（电力系统及其自动化专业论文）适应分层分区电力市场发展的新电力交易市场研究.pdf

n e w o p e r a t i o nm o d e lo f t h e e l e c t r i c i t ym a r k e ts e p a r a t e di n t o d i f f e r e n tl a y e r sa n da r e a s t h ei n t r o d u c t i o no fc o m p e t i t i o ni n t oar e f o r m e dp o w e rs e c t o ri sav e r yc o m p l e xp r o c e s s , w h i c hi su s u a l l yb a s e do nn a t i o n a le n e r g ys t r a t e g i e sa n dp o l i c i e s ，e c o n o m i cd e v e l o p m e n t s a n dn a t i o n a ig r i dc o n d i t i o n s , e t c i th a sb e e nr e c o g n i z e dt h a te l e c t r i c i t ym a r k e tm o d e l s u s u a l l yv a r yf r o mc o u n b yt oc o u n b y t h e r e f o r e , i ti sv e r yi m p o r t a n ta n ds i g n i f i c a n tt o i n v e s t i g a t eo p e r a u o n a lm o d e l so ft h ee l e c t r i c i t ym a r k e ti nc h i n a w h i c ha r er e l a t e dt oo u r n a t i o n a le n e r g ys t r a t e g i e sa n dp o l i c i e s , e c o n o m i cd e v e l o p m e n t sa n dn a t i o n a lg r i d c o n d i t i o n s i nt h i st h e s i s an e wo p e r a t i o nm o d e io ft h ee t e c t r i c i t ym a r k e ts e p a r a t e di n t o d i f f e r e n tl a y e r sa n da r e a si nc h i n ai sp r e s e n t e d f i r s t ，t h et h e s i ss u m m a r i z e st h ed e v e l o p m e n to ft h ec h i n e s ee l e c t i t ym a r k e t t h e p r e s e n ti m b a l a n c eb e t w e e nt h ee l e c t r i c i t ys u p p l ya n dd e m a n di nc h i n ai sa n a l y z e d f u r t h e r m o r e , as e d e so fe n e r c j yp o l i c i e s i s s u e db yt h ec h i n e s eg o v e r n m e n t , f o rs o l v i n g e n e r q yp r o b l e m sa r ed e s c r i b e d b a s e do nt h ea n a l y s i so ft h ec u r r e n tc o n d i t i o no ft h e n a t i o n a ip o w e rg r i da n dt h ed i s t r i b u t i o no fa v a i l a b l ep o w e rr e s o u r c e s t h ep r e s e n tl a y o u to f t h ec o n s t r u c t i o no fas u p e rh i g hv o l t a g et r a n s m i s s i o ng r i di nc h i n ai sd i s c u s s e d t h i si s f o i l o w e db yap r o p o s e dc o n c e p to ft h ed e v e l o p m e n to ft h ee i e c t r i c i t ym a r k e ti nt h r e e d i m e n s i o n s t h ec u r r e n td e v e l o p m e n to