电力市场理论PPT课件

“市场”的经济学定义：市场是商品交易关系的总和。换句话说，电力市场就是进行电能（商品）交易的场所，换句话说，电力市场就是进行电能（商品）交易的场所，是电能交易的全过程。是电能交易的全过程。电力系统： “发、输、配、用”四个环节。因此，狭义的电力市场一般可指：发电市场、输配电市场、供电市场、用电市场、电建市场等。电力市场的定义第1页/共288页广义的电力市场：可根据商品的市场属性和电力商品的特殊性加以说明。但目前还没有统一的定义，比较流行的几种定义有：1. 电力市场是采用法律、经济等手段，本着公平竞争、自愿互利的原则，对电力系统中发电、输电、供电、用电等各个环节的成员，组织协调运行的管理机制和执行系统的总和。2. 电力市场是电力买主和卖主相互作用，以决定其电价和电量的过程。3. 电力市场是电网商业运营的规范化的环境和场所。4. 电力市场是电力供方和需方分别以利润最大化和成本最小化为目标，按照约定的规则并以输电网为媒介联系起来，通过自主竞争和经济合同的形式，进行电能交易的一种组织体系和电能配置方式。第2页/共288页电力市场的基本属性u 电力市场首先是一种管理机制，这种机制与传统的行政命令的机制不同，它不采用行政手段，而是采用经济和法律的手段进行管理；u电力市场的基本原则是公平竞争、自愿互利；u电力市场是上述管理机制的执行系统，包括贸易场所、计算系统和通信系统等；u电力市场还是体现店里买卖双发交换关系的综合。第3页/共288页1）开放性，2）竞争性，3）计划性，4）协调性。与传统垄断的电力系统相比，电力市场最大的特征是具有开放性与竞争性；与普通的商品市场相比，电力市场最大的特征是具有计划性与协调性；电力市场的基本特征第4页/共288页电力市场的基本形式1）国家级电力市场。国家电力市场具有以下职能：u国家级电力市场主要负责全国电力市场的研究和监督，如制定法规、仲裁纠纷等。u负责国家电力市场的操作和网间的能量调度。操作内容包括：各网级负荷预测；各大水系水文预报；全国燃料平衡计划和监视；各大水库调度与监视；各网级电价预报；各网级电力交易计划与监视；各网级交易结算等。第5页/共288页2）网级电力市场。网级电力市场具有以下职能：u监督各省级电力市场。u负责网级电力市场的操作。 操作内容包括：网间交换（售电、购电）、网级电厂购电、向各省售电、省间交换（售电、购电）；网、省级负荷预测；网级发电计划（包括水火电计划、检修计划、备用计划）；网级电价预报（包括售电价、购电价、运转电价）；网、省级电力交易计划；网级交易结算等。第6页/共288页3）省级电力市场。省级电力市场具有以下职能：u监督地区级电力市场。u负责省级电力市场操作。 操作内容包括：从网级电力市场购电、省间交换（售电、购电）、省级电厂购电、向地区售电；省、地区负荷预测；省级发电计划（包括火水电计划、检修计划、备用计划）；省级电价预报（售电价、购电价、运转电价）；省级电力交易计划；省级交易结算。第7页/共288页4）地区级电力市场。地区级电力市场具有以下职能：u监督县级电力市场。u负责地区级电力市场操作。 操作内容包括：从省级电力市场、自备电厂、小水电购电，向县级电力市场、大客户售电；地、县级负荷预测；小水电预报；地区级电价预报；地区级电力交易计划；地区级交易结算。第8页/共288页5）县市级电力市场。县市级电力市场具有以下职能：u负责县市级电力市场的操作。 操作内容包括：从地区级电力市场购电、从小水电购电、向客户售电；县级负荷预测；小水电预测；县级负荷管理；县级电价预报；县级电力交易计划；县级交易结算。第9页/共288页 打破垄断，引入竞争，提高效率，降低成本，健全电价机制，优化资源配置，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。电力市场的总体目标是：第10页/共288页国外电力市场建设（改革）模式：1、英国电力市场改革基于交易合同的市场模式。2、美国电力市场改革基于实时交易的市场模式。借鉴与启示：1、结合本国政治经济地实际情况确定改革目标。2、正确认识电力作为商品参与市场交易的特殊性。3、必须高度重视电力行业的公用性。4、建设独立的电力市场监管体制和规范的法律保障。第11页/共288页电力市场改革的意义：1、电力企业的经营按照市场规则从新梳理，建立现代企业的市场机制，主动性重组，使电力行业重新洗牌，极大地推进了资源优化配置，为培育我国的电力资本市场提供了良好的基础，推动电力行业实现跨越式发展。2、“竞价上网”，建立公平、竞争、开放的市场次序，建立市场监管体制，加速完善电力市场机制。3、调控能源结构，促进清洁能源的发展。第12页/共288页电力市场理论电力市场结构与运营模式 第13页/共288页引言市场结构指某一市场中各种要素之间的内在联系及其特征，包括市场供给者之间、需求者之间、供给和需求者之间以及市场上现有的供给者、需求者与正在进入该市场的供给者、需求者之间的关系。电力工业由传统模式走向电力市场引发了解除或放松管制（Deregulation）、机构重组的复杂过程，其中衍生了许多新的实体。如电能交易中心PX（Power Exchange）、独立系统操作员ISO（Independent System Operator）、电网拥有者（Grid company）等。因此，研究和确定这些实体的功能及其组合，以及相应的市场结构和交易模式是电力市场成功运营的前提。其次，从国外电力市场改革经验总结与教训来看，电力市场不存在特定的“标准模式”，适合本国国情的市场结构和监管体系才是电力市场健康、稳定发展的关键。