（电力系统及其自动化专业论文）电力市场模式探讨及动态行为分析.pdf

华中科技大学硕士学位论文 a b s t r a c t m a n y o t h e rc o u n t r i e sh a v ee x p e r i e n c e dt h ee l e c t r i c i t yi n d u s t r yr e f o r i l lf o rm o r et h a n10 y e a r s ，n o wt h e yh a v es t i l lb e e n r e s e a r c h e da n dt r i e dt om a k ei tb e t t e r t oag r e a te x t e n t ，t h e s u c c e s so rf a i l u r eo fe l e c t r i c i t yi n d u s t r yr e f o r md e p e n d so nt h ed e s i g no ft h ep o w e rm a r k e t m o d e sa n dt h er e l a t i v et e c h n i c a l i t i e s o nt h eo t h e rh a n d ，d y n a m i cb e h a v i o ra n a l y s i s ，w h i c h p r o v i d e st h eb a s i st od e t e r m i n eb i d d i n gs t r a t e g yo fg e n e r a t o r s ，m a n a g ed e m a n ds i d e sa n d r e g u l a t em a r k e tm o d e s ，i sv e r yc r u c i a lt o e n s u r et h es e c u r i t y , s t a b i l i z a t i o na n dr e l i a b l e m o b i l i z a t i o no fb o t he l e c t r i c i t ys y s t e ma n d e l e c t r i c i t ym a r k e t c o n s e q u e n t l y , t h i sp a p e r d e v o t e dt ot h er e s e a r c ho nt h ep o w e rm a r k e tm o d e sa n dd y n a m i cb e h a v i o ra n a l y s i so f p o w e r m a r k e t a t f i r s t ，t h i sp a p e r i n t r o d u c e s3 t y p i c a lp o w e rm a r k e t s _ iy kp o w e rm a r k e t ， c a l i f o r n i a p o w e rm a r k e t a n da r g e n t i n ap o w e rm a r k e ta n d a n a l y s e s t h e i rs u c c e s s f u l e x p e r i e n c e sa n df r u s t r a t e dl e s s o n s ；f u r t h e r m o r e ，a l le x i s t e n tk i n d so fp o w e rm a r k e tm o d e s a r ec o n c l u d e da n dc l a s s i f i e dt o4k i n d s ，t h e n ，t h e i rc o r r e l a t i o ni sd i s c u s s e d t os c a l et h e m ， t h r e em e a s u r e sa r eb r o u g h t f o r w a r d a c c o r d i n gt ot h e s em e a s u r e s ，t h ei s s u e so f t h e s ek i n d s o fm o d e sa r ed i s c o v e r e d ；f i n a l l y , b a s e do na n t e r i o ri n v e s t i g a t i o n s ，t h i sp a p e r , s y n t h e s i z e da m o d e lo fr e f o r mt h a tw a ss e n s i t i v et ot h er e a l i t i e so fc h i n a ，w h i c hd i v i d e dt h ep o w e r m a r k e to fo u rc o u n t r yi n t ot w oc l a s s e s ：n a t i o n w i d ca n d r e g i