ft h ec h i n e s ee l e c t r i c i t ym a r k e th a sd e m o n s t r a t e d t h ev a l i d i t yo ft h ec o n c e p t i tc o u l db eu s e dt of o r e c a s tt h ef u t u r ep r o s p e c t so ft h e e l e c t r i c i t ym a r k e ti nc h i n a s e c o n d ，b a s e do nt h ec o r n p a r a t i v ea n a l y s i so fc e n t r a l i z a t i o na n dd e c e n t r a l i z a t i o nm o d e l s o ft h ee l e c t r i c i t ym a r k e t an e we l e c t r i c i t ym a r k e tm o d e i i sp r e s e n t e d an e we l e c t r i c i t y m a r k e tm o d e i i ns u p e rh i g hv o l t a g eg r i di sp r o p o s e d ，i nw h i c ht h ei o n gt e r mc o n t r a c t s i n c l u d ef i n a n c i a ia n dp h y s i c a lc o n t r a c t s f u r t h e r m o r e , r e s e a r c ho nt h eo p e r a t i o nf l o w , t r a d i n gm o d ea n ds e t t l e m e n tm o d eo ft h en e we l e c t r i c i t ym a r k e ti sd e s c r i b e d t h i r d ，t h et h e s i sf o c u s e sm a i n l yo nt h en e we l e c t r i c i t ym a r k e tm o d e lw i t ht h er e l a t e d f i n a n c i a ic o n t r a c t t h et r a d i n gp r o c e s sa n dp r i c i n gm o d ea r ed i s c u s s e d f o l l o w i n gt h i s ，t h e d i s p a t c hs c h e d u l em e t h o db a s e do n ”蠲m e r i to r d e rd i s p a t c h ( m o d ) a n dt h es e c u r i t y c o n s t r a i n e da l g o r i t h m ”u s e di nt h ed a ，h e a dm a r k e ti sp r o p o s e d i na d d i t i o n ，ar e a it i m e t r a d i n gs c h e d u l em e t h o db a s e do nt h e 噙g c ，h g cd i s p a t c ha l g o r i t h m ”u s e di nt h e r e a l - - 1 7 m em a r k e ti sp r e s e n t e d f r o mt h er e s u l t sb a s e do nt h e2 0 7 - b u ss y s t e mi nc h i n a i t c a nb es e e nt h a tn u m e r i c a ir e s u l bd e m o n s t r a t et h ec o r r e c t n e s sa n dt h ee f f e c t i v e n e s so f t h eo p e r a t i o nm o d e la n dt r a d i n gm e t h o dp r o p o s e di nt h i st h e s i s f i n a l l y , b ya n a l y z i n gt h ee f f e c t so ft h eo p e r a t i o nm o d e lo nt h ef r a m e w o r k , f u n c t i o n sa n d c o r em e t h o d so ft h ee l e c t r i c i t ym a r k e to p e r a t i o ns y s t e m ( e m o s ) ，ad e s i g no ft h ee m o si s