（电力系统及其自动化专业论文）电力市场中的无功功率服务定价研究.pdf

y 晚，r 髓c t l v ep a w 盯p n c m g1 ne l e c 研口t ym a r k e l ，p hdd l s s c n a h 锄，z h q l 锄gu n l v c r s i t y ，s 印i c m b e r2 0 0 0 a b s t r a c t w i t ht h ef a s td e v e l o p m e mo fe l e c t r i c 时m a r k e t s ，h o wt op r i c er e a c t i v ep o w e r s e r v i c ei s g e t t i n gm o r ea n dm o r ei m p o r t a n t i nm i sp a p e r t h ep r i c i n gs c h e m eo f r e a c t i v e w e ri ss t u d i e db a s e do ne c o n o m i c s 廿1 e o r i e s t h ep a p e r 矗r s ti n t r o d u c e st h eb a c k g r o l l i l do ft h er e f o n l lo f p o w e ri n d u s t r y ，t h e r e s t r u c t 埘n go f t h ep o w e r i n d u s n y a n dt h el l i s t o r y 觚dc u 玎e ms i t i l a t i o n so fe l e c t r i c 时 m a r k e t s b e f o r et h ep r i c i n gm e t h o d sa r ed l s c u s s e d ，t h ef 血d a m e n 锄c 咖c e p t sa n dt h e o r i e s o fe c o n o m i c sa r ej n t r o d u c e d ，w h i c hc o n c e m st h es u p y 粕dt h ed e m a l l dj nam a r k e t ， t h ev a r i o u sc o s to f s u p p “e r ，a n dt h ev a r i o u sm a r k e “n o d e l st l l ef a c ti sp o i n 把do u tt h a t t h em a r g l n a lp r i c ea p p r o a c hi si na c c o r d a n c ew i t hm e p r i c l n gp r i n c i p l e s 岫d e rp e e c t c o m p e t i t i o n ，h a v i n g t h ea b i l 毋t ob a l a n c e 出es u p p l ya n dt h ed e m a n da i l dr e a c h i n gt h e m a x i m 啪s o c l a lb e n e 疗t t h ep a p e rt h e nd l s c u s s e st h er e a c t i v ep o w e rs e i c e ，i t sp r o c 哦m e m ，a n dt h e p o s s i b i l i t y o fac o m p e t l t i v er e a c t j v e p o w e rm a r k e t ，a i l dp o i m so u tt h a t am a r k e t s 0 1 u t i o no fr e a c t l v ep o w e rs e r v i c el st h eu l t i m a t eg o a lo ft h er e f o r m a sak i n do f o p t i m i z a t i o nm e t h o d ，t h el a 铲a n g em u i “p l i e rm e t h o di sd i s c u s s e d mt h i s p a p e ra l s ot h ep h y s l c a lm e a n i n go fl a g r a n g em u l t i p l i e ri sf e v e a i e d ，w h i c h s e e sa st h et h e o r e t i c a lb a s eo fo b t a i n i n gm a 晒n a lc o s t so fp o w e rs y s t e mf 如m0 p f c o m p u t a _ “o n an e wm e m o do fe v a l u a t i n g g e n e m t o r s r e a c t i v ep o w e rp r o d