鐘聲?楊再敏?張志翔?梁志飛?嚴(yán)旭?張翔?荊朝霞?劉煜

摘 要 電力市場設(shè)計中實時能量的平衡及其定價機制是重要的一個環(huán)節(jié)。以英國電力市場為代表的分散式電力市場通過平衡市場和不平衡結(jié)算機制實現(xiàn)能量的實時平衡和相關(guān)成本的分?jǐn)?。本文在對英國BETTA模式下的平衡機制進(jìn)行簡要介紹和分析的基礎(chǔ)上，對BETTA模式下的不平衡電價結(jié)算方法以及最近進(jìn)行的一次改進(jìn)進(jìn)行介紹，并分析對我國電力市場改革的啟示。

關(guān)鍵詞 英國電力市場;平衡機制;不平衡結(jié)算

引言

實時能量平衡及其定價機制是電力市場設(shè)計的一個關(guān)鍵環(huán)節(jié)。其相關(guān)交易和定價機制不僅僅影響到平衡市場交易和不平衡電量的相關(guān)價格，所有的中長期市場交易都受到平衡機制的影響[1]。目前，國際上有兩種典型的實時平衡和定價機制：以美國PJM為代表的實時市場機制，以及以英國和歐洲為代表的平衡市場和不平衡結(jié)算機制[2]。英國是較早實行電力市場改革的國家，有豐富的改革經(jīng)驗，其平衡市場機制也經(jīng)過多次改革，不斷完善，有很多值得我國借鑒的地方。本文通過對英國不同階段平衡機制的介紹、分析，提出對我國電力市場改革的啟示。

1Pool模式下的平衡機制

英國電力市場改革始于1989年。對由英國中央發(fā)電局進(jìn)行垂直壟斷的電力管理模式進(jìn)行改革，新模式的核心是構(gòu)建電力庫（POWER POOL），在POOL模式下，所有電廠都加入電力庫，發(fā)電廠向電力庫售電，供電商從電力庫購電，建立全國統(tǒng)一的電力集中交易市場[3]。本節(jié)對POOL模式下的偏差處理機制進(jìn)行簡要介紹。

1.1 報價

POOL模式下構(gòu)建了一種發(fā)電單邊市場，用戶不參與報價。發(fā)電商在交易日前一天的10：00前申報交易日內(nèi)每個時段（半個小時）的報價以及可發(fā)容量等參數(shù)。

1.2日前無約束出清

英國國家電網(wǎng)公司（NGC）根據(jù)發(fā)電機組報價及系統(tǒng)負(fù)荷預(yù)測情況，進(jìn)行以半個小時為單位交易時段的無約束出清（不考慮網(wǎng)絡(luò)約束）計算，得到無約束調(diào)度結(jié)果，包括：每個時段的系統(tǒng)邊際價格SMP（System Marginal Price）及每臺發(fā)電機組在每個時段的出力水平。其中，各時段的SMP由該時段排入出清計劃的最后一臺機組的報價確定。然后根據(jù)失負(fù)荷概率（LOLP）及失負(fù)荷損失（VOLL）計算容量電價（CE），再與SMP相加得到日前市場的購入電價。

1.3 實時約束出清

在交易日的每個時段，考慮實際的負(fù)荷及網(wǎng)絡(luò)約束等情況進(jìn)行約束出清。由于預(yù)測誤差、網(wǎng)絡(luò)約束等的存在，NGC將對部分機組的日前無約束出清計劃進(jìn)行修改得到實時約束出清結(jié)果，其中，相對日前無約束出清結(jié)果增加出力的容量稱為“限上”，減少出力的容量稱為“限下”。

1.4 發(fā)電側(cè)結(jié)算

發(fā)電機的結(jié)算價格由電量電價和容量電價構(gòu)成。

電量電價：根據(jù)機組在日前市場、實時市場的出清結(jié)果將電量電價分為以下四種情況：

（1）列入日前無約束出清調(diào)度計劃且實時運行的機組：按SMP結(jié)算;

（2）列入日前無約束出清調(diào)度計劃但未實時運行的機組（限下）：按照（SMP-報價）進(jìn)行結(jié)算;

（3）未列入日前無約束出清調(diào)度計劃但實時運行的機組（限上）：按照報價進(jìn)行結(jié)算;