p r o p o s e d t h eb a s i ci d e ai st oa d o p td i f f e r e n ti a y e r e dc o m p o n e n t s s u c ha sc o r ea l g o r i t h m s , a p p l i c a t i o nf u n c t i o n sa n ds u b s y s t e m s ，t ob u i l dt h ee l e c t r i c i t ym a r k e to p e r a t i o ns y s t e m a c c o r d i n gt od i f f e r e n tm a r k e tm o d e l s t h ee l e c t r i c i t ym a r k e to p e r a t i o ns y s t e md e s i g n e d o nt h i sb a s i ci d e ac a nb ef l e x i b l yc o n f i g u r e da o c o r d i n gt od i f f e r e n tm a r k e tm o d e l sa n dh a s s t r o n ga d a p t a b i l i t y i th a sb e e ni m p l e m e n t e da n dh a sp r o v e dt ob es u c c e s s f u i k e yw o r d s ：e l e c t r i c i t ym a r k e t , s u p e rh i g hv o l t a g eg r i d ，f i n a n c i a lc o n t r a c t , p h y s i c a l c o n t r a c t , n e we l e c t r i c i t ym a r k e t , p r i c i n gm o d e , s e t t l e m e n tm o d e ，t r a d i n gs c h e d u l e , e l e c t r i c i t ym a r k e to p e r a t i o ns y s t e m ，n a t i o n a le l e c t r i c i t ym a r k e t , r e g i o n a le l e c t r i c i t ym a r k e t , p r o v i n c i a le l e c t r i c i t ym a r k e t i i 学位论文独创性声明 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：e t 期：业 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、缩印或其他复制手段保存论文。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。 日期： 莎占3 垃 东南大学博士学位论文第一章前言 1 1 研究背景 第一章前言 电力市场是基于市场经济原则，为实现电力商品交换的电力工业组织结构、经济管理和 运行规则的总和。电力市场既包括管理机制( 即主要采用法律、经济手段而非行政命令对 电力的运营交易进行管理) 。又包括执行系统( 交易系统、计茸系统、通信系统等) 。电力市 场的基本特征是公开性、竞争性、网络性。放松管制、有序竞争和信息、网络、电力控制技 术的广泛应用是电力市场的两个主要特点。 电力丁业由于其本身的特点，一直是由发、输、配、用电组合在一起的地区性攀断产业。 随着全球兴起的经济自由化浪潮，一些与电力工业类似的藿断产业，如石油天然气、电信等 产业的改革取得成效，促使2 0 世纪8 0 年代在全球范围内开始电力工业的改革。其目的是要 打破电力工业的垄断经营，解除或放松政府对电力丁业荦断的管制，对电力工业实现结构性 重组( 如发电、输电、配电的解开) ，开放电网，形成一个公平竞争的电力市场，以达到降 低发电成本和电价，提高对用户的服务水平“。 电力市场是市场经济发展的自然需求和必然产物。电力市场的健康运营必须将适合的管 理机制和有效的执行系统有机结合。在社会、经济、法律、政策和技术等诸多因素的综合作 用f ，电力市场才能够达到充分竞争和优化资源配置的目的。 一个健康的电力市场必须具备五个特征：价格随需求量而变化；价格高低影响需求量； 进行买卖的市场机制；买方无荦断行为；卖方无垄断行为。 电力市场是在电力行业中引入竞争机制。竞争性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、用乖直一体化管理模式，在发电环节和售电环节引入竞争。