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

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備約束和系統約束，政策類約束又可分為法律法規類約束和社會政策類約束。

1)設備約束。電力系統中的各個物理設備都有一定的技術參數和約束。比如，發電機組具有最大最小技術出力約束、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;電氣設備有耐受電壓約束等。這個類型的約束主要由各個設備本身的特性決定，沒有統一的標準。

設備的技術約束主要考慮兩個方面：安全、經濟。一些指標是嚴格不能突破的，突破就會造成設備損害等嚴重事故;而一些指標是可以在一定的范圍和短時間內越限的，但會對設備運行的經濟性造成一定影響。

2)系統約束。為了電力系統整體的安全、穩定和經濟運行，也有一些技術約束，如節點電壓的約束、系統頻率的約束、可靠性的約束等。

類似的，系統約束也可以有兩個層次：保證電網安全穩定運行的約束和保證電網經濟運行的約束。對不同的地區和不同的用戶類型，這兩個層次的指標可能不一樣，比如精密儀器生產企業對電壓的要求比冶煉行業的要求高。但在相關規范、標準中，一般給出通用的標準。比如，《供電營業規則》里規定了各個電壓等級下供電電壓的波動范圍，如10kV供電的標準為±7%。

3)法律法規類約束 。電力市場的運行必須遵循相關的法律法規，包括以下一些層次：憲法、法律、行政法規、地方性法規和行政規章等。與電力市場相關的法律層面的如《電力法》、《環境保護法》、《合同法》、《反壟斷法》等，行政法規層面的如《關于進一步深化電力體制改革的若干意見》(9號文)，行政規章層面的如上述的1027號文件。

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

二、約束的表達和實現方式

在電力市場機制設計中，各種約束如何實現呢?這里以日前現貨能量市場的設計為例進行討論。

1、設備約束

有兩種考慮設備約束的方式：分散式和集中式。分散式下，市場模型中不考慮這些設備的約束，市場主體需根據自己的設備的約束情況確定報價的策略，以保證出清的結果可以滿足設備的約束，如果不滿足，相關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的技術約束參數，從而在市場出清中統一考慮這些約束，保證出清結果滿足相關技術約束。比如發電機組的最小出力、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，PJM出清模型中考慮;歐洲的大多數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、系統約束

電壓、頻率、可靠性等系統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。

(1)固定約束即將相關約束指標作為市場出清的固定的、不能突破的約束，這是傳統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%范圍內為彈性約束：當電壓偏差造成的發電成本增加過大時，可以對電壓偏差限制進行一定松弛。彈性約束可以認為是電壓偏差限值與電壓偏差造成的用戶成本之間的關系。比如：電壓偏差每減小1%，用戶側因電壓偏差造成的損失減小M元。這樣，當由于電壓偏差約束的存在造成的總發電成本的增加超過彈性造成的用戶的成本的增加時，就可以對相應的電壓偏差約束進行松弛：如果電壓偏差約束從5%松弛到6%可以將總發電成本降低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)通常由管制機構根據當地的電網、負荷的情況確定。另外，也有些市場對電壓、線路傳輸容量等約束進行了彈性化處理。

(3)需求響應本質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的方式對約束進行了松弛。

3、政策類約束

這類約束類型廣泛，沒有統一的展現方式，也是電力市場機制設計中最難考慮的因素之一。對這類約束，在進行電力市場設計時，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是什么，市場環境下是否仍然需要?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，是減小排放。但在實際中，在一些特殊的電網、電源、負荷結構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最小排放的方案，對可再生能源全額消納這個約束進行適當的松弛(允許部分棄風、棄光、棄水)，可能反而可以更好的實現減小排放的目標。

三、約束的彈性及松弛

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

1)設備約束。前面提到，設備的技術約束主要考慮兩個方面：安全、經濟。安全方面的約束是強制性的、固定性的，但經濟方面的約束實際上是可以突破的，是有一定彈性的。比如，機組的最小技術出力。當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，對發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，也就是說其結果僅僅是非經濟的運行。

市場設計中，集中式的設備約束表達方式下，市場成員在報價中直接給出設備的固定的約束，可以較好的保證約束的實現，但較難反映約束的彈性。相對來說，分散式的設備約束表達方式，可以更靈活的對設備的約束進行處理：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備約束機制下，進一步改變其報價形式：市場成員申報其約束的彈性曲線，然后由市場統一出清。

2)系統約束。前面已經對系統約束的三種方式：固定約束、彈性約束、需求響應進行了分析和討論。是否對某個系統約束進行松弛，如何進行松弛，主要取決于這個約束造成的成本：如果系統比較強健，約束受限的情況很少發生，造成的成本比較小，就可以采用簡單的固定約束的方法;如果約束經常發生，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，主要取決于用戶側計量、響應的能力。

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

三、電力市場機制設計的邊界條件

相關高校、研究機構、學者在進行電力市場機制設計時，首先需要考慮的一個問題是：以什么為邊界條件?

如上所述，國家的相關法律、法規、規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。在進行電力市場機制設計時，是否將這些均作為邊界條件?

在英文中，表達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不合理的政府的規制為一個很重要的目標的。如果在改革中將現有的所有的或大部分的政府的法律、法規、規章制度都作為邊界條件，改革可能會無從下手，沒有優化空間，最終的結果只能是失敗。

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

總結

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化配置的空間，在可能的情況下需要對這些約束進行松弛。物理方面的約束可以通過集中建立彈性曲線、用戶側報價(需求響應)等方式對一些設備的、系統的約束進行松弛。對政策方面的約束，最主要的是分析其與改革終極目標的一致性，對不一致的政策，積極、盡快促進對相關法律、法規、規章制度等的修改、完善。電力市場機制設計研究中，一定不能簡單的以現有的政策作為邊界條件，而是要提出改變邊界條件的方案。