第14页/共288页一、电力市场的结构电力市场中存在的主要实体（要素）：1）发电商G（Generator）2）发电经纪商PM（Power Marketer）3）电能交易中心PX（Power Exchange）4）独立系统操作员ISO（Independent System Operator）5）辅助服务供应商AS（Ancillary Service Provider）6）电网拥有者GC（Grid Company）7）计划协调者SC（Scheduling Coordinator）8）零售商R（Retail Service Provide）9）配电商D（Distribution Service Provide）第15页/共288页不同实体在电力市场中的位置如图所示。图中，输电部分T包括PX 、 ISO、 GC、 AS 和SC五部分，是最重要、最复杂的环节，也是各国电力市场最具特色的部分，也正是电力市场不同于其他商品市场的关键部分。第16页/共288页PX 、 ISO、 GC、 AS 和SC的主要职能：1）电能交易PX （Power Exchange）PX的主要职能是提供一个电能供求双发交易的场所。交易期限可以涉及1小时到12个月。最常见的是“日前交易市场”，一般会辅以12小时的交易（实时市场）和几个月的交易（中长期合同）。PX的最简单的形式可能是用信息板的形式使电能的供求方签订双边合同。但PX也可以作为一个交易竞价中心，按供求曲线确定市场出清价，并以出清价作为电能交易结算的依据。采取这种方法可促使竞价者在市场上报价已接近其边际费用。第17页/共288页2）独立调度ISO（Independent System Opertor）ISO的职能是对电力系统进行操作并对所有输电系统用户提供服务。对ISO的基本要求是不从发电和负荷市场获得经济利益。大多数情况下，独立系统操作员ISO也包含不拥有输变电设备，和不从这些设备中获得经济利益。ISO的主要职责包括有：（1）运行方式制定（2）实时调度（3）系统监控（4）在线安全分析（5）市场管理（6）经营辅助服务第18页/共288页3）电网拥有者GC（ Grid Company）GC的职能是对所有用户开放其拥有输变电设备。为了形成公平透明的竞争市场，应有一个独立的ISO来调度输电系统并向所有用户提供输电服务。但输变电设备的维修、操作仍属于电网拥有者的业务。GC的主要职责包括：（1）考虑输变电规划（2）在新的环境下进行市场分析后者包括输电系统阻塞的收入、一次和二次输变电设备使用权以及输变电基础设备在通讯等其他市场的收入第19页/共288页4）辅助服务AS （Ancillary Service Provider）AS的职能是提供输电系统支持服务以保证电力系统可靠运行。实际上，AS主要提供有功和无功电源，使输电系统安全稳定运行。根据市场结构的不同，辅助服务的交易可在PX或ISO中进行。辅助服务可捆绑在一起成套提供，也可以分开提供。英国国家电网公司NGC属于前一种类型，而美国电力市场多属于后一种类型，即辅助服务可以由用户自己提供或由ISO提供。由输电用户自己提供的辅助服务包括：调节备用、旋转备用、辅助备用（费旋转备用）及电能不平衡的消除等。如果用户不能自己保证，则必须向ISO购买。以下两种辅助服务必须向ISO购买：无功/电压支持和系统控制/再调度。第20页/共288页5）计划协调者SC （Scheduling Coordinator）SC的职能是把供求双发撮合在一起，而不必遵从PX的规则。PX也可以看作是一个受管制的SC。SC以分散的方式促进电能供求进行交易。计划协调者通常需要传统的开停机优化软件和市场分析、竞价策略以及合同优化等配备的分析软件。上述5个实体（项职能）在电力市场中可以形成5种对应的机构，也可以是职能合并形成较少类型机构。根据市场结构的复杂程度，不同国家应用这些实体的组合方式有很大区别。一般来说，输电网职能分类越细对电力市场的竞争、透明度和公平性越有利。但在管理硬件和软件方面要求越高，实现越困难。第21页/共288页不同国家电力市场中，输电环节中实体具体组合方式：（1）英国电力库（Power Pool）模式 在英国第一次改革的电力市场中，只有NGC一个机构，它集ISO、PX和GC功能于一身；另设辅助服务交易商AS；没有计划协调机构SC。（2）美国加州电力市场 所有机构（ISO、PX、SC、AS）都有，实行ISO和PX相互独立的结构模式。（3）美国PJM电力市场 ISO与PX合而为一；SC、GC和AS相互独立。（4）挪威电力市场 ISO与GC合而为一，PX、SC和AS独立运营。第22页/共288页在竞争性的电力市场中，各个实体对软件的具体要求归纳为：（1）GC: 需要高水平的规划和分析工具，潮流及稳定分析软件。在电力市场环境下，需要考虑拥堵管理、可用输电容量和最大输电容量计算等软件。（2）PX: 带安全约束的机组组合程序（UCP），交易评估及结算软件，电子公告发布与信息交互处理系统。（3）ISO: 预调度和实时调度软件，最有潮流（OPF），预想事故分析，辅助服务交易软件。（4）SC: 系统优化软件，市场评估和合同优化，投标策略和计量软件。第23页/共288页二、电力市场的运营模式 电力市场的实质是通过建立一个充满竞争和选择的电力系统运营环境来提高整个电力工业的经济效益。竞争和选择是市场机制互相依存的两个方面，从“供电厂家”的角度来看，电力市场的本质是引入竞争机制，“厂家”可以充分挖掘各自的潜力，千方百计地降低供电成本，以获得更大的经济利益；从“用户”的角度来看，电力市场的本质是为它们提供了更多的选择机会，它们可以通过选择使用供电价格最低的电能来降低其产品的成本，使其更具竞争力。第24页/共288页 依据竞争和选择的不同程度，可以把电力企业的运营模式分成四种类型在不同的运营模式中,“供电厂家”和“用户”的概念是不同的，厂家之间竞争的激烈程度和为用户提供的选择机会均有很大的差异，在实践中产生的效果也不同。 整个电力工业可以划分为发电，输电，配电和供电四大领域电力企业的四种运营模式与在上述各个领域中垄断、竞争和选择的不同程度相对应。