【引言】 價(jià)格機(jī)制是所有市場設(shè)計(jì)的核心。電力市場中，與電網(wǎng)相關(guān)的約束的處理(阻塞管理)、定價(jià)及結(jié)算機(jī)制是不同市場模式的核心區(qū)別之一。在對兩種典型的市場模式(事前阻塞管理和事后阻塞管理)進(jìn)行分析和討論后，本文提出一種新的現(xiàn)貨市場出清及結(jié)算方法。該方法可以在對市場提供一定的位置信息的情況下，解決節(jié)點(diǎn)定價(jià)中的阻塞盈余的分配問題。

一、典型的兩種現(xiàn)貨市場定價(jià)方法

現(xiàn)貨市場的定價(jià)方法可以從不同角度分類。這里，主要從阻塞管理的角度進(jìn)行分類。在之前的文章(參考微信公眾號走進(jìn)電力市場：電力市場集中競價(jià)的經(jīng)濟(jì)學(xué)原理分析 (十 阻塞管理2-事前和事后阻塞管理))中，我們介紹了兩種阻塞管理的方法：事前方法和事后方法。這里對這兩種方法再進(jìn)行簡單的討論。

1、事前阻塞管理及定價(jià)方法

事前方法中，在出清的過程中考慮所有的網(wǎng)絡(luò)約束，得到每個(gè)節(jié)點(diǎn)的實(shí)時(shí)電價(jià)，每個(gè)節(jié)點(diǎn)的發(fā)電和負(fù)荷按所在節(jié)點(diǎn)的實(shí)時(shí)電價(jià)結(jié)算。其中考慮約束的出清模型就是很多文獻(xiàn)中提到的安全約束經(jīng)濟(jì)調(diào)度模型。這種定價(jià)機(jī)制下，會(huì)造成收入>支出的情況，即從用戶收取的錢比支付給電廠的錢多，多的這個(gè)錢就是常常提到的“阻塞盈余”。需要規(guī)定一種阻塞盈余的分配方法。比如，美國電力市場中，定義了基于金融輸電權(quán)FTR的拍賣收益權(quán)ARR的概念，將ARR分給有資格的(繳納了輸電費(fèi))的用戶。

2、事后阻塞管理及定價(jià)方法

事后方法中，需要兩次出清。第一次為無約束出清，即出清過程不考慮電網(wǎng)約束。可以得到一個(gè)系統(tǒng)統(tǒng)一價(jià)。第二次為有約束出清，出清過程考慮所有的電網(wǎng)約束。對兩次出清結(jié)果的差別部分的出力，按照一定方式進(jìn)行補(bǔ)償。英國電力市場是典型的采用事后阻塞管理的市場。

在英國的強(qiáng)制電力庫Pool模式中，第一次無約束出清在日前由電力庫出清得到。第二次出清是實(shí)時(shí)運(yùn)行中調(diào)度部門根據(jù)實(shí)際的電網(wǎng)、發(fā)電和負(fù)荷情況進(jìn)行的調(diào)度。實(shí)時(shí)調(diào)度和日前出清的差，通過“限上”(constrained on)、“限下”(constrained off)機(jī)制進(jìn)行補(bǔ)償。由于限上、限下調(diào)度造成的阻塞成本按郵票法以uplift的形式分?jǐn)偨o所有用戶。

在英國2000年以后實(shí)行的雙邊交易模式中，改變了兩次出清、調(diào)度的方式。第一次出清由于不考慮網(wǎng)絡(luò)約束，取消了強(qiáng)制電力庫，市場成員可以自由選擇通過何種方式達(dá)成交易：通過長期雙邊合同、短期雙邊合同、通過交易所組織的即期市場(Prompt market)或?qū)崟r(shí)市場(spot market)等。實(shí)際上，并沒有一個(gè)統(tǒng)一出清的過程。這里所講的“第一次出清”中的出清并不是一個(gè)具體的統(tǒng)一出清的過程，而是一個(gè)廣義的出清概念，指的是交易的達(dá)成(不管是通過什么方式達(dá)成的)。第二次出清通過由電網(wǎng)公司組織的平衡市場實(shí)現(xiàn)。對第二次出清的出力水平與無約束市場出清結(jié)果不同的機(jī)組，按照其申報(bào)的bid/offer報(bào)價(jià)進(jìn)行補(bǔ)償。相關(guān)的平衡成本，按照不平衡價(jià)格及市場主體的不平衡量分?jǐn)偨o相應(yīng)的造成能量不平衡的市場主體。

