前言

廣東不愧為改革開放的前沿，在電力改革，實現(xiàn)電力現(xiàn)貨市場方面也走在國內的最前面。今年9月“廣東電力市場運營基本規(guī)則(征求意見稿)”發(fā)布，意味著真正的廣東電力市場已經(jīng)列入計劃日程，它的實施指日可待，可喜可賀。本著希望廣東電力市場順利發(fā)展的心情和“雞蛋里挑骨頭”的精神，對廣東電力市場運營基本規(guī)則提出一些初淺的意見和看法，由于時間倉促，沒有仔細的閱讀規(guī)則全文，也由于本人知識有限，下列意見和看法可能是片面甚至是錯誤的，還請朋友們原諒。但原這些意見和看法能引起朋友的注意，達到互相學習和討論的目的，能夠為廣東電力市場的順利發(fā)展起點作用。

01現(xiàn)貨市場的運營管理機構

廣東電力市場運營基本規(guī)則已認識到電力現(xiàn)貨市場由電力交易機構和與電力調度機構共同組織現(xiàn)貨電能量市場交易以及輔助服務市場交易，與電力調度機構共同建設、運營和維護電力市場技術支持系統(tǒng)，這是一個正確的方向。但必須明確指出電力交易機構主要負責組織電力中長期市場交易，電力調度機構主要負責組織現(xiàn)貨電能量市場包括輔助服務市場的交易，并負責現(xiàn)貨交易結果的實時執(zhí)行，也就是說電力現(xiàn)貨市場的實施要以電力調度機構為主，電力調度機構的調度原理和方式將有根本的變化。廣東現(xiàn)有四個電力調度機構：南網(wǎng)總調，廣東中調，廣州調度和深圳調度。規(guī)則規(guī)定由廣東中調負責廣東全省電力電量平衡以及會同電力交易機構運營廣東電力現(xiàn)貨市場，南網(wǎng)總調、廣東中調、廣州中調、深圳中調負責各自調管范圍內發(fā)電機組、輸變電設備的調度運行管理。廣東中調負責將出清得到的機組開機組合、機組出力曲線、輔助服務調用量轉發(fā)至其余三家調度機構，由相應調度機構下發(fā)至所調管的發(fā)電機組執(zhí)行。

02現(xiàn)貨市場的運營時段

廣東電力市場運營基本規(guī)則規(guī)定運行日(D)為執(zhí)行日前市場交易計劃的自然日，每15分鐘為一個交易出清時段，每個運行日含有96個交易出清時段。而美國7個電力市場都是每小時為一個交易出清時段，每個運行日含有24個交易出清時段，實踐證明，這是可行的和成功的。近年來為了促進可再生能源發(fā)電的消納，有的ISO/RTO正在研究把日前市場交易出清時段縮短到15分鐘，至今還沒有成功運營的先例。雖然15分鐘的日前交易出清時段有助于更好地跟蹤日前負荷預測的變化，但會使市場出清的過程復雜化和給市場參與者投標和分解中長期合同成為日發(fā)電/負荷計劃帶來困難。在市場運營者和市場參與者都缺乏經(jīng)驗的情況下，不宜一開始就采用15分鐘的日前交易出清時段，何況結算時又用每小時4個15分鐘的節(jié)點電價的算術平均按小時結算。

廣東電力市場運營基本規(guī)則規(guī)定實時市場/實時調度(SCED)每15分鐘執(zhí)行一次，這很顯然是不適當?shù)摹?5分鐘的調度時段太長，不能很好地跟蹤實時負荷的變化和產(chǎn)生適當?shù)恼{度指令。實時市場應至少包括一個每15分鐘執(zhí)行一次的實時預調度和每5分鐘執(zhí)行一次的實時經(jīng)濟調度。實時預調度又叫短期機組組合，根據(jù)實時運行的邊界條件和日前計劃的邊界條件的差別，執(zhí)行短期(快速)機組組合及購買附加的輔助服務容量。實時經(jīng)濟調度執(zhí)行安全約束下的經(jīng)濟調度，并發(fā)出調度指令。