运营模式1：垄断型 在上述四个领域均是垄断的在发电领域没有竞争，用户也没有选择余地只有一家垄断性的公司负责电力的生产，并通过它自己的输电网把电输送到配电公司，直至最终用户与改革开放前中国的情况相似，一个电力局完全垄断电力从生产到销售的全过程 第25页/共288页运营模式2：买电型 买电型只允许有一个买电机构，负责从众多的不同的发电公司买电，鼓励在发电领域入竞争机制不允许通过输电网将电直接卖给最终用户买电机构对输电网和对最终用户的电力供应实行垄断与目前中国实行的“电厂大家办，电网国家管”的模式相似发电厂独立经营，参与市场竞争；各地的供电局仍然是省局和网局的直属单位 运营模式3：批发竞争型 批发竞争在这种方式中，允许配电公司直接从发电公司买电，并通过输电网输送这里的配电公司指的是具有配电网并可直接向最终用户直接供电的公司配电公司垄断对最终用户的电力供应但要求输电网对配电公司开放对应中国的情况，除了发电厂参与市场竞争外，各地的供电局也独立核算，成立独立经营的配电公司 第26页/共288页运营模式4：零售竞争型 允许所有的用户可以选择供电公司这里的供电公司可以是配电公司也可以是没有配电网的电力零售商要求输电网和配电网均是开放的配电和供电是分开的，在供电领域引入竞争在这种模式下，允许成立独立经营的专门负责向最终用户供电的供电公司 值得注意的是：不同的运营模式有不同的交易合同交易合同的形式不同，所提出的监管要求也不同参与交易的市场主体的所有制形式也可能不同，例如在中国，目前就有多种不同所有制形式的发电厂，如国家所有的电厂，华能电厂，外商独资电厂，合资电厂等等这些都没有在运营模式中定义这里定义的运营模式主要反映竞争和选择的不同程度，实际上每种模式所定义的是如何回答下面的问题“独立的发电公司可以把电卖给谁？”。 也有学者把上述四种类型划分五种，具体是：1）垄断经营模式；2）单一购电者模式；3）联营体模式；4）双边交易模式；5）零售竞争模式。 第27页/共288页特点特点模式模式1垄断性垄断性模式模式2买电型买电型模式模式3批发竞争型批发竞争型模式模式4零售竞争型零售竞争型定义定义在各个领域全在各个领域全面垄断面垄断在发电领域引入竞争一在发电领域引入竞争一竞争，一个买电机构竞争，一个买电机构在发电领域引人竞争，允许配电公在发电领域引人竞争，允许配电公司有选择权终用户有选择权司有选择权终用户有选择权在发电领域引入竞争，并允在发电领域引入竞争，并允许最终用户有选择权许最终用户有选择权发电领域是否有发电领域是否有竞争竞争NOYESYESYES配电公司是否有配电公司是否有选择权选择权NONOYESYES最终用户是否有最终用户是否有选择权选择权NONONOYES各种运营模式的主要特点 第28页/共288页在模式1中，在任何领域都没有选择权在模式2中，买电机构获得了选择权，它可以有选择地从不同的发电公司买电在模式3中，配电公司获得了买电的选择权它可以从独立发电公司、发电联合体、电力公司或者其它区域的买电机构有选择地买电 在模式4中，把选择权下放给最终用户最终用户可以直接从发电公司买电也可以从独立的电力零售商或者其它的电力公司有选择地买电 第29页/共288页选择运营模式时要考虑的几个问题(略) l贸易合同 所谓贸易合同就是当进行贸易时买卖双方所必须遵守的一组规则电力负荷是随机变化的，而且必须实时满足这种变化，这意味着买卖双方签订合同时所确定的电力供应的数量与实际的发电量和负荷之间总存在一定的差异市场机制必须考虑这些因素，并制定相应的付费办法2. 与公司组织机制之间的关系 许多运营模式与公司的现有组织机制之间存在密切的关系利益上的冲突，内部交易，交叉重复以及市场垄断形成了许多抵消和削弱集成效益的问题加强管理或者打破现有的公司机制是克服这些问题最常用的办法 第30页/共288页3. 经济效益 经济效益是大家最关心的问题，其关键是制定出一种鼓励机制，使资源得到最充分的利用，同时使浪费最小一般地讲，可以分成三种类型的效益：1）生产与投资最佳的投资管理决策，燃料的最佳选择，投资类型，地点和时机的最佳选择。2）使用当用户用电所获得的价值超过了生产费用时，用户就获得了正确的用电信号。3）分配价格应该反映电作为商品在不同时段不同地点的边际费用，只有这样才能保证发出最佳电量，使发电费用最低的电厂发电并把发出的电送给价值最大的用户。 一般认为，充满竞争的市场的优点之一就是可以使这三种效益同时发挥出来对于受调控的部分，应该设计出一种激励机制，使得到的最终结果与通过竞争获得的结果相近或相同 第31页/共288页4. 承担社会义务的能力 对社会发展应尽的义务包括负荷侧管理（DSM），对低收入家庭和个人的帮助，燃料的使用政策，环境保护，较高的地方税收以促进经济发展等等 无论电力公司采用哪一种运营模式，强制收取这些附加费用的能力都取决于用户的接受程度因而，在充满竞争的运营部门，收取这些附加费用将非常困难然而，由于调控部门是垄断的。一般情况下，用户都不得不使用这个系统，因而作为配电费用可能会比较容易收取在各运营模式中，随着调控部分越来越少，竞争部分越来越多，同时也使对社会尽义务的范围越来越小 5. 变革的动力 每种运营模式都有其保持稳定的因素，同时也有发展变革的动力 第32页/共288页 实时电力市场模式已被广泛地应用，其中电力联营模式 （Pool）就是一个最具有代表性的例子。在实时电力市场中，买卖双方为了能在一定程度上减少由于实时电价波动所带来得风险，时常签订一些长期交易合同，如：期货合同。这些交易合同所占的份额一般是实时电力市场的百分之十几。从经济学角度而言，电力市场无异于其它商品市场。许多国家都在尝试直接将经济学原理应用于电力市场。在这一方面英国走在了世界的前列，一个完全基于双边或多边交易合同的电力市场已在2001年3月投入运行。 基于交易合同的电力市场模式（英国电力市场）第33页/共288页交易原理 建立基于交易合同的电力市场模型的基本出发点是电力象其它商品一样，可根据各种双边或多边合同进行交易，任何希望参与电力交易的单位都可以自由地签订双边或多边合同。