o n - w i d ee l e c t r i c i t ym a r k e t a n d i nt h i sm o d e ，n a t i o n a lg r i dc o m p a n yc e n t r a l i z e st r a n s m i s s i o no w n e r s h i p ，i n d e p e n d e n t s y s t e mo p e r a t o r , p o w e re x c h a n g ea n dp o w e rd e v e l o pa n dd e v i s ei no n eb o d y u l t e r i o r l y , t h i sp a p e rs t u d i e st h ed y n a m i cb e h a v i o ro ft h ep o w e rm a r k e tm o d e s ， e s t a b l i s h e sac o u r n o td y n a m i cm o d e lt om o d e lt h e o l i g o p o l i e sg a m ei n 3r e g i o n sa n d r e s o l v et h i sm o d e l sb a l a n c e dr o o t sb ye x e r t i n gu n l i n e a r i t yk i n e t i cd i s c r e t ed y n a m i c t h e o r y a n de c o n o m i cg a m et h e o r y b a s e do nt h e s e ，t h en a s h e q u i l i b r i u ma n di t ss t a b i l i t yr e g i o n w e r ea n a l y z e dq u a l i t a t i v e l y ；t h ee f f e c to fs o m em a r k e tp a r a m e t e r sw a sd i s c u s s e do i l i t s s t a b i l i t y , t h em a r k e td y n a m i cb e h a v i o r sw e r es i m u l a t e df r o ms t a b i l i t yt r a c k ，p e r i o d i ct r a c k s t oc h a o t i cs i t u a t i o n k e y w o r d s ：p o w e r m a r k e tm o d e sn a t i o n a lg r i d r e g i o n a lg r i dd y n a m i c b e h a v i o r c o u r n o tm o d e ln a s h e q u i l i b r i u m l i 独创性声明 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，除文中已经标明引用的内容外，本论文不包含任何其他个 人或集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出贡献的个人和集体， 均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 学位论文作者签名：1 移砑 日期：孑嘲年5 月9 日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、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电子版，允许论文被查阅和 借阅。本人授权华中科技大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据 库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。 保密口，在年解密后适用本授权书。 本论文属于 不保密日。 ( 请在以上方框内打“4 ”) 学位论文作者签名： t 确 日期：刃畔年巧月夕日 指导教师签名：能习玉几唿一 日期：扣b 1 年譬月g 日 华中科技大学硕士学位论文 1 1 引言 1 绪论 长期以来，电力因其具有自然垄断性、在国民经济中的基础地位和其本身的特殊 性质，一直由国家垄断经营。但是近年来在放松管制大潮的冲击下，电力工业也开始 引入竞争机制，从而推行了电力市场化改革。 电力工业的改革，就是将电力工业纳入到市场经济的框架中，通过市场竞争，达 到整个电力工业资源的最优配置。但是，电力的生产、运输又有其独特的特点。首先， 电能不能大量储存，生产、运输、消费过程必须同时实现；其次，电力系统作为统一 的、不可分割的系统，需要维持电压、频率的稳定，并保证在各种扰动下满足系统的 安全性要求。因此，电力作为一种商品，与其他商品相比有其特殊性。这使得电力市 场化改革也具有独特性和复杂性。 