（电力系统及其自动化专业论文）发电侧基于主辅联合分析的竞价电能分配方法.pdf

并通过实际机组为例，通过计算机模拟，对机组所涵盖的多种电力商品参与多 个竞争市场的配额分配进行了分析研究，给出了联合竞价的策略。 电力各个市场之间的架构与协调一直是电力市场理论研究中的一个重要问 题，结合我国电力系统改革的现状，最后本文对s m d 在我国电力市场中的实际 应用前景进行了分析和展望。 关键词：发电侧电力市场辅助服务主辅联合分析最优分配策略标准市 场设计 d i s t r i b u t i o ns t r a t e g yo f b i d d i n gc a p a c i t yb a s e do n j o i n ta n a l y s i so ng e n e r a t i o np o w e rm a r k e t m a j o r ：p o w e rm a r k e t g r a d u a t e ：y ug a n ga d v i s o r ：l i uj u n y o n g a b s t r a c t ：i nm a r c h2 0 0 2 ，t h e ”s t a n d a r dm a r k e td e s i g n ( s m d ) i sp r o m u l g a t e db y f e d e r a l e n e r g yr e g u l a t o r yc o m m i s s i o n ( f e r c ) i no r d e r t os u m m a r i z et h e e x p e r i e n c e sa n dm o r a l s i n p r e v a i l i n ge l e c t r i c i t ym a r k e t s ，a n ds t a n d a r d i z et h e p r o g r a m m i n g ，d e s i g na n dc o n s t r u c t i n go fe l e c t r i c i t ym a r k e t si nu s a ，t h em a i n i d e a sa n dp r i n c i p l e so fs m da r ei n t r o d u c e d ，a n dt h ei s s u e so ft r a n s m i s s i o ns e r v i c e ， t r a n s m i s s i o np r i c i n g ，t r a n s m i s s i o nc o n g e s t i o nm a n a g e m e n ta n dm a r k e ts t r u c t u r e d e s i g na r ep o i n t e du p i nt h es m d ，j o i n ta n a l y s i sb e t w e e np r i m a r yp o w e rs u p p l ya n d a n c i l l a r ys e r v i c e si sv e r yi m p o r t a n tc o n c e i v e i nt h eb a c k g r o u n do fm u l t i s t a g ea n d m u l t i l e v e lp o w e rm a r k e t ，i ti sn e c e s s a r yt or e s e a r c ho nh o wt oj o i n tt h ep r i m a r y p o w e r a n da n c i l l a r ys e r v e r sf o rm a x i m i z i n gp r o f i t f i r s t l y , t h ep r i n c i p l e sa n dt h e o r yo fp o w e rm a r k e ta r ed e s c r i b e d t h eh i s t o r yo f e l e c t r i c i t ym a r k e ti sr e v i e w e d t h ei n t e r a c t i v ep r o c e s sb e t w e e nt h ep o w e rs y s t e m o p t i m i z a t i o nt h e o r ya n dt h e m i c r o e c o n o m i c st h e o r yi sd i s c u s s e d t h e nt h e a d v a n t a g e so fs o m ef o r e i g na n dd o m e s t i ce l e c t r i c i t ym a r k e t sa r es u m m a r i z e d a n c i l l a r ys e r v i c e sa r ee s s e n t i a lr e s o u r c e si