03日前現(xiàn)貨市場的出清次序

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圖1. 廣東日前現(xiàn)貨市場的出清次序

圖1給出了廣東日前現(xiàn)貨市場的出清次序，這個次序是不合理的。首先是慨念錯誤，安全約束下的經(jīng)濟調度(SCED，Security Constrained Economic Dispatch)是用于實時市場的，沒聽說什么地方用于日前市場。調度(Dispatch)和計劃(Schedule)是兩個不同的慨念, 實時調度是馬上就要執(zhí)行的指令，日前計劃是事先作的計劃，第二天運行日才需執(zhí)行。日前市場出清的結果叫日前計劃(Day Ahead Schedule)，實時市場的出清的結果叫實時調度(Real-time Dispatch)或調度指令(Dispatch Instruction)。

其次次序不當，理想的情況是機組開機組合，能量計劃，輔助服務備用應該在統(tǒng)一的安全約束下的機組組合(SCUC，Security Constrained Unit Commitment)中協(xié)同優(yōu)化出清，這樣才能實現(xiàn)機組提供的能量和輔助服務的優(yōu)化配置以及獲得真實的能量和輔助服務的市場清理價。如果不能采用協(xié)同優(yōu)化出清，也應該先出清能量，在保證滿足能量需求/平衡的前提下，再出清輔助服務。

04日前電能量市場SCUC的出清數(shù)學模型

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圖2.市場出清模型

從美國7個ISO/RTO的實踐經(jīng)驗看不出有什么必要要引入潮流約束越限量(松弛變量)和懲罰因子，這只會增加建模的復雜性，因為潮流約束是硬約束(hard constraint)，絕對不能越限。成熟的SCUC軟件必須而且能夠通過調節(jié)線路/斷面兩端的發(fā)電機出力和負荷來消除潮流約束越限。只聽說過在供給(能量和/或輔助服務報價)不足的情況下，有些ISO/RTO引入松弛機組(Slack Unit)和稀缺電價(Scarcity Price)來幫助市場的出清和促進需求側響應的應用。

系統(tǒng)正備用容量約束和系統(tǒng)旋轉備用容量約束也是不適當?shù)模貏e系統(tǒng)負備用容量約束是不必要和沒有意義的。既然廣東電力市場運營基本規(guī)則已認識到系統(tǒng)保持足夠的備用容量，包括旋轉備用容量的必要性，并列為數(shù)學模型中的約束條件，為什么不直接將其列為輔助服務產(chǎn)品，像調頻服務一樣，在市場中購買，所購買的容量按市場價進行補償。

沒有聽說過系統(tǒng)負備用容量這個慨念，不知是哪位高手的“創(chuàng)新”。不錯，系統(tǒng)實時運行/調度時，系統(tǒng)需要有往下調節(jié)(削減發(fā)電出力)的能力。事實上，各機組的實時能量報價曲線就包括了往下調節(jié)的能力。實時能量報價曲線是一條單調上升的折線，如下圖所示：

圖3. 機組能量報價曲線

此折線有有5段，紅線是某機組某運行時段的日計劃或該機組某時刻的調度開始點120MW。紅線左邊那70MW(120-50)就是該機組向下調(減出力)的能力。所以完全沒有必要引入負備用容量的概念。也許負備用容量的概念可以用于深度調峰，把深度調峰容量作為一種備用，通過日前現(xiàn)貨市場進行購買和補償。但實際上，在一個完善的現(xiàn)貨市場中，深度調峰問題可以通過日前能量計劃解決，完全沒有必要列為備用容量。

倒是調頻容量應該有正負之分，在美國有些ISO/RTO把調頻容量明顯地分為向上調節(jié)(Regulation-Up)和向下調節(jié)(Regulation-Down)，圖4似乎暗指廣東的調頻容量有上下(正負)之分。

圖4. 調頻容量分布

05實時發(fā)電計劃執(zhí)行偏差計算

機組實時發(fā)電計劃執(zhí)行偏差所對應的收益按照如下公式計算：

其中

是小時i的調度指令電量。這計算方法沒有考慮機組接到調度指令后從調度開始點到調度目標的爬坡過程，似乎太簡單了，圖5顯示了按調度目標計算的電量和考慮了機組爬坡過程的調度指令電量有較大的差別。但如果運行規(guī)則如此制定，大家都承認并遵守這個規(guī)則，也無可厚非。

