（电力系统及其自动化专业论文）电力市场下辅助服务及其竞价模型研究.pdf

太原理工大学硕士研究生学位论文 为我国电力市场改革提供了非常有价值的参考资料。本文 建立了辅助服务的数学模型，对辅助服务进行了分类，说 明了每种辅助服务的功能。辅助服务主要用于保证供电的 可靠性和电能的质量，在电力市场环境下它被赋予了新的 内容，辅助服务的获取不再服从系统的统一调度，辅助服 务的定价也成为市场参与者最为关心的问题。因此，本文 对国外辅助服务的获取与定价进行了研究，得出我国在电 力市场的初始阶段，辅助服务的获取和定价的方法。 由于辅助服务本质上是一种商品，其使用应给予一定 的经济补偿，且必须考虑其成本、收益、定价及整个系统 效益的优化问题。因此，本文讨论了辅助服务的定价机制 和成本回收机制。本文对电力市场下a g c 及备用辅助服务 的竞价模式作了深入分析，提出了旋转备用、快速启动备 用和热备用的市场需求计算模型及市场出清模型。考虑到 电能和辅助服务是电力市场中的两种主要商品，本文提出 了一种能同时考虑电能和a g c 及旋转备用等多项辅助服务 的综合竞价模型。该模型以购买电能及有关辅助服务费用 最小为目标函数，并运用网络流规划法对模型进行了求解， 最后对实际算例进行了分析，计算表明该模型能很好的处 理多种约束条件，能从全局角度优化分配有限的容量资源， 在完成各种服务竞价的同时，可以有效的降低采购费用。 在各国的电力改革中，其中一个主要热点是辅助服务 的解捆，发电服务和辅助服务分别形成市场，各自都通过 查垦墨三盔堂堡主婴塞生堂垡堡壅 投标进行交易。因此，本文详细介绍了辅助服务市场的运 作机制及市场组织流程，以及辅助服务市场的优化调度。 与电力工业市场化改革走在前列的一些国家目前采用的顺 序法相比，本文给出的这个辅助服务市场招标与交易的新 方法能够明显减少辅助服务的总成本。我们把问题抽象成 一个简单的四阶段确定性动态规划数学模型，通过对实际 算例分析，计算表明该方法改变了各类辅助服务市场原来 的需求，允许各种辅助服务之问的替代，从而使辅助服务 的购买总成本最小。根据新方法本文运用计算机语言进行 了软件编程，运行结果表明，当投标数量和不同投标价格 数目不多时，该程序的计算速度和结果还能满足实际要求。 关键词：电力市场，辅助服务，竞价，动态规划法 太原理工大学硕士研究生学位论文 a n c i l l a r ys e r v i c ea n dl t sb i d d l n g m o d e ls t u d yi ne l e c t r i c a lm a r k e t a b s t r a c t e l e c t r i cp o w e ri n d u s 时h a sb e e nm o n o p o l i s t i ct r a d i t i o n a l n e l ds i n c el o n gt i m ea g o ，a n da n ye l e c t r i cp o w e ri n d u s t r ya l i o v e rt h ew o r l do p e m t e sb a s e do nv e r t i c a la n di n c o 叩o r a t e m a r l ( e t s t r u c t u r e ， w h i c hi n c l u d e s g e n e r a t i n g ，t r a n s m i t t m g d i s t r i b m i n ga n ds e l l i n g s i n c e 19 8 0 s ，e l e c t r i cp o w e ri n d u s t r y h a sf o h n e daw o r l d w j d ee l e c t r i cp o w e ri n d u s t 呵r e f o r mt i d ei n d i f 琵r e n tc o u n t r ya n dr e g i o n t h en a t u r a lm o n o p 0 1 yo p i n i o no f e l e c t r i cp o w e ti n d u s t 巧w o r l d w i d ei sc h a l l e n g e db ye l e c t r i c p o w e ri n d u s t ur e f o r mp r a c t i c ei nd e v e l o p e dc o u n t r i e ss u c ha s e n 9 1 a n da n da m e r i c a ，m a n yc o u n t r i e sh a v er e s t r u c t u r e dt h e i r o w ne l e c t r i c p o w e ri n d u s t r i e s ， a n de s t a b l i s h e dt h e i ro w n e l e c t r i cp o w e rm a r k e t s t h ep o w e ri n d u s t r yi nc h i