u c t i o n c o s tl s p r o p o s e d i n t h i s p a p e r a r e rt h e i n c l u s i o no fr e a c t i v e p o w e rp r o m i c t i o nc o s t o f g e n e r a t o r si nt h eo p fo b j e c t i v ef u n c t i o n ，t 1 1 es p o t 曲c eo fr e a c n v ep o w e ri sd e r i v e d 、v i t h r e g a r d t ow h e t h e r c o n s i d e r i n gt h e m a r k e td e m a n df h n c t i o no rn o t s o m e i m p o r t a mc o n c l u s i o n sa r et h e nm a d eb a s e d o n c o m p u t e rs i m u l a t i o nr e s u l t s i no r d e rt oa v o i ds o m ed i s a d v a n t a g e so fs p o tp r i c i n go fi e a d i v ep 0 w e r ，an o v e l c o s ta l l o c a t i o na p p r o a c hi sa l s op r o p o s e d w h i c ha l l o c a t e st h er e a c t i v ep o w e rc o s t s b a s e do nc o n s 啪e r s u s a g eo fr e a c t i v ep o w e rs o u r c e sa n d 仃a n s m i s s i o nl i n e so b t a i n e d b yp o w e r f l o w t r a c i n g ，t h ec a u s eo fp o w e r c i r c u l a t i o na n di t se l i m i n a t 主o ni sd i s c u s s e d an e wm e t h o do f a l l o c a t i n gn e t w o r kl o s st oa c t i v ea n dr e a c t i v ep o w e r t r a l l s l i s s i o ni s p r o p o s e d t h ec o m p m e rs i m u l a t i o n r e s u l t ss h o wt h a tt h ea l l o c a t i o nm 如o dc a n p r o v i d er e a s o n a b l ee c o n o m i cs i g n a i s ，a n d 讧s u i t a b l ef o re l e c t r i c 时p 0 0 1 k e y w o r d s ：e l e c t r c l t ym a r k e t ，a n c l l l a r ys e n l c e ，r e a c t l v ep o w e rs e r v i c e ，r e a c t j v e p o w e rp r i c e 夔壅史力市艘的无功功率服务定价研究浙江大学博士学位论文2 0 0 0 年9 月 第一章导言 1 1 电力市场概况 1 i 1 背景 近一个世纪以来，虽然世界各国的电力工业有着各自的结构和特点，但基 本上都具有一个共同的特征，也就是一体化的企业结构“1 。这种传统的一体化的 电力企业全权负责一个地区的电力生产、运输和供应，实行完全的垄断经营。 一个集所有电力服务于一身的电力公司，拥有从发电厂到配电网的全部设备， 并有多个控制中心实现统一的监控和调度，为制定生产计划到实时运行控制提 供完整的生产管理。许多国家( 尤其是发展中国家) 的电力工业通常是政府运 营的，而其它一些国家( 例如美国) 则以私有为主。 一般来说。传统的电力工业有以下一些基本特征： 1 垄断经营一电力公司拥有其所在区域发电、输电和配电的全部权利； 2 强制性的服务一电力公司必须满足其所在地区所有用户的电力需求，而 不能只向那些能从中获利的用户提供电能： 3 价格管制一电力公司制定的电价必须受政府控制和监管： 4 利润保证一政府通过控制电价来保证电力公司能获得公平合理的利润； 5 最优化运行一电力公司必须采用最经济的方式运行。 随着电力系统的迅速发展，尽管电力工业的技术水平已经日趋完善，电力 工业高度的垄断经济的负面影响却逐渐体现出来。随着电信、航空等其它传统 垄断行业的逐步市场化，各国政府在二十世纪八十年代初开始解除电力工业的 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，建立竞争性的电力交易市场”“。