电力现货、中长期及辅助服务市场

主讲人：王玉玮副教授单位：华北电力大学经济管理系E-mail：wangyuwei2010@126.com 日期：2025年2月 现货电力市场 电力中长期市场（含绿电交易） 电力辅助服务市场 现货电力市场 现货电力市场又称短期电力市场，其通常是针对实际用电时刻提前数（十）分钟，数小时，甚至一天所组织与开展的电能量实物交易市场。 现货电力市场的主要作用与意义： Ø可在合适的时间前提量上形成与电力系统物理运行相适应的、体现市场成员意愿的交易计划。Ø促进电能交易的竞争，实现电力资源的高效、优化配置。Ø为电力系统的阻塞管理提供调节手段和经济信号等。 介于日前与平衡市场的现货市场被称为日内市场（例如，北欧电力市场中存的在日内市场），由于日内市场的交易规模在整个现货市场体系中所占比重很小，因此，常常在相关的现货市场研究中被忽略。 组织方式与决策主体 现货电力市场是通过集中竞价的方式组织交易的，因此，在现货电力市场中，除了交易参与者外，还应包括交易的组织者，即负责组织集中交易及运行市场出清的机构或部门。 交易申报-发电侧 常规燃煤机组：Ø申报信息：机组启动费用（元/次）、空载费用（元/小时）和电能量费用（元/兆瓦时）。 Ø机组启动费用：申报的启动费用不得超过火电机组启动费用上限。发电机组实际的启动状态根据调度自动化系统记录的启 停机时间信息进行认定。Ø电能量费用： •发电机组最多申报10段，电力最小单位是1MW，申报电价的最小单位是10元/MWh； •第一段出力区间起点为机组的深度调峰能力，最后一段出力区间终点为机组的额定有功功率，每一个报价段的起始出力点必须等于上一报价段的出力终点，两个报价段衔接点对应的报价值属于上一段报价。报价曲线必须随出力增加单调非递减。每段报价段的长度不能低于机组额定有功功率的5%。每段报价的电能量价格均不可超过申报价格的上限、下限限制。 单个发电商申报的交易计划（报价曲线） 日前市场中，单个发电商通常会针对次日某时段申报一条如下图所示的出力-价格阶梯曲线： 交易申报-发电侧 ü批发用户申报其运行日的用电需求曲线，即运行日每15分钟内的平均用电负荷；ü售电公司申报其代理的电力零售用户运行日的用电需求曲线，即运行日内每15分钟的平均用电负荷ü电网企业申报其代理的购电用户、居民农业用户的用电需求曲线，即运行日内每15分钟的平均用电负荷 单个售电商申报的交易计划（报价曲线） 日前市场中，单个售电商通常会针对次日某时段申报一条如下图所示的负荷-价格阶梯曲线： 一、生产函数 一定时期内，在技术水平不变的情况下，生产中所使用的各种生产要素的数量与所能生产的最大产量之间的关系 （生产要素:生产的投入品,包括劳动、资本、土地和企业家才能） （1）一旦技术发生变化，生产函数就会改变 （2）“最大的产量”：生产函数所要求的生产技术是最有效率的，其产量是不可能再增大的产量。 为了简化分析，考虑一种简单的生产过程，厂商利用两种投入：劳动Ｌ和资本Ｋ，生产一种产出Ｑ，用函数表示： Q = f ( L, K ) •区分短期与长期 短期：生产者不能调整全部生产要素的投入量，至少有一种生产要素的数量是固定的。生产要素分为可变要素和不变（固定）要素。 长期：生产者可以调整全部生产要素的投入量，因此所有生产要素都是可变的。 总产量(Total Product)：TPL指与一定的可变要素相对应的最大产量 平均产量（Average Product):APL指总产量与所使用的可变要素的投入量之比 边际产量（Marginal Product)•MPL:每增加一单位可变要素的投入 量所增加的产量 dL)K,L(dTPL)K,L(TPlimMPLL0LL 在技术水平不变的条件下，在连续等量地把一种可变的生产要素增加到其他一种或几种数量不变的生产要素上去的过程中，当这种可变生产要素的投入量小于某一特定值时，其边际产量是递增的；当这种可变要素的投入量超过这一特定值时，其边际产量是递减的 边际报酬递减规律是短期生产的一条基本规律 边际报酬递减的原因 即最佳技术系数 l生产中，可变要素与不变要素之间在数量上都存在一个最佳配合比例。 