np o w e rs y s t e m s a n c i l l a r yr e s e r v e s p l a yav e r yi m p o r t a n tr o l ei nm a i n t a i n i n gp o w e rs y s t e ms e c u r i t ya n dr e l i a b i l i t y r e s e a r c ho fm e c h a n i s m so fb i d d i n gd i s p a t c h i n gp r i c i n ga n ds e t t l i n gf o ra n c i l l a r y r e s e r v e si ss t i l la na t t r a c t i v et o p i c t h e r e f o r e ，u n d e rt h es u r v e yo fd i f f e r e n tt r a d i n g d e c i s i o nm e t h o d si ne l e c t r i c i t ya n da n c i l l a r yr e s e r v e sm a r k e t s ，p d e i n ga n d d i s p a t c h i n gm e t h o d sf o rp o w e r r e s e r v e sa r ec a t e g o r i z e di n t ot y p i c a lt y p e s b a s e do n g e n e r a t i o ns i d et h er i s k sa n dt h es t r a t e g i e sa r ei l l u m i n a t e di nt h i sp a p e r t h i r d l y , c o n s i d e r i n gd i s s i m i l a rc h a r a c t e r s a n dd i f f e r e n tp r o c e s s e sb e t w e e n p m a r yp o w e rm a n e ta n da n c i l l a r ys e r v i c e sm a r k e t ，s e p a r a t i n gt o t a lt a r g e ti n t ot w o s t a g e sa i m s ，i ti l l u m i n a t e st h eu n i o nb i d d i n gs t r a t e g yo fp o w e rw i t hr e a c t i v ep o w e r a n dp r i m a r yp o w e rw i t hr e s e r v ep o w e r b yc o m p u t i n gt e s t so ns o m e u n i t s ，i ti ss h o w t ou st h eo p t i m a lr e d i s t r i b u t i o no rm u l t i d i s t r i b u t i o ns t r a t e g i e so ft h ep o w e rb ya e x a m p l e f i n a l l y ，i ti sw e l lk n o w nt h a tt h ec o o r d i n a t i o na m o n gt h e s em a r k e t sh a sa l w a y s b e e na ni m p o r t a n ti s s u ei nt h e o r e t i c a lr e s e a r c h c o n s i d e r i n gt h ec u r r e n ts i t u a t i o no f p o w e rs y s t e mr e f o r mi nc h i n a ，t h ep o t e n t i a la p p l i c a t i o no fs m dt oe l e c t r i c i t y m a r k e t si nc h i n ai sa n a l y z e da n d p r o s p e c t e di nt h i sp a p e r k e yw o r d s ：g e n e r a t i o np o w e rm a r k e t ；p o w e ra n c i l l a r ys e r v i c e s ；j o i n ta n a l y s i s ；u n i o r b i d d i n g ；o p t i m a ld i s t r i b u t i o ns t r a t e g y ；s t a n d a r dm a r k e td e s i g n 些型茎兰竺：! 兰些堕苎! ! ! 塑! 