電力市場機制設(shè)計可以看為一個優(yōu)化問題，即在一定的約束下尋找實現(xiàn)相關(guān)目標(biāo)的最佳的市場機制。電力市場機制的設(shè)計，除了要考慮其目標(biāo)，還要考慮其面臨的物理、政策、環(huán)境等多個方面的各種各樣的約束，或者說邊界條件。太多的約束可能導(dǎo)致市場優(yōu)化的空間大打折扣，從而起不到應(yīng)有的作用。電力市場設(shè)計中應(yīng)如何考慮這些因素?如何在滿足各種約束的情況下盡量提高相關(guān)目標(biāo)的實現(xiàn)度?

一、約束的類型

從大的方面，約束可以分為物理類約束和政策類約束。物理類約束又可分為設(shè)備約束和系統(tǒng)約束，政策類約束又可分為法律法規(guī)類約束和社會政策類約束。

1)設(shè)備約束。電力系統(tǒng)中的各個物理設(shè)備都有一定的技術(shù)參數(shù)和約束。比如，發(fā)電機組具有最大最小技術(shù)出力約束、爬坡速率約束、啟動時間約束等;輸配電線路有最大傳輸功率約束;電氣設(shè)備有耐受電壓約束等。這個類型的約束主要由各個設(shè)備本身的特性決定，沒有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)。

設(shè)備的技術(shù)約束主要考慮兩個方面：安全、經(jīng)濟(jì)。一些指標(biāo)是嚴(yán)格不能突破的，突破就會造成設(shè)備損害等嚴(yán)重事故;而一些指標(biāo)是可以在一定的范圍和短時間內(nèi)越限的，但會對設(shè)備運行的經(jīng)濟(jì)性造成一定影響。

2)系統(tǒng)約束。為了電力系統(tǒng)整體的安全、穩(wěn)定和經(jīng)濟(jì)運行，也有一些技術(shù)約束，如節(jié)點電壓的約束、系統(tǒng)頻率的約束、可靠性的約束等。

類似的，系統(tǒng)約束也可以有兩個層次：保證電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行的約束和保證電網(wǎng)經(jīng)濟(jì)運行的約束。對不同的地區(qū)和不同的用戶類型，這兩個層次的指標(biāo)可能不一樣，比如精密儀器生產(chǎn)企業(yè)對電壓的要求比冶煉行業(yè)的要求高。但在相關(guān)規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)中，一般給出通用的標(biāo)準(zhǔn)。比如，《供電營業(yè)規(guī)則》里規(guī)定了各個電壓等級下供電電壓的波動范圍，如10kV供電的標(biāo)準(zhǔn)為±7%。

3)法律法規(guī)類約束 。電力市場的運行必須遵循相關(guān)的法律法規(guī)，包括以下一些層次：憲法、法律、行政法規(guī)、地方性法規(guī)和行政規(guī)章等。與電力市場相關(guān)的法律層面的如《電力法》、《環(huán)境保護(hù)法》、《合同法》、《反壟斷法》等，行政法規(guī)層面的如《關(guān)于進(jìn)一步深化電力體制改革的若干意見》(9號文)，行政規(guī)章層面的如上述的1027號文件。

4)社會政策類。在一些特定的時期和地區(qū)，電力市場的運行需要滿足一定的社會經(jīng)濟(jì)、政治目標(biāo)，比如降低電價、保證低收入家庭用電、對一些特殊地區(qū)和市場主體的保護(hù)等。

二、約束的表達(dá)和實現(xiàn)方式

在電力市場機制設(shè)計中，各種約束如何實現(xiàn)呢?這里以日前現(xiàn)貨能量市場的設(shè)計為例進(jìn)行討論。

1、設(shè)備約束

有兩種考慮設(shè)備約束的方式：分散式和集中式。分散式下，市場模型中不考慮這些設(shè)備的約束，市場主體需根據(jù)自己的設(shè)備的約束情況確定報價的策略，以保證出清的結(jié)果可以滿足設(shè)備的約束，如果不滿足，相關(guān)市場主體會受到一定的懲罰。集中式下，市場模型要求市場主體申報相關(guān)的技術(shù)約束參數(shù)，從而在市場出清中統(tǒng)一考慮這些約束，保證出清結(jié)果滿足相關(guān)技術(shù)約束。比如發(fā)電機組的最小出力、爬坡速率等，PJM的日前市場是一種集中的處理方式，市場主體申報機組的這些參數(shù)，PJM出清模型中考慮;歐洲的大多數(shù)日前市場則是一種分散式的處理方式，市場出清模型中不考慮這些因素。