圖5. 實時發(fā)電計劃執(zhí)行偏差計算

06完善輔助服務市場產(chǎn)品

根據(jù)廣東電力市場運營基本規(guī)則，廣東的電力輔助市場只有調頻服務一種產(chǎn)品，這是很不完善的，因為調頻服務離不開運行備用，包括旋轉備用和非旋轉備用的支持和配合。在實時運行時，實際的負荷和發(fā)電供應之間的偏差，或區(qū)域控制誤差(ACE，Area Control Error)是由承諾提供調節(jié)備用的資源通過AGC裝置自動平衡的。但是AGC自動平衡的能力是短期的和有限的，不可能一直使用下去，否則會很快地消耗殆盡。必須通過實時調度，對提供運行備用和實時能量報價的資源進行調度，增加或減少出力，提供或消耗不平衡能量，把已用過的AGC自動調節(jié)的能力置換出來，使AGC機組回到原來的首選工作點(POP， Preferred Operating Point)并把不平衡能量的需求減少到AGC能夠調節(jié)的范圍內。此外，相鄰兩個運行時段之間的日負荷計劃常有變化，也需要對提供運行備用和實時能量報價的資源進行調度，來跟蹤負荷的變化。另外為了保證系統(tǒng)在突發(fā)情況下，如機組或線路故障，系統(tǒng)仍能保持或恢復正常運行，也需要系統(tǒng)保有充足的運行備用。在市場化的環(huán)境中，系統(tǒng)調度機構再也不能隨意地無償?shù)卣{配提供運行備用的資源，這類運行備用成了必須付費購買的產(chǎn)品。一個資源如果被選擇提供輔助服務，其能量的輸出必然被會削減，這種削減必須得到補償。一個完善輔助服務市場的設立，就是為了通過市場的手段，確保輔助服務的充分供應和提供輔助服務的成本能夠得到有效的補償。運行備用的市場化，也給某些可能被淘汰的高成本，低效率的機組指出了一條生路：平時不開機，只要承諾提供運行備用，就能得到補償。

既然廣東電力市場運營基本規(guī)則已認識到系統(tǒng)保持足夠的備用容量，包括旋轉備用容量的必要性，并列為數(shù)學模型中的約束條件。為什么不及時啟動備用輔助服務市場，與調頻輔助服務市場和現(xiàn)貨電能量市場有效銜接。將運行備用列為輔助服務產(chǎn)品，像調頻服務一樣，在市場中購買，確定提供運行備用的資源和容量，所承諾的容量按相應輔助服務產(chǎn)品的市場清理價進行補償。至于其它的輔助服務產(chǎn)品，如黑啟動，電壓/無功支持，可靠性必開機組(Reliability Must Run)，由于其固有的物理屬性，不宜在集中的市場中交易，將由系統(tǒng)調度機構選擇適當?shù)姆仗峁┱撸c之簽訂中長期合同。

07完善輔助服務補償機制

根據(jù)廣東電力市場運營基本規(guī)則，對提供調頻服務的資源根據(jù)中標的調頻容量，實時調用到的能量和調頻里程進行補償，這是與國際成熟的電力市場接軌的。但是對運行備用，則沒有適當?shù)难a償，應該同步開放運行備用市場，在日前市場中確定提供運行備用的資源和容量，按容量給予補償。在實時市場中，按實際調用到的能量，再次按實時市場的能量價格進行結算。

至于提供輔助服務補償成本如何分擔的問題，不存在“誰受益、誰承擔”的原則，因為電力輔助服務產(chǎn)品屬于電力系統(tǒng)的公共物品。是保障電力系統(tǒng)的安全與可靠性，系統(tǒng)成員共同受益且不具有“可排除性”。輔助服務的這種公共品屬性，不會受能量交易模式的影響，作為公共物品的輔助服務，受益者為所有市場成員，只能由負責系統(tǒng)安全、可靠的系統(tǒng)運行機構單邊采購。既然輔助服務受益者為系統(tǒng)所有成員，其采購費用必須由所有成員的共同負擔，在美國和加拿大，是由所有電力消費者(負荷)按實際負荷量按比例承擔。基于中國的實際情況，廣東電力市場規(guī)定由所有的發(fā)電方，包括進口按實際上網(wǎng)電量按比例分擔，也未嘗不可，但最終這費用還是要轉嫁到用戶側。