一 1 绪论 1 1 发电侧参与电力市场的背景 1 1 1 电力市场的沿革 2 0 世纪8 0 年代以来，世界电力工业开始了新一轮电力体制改革，其主要 思路就是实行私有化祁构筑竞争性电力市场，到现在已经形成了种世界性潮 流。改革的基本目标，一是实现电力工业私有化，减轻国家财政负担；二是提 高电力工业整体效率和电力服务质量。降低电价，提高国家经济的国际竞争力。 电力市场组织结构的基本模式主要是改变长期存在的发输配垂直体化管理模 式，在发电环节和售电环节引入竞争，输电和配电环节仍然实行垄断经营。政 府放松电力管制和强化市场监管，主要是在发电和售电领域实行许可证制度和 完全竞争，发电价格通过市场竞争形成；输电价格和配电价格仍然进行管制。 政府在放松对电力工业管制的同时，大都成立专门的电力市场监管机构，履行 对电力市场的监督职责。 我国的电力工业的市场化是从1 9 9 8 年实行“厂网分开、竞价上网”开始的。 1 9 9 8 年6 月，国家电力公司提出了“实行网厂分开建立发电侧电力市场的实 旎方案框架”，明确了山东、上海、浙江3 个省( 市) 为试点单位：同年1 1 月， 国务院转发了国家经贸委“关于深化电力工业体制改革有关问题的意见”，并将 辽宁、吉林、黑龙江三省与山东、上海、浙江同时列为网厂分开、竞价上网的 试点单位。这也标志着政府积极推进建立发电侧电力市场工作的正式启动和电 力工业继续深化改革，以期打破垄断，形成统、开放、有序的电力市场的开 始1 “”。 通过省( 市) 的试点，积累一定的电力市场的运营经验和扩充参与成员以 后，建立更大规模的区域电力市场就摆在议程上了。几经周折中国第一个区域 电力市场东北区域电力市场模拟运行2 0 0 4 年j 月1 5 日在沈阳正式启动，接着 华东电力市场的组建也紧锣密鼓的展开，南方、华中两个区域电力市场也在积 极酝酿中。2 0 0 5 年电力监管工作的首要重点就是推进电力市场建设，将适时把 试运行的东北电力市场转入正式运行；华东电力市场由模拟运行适时转入试运 行：南方、华中电力市场开展模拟运行；积极推进西北、华北电力市场建设。1 。 1 1 2 发电侧电力市场 目前我国电力市场的改革取向是“网厂分开、竟价上网”，即将电网经营企 l 叫川入学坝t 位论文( 2 0 0 5 ) 业拥有的发电厂与电网分开，建立规范的、具有独立法人地位的发电实体，市 场也只对发电侧开放。发电侧电力市场的市场主体是各独立发电企业与电网经 营企业，电网经营企业负责组织各发电公司间的竞争，政府负责对电力市场进 仃监督管理。与英国、澳大利亚等国的电力市场不同，中国电力市场继续保持 着输、配一体的管理模式，保留供电营业区，每个供电营业区只有一个指定的 供电机构向终端用户供电。同时，根据“省为实体”的方针，我国的电力市场 以区域级电力市场为主，各区域电力公司是其区域内电力市场竞争的组织者。 在网厂分开的初期有3 个特点： 将原电网经营企业拥有的发电厂变为独立的发电实体，只是一种经 营权的转移并不改变产权关系，电网经营企业仍根据其所占产权 的多少享受投资者的权益及相应的回报； 电网经营企业可保留部分调峰、调频性能好的发电机组以保证电 网的运行安全； 水电、核电、新能源、热电联产及企业自各机组暂不参与市场竞争。 我国现行发电侧电力市场的模式是“l n ”模式，“l ”是指电力市场的单 一购买者，即电网经营企业；“n ”是指参与市场竞争的各个独立发电企业。用 户不能与发电厂签订购电台同。只能由电网经营企业采用批售或零售的方式供 电。在这种模式下，电闷经营企业必须每时每刻做到供需平衡。井收购所有电 力，以保证对用户供电。这种管理方式与国外发、输、配完全分开的模式相比电 网经营企业责任较大。所以，为了防范供电不足或购电电价过高的风险，电网 经营企业必须与发电公司签订一定数量的长期合同。 因此在一定程度上解除了捆绑的发电企业，应该是非常追捧发电侧电力市 场的，特别是具有较高生产力，在市场中具有一定竞争力的发电企业，在研究 市场形势和自身情况的前提下，运用经济手段，遵循市场规律定可以获得比 原先电力计划分配下更多的收益。 1 2 国内外动态 1 2 1 电力辅助服务 在电力市场开展进程中，电力辅助服务是其中一个不可忽视的重要组成部 分，在传统的电力系统管理模式下，辅助服务问题一直未引起足够的重视。因 为其重视的焦点是电能或者说直接传送的有功，而提供辅助服务的费用与电能 2 ! ! 型叁兰竺1 堂笪堕兰! ! ! 堕! 费帛被混为一谈。这是因为，辅助服务的作用是保证供电质量和电力系统安全 水平，但彳；论是供电质量、系统安全水平的定义还是辅助服务的管理都不是建 立在严格的经济分析基础上的。运行人员既不清楚提供各种辅助服务的费用， 也未能建立衡量系统安全水乎和供电质量的经济指标。在电力市场环境中，不 能再要求发电厂和和用户无条件地提供辅助服务，凶此必须研究辅助服务的定 价机制，以完全遵照市场经济的运行规则办事，合理收取每项服务的费用。 根据国外电力市场的经验，提供的电力辅助服务主要有以下几个方面： 旋转备用：要求必须为在线运行的发电机空置容量，并且能够在l o m i f l 内带上负荷； 非旋状备用：可以是非在线运行的发电机，但是要在l o m i n 内带上负荷， 也可以是可中断的负荷； 替代备用：要求能在6 0 m i n 内带上负荷； 自动发电控制a g c 调节：要求按照 s o 的指示提供及时调节服务： 无功与电压支持：所有发电机与无功补偿设备均可提供； 黑启动：要求为具有自启动能力的发电机，在2 h 之内能启动机组同步运 行。 