n ai sn o w u n d e rt h ew a yo fr e s t r u c t u r i n ga n dg e n e r a t i o nm a r k e t sa r e i v 太原理工大学硕士研究生学位论文 e x p e c t e dt o e s t a b l i s h a sar e s u l t ， c o m p e t i t i o nh a s b e e n i n t l l o d u c e di ng e n e r a t i o ns e c t o rt h r o u g hb i d b a s e d o p e r a t i o n t h ea n c i l l a l ys e r v i c e ( a s ) i sa ni m p o n a n tp a no ft h ep o w e r m a r k e t i ti sv i t a lt ot h es a f e t y ，s t a b j l i t ya n de 陌c i e n c yo f p o w e rs y s t e m s t u d y i n ga sa n db i d d i n gb a r g a i n i n gm o d e l i sa ni m p o r t a n tp r o b l e m s ot h es t u d yo ft h i sp a p e ri sf e a s i b l e a n dn e c e s s a r y t h i sp a p e rb a s e do nt h ea n a l y s i sc o n s t i t u t e sa n di t sb a s i c f u n d a m e n t a lo fe l e c t r i c i t ym a r k e ts u m su pt h em o s t l yt y p e s a n dt h eb a r g a i n i n gm o d e lo fe l e c t r i c i t ym a r k e ta n ds u m m a r i z e s t h eh i s t o 叫e v 0 1 u t i o no fo u rc o u n t r ye l e c t r i cp o w e rr e f o n n t h i sa r t i c l ea n a l y s e sa n ds u m m a r i z e se x p e r i e n c e sa n dl e s s o n s o fs e v e r a lc o u n t r i e st h a th a v es u c c e s s 如1 l yc a r r i e do u tm a r k e t r e f o m ，a n do f f e r st h ev a l u a b l ei n f o n n a t i o nf o ro u rc o u n t r y s e l e c t r i cp o w e rr e f o n n t h e n ，t h ep a p e re s t a b l i s h e sm a t h e m a t i c m o d e lo ft h ea n c i l i a i ys e r v i c ea n de x p l a i n se v e r ya n c i l l a r y s e n r i c e ss o na n df u n c t i o n t h ea n c i l l a r ys e r v i c ei sa l w a y st h e g u a r a n t e ef - o rp o w e rs u p p l ya n dt r a n s m i s s i o ns ) s t e m s e c u r i t y h o w e 、r e ri ti se n d u e dt h en e wc o n t e n ti nt h ee l e c t r i c i t y v e n v i r o n m e n t t h eo b t a i n m e n ta n dt h ep r i c i n go ft h ea n c 川a r y s e r v i c eh a v eb e c o m eam a j o rc o n c e m s ot h ep a p e rr e s e a r c h e s t h eo b t a i n m e n ta n dp r i c i n go ft h eo v e r s e a sa n c i l l a 科s e r v i c e a n de d u c e st h el n e t h o do fo u rc o u n t i yo b t a i n m e n ta n dp r i c i n g o fa n c i l l a r ys e r v i c ea tt h eb e