廣東日前電力市場方案設(shè)計與市場仿真

2018-03-16 10:11:53 電力需求側(cè)管理　點(diǎn)擊量：評論 (0)

本文作者廣東電網(wǎng)有限責(zé)任公司王一、譚躍凱、胡建軍、姚星安、黃遠(yuǎn)明、盧恩，以及清華大學(xué)馬子明，文章首發(fā)于《電力需求側(cè)管理》雜志20

本文作者廣東電網(wǎng)有限責(zé)任公司王一、譚躍凱、胡建軍、姚星安、黃遠(yuǎn)明、盧恩，以及清華大學(xué)馬子明，文章首發(fā)于《電力需求側(cè)管理》雜志2018年第一期。

廣東省自2013年啟動電力直接交易擴(kuò)大試點(diǎn)以來，積極探索電力直接交易的市場模式和規(guī)則，出臺了一系列配套文件和相關(guān)政策；同時，為了對市場主體的信息進(jìn)行綜合管理，為市場成員提供開放便捷的交易平臺，提高市場效率，降低交易成本，廣東電力市場交易平臺于2015年3月正式上線試運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)了電力用戶與發(fā)電企業(yè)直接交易的市場注冊、交易申報、交易管理、合同管理、結(jié)算管理、交易監(jiān)視、系統(tǒng)維護(hù)、信息發(fā)布等基本功能。目前，廣東電力市場直接交易的基本框架已初步形成，進(jìn)行了多次年度雙邊協(xié)商交易和月度集中競爭交易，有效激發(fā)了發(fā)電企業(yè)和電力用戶參與直接交易的積極性，電力市場改革的紅利初步顯現(xiàn)。廣東電力市場直接交易基本情況如表1所示。

然而，隨著大用戶直購電的深入開展，中長期雙邊交易的市場化和現(xiàn)貨交易非市場化之間的矛盾日益凸顯。僅僅具有中長期市場，而沒有日前現(xiàn)貨市場的電力市場體系是不完善的。日前市場依托日前更加明確的市場信息，對發(fā)電資源進(jìn)行優(yōu)化配置，形成日前發(fā)電計劃和日前市場電價。日前市場價格信號是整個交易體系的價格風(fēng)向標(biāo)，能夠反映短期發(fā)電成本、電力資源稀缺性、市場供需形勢、電網(wǎng)阻塞情況等關(guān)鍵市場信息。由于電力瞬時平衡的物理特點(diǎn)，現(xiàn)貨市場價格信號能夠提供比中長期市場價格信號更多的與電力系統(tǒng)物理約束相關(guān)的市場信息，因此，沒有現(xiàn)貨市場，電力市場體系是殘缺不全的。建立日前市場是電力市場化改革的關(guān)鍵一步，能夠進(jìn)一步提升電力資源的優(yōu)化配置水平。

發(fā)達(dá)國家大多已建立了較為成熟的、符合其國情的日前電力市場。國際上主流的電力市場模式以美國PJM市場和英國電力市場為代表。《關(guān)于進(jìn)一步深化電力體制改革的若干意見（中發(fā)［2015］9號）》（以下簡稱“中發(fā)9號文”）提出的集中式與分散式2種電力市場模式，即分別以美國PJM市場和英國電力市場為藍(lán)本。

美國PJM的日前電能市場采用節(jié)點(diǎn)邊際電價體系（locational marginal price ,LMP），對次日電能開展全電量優(yōu)化，日前市場的競價空間為次日所有電量。日前市場開放報價后，發(fā)電機(jī)組應(yīng)在報價截止時間前向獨(dú)立系統(tǒng)運(yùn)營商（independent system operator ,ISO）申報報價曲線、機(jī)組出力上下限、機(jī)組最小連續(xù)開停機(jī)時間、機(jī)組爬坡速率等競價信息和物理約束。報價截止后，ISO根據(jù)機(jī)組報價信息、日前市場交易空間、系統(tǒng)備用需求等數(shù)據(jù)，以總購電成本最小化為目標(biāo)，運(yùn)行考慮系統(tǒng)安全約束的日前市場出清程序，計算出日前機(jī)組組合方案、調(diào)度計劃和各節(jié)點(diǎn)的日前節(jié)點(diǎn)邊際電價（day-ahead LMP）。PJM定義的節(jié)點(diǎn)邊際電價由3部分組成，包括參考節(jié)點(diǎn)的邊際電價、阻塞分量和網(wǎng)損分量，反映的是在該節(jié)點(diǎn)增加一單位電量的負(fù)荷供應(yīng)所引起的系統(tǒng)總費(fèi)用的增加。

