说粤全传 | 广东现货规则体系分析：日前现货市场的出清次序等

前言

广东不愧为改革开放的前沿，在电力改革，实现电力现货市场方面也走在国内的最前面。今年9月“广东电力市场运营基本规则(征求意见稿)”发布，意味着真正的广东电力市场已经列入计划日程，它的实施指日可待，可喜可贺。本着希望广东电力市场顺利发展的心情和“鸡蛋里挑骨头”的精神，对广东电力市场运营基本规则提出一些初浅的意见和看法，由于时间仓促，没有仔细的阅读规则全文，也由于本人知识有限，下列意见和看法可能是片面甚至是错误的，还请朋友们原谅。但原这些意见和看法能引起朋友的注意，达到互相学习和讨论的目的，能够为广东电力市场的顺利发展起点作用。

01现货市场的运营管理机构

广东电力市场运营基本规则已认识到电力现货市场由电力交易机构和与电力调度机构共同组织现货电能量市场交易以及辅助服务市场交易，与电力调度机构共同建设、运营和维护电力市场技术支持系统，这是一个正确的方向。但必须明确指出电力交易机构主要负责组织电力中长期市场交易，电力调度机构主要负责组织现货电能量市场包括辅助服务市场的交易，并负责现货交易结果的实时执行，也就是说电力现货市场的实施要以电力调度机构为主，电力调度机构的调度原理和方式将有根本的变化。广东现有四个电力调度机构：南网总调，广东中调，广州调度和深圳调度。规则规定由广东中调负责广东全省电力电量平衡以及会同电力交易机构运营广东电力现货市场，南网总调、广东中调、广州中调、深圳中调负责各自调管范围内发电机组、输变电设备的调度运行管理。广东中调负责将出清得到的机组开机组合、机组出力曲线、辅助服务调用量转发至其余三家调度机构，由相应调度机构下发至所调管的发电机组执行。

02现货市场的运营时段

广东电力市场运营基本规则规定运行日(D)为执行日前市场交易计划的自然日，每15分钟为一个交易出清时段，每个运行日含有96个交易出清时段。而美国7个电力市场都是每小时为一个交易出清时段，每个运行日含有24个交易出清时段，实践证明，这是可行的和成功的。近年来为了促进可再生能源发电的消纳，有的ISO/RTO正在研究把日前市场交易出清时段缩短到15分钟，至今还没有成功运营的先例。虽然15分钟的日前交易出清时段有助于更好地跟踪日前负荷预测的变化，但会使市场出清的过程复杂化和给市场参与者投标和分解中长期合同成为日发电/负荷计划带来困难。在市场运营者和市场参与者都缺乏经验的情况下，不宜一开始就采用15分钟的日前交易出清时段，何况结算时又用每小时4个15分钟的节点电价的算术平均按小时结算。

广东电力市场运营基本规则规定实时市场/实时调度(SCED)每15分钟执行一次，这很显然是不适当的。15分钟的调度时段太长，不能很好地跟踪实时负荷的变化和产生适当的调度指令。实时市场应至少包括一个每15分钟执行一次的实时预调度和每5分钟执行一次的实时经济调度。实时预调度又叫短期机组组合，根据实时运行的边界条件和日前计划的边界条件的差别，执行短期(快速)机组组合及购买附加的辅助服务容量。实时经济调度执行安全约束下的经济调度，并发出调度指令。

03日前现货市场的出清次序

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图1. 广东日前现货市场的出清次序

图1给出了广东日前现货市场的出清次序，这个次序是不合理的。首先是慨念错误，安全约束下的经济调度(SCED，Security Constrained Economic Dispatch)是用于实时市场的，没听说什么地方用于日前市场。调度(Dispatch)和计划(Schedule)是两个不同的慨念, 实时调度是马上就要执行的指令，日前计划是事先作的计划，第二天运行日才需执行。日前市场出清的结果叫日前计划(Day Ahead Schedule)，实时市场的出清的结果叫实时调度(Real-time Dispatch)或调度指令(Dispatch Instruction)。

其次次序不当，理想的情况是机组开机组合，能量计划，辅助服务备用应该在统一的安全约束下的机组组合(SCUC，Security Constrained Unit Commitment)中协同优化出清，这样才能实现机组提供的能量和辅助服务的优化配置以及获得真实的能量和辅助服务的市场清理价。如果不能采用协同优化出清，也应该先出清能量，在保证满足能量需求/平衡的前提下，再出清辅助服务。