08中長期合約和現(xiàn)貨市場的銜接機制

中長期合同和雙邊交易是成熟的電力市場重要的組成部分，它與電力現(xiàn)貨市場互相補充，缺一不可。中長期合同規(guī)避風險，能夠提前鎖定電量和價格，幫助市場成員規(guī)避需求和價格風險。現(xiàn)貨市場發(fā)現(xiàn)價格，幫助市場成員實現(xiàn)利益的最大化。有兩類中長期合同和雙邊交易：

金融(價差)合同，不需與現(xiàn)貨交易銜接

物理合同，必須交割，參與現(xiàn)貨交易，雙邊合同簽訂時，必須明確合同如何交割，也就是說必須安排輸電通道的容量

至今中長期合同(物理合同)在北美電力市場中仍然占很大的比例，例如2017年PJM的中長期合同電量占系統(tǒng)總電量的70%以上，CAISO的占64%(編者注：編者理解主要應為報地板價方式的自調度)。廣東的電力交易以中長期合同和雙邊交易起家，相信中長期合同和雙邊交易在即將開放的現(xiàn)貨市場中會占相當高的比例。中長期合約和現(xiàn)貨市場如何銜接是一個非常重要的必須解決的問題，但廣東電力市場運營基本規(guī)則對這個問題，沒有清楚而詳細的說明。

這里簡單介紹在CAISO，中長期合同和雙邊交易是如何參與美國加州電力現(xiàn)貨市場的。中長期合同和雙邊交易參與現(xiàn)貨交易，必須：

分解合同成每小時的發(fā)電和負荷計劃(曲線)并向現(xiàn)貨市場報價

以自計劃(self schedule)的形式報價，只報量不報價

合同以上，如果還有多余發(fā)電容量或附加的需求，可以經(jīng)濟報價(既報量也報價)的形式向現(xiàn)貨市場報價

如果某些時段不想履行合同，可使用全電量經(jīng)濟報價

圖6是一個包括中長期合同(自計劃 self schedule)的機組能量報價：

圖6.包括中長期合同(自計劃 self schedule)的機組能量報價

圖7表示了自計劃(self schedule)在市場中優(yōu)先被出清，這里沒有考慮網(wǎng)絡阻塞和網(wǎng)損，僅考慮供需平衡：

圖7.現(xiàn)貨市場的出清機制，供需平衡

現(xiàn)貨市場尊重中長期交易合同，自計劃保證了中長期交易合同優(yōu)先得到出清

自計劃不設定市場清理價，而是接受市場清理價(price taker)

合同的結算由合同簽訂者自行負責

ISO/RTO按市場清理價向發(fā)電方的中標電量(包括合同量)付費，按市場清理價向負荷方的中標電量(包括合同量)收費。

在日前市場中，如果有經(jīng)濟報價可以緩解阻塞，那么所有自計劃都受到現(xiàn)貨市場的尊重, 并在阻塞管理過程中受到保護, 不受限制。但是如果所有有效經(jīng)濟報價都用盡, 資源的自計劃則須進行調整(非經(jīng)濟調度)。在實時市場中，所有自調度計劃都受到現(xiàn)貨市場的尊重。在系統(tǒng)過度發(fā)電，需要削減機組出力時，首先調度經(jīng)濟報價。但是如果所有有效經(jīng)濟報價都用盡, 資源的自調度計劃則須進行調整(非經(jīng)濟調度)。如何進行調整，將是另一篇完整的文章的內容，這里不打算詳細討論。

09如何限制超大發(fā)電集團的市場力

廣東電力市場運營基本規(guī)則提到限制市場力的問題，但僅限于用市場力檢測參考價格來對比發(fā)電機組的能量報價，對如何限制超大發(fā)電集團的市場力的問題，則沒有提及。這是廣東現(xiàn)貨市場開始運營之前必須解結的問題。根據(jù)美國的經(jīng)驗，有三種方法：

