（电力系统及其自动化专业论文）电力市场下的备用容量获取.pdf

浙 江 大 学 博 士 学 位 论 文 abs t r a c t t h e s u c c e s s o f e l e c t r i c p o w e r i n d u s t ry r e s t r u c t u r i n g d e p e n d s o n w h e t h e r r e l i a b i l i ty c a n b e m a i n t a i n e d . r e l i a b i l i ty p r o b l e m s h a v e o c c u r r e d i n s o m e d e re g u l a t e d p o w e r s y s t e m s . a l t h o u g h t h e d e g r e e t o w h i c h d e r e g u l a t i o n c o n t r i b u t e s t o t h e s e p r o b l e m s i s n o t k n o w n , i t i s c l e a r t h a t p r e - r e s t r u c t u r i n g p o l i c i e s , i n s t i t u t i o n s , a n d re l i a b i l i ty m o d e l s h a v e n o t k e p t p a c e w i t h t h e n e w i n d u s t ry s t r u c t u re u n d e r t h e n e w d e r e g u l a t e d e n v i r o n m e n t t h e r e a r e n o t m a n y p u b l i c a t i o n s i n t h e a r e a o f re l i a b i l i ty o f b u l k p o w e r s y s t e m s . r e l i a b i l i ty i s n o t o n l y a n e n g i n e e r i n g p r o b l e m , b u t a l s o a n e c o n o m i c p r o b l e m . a d d r e s s i n g t h i s m u l t i f a c e t e d p r o b l e m r e q u i re s a c o m p re h e n s i v e a n a l y t i c a l fr a m e w o r k . a s t h e i n d u s t ry m o v e s t o w a r d s d e r e g u l a t i o n , t h e g e n e r a t o r s res p o n s i b i l i ty t o s u p p l y re s e r v e c a p a c i ty i s n o l o n g e r w e l l d e f in e d . t h e p a s t q u a n t i ty - c o n s t r a i n e d m e t h o d s d o n o t e x p li c i t l y a d d r e s s e c o n o m i c c r i t e r i a a n d , w h e n e m p l o y e d i n c o m p e t i t i v e m a r k e t s , t h e y d o n o t c a p t u r e t h e v a l u e o f a d d e d re l i a b i l i ty p r o v i d e d 勿t h e p r o v i s i o n o f o p e r a t i n g re s e r v e . t h e d e v e l o p m e n t o f m e c h a n i s m s t o p r o c u re , a l l o c a t e a n d p r i c e o p e r a t i n g r e s e r v e , w h i c h i s t h e k e y t o e n s u r i n g t h e s u c c e s s o f o p e r a t i o n o f a n e l e c t ri c i ty m a r k e t , i s a n u r g e n t res e a r c h n e e d . t h e o b j e c t i v e s o f t h i s d i s s e r t a t i o n a re t o d e s i g n a n e f fi c i e n t a p p r o a c h f o r e