竞争 和选择是电力市场的两个重要特性，依其一二者的不同稃度，可以把电力j = 业从垄断型经营发 展为充分竞争璎经营的过程分为四个阶段： 垄断经营阶段：发电、输电、配电利用电都葶断经营： 发电竞争阶段：发电环节引入竞争，输、配和州电荦断经营： 批发竞争阶段：发电环节和售电环节引入竞争，大用户拥有购电选择权，配电部门 作为零售商，对中小型最终h j 户仍然实行苹断供电； 零售竞争阶段；发电环节和售电环节充分引入竞争，所有_ i j 户都拥有购电选择权， 可以直接向发电商购电。 随着竞争力度的不断增加，电力市场将逐步由发电竞争型电力市场，过渡到批发竞争犁 电力市场，最终建立发、输、配、用完全分离的零售竞争型电力市场。 许多国家已经或正在进行电力市场化改革。各个国家电力市场化改革的原因各不相同， 有些国家是由政府积极推进的，其目的是引进外资建电厂，满足不断增长的负荷需要。有些 国家电力上业完全私有化，各私营企业希望通过电力市场化改革，获得竞争所带来的盏处。 而在许多发达国家，电力市场化改革则是由用户推动的，他们强烈希望能够根据电价和电力 供应的服务质草来选择供电商d ij 。不同的国家将根据其历史的发展和现状，以不同的方式 和步骤来进行电力矗 业这一巨大改革。这将使传统的电力一1 业规划、设计、建设和运行发生 很大的变化，涉及电力工业经济、管理、技术等各部门全方位的改组、配合和协调。 英国是世界上最早进行电力市场化改革的国家。英国电力市场改革是由政府推动的，自 1 9 9 0 年开始到现在，电力市场化改革已经历时1 5 年”1 。1 5 年来他们的改革取得了显著的成 绩，改革中的创新和经验世界瞩目，为各国电力市场化改革提供了许多宝贵的经验。从8 0 年代末开始用了近1 0 年的时间完成了电力上业的私有化改革，电力经营从葶断模式走向发 电市场、批发市场的市场化改革。所形成的电力联营体( p o o l ) 承担了单一购买者的任务， 供电公司、批发商、零售商及用户除直供户外也必须通过p o o l 来购买电力。它是一种复杂 的交易机制，是提前一天确定当日的电力现货交易市场。2 0 0 1 年3 月2 7 日新的交易方案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 ) 正式在英格兰利威尔士开始实施，替代了原来单 一购买机构的电力联营体运营模式，并由此宣布了电力联营体运营模式的结束”。2 0 0 5 年 东南大学博士学位论文适应分层分区电力市场发展的新电力交易市场研究 4 月英国电力交易与输电方案b e t t a ( b r i t i s he l e c t r i c i t yt r a d i n ga n dt r a n s m i s s i o n a r r a n g e m e n t ) 正式在英格兰、威尔士和苏格兰开始实施。 美国电力市场的形成经历了一个较长的自然发育过程。从4 0 年代不同电力公司的紧急 功率交换，到7 0 年代末出现了相对完善的电力经纪人系统；直到9 0 年代，联邦立法，解除 管制，相继出现了以加州系统运行调度机构( i s o ) 和纽约州电力市场为代表的新型电力市 场运营模式，使电力市场的发展进入一个新阶段。1 9 9 9 年1 2 月，发布了f e r c 2 0 0 0 号法令， 要求在系统运行调度机构( 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 o ) 的基础上，较小的输电组 织联合成为较大的区域输电机构( r e g i o n a lt r a n s m i s s i o no r g a n i z a t i o n ，r t o ) ，开始了新 一轮的电力市场改革。目前，美国己建的5 个区域电力市场，大部分为输电开放的电力市场， 个别为零售竞争犁电力市场。 中国电力市场的发展源于市场经济发展的需求，得益于政府的大力促进，发展于电力行 业的探索和努力。 总之，电力市场化改革已经成为了一种世界性潮流。从欧洲的英国、挪威到北美的美国、 加拿大，从大洋洲的澳大利亚、新西兰到南美的阿根廷，从东南哑的新加坡剑东亚的日本， 都在积极探索适合本国国情的电力市场化改革之路。 1 2 研究的必要性 电力市场化改革是一个非常复杂的过稃，它取决于各国的能源政策、经济发展状况和国 家电网条件等”“。应当指出，由于各国国情不同，各国电力市场化改革的历程和市场模式 亦不尽相同。 市场化是我国电力发展和改革的方向。2 0 0 2 年底，按照国务院国发( 2 0 0 2 ) 5 号文件的要 求，我国实施了厂网分开，电力市场化改革迈出了实质性的一步。近儿年来，根据“总体设 计、分步实施、积极稳妥、配套推进”的原则，电力体制改革不断推进，电力市场建设取得 了积极进展。2 0 0 5 年电力监管条例的出台，使市场法律法规体系和市场监管机制得到 进一步完善，是继厂网分开之后，我国电力体制改毕取得的义一重人进展”1 。 我国电力t 业经历了一段较k 时间的计划经济发展模式，进行电力市场化改革的时间还 不长，处于市场化进程的初级阶段，上e 在积极借鉴国际经验，探索一条有中国特色的电力市 场发展道路。 在电力市场中，发电企业、电网企业和电力用户是利益相笑的市场主体。理想的市场目 标是既满足经济社会发展对电力的需求，义实现各市场土体利益的最大化。但由丁i 客观条件 的限制，在实践中比较难以做剑。