不同国家建立的不同电力市场提供的辅助服务内容不尽相同，其中还包括 频率调整，阻塞管理服务等内容；应该认识到，在不同的电力市场中，根据电 源结构、电网结构、负荷分布和负荷特性的不同，所需要的辅助服务种类和数 量均不相同，所以，没有一种辅助服务的定义可以适用于所有的电力市场；甚 至在同一个电力市场中，所需要的辅助服务也会随着市场的变化而变化，这种 变化包括上述电源和电网结构的变化、需求的变化，还包括市场运营规则的变 化、监控技术的改进和市场运作过程中吸取的经验的增加等。同时，不同的机 构从不同的角度出发，按照不同的标准和方法定义的辅助服务也存在着分歧， 一个恰当的定义应该得到所有机构( 各个电网公司、电源公司、电力用户、系统 调度交易机构) 的认可；另外，由于辅助服务间存在着复杂的关联关系，当研 究的角度不同时，同一种控制行为可能会属于不同的辅助服务范畴。 下面选取有代表性的国家和地区介绍他们所采取的电力辅助服务的交易方 式和结算方法： 英格兰和威尔士电力市场的辅助服务分类与我国相似，包括频率控制、无 功电压控制、备用和黑启动“1 。这些辅助服务分为3 种提供形式：强制性服务、 3 u u 川1 人掌帧l 号位论文( 2 0 0 5 ) 必需服务和商业服务。进入电力市场的大部分机组都有义务提供强铬p 眭鼹务， 在电网法规和输电网络连接条件中枷定相关的技术要求。仅要求部分机组提供 必需服务( 主要指黑启动) ，鼓励机组提供商业服务。国家电网公司( n g c ) 负责计 划和调度提供电能和辅助服务的机组，n g c 要与发电公司就每台机组提供特定类 型的辅助服务签订协议 自1 9 9 8 年4 月1 同起，英格兰和威尔士的辅助服务市场开始运作，在实际操 作中，对频率控制主要考虑机组由于进行了频率调整而降低了效率和机组额外 损耗的成本，一般采用补偿的方式进行结算：备用主要是通过竞争的备用市场 中投标来获得；无功服务分为强制服务和商业服务两部分，通过补偿和投标来 获得。黑启动主要是签订1 0 年以上的长期合同来保证。 加州电力市场中，由独立系统运行员( 1 s 0 ) 负责购买的辅助服务包括：a g c 、 旋转备用、非旋转备用、替代备用、电压支持和黑启动“1 。其中，后两种辅 助服务一般通过长期合同方式购买。前4 种服务是在日前市场和小时前市场按小 时购买的，辅助服务投标在电能投标之后进行。市场规则规定：一个供应方可 以以不同的容量和价格参与4 种辅助服务中任意或者所有的市场投标，但对于特 定的种服务，只能提交一个投标。市场按照：a g c 一旋转备用一非旋转备用一 替代备用的顺序进行各个辅助服务的投标选择，以优先满足技术要求较高的辅 助服务。报价低的投标优先被选择，最后接受的投标的价格形成该类型服务的 市场结算价格，最终所有中标的投标都将按照这一价格结算。选择结束后，投 标者被通知每个市场的价格和它在每个市场的中标容量。按照上述的顺序，机 组在后续的市场中的竞价容量要减去前面市场中中标的容量。加州辅助服务市 场运作初期市场清结算价格不受制于价格上限，但后来由于市场力的存在使辅 助服务价格飞升，i s o 不得不制定了辅助服务价格上限，并采用了统一考虑所有 辅助服务的理性买家算法“”进行优化选择。 新英格兰电力市场定义的辅助服务包括；a g c 、1 0 分钟旋转备用、l o 分钟非 旋转备用、3 0 分钟运行备用、替代备用、电压支持和黑启动。其中的前4 种辅 助服务经由竞争的投标市场获得。发电商可以在提交第二天的电能投标的同时 按小时提交一种或多种辅助服务的投标。i s o 根据投标信息结合投标结算方法同 时进行电能和辅助服务的投标选择、安排发电计划和辅助服务计划。计划的目 标就是优化电能、备用和a g c 的投标安排。选择投标时，市场对所有的报价进行 复杂的报价评估，报价评估对期望的成本排序，成本中包括机会成本，对自动 4 四i l 大学坝叶学位论文( 2 0 0 5 ) 发电控制，还包括在调度期间偏离报价曲线的罚款。这种同时优化选择电能和 辅助服务的方法需要有良好的算法做支持。文献”1 中详细介绍了新荚格兰电力 市场中的电能和辅助服务的混合调度方法，它很好地解决了电力市场巾的多商 品调度问题。 在中国电力市场建设中，辅助服务也被充分重视，在浙江省于1 9 9 4 年建 立了电力模拟市场中就采用了发、购电量与频率挂钩的方法进行考核结算。 9 9 5 年安徽省的模拟电力市场中也是如此运作的。虽然考虑的方式简单，但是频率 调整也计入了发电企业对电网的贡献之中，这也是最初的补偿式的辅助服务结 算的个体现。 在2 0 0 3 年6 月电监会关于建立东北区域电力市场的意见中提到：进入东北 区域电力市场的机组有义务承担电力系统的备用、调频、无功等辅助服务。初 期，对备用、调频、无功等辅助服务建立合理的补偿机制；中期，初步建立竞 争性的备用和调频等辅助服务市场，完善无功辅助服务补偿机制；远期，完善 备用和调频等竞争性辅助服务市场。 2 0 0 4 年1 2 月在南方电力市场建设方案中提到：将辅助服务分为基本辅助 服务和有偿辅助服务。