自从1 9 9 0 年英国推行电力市场化改革以来，美国、阿根廷、澳大利亚、挪威、 新西兰、智利、日本等国也纷纷启动改革，电力市场化改革给其电力工业带来了活力， 同时也激励了世界上其他各国的电力市场化发展进程。 但电力市场在我国无论是理论还是实践都尚处于雏形阶段。我国从1 9 9 8 开始进 行了以“厂网分开、竞价上网”为重点的电力市场化改革，选定上海、山东、浙江、 辽宁、吉林、黑龙江六个省市为试点单位，这标志着我国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改革的深化，也是电力工业打破垄断，形成统一、 开放、竞争、有序的电力市场的开始。 电力工业改革既依赖于电力工业体制的改革，也有赖于政策、理论、技术和规则 方面的准备，二者缺一不可。电力改革能否顺利进行，能否取得好的效果，关键问题 之一是市场模式、市场规则的设计。合理的市场模式和规则设计可能提高电力企业的 生产效率和服务水平，降低成本，带来巨大的经济效益；而不合理的模式设计和选择， 则可能引起像美国j 3 n ) 、h 那样的电力危机。 其次，由于电力系统的特殊性、复杂性、多层面性和强非线性性，对其动态行为 的研究和分析也是必不可少的。电力市场动态行为分析为发电商报价策略的制定、电 力市场运营、电力市场模式的设计和电力市场监管提供了基础，对于保证电力系统和 华中科技大学硕士学位论文 电力市场的安全、稳定和可靠运营至为重要。 1 2 电力市场模式的研究内容 电力市场模式是电力市场的一个核心问题，它包括了电力市场方方面面的解决方 案。一般说来，它的研究范围有：组织结构和产权形式；交易模式和定价方法；电网 电源规划；电力市场监管：市场整体结构。 ( 1 ) 组织结构与产权形式电力市场改革的第一步就是对电力企业进行重组，确 立合适的电力工业组织结构及产权形式。即对发电、输电、调度、配电、售电等职能 部门进行再组合。一般说来，电力市场改革后电力行业都进行了私有化，但在不同的 国家和不同的背景之下，这些职能的组合方式可能都不太一样。比如，英国电力市场 中输电、调度和电力交易职能均由国家电网公司n g c ( n a t i o n a lg r i dc o m p a n y ) 承担； 美国加州电网调度和电力交易分别由i s o ( i n d e p e n d e n ts y s t e mo p e r a t o r ) 并l lp x ( p o w e r e x c h a n g e ) 执行，电网所有权则属于另外的公司；我国方案则确定了全国形成两个 大的电网公司和多个发电公司，电网公司负责电网的运行、维护、调度和交易。 ( 2 ) 交易模式及定价方法电力市场中提供的商品或服务包括发电、输电、配 电、售电等，需要确定每种服务的交易模式和定价方法，这是电力市场研究最主要的 内容之一。一个完整的电力市场，一般划分为中长期合约交易市场、期货与期权交易 市场、日前交易市场、辅助服务市场、实时交易( 平衡) 市场等几种。相应地，电力 市场中的交易包括中长期合约市场交易、期货与期权市场交易、日前市场交易、辅助 服务市场交易、实时市场交易等。对于竞争领域的服务，比如发电和售电，主要是设 计合理的交易模式，而价格由市场竞争确定。比如，对发电市场中的电能交易需要确 定是采取单一购买者模式、联营体模式、双边交易模式、多边交易模式还是混合模式； 对于联营体中的交易需要进一步确定是按统一清除价结算还是按报价结算，是采用单 部制投标还是多部制投标，用户是否参与竞价等。对具有垄断属性的输电和配电服务， 需要由政府或在管制下由企业制订合理的定价方法，使得既能保证电网公司收回投资 并获得适当的收益，又能在电网用户之间公平地分摊成本，引导电力市场的安全经济 运行。另外，对于各种服务，如何设计和协调现货交易、日前交易、远期合约及期货 交易也是需要研究的问题。 ( 3 ) 电源电网规划在垄断体制下，电力系统的所有资产，包括电源和电网都 属于同一个电力公司，因此可以根据负荷预测进行统一的规划。电力市场环境下，电 2 华中科技大学硕士学位论文 源与电网可能属于不同的所有者，电源的建设也可能由不同的投资者进行，因此无论 是电源的规划还是电网的规划，都变得比以前更加复杂、困难。电源的规划是统一进 行还是由投资者自行确定；在电源规划不确定的情况下，如何进行电网规划，由谁来 进行电网规划；电源规划与电网规划如何协调都是有待解决的问题。 ( 4 ) 电力市场的监管监管一般指行政机关或行政执法机构对市场运行秩序和 市场主体的行为进行监督和管理的行为。广义的监管包括管制和监管两大部分，狭义 的监管仅指对市场交易行为的监督管理。市场监管是保证市场竞争能否做到真正合 理、有序、公正、公平和公开的重要保证。由于电力市场输电和配电具有垄断性，为 了维护市场的公正和公平性，应对其进行管制：而对具有竞争潜质的发电和供电市场， 引起竞争不一定是充分的，般是寡头垄断或不完全竞争市场，为了保护消费者的利 益，增加社会效益，必须对市场中的交易行为和不正当竞争行为进行监管，包括对市 场准入的审查、防止市场勾结，防止滥用市场力，防止过高价格，保证服务质量等。 ( 5 ) 市场整体结构对于一个比较大的国家或地区，还要考虑市场整体结构的问 题。比如说，整个国家或地区的电力市场分为几层，每层包括几个市场，各市场之间 的关系等。