g i 王1 工1 i n go ft h ep o w e rm a r k e t b e c a u s et h ea n c i l l a r ys e r v i c ei sc o m m o d i t i e s ，t h e i ru s a g e m u s tb e p a i db ye s s e n t i a le c o n o m yc o m p e n s a t i o n i nt h e m e a n t i m e ，t h ec o s ta n dt h ep r i c i n go ft h ea n c i l i a r ys e r v i c e ， t h eb e n e f i to fc o m p a n i e s ，o p t i m i z a t i o no ft h ew h o l ep o w e r s y s t e mm u s tb ec o n s i d e r e di nd e s i g n i n gc o m p e n s a t i o nm o d e s o ，t h ep a p e rd i s c u s s e st h ep r i c i n gm e c h a n i s ma n dt h ec o s t c a l l b a c km e c h a n i s mo ft h ea n c i l l a r ys e i c ea n da n a l y s e s h o m et h eb l d d i n gm o d eo ft h ea g ca 1 1 dr e s e r v ea n c i l l a 巧 s e r v i c ea n de d u c e st h em a r k e td e m a n dc a l c u l a t i o nn l o d e la n d m a r k e tc l o s e o u tm o d e l c o n s i d e r i n g o ft h e p o w e r a n d t h ea n c i l l a r ys e r v i c ea r et w om a i nc o m m o d i t i e so fp o w e r m a r k e t ，t h ep a p e rp r e s e n ta ni n t e g r a t i v eb i d d i n gm o d e lt h a t i t c o n s i d e r sm u l t i - a sc o n s i s to f p o w e ra n d a g ca n d s p i n n i n g r e s e r v ee t c i t s t a 唱e t m n c t i o nm a k e s e x p e n s e s v i m i n i m u ma n du s en e t - n o wp r o g r a m m i n gm e t h o dt oe d u c e m o d e l a tl a s t ，t h r o u g hf a c te x a m p l e ，t h em o d e lc a nd e a lw i t h n l u l t ir e s t r i c t i o nc o n d i t i o na n dd i s t r i b u t el i m i t e dr e s o u r c e f r o mw h 0 1 es y s t e m f u r t h e rm o r e ，i tc a ne f 亿c t i v er e d u c e s t o c k f a r e ，a tt h es a m et i m e ，c o m p l e t es e i c ec o m p e t i t i v e p n c e i n m a n yc o u n t r i e s ，t h ee m p h a s i s o nt h er e f o r mi st o u n b u n d l e da n c i l l a r ys e r v i c e sf r o me n e 唱y p o w e ra n dt h e a n c i l l a 叫 s e r v i c e sf o r m s e l f - g o v e m e d m a r k e t p r o c e s s i n g b i da n db a 唱a i n j n g s o ，t h ep a p e rp r e s e n tc a r e 如1 l ya sm a r k e t a c t i n gm e c h a n i s ma n d m a r k e to 唱a n i z en o w a n d m a r k e t o p t i m i z e sc 0 1 l o c a t i n g c o m p a r i n gt oo r d e rm e t