v a l u a t i n g r e s e r v e r e q u i r e m e n t s i n d e re g u l a t e d p o w e r s y s t e m s b y t a k i n g i n t o a c c o u n t t h e i r e c o n o m i c v a l u e a n d c a p a c i ty - r e l i a b i l i ty c o rr e l a t i o n . b o t h p ri c e a n d re l i a b i l ity w i l l b e j o i n t l y o p t i m i z e d t o a c h i e v e m a x i m u m n e t s o c i a l w e l f a r e . d e s p i t e f a c i l i t i e s o u t a g e a n d l o a d fl u c t u a t i o n , t h e d e r e g u l a t i o n p r e s e n t s m o re c h a l l e n g e s t o re s e r v e p r o c u r e m e n t , i n c l u d i n g t h e h a n d l i n g o f n e t w o r k c o n g e s t i o n a n d u n c e r t a i n t i e s a b o u t t h e b i d d i n g o u t c o m e s . w h i c h e v e r m e c h a n i s m i s a d o p t e d , t h e c o n s t r a i n t s m u s t b e a c c o m m o d a t e d a n d t h e p r o c u r e m e n t s h o u l d b e b a s e d o n m a r k e t m e t h o d s i n o r d e r t o f u l f i l l t h e o b j e c t i v e s o f d e r e g u la t i o n . h o w re s e r v e s h o u l d b e p r o c u r e d , p ri c e d a n d a l l o c a t e d i s s t u d i e d t h o r o u g h l y i n t h i s d i s s e r t a t i o n . f i r s t , a n e w a p p r o a c h i s p r o p o s e d t o a n a l y z e t h e u s e r s r e s e r v e p r o c u r e m e n t p r o b l e m a n d a n o v e l re s e r v e t r a d e m e c h a n i s m i s d e v e l o p e d b e tw e e n e l e c t ri c i ty a n d t h e r e t a i l e r o f t h e m a r k e t . t h e d i ff e r e n c e s b e t w e e n t h e p r o c u r e m e n t o f o p e r a t i n g re s e r v e i n d e c e n t r a l i z e d a n d c e n t r a l i z e d w a y s a r e a n a l y z e d . t h e c o m p a r i s o n o f t h e e q u i l i b ri u m s o l u t i o n s r e v e a l s t h a t t h e c e n t r a l i z e d p r o c u r e m e n t t h a t re s u l t s i n a s y s t e m i c o p t i m a l s o l u t i o n i s b e tt e r t h a n t h e d e c e n t r a l i z e d p r o c u r e m e n t t h a t re s u l t s in a n a s h e q u i l i b ri u m s o l u t i o n . f u r th e r m o re , a n i n c e n t i v e c o n t r a c t b a s e d o n a 浙江大学博士学位论文 p ri n c i p al 一 a g ent m o d e l ， t h a t i s a b i e toi n duc