探討英國電力市場的不平衡結算及對中國電改的啟示

鐘聲?楊再敏?張志翔?梁志飛?嚴旭?張翔?荊朝霞?劉煜

摘 要 電力市場設計中實時能量的平衡及其定價機制是重要的一個環節。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算機制實現能量的實時平衡和相關成本的分攤。本文在對英國BETTA模式下的平衡機制進行簡要介紹和分析的基礎上，對BETTA模式下的不平衡電價結算方法以及最近進行的一次改進進行介紹，并分析對我國電力市場改革的啟示。

關鍵詞 英國電力市場;平衡機制;不平衡結算

引言

實時能量平衡及其定價機制是電力市場設計的一個關鍵環節。其相關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，有豐富的改革經驗，其平衡市場機制也經過多次改革，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。對由英國中央發電局進行垂直壟斷的電力管理模式進行改革，新模式的核心是構建電力庫（POWER POOL），在POOL模式下，所有電廠都加入電力庫，發電廠向電力庫售電，供電商從電力庫購電，建立全國統一的電力集中交易市場[3]。本節對POOL模式下的偏差處理機制進行簡要介紹。

1.1 報價

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

1.2日前無約束出清

英國國家電網公司（NGC）根據發電機組報價及系統負荷預測情況，進行以半個小時為單位交易時段的無約束出清（不考慮網絡約束）計算，得到無約束調度結果，包括：每個時段的系統邊際價格SMP（System Marginal Price）及每臺發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。然后根據失負荷概率（LOLP）及失負荷損失（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，考慮實際的負荷及網絡約束等情況進行約束出清。由于預測誤差、網絡約束等的存在，NGC將對部分機組的日前無約束出清計劃進行修改得到實時約束出清結果，其中，相對日前無約束出清結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 發電側結算

發電機的結算價格由電量電價和容量電價構成。

電量電價：根據機組在日前市場、實時市場的出清結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度計劃且實時運行的機組：按SMP結算;

（2）列入日前無約束出清調度計劃但未實時運行的機組（限下）：按照（SMP-報價）進行結算;

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

（4）未列入日前無約束出清調度計劃且實時未運行：結算價為零。

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

CE=LOLP*（VOLL-SMP）

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

1.5 用戶結算

英國電力市場中未采用分區或節點電價，所有用戶的電價相同。需要將上述付給發電機的容量電費、電量電費均按郵票法分攤給所有用戶。其中，電量電費為在SMP基礎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

不平衡結算包括兩個方面：①支付給平衡服務提供者的價格、②向平衡服務使用者收取的價格。在英國的POOL中，平衡服務由發電機提供，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的報價。對于“限上”，按報價結算，對于“限下”，按報價和市場統一出清價的差價結算。

由于POOL是僅發電機報價的單邊市場，用戶僅為價格接受者，平衡服務費用由所有用戶平均分攤。

在實時約束出清下發電功率的調整，一方面是要解決負荷預測誤差的問題，另一方面更重要的是解決網絡阻塞的問題。在POOL模式中，日前先用簡化的模型（無約束模型）進行出清，實時再用詳細的模型（有約束模型）進行出清。可以認為詳細模型出清是在無約束出清結果上對其結果進行再調度。這是電力市場中處理網絡阻塞問題的一大類方法。一些分區定價的方法，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間聯絡線約束的簡化模型。另外一個差別是在進行再調度時需不需要市場成員重新報價。英國POOL模式中，發電商只需進行一次報價，相當于日前的能量市場報價也作為上調、下調報價。而目前大多數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、發電側易行使市場力、POOL模式的改進受自身的限制等，導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行[9]。包括交易雙方自行簽訂的雙邊合同和其通過經紀人、電子平臺簽訂的合同。合同的類型包括遠期合同（Forward Contract）、期貨合同（Futures Contract）及期權（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可以由一組發電機或負荷組成，所有BMU必須在關閘（Gate Closure）前（目前為一個小時）向市場運營機構提交該交易時段的出力（消費）計劃（Final Physical Notification，FPN）。除此之外，市場成員還要在關閘前提交合同交易情況（Contract Notification，CN）。CN主要用來結算，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，則可以規避市場實時價格的風險。

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

2.2 BETTA市場模式下的不平衡結算

不平衡結算同樣包括對平衡服務提供者的結算和對平衡服務使用者的結算。平衡服務提供者主要是提供Bid/Offer的市場成員，對其按報價計算。對發電來說，Offer表示其增加出力的發電價格，Bid表示減小其出力希望獲得的補償。平衡服務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和不執行調度指令的情況下，應等于FPN加上中標Bid/Offer的調整量。

