廣東省自2013年啟動電力直接交易擴大試點以來，積極探索電力直接交易的市場模式和規則，出臺了一系列配套文件和相關政策;同時，為了對市場主體的信息進行綜合管理，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月正式上線試運行，實現了電力用戶與發電企業直接交易的市場注冊、交易申報、交易管理、合同管理、結算管理、交易監視、系統維護、信息發布等基本功能。目前，廣東電力市場直接交易的基本框架已初步形成，進行了多次年度雙邊協商交易和月度集中競爭交易，有效激發了發電企業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。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，對發電資源進行優化配置，形成日前發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向標，能夠反映短期發電成本、電力資源稀缺性、市場供需形勢、電網阻塞情況等關鍵市場信息。由于電力瞬時平衡的物理特點，現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物理約束相關的市場信息，因此，沒有現貨市場，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鍵一步，能夠進一步提升電力資源的優化配置水平。

 

發達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。《關于進一步深化電力體制改革的若干意見(中發[2015]9號)》(以下簡稱“中發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本。

 

美國PJM的日前電能市場采用節點邊際電價體系(locational marginal price ,LMP)，對次日電能開展全電量優化，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，發電機組應在報價截止時間前向獨立系統運營商(independent system operator ,ISO)申報報價曲線、機組出力上下限、機組最小連續開停機時間、機組爬坡速率等競價信息和物理約束。報價截止后，ISO根據機組報價信息、日前市場交易空間、系統備用需求等數據，以總購電成本最小化為目標，運行考慮系統安全約束的日前市場出清程序，計算出日前機組組合方案、調度計劃和各節點的日前節點邊際電價(day-ahead LMP)。PJM定義的節點邊際電價由3部分組成，包括參考節點的邊際電價、阻塞分量和網損分量，反映的是在該節點增加一單位電量的負荷供應所引起的系統總費用的增加。

 

英國現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用電曲線，雙邊交易過程中不考慮系統安全約束;現貨市場以日前剩余電量為交易空間，是一個發電企業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安全約束。現貨市場采用標準合同制，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用電選擇方案。

 

然而，當前廣東省(深圳除外)還沒有核算獨立的輸配電價;各機組由于建設時間、機組類型、還貸壓力等的不同，成本有較大的差異。而電力用戶實行目錄電價，不同類型、不同地區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，我國電力體制的現狀是廣東省電力市場建設必須充分考慮的。本文參考國際成熟的日前市場模式，結合廣東省實際情況，設計了全電量競爭的日前市場方案。

 

 

日前市場是電力交易、電力調度緊密耦合的市場，不僅要考慮發電成本、社會福利，還要考慮交易結果的可執行性。因此，日前市場建設需要遵循以下一些原則。

 

 

電力交易機構和電力調度機構必須做到有序銜接，明確各自的職責范圍，實現在電力系統安全穩定運行前提下的社會福利最大化。根據中發9號文的精神和電力市場運行要求，交易中心主要負責市場主體注冊及注銷、組織實施電力市場交易、編制交易計劃，并提供結算依據和服務。調度機構主要負責電網運行安全、系統實時平衡和日以內即時交易，執行交易計劃，并按照市場規則向交易中心提供與交易相關的負荷、電源及電網數據與信息。

 

 

當前，廣東省的年度雙邊協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，僅由調度機構開展事后的安全校核。由于日前市場在時序上更加接近實時運行，必然面臨更多的物理約束，無約束交易結果很可能無法滿足系統安全運行的要求。因此，日前市場的出清必須考慮系統安全約束，保證市場效率與可執行性的有機結合。遵循上述原則，本文設計了基于全電量競爭的廣東日前電力市場模式。

 

 

 

全電量競爭的日前現貨市場的交易標的為日前預測的總電量。在市場建設初期，主要以電量為標的進行競爭，中標結果以電量形式下發到發電企業;之后可過渡到基于峰、平、谷時段的交易;當日前電力市場建設成熟后，可以從以電量為標的過渡到以電力曲線為標的，以小時為單元進行多時段統一出清。電廠通過年度計劃、雙邊協商與月度競價已獲得的所有電量都轉化為差價合約處理，雙邊合同每日分解量由市場雙方決定，并在日前市場交割日前3日上報給交易機構，作為結算的依據。