2、系統(tǒng)約束

電壓、頻率、可靠性等系統(tǒng)性約束一般在出清模型中直接考慮。按其是否可松弛和如何松弛，有三種方式：固定約束、彈性約束、需求響應(yīng)。

(1)固定約束即將相關(guān)約束指標(biāo)作為市場出清的固定的、不能突破的約束，這是傳統(tǒng)電力市場中最常用的一種約束，如對電壓、頻率、備用的固定的約束。

(2)彈性約束，就是給定這些約束在不同情況下的成本，然后將其以這個成本進(jìn)行松弛。比如電壓偏差不超過10%是固定約束，而在5%-10%范圍內(nèi)為彈性約束：當(dāng)電壓偏差造成的發(fā)電成本增加過大時，可以對電壓偏差限制進(jìn)行一定松弛。彈性約束可以認(rèn)為是電壓偏差限值與電壓偏差造成的用戶成本之間的關(guān)系。比如：電壓偏差每減小1%，用戶側(cè)因電壓偏差造成的損失減小M元。這樣，當(dāng)由于電壓偏差約束的存在造成的總發(fā)電成本的增加超過彈性造成的用戶的成本的增加時，就可以對相應(yīng)的電壓偏差約束進(jìn)行松弛：如果電壓偏差約束從5%松弛到6%可以將總發(fā)電成本降低N元，并且N>M，則可以將電壓偏差約束從5%松弛到6%。

目前很多電力市場中對備用約束都采用了彈性約束的方式，備用彈性曲線(需求曲線)通常由管制機構(gòu)根據(jù)當(dāng)?shù)氐碾娋W(wǎng)、負(fù)荷的情況確定。另外，也有些市場對電壓、線路傳輸容量等約束進(jìn)行了彈性化處理。

(3)需求響應(yīng)本質(zhì)上也是一種彈性約束，只不過這個彈性曲線不是一條固定不變的曲線，而是由市場成員申報出來的。電力市場中引入用戶側(cè)報價，就是將電力供需平衡這條固定的約束變成了由用戶申報的彈性約束，也就是通過需求響應(yīng)的方式對約束進(jìn)行了松弛。

3、政策類約束

這類約束類型廣泛，沒有統(tǒng)一的展現(xiàn)方式，也是電力市場機制設(shè)計中最難考慮的因素之一。對這類約束，在進(jìn)行電力市場設(shè)計時，要特別注意思考以下問題：這些約束的最根本的原因或目標(biāo)是什么，市場環(huán)境下是否仍然需要?這個約束對市場效率的影響有多大?有沒有更好的實現(xiàn)這個約束的辦法?

比如，很多電力市場中，都有可再生能源全額消納這一政策類約束。這一約束的最根本的原因，或者說終極的目標(biāo)，是減小排放。但在實際中，在一些特殊的電網(wǎng)、電源、負(fù)荷結(jié)構(gòu)和可再生能源出力特性下，全額消納可再生能源可能并不是實現(xiàn)最小排放的方案，對可再生能源全額消納這個約束進(jìn)行適當(dāng)?shù)乃沙?允許部分棄風(fēng)、棄光、棄水)，可能反而可以更好的實現(xiàn)減小排放的目標(biāo)。

三、約束的彈性及松弛

對一個優(yōu)化問題，如果約束過多，就會造成優(yōu)化的空間有限。在電力市場設(shè)計時，需要對各個約束的表達(dá)方式、是否可松弛、如何松弛進(jìn)行研究。

1)設(shè)備約束。前面提到，設(shè)備的技術(shù)約束主要考慮兩個方面：安全、經(jīng)濟(jì)。安全方面的約束是強制性的、固定性的，但經(jīng)濟(jì)方面的約束實際上是可以突破的，是有一定彈性的。比如，機組的最小技術(shù)出力。當(dāng)機組的出力低于某個水平，會對機組的安全造成威脅，這是一定要滿足的，是強制性的約束。但在另外的一定的出力范圍內(nèi)，對發(fā)電機組的安全運行沒有威脅，但會使機組運行效率降低，燃料成本增加，也就是說其結(jié)果僅僅是非經(jīng)濟(jì)的運行。