因此，只有设计和建设一个完善、商效的电力市场，才能 防j r 损害公共利益的市场行为，协调好国家利益、电力企业利益和用户利益的关系，维护好 各市场主体的利益，实现共同发展。 我国电力市场建设的目标是，遵循电力发展的客观规律，将市场经济普遍规律与电力发 展特殊规律相结合，构建政府监管一l - 的政企分开、公平竞争、开放有序、健康发展的电力市 场体系。这个市场体系包括结构配置合理、功能协调的三个层次，即国家级电力市场、区域 电力市场和省级电力市场。 根据我国生产力布局和能源分布极不均衡的特点，以及电网薄弱的现状，国家电网公司 和南方电网公司均提出了建设特高压电网的战略。特高压电网的建设将为国家级电力市场的 建设奠定良好的基础，从而实现更丈范围资源优化配置，增强国有经济控制力，满足经济社 会可持续发展的需要，促进区域电力市场和省级电力市场建设，培育和发展国家级电力市场， 实现统一、协调的市场发展目标。 因此，在分析、研究我国的能源政策、经济发展和国家电网状况笤情况的基础之上，结 合我国特高压输电系统建设规划，紧紧嗣绕“完善省级电力市场、发展区域电力市场、培育 国家电力市场”的二级电力市场建设总体思路，充分研究适合我国国怙的分层分区电力市场 是一个非常重要的、亟待解决的并具有现实意义的研究课题。 2 东南大学博士学位论文第一章前言 1 3 研究内容、结果和应用前景 本文第二章回顾了中国电力工业的改革历程；总结了中国第一次和第二次电力市场化 改革的运营模式和运营效果；分析了国家能源平衡问题和能源政策；描述了国家电网的基 础条件和发展规划：简述了国家电网建设对电力市场的影响；研究了中国电力市场的结构， 运营模式和发展阶段；在研究分析基础之上，提出了中国电力市场发展的三维空间表示法； 并应_ i i j 本文所提的电力市场发展的三维空间表示法，预测了我国未来电力市场的发展轨迹。 本论文首先基于本文所提的中国电力市场发展的三维空间表示法，以中国两次电力市场 化改革为案例，论证中国电力市场发展的三维空间表示法的l e 确性和实用性。同时应用中国 电力市场发展的三维空间表示法，论述了特高压电网环境下的电力市场是处于售电环节引入 竞争的批发竞争性阶段，后期将进入零售竞争型阶段；市场结构为国家级、区域级和省级电 力市场并存的分成分区结构；市场运营模式为具有可变合约的模式3 或者具有不变合约的模 式4 ；预测了中国未来电力市场的发展轨迹。 第三章在对比研究一体化交易市场和分散化交易市场模式的基础之上，提出了一种新 的交易市场模式。针对我国三级电力市场体系，提出了适应分层分区电力市场发展的、特 高压电网环境下的新电力交易市场模式和结构；描述了国家电力市场、区域电力市场和省 级电力市场的协调运作方式；研究了特高压电网环境下的新电力交易市场的运作流程，交 易方式和结算方式等相关模璎。 新的交易市场包括两部分，一部分是与系统运行调度机构合为一体的实时市场( 包括日 前市场) ；另一部分是与系统运行调度机构分离的多种非实时市场，包括允许市场成员进行 面对面交易的双边交易市场，或有组织的交易市场等。这种新的交易市场模式结合了一体化 交易市场和分散化交易市场的优势，摒弃了两种交易市场存在的问题，尽量做到使所设计的 交易市场“左右逢源、兼顾各方”。 根据研究分析，本文提出了适应我国未来分层分区电力市场发展的、特高斥电网环境下 的新电力交易市场模式；详细论述了特高压电网环境下的新电力交易市场的协调运作方式； 对比分析了具有可变合约和不变合约的两种新电力交易市场的运作流程、机组组合方式、交 易计划方式和结算方式；应川案例详细论述了两种市场模式的特性。研究表明：具有可变合 约的新交易市场模式比只有不变合约的新交易市场模式更加适应中国未来电力市场的发展。 第四章研究了具有可变合约的新电力交易市场的定价方式和交易模式；针对日前市场 的运营模式，提出了相适应的“价格序列+ 安全校正”的日交易计划算法；针对实时市场 的运营模式，提出了相适应的a g c m g c 一体化实时调度算法；描述了各算法的基本思想、 数学模犁和算法流程：府圳案例验证了本文提出的具有可变合约的新电力交易市场模式和 相应算法的止确性和有效性。 本文研究表明：具有可变合约的新交易市场模式比具有不变合约的新交易市场模式更具 有激励机制，它使市场成员和整个行业( 全社会) 的利益获得了统一，更加适用于中国未来 分层分区电力市场的发展。 具有可变合约的新电力交易市场模式为全电晕竞争方式。实时电力市场实时接收和处理 机组报价重申数据，计算并f 发实时调度指令；日前市场根据最新重申报价滚动计算日交易 计划，为实时电力市场运营提供信息；信息发布系统即时发布最新重中报价与日交易计划结 果；根据著价合约结算市场成员各种收益。由于实时电力市场满足了电力需求的动态变化与 平衡的要求，该模式提高了市场竞争度，使得市场更具竞争活力。 本章以国内某试点电力市场为案例，采_ l j 本文提出的具有可变合约的新电力交易市场模 式和相应的交易算法，进行了详细的分析和验算，研究结果验证了所提模式和算法的正确性 和有效性。 