在基于交易合同的电力市场中，参与电力交易的已不仅是发电公司和供电公司，市场中还存在大量的电力交易中间商，这将有助于在电力交易中进一步引入竞争机制。甲甲丙丙乙乙丁丁 图中，甲、乙为供货商，丙、丁为买方。甲、丙之间在半年前签订了期货合同，合同规定甲方在半年后按照合同规定的价格向丙方供货。假设乙、丁之间也签订了类似的合同。执行合同的结果是甲方向丙方发送合同所规定数量的汽车，而丙方按合同所规定的价格向甲方付款。同样，乙方向丁方发送合同所规定数量的汽车，而丁方按合同所规定的价格向乙方付款。这里交易过程非常明了，即：买卖双方对商品流向和资金流向不存在任何疑义。 但是电力真的能象其它商品一样自由交易吗？下面以汽车交易为例分析基于期货合同的商品交易过程。第34页/共288页 假如甲、乙是两个发电公司，丁是一个大型的钢铁厂，乙丁之间签订了期货合同，规定半年后乙在一定时间内向丁供应一定数量的电能，丁按照合同规定的价格向乙付款。当交易发生时，乙可能由于某些原因发不出丁所需的电能，而甲的容量足以供应丙、丁，为了保持系统平衡，甲多发一定数量的电能以补偿乙发电能力的不足。但是，无论丁是否使用了甲所发的电能，根据合同，丁只向乙付款。因此，为了保证甲的利益，甲乙之间可提前签订一个短期交易合同，规定乙向甲购买一定量的电能。但是，出现在乙方的电能不平衡量只有在交易发生之后，从电表读数中得知，即：究竟乙需向甲购买多少电能，在交易时段内将无法知道。所以，提前签订这样的短期交易合同是不现实的。如果交易的商品是电能？第35页/共288页电力市场组成原理 如上所述，基于交易合同的电力市场实际上由两个相互联系的市场组成， 即：电能交易市场和平衡市场。电能交易市场完全基于双边或多边交易合同，例如：电能交易市场可采用期货市场模式，合同期限可为半年至一年不等，而平衡市场则是一个实时电力市场，该市场的时间跨度由系统中发电机组的动态特性决定，即：发电机组从启动到满负荷运行所需要的时间，例如，火电机组一般为数小时。平衡市场实时交易双边交易市场期货交易基于双边交易合同的电力市场基于双边交易合同的电力市场 平衡市场中的电能交易虽然只占电能交易市场交易量的一小部分，但其直接关系到电能交易市场中所签合同能否兑现及系统能否正常运行，所以，平衡市场应由电网调度部门 （System Operator - SO）进行管理。第36页/共288页 下面通过一个例子说明基于双边或多边交易合同的电力市场中电能交易的过程。例中，买方（供电商）与卖方（发电商）之间已签订了100 MWh的购电合同，而实际上，发电商的发电量为110 MWh，供电商的用电量为120 MWh。在发电和供电侧各有10 MWh和20MWh的不平衡量。从整个系统角度看，不平衡量为10 MWh。这部分不平衡量应由其它交易商来补偿。 发电商发电商供电商供电商100MWhSO其它交易商其它交易商平衡市场平衡市场双边市场双边市场110 MWh120 MWh10 MWh20 MWh整个交易过程由四个主要阶段组成，即：1）购买电网使用权、2）签订双边合同、3）平衡调度、4）不平衡结算。 10MWh第37页/共288页1. 购买电网使用权 电力交易商应向(Transmission System Operator TSO) 输电管理部门购买电网使用权，即：发电商应购买110 MWh电网使用权，供电商应购买120兆瓦时电网使用权。电网使用权的买卖可由TSO以拍卖形式进行。2.签订双边合同 买方和卖方应在双边市场进行谈判以签订100兆瓦时的买卖合同。双边市场类似于常规的证券市场。买方和卖方分别将他们的竞价和喊价出示于公告栏中，如果买方的竞价高，而卖方的喊价低，那么买卖双方就有可能成交签约。谈判可以只在买方和卖方之间进行，也可以在双边市场中由中继人代理。在实际操作中，SO允许以交易商身份出现，但SO交易的目的主要是辅助平衡市场。第38页/共288页平衡调度 在平衡市场中，SO的主要作用是系统调度，以维持电力平衡。在基于双边或多边交易合同的电力市场中，一般不采用集中调度，而各发电商根据其合同电量自行调度。但是，电能交易商们需要提前一定时间将他们的合同电量报告SO，以便SO计算基本的潮流分布，及编排平衡计划。这里的时间提前量就是平衡市场的时间跨度。 为了有效地维持电力平衡，SO有权发出平衡指令，实时改变发电量和负荷，这种对发电量及负荷的变更是以电力买卖形式出现的。这种买卖是在交易商和SO之间进行的。在交易商向SO提交合同电量的同时，还应提交他们对SO所发平衡指令的喊价和竞价。例如：上例中，发电商的10 MWh不平衡量是根椐SO 所发的平衡指令多发电而得到的，这种情况下，SO应根据发电商对平衡指令的喊价购买10 MWh的电能。这就是所谓的按竞价付款的原则（Pay as Bid）。不平衡结算 考虑到电力系统运行有其随机性的特点，在许多情况下，电能交易商不可能按照合同电量或平衡指令进行交易，其不平衡量应根据系统买入价和系统卖出价进行买卖。系统买入价和系统卖出价由SO根据发电商提供的喊价和竞价信息出现的不平衡电量计算得出。在结算之前，交易各方应在电力市场指定的结算部门的统一管理下开设各自的结算帐户。第39页/共288页英国电力市场结构 英国新的电力市场由电能交易市场、平衡市场、不平衡结算系统三部分组成。其中电能交易市场的交易规则与其它交易市场类似，已十分成熟。英国电力市场改革主要集中在平衡市场和不平衡结算系统设计和构成上。 关闸关闸电能交易市场电能交易市场平衡市场平衡市场不平衡结算不平衡结算 提前提前0 小时小时提前提前3.5小时小时提前提前 一年或更长时间一年或更长时间英国电力市场时序英国电力市场时序英国电力市场结构英国电力市场结构签合同、电能交易签合同、电能交易平衡机制平衡机制 不平衡结算系统不平衡结算系统英国电力市场结构 第40页/共288页 平衡机制的提出是英国电力市场改革的重点。主要是出于两方面的考虑，首先是合同电量与实际电量间的不平衡，另一方面，出于系统本身的技术要求，如：系统的传输容量。