04日前电能量市场SCUC的出清数学模型

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图2.市场出清模型

从美国7个ISO/RTO的实践经验看不出有什么必要要引入潮流约束越限量(松弛变量)和惩罚因子，这只会增加建模的复杂性，因为潮流约束是硬约束(hard constraint)，绝对不能越限。成熟的SCUC软件必须而且能够通过调节线路/断面两端的发电机出力和负荷来消除潮流约束越限。只听说过在供给(能量和/或辅助服务报价)不足的情况下，有些ISO/RTO引入松弛机组(Slack Unit)和稀缺电价(Scarcity Price)来帮助市场的出清和促进需求侧响应的应用。

系统正备用容量约束和系统旋转备用容量约束也是不适当的，特别系统负备用容量约束是不必要和没有意义的。既然广东电力市场运营基本规则已认识到系统保持足够的备用容量，包括旋转备用容量的必要性，并列为数学模型中的约束条件，为什么不直接将其列为辅助服务产品，像调频服务一样，在市场中购买，所购买的容量按市场价进行补偿。

没有听说过系统负备用容量这个慨念，不知是哪位高手的“创新”。不错，系统实时运行/调度时，系统需要有往下调节(削减发电出力)的能力。事实上，各机组的实时能量报价曲线就包括了往下调节的能力。实时能量报价曲线是一条单调上升的折线，如下图所示：

图3. 机组能量报价曲线

此折线有有5段，红线是某机组某运行时段的日计划或该机组某时刻的调度开始点120MW。红线左边那70MW(120-50)就是该机组向下调(减出力)的能力。所以完全没有必要引入负备用容量的概念。也许负备用容量的概念可以用于深度调峰，把深度调峰容量作为一种备用，通过日前现货市场进行购买和补偿。但实际上，在一个完善的现货市场中，深度调峰问题可以通过日前能量计划解决，完全没有必要列为备用容量。

倒是调频容量应该有正负之分，在美国有些ISO/RTO把调频容量明显地分为向上调节(Regulation-Up)和向下调节(Regulation-Down)，图4似乎暗指广东的调频容量有上下(正负)之分。

图4. 调频容量分布

05实时发电计划执行偏差计算

机组实时发电计划执行偏差所对应的收益按照如下公式计算：

其中

是小时i的调度指令电量。这计算方法没有考虑机组接到调度指令后从调度开始点到调度目标的爬坡过程，似乎太简单了，图5显示了按调度目标计算的电量和考虑了机组爬坡过程的调度指令电量有较大的差别。但如果运行规则如此制定，大家都承认并遵守这个规则，也无可厚非。

图5. 实时发电计划执行偏差计算

06完善辅助服务市场产品

根据广东电力市场运营基本规则，广东的电力辅助市场只有调频服务一种产品，这是很不完善的，因为调频服务离不开运行备用，包括旋转备用和非旋转备用的支持和配合。在实时运行时，实际的负荷和发电供应之间的偏差，或区域控制误差(ACE，Area Control Error)是由承诺提供调节备用的资源通过AGC装置自动平衡的。但是AGC自动平衡的能力是短期的和有限的，不可能一直使用下去，否则会很快地消耗殆尽。必须通过实时调度，对提供运行备用和实时能量报价的资源进行调度，增加或减少出力，提供或消耗不平衡能量，把已用过的AGC自动调节的能力置换出来，使AGC机组回到原来的首选工作点(POP， Preferred Operating Point)并把不平衡能量的需求减少到AGC能够调节的范围内。此外，相邻两个运行时段之间的日负荷计划常有变化，也需要对提供运行备用和实时能量报价的资源进行调度，来跟踪负荷的变化。另外为了保证系统在突发情况下，如机组或线路故障，系统仍能保持或恢复正常运行，也需要系统保有充足的运行备用。在市场化的环境中，系统调度机构再也不能随意地无偿地调配提供运行备用的资源，这类运行备用成了必须付费购买的产品。一个资源如果被选择提供辅助服务，其能量的输出必然被会削减，这种削减必须得到补偿。一个完善辅助服务市场的设立，就是为了通过市场的手段，确保辅助服务的充分供应和提供辅助服务的成本能够得到有效的补偿。运行备用的市场化，也给某些可能被淘汰的高成本，低效率的机组指出了一条生路：平时不开机，只要承诺提供运行备用，就能得到补偿。