（4）未列入日前無約束出清調(diào)度計劃且實時未運行：結(jié)算價為零。

容量電價：對于所有可用容量的發(fā)電機組不考慮其發(fā)電情況都可以獲得容量價，計算公式如下：

CE=LOLP*（VOLL-SMP）

其中， LOLP為失負(fù)荷概率，反映了由發(fā)電機組可用容量不足引起的失負(fù)荷概率; VOLL為失負(fù)荷損失，反映了用戶為避免切負(fù)荷而愿付的代價。

1.5 用戶結(jié)算

英國電力市場中未采用分區(qū)或節(jié)點電價，所有用戶的電價相同。需要將上述付給發(fā)電機的容量電費、電量電費均按郵票法分?jǐn)偨o所有用戶。其中，電量電費為在SMP基礎(chǔ)上增加一個上抬費用（UPLIFT），UPLIFT包括因“限上”和“限下”而增加的費用，因此在購入電價的基礎(chǔ)上增加上抬費用即可得到售出電價。在POOL模式下的電力市場的電價定價流程如圖1所示。

1.6 分析討論

不平衡結(jié)算包括兩個方面：①支付給平衡服務(wù)提供者的價格、②向平衡服務(wù)使用者收取的價格。在英國的POOL中，平衡服務(wù)由發(fā)電機提供，而且不另外報價，日前能量市場的報價也同時作為平衡服務(wù)的報價。對于“限上”，按報價結(jié)算，對于“限下”，按報價和市場統(tǒng)一出清價的差價結(jié)算。

由于POOL是僅發(fā)電機報價的單邊市場，用戶僅為價格接受者，平衡服務(wù)費用由所有用戶平均分?jǐn)偂?/p>

在實時約束出清下發(fā)電功率的調(diào)整，一方面是要解決負(fù)荷預(yù)測誤差的問題，另一方面更重要的是解決網(wǎng)絡(luò)阻塞的問題。在POOL模式中，日前先用簡化的模型（無約束模型）進(jìn)行出清，實時再用詳細(xì)的模型（有約束模型）進(jìn)行出清?？梢哉J(rèn)為詳細(xì)模型出清是在無約束出清結(jié)果上對其結(jié)果進(jìn)行再調(diào)度。這是電力市場中處理網(wǎng)絡(luò)阻塞問題的一大類方法。一些分區(qū)定價的方法，如加州早期的電力市場對阻塞也是采用類似的思路，只不過其第一次出清不是采用完全無約束模型，而是采用包括一些簡單的區(qū)間聯(lián)絡(luò)線約束的簡化模型。另外一個差別是在進(jìn)行再調(diào)度時需不需要市場成員重新報價。英國POOL模式中，發(fā)電商只需進(jìn)行一次報價，相當(dāng)于日前的能量市場報價也作為上調(diào)、下調(diào)報價。而目前大多數(shù)采用這種阻塞處理的市場中都允許市場成員重新報價[4-6]。

2BETTA模式下的不平衡電價

2.1 BETTA市場模式簡介

在英國POOL模式下，存在諸多問題，如：市場機制的不完全性、發(fā)電側(cè)易行使市場力、POOL模式的改進(jìn)受自身的限制等，導(dǎo)致在某些情況下供電價格非常高[7]。英國政府于1999 年放棄了POOL模式，并在2000年推行了NETA模式[8]，由集中交易為主的POOL模式改為雙邊合同為主的NETA模式，2010年推行了BATTA模式，其平衡處理機制是類似的。新的模式的主要特點如下。

（1）合同市場。新模式下，大部分電力交易通過合同市場進(jìn)行[9]。包括交易雙方自行簽訂的雙邊合同和其通過經(jīng)紀(jì)人、電子平臺簽訂的合同。合同的類型包括遠(yuǎn)期合同（Forward Contract）、期貨合同（Futures Contract）及期權(quán)（Options）。合同交易可以從若干年以前一直到交易前若干小時。市場成員可以選擇在哪里、以什么形式、簽訂多少交易合同。

（2）平衡機組單元BMU。建立了平衡機組單元（Balancing Mechanism Unit，BMU）的概念，BMU可以由一組發(fā)電機或負(fù)荷組成，所有BMU必須在關(guān)閘（Gate Closure）前（目前為一個小時）向市場運營機構(gòu)提交該交易時段的出力（消費）計劃（Final Physical Notification，F(xiàn)PN）。除此之外，市場成員還要在關(guān)閘前提交合同交易情況（Contract Notification，CN）。CN主要用來結(jié)算，市場成員在FPN的出力和CN中的出力可以不一樣。也就是說，在合同市場簽訂的合同是一種金融合同，與FPN可以不一致。但是，如果FPN與CN中的出力水平一致，則可以規(guī)避市場實時價格的風(fēng)險。