英國現(xiàn)貨市場主要采用部分電量競爭、邊際集中出清的方式。英國大部分電能以雙邊物理交易的形式完成，由購售雙方自行確定自己的發(fā)用電曲線，雙邊交易過程中不考慮系統(tǒng)安全約束；現(xiàn)貨市場以日前剩余電量為交易空間，是一個發(fā)電企業(yè)與電力用戶雙向申報的雙邊集中交易市場，在交易過程中不考慮系統(tǒng)安全約束。現(xiàn)貨市場采用標(biāo)準(zhǔn)合同制，主要包括半小時至幾小時的塊合同、基荷塊合同、峰荷塊合同等，為市場成員提供不同時段的個性化的發(fā)用電選擇方案。

然而，當(dāng)前廣東省（深圳除外）還沒有核算獨(dú)立的輸配電價；各機(jī)組由于建設(shè)時間、機(jī)組類型、還貸壓力等的不同，成本有較大的差異。而電力用戶實(shí)行目錄電價，不同類型、不同地區(qū)的電力用戶用電價格亦有較大差別。電力體制的改革不是一蹴而就的，我國電力體制的現(xiàn)狀是廣東省電力市場建設(shè)必須充分考慮的。本文參考國際成熟的日前市場模式，結(jié)合廣東省實(shí)際情況，設(shè)計了全電量競爭的日前市場方案。

一、日前市場建設(shè)的基本原則

日前市場是電力交易、電力調(diào)度緊密耦合的市場，不僅要考慮發(fā)電成本、社會福利，還要考慮交易結(jié)果的可執(zhí)行性。因此，日前市場建設(shè)需要遵循以下一些原則。

1.1交易和調(diào)度應(yīng)有序銜接的原則

電力交易機(jī)構(gòu)和電力調(diào)度機(jī)構(gòu)必須做到有序銜接，明確各自的職責(zé)范圍，實(shí)現(xiàn)在電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行前提下的社會福利最大化。根據(jù)中發(fā)9號文的精神和電力市場運(yùn)行要求，交易中心主要負(fù)責(zé)市場主體注冊及注銷、組織實(shí)施電力市場交易、編制交易計劃，并提供結(jié)算依據(jù)和服務(wù)。調(diào)度機(jī)構(gòu)主要負(fù)責(zé)電網(wǎng)運(yùn)行安全、系統(tǒng)實(shí)時平衡和日以內(nèi)即時交易，執(zhí)行交易計劃，并按照市場規(guī)則向交易中心提供與交易相關(guān)的負(fù)荷、電源及電網(wǎng)數(shù)據(jù)與信息。

1.2日前市場安全校核的原則

當(dāng)前，廣東省的年度雙邊協(xié)商交易和月度集中競爭交易，在交易出清時均未考慮安全校核，僅由調(diào)度機(jī)構(gòu)開展事后的安全校核。由于日前市場在時序上更加接近實(shí)時運(yùn)行，必然面臨更多的物理約束，無約束交易結(jié)果很可能無法滿足系統(tǒng)安全運(yùn)行的要求。因此，日前市場的出清必須考慮系統(tǒng)安全約束，保證市場效率與可執(zhí)行性的有機(jī)結(jié)合。遵循上述原則，本文設(shè)計了基于全電量競爭的廣東日前電力市場模式。