h o d ，t h ep a p e r e d u c e san e wm e m o do ft h em a r k e tb i da n db a 唱a i n i n gt h a ti t c a nr e d u c et h e 锄c i l l a r y s e r v i c eg e n e m lc o s t t h ep a p e r p r e s e n t saf o u 卜p h a s e sd y n a m i cp r o g r a m m i n gm o d e l t h o u 曲a f a c te x a m p l e ，t h em e t h o dc h a n g ef o m e r l ym a r k e td e m a n d i ta 1 1 0 w st oa l lk i n d so ft h ea n c i l l a r ys e r v i c es u b s t i t u t ea n d m a k e sg e n e r a ic o s ti e a s t t h ep a p e ru s e sc o m p u t e ri a n g u a g e p r o g r a m m e d s o r w a r ea n d t h er e s u l ts h o w st h a ti t s v i l 太原理工大学硕士研究生学位论文 1 ，1 背景 第一章绪论 电力作为国民经济的基础工业，其运行效益和产品的价值直接决 定了一个国家的产品在全球经济中的竞争能力。传统的电力工业在经 济学上被归为自然垄断性行业，在统一规划、统一运行、统一管理和 统一核算的垄断模式下运行了一个相当长的时期。而现代控制、网络 与信息技术为在电力工业内部建立一定的自由竞争空间奠定了基础， 科学技术的发展为在电力工业中引入市场竞争机制提供了可能。从 】9 9 0 年英国开始电力市场改革至今的十多年中，全球各国电力工业 纷纷走上了电力市场改革之路。 当前，电力工业在全世界范围内发生着深刻的变化。电力工业的 改革目标在于提高电力生产效率，使电价形成机制合理化，提供高质 量、更安全的电力产品，促进电力工业本身的良性发展，并使全社会 从改革中得到更好的经济效益和社会效益。智利、阿根廷、英国、美 国、澳大利亚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。我国已于1 9 9 7 年底初步摆脱 了电力短缺的状况，但作为国民经济的基础产业，电力工业过于垄断 的模式越来越不适应国民经济的整体发展环境。垄断导致电力工业本 身缺乏内在的发展动力，生产经营效率不高，并且阻碍了技术进步乃 至社会生产力的提高；另一方面，在发电领域，各种产权性质的利益 主体之间的矛盾已经出现，传统体制的因素产生了许多棘手问题。着 眼于电力工作在新形势下的新发展，“厂网分开、竟价上网”，推进电 太原理工大学硕士研究生学位论文 力市场化改革已经成为共识”：”1 。 研究电力工业的体制改革就有必要首先了解电力产品的特点，只 有在对其特点进行充分了解的基础上才能对电力工业进行科学改制， 从而为电力工业注入新的活力。电能是一种无形的、不能大量存贮的 优质二次能源，电力工业是建立在现代科学技术基础上高度集中的社 会化大生产。电能的生产、输送、分配和消费在功率和能量上必须严 格保持平衡，并需要有一定的容量和能量的备用。这是电力企业充足、 可靠、合格的向用户供电的基本条件，是电力工业的基本特征，也是 电力工业生产发展的基本规律。以下是电力工业的基本特征： ( 1 ) 电力需求增长速度快于国民经济增长速度的规律，决定了 电力工业是一种具有先行性质的基础行业。 ( 2 ) 电能应用的范围不断扩大，具有广泛的社会性，人们对于 电力的需求和依赖程度越来越高，己成为社会正常生产和生活必须的 基础工业。 ( 3 ) 电力工业是利用一次能源转化为二次优质能源一一电能的 一种能源转换产业，既是一次能源的用户，又是最终能源消费者的重 要供应者。 ( 4 ) 电力工业的产品是看不见、摸不着的电能，其生产过程自 动化程度高，技术性强，这就要求电力职工具有较高的知识水平和采 用先进的管理方法。 ( 5 ) 电能不能大量存储，发、供、用电同时进行，必须随时保 持平衡，这是电力工业区别于其它行业的主要特征。 ( 6 ) 中断供电会给用户造成巨大的损失。因此，电力工业的生 产管理必须坚持安全第一，需要有足够的备用容量。 根据电力生产使用过程中的不同技术特点，可以将电力工业分为 2 太原理工大学硕士研究生学位论文 素的影响，我国在较长的时期实行电力发、输、配、售高度统一、垂 直管理的模式，政府集中管制电力工业。但是，随着经济的发展，电 力工业的计划管理模式已无法适应我国经济持续快速发展的要求，电 力体制改革显得尤为迫切。 1 2 本课题研究的目的与意义 9 0 年代，世界许多国家在电力工业中引入竞争机制、开展电力 市场，这是百余年电力工业发展中的一件历史性的改革。而在传统的 电力系统管理运行方式下，辅助服务问题直未引起足够的重视。因 为以往电力公司中注目的焦点是电能，而提供辅助服务的费用与电能 的费用是捆在一起的。