 

 

發電側的交易主體不僅包括火電機組，還應逐步納入核電、水電、氣電等所有類型的發電企業，最終實現絕大多數發電企業參與日前現貨市場。

 

 

在市場建設初期，日前現貨市場可于電力交割日前2—3天開展，一方面為火電機組安排開停機預留足夠時間，另一方面為了適應各項工作的開展預留充足時間;待市場建設逐步完善之后，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。

 

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

 

 

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，調度機構應向交易機構提交機組的檢修計劃、交割日負荷預測曲線、交割日負荷預測電量、最小開機需求、主要輸電斷面的傳輸能力等運行信息;以及不同電廠的計劃電量完成情況。交易中心向市場發布電力交割日的電量預測(交易標的)、機組的檢修計劃，主要輸電斷面的傳輸能力等市場信息。

 

日前市場開市后，按照規則規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。市場建設初期，建議由交易與調度機構共同核定不同機組類型的啟停成本，形成統一、公開的標準，而不采用電廠申報的方式。

 

日前市場閉市后，交易機構根據市場成員的申報數據與電力系統的運行信息，對日前現貨市場進行多時段統一出清計算。調度機構對有約束交易結果做進一步安全校核，完成后向交易中心提供安全校核的結果(包括需要調整的交易結果及調整原因等)。交易中心形成最終的有約束出清結果，向調度機構提供并向市場主體公布。

 

交割日結束后，由調度機構將交易執行結果提交給交易機構，作為結算依據。

 

 

在規定時間內，電廠向交易中心申報其在交割日的發電量和價格，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定時間內進行申報，則視為延續上一次申報的發(用)電量和價格。

 

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

 

 

日前市場實行節點邊際電價出清機制，以反映各個節點、各個區域的邊際發電成本。若在市場建設初期采用基于價差的申報機制，則市場出清價格為價差形式。

 

出清應以具有公信力的優化軟件作為計算工具。出清計算的結果包括交割日的機組組合、電廠的中標電量和分時的市場邊際出清價格。在日前市場建設初期，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算依據。原則上，不安排燃煤火電機組日內啟停。出清計算的目標為發電成本的最小化，在考慮所有電廠報價的基礎上，還考慮了電廠的啟停成本。啟停成本只用于交易出清計算，不對機組進行實際補償。出清計算中應考慮以下約束條件，包括功率平衡、系統備用、機組出力上下限、機組最小連續開停機時間、機組爬坡速率、主要輸電斷面傳輸極限等，從而確保出清結果的可執行性。

 

考慮到廣東電網存在較為固定的、邊界明確的輸電阻塞，建議可將廣東電網劃分為粵東、粵西、珠三角與粵北等幾大價區，出清時，分別計算各個價區的結算電價。若運行時價區內出現較嚴重的網絡阻塞或潮流越限情況，則應將該價區繼續分區。

 

分區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內每個節點的節點電價，發電機組結算價格為其所在節點的節點電價，負荷的結算價格為按照價區內各個節點負荷權重得到的加權平均節點電價。另一種方法為出清時以該價區內調用的價格最高的機組的報價(該價區的邊際電價)作為結算電價。第一種方法發電側結算可以充分體現發電成本的空間分布，同時不會因為某一局部區域阻塞導致發電成本和負荷側價格大幅上升;第二種方法適用于價區內阻塞較小的情況，發電側和負荷側價格信號統一，表示該價區的邊際電價，但是若某一局部區域阻塞，可能會使得價格出現大幅上升，市場成員可能動用市場力謀利。因此，建議采取第一種方法。

 

 

電力調度機構應根據日前現貨市場的出清結果，安排相應的機組組合及發電出力曲線。電力調度機構可在必要時(如出現較大范圍的負荷波動、機組停運等)調整機組組合方案，原則上在發電容量不足時，可參照機組的申報序列，適當增加部分開機(電量價格按其報價結算，不改變日前現貨市場的出清價格)。

 

原則上，當日前現貨市場對于交割日電量的預測出現較大偏差時，調度機構在交割日執行時可采用2種方式進行調度，一種是按照申報價格/價差的序列優先調用便宜機組;一種是按照中標結果依比例調增/調減機組的發電量，保證調增/調減比例基本一致。

 

 

 