（3）平衡機制。通過平衡機制解決電量不平衡及各種網(wǎng)絡(luò)約束問題[10-11]。BMU單元在FPN的基礎(chǔ)上申報Bid/Offer。其中Offer表示機組增出力或負(fù)荷單元降低負(fù)荷水平，Bid表示機組降低出力或負(fù)荷單元提高負(fù)荷水平。市場運營機構(gòu)基于總調(diào)節(jié)成本最小的目標(biāo)選擇調(diào)用哪些Bid/Offer。除了Bid/Offer，市場運營機構(gòu)還可以通過事先通過合同方式購買的輔助服務(wù)解決不平衡和網(wǎng)絡(luò)約束問題。

2.2 BETTA市場模式下的不平衡結(jié)算

不平衡結(jié)算同樣包括對平衡服務(wù)提供者的結(jié)算和對平衡服務(wù)使用者的結(jié)算。平衡服務(wù)提供者主要是提供Bid/Offer的市場成員，對其按報價計算。對發(fā)電來說，Offer表示其增加出力的發(fā)電價格，Bid表示減小其出力希望獲得的補償。平衡服務(wù)的使用者主要是不平衡電量。其中，BMU的不平衡電量=實際量測量-合同量。其中，實際量測量在不考慮虛報FPN和不執(zhí)行調(diào)度指令的情況下，應(yīng)等于FPN加上中標(biāo)Bid/Offer的調(diào)整量。

從這里看到，雙邊合同是一種金融合同，本質(zhì)上與POOL模式下的差價合約類似，POOL模式下的價格基準(zhǔn)是POOL的出清價，而這里的基準(zhǔn)價是不平衡結(jié)算中的不平衡價格。FPN是市場成員期望的缺省運行點，其在這點愿意作為市場價格的接受者，在這個點之外，價格合適的話可以調(diào)整出力。市場成員可以參考雙邊合同的情況確定FPN，但FPN可以與雙邊合同中確定的出力水平不一樣。

對不平衡量采用Bid/Offer的某種加權(quán)平均價，并采用雙結(jié)算機制，即BMU的偏差方向與系統(tǒng)偏差方向相同及不同時，采用不同的價格體系：相同時價格較高，不同時價格較低。

平衡機制中，對提供平衡服務(wù)的市場成員按照其報價Bid/Offer進(jìn)行結(jié)算。這里主要討論對造成不平衡的市場成員（平衡機組單元BMU）的收費。不平衡收費的要點如下：

（1）BMU的不平衡量=實際出力 -（FPN出力+Bid/Offer被調(diào)用的出力），這里的“出力”指該BMU注入電網(wǎng)的功率，可正可負(fù)。（2）不平衡收費用來回收系統(tǒng)購買Bid/Offer服務(wù)的成本。（3）對不平衡量>0的情況，即多發(fā)或少用情況，按系統(tǒng)售電價格（SSP）支付給市場成員;對不平衡量<0的情況，即少發(fā)或多用情況，市場成員按系統(tǒng)購電價格（SBP）繳費。（4）對SSP和SBP每半小時計算一次，均采用雙結(jié)算系統(tǒng)：若市場參與者的不平衡與系統(tǒng)的不平衡狀態(tài)一致，即加重了系統(tǒng)整體的不平衡情況，則采用懲罰性的“主要定價法”（Main Pricing Method），反之，市場交易方的不平衡狀態(tài)有助于緩解系統(tǒng)的整體的不平衡情況，則通過非懲罰性電價“補充定價法”（Reserve Pricing Method）。（5）主要定價法反映系統(tǒng)購買Bid/Offer來進(jìn)行系統(tǒng)平衡的成本。2014/15年度以前采用最后入圍的500MW報價的平均價。（6）補充定價法反映短期市場的電能交易價格——即某市場參與方若能將其不平衡電量在短期市場結(jié)束前進(jìn)行交易所能獲得的價格。價格等于短期市場中，該交易時段內(nèi)全部能量交易價格電量的一種加權(quán)平均數(shù)（越靠近實時交易點進(jìn)行的交易，其價格及電量所占的權(quán)重越大）。