因此，在实际操作中，合同中的发电量和用电量应能够被调整，以便维持系统平衡。平衡市场是由英国国家电网公司（NGC）负责运营的。 在电力市场实际运营中，交易商卖出的电能可能多于或少于它买进的电能；发电商卖出的电能也可能多于或少于它发出的电能；而且，用户所使用的电能可能多于或少于供电商为他们购买的电能。这些不平衡电量的计量和买卖由电力市场中的不平衡结算系统处理。这里需指出，不平衡结算系统只对市场中电能的实际交易量和合同交易量的差值进行结算。这里的不平衡电量与电能交易市场中的交易量相比是很小的。实际交易量是由系统中的电表测得的。在英国电网中，每隔半小时读取电表一次。因此，不平衡电量及不平衡电价是以半小时为基础的，结算在约28 天之内完成。不平衡结算功能由一个独立信息技术公司 （LOGICA）执行。第41页/共288页平衡机制 在平衡市场中，NGC 作为SO System Operator负责维持系统平衡。由于SO不再进行集中调度，发电商和供电商将自行确定其发电和用电量。但是发电商和供电商需在关闸之前将发电和用电量以通知单形式（FPN - Final Physical Notification）通知SO。在实际运行中，只有参与平衡机制的发电商和供电商需将他们的发电和用电量通知SO。这些发电商和供电商称为平衡机制单元 (Balancing Mechanism Unit)。 容量大于50MW的发电商和供电商有义务作为平衡机制单元。而成为平衡机制单元的另一个必要条件是在发电商或供电商与SO之间需有直接的远程通讯连接。 对于容量小于50MW的发电商和供电商，如果条件允许，他们也可以成为平衡机制单元。作为平衡机制单元，发电商和供电商希望能够履行他们的合同交易量。但是SO常常需要调整合同交易量以便控制系统平衡。调整量是以SO和平衡机制单元之间的实时电能交易形式出现的。 因此各平衡机制单元需针对所允许的调整量在FPN中向SO提供有关的竞价和喊价（Bid and Offer）信息。SO将根据费用最小原则对调整量进行买卖。 第42页/共288页（1）通知单 除FPN外，平衡市场中还有另外一张通知单，称为IPN（Initial Physical Notification）, IPN主要包括平衡机制单元第二天的交易量。IPN需在交易前一天上午11:00之前送达SO。而FPN需在交易当天关闸时间之前送达SO。FPN包含某一交易时段内所期望的发电和负荷趋势，下面是FPN的一个例子。16:0016:3016:0016:30发电负荷FPNFPN第43页/共288页 竞价和喊价有两方面的内容，即：平衡机制单元允许偏离FPN的电量及相应的电价。喊价对应于大于FPN，竞价对应于小于FPN。如果平衡机制单元是供电商，因为其输出总是负值，所以，大于FPN相当于减少负荷。如果SO希望增加输入到系统的电量，SO可接受喊价，如是平衡机制单元发电商，它需要增加其输出量，如是供电商，负荷则需减少。如果SO希望减少输入到系统的电量，SO可接受竞价。一旦SO接受喊价或竞价，该交易将被固定下来，SO无权更改或取消。例如：SO按所接受的喊价购买了一定数量的电能，之后发现所购买的电量需向下调整，在这种情况下，SO需要接受另一竞价，将剩余电量卖出。交易允许在SO和原平衡机制单元之间进行，也可在SO和其它平衡机制单元之间进行。因此，竞价和喊价是成对出现的，其中一个被SO用于调整（Undo）。 （2）竞价和喊价 平衡机制单元允许提交多个竞价- 喊价对，这些竞价- 喊价对对应于不同的输入输出水平。表中列出5个竞价- 喊价对。 竞价-喊价对偏移量（MW）时间喊价（/MWh）竞价（/MWh）3大于 +10016:0040392+10016:0030241+5016:002524-1-4016:002322-2-10016:002018第44页/共288页 为了使用优化算法选取竞价和喊价，竞价和喊价曲线应遵守凸性原则，既：电价应随电量增加而增加。MW 2：+100 MW喊价：30/MWh竞价：24/MWh 1：+50 MW喊价：25/MWh竞价：24/MWh -1：-40 MW喊价：23/MWh竞价：22/MWh -2：-100 MW喊价：20/MWh竞价：18/MWh最小输出极限最小输出极限FPN0.5小时时间 喊价喊价-竞竞价对价对+50+100-100-50第45页/共288页（3）动态参数 除FPN、喊价及竞价信息外，每个平衡机制单元需向SO提供有关的动态参数，动态参数不受关闸时间的约束，即：任何时间都允许对做动态参数变更，实际上，除个别参数外，多数参数是不经常变动的。以下是需提供的动态参数： 爬坡速率（MW/Min） 下坡速率（MW/Min） 最大电能输入、输出量（MW） 启动时间（Min） 变动输出（或输入）量所需的时间提前量（Min） 最小零输出（或输入）量时间、最小非零输出（或输入）量时间（Min） 最小输出（或输入）稳定极限（MW） 第46页/共288页（4）系统操作员 SO（） 英国电力市场的SO由英国国家电网公司担任，从SO的角度看，目前的系统运行模式与 POOL 模式相比，有了较大的变化。考虑到平衡机制只有3.5小时的时间跨度，为了保证系统能安全可靠运行，SO执行以下任务： 采集有关系统中可能出现的潮流信息 负荷预测及确定是否需要采取平衡措施 平衡调度 向结算部门提供数据 而每一平衡机制单元需向SO提供： 在关闸前一天的上午 11:00 时提供 IPN 在 11:00 与关闸之间，对 IPN 所做的修正量 在关闸与交易时段之间，提供有关运行信息，如：能否执行 FPN 及能否执行 SO 的平衡指令 与 POOL 类似，SO 仍需根据负荷预测、故障、检修、IPN 信息对次日的运行方式做安全校验。并计算可能的对 IPN 的调整量，向电力市场发布特定的信息，如：次日的负荷预测等。关闸后，SO 要根据 FPN 、负荷预测、系统当前运行状况对系统再次做校验，计算是否需要接受任何喊价或竞价。