辅助服务往往与发电、输电、配电的各环节密 切相关，而且为了达到某种期望的运行状态需要系统调度员协调各种 辅助服务，很难将其作用和费用单独划分出来。因此有必要对电力市 场中辅助服务的协调优化调度进行认真的分析。 在电力市场环境下，提高辅助服务的质量可以增加电网的输电容 量和效率，而独立发电厂对用户不可能无条件的提供辅助服务，因此， 要建立辅助服务定价机制，其不但要确保供应者收回成本，还要保证 其合理的利润。因此对于辅助服务及其定价方式的研究在电力市场中 有着十分重要的理论和现实意义。本文对辅助服务市场的运作机制及 竞价模型做了研究。在电力市场中，不同类型的辅助服务有不同的特 点，而且还在不断的出现新的问题等待解决，对不同的服务要设计不 同的合同机制。只要可能，就应对辅助服务弓l 入市场机制，其交易市 场对系统运行安全水平起着重要的作用。辅助服务市场招标是电力工 业市场化运作后的一项主要功能。近些年，在美国、英国等一些电力 工业市场化改革走的比较快的国家，其对辅助服务市场招标方法的研 4 太原理工大学硕士研究生学位论文 究也取得了一定的进展。正是基于此，选择辅助服务市场的招标和交 易模式的研究作为论文课题具有较好的现实意义； i ：冀萎鬻裂醛惟蒌篓鏊薹篓蠢 蒋亩器藩辖疆释插棼俭错鼙蔷；蓁墨澎强毪唾攥鹰氆峪罐；剁 窭妻蚕鋈霆蠡窭蓁荔雾菲| 霆季萋奏雾；蓁蓉等芰型蛎龚妄翔掣攀基 引强k 掣“! 并竖薹驯制开展电力。市场通违咱降均霹陟3 蚀选溽 时业 发展中的一件历史性的改革。而在传统的 电力系统管理运行方式下，辅助服务问题直未引起足够的重视。因 为以往电力公司中注目的焦点是电能，而提供辅助服务的费用与电能 的费用是捆在一起的。辅助服务往往与发电、输电、配电的各环节密 切相关，而且为了达到某种期望的运行状态需要系统调度员协调各种 辅助服务，很难将其作用和费用单独划分出来。因此有必要对电力市 场中辅助服务的协调优化调度进行认真的分析。 在电力市场环境下，提高辅助服务的质量可以增加电网的输电容 量和效率，而独立发电厂对用户不可能无条件的提供辅助服务，因此， 要建立辅助服务定价机制，其不但要确保供应者收回成本，还要保证 其合理的利润。因此对于辅助服务及其定价方式的研究在电力市场中 有着十分重要的理论和现实意义。本文对辅助服务市场的运作机制及 竞价模型做了研究。在电力市场中，不同类型的辅助服务有不同的特 点，而且还在不断的出现新的问题等待解决，对不同的服务要设计不 同的合同机制。只要可能，就应对辅助服务弓l 入市场机制，其交易市 场对系统运行安全水平起着重要的作用。辅助服务市场招标是电力工 业市场化运作后的一项主要功能。近些年，在美国、英国等一些电力 工业市场化改革走的比 x 太原理工大学硕士研究生学位论文 最早期的研究是英国式的电力市场模式下给出了一个最优投标的理 论模型，该模型给出了一个以动态规划方法为基础的求解模型的方 法。近些年在美国、英国等一些电力工业市场化改革走的比较快的国 家，其辅助服务市场招投标采用的方法是顺序法，即按从高质量辅助 服务市场到低质量辅助服务市场的顺序，对各种辅助服务进行招标。 但此方法不利于进一步提高市场交易效益，容易造成价格上涨。在引 入竞争后的电力市场模式下，电网运营安全的程度受到市场上有偿供 应的辅助服务水平的影响。这些辅助服务包括为调频和调无功功率所 需的紧急备用容量。通常要根据电量指标和辅助服务指标来确定电网 调度计划。 1 4 本文的主要工作 电力工业市场化改革的重要目标之是提高经济效率，降低电 价。改革的内容之一是“厂网分开”( 发电业务和输电业务分开) ，随 之需要研究的问题之一是输电服务中的辅助服务及其市场运作问题。 本课题首先全面分析了电力市场的基本情况，电力市场中的各组 成部分和市场的交易模式，对国内外电力市场的发展状况做了相应的 分析；研究了辅助服务理论及其市场交易模式。在电力市场环境下， 要建立辅助服务定价机制，其不但要确保供应者收回成本，还要保证 其合理的利润。因此，本文对辅助服务的运作机制及竞价模型做了研 究，提出了a g c 服务市场和备用市场的竟价模式。电能和辅助服务是 电力市场中的两种主要商品。对多种服务竞价的处理，以往常用的是 顺序独立竞价法，本方法为了得到充足的辅助服务，先进行辅助服务 竞价，再进行电能竟价，形成了一种综合竞价模式。该模型同时考虑 电能和a g c 及旋转备用多项辅助服务的综合竞价模型。模型的求解考 6 太原理工大学硕士研究生学位论文 虑了多种约束条件，以购买电能及有关辅助服务费用最小为目标函 数，从全局角度优化分配有限的容量资源，再加上辅助服务竞价，最 终使得总购电费用最低。 在电力市场环境下，要保证电能质量及供电的安全、可靠性，除 了期货市场、现货市场之外，还要有个平衡机制，即与电力市场并行 的还要有个辅助服务市场。我们可以遵循市场规则建立辅助服务市 场，使得各方都积极参与辅助服务的竞争。因此，本文探讨了辅助服 务市场的运作机制，及市场的优化调度模型。最后还提出了一种新的 辅助服务市场的招投标方法。与以往一些国家所采取的顺序法相比， 该模型充分利用了备用的可替代性，允许高质量服务对低质量服务的 替代。并且运用动态规划法对模型进行求解，最终得到了辅助服务的 最优购买计划，即使得总购买成本最小。