e a sy s te m i c o pt i m a 】 i tyaswel l asa p areto 明u i l i brium and m an a g e ri ski atthe sameti m e i s d e s i 助e d . t 五 e p r o pose d m ode l is e q u i tabi e and be n e fi c i a l toal l p arti c i p a n ts . s e c o n d l 苏th e c h an ce 一 c o n s t r a i ned p r o gr a n 刀 的 i ngi s a p p l i e d tod etermi n e sp i 俪ng re s e rv e re q u i re m e ntan d a nove i p ro cure m e nim 0 d e l i s de v e i o p ed . und erthe vre而se o f wel l balanc ing the sy st em 比 l i ab i l i tyre q u ir e m e n t an d sp 1 nni n g re se rv e p ro c unn g cost ， the dete n n l natin nofthe o p 石 m al印 i n n l ng re serv e c apac ity to即 count for the 朋c e d a i n ti e s o f fo r c e d o u t a g e o f g e ne r a t 0 rsasw e l l asl o adfo reeastin g erro rsi s an 加po川 旧 叮 t is su e tobede alt 诚 th . ina c h an c e 一 ons t r a in edp r o gr a n ” ” i n g fr aj 力 e work， a m at h e ma t l c alm eddwiththe 而n i m i zat i on of spi 仙山gre se rvep r ocure m ent costas th e o bj e ctive and the sy s t e m卿 u ri tyre q u ir e 幻 。 ent asa c h anc e con s t r a intisformul a t ed. t h ep ro bl eln isso l v e d妙 am 0 ni e 一 c arlosi m u l ation b 出 姆 dg e n et ic al g orit 加 叮 . c o m p 如ngw i t h 0 t h e r m e th o dsfor th e d e t e n n i n a t i o n o f sp i rmin g re s e rve req u i rem e n 仁 the p r o pos e dp r o b abi 1 i ty b as e dm o delc an m o re fi e x i b l yd e al 俪th d i ffer ent unc e rt ai ntiesand di 月 七 r e n t t y p e s o f const ra l nts . t hi r d l y，tr 田 ” m is s io n c 叩 ac i tyco ns tr a i n t s are co ns id e 耐 inre se rve p r ocu r e m e n t . in此 丘 田 叮 e worko f c ha n c e 一n st r a i n e d p r o gr a n u 刀 ing， a m a th e m a t i c alm o de l isfir st d e v el o pe d诚th the m i ni m i za t i on o f sp i 咖ng re serv epr ocurem ent co stas th e obje c t i ve 丘 m c t i 叽 th e 盯 s te mse c 俪tyre q u ir e m ent and tr a n 而ss i on l 加its as俪 c h anc ec o n s t r a i n ts .a mo n te 一 c arlos 而u i atio nb ase dg e n e t i cal g o ri t h m i snext p r o pose dfo r solv i n gthe p r o b l e m . s i nce spi nning re s e rve i s c al l e dinfor gen e r a t 1 o n 烧 m d o lnlyinre a l 一 t i n l e d i sp atchi n g ， i t ， s app ro p ri ate tofo rmu 1 ate the p ro b l e masa stoc h a 引 i c opt