不过由于各国国情 有所差异，电力工业改革的步骤和建立的电力市场的结构也因此而相互不同。 推行电力市场的目的就是要打破垄断，引入自由、平等的贸易竞争，从而 降低成本，提高效益，改善服务水平，最终实现最大化社会效益的目标。在自 由竞争的市场环境下，各种资源可以得到最优的配置，成本高、效益低的电力 企业必然会被淘汰，而成本低、效益高的企业则将获得迅速发展。同时，用户 也可以在电力市场的环境下拥有选择权，获得更好的电力服务。 经济学的理论指出，个具有完全自由竞争的市场，必然能达到最大的社 黪狳 - 辫 蟛豢 乱。i鼍 第一章导言 会总体效益。这种完全自由竞争的市场应具有以下的特征： 1 市场中要有大量的生产相同商品的生产企业，并以最大化各自利益为生 产目标； 2 任何一个生产企业都不可能具有影响市场交易价格的能力； 3 市场参与者对各种信息能够完全自由获取： 4 市场中的交易和信息获取不需要任何的费用。 但是，任何实际存在的市场都不会具有以上的特征，市场参与者或多或少 地存在着控制市场价格的能力( m a r k e tp o w e r ) ，从而无法获得最大的社会效 益。对电力市场这个新兴的市场来说，法律法规尚不够完善，市场自由竞争机 制仍在不断发展，同时电力系统本身的特点也使问题更加复杂化。为解决这些 问题，国际上已做了大量的研究工作，以期让电力市场尽可能地接近完全自由 竞争。 把竞争机制引入电力工业，一般要通过横向和纵向的分解( u n b l l i l d l i n g ) 。 横向的分解是指打破原来的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。纵向的分解是 指改革一体化的电力服务，将发电、输电和配电分别独立开来并建立提供这些 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 实现公平的传输服务和管理，一般输电网公司由独立的系统运行员( i n d e d e n d e n t s v s t e m0 p e r a t o r ，i s o ) 进行操作，同时政府对其进行监控。另外，电力市场还 需要建立一个交易机构( p o u r e re x c l l 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。 电力市场作为一种新兴的市场，目前对其范围和一些概念还没有个统一 的定义。一般认为，电力市场的参与者包括发电、输电、配电、用户、经纪人 ( b r o k e r ) 等各方，市场由一个统一的管理机构进行管理并由i s 0 和p x 负责运行 电网和实现交易。电力市场中交易的商品是电能和为实现电能交易而必需的各 种系统服务( 输电服务、配电服务、辅助服务等等) ，电能的交易方式一般有 联营模式、双边合同模式和多边合同模式三类。电力市场的种类通常有长期合 同市场、短期合同市场( 一天或几天) 、实时市场( 一小时或半小时) 、电力 期货和期权市场等等。 1 1 2 电力市场下的电网结构和电网运行 a 电力1 二妊豹结构调整 电力工业的市场化进程将会逐渐使电力工业的结构发生根本性的变化，发 囊灌0 j 蒴攀： 爨彦电力市场中的无功功率服务定价研究浙江大学博士学位论文2 0 年9 月 电、输电及系统控制、配电等部门将从传统体化的电力公司中分离出来。电 力市场中主要由发电公司( g e n c o ) 、配电公司( d i s c 0 ) 、电力用户、输电公司 ( t m i l s m i s s i o no 咄r ，t 0 ) 、独立系统运行员( i s o ) 和电力交易所( p x ) 等 部分组成。 发电厂具有独立的运行和维护权。并且由于发电厂所有制的多元化，发电 厂的发展规划也将根据市场竞争机制来决定，而不是以往的通过行政手段来决 定：新型的b o t ( b u i l do p e n 此赫dt 舳s f h ) 电厂和p p ( i n d 印曲d e mp o w e r p d 0 d u c c r ) 将在电力市场的竞争中占居重要的地位。 电力市场中配电公司的职责和以往没有很大的区别。不过，现在的一个新 趋势是由独立的零售商来完成向用户出售电能的任务，而配电公司只负责进行 配电网的运行和维护。 随着输电网的开放，电力用户将有越来越多的自主权来选择为他们服务的 电力供应商。目前，有些国家规定只有大用户才能有选择的权利，如欧共体的 一些国家：而其他一部分国家则允许所有的用户都可以自主选择服务商，例如 n o r dp 0 0 l 、加拿大及英国等。 显然，真正具有公平竞争的电力市场存在的一个先决条件是能否提供公正 平等的电力传输服务。电力传输服务开放性问题的唯一解决方法是把输电部门 从电力系统中独立出来成立输电公司，避免任何不公平使用输电两的现象。长 期以来，发电和输电都是集成化发展的，其基本目的是向负荷提供可靠的电力 传输的功能，而使用输电网进行转运服务等通常是次要的。在这样的情况下， 不同的输电网的运行都相对独立，它们之间只是根据运行规程和可靠性需要进 行少量协作，并且输电网的扩容和更新主要是为了满足本地负葡的需要，具有 很强的地域性。随着电力市场的发展，输电网将会承担大量的批发转运或者零 售转运业务，最终打破输电网的区域概念。 