l开始时，由于可变要素投入量小于最佳配合比例所需数量，随着可变要素投入量的逐渐增加，越来越接近最佳配合比例。 l边际产量是呈递增的趋势。 l当达到最佳配合比例后，再增加可变要素的投入，可变生产要素的边际产量就是呈递减趋势。 •第一阶段为平均产量递增阶段，此时企业应该增加产量；•第三阶段为总产量递减阶段，此时企业应该减少产量。 生产者进行短期生产的决策空间为第二阶段 短期成本理论 由于在短期内厂商只能调整部分可变生产要素，所以成本也被分为可变成本和不变(固定)成本 短期总产量与短期总成本的关系 TFC总不变成本：厂商在短期内为生产一定产量的产品对不变生产要素所支付的总成本（如机器设备） 总不变成本不随产量的变化而变化 总可变成本：STVC=STVC(Q)厂商在短期内为生产一定量的产品对可变生产要素支付的总成本（如原材料、劳动力等）总可变成本随产量的变动而变动 总成本：是厂商在短期内为生产一定量的产品对全部生产要素所支付的总成本STC(Q)=TFC+STVC(Q) 平均不变成本:厂商在短期内平均每生产一单 位产品所消耗的不变成本 平均可变成本:厂商在短期内平均每生产一单位产品所消耗的可变成本 平均总成本:厂商在短期内平均每生产一单位产品所消耗的全部成本 边际成本:厂商在短期内增加一单位产量时所增加的总成本 边际报酬递减规律 •边际报酬递减规律作用下的短期边际产量和短期边际成本之间存在着一定的对应关系：边际产量递增阶段对应边际成本的递减阶段；边际产量最大值对应边际成本的最小值。 在边际报酬递减规律的作用下，短期边际成本SMC曲线表现为先降后升的U型特征。 •TR(Q)= Q·P•Q=Q(L)•TR(L)= Q(L)·P•TR是要素的复合函数: TR [ Q ( L ) ]•以要素为自变量对产品（产量）求一阶导数： 注意：边际产量与边际产品价值 要素所增加的产量 边际产品价值VMP:每增加使用一个单位要素所增加的收益 PX或ISO在收到供、求各方的报价曲线后如何运行日前出清呢？ 统一出清又称系统边际电价（system marginal price, SMP）出清，其方式原理为：将发电商的报价曲线按报价从低到高排列，从而形成了一条阶梯向上的市场供给曲线；将配、售电商的报价曲线按报价从高到低排列，从而形成了一条阶梯向下的市场需求曲线。两条曲线的交点确定了市场统一的出清价格（即，SMP）以及供、求各方的出清交易量。 SMP的经济学含义，在市场当前的出清结果下，额外增加一单位负荷，市场为使得功率再平衡所付出的最小成本增量。 典型的以SMP方式运行日前出清的电力市场有英国、北欧电力市场等。 统一出清实例 与其他商品市场不同，电力商品的实物交付都是在电网上完成的，会受到电网天然属性的制约，这种制约就是传输功率的极限，而这恰恰是统一出清机制没有考虑的因素，因此，有时候通过统一机制得到的出清交易结果，并不一定能够直接付诸于实际应用。有鉴于此，在以美国PJM市场为代表的许多电力市场体系中，日前等现货市场出清均考虑了线路有功功率传输能力限制，这种以线路功率传输能力为主要约束条件的出清方式：在国外称为基于阻塞管理的市场出清，在国内称为SCUC+SCED。 该出清方式，以发电成本最小为优化目标，依次采用安全约束机组组合（SCUC）和安全约束经济调度（SCED）算法进行集中优化计算，出清得到运行日的机组启停计划、发电出力曲线以及分时电价——节点边际电价（Locational Marginal Price,LMP）。 