i m 吐 么 t i onp r o bl e m. f ir 旧 1 ly，a r e s erve b i ddin g strategy i s nrese n te d b y usin g av e rag e p r o b a b i l i tyo f wms . s l m l l artothe ener g y m ar k e t ， d e v e l o p m e n t o f opt i m alb i dding s t r a t e gi e s inthe re se rv en 长 比 k e t isal so 而po d an t to be cons i d e r e dfo r ge n e ra t i on co mp俪es . in bulldingthe 叩t i m a l ， 比 a t e gyfor a b y d r 0 unl t ， it isneces s a rytoco nsid erthe re se rvoir c a p 时 ity， h er e b y th e w a t e r re so u c e utih za t i o n probl e m . b as e d on th ew i d e l y 一 us ed step 初seb i ddi 昭 vrotoco l s ， a 州 b ab i l i tymod e l i s fir s t vrese n t e d for desc ri b ing the e le c tri c i typric e inth e m ar k e t en v l r o 切 m e 呱 us i ng the “ av e r a g e p r o b a b i l i tyo f 朴 ， ， m e th o d . 工 永 i n g 即 count ofw at e r 1 i m 1 t an d th e r and o iime ssth atre se rve c ap ac ity is c alled info r ge nerati。 氏the o p t i m a 】 b 记 di ng st n 封 e gy fo r a 州ce 一 。 山 改b y d ro 一 unit is d e v e l o pe dund e r the gl venn . m be r of hi dd吨 bl o c ks ， inthe fi an l e work ofthe 曲 朋c e 一 cons tr a l n e d p ro gr 别 m 盯 ” n g m e t h o d . 丁 五 e m l ni m a 】 pos s i b l e p ro fi t i s take n asthe vl l l 浙江大学博 i s 学位论文 m e a s u r e me n t o f b i d d i n g r i s k , w h i c h i s c o mp a t i b l e w i t h t h e g e n e r a t i o n c o m p a n i e s r i s k a tti t u d e . k e y wo r d s : e l e c t r i c i t y ma r k e t ; o p e r a t i n g r e s e r v e m a r k e t ; u t i l it y f u n c t i o n ; n a s h e q u i l i b r i u m; p r i n c i p a l - a g e n t ; c h a n c e - c o n s t r a i n e d p r o g r a m mi n g ; g e n e t i c a l g o r i t h m; t r a n s m i s s i o n c a p a c i t y c o n s t r a i n t s ; b i d d i n g s t r a t e g y ; a v e r a g e p r o b a b i l i t y o f w i n s 浙江大学博 十 学位论文 独创性声明 本人声明 所呈交的 学位论 文是本人在导师指导下 进行的 研究工作及取得的 研究 成果。 据我所知， 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 人己 经 发 表 或 撰 写 过的 研 究 成 果 ， 也 不 包 含 为 获 得 止 赶 兰叁 址 或 其 他教 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 均己在论文中作了明确的说明并表示谢意。 学位论文作者签名:签字日期:年月日 学位论文版权使用授权书 本 学 位 论 文 作 者 完 全 了 解迪进人星 匕有 关 保留 、 使 用 学 位 论 文 的 规 定 ， 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 授 权#; z 大 匕 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，可以采用 影印、 缩印 或扫描 等复制手段保 存、 汇编学 位论文。