既然广东电力市场运营基本规则已认识到系统保持足够的备用容量，包括旋转备用容量的必要性，并列为数学模型中的约束条件。为什么不及时启动备用辅助服务市场，与调频辅助服务市场和现货电能量市场有效衔接。将运行备用列为辅助服务产品，像调频服务一样，在市场中购买，确定提供运行备用的资源和容量，所承诺的容量按相应辅助服务产品的市场清理价进行补偿。至于其它的辅助服务产品，如黑启动，电压/无功支持，可靠性必开机组(Reliability Must Run)，由于其固有的物理属性，不宜在集中的市场中交易，将由系统调度机构选择适当的服务提供者，与之签订中长期合同。

07完善辅助服务补偿机制

根据广东电力市场运营基本规则，对提供调频服务的资源根据中标的调频容量，实时调用到的能量和调频里程进行补偿，这是与国际成熟的电力市场接轨的。但是对运行备用，则没有适当的补偿，应该同步开放运行备用市场，在日前市场中确定提供运行备用的资源和容量，按容量给予补偿。在实时市场中，按实际调用到的能量，再次按实时市场的能量价格进行结算。

至于提供辅助服务补偿成本如何分担的问题，不存在“谁受益、谁承担”的原则，因为电力辅助服务产品属于电力系统的公共物品。是保障电力系统的安全与可靠性，系统成员共同受益且不具有“可排除性”。辅助服务的这种公共品属性，不会受能量交易模式的影响，作为公共物品的辅助服务，受益者为所有市场成员，只能由负责系统安全、可靠的系统运行机构单边采购。既然辅助服务受益者为系统所有成员，其采购费用必须由所有成员的共同负担，在美国和加拿大，是由所有电力消费者(负荷)按实际负荷量按比例承担。基于中国的实际情况，广东电力市场规定由所有的发电方，包括进口按实际上网电量按比例分担，也未尝不可，但最终这费用还是要转嫁到用户侧。

08中长期合约和现货市场的衔接机制

中长期合同和双边交易是成熟的电力市场重要的组成部分，它与电力现货市场互相补充，缺一不可。中长期合同规避风险，能够提前锁定电量和价格，帮助市场成员规避需求和价格风险。现货市场发现价格，帮助市场成员实现利益的最大化。有两类中长期合同和双边交易：

金融(价差)合同，不需与现货交易衔接

物理合同，必须交割，参与现货交易，双边合同签订时，必须明确合同如何交割，也就是说必须安排输电通道的容量

至今中长期合同(物理合同)在北美电力市场中仍然占很大的比例，例如2017年PJM的中长期合同电量占系统总电量的70%以上，CAISO的占64%(编者注：编者理解主要应为报地板价方式的自调度)。广东的电力交易以中长期合同和双边交易起家，相信中长期合同和双边交易在即将开放的现货市场中会占相当高的比例。中长期合约和现货市场如何衔接是一个非常重要的必须解决的问题，但广东电力市场运营基本规则对这个问题，没有清楚而详细的说明。

这里简单介绍在CAISO，中长期合同和双边交易是如何参与美国加州电力现货市场的。中长期合同和双边交易参与现货交易，必须：

分解合同成每小时的发电和负荷计划(曲线)并向现货市场报价

以自计划(self schedule)的形式报价，只报量不报价

合同以上，如果还有多余发电容量或附加的需求，可以经济报价(既报量也报价)的形式向现货市场报价

如果某些时段不想履行合同，可使用全电量经济报价

图6是一个包括中长期合同(自计划 self schedule)的机组能量报价：

图6.包括中长期合同(自计划 self schedule)的机组能量报价

图7表示了自计划(self schedule)在市场中优先被出清，这里没有考虑网络阻塞和网损，仅考虑供需平衡：

图7.现货市场的出清机制，供需平衡

现货市场尊重中长期交易合同，自计划保证了中长期交易合同优先得到出清

自计划不设定市场清理价，而是接受市场清理价(price taker)