经实际算例对两种投标方法 进行比较，结果表明采用本文方法，不仅可以使总购买成本最小，还 可以降低价格逆转等问题的出现。 7 太原理工大学硕士研究生学位论文 2 1 引言 第二章电力市场及其相关理论 近几年来，随着世界经济的蓬勃发展和科学技术日新月异的进 步，电力工业正经历着一场重大的变革。电力工业是有着悠久历史的 传统工业，它对国民经济的发展有着十分重要的作用。但是由于电力 的生产、销售和使用的特殊性，长期以来电力工业一直垄断经营，实 行发电、输电、配电一体化的体制。这种体制在电力工业发展的初期 有效地促进了电力工业的发展，但是随着电力工业规模的不断扩大， 特别是现代社会市场经济的发展，传统的电力体制越来越不适应经济 的发展，迫切需要实行电力市场，引入竞争机制。为了消除垄断带来 的负面影响，2 0 世纪8 0 年代末期，在先期对航空工业和电信业实施放 松管制取得成功之后，一些国家开始解除对电力工业的垄断经营，打 破一体化的电力企业结构，将传统的一体化电力服务分解成独立的发 电、输电、配电等服务，建立竞争性的电力市场。不过由于国情不同， 各国电力工业改革的步骤和建立的电力市场结构也有所不同。 随着我国社会主义市场经济体制的建立，电力工业也需要面向市 场，通过引进竞争机制来增加自己的活力，实现资源的优化配置，进而 提高电力工业的效率和效益。现在人们对电力市场一般认可的定义为 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。电力市场的基本特征是开放性、竞争性和协调性。电力 市场运作产生的高效率，已为世界各国电力工作者所重视和肯定。 8 太原理工大学硕士研究生学位论文 建立电力市场的主要目的是要达到协调多元利益主体之问的关系，引 入竞争、增强企业活力、提高效率、降低成本、改善服务、实现电力 企业的自我发展和持续发展，并保证供电的高质量和高可靠性。从传 统的电力工业过渡到电力市场，要经过一个电力工业重组的过程。即 横向和纵向的分解( u n b u n d l jn g ) 。横向的分解是指打破原来一体化电 力公司的垄断地位，在市场中形成多个可以平等竞争并可获利的经济 实体，从而建立市场化的价格体系：纵向分解是指改革一体化的电力 服务，将发电、输电和配电分别独立出来并建立提供这些独立服务的 竞争实体。由于输电网具有自然的垄断特征，为了保证输电网公司提 供公平的传输服务和管理，一般输电公司由独立的系统运行员 ( i n d e p e n d e n ts y s t e mo p e r a t o r ，i s 0 ) 进行操作，并由政府对其进行 监控。另外，电力市场还需要建立一个交易机构( p o w e re x c h a n g e ， p x ) ，以竞投的方式确定电能交易，然后交给i s 0 来调整并实现相应 的交易。总之，电力公司合作性的功能解捆表明：发电是一个高度竞 争性的领域，输电是技术上最具挑战性的领域，而电力销售在赋予选 择权利的同时是最具直接社会经济效益的领域。一般讲，开放电力市 场先从开放发电市场开始，最后开放电力销售市场。 能否把握住改革机遇促进发展，最终取决于企业自身。因此，要加 强电力企业内部管理机制，建立“产权清晰、权责分明、政企分开、 管理科学”的现代电力企业制度。电力企业要在管理的各个领域彻底 更新陈旧观念，导入现代市场机制，以市场为导向，以电力企业效益最 大化为目标，强化经济责任，努力适应市场竞争环境，最终达到促进电 力消费，降低电价水平的目的”1 。 9 太原理工大学硕士研究生学位论文 2 2 电力市场概况 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相互 依存的两个方面，其保证了电力市场的高效运作。此外，还通过联合备 用、协调维修和事故支援等获得共同利益，这些共同利益在电力市场 成员之间合理的进行分配。由电力市场的一般定义可知：电力市场首 先是一种管理机制。这种管理机制与传统的行政命令的机制不同，是 采用经济手段而不是行政手段进行管理。同时，电力市场又是一个执 行系统。是电力生产、传输、分配、转换信息和计算机系统的综合体， 具有交换和买卖电力、提供信息、通融资金的功能，是应用计算机、 测量和通讯设备，以电价为控制信号，进行负荷管理、监视电力系统 的运行和促进与客户合作的综合体。 2 2 1 电力市场构成及基本原则 根据市场经济理论可知，在一个完全竞争的市场中，市场由生产 方、消费方、经营方和监管方构成，其中价值规律在市场竞争中起决 定性的作用。现代意义的电力市场是相对于传统的垄断市场形态的电 力工业而言的。实质是实现电力工业结构性重组，引入竞争机制，建立 以完全竞争市场形态为取向的新型电力工业运作体系。电力市场作为 一种管理机制，与传统的行政命令机制不同，主要是采用市场的手段 进行电力这种特殊商品的生产、经营和消费的管理，从而达到资源优 化配置的目的。电力市场则是以发电商、配电商、终端用户及市场和 系统操作者为主体，通过电网这个市场载体所构成。电力市场可分为 电力批发市场和电力零售市场，实行现货( 市场) 交易和金融和约交 1 0 奎堕堡三查堂塑主堕竺塑望壅 易，如图2 一l 所示。