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权书) 学位论文作者签名:导师签名: 签字日期:年月日 签字日期:年月日 学位论文作者毕 业后去向: 工作单位: 通讯地址: 电话 邮编 浙江大学博 t 学位论文 第一章绪论 课题的背景与意义 电力市场概述 作为经济和社会 发展的 基础产业，电力工业 最主要的 任务就是为 社会安全、 稳 定 、 可 靠、 经 济 地 提 供 电 能 。 随 着 现 代 经 济 学 尤 其 是 产 业 组 织 理 论 ill和 现 代 管 制理论 2 1 的 发展， 对自 然垄断行 业的经 营与竞 争问 题、 产业与 政府间关系问 题得 到了 重新的认识。 另一 方面， 在过去的几十年间， 全球范围内开展了 对许多 传统 的垄断行业( 如航空、 电 信、 铁路和天然气等) 解除 管制的市 场化改 革， 并取 得了 很大的成功。这些都促进了电力工业的改革。 电 力工业的技术发 展也为电 力行业的放 松管制 创造了 物理条 件。 发电 环节规 模经济的弱化趋势和分布式发电的发展使得发电环节的竟争成为可能; 灵活交流 输电 ( f l e x i b l e a l t e r n a t e c u r r e n t t r a n s m i s s i o n s y s t e m ， 简称f a c t s ) 等技术的 发展 使得输电系统的可控性大大增强;自 动化和信息技术也取得了长足的进步， 所有 这些因素都极大地促进了电力市场的诞生与发展。 从发电 环节看，由 于没 有竟争， 发电 企业没有进 行技术改造、 提高 效率、 减 小成本的动力; 从政府的角 度看， 电力的投资巨 大， 经济负担沉重。因 此，电 力 工业垄断经营带来的机制僵化、效率低下、成本居高不下、服务质量也不尽人意 等弊端更使得电力市场化改革势在必行。 从这种意义上， 电力市场化是电力工业 发展必然的、主动的选择。 电力工业的改革内容主要包括:放松对企业的管制，产业重构， 将传统垂直 一体化运行的电 力工业 分解为发电 、 输电 、 配电三个 环节， 在具有竞争潜质的 环 节如发电 和零售引入市 场机制形成可竞争市场。 简言之， 电 力市场化改革就 是通 过市场竟争来实现资源的 优化配置，促进电力工 业长期持续 稳定 发展。 不同国 家、 不同社 会的电 力市场必须遵守电力 工业特有的共性。 比如， 由于 电 力商品尚 不能经济地、 大量地存储， 所以 不论 采用何种模式， 电力市场都 不同 程度地需要一个集中的协 调的调度结构来保证系统内 发电 和用电的平衡; 电 力交 易受到输电 容量的约束， 而且某一项交易不平衡或是 某一个发 输电设备的不 正常 运行会带来外部性，导 致其它交易无法实现;电能的 产量受到发电 容量的 约束， 而发电 容量不可能在短时间内 建造:短期负荷需求曲 线弹性极 低， 等等。 然而， 由 于各国的电力市场遵从各自 的国 情和系统的 特点， 所关心的问题也不完全相 同， 因此其电 力市场模式 也各具特点。 从2 0 世纪 8 0 年代至今， 电力行业的市 场化 浙江大学博士学位论文 进程经历了 起始的探索 和怀疑、 90年代各国建立电力市场和进行相关研究的 高 潮、上世纪末本世纪初的诸多挫折和反思，可谓一波三折. 拉丁美洲是世 界上最早开 始电 力市场改革的 地区131 。 1 9 82年， 智利颁 布了 世 界上最早的关于在电 力行业解除管制和引入竟争的电力法141 ，随后，阿根廷 (l 99 2) ， 秘 鲁 (l 9 93 ) ， 玻 利 维 亚 和哥 伦比 亚 ( 1 9 9 4) ， 中 美 洲 的 巴 拿 马、 哥 斯 达 黎 加 ( 1 997)等多个国家都相继对其电力工业进行了改革。 1 9 8 7 年， 英国 开 始对电 力行业进 行改 革， 并 从1 9 %年开 始采取了一 系列具体 措施， 包括打 破了电 力行业 垂直一体化垄断结构， 建立了 竞价上网的 市场机制， 并将国有电 力资产 私有化【 5 刊 。这是一次有广 泛影响 力的改革，其改革经验为诸 多后来者所借鉴. 挪威在19 90年6 月 颁布了电力 法( e ne rgy a ct)，19 92年5 月其电 力市场正式开 始运行。瑞典在1 9 95年10月通过了解除管制的法案，并于199 6 年1 月参加了己经 存在 的 挪 威电 力 市 场 ， 形 成了 世 界 上 第 一 个 跨国 电 力 市 场n o rdp oo lln， 丹 麦 和 芬兰后来也加入了这个市场。 澳大利亚各州于 90年代初按英国模式 进行改 革， 先是过渡性的州 立市 场， 随 后于19 98年东南5 州 ( 区) 市场合并为国家电 力市场18 月 。 1 992 年， 美国总统布什签署了能源政策法案， 从立法上为电力工业改革提供 了依据。19 %年4 月，美国联邦能源管制委员会( f ede ral e n e r g yr e gulato ry c o inlm ss i on， 简称为 fer c ) 又 颁布 8 8 8 、 8 89号法令， 提出了 竞争市场的框架。 