第五章在电力市场理论和信息技术研究的基础之上，基于中国电力市场发展的三维空 间表示，提出了自适应电力市场运营系统的设计思想；详细论述了自适应电力市场返营系 统的架构、应功能、软件结构和实现技术；实际应用和案例研究表明：根据本文提出的 “构件式”设计思想研制开发的电力市场运营系统可以根据市场返营模式需要灵活配置， 适应性强，适合中国电力市场的发展，达剑了预期地设计目标，具有广泛的廊川前景。 本文提出的自适府电力市场运营系统的设计思想是针对电力市场运营模式等各种要素， 东南大学博士学位论文适应分层分区电力市场发展的新电力交易市场研究 采用不同的核心算法、应用功能、子系统“构件”来架构电力市场运营系统。系统由适应不 同应用需求的、相互之间松散耦合的子系统构成，各子系统采用构什的设计思想，可根据市 场的需求“装卸”。基于这种思想，在电力市场发展的不同阶段，针对分层分区电力市场中 不同的市场运营模式或运营模式的变化，电力市场运营系统只需“安装”或“拆卸”部分子 系统“构件”，而不必重新构建系统即可满足市场需求。 本章根据电力市场i 垒营系统的应_ j 特征，分析了c s 结构、b s 结构、“c s + b s ”结构 对电力市场运营系统的适应性；提出了“c s + b s ”软件结构为适合电力市场运营系统的最 佳软件结构；通过分析电力市场运营系统的技术需求，提出了基于基础中间件和j 2 e e 架构 的技术实现方法；并详细论述了两种技术实现方法的原理和特点，对比分析了两种方法的优 劣和适用性。 最后，本章基于自适应电力市场运营系统的设计思想，构建了六个省级试点电力市场和 两个区域试点电力市场运营系统；并针对本文提出的适应分层分区电力市场发展的、特高压 电网环境下的新电力交易市场模式，分别构建了国家、区域和省级电力市场运营系统的架构。 特别要强调的是，基于本文提出的自适鹿电力市场运营系统的设计思想所研制开发的系统已 经投入实际应用。实际鹿刚和案例研究表明：自适应电力市场运营系统的架构、应用功能和 算法可以根据市场运营模式需要灵活配置，适应性强，适合中国电力市场的发展，达到设计 研究目标，具有广泛的应用前景。 4 东南大学博士学位论文 第二章中国电力市场的发展及其三维空同表示 第二章中国电力市场的发展及其三维 空间表示 2 1 概述 尽管各国电力市场的本质与最终目标大体相同，但由于各国国情不同，电力工业生产经 营模式各不相同，电力市场的探索与改革之路也不相同。因此，各国电力市场的发展必须从 实际出发，探索适合本国国情的电力市场发展轨迹。 我国丰十会主义性质决定了国有经济在国民经济中起主导作用。电力下业是国民经济的 重要基础行业和经济命脉，具有明显的公共事业性质，电网又具有自然葶断性质，所以我国 电力1 ：业不能像其他已经和止在改革的国家一样搞私有化，必须保持国有资本对电力工业的 控制力，这是我国社会主义制度的客观要求，也是我国的基本国情。 我国是发展中国家，要实现电力丁业可持续发展。我国社会主义初级阶段的基本经济制 度是公有制为主体、多种所有制经济共同发展。在始终保持国有资本对电力1 ：业的控制力的 条件f ，应积极探索公有制的多种有效实现形式，发展混合所有制经济，提高国有资本的控 制力、影响力和带动力，从而更有利于实现电力1 = 业持续健康快速发展。 电力i ：业是国民经济的基础产业，也是各行备业的物质技术基础，提高电力工业整体效 率，降低电价和提高电力服务质量，有利于提高我国整体经济的国际竞争力，从而增强我国 综合国力。 构筑有中国特色的社会主义竞争性电力市场的基本目的：一是实现电力企业制度创新， 始终保持国有资本对电力l 业的控制力；二是实现电力_ r 业可持续发展，不断满足国民经济 和种会发展对电力的需求；三是通过竞争，实现更人范嗣内资源优化配置，提高电力上业整 体效率和服务质龌，降低电价，提高国家罄体经济的国际竞争力。 本章首先概述了电力市场的基本概念和定义；回顾了中国两次电力市场化改革的历稃； 对比分析了两次电力_ l 业改革中电力市场运营模式和返营效果；分析了国家能源平衡问题和 能源政策；描述了国家电网的基础条件和发展规划。 其次，本章简述了国家电网建设对电力市场的影响；研究了中国电力市场的结构，运营 模式和发展阶段：提出了中国电力市场发展的三维空间表示法。 最后，通过已有的电力市场发展验让中国电力市场发展的三维空间表示法的l e 确性；论 述了特高压电网环境r 电力市场的结构、发展阶段和返营模式；应用本文所提的中国电力市 场发展的三维空间表示法，预测了我国未来电力市场的发展轨迹。 2 2 电力市场的基本概念与定义 2 2 1 电力市场交易和运营模式 电力市场按照交易商品的类型可以分为电能市场、辅助服务市场、输电权市场。电能市 场中按照交易时间长短可以划分为中长期电力交易、日前电力交易和实时电力交易。中长期 电力交易一般是提供未来多日到三年的电力交易，包括合同电力交易和期货电力交易两种交 易形式，合同电力交易包括物理合同和金融合同，期货电力交易包括年、月、多日的期货交 易。日前电力交易是提前一天进行次日的电力交易，确定次日交易计划。实时电力交易是确 定f 一个调度时段的电力调度与交易计划( 如图2 1 所示) 。 5 东南大学博士学位论文适应分层分区电力市场发展的新电力交易市场盟究 物理金融 合同合同 图2 1 电力市场交易类型 在中长期电力交易中，物理合同是指根据国家相关部门文什确定的、市场成员之间的购 售电合同，其合同电价由国家相关部门文什所确定，物理合同电昔为非竞价电量。