3、兩種方法的比較

事前方法的優(yōu)點(diǎn)是，只需進(jìn)行一次出清，而且可以得到非常清晰的基于節(jié)點(diǎn)的價(jià)格信號。其存在的問題是：1)造成了阻塞盈余問題，需要建立比較復(fù)雜的輸電權(quán)及相關(guān)的輸電權(quán)收益權(quán)等機(jī)制。2)能量市場的定價(jià)比較復(fù)雜，降低了遠(yuǎn)期能量市場的流動(dòng)性。

事后方法需要兩次出清。如果電網(wǎng)沒有阻塞，則兩次出清的結(jié)果是一樣的。如果發(fā)生了阻塞，則在第二次出清中，出現(xiàn)了基于無約束出清的上調(diào)和下調(diào)服務(wù)。這種方法的優(yōu)點(diǎn)是能量市場比較簡單，整個(gè)市場只有一個(gè)價(jià)格，能量市場交易的流動(dòng)性相對提高(因?yàn)橐粋€(gè)市場中不同節(jié)點(diǎn)之間的電力合同可以認(rèn)為是對相同產(chǎn)品的合同，可以相互交易)。另外，對市場(區(qū)域)內(nèi)所有的用戶和發(fā)電同等對待，政治上比較容易接受。可能存在的問題包括：1)能量市場沒有基于節(jié)點(diǎn)的價(jià)格信號，無法引導(dǎo)長期的發(fā)電投資。2)上調(diào)、下調(diào)(或bid/offer)機(jī)制容易造成一些電廠的市場力，特別是提供下調(diào)(bid)服務(wù)的機(jī)組的市場力。

對于第一個(gè)問題，市場設(shè)計(jì)中有兩個(gè)解決的方法。1)輸電定價(jià)中，發(fā)電需要繳納一部分輸電費(fèi)，且其輸電費(fèi)與所在的位置有關(guān)，從而通過輸電價(jià)引導(dǎo)發(fā)電的投資。2)平衡市場中，對bid/offer按報(bào)價(jià)結(jié)算。也就是說，不同位置的電廠可以提交不同的價(jià)格，從而按不同的價(jià)格結(jié)算。因此，實(shí)際上平衡市場是一個(gè)與位置有關(guān)的、反映了位置信號的市場。

對第二個(gè)問題(市場力問題)，可以通過限制bid/offer的報(bào)價(jià)，以及簽訂長期合同等方式解決。比如，對某些經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)送出受限的地區(qū)的電廠，電網(wǎng)可以與其簽訂長期的調(diào)節(jié)服務(wù)合同。

二、一種新的現(xiàn)貨市場定價(jià)方法

本文結(jié)合現(xiàn)有的兩種典型的阻塞管理及定價(jià)方法的特點(diǎn)，提出一種新的方法。可以認(rèn)為是事后阻塞管理的一種變形。具體方案如下，包括兩個(gè)環(huán)節(jié)(階段)。

1、無約束能量市場出清

這個(gè)環(huán)節(jié)與現(xiàn)有的事后阻塞管理的方法類似。由于不考慮網(wǎng)絡(luò)約束，能量市場與輸電市場完全解耦，能量市場的交易不需要考慮輸電方面的約束。具體可以有兩種實(shí)現(xiàn)方式。

1)集中的交易模式。要求無約束出清也必須在統(tǒng)一的、集中的交易機(jī)構(gòu)(或者說強(qiáng)制電力庫)中進(jìn)行。

2)雙邊分散交易模式。不需要必須在統(tǒng)一的電力庫交易，可以通過雙邊協(xié)商、掛牌、連續(xù)競價(jià)等多種不同的方式進(jìn)行交易。組織集中交易的機(jī)構(gòu)可以限定只能是某個(gè)交易機(jī)構(gòu)，也可以在交易機(jī)構(gòu)之間引入競爭。