加 州于19 9 6 年9 月 率先颁布了改 革法令， 并于1998年开 始实施。随后，新英格兰、 p jm 、 纽 约 等 电 力 市 场 相 继 成 立 【 10-1 21 . 欧盟经济一体化 过程中 的一个重要部 分是统一的电 力市场， 19 92年提出的 统 一市场之中就包括电力市场。19%年欧盟通过了一个关于电力市场的规程， 引发 了 欧洲电 力系统在结 构和功能上的 一系列基本变化， 并计划在2 0 07年统一其内 部 电 力 市 场， 而 该 市 场 也 有 望 成 为 最 大的 跨国 交 易 市 场 11 3-2 0 . 19 99年以 来， 我国 的上 海、 浙江等六省市按 照国 务院 要求开展了“ 厂网分开 、 竞价上网”的试点，为 进一步开展区域电 力市场建设积累了 宝贵的 经验。 加02 年 3 月， 国 务 院 印 发 电 力 体 制 改 革 方 案 121 1， 对 新 一 轮 的 电 力 改 革 进 行了 整 体 部署， 明 确新一轮改革的 总体目 标是“ 打 破垄断， 促进电力发 展， 推进 全国 联网 ， 构建政府监管下的 政企分开、 公平竞争， 开放 有序、 健康发展的电 力市场体系” ， 并强调要在 “ 十五” 期间“ 初步建立竞争、开 放的区域电 力市 场”。 2 o 03年3 月 20日 ，国家电力 监管委员会 ( 简称电监会 ) 正式挂牌成 立，其主要 职责 是制订 市场 运营规则， 监管市场 运行， 维护公 平竞争: 向 政府 价格主管部门 提出 调整电 价建 议; 监督电 力企业生 产标准， 颁发和管理电 力业务许 可证; 处理电 力纠纷; 负责 浙江大学博士学位论文 监督社会普遍服务政策的实施。电监会的成立， 是适应市场经济要求进一步转变 政府职能的 重要举措， 标志着我国电力 工业管理体制由 传统的政府行政管 理向 适 应市场经济 要求的依法监管的重大转 变。 2 0 0 3 年 底， 电监 会相继发布了 东 北区 域电力市场准入实施意见、 东北区域电力市场初期运营规则和 东北区域 电 力市场监 管实施意见 ， 标志着我国 第一个区域电力 市场 东北电力 市场正 式进入模拟状态。 然而改革也并非一路坦途，问题最早出现在美国的加利福尼亚州.加州从 2 0 0 0 年开始电 力供 应不足现象日 益突出， 发电 公司抬高售价， 从而导致加 州的 两 大公用事业 公司 太平洋煤气及电 力公司和南 加州爱迪生公司濒临破产. 2 0 0 1 年1 月 中下旬， 由于 系统备用容量只有1 . 5 % 左右， 加州经历了 二战以 来首次强 制性的 分区轮流停电， 上百万人受到影响网。 2 0 0 3 年8 月1 4 日，美国东北部和加拿大东部互联电网发生了北美历史上规模 最大、 后果最严重的停电事故。 事故发生几分钟内就造成数十个电厂机组和大量 输电 线路相 继跳闸 退出运行， 电网随 之全面 崩溃瓦解。 累计损 失负荷6 1 8 0 万千 瓦， 美国的密歇根州、 俄亥俄州、纽约州、新泽西州北部、马萨诸塞州、康涅狄格州 和加拿大东部的安大略省、魁北克省等广大地区受到严重影响，纽约、底特律等 多个大城市大面积停电，5 0 0 0 万人生活受到影响，经济损失惨重， 社会影响巨大 2 3 1 2 0 0 3 年 夏季欧洲多个国家相继出现 大停电 ， 如英国、 意大利、 瑞士等国都出 现了 至少上百 万人口 受到影响的电力中断 现象。 尽管专家 认为 欧洲大停电 不能 归 咎于市场开放， 但这一事件仍然影响了欧洲电力改革进程。 此外，欧盟委员会要 求各成员国 在2 0 0 7 年开始开放其电力市 场， 从而允许各成员国的电 力企业 跨国 供 电。 然而 针对欧洲电力市场目 前的 进展， 这 一目 标似乎很难实现 【 z a l . 由 于 各国电 力公司规模 和实 力不同， 日 渐增多的并 购事件逐步向塑 造电 力寡头和巨 无霸的 方 向 发展i ， 也引起不少国 家对将 来这些公司可能出 现的电 价操纵现象的 担心 z . 另 外还存在一些不和谐的因素，例如在2 0 0 6 年2 月，俄罗斯突然中断对乌克兰的天 然气供应， 这一 举动 促使整 个欧洲 重新审视自 己的能 源政策， 并为欧洲电力 市场 的前景蒙上了一层阴影。由于欧盟的电力改革是在其能源政策的框架内进行的， 而且电力工业在国家政治、 经济和生活中的重要战略地位使得各国对于欧洲电力 . 法国 、 意 大 利 、 西 班 牙 和 德 国 的 能 源 和 电 力 企 业 在 国 家 政 策 的 扶 持 下 逐 步 做大 ， 德国 的e o n和r a w 合并，比 利时的e l e c t ra h e l 和d i s tr i g a z 合并， 意大利的e n e l h 和c a m u u i 合并，西班 牙的g a s n a tu r a l 和 e n d e s s合并都是电力企业与天然气公司的联姻.目前法国国内 的 e le c tr i c i t b d e f r a n c e ( e d f ) 和 g a z d e f r a n ce ( g d f )以 及德国的e .o n和r we 公司已 成为整个欧洲的能 源巨 头。 