SO 以半小时间隔为基础，向前滚动以维持系统平衡。这意味着，SO 不仅要实时控制当前交易段，而且要对下一个时段，采取平衡措施，以至对未来多个时段进行平衡控制。SO 不断地将平衡控制信息发布给电力市场的参与者。有关平衡过程的实时信息 将通过互联网发布。 第47页/共288页（5）平衡控制计算SO 采用一改进的经济调度程序计算平衡控制量，目标是使平衡控制的费用最小，即：iiPCmin平衡机制单元动态特性及频率控制也作为约束在优化中加以考虑。下图表示一平衡机制单元在某交易时段内平衡控制量的分配情况。SO 分配给该平衡机制单元三种性质不同的控制量，即：喊价 1（用 表示）、喊价 2（用 表示）、竞价 1（用 表示）。MW3：+100 MW喊价：喊价：40/MWh竞价：竞价：39/MWh2：+100 MW喊价：喊价：30/MWh竞价：竞价：24/MWh1：+50 MW喊价：喊价：25/MWh竞价：竞价：24/MWh-1：-40 MW喊价：喊价：23/MWh竞价：竞价：22/MWh -2：-100 MW喊价：喊价：20/MWh竞价：竞价：18/MWh最小输出极限最小输出极限最小输出极限最小输出极限FPN0.5小时小时时间时间+50+100-50-100第48页/共288页不平衡结算各种电价合同交易量平衡控制量不平衡量电表读出量 系统买入、卖出价喊价、竞价双边合同电价（1）电能不平衡 (Energy Imbalance) 不平衡结算系统负责为每一个电能交易商建立电能不平衡帐户，以便记录他们在某一交易段的合同交易量和实际发生量。不平衡电量是指合同交易量和实际发生量的差值（实际系统中考虑了平衡控制量）。根据所获的得不平衡电量信息，不平衡结算系统负责计算不平衡电量的电价，即：系统买入和卖出价。下图表示某一电能交易商在某交易时段的不平衡电量。 平衡机制是通过 SO 与平衡机制单元的电能交易实现的。SO依据平衡机制单元的喊价和竞价购入或卖出控制量。对于FPN之上的控制量，称为上调量，因为是平衡机制单元多发电，所以， SO应向平衡机制单元付款。对于FPN之下的控制量，称为下调量，平衡机制单元应向SO付款。在实际系统中，SO 与平衡机制单元的电能交易量考虑了网损因素，即：交易量 = 控制量 X 网损因子第49页/共288页（2）信息不平衡 (Information Imbalance) 信息不平衡是指平衡机制单元在某一交易时段的 FPN 和实际发生量的差值（实际系统中考虑了平衡控制量）。对于信息不平衡系统设置了惩罚电价，使平衡机制单元的输出量与 FPN 相一致。下图表示某平衡机制单元的信息不平衡。 FPN平衡控制量平衡控制量信息不平衡量信息不平衡量电表读出量电表读出量 惩罚电价惩罚电价电价电价此外，对于平衡机制单元没有按 SO 要求提供足够的控制量，系统也设置了惩罚电价。 第50页/共288页（3）系统买入和卖出价系统买入和卖出价用于电能不平衡交易。某一交易时段的系统买入和卖出价是基于该时段内所有平衡机制单元所接受的平衡控制量及相应的喊价和竞价信息。 系统平衡控制下调量总费用系统卖出价总下调量量系统平衡控制上调量总费用系统买入价总上调量下表是某一时段，系统平衡控制量信息，以此说明相应的系统卖入和卖出价的计算方法。/控制量控制量 MWh喊价、竞价喊价、竞价 /MWh上调控制上调控制50402003010020下调控制下调控制100151501050 40200 30 100 20 28.57 50200 100系统买入价 / MWh100 15 150 10 12100 150系统卖出价 / MWh第51页/共288页4. 交易款流向（Cash Flow） 在结算系统中交易款有两种流向，即：用于平衡机制交易和用于不平衡交易。1）平衡机制中交易款流向 平衡机制中交易款流向主要是在英国电网公司和其它的市场参与者之间。英国电网公司作为SO 负责购买各种平衡 控制和辅助服务。这里，平衡服务商向系统提供诸如频率控制等辅助服务，英国电网公司按与这些平衡服务商所签合同购买辅助服务。同时，英国电网公司作为电网的拥有者（TO）向电网的使用者收费。 平衡机制单元平衡服务商平衡服务商结算和资金结算和资金管理机构（管理机构（SAA和和FAA）英国电网公英国电网公司司电网用户电网用户 平衡机制中交易款流向平衡机制中交易款流向第52页/共288页2）不平衡交易款流向 不平衡交易发生在各交易商之间，按系统买入和卖出价对电能不平衡量进行买卖。不平衡交易的剩余款将由BSC授权分配给各交易商。BSC 是平衡和结算规则 （Balance and Settelment Code）的缩写，也是英国电力市场的最高法律文件。 结算和资金管理结算和资金管理机构（机构（SAA和和FAA）BSC 授权授权不平衡交易商不平衡交易商不平衡交易款流向 第53页/共288页英国电力市场（新模式）总结： 新模式最突出的特点是：1）细化市场，引入新的市场体系。（1）远期、期货和期权市场：远期合同可以是双边金融合同（如CFD），也可以是物理合同，它占交易的大部分，对稳定电价起着决定性作用；期货和期权市场确定提前数年的电能交易及价格，可更好地指导市场成员的投资决策、刺激技术革新、降低投资成本，也为交易双躲避经济风险创造条件。合同市场由社会上的商品交易中负责，它在某种意义上类似于加州PX。（2）现货市场：与以往结构类似。（3）平衡市场：平衡市场在实时运行前4个小时开市，到相应时段运行结束时为止，滚动进行。用户自由选择参与合同市场或平衡市场。如选择平衡市场，则无论供方还是需方，都只能与NGC签订平衡合同。除此之外，还有相应的拍卖机制。 从2000年12月起，新的电力市场模式开始运行。这种模式的出发点是：降低批发电价，比如10%；保证即时和长期供电可靠性；价格透明，使用户真正参与价格的制定过程；促进发电市场公平竞争，鼓励对环境型发电项目进行投资。新模式主要以双边交易为基础，发电商自行调度自己的机组，不再由NGC进行中央调度。