“ f 零售市场 批发市场 m w $ _ + 电力流 现金流 图2 一l 垄断竞争的电力市场的构成 ( a ) 市场构成示意围；( b ) 电力批发市场 f i g 2 - 1m o n o p o l ya n dc o m p e t es t m c t u r e0 fp o w e rm a r k e t ( a jm a r k e ts t r u c t u r es k e t c hm a p ；( b ) p o w e rw h o i e s a l em a r k e i 在图2 一l 中，发电商把发出的电力卖给电力市场，电力市场再把 电力批发给配电商( 通过市场及系统操作者来运作) 。终端的大用户 也可以通过合约的形式从电力市场的发电商手中直接购电，而不必通 过配电商。配电商从电力市场购得电力，再将其卖给大小终端用户， 上 太原理工大学硕士研究生学位论文 格向用户卖电。发电公司通过价格竞争向电网公司卖电，一般不允许 发电公司通过输电网直接向客户卖电。 ( 3 ) 发电、输电网完全开放的电力市场。此类电力市场的主要 特点是在发电开放的基础上，进一步将供电与输电相分离，分别组建 电网公司和供电公司，并初步成立电力交易机构( 如电力暴要蛆；俗 栩矗禁蚤蠹蟹l ，也在案辱岱肩到材；望帛卫在9 0 年代后期开始电力市场理论研究，并在一些省份建立电 力模拟市场，进行实践探索。电力市场化改革是中国电力工业发展的 必然趋势，其本质是引入公平竞争机制，外围是吸引投资。它既是一次 体制改革，又是一次技术飞跃，它必将引起电力调度、运行、财务、规 划和用户等发面的一系列重大变革。 2 4 1 我国电力市场的发展概况 中国的电力体制自建国以来，经历了从高度垄断到逐步开放的过 程。当前人们所做的种种理论和实践上的探索，目的也是为了使我国 电力工业得到更好的发展。了解我国电力工业的发展演变过程，将有 助于我们今天对电力工业改革的思考。 从建国至今，我国电力工业管理体制大体可分为三个阶段”1 ：中 央垂直垄断管理阶段( 4 9 年一8 5 年) ；集资办电阶段( 8 j 年一9 7 年) ：市 场化改革的探索阶段( 9 7 年一) 。我国第一个发电厂于1 8 8 2 年在上海 建成。1 9 4 9 年，发电设备总装机容量仅1 8 5 g w ，年发电量仅4 3 t w h ， 人均用电量只有9 k w h ，经过近3 0 年的建设，到1 9 7 8 年全国发电 总装机容量达到j 7 1 2 g w x 太原理工大学硕士研究生学位论文 型电力客户。大型电力客户也可以直接参与市场交易，其他电力客户 也可以自由地选择发电公司、供电公司、电力经销商代理参与市场交 易，并提供服务。目前，英国、澳大利亚、新西兰、挪威、瑞典等国正 在向全面开放的电力市场阶段发展。 此外，根据电网联结地紧密程度，可以从地域上分为地区统一电 力市场、跨地区联合电力市场和跨地区统一电力市场、国家联合电力 市场和国家统一电力市场、跨国联合电力市场等。如澳大利亚的新南 威尔士电力市场为地方统一电力市场，英国、新西兰电力市场为国家 统一电力市场，瑞典和挪威的电力市场为跨国联合电力市场。北欧电 网中的其他各国正在加速电力市场改革，以便形成北欧联合电力市 场。 我国是在现行调度体制的基础上有计划地建立和发展电力市场 因此，是一种层状结构，开始是树状的，如图2 2 所示，将来层次之闯 会出现交叉。 ( 1 ) 国家级电力市场：负责全国电力市场研究与监督( 如制定 法规，仲裁纠纷等) ：负责国家级电力市场操作( 如负责三峡等超大型 跨网电厂和网间的能量调度) 。 ( 2 ) 网级电力市场：监督各省级电力市场；负责网级电力市场 操作。 ( 3 ) 省级电力市场：监督地区级电力市场；负责省级电力市场 操作。 ( 4 ) 地区级电力市场：监督县级电力市场；负责地区级电力市 场操作。 ( 5 ) 县市级电力市场：负责县市级电力市场操作。 太原理工大学硕士研究生学位论文 堕圈鱼 卜叫国家级电力市场 圆堡鱼 卜叫网级电力市场 网间交换 与网镀电力市场变换 i 向省售电j 省问交换 堡垒 卜叫宣级电力市场f 二二二- i 大用户 与省级电力市场交换l 向地区售电 鱼釜皇厂j 尘查型叫地区级电力市场卜叫大用户 与地区级电力市场交换 小水电用户发电县市用户 图2 2 我国各级电力市场的关系 f i g 2 - 2 h i e r a r c h i c a ld a g r a mo f e l e c t r i c a lp o w e rm a r k e t p l a c e 2 3 电力市场的交易模式 当前世界各国的市场交易模式“”大致分为两个基本类型：联营 ( p 0 0 1 ) 模式和双边交易模式( b i l a t e r a lt r a d e sm o d e l ) 。从这两 个基本模式可以派生出p + b 模式( 即：联营模式和双边交易模式的有 机结合模式) ，也称为多边交易模式。 ( 1 ) 电力联营体( p 0 0 1 ) 模型也叫总量市场化模型。在这种模 式下，切电力交易必须在p 0 0 1 内进行，允许用户签订纯金融性差价 合同，以降低市场风险。p o 。1 模式的最大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。