期货交易 是指由中长期交易市场所确定的购售电合约，期货交易的电量和电价由中艮明交易市场所确 定。金融合同“”“是指交易双方为了规避市场价格波动过火的危险，签订的一种差价合约。 通过分析电力市场的交易类犁，可以将电能市场分为四大类逸营模式( 如图2 2 所示) ： 模式l ：实时+ 日前+ 物理合同； 模式2 ：实时+ 日前+ 物理合同+ 期货交易； 模式3 ：实时+ 日前+ 金融合同； 模式4 ：实时+ 日前+ 期货交易。 模式l模式2棰鼬模式i 图2 2 电力市场运营模式 所谓辅助服务是指为维护电网安全稳定远行，市场成员向系统提供_ 【 j 以维护电压、频率 6 东南大学博士学位论文第二章中国电力市场的发展及其三维空间表示 稳定及电网故障后的恢复等方面的服务。辅助服务对于维护电力系统的安全、促使电能交易 有序进行和确保供应合格质量电能有着重要的意义。 辅助服务市场按照辅助服务种类可以分为：大扰动频率控制、正常频率控制( 自动发电 控制a g c ) 、黑起动、无功能力、备用五项。 大扰动频率控制指系统频率突然出现大的扰动时，发电厂通过自动控制系统迅速调 节发电机出力。及时纠正频率偏差。此类响应必须迅速自动进行，不需要电力调度 交易中心的干预。 自动发电控制( a g c ) 指发电机组按电力调度交易中心的遥控信号，自动调节到信 号要求的出力。a g c 的控制目标是使由于负荷变动而产生的区域控制误差a c e 不 断减小直至为零。使电力系统频率和区域间净交换功率维持在计划值范围之内。 无功能力指不同的发电机组，按电力调度交易中心要求无功进相或输出无功的能 力。 v ， 黑启动能力指在无外来电源的情况下，发电机组自起动并开始最初的电力系统的恢 复能力。 各用指发电机组提供的冷备用和热备用。 输电网络是电力交易的载体，是电力从电源到消费者的必经渠道。电力市场环境下输电 系统运行中一个重要问题是出现网路阻塞时如何缓解阻塞，如何收取阻塞电价。输电阻塞是 指由丁：输电网络本身的输送容草限制，而导致无法满足传输所有市场交易的一种状态。 解决输电网阻塞的一个重要趋势是运用市场机制，引入输电权交易。输电权市场主要分 为两大类：金融输电权交易和物理输电权交易。金融输电权是为市场交易者规避价格波动所 设立的金融t 具，网络阻塞时其所有者获得经济补偿，从而获得输电价格的长期稳定性；而 物理输电权则实际定义和分配了使用输电端口的输电容量的权利。 2 2 2 电力市场的可变合约和不变合约 在电力市场四种运营模式中，各模式之间的主要区别是通过k 期交易市场所签订的长期 合约类理不同。长期合约能够为电力用户提供稳定的电力供应，同时为发电商带来长期稳定 的需求，而且能够锁定电力价格以同避电价波动风险。 随着电力市场化改革的不断发展，经济学中多种长期合约的概念被引入到电力市场中。 电力k 期合约主要分为两类：不变合约和可变合约。他们源于经济学中的远期交易和期货交 易1 。 经济学中的远期交易和期货交易是指买卖双方以预先协商的价格，确定在儿个月、一年 或更久的时间之后，在指定地点买进或变出某一种类和数晕产品的交易。这两种交易在操作 形式上类似，但有明显不同。远期交易以直接提取或返交商品为目的，交易合同签订后，买 卖双方不能转让合同。而期货交易不以交割实货为主，它交易的是一种与商品所有权有关的 价格风险，而不是实货商品本身，所签订的合同可以转让。 期货交易的主要功能可以概括为回避价格风险，形成权威性价格。回避价格波动风险的 主要手段是通过期货交易所进行的套期保值。套期保值就是通过在期货市场做一笔与现货交 易的品种、数量相同，但交易部位( 头寸) 相反的期货合约以抵消现货市场交易可能出现的 价格波动风险。现货价格和期货价格之差叫做基差。现举例说明套期保值的功能。 某商家需要3 个月后买进一批空调，若当时的3 个月后期货价格为2 4 0 0 元台，依据这 一价格他可得到相当的利润。为了保证这一预期利润，他预先在期货市场中以每台2 4 0 0 元 的价格先买进。3 个月后，他从现货市场购得一批空调，但现货市场价为每台2 5 0 0 元。这 时，该商家在期货市场做相反的头寸，即卖掉同样数鼍的空调，价格也是每台2 5 0 0 元，把 原来的头寸对冲掉。这样尽管现货市场价格涨了1 0 0 元，但从期货市场中商家赚回i 0 0 元， 彼此对冲，最终仍然以每台2 4 0 0 元购得空调。 将经济学中的期货交易的概念引入到电力市场形成了电力市场中的可变合约；而将经济 学中的远期交易的概念引入到电力市场则形成了不变合约。 模式3 中的长期合约为可变合约。所谓可变合约是指交易双方为了规避市场价格波动过 大的危险，签订了买卖的金融合同”“。其基本原理源于经济学中期货的套期保值概念。 