从经济效率的角度，市场越大越有利于资源的最优配置，但实际中并不是 越大越好。一方面，市场的扩大可能会带来交易费用的增加：另一方面，即使扩大市 场使得社会总福利增加，也不意味着消费者福利的增加和每个地区社会福利的增加。 市场扩大后，原低价区的电价可能会升高，从而使消费者的利益受到损失，而原高价 区的电力企业也可能由于发电减少而使其利益受到损害。在我国，由于各个地区之间 的经济发展水平差异比较大，这个问题会十分突出。市场的整体结构，是大国或地区 电力市场改革首先需要解决的问题。 1 3 电力市场动态行为的研究内容 电力市场是进行电能交易的市场，它是众多的发电商、用户分别以自身利益最大 化和成本最低为目标，以输电网为电能传输媒介，在输电网运行约束的制约下，在市 场供求关系和电价的协调作用下，进行运营和管理的一个十分复杂的系统。从本质上 说，它是随着时间不断变化的动态系统。在不同的运营状态下，构成系统的要素如电 价、发电量、用电量、电压和频率等会展现出各式各样的动态行为。分析和掌握电力 市场的动态行为特性，有助于系统运行员维持系统的安全运行，有助于市场管理员监 管市场的经济运营以及交易者制定合理的交易计划。 华中科技大学硕士学位论文 电力市场动态行为既包括与市场供需有关的要素，如市场电价、发电商的发电量 和用户的用电量所展现出的动态行为，也包括电力系统所特有的要素，如电压、频率 等所展现的动态特性。本文着重研究与电力市场供需有关的动态行为，即电网约束条 件下，发电商的发电量、用户的用电量以及市场电价等随时间变化的动态过程。 目前，绝大多数的研究都集中在电力市场的静态问题方面，通过分析和控制某一 时刻的电力市场成员的交易情况，获得某一时刻能满足输电网运行约束的发电商发电 量、用户用电量以及市场电价。如许多文献已报道的竞价上网、输电定价和阻塞管理 等问题。而在市场动态行为问题的研究方面才刚刚起步，研究的内容仅仅涉及电力市 场的动态稳定性分析和电力市场动态行为预测两个方面。 1 3 1电力市场动态稳定性分析 系统稳定性问题在力学和工程技术问题中具有极其重要的实际意义，大多数工程 设计都必须考虑系统的稳定性。稳定性理论最早是在研究力学问题的基础上建立起来 的，在力学中如何选择与稳定状态相对应的参数这个问题，很早就引起广大数学力学 研究人员的注意，但是当时在数学理论上一直没有得到彻底解决。后来在线性动态系 统稳定性理论方面有人提出了线性系统稳定的充分必要条件，但在非线性系统中，直 到1 8 9 2 年俄国数学家李雅普诺夫发表了他的经典著作运动稳定性的一般问题，提 出了解决这个问题的一般构想，才奠定了稳定性理论的基础。 电力市场中的稳定性问题是a l v a r a d o e l ，在文献 1 】中首次提出的，该文献通过两 个一阶微分方程来描述电网特性，其基本假设为：发电商发电量增加的速度正比于价 格与成本之差，而用户用电量增加的速度正比于收益与价格之差。文献 2 】采用古诺模 型来模拟电力市场的寡头博弈，建立了不计及输电网约束的古诺动态微分方程。除此 之外，也有些文献通过给出的电力市场框架模型，对电力市场的动态行为进行了定性 研究。 事实上，电力市场虽然是个十分复杂和庞大的系统，但它仍具有内在的平衡机 制，竞争的存在使得发电商的发电量、用户的用电量以及整个电力市场中的其它各种 变量都自发地向着均衡状态而运动。电力市场动态稳定性分析就是，通过对电力市场 动念行为的演化过程、渐近性态、稳定性等动态特性的研究，揭示电力市场动态行为 趋于均衡状态的变化过程，它主要包括电力市场的动态模型和动态行为分析两个方 面。 4 华中科技大学硕士学位论文 电力市场既遵循市场经济的基本规律，又受到电力系统的物理、技术特性的作用， 其市场规律和动态行为展现出十分复杂的特点，因而很难建立起面面俱到的电力市场 动态数学模型。在数学上，主要使用离散时间差分方程或者时间连续的微分方程来对 电力市场的动态系统建模。一般只能在经过一定程度简化之后，提取描述问题本质特 征的状态变量，建立起模拟电力市场动态行为的离散或连续状态方程，为电力市场的 动态行为分析奠定基础。 电力市场动态行为分析是研究电力市场中发电商的发电量、用户的用电量以及市 场电价等变量随时间变化的动态过程的运动规律。而稳定性分析是电力市场动态行为 分析的一个重要方面。虽然，有很多文献在各自建立的电力市场动态模型的基础上， 对市场均衡点的稳定性进行了探讨，致力于寻找出市场均衡点的稳定条件，但由于电 力市场动态行为的复杂性，电力市场动态均衡研究工作仅仅局限在简单动态模型基础 上的均衡点稳定性分析方面，还有许多问题值得更为深入地研究，例如，考虑电力市 场多个参与者的行为，以更逼真地模拟真实的电力市场：考虑电力市场参与者的博弈 行为，建立更好的反映电力市场演化行为的动态模型等。 1 3 2 电力市场动态行为预测 电力市场动态行为预测是根据市场动态行为以往的历史资料，通过一定的科学方 法和逻辑推理，经过定性分析或定量计算探求其变化规律，推测未来市场行为的发展 趋势及其结果，它包括发电商发电量预测、用户用电量预测以及市场电价预测三个方 面。电力市场动态行为的准确预测对电力市场的经济运营和有效管理起着十分重要的 作用，它是发电商制定发电计划和用户制定用电计划的前提，是市场管理者或系统运 行者制定发展规划的依据。 