市場設(shè)計中，集中式的設(shè)備約束表達(dá)方式下，市場成員在報價中直接給出設(shè)備的固定的約束，可以較好的保證約束的實現(xiàn)，但較難反映約束的彈性。相對來說，分散式的設(shè)備約束表達(dá)方式，可以更靈活的對設(shè)備的約束進(jìn)行處理：市場成員在報價中反映約束的彈性情況。也可以在集中式的設(shè)備約束機制下，進(jìn)一步改變其報價形式：市場成員申報其約束的彈性曲線，然后由市場統(tǒng)一出清。

2)系統(tǒng)約束。前面已經(jīng)對系統(tǒng)約束的三種方式：固定約束、彈性約束、需求響應(yīng)進(jìn)行了分析和討論。是否對某個系統(tǒng)約束進(jìn)行松弛，如何進(jìn)行松弛，主要取決于這個約束造成的成本：如果系統(tǒng)比較強健，約束受限的情況很少發(fā)生，造成的成本比較小，就可以采用簡單的固定約束的方法;如果約束經(jīng)常發(fā)生，造成的成本較高，可以考慮采取彈性約束的形式;具體采用管制機構(gòu)確定的固定的彈性曲線還是由用戶申報彈性曲線，主要取決于用戶側(cè)計量、響應(yīng)的能力。

3)政策類約束。對政策類約束的松弛，意味著要改變、違反相關(guān)的法律、法規(guī)、或規(guī)章制度。而實際中，政府已經(jīng)發(fā)布的、有法律效力的政策，是不能隨便改變的。在電力市場設(shè)計中，需要進(jìn)行的工作是：辨識目前的各種層級的法律、法規(guī)即規(guī)章制度，哪些與市場的終極目標(biāo)是一致的，哪些是不一致的，有沒有更好的實現(xiàn)這些目標(biāo)的方法。對發(fā)現(xiàn)的問題，短期內(nèi)，可以通過市場機制的設(shè)計盡量避免、減小這種不一致造成的損害，在長期，可以通過與相關(guān)部門、機構(gòu)的溝通，盡快對不合理的法律、法規(guī)或規(guī)章制度等進(jìn)行修改、完善。

三、電力市場機制設(shè)計的邊界條件

相關(guān)高校、研究機構(gòu)、學(xué)者在進(jìn)行電力市場機制設(shè)計時，首先需要考慮的一個問題是：以什么為邊界條件?

如上所述，國家的相關(guān)法律、法規(guī)、規(guī)章制度乃至某個會議的精神，都可能成為電力市場改革的一個約束。在進(jìn)行電力市場機制設(shè)計時，是否將這些均作為邊界條件?

在英文中，表達(dá)電力市場改革的一個重要的詞就是“deregulation”，即解除管制，或者說放松管制，改變政府的管制方式，解除不合理的、不需要的政府的管制。也就是說，電力市場改革本身就是以改變相關(guān)不合理的政府的規(guī)制為一個很重要的目標(biāo)的。如果在改革中將現(xiàn)有的所有的或大部分的政府的法律、法規(guī)、規(guī)章制度都作為邊界條件，改革可能會無從下手，沒有優(yōu)化空間，最終的結(jié)果只能是失敗。

電力市場改革，電力市場機制設(shè)計，首先要做的，就是對現(xiàn)有的各種法律、法規(guī)及各種政策文件(即改革的邊界條件)進(jìn)行深入的分析，分析在市場環(huán)境下其與改革的終極目標(biāo)是否一致，對不一致的情況，尋找、提出解決的措施和方案。不對邊界條件進(jìn)行突破，改革很難有大的進(jìn)展和成效。

總結(jié)

電力市場改革面臨著物理的及政策方面的各種約束。要提高電力市場資源優(yōu)化配置的空間，在可能的情況下需要對這些約束進(jìn)行松弛。物理方面的約束可以通過集中建立彈性曲線、用戶側(cè)報價(需求響應(yīng))等方式對一些設(shè)備的、系統(tǒng)的約束進(jìn)行松弛。對政策方面的約束，最主要的是分析其與改革終極目標(biāo)的一致性，對不一致的政策，積極、盡快促進(jìn)對相關(guān)法律、法規(guī)、規(guī)章制度等的修改、完善。電力市場機制設(shè)計研究中，一定不能簡單的以現(xiàn)有的政策作為邊界條件，而是要提出改變邊界條件的方案。