2、考慮約束的能量市場出清

這個(gè)環(huán)節(jié)的能量市場出清中，考慮比較詳細(xì)的網(wǎng)絡(luò)約束。具體實(shí)現(xiàn)也有兩種方式。

1)全電量出清。根據(jù)發(fā)電資源的全電量報(bào)價(jià)及負(fù)荷側(cè)的預(yù)測或報(bào)價(jià)，按照安全約束經(jīng)濟(jì)調(diào)度的方法進(jìn)行出清。

2)增量出清。在上一階段的出清結(jié)果的基礎(chǔ)上，重新組織新的增量報(bào)價(jià)，考慮網(wǎng)絡(luò)約束進(jìn)行增量的出清。

3、市場結(jié)算

在以上兩個(gè)步驟中，每個(gè)發(fā)電資源都有兩個(gè)出清結(jié)果，稱為無約束出清結(jié)果和有約束出清結(jié)果。將有約束出清結(jié)果與無約束出清結(jié)果比較，增加的部分稱為“限上”，減小的部分稱為“限下”。

對限上及限下部分出力，按照在第二個(gè)環(huán)節(jié)(有約束出清)中的報(bào)價(jià)結(jié)算。對用戶實(shí)際用電量與第一環(huán)節(jié)交易電量差別的部分，按照根據(jù)第二環(huán)節(jié)出清模型計(jì)算出來的節(jié)點(diǎn)電價(jià)結(jié)算。

為了減小市場力，規(guī)定一個(gè)機(jī)組的基準(zhǔn)出力水平，可以對在該水平之上提供的下調(diào)服務(wù)不收費(fèi)，對該水平之下提供的下調(diào)服務(wù)進(jìn)行補(bǔ)償。基準(zhǔn)出力可以全網(wǎng)相同，也可以按照不同區(qū)域、不同類型機(jī)組確定不同的水平。

另外，為了控制市場力，也可以對限上、限下的報(bào)價(jià)上下限進(jìn)行一定的管制。

三、簡單算例

1、出清方法

假設(shè)每個(gè)環(huán)節(jié)都采用第一種方法，即第一個(gè)環(huán)節(jié)采用集中交易，第二個(gè)環(huán)節(jié)采用全電量出清。

2、系統(tǒng)情況

圖1 簡單兩節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)

同樣以這個(gè)簡單兩節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)為例進(jìn)行說明。基本參數(shù)如下。

PmaxAB=60MW;Pmax1=180MW;Pmax2=150MW;L1= 100MW ;L2=100MW;C1=300￥/MWh;C2=500￥/MWh。

假設(shè)機(jī)組的基準(zhǔn)出力為額定容量，即不對機(jī)組的出力進(jìn)行限制，保證機(jī)組所有容量的送出。

3、第一環(huán)節(jié)交易

總需求為A節(jié)點(diǎn)100MW、B節(jié)點(diǎn)90MW，共190MW。

出清(交易)結(jié)果：G1出力PG1=180MW，G2出力PG2=10MW。

出清(成交)電價(jià)：500￥/MWh。

4、第二環(huán)節(jié)交易

1)申報(bào)。第二環(huán)節(jié)，G1 和G2分別按成本報(bào)價(jià)，300￥/MWh及500￥/MWh。同時(shí)，申報(bào)其在第一階段的交易量：170MW和20MW。

2)出清(可以采用安全約束經(jīng)濟(jì)調(diào)度模型)。

本環(huán)節(jié)中，假設(shè)A、B節(jié)點(diǎn)的實(shí)際需求分別為A節(jié)點(diǎn)100MW、B節(jié)點(diǎn)100MW，共200MW。

考慮約束的出清結(jié)果為：G1出力為160MW，G2出力為40MW。節(jié)點(diǎn)A的電價(jià)：300￥/MWh;節(jié)點(diǎn)B的電價(jià)：500￥/MWh。