i s o 是输电网的管理者，其责任主要包括：负责电网可靠运行；提供公平的 输电服务；安排电力传输计划；电网传输拥挤管理；提供辅驹服务( a n c i n a r y s e r v i c c ) ：完成实时电力市场交易和辅助服务交易等”“。由于i s o 对电力市场的 公平竞争至关重要，因此需要建立完善的法律和法规以避免i s 0 可以从任何市场 交易中获利。i s o 也可以和输电公司成为一体，比如英国的电力市场中n g c ( n 撕。玎i a lg 耐c 彻l p a n y ) 就同时具有电网的所有权和运行权。 p x 作为电力市场的交易场所，通常负责次日的电能生产的竟投和用户需求 的竞投工作”“。同时p x 一般也有未来一个小时的交易市场用来平衡短期的市场 供需。在英国n o c 同时完成i s 0 和p x 的工作，丽在美国加州的电力市场则有独 ：j 滋豢蘸： 第一章导言 立的部门分别完成i s o 和p x 的工作。 在有些地区的电力市场中，例如美国加州的电力市场，还存在另外一种特 殊的市场参与者，称为计划协调者( s c h e d u l i n gc o o r d i n a t o r ，s c ) “”。s c 负责将 多个市场参与者( 包括发电公司和配电公司) 撮合在一起，提供类似于p x 的交 易场所，主要实现电能的双边和多边贸易。s c 可以使用不同于其所处的电力市 场运行模式( 例如联营模式) 的方式进行内部交易，因此具有较大的灵活性。 b 。电两规觑和运行的调整 由于独立发电厂( p ) 、独立的输电公司、独立的配电公司以及新的电力 市场经纪人( b r o k e r ) 的出现，导致电网的规划和运行需要各方的协作。在制定 电网规划和电网调度中以上任何方都具有相当重要的地位，出现新型的相互 关系。 电力工业结构调整以后出现的权益分散将使电网运行计划和电网调度不能 再由传统意义上的系统调度员进行，而需要i s o 来负责。i s o 必须公平地对待针 对任何用户的操作，以及在输电网过载等紧急情况下对用户实施用电限制的工 作。电网运行的基本问题不再是优先解决属于电力公司的用户的电力需求，而 是要明确地定义输电服务、用户使用输电系统的权力以及相应服务费用，并将 其服务平等地提供给任何市场参与者。 输电网的开放导致发电厂和输电网的运行变得更加复杂。同时，不论是在 普通情况或紧急情况下，调度部门都要增加与其它相邻电网的控制合作。如果 电网内还有i p p ，调度中心还要负责控制和调度其发电出力以满足系统的需要。 男外，电网控制中心还必须负责实现各电力交易过程中的电力传输的经济性， 以及制定在系统紧急情况下各单位的强制性切负荷计划。 输电网开放也使得电网规划变得更加复杂，尤其是要解决输电网传输能力 ( a v a i l a b i en a l l s m i s s i o nc a p a b i l 蚵，a t c ) ”的评估以及保证在如现转运业务 以后电网的可靠性。同时，在用户可以自主地选择供电方的情况下，系统还需 要考虑输电网因此而出现的大量不确定因素。在出现电力市场之前，每个地区 电网设备的改造和新建是由当地的电力公司全权负责的。而随着电网的区域概 念逐渐消失，可能出现联合的电网规划组织进行各地区电网的统筹改造，在能 最好地满足用户需要的地点增加设备，而不必对新设备所属的区域加以限制。 电力市场中进行转运服务交易后，电网中将同时存在许多转运业务，从而 必须实现对各个转运过程的监视、计量，以及及时估计这些输电交易对系统可 靠性的影响。为了使输电网在电力传输交易中获得回报，可以采取将整个电网 输电服务的费用根据输电网的使用情况进行分配的方法。另外，发电厂也需要 4 一。蕊氯? ： ? 。鎏豢簿辫篱， 璺垦皇查查堑! 塑蒌堡兰奎竖箜壅堕竺堑塑兰叁兰! 璺主兰生堡兰! ! ! ! ! ! 星 对它们的发电出力进行记录，作为收费的依据。所以这些都要求系统对网间联 络线路和其他关键设施或节点的潮流状态进行精确的监测。 输电网的实时运行状态对整个电力市场的交易进行至关重要。输电线路的 传输极限需要比以前更加精确和实时的计算，并迅速将这些信息公布到电力市 场中，使市场各方能够因此做出正确的判断和实行交易计划。 为了要实现上述的运行监视和传输容量计算，必须对电力系统的通信部门 进行全面改造，采用更先进的通信技术( 例如光纤通信、无线通信以及卫星通 信等) 以增加数据传输的带宽和可靠性，同时也要大力加强各电网运行单位之 间的数据交换手段”。如果出现了类似美国的电力市场经纪人的话，还必须建立 强大的通信网络提供足够的信息来保证实时市场交易。 1 1 3 电力市场交易模式 电力市场中电能交易方式一般分成联营模式( p 0 0 1 ) 、双边合同( b i l a t e r “ c o n 仃a c t ) 模式、多边合同( m u l t j l a t e 豫lc o n l m c t ) 模式等：i 种”。 联营模式的电力市场如图1 1 所示，主要开放发电市场，在发电厂之间引入 竞争。i s o 和p x 的组合体负责集中管理输电网，并确定系统电价和实行输电交 易。这种联营模式的市场形式被英国国家电网公司、智刹、澳大利驱、阿根廷 等国家采用。 