基本辅助服务由电网企业和发电企业无偿提供：有偿辅 助服务在市场建设的第一阶段暂不开展市场竞争，由电力调度中心按照公平原 则和系统需要调用。 逐步建立辅助服务的收费和补偿机制。辅助服务费用实行统一管理。向电 网企业和发电企业收取的辅助服务费用专项支付给提供有偿辅助服务的企业。 并且在第二阶段开展有偿辅助服务的竞争，最终达到完善的辅助服务竞争市场。 1 2 2 电能联合分配 2 0 0 2 年3 月，美国联邦能源管制委员会( f e r c 一一f e d e r a le n e r g y r e g u i a t i o nc o u n c i l ) 在许多专家和学者的支持下撰写了一篇报告“，这篇报告 在总结美国历年来的电力市场改革经验教训的基础上，指出了今后美国电力改 革的“标准市场设计”草案。这个所谓的“标准市场设计”包含如下市场微观 结构：事后节点电价方法，主辅市场联合优化，多结算系统和固定输电权。其 中主辅市场联合优化的基本思想源自新英格兰电力市场和纽约州电力市场。“标 准市场设计”的数学模型在文献“，由此看出国外对标准市场设计特别是将主 能量市场和辅助服务市场统一优化的研究也是方兴未艾，国外的思路主要是站 s 凹业查兰塑主兰垡堡墨! ! 型! ! 存整个市场的管理者的角度，对多种竞争的电能商品价格进行制定和结算，并 且研究出最优的阻塞解决方案以安排调度计划的实施。由于国外电力市场起步 较早，已经拥有比较成熟的i s o 对市场进行管理，而中国电力市场还处于起步 阶段，而且还只是发电侧电力市场，冈此对于中国电力参与电力市场的发电企 业来说，站在自身角度考虑主辅联合优化的重点必然是自身的成本分析。 主辅联合优化的提出，可以说在个广义上对不同类型和不同国情的电力 市场架构出一个标准的市场模式，将各种不同的电力商品的不同交易流程、交 易方式和交易平台统一在一个相同的最优目标的优化函数中。可以想象，想要 将所有机组的有功出力、无功、a g c 、旋转各用、快速备用、冷备用等融合在一 个优化函数中，考虑到电网的节点数量、线路约束、调度计划、阻塞管理、结 算出清的时效、各个因变量的权重和相互关联等等因素，即便是个地区级电网， 这个函数的唯数也将是个非常惊人的，想要优化这样的函数也是一件非常复杂 的工程，而且很可能优化的结果根本就是个理论存在而实际无法实现的数值。 还好我们可以借鉴很多经济学和统计学的知识进行简化和等价，而且相信我们 可以随着电力市场不断完善的脚步，逐渐找到解决的方法和途径。就象1 0 0 多 年前瓦特不相信爱迪生发明的电能给人类文明带来天翻地覆的革命，象3 0 年前 人们不相信电力所具有自然垄断是不可能对竞争市场低头一样，现在的绝无可 能也许就是将来的理所应当，科技的发展必将打破一个个壁垒。 1 3 本文主要研究内容 1 3 1 课题来源 关于本课题的研究来源于2 0 0 3 年l o 月2 0 0 4 年4 月在刘俊勇教授指导 下，参与的“二滩公司竞价上网市场竞争力暨辅助服务系统”研发工作，独立 负责辅助服务系统子模块和主辅联合分析子模块的设计和程序编制工作，系统 分析了发电侧大型机组参与电力市场和提供辅助服务的成本和利润情况，基于 此深入研究了发电侧企业在多个竞争的市场中，提供包括有功出力、备用、无 功容量等多种电能商品参与竞价的合理分配问题。 1 3 2 研究内容 本论文主要是站在发电侧的角度，以远期构想中的多种电能商品参与竟价 的电力市场模式为平台，以发电企业自身成本因素为出发点，研究了主能量竞 6 堕型查兰竺l 兰垡堡奎! ! ! 堕! 价和辅助服务竞价联合分析的策略，以谋求发电企业的利润最大化，并给出了 案例分析。 本论文首先介绍了发电侧电力市场主辅联合分析的发展动态，第二章阐述 了发电侧参与电力市场的基本理论和基本规律，详细阐述了电力辅助服务的特 点，第三章开始本文站在发电侧，给出了发电企业所面临的市场风险、价格胍 险、发电量风险、燃料风险以及可用率风险。并分析了市场环境和市场力因素 对发电企业竞价策略的影响，给出了电力企业竞价策略的选择；第四章和第五 章则是作者对基于成本分析的发电侧主辅联合分析的竞价电能分配方法进行了 阐述和说明，这两章是作者研究的重点和关键，作者首先给出标准市场设引 “s m d ”的思想，分析了多种电能商品的电力市场趋势，给出了主辅联合分析的 背景和条件，然后，作者结合国内外电力市场发展特点，给出了电力市场成熟 阶段，基于多种电能商品竞价的发电侧主辅联合分析的模型，并对其进行了计 算机模拟实现，给出了分析和结论；第六章是对项目前景的期望和有待解决的 问题；后是附录和参考文献。 一 婴丛垒兰堡1 ：兰垡丝墨! ! 塑! 1 2 发电侧参与电力市场的基本理论 2 1 电力市场的基本规律 1 、电力市场化的目的 电力市场是电力生产、传输、分配、转换通信和计算机系统的综合体，也 是技术与管理的综合体。电力市场具有交换和买卖电力，提供信息，融通资金 的功能。电力市场的竞争局面，应让其在生产资料的交易上形成，电力市场的 竞争性交易应在发电公司与配电公司，大用户之间进行。电力市场的购电方主 体是配电公司和大用户。 电力市场是采用法律、经济等手段，本着公平竞争、自愿互利的原则，对 电力系统中发电、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。 