3)結(jié)算。

相對第一環(huán)節(jié)的結(jié)果，G1需要下調(diào)20MW，G2需要上調(diào)30MW。對G1的20MW，按其報(bào)價(jià)300￥/MWh結(jié)算。對于G2的30MW，按其報(bào)價(jià)500￥/MWh結(jié)算。

對L1，第二環(huán)節(jié)的實(shí)際負(fù)荷與第一階段購買的電力相同，沒有不平衡電量。

對L2，第二環(huán)節(jié)的實(shí)際負(fù)荷比第一階段購買的電力大，具有10MW的正偏差，按照所在節(jié)點(diǎn)B在第二環(huán)節(jié)的節(jié)點(diǎn)電價(jià)500￥/MWh結(jié)算。

阻塞成本：20*(500-300)=4000元。這是由于阻塞，調(diào)用更高成本的機(jī)組發(fā)電造成的成本。將阻塞成本用郵票法分?jǐn)偨o所有負(fù)荷，價(jià)格為4000/(100+100)=20￥/MWh。

5、總結(jié)算

G1總收入：180*500-20*300=84000元

G2總收入：10*500+30*500=20000元

L1總支出：100*500+100*20=52000元

L2總支出：90*500+10*500+100*20=52000元

發(fā)電總收入：84000+20000=104000元

負(fù)荷總支出：52000+52000=104000元

發(fā)電總收入=負(fù)荷總支出，意味著此種方法下，收支是平衡的，不需要進(jìn)行阻塞盈余的分配。

6、另外的情況

考慮另外一種情況下的出清、結(jié)算。

假設(shè)G1的最大容量為250MW。則第一環(huán)節(jié)無約束出清的結(jié)果為G1出力190MW，G2出力為零。出清電價(jià)為300￥/MWh。第二環(huán)節(jié)G1的下調(diào)電力為30MW，G2的上調(diào)電力為40MW。阻塞成本為30*(500-300)=6000元。阻塞價(jià)格為6000/200=30￥/MWh。

第二環(huán)節(jié)：G1下調(diào)30MW，G2上調(diào)40MW。

G1總收入：190*300-30*300=48000元

G2總收入：40*500=20000元

L1總支出：100*300+100*30=33000元

L2總支出：90*300+10*500+100*30=35000元

發(fā)電總收入=48000+20000=68000元

負(fù)荷總支出=33000+35000=68000元

6、方法小結(jié)

本方法的主要要點(diǎn)如下。

1)類似于事后阻塞管理方法，采用兩次出清：無約束出清和約束出清。

2)第一次的無約束出清可以通過集中的強(qiáng)制電力庫實(shí)現(xiàn)，也可以通過分散式交易實(shí)現(xiàn)。可以在初期采用強(qiáng)制電力庫形式，隨著市場的成熟采用分散式方式。

3)第二次出清可以采用全電量出清模式，也可以采用增量出清模式。需要市場主體根據(jù)第一階段的交易結(jié)果提交其未來的擬出力曲線。

4)對發(fā)電，第二次出清與第一次出清相比出力變化的部分，按其報(bào)價(jià)結(jié)算。對負(fù)荷，第二環(huán)節(jié)的電量與第一環(huán)節(jié)的電量相比的偏差量按所在節(jié)點(diǎn)的實(shí)時(shí)電價(jià)結(jié)算。

5)第二環(huán)節(jié)的阻塞成本按郵票法分?jǐn)偨o所有用戶。

總結(jié)

本文在對現(xiàn)有的兩種阻塞管理、現(xiàn)貨市場定價(jià)和結(jié)算模式進(jìn)行分析的情況下，提出了一種新的機(jī)制。這種方法具有以下特點(diǎn)：

1)可以為市場提供與位置相關(guān)的價(jià)格信號：通過第二環(huán)節(jié)的調(diào)節(jié)市場產(chǎn)生。

2)沒有阻塞盈余問題，不需要設(shè)置輸電權(quán)。

3)實(shí)施方式靈活。第一環(huán)節(jié)可以采用強(qiáng)制電力庫模式，也可以采用分散式交易模式;第二環(huán)節(jié)可以采用全電量競價(jià)模式，也可以采用增量競價(jià)模式。