图i l 电力市场联营( 1 ) 模式 双边合同模式的电力市场如图1 2 所示，其中除r 由p x 负责管理的联营市场 ( p 0 0 1 ) 外，还包括由s c 负责的双边合同市场。双边合同市场允许发电厂和电 力用户通过s c 进行电能交易，然后由s c 将交易内容提交给i s o 审核。i s 0 对于双 边合同市场只是简单地负责实现交易，而不在电网调度过程中考虑发电厂的电 价因素。虽然双边合同模式中的联营市场并不是必须的，何在大多数此类模式 第一苹导言 的电力市场吖1 都还保留了这个部分。由于发电厂不仅可以通过竞价的方式向p o o l 售电t 而f 1 也可以有接和用户签订贸易合同，因此双边合同模式比联营模式更 具灵活性。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入此类。 圈12 双边合同模式的电力市场 多边合同模式的电力市场通常是联营市场、双边合同市场和多边合同市场 的组合体。多边和双边合同市场由市场经纪人( s c 或b r o k e r ) 进行协调，在发 电厂和用，o 之间实现电力交易，其一笔电能交易可能涉及多个发电厂和多个用 户。i s 0 每隔一定的时问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，哪些则尤法实现：然后经纪人再将需要进行的交易提交给i s 0 审核， 并由i s o 实现可行的电力交易。 在实际情况巾，虽然这三种交易模式的市场同时存在，但是双边和多边合 同市场会r 较大的比例。这是因为采用供需方合同的形式进行长期的电能交易 有利于输电网的投资和建设，而且发电厂和电力用户各自也可以得到销售和购 买电能卜| 的保证。此外，因发电厂通常鼓励合同式钓电力交易，所以会提高它 提供给联营市场的电能的价格，这也是联营市场在整个市场中比重较小的一个 原因。 电力f i 场中也将出现许多在竞争环境巾所采用的风险管理手段，例如远期 合同( f o r w a dc o n t r a c t ) 和期货合同( f u t u r ec o n 仃a c t ) 等”“。远期合同和期货 合同的主要差剐在于对远期合同不存在一个自由流通的交易市场，而期货合同 则有一个期货交易节场可以进行自由买卖。美国和挪威的电力市场已经采用期 货市场作为一种交易手段。 蔓凌磐囊 警 一一 一塑垦皇垄塑塑! 塑玉兰堡墨竖墨塞垒里壅塑垩查兰竖圭兰垡堡塞! ! ! ! 笙! 星 1 2 电力市场的历史和现状 1 2 1 世界各国的电力市场的发展历史 智利和英国早在八十年代初就开始了电力工业改革，是世界上最早进行电 力工业市场化的国家。随后阿根廷等拉丁美洲国家也加入了这个行列。到九十 年代电力市场得到了更加广泛和迅速的发展，美国、澳大利亚、挪威和亚洲一 些国家都分别建立了不同模式的电力市场”。 总的来说，电力工业改革的动力主要来自以下几个方面： 1 各国政府都认识到在电力供应商之间引入竞争和提供用户更自由的选择 权会给整个社会带来更大的利益。 2 二十世纪八十年代电力生产的规模效应的改变是一个重要的因素。由于 汽轮机技术的发展，小型发电机( 尤其是那些使用天然气的发电机) 的 效率获得了很大的改善并接近以往大机组才有的性能，从而逐渐出现了 大量的独立发电厂。电力市场的出现可以提供给这些独立发电厂参与发 电市场竞争的机会。 3 虽然私有化并不是电力工业改革的必要条件，但是改革促进了电力工业 的私有化进程。这是因为一些西方国家认为私营企业有较高的效率和较 低的成本，因此私有化对电力工业有利。 4 竞争可以促进新的技术和经营模式的应用，加速电力工业技术革新并改 善服务质量。相反地，传统的垄断电力企业的利润由政府保证，导致企 业没有自我改革的动力，不能积极降低生产成本和提高服务质量。 二十世纪七十年代末，美国最先开始探索电力工业的改革”八十年代f c s c h w e p p e 提出的实时电价( s p o tp r i c e ) 理论”，是电力市场理论研究的里程碑。 此后的一段时间里，美国不断发表了有关建立电力市场的理论研究成果。在政 策上，1 9 9 2 年美国颁布能源政策法，要求开放输电嘲，目的是在电能供应 方面创造一个公平竞争的市场。1 9 9 6 年联邦电力管理委员会( 嘞) 颁布了 o r d e r8 8 8 8 8 9 8 。，分别对输电网的开放和市场实时信息的提供进行了规定，从而 加速了电力市场化的改革浪潮。1 9 9 9 年1 2 月。f 既又颁布了0 r d e r2 0 0 0 ，计划 建立一种新的市场组织，称为地区输电组织1 ( r e g i 伽mt r 删s s i o n o r g a n i z a t i o n ，r t 0 ) 。r i d 是一种类似于i s o 但比i s o 更高层次的输电网管理部 门，负责管理美国各地区间的电力输送。目前美国最其代表性的地区市场有 c a l i f o m i a 、p j m ( 由部分p e n 璐y i v 柚斌n e wj 镊y 和m 删a 血州的电力系统组 成) 、n e wy b r k 、n e we n g l 锄d ( 由c m m 髓五c l i t ，m 鼬翱d l 峭髓乜，、 湘l 烈i t ，n e w 着荔黎鬻：誓+ “ 第一章导言 h 啪p s h i r e ，r h o d ei s l a n d s 和m a i n e 州的电力系统组成) 和e r c o t ( t e x a s ) 。 