在电力市场环境下，电能作为一种商品，电价是整个市场的核心，它取决于市场 的供需关系和输电网的运行状态，并且与气候、经济形势和发展规划等多种因素密切 相关。反过来，电价的变化影响着电力市场参与者的生产和消费策略，协调着市场的 供需平衡。随着电力市场化的逐步深入，电价直接影响到电力市场参与者的经济利益， 谁能够更准确地预测电价，谁就能够在市场中占据主动。因此，未来电价变化行为的 准确预测对电力市场中的各个参与者来说都有着重要的意义。 与传统管制运营模式下的负荷预测相比，电力市场环境下的负荷预测展现出许多 新的特征： 华中科技大学硕士学位论文 ( 1 ) 负荷预测的内容扩大它不仅包括电力负荷的市场需求预测，而且还包括 市场需求的弹性预测和电力供求平衡预测等多方面； ( 2 ) 负荷预测需考虑的因素增多既要考虑市场发展的规律，又要考虑影响负 荷的各种市场因素，如市场电价、负荷需求弹性和经济发展形势等； ( 3 ) 对负荷预测的要求提高对负荷预测准确性和实时性的要求比过去更严格。 综上所述，电力市场动态行为研究是一项复杂而艰巨的任务，涉及的内容相当广 泛。在这方面虽已开展了一些研究工作，但纵观目前的研究现状，以下方面还有待开 展： ( 1 ) 电力市场动态模型电力市场动态模型是电力市场动态分析、电力市场动 念预测和电力市场动态控制的前提和基础。构建准确反映电力市场运营规律，展现电 力市场动态行为的动态数学模型是一项难度很大且亟待有效解决的问题。 ( 2 ) 分岔和混沌分析当参数的微小变动使系统的行为或相图起质的变化时， 此时的参数值为系统的分岔值。当这种分岔行为越来越多、越来越频繁时，系统就趋 于混沌。混沌的主要特征具有不可预测性，从系统安全的观点来看，混沌是一个不容 忽视的现象，它可能引起一个动态系统的崩溃。电力系统是一个非线性非自治系统， 其动态行为包含着许多复杂的非线性现象，如倍周期分支、分形、混沌等。因此，对 分岔、混沌以及它们之间相互关系的分析有助于电力系统的安全和电力灾变的预防。 ( 3 ) 电力市场动态行为控制当电力市场长期处于非均衡状态时，将会影响整 个电力市场的正常运行。研究采用适当的控制手段来宏观调控电力市场的运营，促使 电力市场行为向着更为稳定的方向发展。 ( 4 ) 电力市场动态行为预测随着电力市场改革的深入，电力系统面临着许多 新的挑战，而电价更新的实时性就是其中的一个，这对电价预测提出了更高的要求。 所以，如何尽快地提高电价更新的实时性，从而满足动态过程的需要，是电力市场对 电价预测提出的新挑战。 1 4 本文的主要工作及章节安排 电力市场模式和动态行为分析是电力市场研究的两个重要方面。电力市场模式对 电力市场的成功运营起着决定性的作用：电力市场动态行为分析则是市场有效监管和 交易计划合理制定的基础。因此，本文选择电力市场模式和动态行为分析两个方面作 为主要的研究内容。全文共分七章： 华中科技大学硕士学位论文 第1 章概括电力市场模式和动态行为分析的研究内容，阐述本文的研究内容以及 所做的工作。 第2 章介绍英国、美国加、i , i 芹d n 根廷这三个典型的电力市场。对英国的新、旧电 力市场进行了分析和对比，总结了这三个国家电力市场的成功经验和失败教训。 第3 章从宏观上，对现有电力市场模式进行了归纳和分类，指出了它们的特征和 适用情形，比较了它们之间的相互关系，提出了评价一个电力市场模式优劣的三个标 准，并以此为据，对各类电力市场模式进行了分析，找出了它们存在的问题。 第4 章针对我国地域广阔、网架薄弱、电力工业长期属于国家或当地政府所有的 实际情况，构建了一种适合我国国情的全国性电力市场模型。该模型将我国未来电力 市场在总体上分为两层：即国家电网电力市场和区域电网电力市场，以国家区域 两级电力市场模式运行。 第5 章建立了三个区域博弈电力市场的古诺动态模型，求出了它的均衡解。 第6 章在前一章的基础上，对三个区域博弈电力市场动态模型的均衡点稳定性进 行了分析，探讨了市场参数对市场稳定性的影响，并数值仿真出在n a s h 均衡点稳定 域和超出稳定域后，电力市场展现出的周期甚至混沌的动态行为。 第7 章对本文的工作进行了总结，概述了本文的重要结论，并展望了下一步将要 开展的工作。 华中科技大学硕士学位论文 2 1 引言 2 英美阿三国电力市场分析比较 电力市场是以促进电力企业间的公平竞争为基础的。与过去的垄断经营方式相 比，它可以明显降低成本，提高生产率，因而世界上很多国家都在进行电力市场化改 革。但是，各国电力市场改革很少有一步到位、尽善尽美的，总会存在这样或那样的 问题。如英国电力市场在运行了8 年之后，针对发电公司控制力太强而出现的投机报 价问题，已进行了第二阶段的改革；美国加州电力市场因缺电导致电价急剧上扬，引 发了严重的电力危机；阿根廷的输电公司私有化成为独立公司后，电网建设资金难以 保证，影响电网建设等等，这些问题的存在很有代表性。 目前，我国也正在积极推进改革，因此，研究一些典型的电力市场，参考有不同 系统特点的电力市场模式，分析一下哪些经验适合我国国情和电网特点，哪些地方需 要改进，对于提出适应我国现阶段电力系统状况、并能促进电力市场未来发展的电力 市场模式无疑是十分有益的。 本章选择了三个典型的实行电力市场的国家( 地区) 英国、美国加州和阿根廷， 对它们的电力市场进行了分析比较。 