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现货市场的基本原理与方法清华大学能源互联网创新研究院能源战略与运筹中心主任夏清教授1245内容提要1电力市场交易体系2现货市场交易品种3日前电能市场4实时电能市场5两部制结算6中长期市场在现货市场上的交割7调频市场8备用市场9现货市场中各交易品种的衔接10建设电力现货市场的意义•23中长期直购电交易二级市场日前市场日内市场实时市场时序递进3电力市场交易体系购电合同用电量10亿度发电权交易形成次日发电计划滚动调整发电用电偏差修正辅助服务市场中长期合约1245内容提要1电力市场交易体系2现货市场交易品种3日前电能市场4实时电能市场5两部制结算6中长期市场在现货市场上的交割7调频市场8备用市场9现货市场中各交易品种的衔接10建设电力现货市场的意义•41245现货市场交易品种•5•交易标的：运行日各时段电力•24h联合出清，确定开停机和日前出力安排•交易标的：日内各时段电力•日内滚动进行，动态更新出力•交易标度：运行时段电力•每15min出清一次，应对实时负荷偏差日前市场日内市场实时市场辅助服务市场调频市场备用市场1245内容提要1电力市场交易体系2现货市场交易品种3日前电能市场4实时电能市场5两部制结算6中长期市场在现货市场上的交割7调频市场8备用市场9现货市场中各交易品种的衔接10建设电力现货市场的意义•6•按报价曲线形状分类Ø多段报价发电出力报价上升型的多段报价：•随出力增加价格升高，反映了资源的稀缺性•市场成员通过逐步抬高报价试探市场价格。第一段报价低，保证基本中标电量；之后增加报价，谋求更多收益。1、发电厂报价方式•8系统边际价格=0.4元边际机组Ø报价由低到高依次出清Ø将电能作为普通商品交易Ø不考虑电网约束条件单段报价报价电量…0.2元0.3元0.4元2、日前市场竞价原理：无约束出清•9节点A节点B潮流方向出现阻塞发电资源稀缺发电资源富裕价格上调价格下降电价电价3、日前市场竞价原理：有约束出清出力报价1出力报价2出力报价n出力价格供给曲线需求曲线无约束价格出力价格出力价格出力价格区域A区域B……发电厂申报无约束出清安全校核形成分区价格4、日前市场竞价经济学原理11定义：在满足当前输电网络设备约束条件和各类其它资源工作特点的情况下，在电价节点增加单位负荷需求时的边际成本。节点电价可用下式表示：节点电价=系统参考点节点电价*（1+边际网损因子）+系统阻塞价格12节点电价可以产生价格信号引导作用。对于节点电价比较高的地区，电力消费者会减少电能的使用，而对于节点电价比较低的地区，低价则鼓励用户多用电能。从而在一定程度上削弱两地间的输电阻塞。G负荷G潮流线路阻塞节点1节点2负荷•2018-7-1713•美国华盛顿时间：2014年11月19日20:30各地区电价6、分区电价7阻塞盈余1）阻塞盈余是如何产生的？由于阻塞的存在，ISO收到的电费总是多于支出的电费，即“阻塞盈余”，而这笔钱如何分配？2）美国电力市场中的阻塞盈余–在国外电力充分市场化的条件下，阻塞成本在2000年达到了一个历史制高点。–2000年夏天，纽约电力市场没有大规模推进输电权市场，此时仅纽约州北部到纽约的输电线路产生了多达7.247亿美元的阻塞成本。 新英格兰纽约PJM加利福尼亚2000年阻塞成本$1.45亿$11.64亿$1.07亿$3.91亿3）美国采用输电权分配阻塞盈余–物理输电权，金融输电权负荷容量=100MW负荷线路满载LMP=20$/MWhLMP=30$/MWh……金融输电权拥有者阻塞盈余=（30-20）x100=1000$4）中国阻塞盈余的分配•初期用于交叉补贴市场出清价格0.7￥/度工业用户居民用户目录电价0.5￥/度市场出清价格0.3￥/度阻塞盈余负荷线路满载节点电价=0.2￥/度阻塞盈余4）中国阻塞盈余的分配节点电价=0.7￥/度用作资本金在阻塞断面建设新的线路阻塞消除•远期应用于阻塞断面电网建设的资本金，在电网成本核算时应扣除。