英国的电力企业从1 9 8 7 年开始进行私有化，1 9 8 9 年的电力法 ( e l e c t n c 时a c t ) 更为电力工业的私有化提供了法律依据”“。在英国政府的领导 卜，英国电力工业有计划、全面地推行电力工业体制改革，于1 9 9 0 年建立了采 用联营模式的e n 斟a 1 1 d & w i l e s 电力市场8 ，引入发电厂的竞争，形成了以国家电 网公司( n g c ) 为核心的电力联营机制。1 9 9 9 年5 月英国最终完成了电力工业 的私有化进程，其电力市场已经开放至低于1 0 0 k w 用电量的两千多万用户9 ”。 挪威在1 9 9 1 年起开始电力市场改革”“。由于挪威的电厂和配电网通常由一个 相同的公司拥有，为了避免电厂和配电嘲之间的长期垄断合作关系，挪威政府 一开始就直接全面开放输电网，并于1 9 9 2 年成立了一个独立的国家垄断输电公 司n o r dp o o l ”“。挪威电力市场同时允许电厂和用户两端的竞投，提供电厂和用户 的直接双边贸易，从而实现了比当时英国联营市场更自由化的电力贸易。挪威 政府于1 9 9 5 年通过了新的法律，并在1 9 9 6 年开始实施。同年，n o r dp o o l 实现了 和瑞典的电力市场合并，并允许丹麦和芬兰的发电厂参与其市场竞争。 澳大利贬的电力市场改革起始于1 9 9 1 年”，由澳大利弧政府委员会 ( c o u n c i lo fa u g 响l i a ng o v e m m e m s ，c o a g ) 确定了建立电力市场的计划，并 成立了国家电网管理委员会( n a t i o n a lg r i dm a n a g e m e mc o u n c i l ，n g m c ) 来负 责实施。电力市场的改革包括引入发电和零售竞争、建立垄断的输电网公司、 私有化电力企业并有条件地建立国家的批发和零售市场。同时澳大利亚电力工 业也开始起草国家电力法( n a t i o i l a le l e c 仃i c 耐c o d e ) 确定批发贸易和输电网开 放的规则。1 9 9 6 年澳大利亚成立国家电力法管理公司( n a l i o n a le l e g 砸c 畸c o d e a d m i n i s t r a 【t o rl i m i t e d ，n e c a ) 和国家电力市场管理公司( n a t i o n a le 1 e c 仃i c 时 m a r k e tm a i l a g e m e mc 鲫p a l l yl i m i t e d ，n e h 删c 0 ) 来进行电力市场的立法、 监管和实施工作。在部分地区市场的基础上，1 9 9 8 年澳大利亚正式成立了国家 电力市场( n a t i o n a le l e c t r i c 时m a r k e t ，n e m ) 。 在南美洲，阿根廷于1 9 9 2 年开始着手进行电力工业的私有化进程并进行电 力工业的结构调整。巴西、智利和哥伦比亚等国家也进行了类似的改革。在亚 洲，1 9 9 5 年日本开放发电市场，允许口p 在市场中参与竞争”1 。1 9 9 5 年韩国和泰 国也开始进行发电市场的建设。中国台湾省于1 9 9 6 年批准了第一个独立发电厂 上网。 我国的电力市场改革起始于1 9 8 5 年实施的电厂投资开放政策”。1 9 9 5 年国家 颁布中华人民共和国电力法，为电力工业的改革提供了法律的依据。作为 尝试，浙江和安徽分别于1 9 9 4 年和1 9 9 5 年建立了模拟电力市场，将省级电力公 戴彦电力市场中的无功功率服务定价研究浙江大学博士学位论文2 0 0 0 年9 月 司分成发电、配电和调度三个部分，调度中心授权向发电厂买电，并向供电局 卖电。各电厂的上网电价和峰谷电价由省电力公司分别制定，而对供电局则采 用统一的购买电价。浙江、安徽两省的模拟电力市场都采用了发、用电量与频 率挂钩的方法，间接地调整发电厂的上网电价和供电局的购买电价，从而达到 调整市场的供需关系的目的。模拟电力市场打破了我国电力工业长期以来统一 核算、利益均分的一体化经营模式，但是并未建立一个完善的市场运营机制， 主要还是由行政手段调整电价来平衡电能供需关系。同时输电网还没有开放， 发电厂和供电局都无权选择贸易伙伴。因此离实际的电力市场还有很大的距 离。从2 0 0 0 年起，浙江省、山东省、上海市等地区开始实行电厂竟价上网，从 而开放了发电市场的竞争。 1 2 2 具有代表性的几个电力市场 本节将简要介绍目前世界上三个较具代表性的电力市场：英国e n g 妇d & w i l e s 电力市场、澳大利亚国家电力市场和美国加州电力市场。 a 英国e n g l a 以& w a l e s 电力市场 英国e n g l a n d & w a l e s 电力市场建于1 9 9 0 年3 月3 1 日，采取单一的联营模式进 行电力交易，国家电网公司( n g c ) 作为市场管理者负责整个市场的运营。