z 欧盟己 经认可e d f 正 式收购意大利第二大电 力公司爱 迪生，西班牙天然气公司 提出 收购本国第一大电 力公司e n d e s a .德国e .o n公司表示有意并购英国第五大电力公司苏格兰电力公司等等.目前e d f除了 仍然是法国最大的能源公司外， 还是英国的第二大能源公司、 意大利的第二大电力公司和第三大天然气公 司、德国的第三大电力与天然气公司。 浙江大学博士学位论文 市场的发展有了一些新的顾虑和要求。 国外电力体制改革的经验与教训证明，电力工业的改革必须尊重电力工业 自身的规律，电力市场化建设能否成功依赖于在改革过程中能否维持必要的可 靠 性。 如果维持的 不好不仅会对系 统和市场造成很大的冲 击， 甚至会对 整个社 会的稳定造成影响。所以，处理好电力系统的可靠性问题至关重要. 2辅助服务市场概述 辅助服务是指为了保障电力商品的正常传输，包括维持传输过程中的系统 安 全和电力商品质量( 包 括频率、电 压和可靠性) ，发电 厂或电网 运行机构提供 的除电能生产外的其它服务。辅助服务在维持电力系统的安全可靠性、提高系 统运行 质量 等方面具有举 足轻重的 作用。 美国联邦能源管 制委员 会作 e r c ) 规定 了 如 下一 些辅助 服务 2 51 :调 度与 系 统控制 ( s c h e d u lin g , s y s t e m c o n tro l a n d d i s p a t c h s e r v i c e ) 、 无功 支持与电 压控 制( r e a c t i v e s u p p l y a n d v o lt a g e c o n t r o l fr o m g e n e r a t i o n s o u r c e s s e rv i c e ) 、 调节与频率响 应( r e g u l a t i o n a n d f r e q u e n c y r e s p o n s e s e r v i c e ) 、能量不 平衡( e n e r g y i m b a l a n c e s e rv i c e ) 、 旋转备用 ( o p e r a t i n g r e s e rv e - s p i n n i n g r e s e rv e s e r v i c e ) 、 替代备 用( o p e r a t i n g r e s e r v e - s u p p l e m e n t a l r e s e rv e ) 和冷启 动( s y s t e m r e s t o r a t i o n a n d p l a n n i n g s e rv i c e ) 等。 其中 ， 旋转备 用和替代备 用属于运行备用，是本文的主要研究对象。 电力系统运行离不开备用和无功的支持， 也离不开调频和 a g c服务。 任何 机组 提供这些服务都支出了 必要的 设备 投资 和运 行费 用.因 此， 这些服务理应 得到回报。 在传统的电力工业中，发电、 输电和配电环节都隶属于同一个公司， 目标是在满足安全运行的条件下使总成本最小。所有发电机服从系统的统一调 度， 其提供电 能还是某种辅 助服务完 全由 系统调 度员根 据需要确定. 获取成本 统一 核算， 在用户侧的销售电 价中 分摊， 不存在单独核算各种辅 助服务的成本 和单独计费的问题， 因此也不需要对辅助服务进行单独考虑。 而在市场环境下， 辅助服务的获取遇到了许多新的挑战，主要表现为: 第一， 在电 力工 业的市 场化进 程中， 发电 环节与输配电 环节 剥离， 发电 容 量是否参与运行备用市场取决于发电公司自 身的经营决策目标、机组技术特性 以及市场的激励机制，而非系统的强制调度; 第二，传统的辅助服务获取往往以经验为基础，例如按最大期望负荷的比 例或 者按系统中最大一台 机组的装 机容量作为系统对运行备用的 需求，难以兼 顾系 统的 经济性;而 在电力 市场环境 下， 辅助服务交易主要是 基于市场进 行， 强调利用市场定价机制来有效地配置各种资源，在保障系统安全可靠运行的前 提下实现经济上的优化。 浙江 大 学 博 士学 位 论 文 在国际上己经运行的电力市场中，不同的国家和地区根据 自身的特点采用 了 不同的辅 助服务 获取与 定价方式 126。 英格兰和威尔士电力市场采用的辅助服务获取与定价方法同其联营体的经 营模式紧密相关。系统的备用容量既可以通过辅助服务交易机构与发电公司之 间 签订长期 合同来获 得， 也可以 利用未 列入调度计 划的发电 机的富 裕容量和 相 邻电网的发电机富裕容量。对于提供 a g c 辅助服务的发电 机组除支付其频率 响 应辅助服 务报酬外， 还通过失利润 支付( lossofp ro fitp a y m en o 来补偿机组由 于参与频率调节使所带负荷受到限制而引起的机会成本。 在由挪威、 瑞典、 芬兰和丹麦组成的北欧电力市场中，要求发电公司提供常 规的辅助服务( 如调频和备用) ， 并将此作为其参与市场运营的必要条件， 提供辅 助服务的 成本通过在电 费中追加 进行补偿。