3電力平衡機制評估及改進(jìn)

3.1 基本思路

市場中的各種機制應(yīng)該給市場參與者提供有效的經(jīng)濟激勵信號，使市場能夠以最經(jīng)濟、有效的方式保證電力系統(tǒng)的安全供應(yīng)，實現(xiàn)資源的最優(yōu)配置。

平衡結(jié)算機制也是如此。不平衡電價（cash-out price）是英國BETTA模式中對市場成員平衡行為的一個重要的價格激勵信號。Ofgem認(rèn)為現(xiàn)有的平衡機制不是十分有效，導(dǎo)致了系統(tǒng)平衡和安全供應(yīng)方面的低效，從2011年開始開啟了相關(guān)機制的評估工作。經(jīng)過若干環(huán)節(jié)，包括征求各利益相關(guān)方的意見，Ofgem在2014年5月15日發(fā)布了終稿文件：“電力平衡機制評估-終稿方案”（Electricity Balancing Significant Code Review（EBSCR） - Final Policy Decision），提出了對不平衡價格計算的四條改進(jìn)意見[12]。該方案分為若干步驟，從2014/2015年度開始，2018/2019年度結(jié)束。不平衡結(jié)算也是我國當(dāng)前很多省份的電力市場規(guī)則中的重要部分。英國在平衡機制方面的政策歷程對我國有很強的啟發(fā)意義。

3.2 背景與目標(biāo)

當(dāng)前英國的電力市場面臨很多挑戰(zhàn)，處于一個轉(zhuǎn)型期：容量裕度變小、可再生能源發(fā)電比例增加以及歐洲一體化市場的建立等。經(jīng)過研究，Ofgem認(rèn)為當(dāng)前的不平衡電價沒有為市場平衡提供有效的經(jīng)濟信號，尤其是沒有正確的信號來評估靈活性（flexibility）服務(wù)（快速進(jìn)行出力的上下調(diào)整以響應(yīng)市場供需變化）和峰荷發(fā)電（peaking generation）服務(wù)的價值。因此，市場成員沒有足夠的激勵提供靈活性能力（如靈活發(fā)電資源、需求響應(yīng)和儲能等）來匹配需求。隨著間歇性發(fā)電比例的增加，靈活性服務(wù)對電力系統(tǒng)安全的供應(yīng)越來越重要。不平衡結(jié)算機制和政府開展的容量市場從不同的角度解決電力安全供應(yīng)的問題，互為補充： 容量市場通過給容量提供者一個穩(wěn)定的收益以保證長期容量的充裕性，而不平衡結(jié)算機制的改革影響未來市場中容量的類型。變化更加強烈的不平衡價格將可以降低容量市場的容量價格。

進(jìn)行不平衡評估和改進(jìn)的總體目標(biāo)是保護(hù)現(xiàn)有和未來消費者的利益，具體包括以下幾個方面的目標(biāo)：建立對有效的安全供應(yīng)水平的激勵、提高電力平衡的效率、確保平衡機制與歐盟市場改革一致并支持容量市場改革。

該方案的改進(jìn)主要包括以下四個方面：計算不平衡價格采用邊際成本法;計算不平衡價格時包括用戶停電及降壓造成的社會成本、改進(jìn)備用定價方法以反映系統(tǒng)在惡劣情況下的價值、將雙結(jié)算機制改為單結(jié)算機制。這里對前兩項內(nèi)容進(jìn)行介紹和分析。

3.3 以發(fā)電邊際成本進(jìn)行不平衡結(jié)算

（1）改革的原因。改革前的規(guī)則中，當(dāng)市場成員的功率不平衡方向與系統(tǒng)一致時，對其采用主要定價法，即被系統(tǒng)調(diào)度采用進(jìn)行系統(tǒng)平衡服務(wù)的最貴的500MWh的Bid或Offer的加權(quán)平均價。進(jìn)行加權(quán)定價的平衡服務(wù)的量（改革前500MWh）就稱為價格平均參考量（Price Average Reference，PAR）。這種基于平均成本的定價方法，扭曲了市場中缺稀資源的價格信號，尤其在系統(tǒng)供應(yīng)比較緊張的時候，并且減少了靈活性服務(wù)提供者的收益，這最終又會影響到系統(tǒng)供應(yīng)的安全性及整體的平衡成本。