其 市场的大致结构如图1 4 所示。 盟l 荚曩h i g “、l 电力市场鲭构 英国十二个地区电力公司( r c g i 伽i a le l n 记c o m p a n y ，戳) 已经完全私 9 第一章导言 有化，拥有1 3 2 k v 及以下的输配电网络，负责将电能出售给最终用户。另外， 1 m w 及以上的大用户也可以自由选择供电商( r e c 、p o o l 或i p p ) 。 上网的发电厂每天将次日的竟投价格曲线报给市场，然后n g c 在对次日负 荷的预测的基础上制定发电计划并确定未来一天的上网电价。第二天n g c 按照 制定的发电计划对发电厂进行实时调度，并根据实际情况( 负荷改变或系统故 障) 对发电计划做必要的修改。电网最终支付给发电厂的费用根据一个结算系 统( s e n l 锄e ms v s t e m ) 计算得到。 英国电力市场中的交易价格是根据“最后成交竞投( l a s ta c c e p t l db i d ) 价 格”而修正得到的统一市场价格。p o o l 将所有的发电厂和用户的竞投数据分别按 照价格上升和下降的次序排列并累计画出相应的供需曲线，供需曲线的交点就 是市场的成交价格( m a r k e tc l e 撕n gp r i c e ，m c p ) ，如图1 5 所示。所有在供需 曲线交点左边的竞投都会以统一的m c p 实现交易。用该方法确定成交价格的还 有新西兰和美国加州的电力市场。 。 m w i 鞫l5 供需曲线以市场价格的确定 图1 ，5 所确定的市场成交价格没有考虑系统安全性和其它的运行约束，称为 无约束调度。有些交易可能在实际情况- ，是4 i 能完成的，凶此m c p 还需要进行 修正才能确定最后的市场交易价格。 经过一段时间的运行，英国政府发现现存的市场有很多需要关注的问题， 特别是发电机竞投的电价通常不能反映实际的成本。由于e n 日a n d w a l e s 电力 市场存在两个占居主导地位的发电商，因此缺乏足够的竞争。虽然自1 9 9 0 年以 来英国的发电成本逐步降低了大约一半，但是却没有引起相应电价的下降a 其 中一个很重要的原因是现行模式使用统一的市场成交价格，这个价格容易受到 少数大电力公司的影响，从而成为他们控制电价的工具。1 9 9 8 年英国提出了新 1 0 、t r 妒 堕垦皇垄堕堑! 堕垂堡垫圭竖墨些竺竺茎塑! 三查兰堕主兰堡堡苎! ! ! ! 兰! 旦 的以双边合同为主体的市场模式，以期引入更多的竞争i 。同年英国政府在电力 政策白皮书中确认了这个改革方向，并且制定了详细的实施计划。这个新的市 场模式自2 0 0 0 年开始正式使用，其大致的市场流程如图16 所示。 ； t l ； ： i ； ：i 慧：i ：氅， r x 实：；：平 市场结算 ( f o n v a r d m a r b t ) 一 衡市场 ”。1 什 f 圈j6 英国新市场模式的交易流程 b 澳大秘亚萤家电力市场 1 9 9 8 年澳大利亚国家电力市场( n e m ) 在v i c t a r i a ne l e c 砸c 蛔m a r k e t ( v i c p 0 0 l ，1 9 9 4 年成立) 、n e ws o u t hw a l e ss t a t ee k 耐c 畸m a r k e t ( s e m ， 1 9 9 6 年成立) 和q e 璐l a n de l e c 仃i c 时m a r k e t ( 1 9 9 8 年成立) 的基础上正式成 立，其范围包括a u s 订a l i a nc a p i t a lt e r r i 协l 弘卜e ws o u t l lw 引e s 、q u i l s i a i l d 、 s o u t i la u s 刚i a 和c t o r i a 地区。 n e m 采用与e n m a i i d & w 甜e s 电力市场类似的联营模式，其结构如图1 7 所 示，市场的交易方式如图1 8 所示。国家电力市场管理公司( n 】舐岱量c o ) 负责 集中的电网管理和短期电力供需的平衡，并以半小时为单位计算一次电价。 不过与英国不同的是，n e m 采用实时电价( s p o tp “c e ) 的方式制定电价。 这种电价模式要求发电厂和用户都向电网提交各自的竞价曲线，然后电网调度 员通过优化得到最后的调度安排，而电价则根据优化结果中的边际成本得到。 闺17 鼻丈剃亚删电力空募方式 第一章导言 圈l8 澳大利亚n e m 结构 n e m 由几个地区电网组成，如果网间联络线路达到传输极限，则n e m 必须 使用更加昂贵的本地发电机满足负荷需求。因此，为了以最经济的形式平衡区 域问的供需关系，计算实时电价时必须要考虑m 绋传输拔限和网络损耗的影 响。n e m 根据联络线的情况将整个电网分成若干区域，在每个区域内取一个参 考节点代表该区域。然后n e m 需要确定各个区域之间的传输损耗系数，并根据 这个系数调整相应区域的发电机和用户竟投曲线。另外，n e m 也根据历史数据 分析设定各个区域内的网络损耗系数。这些系数一般是给定的常数。然后区域 内的发电机和用户竞投曲线也需要按照这些系数进行调整。 