由 于挪威的发电容 量几乎全为水电， 有很强的调峰调压能力和充裕的备用容量来提供辅助服务， 因此整个北欧电力市 场辅助服务的获取及定价采用了 这种比较简单的方法。 阿根廷电力市场中也采用了类似的处理， 由联营体的运行部门负责协调辅助 服务的调 度， 发电企 业有责 任提供适当水 平的 各种辅助服务， 其成本隐含在电 价 中， 辅以一定的经济补偿手段， 其补偿价格由市场( 如备用容量) 或系统运行部门 ( 如无功管理) 确定。 美国 加州电 力市场将辅助服务 与电 能销售分离， 在主电能 市场之外设 立了 竟 争的辅 助服务市场( a g c 调节， 旋转 运行备用， 非旋转运行备用， 替代运行 备用) ， 由 独 立 系 统 运 行 机 构(in d e pe n d e ntsy ste m o pe rat o r ， 简 称 为 15 0)进 行 管 理 12 刀 . 加 州最初是 对这四 种辅助服务采取 序列投标的模式购买， 150 按照备用容量的 质量 由高到低依次获取。这种方法看似合理，但在实际运营中却发现了严重的 “ 价格 背离” 问 题四， 运行经验证明， 采用四个辅 助服务 市场 分别出 清无法引导出一 个 高效率的市场， 有些发电公司利用该方法的缺陷牟取暴利， 价格出现背离， 质量 低的备用容量价格反而常常高于质量高的。 美国 p jm 市场， 调 节和频率响应服务 的最大特点是不单独设 立调频电 厂， 而 将 调 频 义 务 分 配 到 每 个 配 电 公 司 ( 助 ads ery吨 e n t ity ， 简 称 为 l s e). l s e 可以 利 用自己 的发电资源或通过与第三方签订合同 来满足自己 的调频义务， 也可以 从 p jm备用市场 购买该 项服务。 p j m负 责提供 旋转备 用服务，以 在系统发生 事故时 及 时 满 足 系 统 对 于发电 容 量的 需 求 ， 每 个 区 域 输电 组 织 沁91 o nal t r 田 ” 而 ss ion 伽9 歇 止 m t l 。 氏 简称为rto ) 和网络用户 必须向 p jm购买该项服务. 纽约的辅助服 务市 场与p j 讨 市场类似， 但纽 约的 备用容量 市场一度出 现发电 公司 严重 滥用市场 势力的问 题，并直 接导 致备用容量市场 在2 0 00年3 月27日 暂停运营。 在美国新英格兰、 新西兰、 澳大利亚等地， 运行备用等辅助服务被允许参与 浙江大学博士学位论文 市场进行公开竞价。新英格兰电力市场也出现过类似加州的 “ 价格背离”问题。 在西 班牙电 力市场中， 强制性要 求发电 机免费 提供频率调节服务， 如果 发电 机无法提供， 则它需要从别的发电机处购买， a g c 月 及 务采用基于拍卖的竞争的方 式获取。 综上可见， 市场环境下的辅助服务获取在国际上实际运营的电力市场中仍处 于试验 和摸索阶段， 并不 成熟。 无论采取 何种方式获取辅助 服务， 维护电力 系统 的安 全可 靠运行始终是市 场化改革 得以 顺 利进行的必要前 提， 以 上各个市 场出 现 的种种问题也促使市场设计者和监管者开始针对各种问题所对应的市场固有缺 陷进 行纠正。 美国纽约、 新英格兰、 加州等市场己 付 诸行动 2 9 , 3 0 1 : 在纽约， 主要 问 题来自 于东西部地区间的网 络阻 塞， 从 而导致了 市场势力的 滥用 3 1 1 ， 因 此关于 输电 网 络的 管理和建设非常 重要; 在 新英格兰， 通过在运行 备用市场中引 入价格 弹性和修改调度协议来消除市场中的博弈行为: 加州的改革目 标是增加辅助服务 市场的 透明度和提高效率，以降低购买成本，其中采用了“ 理性买家算法” 扭 a ti o n a l b u y e r s a lg o r ith m )作为 辅 助 服 务 市 场的 出 清 算 法 【3 21， 理 性 买 家 算 法的 基 本思想就是针对系统对多种质量不同的备用容量的需求情况和低质量的备用容 量能够被高质量的备用容量所替代的特点，在满足系统总的备用要求的情况下， 寻找最小化其获取成本的方案。 此外， f e r c 曾提出 标准化市场设计( s t a n d a r d m a rk e t d e s ig n , s m d ) ， 特 别 强 调 在 维 护 系 统 安 全 可 靠 运 行的 前 提 下 开 展主 辅 联 合 优 化的 问 题 3 3 -3 4 1。自 2 0 0 1 年 3 月 开 始 ， 英 国 实 施的 新 一 轮电 力 改 革 方 案 3 5-36 1 简 称 为 n e t a (n e w e l e c t ri c ity t r a d in g a rr a n g e m e n t s ) ， 其 主 要 目 标 也 是 在 维 护 系 统 安全 可靠运行的同时， 提高 市场运作效 率，并为市场参与 者提供更多 选择。 我国在2 0 0 4 年由国家发改委与国家电监会共同制定了 东北区域电网发电 企业 辅助服务 补偿暂 行办法 ， 该办法 针对我国第一 个区 域电 力市场提 供了 辅助 服务 定价标准的尝试。 规定:为 保证电 力系 统平衡与安全，辅助服务 遵循 “ 按 需调 度” 的原则，由电网调 度机构按照调 度管 辖范围 分别进行辅助 服务 管理和 补 偿。 有偿