二、全電量競爭的日前現(xiàn)貨市場建設(shè)方案

2.1交易標(biāo)的

全電量競爭的日前現(xiàn)貨市場的交易標(biāo)的為日前預(yù)測的總電量。在市場建設(shè)初期，主要以電量為標(biāo)的進(jìn)行競爭，中標(biāo)結(jié)果以電量形式下發(fā)到發(fā)電企業(yè)；之后可過渡到基于峰、平、谷時段的交易；當(dāng)日前電力市場建設(shè)成熟后，可以從以電量為標(biāo)的過渡到以電力曲線為標(biāo)的，以小時為單元進(jìn)行多時段統(tǒng)一出清。電廠通過年度計劃、雙邊協(xié)商與月度競價已獲得的所有電量都轉(zhuǎn)化為差價合約處理，雙邊合同每日分解量由市場雙方?jīng)Q定，并在日前市場交割日前3日上報給交易機(jī)構(gòu)，作為結(jié)算的依據(jù)。

2.2交易主體

發(fā)電側(cè)的交易主體不僅包括火電機(jī)組，還應(yīng)逐步納入核電、水電、氣電等所有類型的發(fā)電企業(yè)，最終實(shí)現(xiàn)絕大多數(shù)發(fā)電企業(yè)參與日前現(xiàn)貨市場。

2.3交易時序

在市場建設(shè)初期，日前現(xiàn)貨市場可于電力交割日前2—3天開展，一方面為火電機(jī)組安排開停機(jī)預(yù)留足夠時間，另一方面為了適應(yīng)各項(xiàng)工作的開展預(yù)留充足時間；待市場建設(shè)逐步完善之后，可將交易組織的時間逐漸往交割日靠攏，直至在交割日前一天開展。

在市場建設(shè)初期，建議開市時間設(shè)在日前2—3天開始交易日的8:00，閉市時間設(shè)在開市交易日的16:00。待市場建設(shè)逐步完善后，參照國際經(jīng)驗(yàn)，開市時間可以設(shè)在日前8:00，閉市時間可以設(shè)在日前12:00。

2.4交易組織流程

全電量競爭方案的交易組織流程如圖1所示。

在日前市場開市前，調(diào)度機(jī)構(gòu)應(yīng)向交易機(jī)構(gòu)提交機(jī)組的檢修計劃、交割日負(fù)荷預(yù)測曲線、交割日負(fù)荷預(yù)測電量、最小開機(jī)需求、主要輸電斷面的傳輸能力等運(yùn)行信息；以及不同電廠的計劃電量完成情況。交易中心向市場發(fā)布電力交割日的電量預(yù)測（交易標(biāo)的）、機(jī)組的檢修計劃，主要輸電斷面的傳輸能力等市場信息。

日前市場開市后，按照規(guī)則規(guī)定的申報電價和申報電量的形式，電廠向交易中心申報其在交割日的發(fā)電量、價格，用戶向交易中心申報其在交割日不同時段的用電量與價格。在規(guī)定的報價時間截止之前，電廠和用戶可隨意修改其報價。市場建設(shè)初期，建議由交易與調(diào)度機(jī)構(gòu)共同核定不同機(jī)組類型的啟停成本，形成統(tǒng)一、公開的標(biāo)準(zhǔn)，而不采用電廠申報的方式。

日前市場閉市后，交易機(jī)構(gòu)根據(jù)市場成員的申報數(shù)據(jù)與電力系統(tǒng)的運(yùn)行信息，對日前現(xiàn)貨市場進(jìn)行多時段統(tǒng)一出清計算。調(diào)度機(jī)構(gòu)對有約束交易結(jié)果做進(jìn)一步安全校核，完成后向交易中心提供安全校核的結(jié)果（包括需要調(diào)整的交易結(jié)果及調(diào)整原因等）。交易中心形成最終的有約束出清結(jié)果，向調(diào)度機(jī)構(gòu)提供并向市場主體公布。

交割日結(jié)束后，由調(diào)度機(jī)構(gòu)將交易執(zhí)行結(jié)果提交給交易機(jī)構(gòu)，作為結(jié)算依據(jù)。

2.5報價機(jī)制

在規(guī)定時間內(nèi)，電廠向交易中心申報其在交割日的發(fā)電量和價格，用戶向交易中心申報其在交割日的用電量和價格，報價可分為多段申報。市場主體申報價格不得高于最高限價，不得低于最低限價。若某日市場主體沒有在規(guī)定時間內(nèi)進(jìn)行申報，則視為延續(xù)上一次申報的發(fā)（用）電量和價格。