由于在日前現貨市場開展之前，各電廠通過年度計劃、雙邊協商與月度競價，分別獲得了一定的電量，由電力交易機構采用基于均衡進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。在日前現貨市場開市之前，電力交易機構需要將各電廠的月合約電量按照一定的規則分解到每日，形成日合約電量。日合約電量原則上按照各日的負荷預測電量比例進行分配。

 

 

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

 

 

在市場建設初期，考慮到并沒有組織實時現貨市場，也沒有產生實時的電價信號，可以直接將電廠在交割日的實際發電量與其日前市場中標電量的差值，視為偏差結算的標的電量，按照日前現貨市場的出清價格進行偏差結算，即對于實際發電量高出日前市場的部分，按照日前市場價格獲得收益，對于實際發電量低于日前市場的部分，按照日前市場價格扣除收益。現貨市場建設成熟階段，建立實時市場，在實時調度中依據市場成員的實時市場報價調用發電機組，采用日前市場與實時市場價格的差值對偏差電量進行結算。

 

 

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、分時節點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日廣東電網的實際網架、并網機組和節點負荷等數據，機組報價根據廣東省現行的機組上網電價做適當調整后獲得。

 

圖2為系統負荷曲線及湛江1F號機組和中新1F號機組的中標情況。

 

由于湛江1F號機組成本較低，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，但是在負荷高峰時段，其出力增加至255MW;而中新1F號機組成本較高，報價較高，雖然由于系統約束導致該機組必須開機才能滿足負荷需求和系統安全約束，但是該機組全天一直維持在最小出力。

 

圖3為阻塞期(12:00)各節點的節點電價分布。可以看出，在該時段，由于部分線路阻塞，大部分節點的節點電價均高于系統邊際電價，很多節點的節點電價阻塞分量都大于0。可以看出，當電網出現阻塞時，節點電價的分布將發生較為復雜的變化，對不同地區的市場成員將造成較大的影響。

 

 

本文設計的日前全電量競爭市場方案中，日前計劃的編制權由調度機構釋放到市場，年度計劃電量、年度雙邊協商交易和月度集中競爭交易全部轉化為差價合約，不再物理執行，徹底變革了現有的調度模式和交易模式。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行集中優化，能夠同時保證日前市場效率與系統運行安全，資源優化配置的空間大。差價合約提前鎖定了相當一部分電量的價格，能夠起到平穩電價的作用。在沒有實時市場的情況下，日前市場交易結果與執行結果之間的偏差量按照日前市場價格結算，也就是執行偏差不追究，對市場主體是不公平的，因此必須建立相應的約束機制，約束調度機構執行過程中的偏差量。

 

該方案采用邊際出清的價格機制，市場成員的結算價格與其報價沒有直接關系。因此，成本越低的機組獲得的利潤越高，激勵機組降低成本。在市場競爭充分，市場力不強的前提下，機組會趨向于申報其真實成本，用戶趨向于申報其真實的支付意愿，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定。但是，在電網阻塞較嚴重、市場力較強的情況下，擁有市場力的機組可以通過容量持留、機組抬價等方式，抬高邊際出清價格。通過市場仿真發現，廣東電網存在較為普遍的阻塞情況，在阻塞區內的機組擁有較強的市場力，可能導致市場力的濫用，引起電價的扭曲，因此，廣東日前電力市場需未雨綢繆地設計相應的市場力檢測和防范措施，抑制擾亂市場秩序的行為。

 

 

建設日前市場對完善廣東省電力市場體系、提升資源優化配置水平起著至關重要的作用。基于日前市場的獨特屬性，本文為廣東日前市場建設提出了交易和調度有序銜接、日前市場安全校核的設計原則。在此基礎上，設計了全電量競爭的日前市場方案，從交易標的、市場主體、交易時序、交易組織流程、報價機制、交易出清機制、交易執行、交易結算等方面開展了制度設計。基于廣東電網的實際數據，開展了日前電力市場仿真，并對仿真結果進行了分析和討論。

 

希望本文的研究能夠為廣東建設日前市場提供參考。

 

本文作者廣東電網有限責任公司王 一、譚躍凱、胡建軍、姚星安、黃遠明、盧 恩，以及清華大學馬子明，文章首發于《電力需求側管理》雜志2018年第一期。