1245内容提要1电力市场交易体系2现货市场交易品种3日前电能市场4实时电能市场5两部制结算6中长期市场在现货市场上的交割7调频市场8备用市场9现货市场中各交易品种的衔接10建设电力现货市场的意义•19由于天气、电网故障等偶然因素，使得日发电计划与实际负荷出现较大偏差•201、实时市场的竞价空间1)实时电量市场是为了鼓励发电商参与调节电力不平衡量。2)愿意参与实时市场的发电商可以提前数小时申报可用上调范围及上调和可用下调范围及下调价格。3)也可以采用日前价格市场的报价，取决于实时市场价格的有效性！2、实时市场中机组的报价时序递进•21实时竞价过发电管理计划出力高于实际负荷，称为过发电。对于偏差部分，需要组织机组竞价，以降低出力，称为过发电管理。计划出力低于实际负荷，称为欠发电。对于偏差部分，需要组织机组竞价，以增加出力，称为实时竞价。阻塞管理发生阻塞。当某一输电端面出现过负荷或处于安全边界时，需要对发电机组的出力进行调整，称为阻塞管理。3、实时电量市场的类型•22系统实际负荷系统总计划出力组织机组竞价以增加出力系统实际负荷•234、欠发电管理运行时刻系统总计划出力运行时刻系统实际出力系统总计划出力组织机组竞价以降低出力系统实际负荷•245、过发电管理运行时刻系统总计划出力运行时刻节点A节点B实时市场潮流方向出现阻塞发电资源稀缺发电资源富裕价格上调出力增加减轻阻塞•256、阻塞管理价格上调出力降低1245内容提要1电力市场交易体系2现货市场交易品种3日前电能市场4实时电能市场5两部制结算6中长期市场在现货市场上的交割7调频市场8备用市场9现货市场中各交易品种的衔接10建设电力现货市场的意义•26PJM两部制结算机制•两部制结算Two-Settlement–日前市场的出清结果是有效的，必须进行结算–日前市场的出清结果将作为实时市场的“基态”，实时市场对“基态”之上的交易偏差量进行“二次”结算–两部制结算是美国各区域电力市场所普遍采用的结算方式27用户电厂用户电厂Day-aheadRealTime日前中标出力曲线实际运行曲线两部制结算实时价格结算价差结算合约价格结算1245内容提要1电力市场交易体系2现货市场交易品种3日前电能市场4实时电能市场5两部制结算6中长期市场在现货市场上的交割7调频市场8备用市场9现货市场中各交易品种的衔接10建设电力现货市场的意义•29•30Ø中长期合同电量分解为曲线的两种方式功率时段中长期合同电量购电合同1购电合同2甲方乙方功率时段用电量10亿度用电量10亿度双边合同规定交割曲线按照合同规定曲线交割合同规定的标准交割曲线交割曲线1、中长期合约在现货市场的交割功率时段功率时段预测短期负荷曲线减去合约发电计划为日前的竞价空间06121824TimeLoadMW合同电量预测负荷竞价空间2、物理交割•3206121824Time预测负荷竞价空间3、价差交割：日前市场全电量竞争空间•日前市场全电量竞争。合约分解曲线按合约价格结算，合约曲线与日前中标曲线偏差部分按日前市场价格结算日前中标出力曲线合约分解曲线按照日前出清价结算按照合约价格结算33时间出力4、中长期合约的价差合约交割和结算价差结算345、两类交割方式对比物理交割•通过中长期合约同时锁定电量和价格；•但由于提前固化机组出力，将挤压可调度空间；•中长期合约可能造成安全校核不通过。两类交割方式对比负荷潮流负荷95%95%95%40%越限调整多台机组85%85%85%75%355、两类交割方式对比价差交割•提前锁定价格，帮助市场成员规避价格风险；•仅具有结算意义，不限制发电机出力，不对调度和安全校核产生制约；•现货市场对全电量优化，有利于提升社会福利和新能源消纳，实现帕累托改进负荷潮流负荷65%75%90%75%考虑安全约束出清考虑安全约束出清不会越限1245内容提要1电力市场交易体系2现货市场交易品种3日前电能市场4实时电能市场5两部制结算6中长期市场在现货市场上的交割7调频市场8备用市场9现货市场中各交易品种的衔接10建设电力现货市场的意义•36•市场成员在同一时间段，同一容量只能提供能量、调频和备用服务中的一种。