在日前市場建設(shè)初期，由于沒有完善的輸配電價體系，報價采用價差申報的機(jī)制。電廠申報基于其機(jī)組上網(wǎng)電價的偏差價格，降價為負(fù)，提價為正；用戶申報基于其目錄電價的偏差價格，降價為負(fù)，提價為正。待日前市場機(jī)制完善后，不再采用價差申報機(jī)制，市場主體申報絕對電價。

2.6交易出清機(jī)制

日前市場實(shí)行節(jié)點(diǎn)邊際電價出清機(jī)制，以反映各個節(jié)點(diǎn)、各個區(qū)域的邊際發(fā)電成本。若在市場建設(shè)初期采用基于價差的申報機(jī)制，則市場出清價格為價差形式。

出清應(yīng)以具有公信力的優(yōu)化軟件作為計算工具。出清計算的結(jié)果包括交割日的機(jī)組組合、電廠的中標(biāo)電量和分時的市場邊際出清價格。在日前市場建設(shè)初期，可公布峰段、平段、谷段3段的市場邊際出清價格；逐步過渡到以分時的市場邊際出清價格為結(jié)算依據(jù)。原則上，不安排燃煤火電機(jī)組日內(nèi)啟停。出清計算的目標(biāo)為發(fā)電成本的最小化，在考慮所有電廠報價的基礎(chǔ)上，還考慮了電廠的啟停成本。啟停成本只用于交易出清計算，不對機(jī)組進(jìn)行實(shí)際補(bǔ)償。出清計算中應(yīng)考慮以下約束條件，包括功率平衡、系統(tǒng)備用、機(jī)組出力上下限、機(jī)組最小連續(xù)開停機(jī)時間、機(jī)組爬坡速率、主要輸電斷面?zhèn)鬏敇O限等，從而確保出清結(jié)果的可執(zhí)行性。

考慮到廣東電網(wǎng)存在較為固定的、邊界明確的輸電阻塞，建議可將廣東電網(wǎng)劃分為粵東、粵西、珠三角與粵北等幾大價區(qū)，出清時，分別計算各個價區(qū)的結(jié)算電價。若運(yùn)行時價區(qū)內(nèi)出現(xiàn)較嚴(yán)重的網(wǎng)絡(luò)阻塞或潮流越限情況，則應(yīng)將該價區(qū)繼續(xù)分區(qū)。

分區(qū)電價的形成可以采用2種方法。一種方法為出清時計算價區(qū)內(nèi)每個節(jié)點(diǎn)的節(jié)點(diǎn)電價，發(fā)電機(jī)組結(jié)算價格為其所在節(jié)點(diǎn)的節(jié)點(diǎn)電價，負(fù)荷的結(jié)算價格為按照價區(qū)內(nèi)各個節(jié)點(diǎn)負(fù)荷權(quán)重得到的加權(quán)平均節(jié)點(diǎn)電價。另一種方法為出清時以該價區(qū)內(nèi)調(diào)用的價格最高的機(jī)組的報價（該價區(qū)的邊際電價）作為結(jié)算電價。第一種方法發(fā)電側(cè)結(jié)算可以充分體現(xiàn)發(fā)電成本的空間分布，同時不會因?yàn)槟骋痪植繀^(qū)域阻塞導(dǎo)致發(fā)電成本和負(fù)荷側(cè)價格大幅上升；第二種方法適用于價區(qū)內(nèi)阻塞較小的情況，發(fā)電側(cè)和負(fù)荷側(cè)價格信號統(tǒng)一，表示該價區(qū)的邊際電價，但是若某一局部區(qū)域阻塞，可能會使得價格出現(xiàn)大幅上升，市場成員可能動用市場力謀利。因此，建議采取第一種方法。

2.7交易執(zhí)行

電力調(diào)度機(jī)構(gòu)應(yīng)根據(jù)日前現(xiàn)貨市場的出清結(jié)果，安排相應(yīng)的機(jī)組組合及發(fā)電出力曲線。電力調(diào)度機(jī)構(gòu)可在必要時（如出現(xiàn)較大范圍的負(fù)荷波動、機(jī)組停運(yùn)等）調(diào)整機(jī)組組合方案，原則上在發(fā)電容量不足時，可參照機(jī)組的申報序列，適當(dāng)增加部分開機(jī)（電量價格按其報價結(jié)算，不改變?nèi)涨艾F(xiàn)貨市場的出清價格）。