电力市场首先是一种管理机制。这种机制与传统的行政命令的机制不同， 是主要采用经济的手段进行管理。同时，电力市场还是体现这种管理机制的执 行系统，包括贸易场所，计量系统、计算机系统、通信系统等。 成熟的电力市场的标志是：电价水平一般反映了成本和投资回报率；用电客户 有较高的电价承受能力：有限的用电需求增长；有限的筹措资金的需求。而发 展中电力市场的标志是：在电价方面交叉孙贴现象较为普遍；用电客户对电价 上调的承受能力有限；对建设和扩充电力设施所需的资本具有很大的要求。 针对不同发展阶段的电力市场，改革的焦点和首要目标是不同的。对于成 熟的电力市场，改革的焦点是降低电价改革的首要目标是；降低电价，提高 效率，为客户提供更多的选择，系统的安全性和可靠性。而充足的发电容量， 基础设施扩建和升级，吸引投资成为改革的次要目标。对于发展中的电力市场， 改革的焦点是电力设施的扩建，改革的首要目标是：吸引电力投资，建设充足 的发电容量，基础设施扩建和升级，系统的安全性和可靠性。而降低电价，提 高效率和为客户提供更多的选择则成为改革的次要目标。 2 、电力市场的基本特征郭基本原则 电力市场的具有四个基本特征：开放性和竞争性；计划性和协调性。 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；与普通的 商品市场相比，电力市场具有计划性和协调性。电力系统是相互紧密联系的， 任一成员的操作，均将对电力系统产生影响。所以要求电力市场中的电力生产、 8 璺型至兰望土兰堡堕墨! ! 型 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阳】、供应者与用户之间相互叻调。 建立电力市场的目的是在电力系统中引进竞争机制。一个充满竞争的电力 市场中，参与者之间都是平等的。所以电力市场最基本的原则是公平。 对于发电厂，平等的环境能够促进竞争，激励各发电厂提高生产效率，降 低成本，增加活力。对于用户，按真实的供电成本收费，尽量减少用户间补贴 是保证用户间平等的根本点。在电力市场中，必须保证用户是平等的。但这并 不意味着用户的电价是绝对一样的。由于用户用电水平和性质的不同，对不同 种类的用户收取相同的电费实际上是将供电费用绝对平摊。这样，供电成本低 的用户补贴了供电成本高的用户，这是不公平的。 3 、电力企业的运营模式概述 随着电力市场改革的逐步深入，采取怎样的途径和办法建立电力市场，一 直是关注的焦点电力市场的实质是通过建立一个充满竞争和选择的电力系统 运营环境来提高整个电力工业的经济效益。竞争和选择是市场机制互相依存的 两个方面，从“供电厂家”的角度来看，电力市场的本质是引入竞争机制，“厂 家”可以充分挖掘各自的潜力，千方百计地降低供电成本，以获得更大的经济 利益；从“用户”的角度来看，电力市场的本质是为它们提供了更多的选择机 会，它们可以通过选择使用供电价格最低的电能来降低其产品的成本，使其更 具竞争力依据竞争和选择的不同程度，可以把电力企业的运营模式分成四种 类型在不同的运营模式中，“供电厂家”和“用户”的概念是不同的，厂家之 间竞争的激烈程度和为用户提供的选择机会均有很大的差异，在实践中产生的 效果也不同。 整个电力工业可以划分为发电，输电，配电和供电四大领域电力企业的 四种运营模式与在上述各个领域中垄断、竞争和选择的不同程度相对应。 运营模式l ：在上述四个领域均是垄断的在发电领域没有竞争，用户也 没有选择余地只有一家垄断性的公司负责电力的生产，并通过它自己的输电 网把电输送到配电公司，直至最终用户与改革开放前中国的情况相似，一个 电力局完全垄断电力从生产到销售的全过程 运营模式2 ：买电型只允许有一个买电机构，负责从众多的不同的发电 公司买电，鼓励在发电领域入竞争机制不允许通过输电网将电直接卖给最终 9 ! ! 型奎堂堡! 兰些堡苎! ! 塑! ! 用户买电机构对输电网和对最终用户的电力供应实行垄断与目前中国实行 的“电厂大家办，电j ；= 。4 国家管”的模式相似发电j 独立经营，参与市场竞争； 各地的供电局仍然是省局和网局的直属单位 运营模式3 ：批发竞争在这种方式中，允许配电公司直接从发电公司买 电，并通过输电网输送这里的配电公司指的是具有配电网并可直接向最终用 户直接供电的公司配电公司垄断对最终用户的电力供应但要求输电网对配 电公司开放对应中国的情况，除了发电厂参与市场竞争外，各地的供电局也 独立核算，成立独立经营的配电公司 运营模式4 ：零售竞争允许所有的用户可以选择供电公司这里的供电 公司可以是配电公司也可以是没有配电网的电力零售商要求输电网和配电网 均是开放的配电和供电是分开的，在供电领域引入竞争在这种模式下，允 许成立独立经营的专门负责向最终用户供电的供电公司 4 、电力市场的市场组成结构 一个完整的电力市场通常分为几个市场运营。 1 ) 合约交易市场：中长期合约是中长期视为交货合同，他可以通过竞价产 生以双边签订。市场有序、规避风险、稳定价格是中长期合约市场的作用。 2 ) 电力期货和期权交易市场：期货交易( f u t u r e st r a d i n g ) 是期货合约的交易， 期权交易是一种权利的买卖。期货与期权交易市场的作用是市场有序、规避风 险、稳定价格。 