拆分超大發(fā)電集團，使得廣東電力市場的每個發(fā)電企業(yè)的容量在整個系統(tǒng)中的占比不超過10%。

超大發(fā)電集團把發(fā)電機組承包給若干獨立的中間商(售電公司)，每個獨立的中間商所代理的發(fā)電容量在整個系統(tǒng)中的占比不超過10%。

限制超大發(fā)電集團進入現(xiàn)貨市場的容量，在整個系統(tǒng)中的占比不超過10%。其大多數(shù)的容量以中長期合同的形式參加現(xiàn)貨市場。

10機組發(fā)電成本測算

廣東電力市場運營基本規(guī)則認識到機組發(fā)電成本測算，即發(fā)電機組市場力檢測參考價格(Reference Price)的重要性，并給出了具體的測算方法和步驟，但規(guī)定由廣東電力交易中心具體實施，廣東電網(wǎng)電力調度控制中心，廣東電科院能源技術有限公司配合。這不符合電力市場必須公平，公正，公開的原則。在美國發(fā)電參考價格是由第三方獨立機構(例如Potomac Economics)計算并管理的，ISO/RTO和有關的發(fā)電企業(yè)提供所需的數(shù)據(jù)。

結論

電力工業(yè)是一個相對保守的行業(yè)，電力系統(tǒng)的安全可靠運行是頭等重要的大事。電力工業(yè)改革的目的不僅僅是降低電價，打破壟斷，引進竟爭，優(yōu)化資源的利用，提高系統(tǒng)運行的可靠性是更重要的目的。電改的步子寧愿慢一些，穩(wěn)一些，歐洲北美有成熟的經(jīng)驗和沉重的教訓，我們應該虛心學習，認真消化，然后才去追求所謂的創(chuàng)新。(電刀點評：不會爬先別跑)

編者按

廣東規(guī)則體系尚處于摸索過程中，調整和修改屬于必然，尚不可成為簡單翻版的案例。最近，部分地區(qū)方案在廣東規(guī)則基礎上進一步簡化，甚至在中長期中仍保持直接交易交易電量指標的方式，發(fā)用雙方既不承擔實物責任的平衡義務，也不承擔財務責任的平衡義務(中長期合同無發(fā)用一致的功率曲線)，這讓現(xiàn)貨交易喪失了計量結算的責任之錨。這種做法本質是《電力中長期交易基本規(guī)則》中提出的上下調偏差定價的變種，模式仍是“電量指標交易+半計劃調度”。以現(xiàn)貨為核心沒錯，但不考慮與之配合的中長期交易是危險的。電刀小組會在后續(xù)奉上分析研究，供各位老師批評。

(本文僅代表作者本人觀點，與本公眾號無關)

作者簡介：劉云仁，祖籍江蘇省常州市，生于云南省昆明市。1968年畢業(yè)于重慶大學電機工程系電力系統(tǒng)專業(yè)，1978年到1980年在中國科學院研究生院電工研究所學習，1981年赴美留學，分別于1982年和1987年從美國威斯康星大學麥迪遜分校(University of Wisconsin, Madison)獲得電機工程碩士和博士學位。1988年至1997年，作為主任研發(fā)工程師，在ABB系統(tǒng)控制公司(Asea Brown Boveri， System Control)負責能量管理系統(tǒng)(Energy Management System)高級應用軟件的研發(fā)，實施和維護工作。自從1997年11月，作為初創(chuàng)團隊的成員之一，參加了加州獨立系統(tǒng)運行公司(California Independent System Operator - CAISO)的組建工作，參與電力市場設計，負責市場應用軟件的安裝和調試。直到2011年11月退休以前，作為主任市場設計工程師，負責CAISO市場內部應用軟件的研發(fā)，測試和維護以及市場運行的技術支持和分析工作。劉云仁博士是IEEE高級會員。劉云仁博士現(xiàn)為國內外多家公司高級顧問和重慶大學電氣工程學院客座教授。