电力市场集中竞价的经济学原理分析

 

1、事前和事后两种阻塞管理方法

 

对电力系统的阻塞，解决的办法可以分为两类：事前(ex ante)的方法和事后(ex post)的方法。上一篇文章讲到，电力市场出清，或者说电力系统调度问题可以看为一个含约束的数学优化问题，事前、事后的阻塞管理方法的差别也可以从优化的角度分析。事前的方法：就是在优化计算各机组的出力和用户的负荷水平时，直接包括各方面的约束，也就是说，在调度结果出来之前就考虑了约束，因此求解出来的调度结果本身就是满足各种约束的。美国PJM、德州等市场现在大多数都是一种事前的方法。事后的方法：进行优化调度时先不考虑网络约束，得到市场出清结果后对各种约束进行校验，如果不满足约束，即发生了阻塞，再通过其他机制调整发电出力或用户负荷，从而解决阻塞问题。英国是典型的事后解决阻塞的方法，澳大利亚、欧洲也都是类似的方法。

 

本文的分析仍然以上篇文章中的简单两节点算例为例进行说明。假设A、B两个节点的发电商的报价分为C1=200$/MWh和C2=300元/MWh，容量分别为280MW和120MW，A、B两个节点的负荷分别为170MW和100MW，线路AB的传输极限为60MW。为分析需要，有些情况下将G1分为两台机组G1a与G1b，其容量分别为260MW和20MW，报价分别为C11=120元/MWh和C12=200元/MWh。这种情况分别称为情形1和情形景2。

 

 

图1:情形1算例图

 

 

图2 情形2算例图

 

2、事后的阻塞管理方法

 

事后的阻塞管理中，需要进行两次出清。一次无约束出清，一次约束出清。也就是说，首先在不考虑网络约束的情况下进行一次市场出清，得到各市场成员的出清量和出清价;然后考虑所有约束再进行一次市场出清。第二次约束出清下，一些机组的出力发生了变化：有些增加了出力，有些减小了出力，需要对这些变化的出力部分进行补偿。两次出清可以采用相同的报价，也可以采用不同的报价(即第一次无约束出清后再重新报价)。两次出清的时间，可以在一个时间段内先后出清，也可以在不同的时间段出清。

 

1)出清方法

 

这种方法中，需要进行两次市场出清，无约束出清和有约束出清。无约束出清可以得到不考虑网络约束的全网统一的能量价格，有约束出清则可以得到可运行的调度方案。

 

(1)无约束出清

 

出清中不考虑网络约束，因此不需要考虑电力系统复杂的潮流模型，通过简单的排队可以计算出清结果，得到全网的统一出清价PMCP。比如本算例中，对发电报价按价格的高低排序，出清结果为

 

情形1： G1出力PG1=270MW，G2出力PG2=0MW，市场统一出清价为PMCP=200元/MWh。

 

情形2：PG1a=260MW，PG1b=10MW，PG2=0MW，PMCP=200元/MWh。

 

(2)约束出清

 

出清中考虑电力系统运行中需要考虑的所有约束，形成一个可行的调度计划。比如本算例中，考虑线路最大传输容量约束，出清结果为

 

情形1：PG1=230MW，PG2=40MW。相对无约束出清，G1少了40MW，G2多发了40MW。

 

情形2：PG1a=230MW，PG1b=0MW，PG2=40MW。相对无约束出清，G1a出力少了30MW，G1b出力少了10MW，G2出力多了40MW。

 

2)出清时间

 

无约束出清在约束出清前若干时间进行。比如英国POOL模式中，无约束出清在日前进行，约束出清实时进行。

 

3)报价的时间及方式

 

无约束出清和约束出清可以采用同一组报价，也可采用不同的报价。英国POOL模式下，是采用同一组报价。市场成员在日前申报一组报价即可，既用于日前的无约束出清，又用于实时的有约束出清。英国BETTA模式下，基于双边交易的无约束交易截止后，又开启一个新的市场，即平衡市场，市场成员另外申报Bid/Offer以解决阻塞、功率不平衡等问题。

 

4)出清价格

 

参加市场的发电机组，考虑无约束出清和有约束出清两种出清结果的差异(假定前后负荷不变)，可以分为四种类型：

 

(1)发电(on)

 

两种出清方式下都进入发电计划，没有变化，这部分出力按照无约束出清计算的市场统一出清价PMCP结算。比如情形旗下G1的230MW(=170+60)出力在前后两种出清方式下都入围发电。

 

(2)不发电(off)

 

两种出清方式下都不发电，没有变化，这部分机组在能量市场的收益为0。比如G2发电商有60MW(=100-40)容量在两种方式下都不发电。

 

(3)限上(constrained-on)

 

无约束出清下未能中标发电(报价高于市场出清价)，约束出清下中标发电。比如G2约束出清相对无约束出清增加的出力40MW。

 

(4)限下(constrained-off)。无约束出清下中标发电(报价低于市场出清价)，约束出清下不能发电。比如情形1下G1约束出清相对无约束出清减小的出力40MW。

 

5)补偿机制

 

对限上、限下部分出力，一般需要对其进行补偿，其价格可以有不同的计算方法，一般按照机会成本的方法补偿(补偿其由于约束减少的收益)。

 

(1)对于约束出清没有重新报价的情况

 

对于限上部分，按报价(高于市场出清价)结算;对限下部分，按机会成本(市场出清价减去报价，假设市场成员按成本报价，则出清价减去报价反映了其在无约束市场中可能的收益)进行补偿，如英国的POOL模式。在本例中，如果按照这种方法，则对G2的限上部分，按报价300元/MWh结算;对G1的限下部分，情形1下按机会成本0(=100-100)补偿，情形2下，G1a和G1b分别按80元/MWh(=200-120)和0=(200-200)补偿。

 

(2)对约束出清重新报价的情况

 

限上和限下部分都按申报的调整报价结算，如英国的BETTA模式。