3 ) 前日交易市场：落实中长期合同电量，组织目前竞价，通过竞争找到日 前市场价格，起碇满足电网安全和经济的机组开停计划。 4 ) 辅助服务交易市场：电网的安全稳定运行所必需的，即完成调峰、调频、 调压、黑启动功能。分为基本服务和有偿服务。 5 ) 实时平衡市场：实时平德市场的主要功能是维持系统安全。系统操作员接 受b i d s 和o f f e r s ，并负责结算。 5 、电力市场交易模式 目前电力市场由两种基本交易模式：联营( p 0 0 1 ) 模式，双边台同( b i l a t e r a l c o n t r a c t sm o d e l ) 模式。从这两种基本交易模型可以派生出p + b 两种交易模式 结合的交易模式、多边模型。 1 0 婴坐查兰竺! ：堂些堕兰! ! ! ! ! ! a 、联营( p 0 0 1 ) 模式。 联营( p 0 0 1 ) 模式。在严格的联营( p 0 0 1 ) 模式下，般认为p x 是p o w e l p o o l 的核心，它托管全部发电机。p x 通过获得发电机半小时或小时增量报价 组织拍卖。p x 从低到高排列报价，确定每一时段充足的发电机电量满足用户 要求，在每一时段被选择的发电机最高报价作为该时段能量市场的出清价 ( m a r k e tc l e a r i n gp r i c e 即m c p ) 。1 s o 根据报价和系统限制全面控制发电机的 顺序( o r d e r ) 。每一台被选中的发电机按m c p 支付。所有用户从p x 获得电能， 按照能量的出清价( m c p ) 加i s o 和p x 运行成本之和支付能量费用。该方式 的优点是集中控制，所有消费者有机会从竞争市场中获利。 图2 1p o o i 模式的电力市场 这种联营模式被英国国家电网公司( 早期) 、智利、澳大利亚、阿根廷等国 家采用。 b 双边合同模式 双边合同( b i l a t e r a lc o n t r a c t sm o d e l ) 模式。双边合同允许消费者于销售者 就传送、价格和容量等项目在市场进行直接谈判。双边合同的双方必须承担合 同条款。消费者可以是批发或零售消费者、或代表消费者组的集和体。销售者 可以是发电商，市场商人或经济人( b r o k e r ) 。这种模式需要 s o 校验具有充足的 传输容量，否则需要维持传输系统的安全。 在该模式下，市场交易与调度运行职能一般被分离。市场交易有p x 或s c 负责，确定交易量以及交易价格。其中p x 负责p o o l 市场的运营，s c 负责双 边交易的协调。i s o 负责调度运行能够职能，确保全系统安全、可靠运行。一 姻川大学颤十学位论文( 2 0 0 5 )4 i 电网阻塞或其它安全隐患，i s o 负责启动输电阻塞管理程序( t r a n s m i s s i o n c o n g e s l i o nm a n a g e m e m ) ，协调各市场的交易。i s o 还负责辅助服务市场的运行， 并制定输电电价和辅助服务价格。 图22 双边合同模式的电力市场 双边合同模式的电力市场的主要代表是美国加州电力市场，另外挪威和新 西兰的电力市场也可以归为此类。 c 3 p + b 模式 联营和双边合同结台模式。该模式结合p o o l 和双边合同的优点消除两者的 不足之处( 取长补短) 。一些消费者能够通过谈判得到一份可以选择提供者或选 择接受的价格的供电合同。允许消费者直接自由的与提供者谈判电力购买合同， 将提供消费者真正自由选择和激励提供产生共广泛的服务和价格选择最好满足 个体消费者的需求。p x 将为那些没能以合意的条款和价格通过双边合同获得 电能的消费者，提供价格信息资源和可选择的提供商资源。 联营和双边合同结合模式。需要创造两个附加职能：1 s o 和p x 。1 s o 将基 于公平合理的原则，协调传输系统功能和提供传输服务。i s o 将接收每一事件 ( t r a n s a c t i o n ) 的信息，是经由p x 事件( t r a n s a c t i o n ) 发生或一个双边合同。 这些信息包括参与者的位置，发电机发电安排表，电能最终到消费者的交付顺 序表。p x 的职能是拍卖电能。每个希望销售电能给p x 的发电商报出( 申报) 具体时间段( 1 bo ro5 h ) 的电能的价格。发电商将报出使发电机得到充分补偿 的价格。每台被选中的发电机提供的能量按照m c p 支付。 d 多边交易模式 该模型完全不存在p o o l 市场或p x 机构，并考虑了经纪人( b r o k e r ) 、零售 商( r e t a i l e r ) 等市场中间环节，由市场经纪人( s c 或b r o k e r ) 进行协调，在发 l 些! 。l 查兰竺! 兰些堡兰! ! ! 堕! 电厂和用户之间实现电力交易，其巾一笔电能交易可能涉及多个发电厂和多个 用户。i s o 每隔定时间公布输电网的运行信息，从而经纪人可以确定哪些交 易可以实现，哪些无法实现，然后经纪人海将需要进行的交易提交给i s o 审核， 并由i s o 实现可行的电力交易。多边交易是在双边交易模型基础上发展起来的 一种更广泛的、基于分散协调的市场模式，可以看作双边交易模式的高级形式。 