原則上，當(dāng)日前現(xiàn)貨市場對于交割日電量的預(yù)測出現(xiàn)較大偏差時，調(diào)度機(jī)構(gòu)在交割日執(zhí)行時可采用2種方式進(jìn)行調(diào)度，一種是按照申報價格/價差的序列優(yōu)先調(diào)用便宜機(jī)組；一種是按照中標(biāo)結(jié)果依比例調(diào)增/調(diào)減機(jī)組的發(fā)電量，保證調(diào)增/調(diào)減比例基本一致。

2.8交易結(jié)算

（1）中長期電量的分解。

由于在日前現(xiàn)貨市場開展之前，各電廠通過年度計劃、雙邊協(xié)商與月度競價，分別獲得了一定的電量，由電力交易機(jī)構(gòu)采用基于均衡進(jìn)度的雙邊交易合約電量分解模型［8］，將中長期合約電量分解到月，其加總稱為電廠的月合約電量。在日前現(xiàn)貨市場開市之前，電力交易機(jī)構(gòu)需要將各電廠的月合約電量按照一定的規(guī)則分解到每日，形成日合約電量。日合約電量原則上按照各日的負(fù)荷預(yù)測電量比例進(jìn)行分配。

（2）差價合約的結(jié)算。

首先，對電廠此前所確定的年度計劃、雙邊協(xié)商與月度競價等交易結(jié)果按照各自的成交價格進(jìn)行結(jié)算。對于電廠在日前現(xiàn)貨市場上的中標(biāo)電量與其日合約電量的差值，按照日前現(xiàn)貨市場的出清價格進(jìn)行偏差結(jié)算。當(dāng)日前市場中標(biāo)電量高于其日合約電量時，高出部分按照日前現(xiàn)貨市場的出清價格支付給發(fā)電企業(yè)；當(dāng)日前市場中標(biāo)電量低于其日合約電量時，少的部分按照日前現(xiàn)貨市場的出清價格由發(fā)電企業(yè)支付。

（3）執(zhí)行偏差量結(jié)算。

在市場建設(shè)初期，考慮到并沒有組織實(shí)時現(xiàn)貨市場，也沒有產(chǎn)生實(shí)時的電價信號，可以直接將電廠在交割日的實(shí)際發(fā)電量與其日前市場中標(biāo)電量的差值，視為偏差結(jié)算的標(biāo)的電量，按照日前現(xiàn)貨市場的出清價格進(jìn)行偏差結(jié)算，即對于實(shí)際發(fā)電量高出日前市場的部分，按照日前市場價格獲得收益，對于實(shí)際發(fā)電量低于日前市場的部分，按照日前市場價格扣除收益。現(xiàn)貨市場建設(shè)成熟階段，建立實(shí)時市場，在實(shí)時調(diào)度中依據(jù)市場成員的實(shí)時市場報價調(diào)用發(fā)電機(jī)組，采用日前市場與實(shí)時市場價格的差值對偏差電量進(jìn)行結(jié)算。

三、廣東日前電力市場仿真

為了測算本文提出的日前市場方案對廣東電力市場的影響與適用性，本文選取絕對電價申報、日前全電量競爭、分時節(jié)點(diǎn)邊際電價的日前市場成熟模式，對廣東日前電力市場開展市場仿真。采用2016年10月29日廣東電網(wǎng)的實(shí)際網(wǎng)架、并網(wǎng)機(jī)組和節(jié)點(diǎn)負(fù)荷等數(shù)據(jù)，機(jī)組報價根據(jù)廣東省現(xiàn)行的機(jī)組上網(wǎng)電價做適當(dāng)調(diào)整后獲得。

圖2為系統(tǒng)負(fù)荷曲線及湛江1F號機(jī)組和中新1F號機(jī)組的中標(biāo)情況。

由于湛江1F號機(jī)組成本較低，其報價較低，雖然在1—8時段的低谷時段出力在最小出力上，但是在負(fù)荷高峰時段，其出力增加至255MW；而中新1F號機(jī)組成本較高，報價較高，雖然由于系統(tǒng)約束導(dǎo)致該機(jī)組必須開機(jī)才能滿足負(fù)荷需求和系統(tǒng)安全約束，但是該機(jī)組全天一直維持在最小出力。