•维持某项辅助服务能力，将导致机组在电量市场或其他辅助服务市场中获利机会的丧失，从而产生机会成本（容量成本）。1、发电机调频成本（1）预留调频容量的机会成本出力上限出力下限运行点AGC调节下限AGC调节上限AGC可调容量范围•调频里程：发电机参与正/负调节“走过的路程之和”，等于在给定时间段内机组实际调频出力相邻两点差值的绝对值之和。1、发电机调频成本（2）调频被调用时的里程费用出力（MW）时段0t1t2t3t4t5t6////MileAt1MileAt2MileAt3MileAt4MileAt5MileAt6能量出力ttTMileA调频里程反映了机组跟踪负荷的实际贡献2、调频性能比较发电机组调频性能性能指标构成：•相关度（Correlation）：调频资源的响应信号与其控制信号之间的相关性程度•延迟度（Delay）：调频资源响应信号与其控制信号相关性最大点与实际控制信号点之间的时间延迟•精度（Presicion）：调频资源响应信号与其控制信号之间差值的累积面积p将3个指标的加权平均作为发电机调频性能的度量。p市场出清时，按照综合调频性能对发电机报价进行修正，使调频性能好的机组更易于中标。2、调频性能比较发电机组调频性能联合循环机组调频指令机组调频响应p相关度：0.95p延迟度：0.66p精度：0.74p平均性能：0.78蒸汽机组p相关度：0.56p延迟度：0.36p精度：0.004p平均性能：0.313、调频市场的组织调频辅助服务市场组织系统调频容量需求预测发电机调频申报调频市场出清修正AGC基值出力日前电能市场出清Ø按照调频性能对机组报价进行修正Ø按照报价高低排序出清4、调频市场的流程1）调频市场的申报及调整p市场成员申报容量成本、里程成本；p按照成员提供调频服务的历史性能指标对其申报进行调整。2）市场出清与定价p按照调整后的（容量报价+里程报价）排序，优先调用报价低的资源直至满足市场需求。p市场容量价格、里程价格按边际出清得到。3）调频市场结算p成员总收益=容量收益+里程收益1245内容提要1电力市场交易体系2现货市场构成3日前电能市场4实时电能市场5两部制结算6中长期市场在现货市场上的交割7调频市场8备用市场9现货市场中各交易品种的衔接10建设电力现货市场的意义•431、备用的分类•旋转备用：与系统同步运行的机组，10分钟内可以增加（调节）的备用容量。•非旋转备用：通常为几十分钟（30min）之内可以迅速开机并带负荷的机组。•替代备用：30或60分钟内可响应的慢速备用，通常为防止系统出现第二次意外事故而设置，所以系统的替代备用需求是维持机组N-2安全约束所需的容量。系统的替代备用不应低于电网中的单机容量次高的机组。按照响应的速度p正备用：发电机组出力小于其额定容量，而维持一定在线备用容量，以满足实时平衡的需求。需要支付两类相关价格：容量价格和电量价格。因此需要组织市场进行备用容量报价。p负备用：预留常规机组出力下调的空间，应对风电、光伏等新能源出力突然增加、或负荷预测偏差的情形。1、备用的分类按照调整方向紧急控制潮流方向可中断负荷可中断负荷故障！2、可中断负荷提供备用电网调度在紧急时刻切断部分负荷，相当于投入了备用机组。p机组申报内容：Ø单位备用容量－价格曲线。Ø备用机组调节速率。p可中断负荷申报内容：Ø可中断时间区间；Ø中断提前预知时间；Ø中断持续时间；Ø中断负荷容量范围；Ø中断负荷容量－价格曲线；备用机组与可中断负荷的报价1.备用市场竞价容量：需要满足常规的可靠性和安全性标准，系统正备用应该达到系统负荷的3－5%。应该在备用市场开始前公布系统需求。2.出于备用容量付费考虑，备用市场应与电量市场相分离。3.备用机组申报容量价格。4.对备用机组的排序，仅按备用容量价格作为排序的指标。5.备用市场的决策在日前有功电量市场交易结束之后开市。备用市场竞价原理p 市场组织Ø市场运营机构先公布计划交易日各时段的备用需求，