它有三级新的批发市场，外加一个结算中心。第54页/共288页英国电力市场（新模式）总结： 2）削减NGC的功能。3）开放各类市场，扩大用户参与。 旧模式中用户不参与竞争，NGC仅利用发电报价和负荷预测结果，用网络约束修改发电划实现供需平衡。新模式中各类市场均对用户开放，实行自由贸易。 新的机制下，NGC只负责平衡市场。平衡市场完成实时调度、阻塞调度及平衡合同的任务。系统平衡的费用（如负责服务费用）与阻塞调度费用分开结算，这与以前将阻塞调度费用平均分摊的方法有本质区别。第55页/共288页美国（加州）电力市场的构成及其监管体系美国电力市场放松管制的目的是引入竞争和降低电价。在电力工业重构时出现两个新参与者: 电力交易商(PX)和独立系统运营商(ISO)。PX的功能:一个非赢利机构,它的主要目的是为系统提供一个满足PX负荷以市场价格需求结算的高效率的和有竞争压力的能量拍卖市场。ISO的功能:保证所有的买卖方有平等的机会使用电力传输系统。最具代表性的三种模式： 1) 加州电力市场模式分别设立PX和ISO两个独立实体。PX提供电能拍卖，ISO提供电网控制、稳定运行以及辅助服务的功能；2) PJM电力市场模式将PX和ISO整合为一个实体，提供优化的日前中央调度，采用著名的区域边际定价法（LBMP）；3) Nevada和ERCOT电力市场模式建立一个ISA（Independent System Administrator）,与CAO (Control Area Operator)、RTO (Regional Transmission Operator)和Market相互协调。基于实时交易的电力市场模式（美国加州电力市场）第56页/共288页加州电力市场的监管体系（五个）（示意图） 1）加州能源委员会CEC（California Energy Commission）。它是加州最主要的能源政策和能源规划制定机构，主要5个功能：预测未来能源需求，保存并维护历史资料；新建电厂选址和办法运营执照；促进能源使用效率，推进器具改造、制定相关标准；开发能源技术，支持和鼓励再生能源；处理能源紧急事态。2）加州环境资源管理局ARB（Air Resources Board）。负责监管燃料电厂的气体排放情况。在考虑经济性能厄同时，促进和保护公众的健康、福利和生态环境第57页/共288页3）加州能源监察局EOB（Energy Oversight Board）。由立法机关组成，负责完成三项任务：对ISO和PX进行监视；确定服务内容及服务期限，任命ISO和PX的管理层成员；处理针对ISO大多数决定的上诉。4）加州公用事业委员会PUC（Public Utilities Commission）。负责配电侧和负荷侧的管理。除此之外，还对私人拥有的电信、电力、天然气、水利、铁路和客运等进行管制，保证用户得到安全、可靠的服务并免受欺诈。5）联邦能源管制委员会FERC（Federal Energy Regulation Commission）。FERC是美国能源部所述的独立管制机构，其主要职能是：负责发电侧和输电侧的监管，管制州际电力输送以及批发电价；对私有、地方和州属的水电工程项目实行监视并颁发执照；管制州际的天然气运输和零售价格；管制州际石油的管道运输；监视相关的环境问题；监管会计和财务报告以及管辖内公司的行为。第58页/共288页双向差价合同报价发电能量交换PX（现货市场）供电统计所直接进入双边合同计划协调所SC独立系统运行机构（ISO）UDC#1UDC#2UDC#3配电零售商#1配电零售商#2配电零售商#3非配电零售商#1非配电零售商#2CFDCFD直接通道CCCCCCCCC GGGGG市场结构图 第59页/共288页加州市场参与者的职能为:发电商: 发电 它是电力的生产者;非投资者拥有的和独立电力提供商也可以对PX投资或通过另一个SC分配卖电;它也可以通过一个SC向ISO投资辅助服务;它可以直接同零售商签订合同;发电商必须响应ISO和SC的指令。 PX: 确定实时市场PX主持前一天和前一小时市场的电力拍卖交易;在交易日的结算时间内，PX将集合所有供电竞价和需求竞价绘制成一个供电曲线和一个需求曲线。根据供求曲线决定MCP，MCP出现在供电曲线和需求曲线的交叉点。电能将在前一日和前一小时市场以MCP买卖。PX也是一个有计划协调商, 除非发生过负荷，它必须向ISO呈报一个成功竞价者的供需平衡的电力计划除此而外,还必须呈报给ISO的有:修正竞价,它是一类增/减报价,用来消除传输系统的阻塞;补充竞价,它主要是ISO用来满足实时市场的供需平衡;PX同ISO，PX参与者和其他SC一道完成结算功能。“结算”是指一系列的买卖方在ISO和PX电价上进行财务结算的过程。PX向ISO报告用于结算的表计符合需求,并向发电商和零售商发出非紧急运行的指令。非紧急运行的指令诸如线路停运,倒闸操作,增加或减少发电,用电等通知。(只有ISO可发布紧急运行的指令)。 第60页/共288页计划协调商(SC): 主持双边传输协议和PX交易SC可以向ISO提供一平衡的电力需求计划并提供用于结算的表计数据;它可以同发电商和零售商,PX和ISO结算;它应是一个24小时运营的计划中心;也可以向发电商和零售商发出非紧急运行指令;PX是一个SC。ISO: 为网络调度和传输路径服务ISO控制发电的调度;管理输电网络的可靠性;提供开放的输电路径和辅助服务;管理前一天和前一小时的计划;监控实时电力供需平衡;主导阻塞管理;与外部电力市场的交易和运行控制。配电公司(UDCS): 分配电能它们为用户提供电力;对用户消耗的电力计费和发出帐单,并付费给传输系统;主要是为用户提供有上限限制的电价;从PX处购大宗电力。 零售商: 提供电能量服务零售商类似于一个中间商,它租用UDCS的系统,向PX或CS和发电商交易。用户: 消费电能可以是一个单独的用户,也可以是零售商的一部分。