根据调整后的发电机和用户的竟投曲线，市场中每半小时的电价通过分别 计算六次五分钟的实时电价并最后取平均值得到。 c i 美国翻拍电力角场 美国加州电力市场于1 9 9 8 年成立，目的是在电力供应中引入激烈的竞争， 允许用户有选择权，建立i s o 和p x 并通过实时市场、双边贸易和价差合同 ( c o n t r a c tf b rd i 仃e r e n c e s ，c f d ) 等形式提供电力贸易。其市场结构如图1 9 所 示，市场参与者包括发电厂、电力交易所( p x ) 、计划协调者( s c ) 、独立系 统运行员( i s 0 ) 、配电公司( u t i l i t yd i s 订i b u t i o nc o m p a n y ，u d c ) 、零售商 ( e n e 略ys e i c ep r o v i d e r ) 和用户。 i s o 和p x 是最重要的两个电力市场部门。i s o 负责调度、电网运行、提供输 电服务和拥挤管理、购买和提供辅助服务、通过一个实时市场平衡电网的实时 供需关系等任务。p x 是一个提供电力交易场所的非盈利性公司，主要包括未 来2 4 小时和未来1 小时的市场以及双边贸易和价差贸易市场，其采用的定价方式 与英国e n g l a n d & w 羽e s 电力市场一样，根据“最后成交竟投价格”原则决定统 一的市场成交价”。p x 属于s c 的一种，也需要把最后确定的交易提交给i s o 审 鬻遴纂 篓垦皇塑里堑! 箜歪堕兰奎里丝塞堕墅窒塑坚查兰竖主兰垡堡兰! ! ! ! 主! 星 核。i s o 可以根据需要对这些交易再作一些修正以消除网络拥挤。 圈l9 美国加州电力市场结构 自机 曰月p 美国加州电力市场对辅助服务( a n c i i l a r ys c r 妇s ) 设立了专门的市场，由 i s 0 负责市场运作”。在辅助服务市场中进行交易的有a g c 、各种系统备用容 1 量、无功功率支持、事故恢复等服务。其中无功功率支持和簪敲披复通过长期 合同进行交易：其它的a g c 和备用服务则以小时为单位交易，由i s 0 确定需求曩 并根据提供服务的电力公司的报价曲线决定a g c 和备用服务价格。 ， 1 3 辅助服务及获取方法 电力系统的安全性一真是电网运行中需要考虑的一个重要村越，而一个可 靠运行的电网又是在电力市场中实现电能交易的基础。般来说：为保证系统 安全运行和电能供应质量的系统服务统称为辅助狠务。麟4 i 匕u 与患力生产和供应 区别开来。有些学者也把辅助服务定义成为满足输电而需要舶所有运行和控制 工作。 辅助服务包括调度、电压和无功功率控制、频率控制、a g c 、各种系统备 用、系统稳定控制等“。这些工作在电力市场出现前都可以由系统运行员直接 操作发电机和输电网的相关控制设备来实现。随着电力市场的建立，电力工业 的各个功能都相互独立开来，从而无法保证电网各个部分在任何情况下都配合 系统运行，需要通过有偿的辅助服务形式来满足系统运行的安全性和经济性。 辅助服务覆盖了从发电、输电到负荷的所有环节，不过大部分的辅助服务是由 发电厂提供的。 皆蛩 瀵 第章导言 总的来说，辅助服务丰要可通过强制性手段和市场手段两种方式来获得j 。 有些电力市场通过强制性手段获得发电厂提供的辅助服务，比如系统运行部门 可以要求发电厂提供频率控制和a g c 作为其i j 网的前提条件。4 ；过这种强制性 的手段多少带有一些传统电力工、世的色彩。日前大多数f 删家更倾向于建立相应 的市场来提供商业化的辅助服务( 如旋转备用和a g c ) ，如美围的f e r c 就要求 辅助服务必须作为一种商品提供给用户，并通过市场决定其价格。作为一种折 衷方案，一些电力市场现在采用强制性服务和商、l k 性服务相结合的方式，如西 班牙就要求发电机必须提供备用服务，而a g c 则通过市场手段获得。通常这两 种辅助服务的获得方式互为补充，不过随着l 岜力市场的发展，市场手段必然会 逐渐占主要的地位。 系统备用还可以通过另外的方式获得并制定价格，比如要求发电厂将备用 和发电捆绑赴一起进行竞投，交易所根据竞投的情况估计出相应备用服务的机 会成本，然后以此成本补偿提供备用的发电厂。 对于输电网络来说，无功功率服务是其希望获得的主要的辅助服务之一。 无功功率主要米源十发电机和输电网中的无功补偿、嫂备，具有较强的地域性， 难以建立一个全网范围的充满竞争的无功功率市场，因而通过强制性手段要求 无功服务也有一定的合理性。不过有些学者也提f = 了卡h 反的观点，认为无功功 ；搴服务提供商可以不受地域限制，在任何地区根据需要安装自己的无功补偿殴 各，从而增加局域性的无功服务市场的竞争。不管怎样，也力市场中的尤功功 率的获得和补偿设备的布置肯定与其传统的方式不同。荚闭f e r c 规定对发【u 机 和补偿设备提供的无功功率加以区分，补偿驶备发出的尢功功率的成本作为输 电费几j 的一部分以嵌入成本形式进行回收，而发电机发出的无功功率的成本作 为电压控制服务成本的一部分进行回收。 1 4 电力市场中的定价问题 电力市场中的定价方法一直足同际【：电，j 市场研究的主要00 题之一。随着 电力d i 场的发展，辅助服务，1 i 可避免地逐