7 东南大学博士学位论文适应分层分区电力市场发展的新电力交易市场研究 发电收入一q l p m+ q c ( p c p 呻 p p 龠约电份n n - - 市场电馀 q p 舍约电曼 图2 3 对应金融合同的差价合约 如图2 3 所示，在长期交易市场中，发电商与购电商签订一定的合约电量q c 和合约电 价p c ，水平直线代表签订的合约电价，折线代表实时市场得出的市场结算价p m ，在资金结 算时，发电商和购电商将全部电量按上网电量q g 和上网市场结算电价p l 结算，当市场结算 电价高于合约电价时，发电商对应合约电晕部分的收茄超过了期货市场中的期望值，发电商 将合约电量部分对应的额外收益返还给购电商；当市场结算电价低于合约电价时，发电商对 应合约电量部分的收益低于了期货市场中的期望值，购屯商将合约电量部分对应的额外收益 返还给发电商。 模式1 、模式2 和模式4 中的长期合约为不变合约。所谓不变合约是指交易双方希望在 氏期交易市场中所签订的合约电苗和电价是不变的，实际完成的合约电量按合约电价结算。 电力期货市场所形成的不变合约类似与经济学中的远期合约概念，它是以实物交割为主要特 征，必须按签订的电母和电价进行实际交割，并进彳了净额结算。电力市场中的不变合约包括 物理合同和期货市场形成的长期合约。物理合同是计划经济体制f 的产物，是电力生产从垄 断犁运营模式到完全竞争型运营模式的过渡产品。 2 2 3 电价 电价是电力市场运行的核心要素，是市场传递供求变化最敏感的信号。电价有三种方 式： 政府定价，如最高限价方式，作为政府的一种监控手段； 协议定价，一般在购电商和售电商的双边合同交易中实行； 市场定价，是通过制定的一定规则，由买卖般方竞争形成的电价。 电价的土要组成部分为：电能成本，输电成本( 包拓输变电设备的使川费用，网损，输 电阻塞等) ，辅助服务成本( 包括负荷跟踪，频率控制，各种备h j 容馈，无功功率和电压调 节，短期的安全控制措施，可中断的负荷的提供等) 。但是，电价最终要通过市场机制形成。 2 2 4 电力转运 电力转运是指提供输电设备，为其他的电力供、用方输送电能。电力转运是开放的电力 市场的标志。转运一般可分为： 批发转运。供用电方均为电力公司； 发电转运，发电厂向1 f 本地区电网的电力公司售电； 8 东南大学博士学位论文第二章中国电力市场的发展及其三维宅问表示 用户转运，用户从非本地区的电力公司购电； 发电一用电转运，发电厂( 包括自备电厂) 直接向用户售电。 这四种转运可按协议路释服务，即电能只能在协议规定的连续路径中流过；也可以是网 络服务，利用电网的整体提供输电服务。 电力转运费的计算可分为会计成本方法和边际成本方法两类。前者是根据电网过去发生 的投资成本和运行成本计算转运费，用某种方式分摊给所有输电网使用者；后者是应用边际 成本原理计算输电转运费。并向用户提供必要的经济学信息，引导用户合理利用输电网。 2 2 5 电力市场管理与电力市场监管 为了保证电力市场的正常运营，还必须建立相应的非利益机构。除了电力市场的监管机 构外，还有市场运营管理机构( m a r k e ts y s t e mo p e r a t o r ，| l s o ) 与系统运行调度机构 ( 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 o ) 等独立的非利益机构。 市场运营管理机构( m s o ) 的主要职责是提供一个电能供求双方交易的场所，也是一个 竞价中心。它的任务是制定可以实现的市场成员之间的交易协议，通常采用竞拍的方法，按 供求双方的竟价和交易规则，制定交易协议。 系统运行调度机构( i s o ) 的主要职责是在保证系统安全可靠的情况下，协调各种交易， 为所有市场成员提供各种辅助服务。在系统安全受到威胁时，i s o 有权修改交易协议。但是， i s o 必须公平对待每个市场成员，保证各市场成员间的平等竞争。i s o 的工作内容包括：运 行方式制定、实时电最平衡、系统监控、在线安全分析和经营辅助服务等。 总而言之，l i s o 负责交易协议的制定与决策，主要是基r 价格实现交易过程；而i s o 主 要是保证系统的安全，保证交易的执行与调整。一种观点认为二者不仅在功能上应该分离， 而且应该成立两个相对独立的机构；另一种观点认为二者密切配合，在同一机构中。本文在 第三章详细研究了l i s 0 与i s o 是否分离的问题，研究表明：m s o 和i s o 宜在同一机构中，二 者应密切配合。 由于电力工业在生产、运输和消费上具有特殊性，升与国民经济和人民生活密切相关， 在传统电力l 业中需要政府和川户的监督。在电力市场体制f ，政企分开，同样也需要政府 和_ i j 户的监督，不同的仅仅是监督机构的地位、监督的内容和监督的方式。作为政府的专业 电力监督机构必须独立于电力市场的所有利菔土体和非利益主体，同时要求监督机构熟悉电 力系统和电力市场的结构和运作，以及相应的法规和政策。监督机构要制定规范市场行为和 市场运营过程的一系列法规和规章，其监督一般采用经济方法和法律方法，有时也采用行政 方法。 2 3 中国第一次电力市场化改革 上个世纪8 0 年代初至本世纪初，中国经历了第一次电力市场化改革。中国电力市场的 发展源于市场经济发展的需求。 8 0 年代开始，中国政府为解决电力供需矛盾，实行集资办电、多渠道筹资办电等政策， 形成了多家办电的格局。产权多元化的电厂要求建立电力市场。在没有一个健全的市场体制 和监管体系下，对待不同产权的电厂，出现了两种现象：一种是对系统内的电厂采取保护主 义，不顾电厂的机组效