2 2 英国电力市场 英国电力市场3 7 1 经历了新、旧两个阶段。其旧电力市场模式采用强制型电力库 模式，从1 9 9 0 年开始运行，历时十年，取得了很大的成功。 2 2 1 旧电力市场 ( 1 ) 电力体制改革介绍 英国电力工业改革后，原英国中央发电局分解戍四部分：国家电网公司( 拥有所有 的高压输电系统) 、国家电力公司( 拥有约占总装机容量5 0 的火力发电厂) 、国家发电 公司( 拥有约占总装机容量3 0 的火力发电厂) 和核电公司( 拥有约占总装机容量2 0 的核电站) 。 其中，国家电力公司和国家发电公司为私营股份制公司，由政府发行电力股票， 华中科技大学硕士学位论文 将国有资产半数以上出售，进行独立核算，自负盈亏；国家核电公司因成本较高，不 具竞争力，为国家所有；同时，成立了一个电力市场交易机构电力联合运营中心 f p 0 0 1 ) ，由国家电网公司( n g c ) 负责运行；1 2 个地区电力局完全私有化，即地区电力 公司f r e c ) ，地区电力公司拥有1 3 2 k v 及以下的输、配电网络，并负责将电卖给终端 用户。 ( 2 ) 电力市场运行体制 英国电力市场中，发、输、供电完全分离。电力市场中的贸易方式，分为参加电 力联合运营中心贸易和签订直接合同两种。参加电力联合运营中心贸易时，发电厂直 接将电卖给电力联合运营中心，大用户直接从电力联合运营中心购电；采用签订直接 合同贸易方式时，发电厂可以与大用户、地区电力公司或持许可证单位直接签订合同， 用户可以选择从地区电力公司、持许可证单位购电，或从本地及其它电网的电厂购电。 ( 3 ) 电力联营体结构 电力联营体作为电力现货交易市场，是一个中心环节，所有的电力交易均通过它 实现。电力联营体的成员包括所有持照的发电公司和供电公司，他们共同制定并签署 了联营及结算规程口s a ) 。执照发电机组通过竞价上网向联营体售电，所有供电 公司以系统统一电价从联营体购电。n g c 承担发电报价、制定市场发电计划和实时 调度工作，并作为合同甲方负责签订系统服务合同。同时，n g c 还受托管理市场结 算和资金周转。电力联营体系结构如图2 1 所示。它由差价合同市场、日前市场、调 度市场、联营体结算和差价合同结算等部分组成。 - 2 4 ho h 2 4 h计划臼后2 s 天 图2 - 1 英国旧电力市场 9 华中科技大学硕士学位论文 差价合同( c f d ) 是在电力联营体之外由发、供电公司双方私下签订的一种多退少 补的商业合约，可在市场运行前的任何时候签订。日前市场在运行前一目运作，发电 商在日前市场中向n g c 报价，n g c 根据报价确定系统边际价格和联营体购入或售出 电价。n g c 调用各种辅助服务以维持发供平衡及确保电网安全可靠运行的工作则在 当f j 调度完成。联营体结算包括表计数据收集、初步结算、质询、最终结算和银行转 账等工作，一般在市场运行2 8 天内全部完成。由于差价合同是由发供双方签订的纯 金融性合同，所以，差价合同结算与n g c 无关，由合同签订双方自行完成。 英国电力市场改革取得了巨大的成功，也积累了大量的经验：供电质量和系统安 全得到了保证；基于半小时间隔的定价构成了发电商和供电商之间交易的基础；发电 厂可以投标竞价的方式进行竞争；鼓励新的发电商进入市场；允许引入购电侧的竞争 等。 但旧电力市场也存在如下问题：市场定价机制复杂1 6 l j j k 不合理；国家电网公 司n g c 的职能过于集中；交易机制存在缺陷：少数发电商可操纵电价，阻止了电 价的下降趋势；相对缺乏用户的参与；差价合同市场缺乏流动性和透明度；联营体 自身改革有局限性：一些改革方案总是因为触犯了某些成员的利益而得不到通过。 鉴于此，在总结本国和其他国家电力市场的运行经验，并借鉴其他商品市场的特 点后，英国政府于1 9 9 8 年1 0 月发布了电力市场改革总体方案，1 9 9 9 年1 2 月建成新 电力市场，以多个市场和双边合同取代强制性电力库，并于2 0 0 1 年3 月正式运行。 2 2 2 新电力市场 ( 1 ) 电力市场改革的总体方案 新电力市场【8 1 主要由远期合同市场、期货市场、短期双边市场、平衡市场、市场 结算等构成。如图2 2 。远期合同市场和期货市场由一个独立市场操作员来运营。在 这两种市场中，市场成员可以提前几年签订合同，并可对市场供求变化做出反应。远 期合同市场和期货市场的规则、交易过程和结算方法均由市场自行决定，与电力监管 机构无关。 短期双边市场相对于每个交易时段至少提前2 4 h 滚动开市，提前4 h 闭市。该市 场向市场成员提供最新的电网实时信息和预测信息，使他们有机会对其长期合同定位 进行调整。短期双边市场框架和市场操作员均由电力监管机构确定。 从短期双边市场闭市时起，n g c 作为电网调度员，通过平衡市场，在考虑输电 1 0 华中科技大学硕士学位论文 网络约束的同时平衡系统的发电和负荷。与旧电力市场相比，n g c 可以接受贴近系 统实时运行状态的买、卖电能报价，同时签订一些有关调频、备用等的辅助服务合同， 以便在电网实时运行时平衡系统功率。平衡市场的建立是电力市场改革的核心，n g c 兼任平衡市场的市场操作员。 r 一一一一一龟( i 磊) - 2 4 h- 4 ho h 图2 - 2 英国新电力市场 市场结算包括市场成员之间的合同结算和由n g c 负责的平衡市场的不平衡结 算。