e 辅助服务市场的组织模式 而提供辅助服务的模式一般也可以分为i 种：统一型、投标型和双边合同 型： 统一型指辅助服务必须由调度员统一安排协调，在结算时根据各参与者对 辅助服务命令的执行情况进行奖惩。 投标型指各客户分别对每一种辅助服务进行投标，调度员根据他们的投标 情况排定优先次序，安排辅助服务供应计划，时提供辅助服务的费用最小。 双边合同型是指某一辅助服务用户直接与供应者签定双边合同，从而得到 其所需的辅助服务，而无须通过电力系统调度人员。 各国提供辅助服务的模式不尽相同，必须根据那个国家电力系统的实际情 况而定。如英国、阿根廷等国采用统一型方式提供频率响应和无功控制等服务， 而美国加州电网以投标与双边合同结合的形式提供符合跟踪和频率响应服务。 目前世界上还未出现完全非调控状态下的双边合同市场。 备用辅助服务的组织模式具有代表性的有两种思路：一种是签订长期合同， 并在系统需要备用时调用；另一种是组织备用市场，进行备用辅助服务的竞标。 从世界各国的电力市场来看，以竞标方式组织备用辅助服务的情况居多，而只 有英国等少数几个国家采用长期合同模式。在备用市场中引入竞争机制是电力 市场发展的必然趋势。 英国电力市场的各类辅助服务及加拿大安大略省的调频服务，都通过签订 合同进行组织。该方式不需要组织备用服务的竞价，避免了各类市场之间较复 杂的组织结构，但也使各类市场之间缺少协调和优化。在英国电力市场中，由 国家电网公司( n g c ) 的辅助服务商务部门( a s b ) 负责以经济的方式购买辅助服 务，以满足系统安全性和可靠性的要求，电力联营体通过收取用户的附加费， 支付这些辅助服务费用。a s b 的招标过程只针对每天需要备用合同的几个典型 的时间区段，时间区段的选择随季节而异。在新电力交易机制( n e t a ) 下，n g c 通过与发电厂签订“提供辅助服务协议”( s a s a ) 获取辅助服务。 1 3 必川大芊竣l 宇f 亨啦叉( 2 0 0 5 ) 美国的加州、p j m 、新英格兰、纽约州，加拿人安大略省、新西兰和拥5 威 等地的电力市场都以竞标方式组织辅助服务。从交易商品内容来看，新英格兰、 纽约州、加州和p j m 的电力市场都包含a g c 调频市场、旋转备用市场、非旋 转备用市场和替代备用市场；而加拿大安大略省、新西兰和挪威的电力市场只 组织旋转备用市场与电量市场的联合竞价。从交易决策的目标函数来看，以各 类市场总费用最小化为目标者居多；只有加州电力市场追求备用的购买费用与 调用费用之和最小化。多数国家和地区都在目前市场组织备用服务的竟价1 5 - 2 6 1 。 2 2 电力辅助服务 2 2 1 辅助服务的定义及作用 电力系统的安全性一直是电网运行中需要考虑的一个重要问题，而一个可 靠运行的电网又是电力市场实现电能交易的基础。一般将，为保证系统安全运 行和电能供应质量的系统服务称为辅助服务。美国联邦能量管制委员会( f e r c ) 规定如下一些辅助服务：调度与系统控制、无功支持与电压控制、调节与频率 响应、能量不平衡、旋转备用和追加备用( s u p p l e m e n t a lr e s e r v e ) 等，其中后 两种备用也成为运行备用。 国际上有几个团体例如，国家电力公司( n g c ) 、联邦能量调节委员会 ( f e r c ) 、o a k r i d g e 国家实验室( o r n l ) 、休斯顿照明和电力( h l & p ) 、纽约 电力联营体( n y p p ) 、密歇根州公共服务委员会( m p s c ) 、北美电力可靠性委 员会( n e r c ) 、互联运行服务工作集团等，都详细定义罗列了辅助服务内容。 虽然他们使用的术语、分类和定义有很多相似之处，但也存在着差异。大体分 为如下几种主要类型： ( 1 ) 频率控制( 调节备用) ：处理较小的负荷与发电的不匹配，维持系统频率， 以使控制区内负荷与发电的偏差及控制区之间的交换功率实际值与计划值的偏 差为最小。基本上是实时的。 ( 2 ) 可靠性备用( 旋转备用和非旋转备用快速启动机组) ：由于发电或输电系 统故障，使负荷与发电量发生较大偏差时，1 0 m i n 内可以提供急需的发电容量( 增 加降低) ，恢复负荷跟踪服务的水平。 ( 3 ) 替代备用：3 0 m i n 6 0 m i n 内可以满发的发电备用容量，包括发电机容量 和可以间断用电负荷，用于提高和恢复可靠性备用的水平。 “) 无功备用电压控制：通过发电机或输电系统中的其它无功源向系统注 1 4 p u 川太芋坝十学位论文( 2 0 0 5 ) 入或从系统吸收无功，以维持输电系统的电压在允许的范围内。 ( 5 ) 发电再计划( r e s c h e d u l e ) 再分配( r e d i s p a t c h ) ：对于较大的发电负荷偏 差，调度中心要重新安排各机组m 力。 ( 6 ) 能量不平衡：补偿实际的交易量与计划交易量的差额。 ( 7 ) 有功网损补偿：输电时造成的功率损耗通过此项服务来补偿。 ( 8 ) 事故恢复服务( r e s l o r a t i o ns e r v i c e ) 提供重大事故发生后系统恢复所需的 功率。 ( 9 ) 稳定控制服务f a