合同的结算由合同签订者自行负责

ISO/RTO按市场清理价向发电方的中标电量(包括合同量)付费，按市场清理价向负荷方的中标电量(包括合同量)收费。

在日前市场中，如果有经济报价可以缓解阻塞，那么所有自计划都受到现货市场的尊重, 并在阻塞管理过程中受到保护, 不受限制。但是如果所有有效经济报价都用尽, 资源的自计划则须进行调整(非经济调度)。在实时市场中，所有自调度计划都受到现货市场的尊重。在系统过度发电，需要削减机组出力时，首先调度经济报价。但是如果所有有效经济报价都用尽, 资源的自调度计划则须进行调整(非经济调度)。如何进行调整，将是另一篇完整的文章的内容，这里不打算详细讨论。

09如何限制超大发电集团的市场力

广东电力市场运营基本规则提到限制市场力的问题，但仅限于用市场力检测参考价格来对比发电机组的能量报价，对如何限制超大发电集团的市场力的问题，则没有提及。这是广东现货市场开始运营之前必须解结的问题。根据美国的经验，有三种方法：

拆分超大发电集团，使得广东电力市场的每个发电企业的容量在整个系统中的占比不超过10%。

超大发电集团把发电机组承包给若干独立的中间商(售电公司)，每个独立的中间商所代理的发电容量在整个系统中的占比不超过10%。

限制超大发电集团进入现货市场的容量，在整个系统中的占比不超过10%。其大多数的容量以中长期合同的形式参加现货市场。

10机组发电成本测算

广东电力市场运营基本规则认识到机组发电成本测算，即发电机组市场力检测参考价格(Reference Price)的重要性，并给出了具体的测算方法和步骤，但规定由广东电力交易中心具体实施，广东电网电力调度控制中心，广东电科院能源技术有限公司配合。这不符合电力市场必须公平，公正，公开的原则。在美国发电参考价格是由第三方独立机构(例如Potomac Economics)计算并管理的，ISO/RTO和有关的发电企业提供所需的数据。

结论

电力工业是一个相对保守的行业，电力系统的安全可靠运行是头等重要的大事。电力工业改革的目的不仅仅是降低电价，打破垄断，引进竟争，优化资源的利用，提高系统运行的可靠性是更重要的目的。电改的步子宁愿慢一些，稳一些，欧洲北美有成熟的经验和沉重的教训，我们应该虚心学习，认真消化，然后才去追求所谓的创新。(电刀点评：不会爬先别跑)

编者按

广东规则体系尚处于摸索过程中，调整和修改属于必然，尚不可成为简单翻版的案例。最近，部分地区方案在广东规则基础上进一步简化，甚至在中长期中仍保持直接交易交易电量指标的方式，发用双方既不承担实物责任的平衡义务，也不承担财务责任的平衡义务(中长期合同无发用一致的功率曲线)，这让现货交易丧失了计量结算的责任之锚。这种做法本质是《电力中长期交易基本规则》中提出的上下调偏差定价的变种，模式仍是“电量指标交易+半计划调度”。以现货为核心没错，但不考虑与之配合的中长期交易是危险的。电刀小组会在后续奉上分析研究，供各位老师批评。

(本文仅代表作者本人观点，与本公众号无关)

作者简介：刘云仁，祖籍江苏省常州市，生于云南省昆明市。1968年毕业于重庆大学电机工程系电力系统专业，1978年到1980年在中国科学院研究生院电工研究所学习，1981年赴美留学，分别于1982年和1987年从美国威斯康星大学麦迪逊分校(University of Wisconsin, Madison)获得电机工程硕士和博士学位。1988年至1997年，作为主任研发工程师，在ABB系统控制公司(Asea Brown Boveri， System Control)负责能量管理系统(Energy Management System)高级应用软件的研发，实施和维护工作。自从1997年11月，作为初创团队的成员之一，参加了加州独立系统运行公司(California Independent System Operator - CAISO)的组建工作，参与电力市场设计，负责市场应用软件的安装和调试。直到2011年11月退休以前，作为主任市场设计工程师，负责CAISO市场内部应用软件的研发，测试和维护以及市场运行的技术支持和分析工作。刘云仁博士是IEEE高级会员。刘云仁博士现为国内外多家公司高级顾问和重庆大学电气工程学院客座教授。