图2 3 对新、旧电力市场下的结算过程进行了比较。 i h 电力市场结算过程 新电力市场结算过程 p s p _ 一联营售出价格p p 卜_ 联营购入价格c f d 一差价合同 e f a 电力远期台同p s a 联营及结算规程 图2 - 3 新、旧电力市场下的结算过程比较 ( 2 ) 新电力市场的变化 新电力市场有效地促使电力市场的框架和工业结构发生了根本变化。表现在；设 立了新的管理机构o f g e m ( o f f i c e o f g a s a n d e l e c t r i c i t ym a r k e t s ) 和新的用户组织；建立 了新的电力交易机制n e t a ( n e we l e c t r i c i t yt r a d i n ga r r a n g e m e n t ) i 配、售电业务的分 华中科技大学硕士学位论文 开，实现了用户侧市场的完全开放：引入了新的经营执照标准，重新规定了所有市场 参与者的责任、权利和义务。 在n e t a 中，远期、长期、短期、实时市场并存，以满足市场参与者的不同需求。 双边交易可通过面对面的方式或在任意一个电力交易中心进行，所有的参与者不仅可 有多种选择以决定在何时、何地、以何种方式实现电力交易，还可根据供需情况的变 化对合同进行细微调整，减少了预测不确定性的影响和不平衡结算量。三个主要交易 中心每天2 4 小时开放，还可通过互联网接入。 ( 3 ) 新电力市场的运行情况与存在的问题 实行新模式以来，英国电力市场发生了许多变化9 , 1 0 ：远期电价呈实质性下降 趋势；市场机制得到完善，长期交易市场、期货市场和实时市场的发展增强了交易 的流动性；平衡机制运作良好，维持了系统的供电安全；供电商和用户的参与程 度提高了；管理制度更为灵活，为以后市场的发展留有余地。 新模式使电力市场更具竞争性、更有成效，但也存在一些问题挖】：电力监管 部门总要求电力部门降低电价，过低的电价使一些发电厂亏损经营，严重影响了投资 商建电厂的积极性；长期安全问题被忽视：各公司力量薄弱，无法面对一些突发 事件。 2 - 3 美国加州电力市场 加州是美国经济最发达、高科技产业最集中的州。加州在电力需求侧管理、可再 生资源发电等方面都居世界领先地位。于1 9 9 8 年3 月投入运行的美国加州电力市场， 采用自愿型电力库零售竞争模式 嵋一酐。该模式曾受到许多学者的大力推崇。但是加州 的电力市场改革却引发了严重的电力危机，从而受到世界各国的关注。 2 3 1 加州电力市场概况 加州电力工业改革前的电价在全美是最高的。为打破行业垄断、促进竞争、促进 技术进步、降低用户电费，加州公用事业委员会决定重构电力工业，建立以i s o ( 独立 系统运行员) 与p x ( 电力交换) 为中心的电力市场，即电网运行调度与市场分离，实现 发电竞争、输电与配电开放。电力公司承担设置在线信息系统的义务，同时进入市场 的各方享有固定不变的输电权利。加州电网的三大电力公司需将除核电和水电外的全 部发电设备的5 0 卖给独立发电公司i p p ，剩下的发电厂也需陆续出售，以鼓励在发 华中科技大学硕士学位论文 电领域引入竞争机制；成立能源服务商( e s p ) ，所有用户都可以通过e s p 选择发电商， 以便在售电领域引入竞争机制。为补偿电力公司已建成的电厂因引入竞争机制而发生 的搁浅成本，法案规定电力市场运行的初始4 年间，用户电价不变。 i s o 的主要作用是电网运行控制和实时电力市场管理。它的基本功能包括：实时 自动发电控制、网络安全运行、阻塞管理、机组组合、电能现货市场、输电和辅助服 务。加州电力市场主要机构和实体如图2 4 所示。 由于改革后三个主要的电力公司仍拥有火电、核电和其他少量发电厂，拥有全部 输电和配电网络，还拥有售电机构，为了避免电力公司操纵电网和电价，法案规定： 输电系统的产权仍归电力公司所有，电网的调度和运行则掌握在i s o 手里，并要由联 邦能源管制委员会来监督，以打破电力公司的垂直垄断控制，电力公司实际上变成了 配、售电公司。在过渡时期为了避免电力公司操纵电价，法案规定不允许电力公司与 i p p 签订长期购电合同，所有电量都要通过p x 交易，上网电价由发电商竞争决定， 输电费用按运营成本由政府管制审批。正是这种不合理的市场规划和规则，埋下了电 力危机的祸根。 图2 4 加州电力市场的主要机构 图中实线和虚线箭头表示商品流和资金流，艘向箭头表示信息流 2 3 2 加州的电力危机 改革初期，加州电力市场运行正常。2 0 0 0 年下半年，发生了严重的电力危机，此 次危机给加州乃至全美的经济造成了深远的影响，主要表现在：加州政府曾多次宣 布全州进入紧急状态，并出面干预电力市场；主要电力公司拖延付款导致的财政危 机对银行业产生了影响；停电使工、商业用户遭受了巨大的打击；加州电力交易 所停止运营；许多企业打算离开加州，而美国其他州也对此反响强烈，许多州正在 重新考虑电力市场的改革计划。 加州电力危机u 7 , 1 8 1 产生的原因是多方面的。它的表因是电力严重短缺，这种短缺 是自二次大战以来所没有过的。其深层原因是加州电力改革规划和规则的失误，许多 华中科技大学硕士学位论文 外部因素的推动则使市场规划暴露出来的问题显得更加突出。