圖3為阻塞期（12:00）各節(jié)點(diǎn)的節(jié)點(diǎn)電價分布。可以看出，在該時段，由于部分線路阻塞，大部分節(jié)點(diǎn)的節(jié)點(diǎn)電價均高于系統(tǒng)邊際電價，很多節(jié)點(diǎn)的節(jié)點(diǎn)電價阻塞分量都大于0。可以看出，當(dāng)電網(wǎng)出現(xiàn)阻塞時，節(jié)點(diǎn)電價的分布將發(fā)生較為復(fù)雜的變化，對不同地區(qū)的市場成員將造成較大的影響。

四、討論

本文設(shè)計的日前全電量競爭市場方案中，日前計劃的編制權(quán)由調(diào)度機(jī)構(gòu)釋放到市場，年度計劃電量、年度雙邊協(xié)商交易和月度集中競爭交易全部轉(zhuǎn)化為差價合約，不再物理執(zhí)行，徹底變革了現(xiàn)有的調(diào)度模式和交易模式。全電量日前市場依托日前更加明確的各種信息，對第二日全部電量進(jìn)行集中優(yōu)化，能夠同時保證日前市場效率與系統(tǒng)運(yùn)行安全，資源優(yōu)化配置的空間大。差價合約提前鎖定了相當(dāng)一部分電量的價格，能夠起到平穩(wěn)電價的作用。在沒有實(shí)時市場的情況下，日前市場交易結(jié)果與執(zhí)行結(jié)果之間的偏差量按照日前市場價格結(jié)算，也就是執(zhí)行偏差不追究，對市場主體是不公平的，因此必須建立相應(yīng)的約束機(jī)制，約束調(diào)度機(jī)構(gòu)執(zhí)行過程中的偏差量。

該方案采用邊際出清的價格機(jī)制，市場成員的結(jié)算價格與其報價沒有直接關(guān)系。因此，成本越低的機(jī)組獲得的利潤越高，激勵機(jī)組降低成本。在市場競爭充分，市場力不強(qiáng)的前提下，機(jī)組會趨向于申報其真實(shí)成本，用戶趨向于申報其真實(shí)的支付意愿，能夠減少市場主體的策略性報價行為，使電力市場價格趨于穩(wěn)定。但是，在電網(wǎng)阻塞較嚴(yán)重、市場力較強(qiáng)的情況下，擁有市場力的機(jī)組可以通過容量持留、機(jī)組抬價等方式，抬高邊際出清價格。通過市場仿真發(fā)現(xiàn)，廣東電網(wǎng)存在較為普遍的阻塞情況，在阻塞區(qū)內(nèi)的機(jī)組擁有較強(qiáng)的市場力，可能導(dǎo)致市場力的濫用，引起電價的扭曲，因此，廣東日前電力市場需未雨綢繆地設(shè)計相應(yīng)的市場力檢測和防范措施，抑制擾亂市場秩序的行為。

五、結(jié)束語

建設(shè)日前市場對完善廣東省電力市場體系、提升資源優(yōu)化配置水平起著至關(guān)重要的作用。基于日前市場的獨(dú)特屬性，本文為廣東日前市場建設(shè)提出了交易和調(diào)度有序銜接、日前市場安全校核的設(shè)計原則。在此基礎(chǔ)上，設(shè)計了全電量競爭的日前市場方案，從交易標(biāo)的、市場主體、交易時序、交易組織流程、報價機(jī)制、交易出清機(jī)制、交易執(zhí)行、交易結(jié)算等方面開展了制度設(shè)計。基于廣東電網(wǎng)的實(shí)際數(shù)據(jù)，開展了日前電力市場仿真，并對仿真結(jié)果進(jìn)行了分析和討論。

希望本文的研究能夠?yàn)閺V東建設(shè)日前市場提供參考。

原標(biāo)題：廣東日前電力市場方案設(shè)計與市場仿真

責(zé)任編輯：李鑫

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