第61页/共288页市场交易通道和机构间的协调1）交易通道就ISO、PX和SC而言，SC起着中间协调员的作用：PX制定的交易呈交ISO，如通不过ISO的安全验证，则将ISO的建议方案递交SC，由SC协调成员重新报价和计划，将约束内部化，再交由PX处理。反复数次后，终可达成协议，并完成次日的基本交易计划。需要注意的是：在PX和ISO负责的市场中，均采用单一拍卖机制决定电能、辅助服务和信息服务等产品的价格。以电能为例，PX采用单一拍卖机制，根据综合需求曲线和供给曲线的交叉点确定市场的清算价(MCP)。这似乎与Power Pool中的决定PSP的方法类似，但两者有着显著的区别：1）加州电力市场因存在PX和SC两个独立的机构，市场成员的投标必须先行递交SC，然后才能经PX和ISO调度，并确定电价和进行结算。2）英国的Pool模式中，所有投标均递交给NGC，由他确定统一的系统边际成本(SMC)和销售价格（PSP）第62页/共288页2）PX与ISO之间的协调在实际电力市场中，PX和ISO既要独立工作，保证业务和财务分开，又要保持密切合作，从而保证系统调度、电离平衡和各种交易的顺利完成。第63页/共288页加州电力市场危机的根源和启示： 自2000年夏到2001年上半年，加州出现了严重的电力危机，并导致市场体系的瓦解。其表现为：1）FERC颁布紧急令。2）ISO频繁宣布能源警报，并经常大面积实施轮流断电。3）2001年1月30日PX宣布停牌交易，以弥补巨大的趸售和零售电费差额，试图启用垄断条件下的解决方式挽救电力公司的破产。4）2001年4月6日PG&E和SCE正式申请破产保护。加州电力危机的主要根源在于：1）负荷急剧增加，但备用容量不足。2）电力设施利用率过高，调节裕度太小。3）一次能源价格持续飙升，是发电和购电成本迅速上升。4）AB1890（1996年加州）法案凸显其潜在的负面影响。因为该法案规定电力供应商必须从发电商批发电力，在以不超过限定的最高价格（Price caps）的进行销售，其初衷是鼓励电力公司竞争以降低电价。但因批发价格长期高于销售电价，政府又不加干预，最终导致电力公司严重亏损，申请破产保护。趸售与直供区别和联系 第64页/共288页加州电力市场危机给我们的启示是深刻和全方位的：1）仅靠竞争不能解决电力市场的所有问题，如能源短缺、环境保护等。国家仍应宏观控制和协调，确保能源安全。2）监管机制要灵活和灵敏。建议我国只对输电环节实行最高限价，对上网和销售电价实行灵活的兼顾制度。3）重视系统规划、鼓励中长期电源和电网投资。4）重视区域电力市场的发展，实现资源统筹配置。需要指出的是： 加州电力危机似乎给人一种错觉，即电力市场变幻莫测、前景未卜，甚至有人对是否还要继续实行电力市场产生怀疑。但就世界各国电力市场改革的情况看，加州电力市场的窘境只是一个表象，不能据此否定改革的方向，但必须研究市场模式、运作手段、市场监管、宏观调整及协调等比较突出的问题。因此，除了要关心电价、竞价理论、输电与辅助服务以及电力市场支持系统等具体技术外，还要重视市场中多种非技术因素的相互作用。第65页/共288页发电竞价发电竞价( (上网竞价上网竞价) )1. 概述 随着电力市场的兴起与发展，在发电领域引入竞争，通过“上网竞价”模式实现电力资源优化配置是电力工业市场化改革的必然趋势。 在现阶段的发电市场中，竞价是电厂间唯一的竞争手段。竞价的成功与否，对电厂的生产经营至关重要，而合理、完善的竞价策略对竞价有着极大的帮助。在市场经济中，追求企业经济利益的极大化成为企业经营的基本目标。取得最大经济利益的基本方法就是“开源节流，增收节支”，在发电竞价上的最直接的体现是竞价的基本目标是获得尽可能多的利润。 竞价的一般模型第66页/共288页作为一种决策过程，确定竞价策略与其他决策过程有着类似之处。 首先，明确决策的目标，对于竞价决策，其目标是在符合发电企业长期经营战略目标的前提下，通过竞价交易，获得尽可能多的利润。 其次，确定评价各种竞价策略的标准，以比较竞价策略的优劣。比较竞价策略的标准是各种策略对竞价目标的满足。 最后，设计、制定若干种竞价策略施。比较各竞价策略，选择最优策略。 显而易见，关键的过程在于如何设计、制定竞价策略。制定完善的竞价策略需要充分掌握市场、竞争对手和企业自身的相关信息，比较、分析企业与竞争对手间的优势和劣势，因地制宜地确定竞价策略。 第67页/共288页竞价的目标是追求企业利润的最大化。影响利润的两个关键问题是价格与成本。价格、成本、利润的关系在计划体制和市场体制下有着不同的表现形式。 在计划体制下，利润是国家由确定的所谓“合理的利润”，价格受制于成本和利润，不能反映市场的供求关系。 而在市场体制下，利润是变化的、不确定的，受制于价格和成本，而价格由市场调节，成本则取决于企业的经营。 利润 = 价格 - 成本价格 = 成本 + 利润第68页/共288页竞价策略应该使企业得到尽可能高的成交价格。但是，利润由价格与成本决定，竞价策略必须同时考虑企业的生产运营成本。就企业经营的一般规律来说，短期经营，价格应该高于变动成本；长期经营，价格应该高于平均成本。竞价意味着价格是唯一的竞争手段，成交价格的预测是决策的必需过程，只是在确定竞价策略时可能以不同的形式表现。决策人员可能只凭经验简单估计成交价格，也可能利用计算工具进行复杂的预测计算。企业的生产过程应该是一个闭环的控制系统，发电市场竞价的结果迅速反馈至企业的生产运营环节，如成本过高导致不能获得足够的利润，则企业必须改造生产流程以降低生产运营成本。在现阶段的发电市场，由于运营规则不完善，支持系统不健全，企业能够获得的市场信息和竞争对手信息有限，不利于竞价决策。相对而言，获取企业自身的信息较为容易，特别是已建有MIS系统、或ERP系统的企业。由于需要处理大量的信息，单凭决策人员的个人经验和直觉，不能很好地进行分析、判别。因而，辅助决策工具对决策人员的工作有着重要的作用，如价格预测工具、经济分析工具、概率分析工具等。掌握运筹学的相关理论，