表现在： ( 1 ) 市场规划的失误 1 9 9 8 年将独立系统操作员和电力交易所引入电力市场之后，加州电力市场在结构和 运行机制上的弊端逐步显露：趸售电价放开与零售电价固定之间的不协调；电力交 易规则的设计未考虑到电力供求的变化，以致于难以应付电力需求突增情况的发生： 由于电力管制和市场规则不允许订立长期购电合同，配电商在电力紧张时只有求助于动 荡不定的实时市场，使之缺乏抵御风险的能力；固定用户电价使需求缺乏弹性；电 网经营和所有权的分离，使得三个主要的电力公司没有投资建设输电网的积极性。 ( 2 ) 导致危机的外部因素 0 2 0 0 0 年夏、冬的异常天气增加了新的高峰负荷； 电力供应不增反降。主要原因是：复杂的审批手续使投资者不愿涉足加卅i 的电 力市场；用户和环境组织的阻止致使电厂的建设计划被拖延；陈旧的电厂和老化的设 备因经常需停机检修，使发电量减少；夏季干旱使水电站出力下降：巨浪把海藻卷入 核电站的进水口，使核电站被迫降低出力。 加州的电力危机使很多人对是否该实行电力市场改革产生了怀疑，但专家认为，加州 的电力危机即使在传统的垂直垄断电力体制下也会发生，而加州不合理的电力市场规则设 计只是加剧了危机的程度。加州目前存在的用电增长过快，发用平衡偏紧；发电市场、批 发市场和零售市场未同步实施及网架薄弱、存在网络制约等，都是危机的祸根。这些情况 在我国也不同程度地存在着。因此，我国电力市场的建立应以加州为鉴。 2 4 阿根廷的电力市场 阿根廷1 9 9 1 年以前的电力工业全部是国有的，且长期以来处于电力紧张的局面。 1 9 9 1 年4 月，阿根廷政府发布了关于发电、输电、配电系统私有化的命令，并建立了 如图2 5 所示的电力市场结构，取得了良好的效果1 1 9 , 2 0 。 图2 - 5 阿根廷的电力市场结构 华中科技大学硕士学位论文 在电力市场上买卖的产品，不仅是电量，还有发电容量、输电服务和辅助服务。 交易方法有两种：通过签订中长期合同来交易；在实时电力市场上直接进行短期交易。 2 4 1 阿根廷电力市场概况 阿根廷电力工业改革的基本思路是：鼓励民间经济成分参与电力市场，通过竞争 实现资源的优化配置，降低成本，提高效率，实现为社会提供优质、低价电力的目的。 具体地说，就是打破电力工业发、输、配的一体化管理，分别组建发电、输电和供电 企业；吸纳私人资本，实行民营化；按边际成本原则制定电价，按自愿型电力库零售 竞争模式组建电力市场；国家起管理和控制作用。 阿根廷电力企业私有化改造把发电、输电和配电分离为三大部分，组成自由竞争 的股份公司，电源与电网一律分离，发电厂全部独立，重新组建发电公司1 6 2 0 个； 国家电网公司1 个，地区电网公司5 个；布宜诺斯艾利斯大区配电公司3 个，各州配 电公司1 5 个。发电公司通过电力市场直接向配电公司和大用户售电。法律规定输电 公司不允许买卖电力，只收取输电费用，并把电力输送给配电公司和大用户。配电公 司向终端用户经销电力。政府电力管理部门仅负责制定方针、政策，不再管理电力的 生产经营，也不负责电力的建设发展。电力管制委员会集立法、司法、行政三位于一 体，依法律规定行事，不受任何外来干涉，其主要职能对电力企业和电力市场实行监 管。 整个电力市场的交易分为期货市场和零售市场两部分。期货市场由供需双方自由 谈判签订合同实施：零售市场是实时交易。发电者除满足期货合同要求的电量外，其 余电量全部进入零售市场挂牌交易，竞争销售。期货合同实行招标制度。发电商的发 电量如要进入期货市场，用招标方式选择购电者。配电公司或大用户需要用电，也实 行招标。零售市场由市场管理公司根据各发电公司每台机组的报价，按电力负荷要求， 实行按价格高低顺序排队，满足负荷的最后一台机组的发电报价，就为当时的零售价 格。发电公司如因检修或事故不能满足合同供电时，则从零售市场购买电力，以满足 期货合同要求。 阿根廷允许双边合同交易，但必须通过联营体结算。所有发电公司，可以给出任 意百分比的输出，参与中央调度，此时发电公司须装备国家调度设备，以接受国家调 度中心的命令。如果发电公司不希望向电网卖出电能，亦可通过合同直接向终端用户 供电。同样，也可以把电能的一部分卖给电网，其余部分卖给用户。 1 5 华中科技大学硕士学位论文 电力批发市场不仅对发电开放了市场，而且对输电和大部分用户也开放了市场， 允许工业、商业和企业在外地建设自己的发电厂，并将自己发电厂的电能输送回工厂、 商店或企业。另外，用户只需付一定的转运费即可从第三方( 非本地电力供应方) 购电。 2 4 2 改革中存在的问题 阿根廷实行电力工业改革，建立全国统一电力市场，引进市场竞争机制，电力生 产经营完全市场化运作，彻底改变了电力企业垄断经营和电力长期短缺的局面，取得 了显著的成效【2 ”。但也存在着一些问题：a 输电公司私有化成为独立公司后，电网建 设资金难以保证，影响电网建设，且过网费计算、收取复杂；b 改革后，独立发电公 司上网电价不断下降，影响了发电公司的资本回收及效益；c 由于电力市场运作完全 引入价格机制，发、输、配电及用户受电网运行技术复杂性限制，为维护各自利益， 经常发生合同外及电量交易中的争执；d 在电力市场中决定竞争能力的唯一因素是电 厂的成本高低，致使一次性投资大且建设周期长的电源电项目很难筹集到建设