的交易 计划。 省级市场根据区域市场调整后的交易计划和网络拓扑进行安全校核，确定阻塞情况并调 整本省级市场的交易计划。 其流程如图2 - 4 所示。 2 2 4 辅助服务市场 图2 - 4 共同市场模式下的阻塞管理流程 一般来说，辅助服务分为系统控制、计划与调度服务电压支持服务，调节与频率响应 服务( a g c 服务) ，能量不平衡服务，运行备用服务和黑启动服务。 在共同市场模式下，区域市场提供全区域内的a g c 服务，制定本区域市场中的备用计 划( 包括本区域市场中的供电商和省级市场) ；省级市场提供本省的备用、调度和电压支持 服务，同时满足区域市场制定的备用容量任务，本省的备用容量不足也可以在区域市场中购 买。 在统一市场模式下，控制、调度、调频、备用等辅助服务都由区域市场统一提供。一般 来说，在统一市场中由于电源数量和容量的增加可以适当降低每台机组的备用率，达到互为 两种不同的区域电力市场组织模式研究 第三章两种区域市场模式下的电价及阻塞分析 价格是市场的基础，市场调节的杠杆。电力市场必须用经济手段来进行管理和运行，因 而必须首先探讨电力市场中的电价。另外，电力市场中电价的形式与清算与阻塞的管理是密 不可分的，本章就将分析两种市场组织模式对电价和阻塞的不同影响。 3 1 节点边际电价及阻塞管理 3 1 1 节点边际电价 节点边际电价( l o c a t i o n a lm a r g i n a lp r i c i n g , l m p ) 定义为在网络中某个节点处，每增加 供给负荷1 m w 的电能所需要的费用。l m p 由三部分组成：发电机组的边际价格，输电阻 塞价格和边际损耗价格。由于考虑边际损耗后模型过于复杂，本文的分析也是基于宣流潮流 模型，而且边际损耗价格对l m p 的影响不大，因而简化后的l m p 计算表达式为： l m p = g w + 式中，( k 为发电机组边际价格( g e n e r a t i o n m a r g i n a l c o s t ) ，7 x ，为阻塞价格( t r a n s m i s s i o n c o n g e s t i o nc o s t ) 。 在本章中，只考虑日前市场的交易，计算出各个节点的l m p 价格后，发电机组和负荷 都按各自接入系统节点处的l m p 进行交易结算。在这里选择l m p 作为电价结算标准的重 要原因是l m p 的形成既考虑了市场各方的报价，又考虑了网络运行状况，非常适合作为比 3 1 2 基于l m p 的阻塞费用 下面通过一个简单的例子来说明应用l m p 计算阻塞费用的原理。 报价：￥3 0 ，m w hr2 5 0 m w 报价：挈1 0 0 小f w h 5 0 m w 撤价：￥3 0 m w h 2 5 0 m w 报价：￥1 0 0 m w h 。5 0 m w ，肄丙半磷， ( b ) 图3 - 1 l m p 阻塞收费示例 1 2 查堕查堂堡土堂堡笙苎一 在图3 - 1 中，母线a 、b 上的发电机组分别报价￥3 0 m w h 4 ￥1 0 0 m w h ，a b 联络线的 输送容量限额为2 0 0 m w 。 在图3 - 1 ( a ) 中，所有负荷都由报价较低的节点a 处发电机供电，在线路的输电限额下可 以将a 节点的2 0 0 m w 电能送至b 节点，系统中不存在阻塞，a 、b 两母线的l m p 都相同， 按照l m p 结算，a 、b 负荷需要付给的费用为：c 三4 = 3 0 x 3 0 = 9 0 0 和 c l = 2 0 0 3 0 = 6 0 0 0 ，即总和为￥6 9 0 0 ；a 、b 两母线发电机组所获得的收益为 c ：。= 2 3 0 x 3 0 = 6 9 0 0 和c ：。= 0 ，即总和也为￥6 9 0 0 。由此可见在没有阻塞时，负荷付费 与发电机组收益相等。 从图3 - l ( b ) 中可以看到，由于线路a b 输电限额的限制，报价较低的a 节点的电能只能 送2 0 0 m w 至b 节点，b 节点的负荷不得不从b 发电机购买2 0 m w 的电能，系统中存在输 屯阻塞，a 、b 两处的l m p 各不相同，分别为：￥3 0 m w h 和￥1 0 0 m w h 。a 、b 两处的负荷 分别按各自的l m p 结算，即：c 厶= 3 0 3 0 = 9 0 0 和c 知= 2 2 0 1 0 0 = 2 2 0 0 0 ，总和为 ￥2 2 9 0 0 ；发电机组收益分别为：c 乞= 2 3 0 x 3 0 = 6 9 0 0 ( 乞= 2 0 x 1 0 0 = 2 0 0 0 ，即总和 为￥8 9 0 0 ：可以看到，负荷所付费用比发电机组获得的收益多￥1 4 0 0 0 ( c 乞+ 吒一巴一c 乞) ，这部分费用就是由于阻塞产生的费用。 3 1 3 阻塞费用的分配 网络阻塞所产生的费用可以通过f t r 来进行分配每个f t r 的拥有者都有权获得阻塞 收益，即： f 7 w 收益= f z r 容量( 三l i ：f 末端一三 d ：始端) f t r 具有方向性( 即：节点a 到节点b 的f t r 与节点b 到节点a 的f t r 不同) ，并 表现为两种形式：o p t i o n 形式和o b l i g a t i o n 形式。拥有o p t i o n 形式的f t r 的拥有者可以获 得收益并不承担损失风险，而o b l i g a t i o n 形式的f t r 拥有者在获得收益的同时还得承担由 于f t r 带来的损失，即：若一个市场参与者拥有从节点a 到节点b 的f t r ，且节点a 的 l m p 高于节点b 的l m p ( 即l 弓w 始端 l 坛f k 琳端) ，若f t r 为o p t i o n 形式的，j j i j 其拥 有着获得的收益为零，而拥有o b l i g a t i o n 形式的f t r 的拥有者就将获得负收益( 即损失) 。 所以，在市场参与者在进行f t r 的竞价时必须对潮流流向及负荷大小进行正确地分析与预 测。 堕盐至塑堕堕壁皇塑史垄塑堡堡蔓! ! 堑一 母线a l m p 2 0 母线b l m p p - ￥1 5 母线c l m p c 肆3 0 ( a 】( b ) 图3 - 2 用f t r 进行阻塞费用分配 在图3 2 ( a ) 示的3 节点系统中表示了三个市场参与者1 、2 、3 通过线路所输送的电量和 所拥有的f t r ，由于其三条母线的l m p 互不相同，系统中存在阻塞其阻塞费用为： c o n