某节点上LMP的经济含义：指在系统当前的经济调度结果下，该节点再外加一单位负荷，系统为了使得功率再平衡所付出的最低增量成本。 简单的阻塞管理市场出清原理展示 系统边际电价 节点边际电价 优点：价格形成机理简单，不涉及阻塞不平衡资金，便于市场主体理解；利益格局相对调整较小 优点：能形成真实反映电力商品时空价值的价格信号，价格信号能有效引导发电侧调整出力 缺点：电力空间价值反映不充分，对发电侧存在过激励/欠激励导向Ø若边际电价＞窝电区域机组报价，机 组有增加出力动力Ø若边际电价＜顶峰区域机组报价，机组有减小出力动力 缺点：市场主体初期理解较为困难，阻塞不平衡资金计算、分摊过程复杂；利益格局调整较大 适用场景：电网阻塞复杂，无法明确分为相互独立的阻塞区 适用场景：电网阻塞问题不严重，几乎不存在阻塞断面 SCED算例 设系统中共有NG家常规发电商、NW家新能源发电商、N个系统节点、NL条线路，在日前市场中，全天的交易总时段数为T，则式（1）至（6）即表示基于阻塞管理方法的日前电力市场基本出清模型——SCED。 （1）目标函数 在单侧竞价的现货电力市场中，出清模型所追究的目标应为最小化系统运行成本： 式（1）中，𝐀𝐀,𝐀（∀𝐀,𝐀）表示发电商j针对时段t报出的价格，由于新能源发电商往往可以仅申报出力计划，因此，可认为𝐀𝐀,𝐀很小或为0。𝐀𝐀,𝐀,𝐀𝐀,𝐀（∀𝐀,𝐀,𝐀）均为模型的系数;𝐀𝐀,𝐀,𝐀𝐀,𝐀（∀𝐀,𝐀,𝐀）表示常规及新能源发电商在t时段的出力，为部分决策变量。 （2）节点功率平衡约束 对于系统中的任一节点𝐀，注入该节点的有功功率应当与流出该节点的有功功率相平衡： −𝐀𝐀,𝐀+𝐀𝐀,𝐀𝐀∈Θ𝐀(𝐀𝐀𝐀,𝐀+𝐀𝐀𝐀,𝐀) =𝐀′∈Ξ𝐀1𝐀𝐀,𝐀′𝐀𝐀,𝐀−𝐀𝐀′,𝐀, ∀𝐀,𝐀（2） 式（2）中，Θ𝐀表示所有连接在节点𝐀上的机组及负荷所组成的集合；Ξ𝐀表示所有与节点𝐀直接相连的节点所组成的集合；𝐀𝐀,𝐀′表示节点𝐀与𝐀′之间线路上的电抗；𝐀𝐀,𝐀与𝐀𝐀′,𝐀分别表示𝐀时段节点𝐀与𝐀′各自的线电压相角。 （3）机组出力约束 在日前出清中，对于常规发电商而言，其各时段机组出力受到其装机容量/或申报上、下界的限制；对于新能源发电商而言，其各时段机组出力应受到对其实时自然出力预测的限制： （4）机组爬坡约束 对于常规发电商而言，其相邻时段间的机组出力还受到爬坡约束： 式（5）中，𝐀𝐀𝐀表示常规发电商𝐀相邻时段间的爬坡率限制。 （5）线路潮流约束 对于系统中的任一条线路𝐀𝐀′，其上所分布的有功潮流不能超过线路传输容量的限制： 式（6）中，𝐀𝐀,𝐀′表示线路𝐀𝐀′的有功功率传输容量。 在 以 式 （1） 至 （6） 为 代 表 的 日 前 电 力 市 场 出 清（SCED）模型中，若去掉约束条件（5）及（6）的绝对值符号，则整个模型可转化为一个标准的（线性）凸规划问题，凸规划模型最显著的特征为，若可行域非空，则模型一定存在全局最优解。 实时市场 实时市场一般是在电力实际交付时刻之前的数分钟至数十分钟开展的，该市场是现货电力市场体系中依靠市场方式平衡功率的最后一个阶段,兼有市场交易与系统平衡调度的功能。多数实时市场均按照单时段组织，因此，通常情况下，在一个交易日中会存在多个按时间顺序先后开展的实时市场。 对于同一交易日而言，日前市场与实时市场的区别之一在于一个交易日对应于一个日前市场，但对应于多个实时市场，即实时市场滚动序列。 实时电能量市场采用日前电能量市场封存的发电侧申报信息进行出清，各市场主体在实时电能量市场中不再进行价格申报。 一个交易日中的实时市场序列是对应于该日的时段划分结果而开展的。 即：若一天被划分成96个交易时段，则其全天的实时市场也存在96个，且与交易时段一一对应。 当实时系统出现正偏差(用电增量或发电缺额)时，根据发电企业在日前现货市场中的报价信息，