整 个电力系统被划分为发电、输电、供电环节，竞争在发电侧和供电侧 】6 太原理工大学硕士研究生学位论文 分别展开，对于市场初期也可能只开放发电侧市场。在这一模式下， 必须成立独立的电网运营机构进行电网的调度、运行，并且要求该机 构与所有市场成员无厉害关系。电网运营机构根据市场报价制定交易 计划，计算系统边际电价、输电电价、辅助服务电价。 在发电侧市场中，考虑到与传统调度模式的衔接，可采用一种 “l + n ”模式( 即：单一购买者模式) 。“l ”是指电力市场的单一购买 者，即电网运营机构；“n ”是指参与市场竞争的各独立发电商。用户 不能和发电商直接签订购电合同，只能由电网运营机构采用趸售或零 售的方式供电。在这种模式下，电网运营机构直接决定各发电商的交 易计划并负责实时平衡，以保证系统安全和对用户的可靠供电。但是， 模式的交易透明度不如双边交易模式。随着市场改革的深入，应该逐 步将市场交易业务分离，建立专门的市场交易机构。 ( 2 ) 双边交易模式也叫非管制型电力联营体模型或净量市场化 模型。该模式最大的特点是交易双方为发电商与最终电力用户或者双 方各自的代理或中介机构。该模式一般不单独存在，而是与p 0 0 l 模式 共存，且双边交易市场所占的份额较大。与p 0 0 1 模式相比，双边交易 模式下的竞争更加充分。在该模式下，市场交易与调度运行职能一般 被分离。市场交易由p o w e re x c h a n g e( p x ) 或s c h e d u l i n g c o o r d i n a t o r ( 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 负责调度运行职能，确保全 系统安全、可靠运行。一旦电网出现阻塞( c o n g e s t o n ) 或其他安全 隐患，l s 0 负责启动输电阻塞管理( t r a n s r 【i s s l o nc o n g e s t i o n m a n a g e m e n t ) 程序，协调各市场的交易。l 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。 ( 3 ) f f w u 提出了一种新的模式，称为协调多边交易模式。该 1 7 太原理工大学硕士研究生学位论文 发电辅助服务包括：1 ) 有功频率控制( a g c ) ；2 ) 旋转备用；3 ) 非 旋转备用；4 ) 替代备用：5 ) 无功及电压支持：6 ) 恢复及黑启动，即调 峰、调频、调压、黑启动。 2 4 国内外电力市场的发展状况 上世纪9 0 年代以来，世界上许多国家在电力工业中引入竞争机 制，开设电力市场，这是百余年来电力工业发展中的一次历史性变革。 我国也在9 0 年代后期开始电力市场理论研究，并在一些省份建立电 力模拟市场，进行实践探索。电力市场化改革是中国电力工业发展的 必然趋势，其本质是引入公平竞争机制，外围是吸引投资。它既是一次 体制改革，又是一次技术飞跃，它必将引起电力调度、运行、财务、规 划和用户等发面的一系列重大变革。 2 4 1 我国电力市场的发展概况 中国的电力体制自建国以来，经历了从高度垄断到逐步开放的过 程。当前人们所做的种种理论和实践上的探索，目的也是为了使我国 电力工业得到更好的发展。了解我国电力工业的发展演变过程，将有 助于我们今天对电力工业改革的思考。 从建国至今，我国电力工业管理体制大体可分为三个阶段”1 ：中 央垂直垄断管理阶段( 4 9 年一8 5 年) ；集资办电阶段( 8 j 年一9 7 年) ：市 场化改革的探索阶段( 9 7 年一) 。我国第一个发电厂于1 8 8 2 年在上海 建成。1 9 4 9 年，发电设备总装机容量仅1 8 5 g w ，年发电量仅4 3 t w h ， 人均用电量只有9 k w h ，经过近3 0 年的建设，到1 9 7 8 年全国发电 总装机容量达到j 7 1 2 g w ，发电量达到2 5 5 6 t w h ，分别比1 9 4 9 年 2 0 太原理工大学硕士研究生学位论文 浙江同时列为厂网分开、竞价上网的试点单位。这标志着我国政府积 极推进发电侧电力市场工作的正式启动。经过一年的前期准备，1 9 9 9 年底，山东、上海、浙江三个试点单位的“厂网分开、竞价上网”改 革方案已相继报国家体堪里掣爨i 喾i 同j 臻 枣i 醴驰毙雒弭甜鞠 冀蠢鲷- 厂强鞫鲥魍骢雏裂il 兹i 邵；要一j 耋i 上i 片：茫脚。懈曜屿 暇婺 4 从发电侧考虑，认为辅助服务是发电厂为保证电力系统 安全可靠运行而采取的必要措施。电厂的辅助服务包括：1 ) 发电厂 失去厂用电时机组启动能力：2 ) 发电机调节特性一系统频率控制；3 ) 发电机无功能力一系统电压控制。 文献 2j 、：2 6 j 也从发电侧角度来考虑，认为辅助服务是发电厂 为保证电力系统安全可靠运行能力而采取的必要措施。主要内容有： 】) 发电厂的频率偏差调整和控制：2 ) 发电厂的a g c ；3 ) 发电厂额 外增发无功容量；4 ) 发电厂提高自启动能力。 文献 27 j 从运行管理的角度出发，把在当日的实时运行中由于 一些不可预测和不可控制的原因，如交易的临时变动、负荷的随机波 动以及机组的强迫停运等，为保证供电质量