（2）改革的具體措施和步驟。使用系統(tǒng)邊際成本，即最貴的Bid/Offer報價作為不平衡電量電價。根據(jù)相關(guān)主體的意見，將這一改革分解成三個階段：第一階段，2014/15年度，將PAR降為250MWh，即采用最貴的250MWh的Bid/Offer的報價的加權(quán)平均價作為不平衡電量的結(jié)算電價;第二階段，2015/16年度，進(jìn)一步將PAR降為50MWh;第三階段，2018/19年度，最終將PAR降為1MWh。

（3）改革的影響。該項改革主要有以下幾個方面的影響：①使不平衡價格變化更加劇烈，使其真正反映系統(tǒng)缺稀的成本，在系統(tǒng)供應(yīng)緊張時候提供有效的經(jīng)濟信號。②一個完全基于成本的，邊際成本定價方法將使市場成員面臨系統(tǒng)平衡服務(wù)的真正成本。這將激勵市場成員基于自己的利益在關(guān)閘前采用最大可能去實現(xiàn)平衡（在其成本比系統(tǒng)的成本低的情況下）。③這項基于邊際成本的改革將提高對平衡和靈活性投資的激勵，最終支持系統(tǒng)安全性。

3.4 在不平衡價格中包含負(fù)荷控制成本

（1）改革的原因。當(dāng)系統(tǒng)調(diào)度認(rèn)為供應(yīng)不足以滿足需求時，可能需要使用負(fù)荷控制手段。這是一些在緊急情況下的最后的手段，通過直接停電、降低電壓等方式減小電力需求。這些負(fù)荷控制手段是一種平衡手段，但并未包括在不平衡價格的計算中。這導(dǎo)致系統(tǒng)不平衡價格沒有反應(yīng)真實的平衡成本，因而降低了市場成員主動進(jìn)行平衡來避免停電的激勵。

（2）改革的具體措施和步驟。在不平衡電價包括用戶停電損失（VOLL）和電壓降落損失。改革分為兩個階段：2015/16年度，停電損失費用?3000/MWh，2018/19年度該費用調(diào)整至?6000/MWh。這樣在不平衡電價的計算中將負(fù)荷控制與其他不平衡服務(wù)手段按相同的方法處理。

（3）改革的影響。該項改革的影響與上個措施類似。使得價格信號更加明顯，當(dāng)市場成員的停電損失更大時，其會盡力采取措施避免停電。

4對我國電力市場的啟示

（1）電力市場相關(guān)規(guī)則的制定、修改，最終的原則是提高整體的效率。

（2）邊際成本定價方法可以提供更加顯著的經(jīng)濟信號，引導(dǎo)更加有效的資源配置。

（3）一項改革措施是否實施需要考慮以下兩方面的問題：改革后社會福利的增加和改革需要的成本，福利的增加應(yīng)該大于改革所需的成本。

（4）不平衡電量的結(jié)算包括兩個方面，向提供不平衡服務(wù)的供應(yīng)者的購買價格和存在不平衡量的市場成員收取的價格，英國方法中對供應(yīng)者（Bid/Offer）的購買價格采用報價，對使用平衡服務(wù)的不平衡量由平均成本改為邊際成本，以提供更加多的經(jīng)濟信號。

我國目前一些地區(qū)的市場設(shè)計中，對不平衡的結(jié)算沒有考慮實際的成本，而是采用人為規(guī)定的一個價格，需要進(jìn)行一些定量的分析，分析相關(guān)規(guī)定對市場行為的影響，以及造成的成本、效益。

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作者簡介

鐘聲（1971-），男;學(xué)歷：碩士研究生，高級工程師，現(xiàn)就職單位：廣州電力交易中心，研究方向：電力營銷、電力市場。

楊再敏（1982-），男;學(xué)歷：碩士，高級工程師，現(xiàn)就職單位：南方電網(wǎng)能源發(fā)展研究院，研究方向：能源戰(zhàn)略與政策研究、電力市場研究。

張志翔（1979-），男;學(xué)歷：碩士，工程師，現(xiàn)就職單位：廣州電力交易中心，研究方向：電力市場、電力需求側(cè)管理。

劉煜（1997-），男;現(xiàn)就讀學(xué)校：華南理工大學(xué)，學(xué)歷：碩士，學(xué)生，研究方向：電力市場。