從這里看到，雙邊合同是一種金融合同，本質上與POOL模式下的差價合約類似，POOL模式下的價格基準是POOL的出清價，而這里的基準價是不平衡結算中的不平衡價格。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的某種加權平均價，并采用雙結算機制，即BMU的偏差方向與系統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，對提供平衡服務的市場成員按照其報價Bid/Offer進行結算。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被調用的出力），這里的“出力”指該BMU注入電網的功率，可正可負。（2）不平衡收費用來回收系統購買Bid/Offer服務的成本。（3）對不平衡量>0的情況，即多發或少用情況，按系統售電價格（SSP）支付給市場成員;對不平衡量<0的情況，即少發或多用情況，市場成員按系統購電價格（SBP）繳費。（4）對SSP和SBP每半小時計算一次，均采用雙結算系統：若市場參與者的不平衡與系統的不平衡狀態一致，即加重了系統整體的不平衡情況，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有助于緩解系統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購買Bid/Offer來進行系統平衡的成本。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束前進行交易所能獲得的價格。價格等于短期市場中，該交易時段內全部能量交易價格電量的一種加權平均數（越靠近實時交易點進行的交易，其價格及電量所占的權重越大）。

3電力平衡機制評估及改進

3.1 基本思路

市場中的各種機制應該給市場參與者提供有效的經濟激勵信號，使市場能夠以最經濟、有效的方式保證電力系統的安全供應，實現資源的最優配置。

平衡結算機制也是如此。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認為現有的平衡機制不是十分有效，導致了系統平衡和安全供應方面的低效，從2011年開始開啟了相關機制的評估工作。經過若干環節，包括征求各利益相關方的意見，Ofgem在2014年5月15日發布了終稿文件：“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意見[12]。該方案分為若干步驟，從2014/2015年度開始，2018/2019年度結束。不平衡結算也是我國當前很多省份的電力市場規則中的重要部分。英國在平衡機制方面的政策歷程對我國有很強的啟發意義。

3.2 背景與目標

當前英國的電力市場面臨很多挑戰，處于一個轉型期：容量裕度變小、可再生能源發電比例增加以及歐洲一體化市場的建立等。經過研究，Ofgem認為當前的不平衡電價沒有為市場平衡提供有效的經濟信號，尤其是沒有正確的信號來評估靈活性（flexibility）服務（快速進行出力的上下調整以響應市場供需變化）和峰荷發電（peaking generation）服務的價值。因此，市場成員沒有足夠的激勵提供靈活性能力（如靈活發電資源、需求響應和儲能等）來匹配需求。隨著間歇性發電比例的增加，靈活性服務對電力系統安全的供應越來越重要。不平衡結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的問題，互為補充： 容量市場通過給容量提供者一個穩定的收益以保證長期容量的充裕性，而不平衡結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。

進行不平衡評估和改進的總體目標是保護現有和未來消費者的利益，具體包括以下幾個方面的目標：建立對有效的安全供應水平的激勵、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、改進備用定價方法以反映系統在惡劣情況下的價值、將雙結算機制改為單結算機制。這里對前兩項內容進行介紹和分析。

3.3 以發電邊際成本進行不平衡結算

（1）改革的原因。改革前的規則中，當市場成員的功率不平衡方向與系統一致時，對其采用主要定價法，即被系統調度采用進行系統平衡服務的最貴的500MWh的Bid或Offer的加權平均價。進行加權定價的平衡服務的量（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，尤其在系統供應比較緊張的時候，并且減少了靈活性服務提供者的收益，這最終又會影響到系統供應的安全性及整體的平衡成本。

（2）改革的具體措施和步驟。使用系統邊際成本，即最貴的Bid/Offer報價作為不平衡電量電價。根據相關主體的意見，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的報價的加權平均價作為不平衡電量的結算電價;第二階段，2015/16年度，進一步將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，使其真正反映系統缺稀的成本，在系統供應緊張時候提供有效的經濟信號。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平衡服務的真正成本。這將激勵市場成員基于自己的利益在關閘前采用最大可能去實現平衡（在其成本比系統的成本低的情況下）。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，最終支持系統安全性。

3.4 在不平衡價格中包含負荷控制成本

（1）改革的原因。當系統調度認為供應不足以滿足需求時，可能需要使用負荷控制手段。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。這導致系統不平衡價格沒有反應真實的平衡成本，因而降低了市場成員主動進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年度該費用調整至?6000/MWh。這樣在不平衡電價的計算中將負荷控制與其他不平衡服務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）電力市場相關規則的制定、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濟信號，引導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，福利的增加應該大于改革所需的成本。

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

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

參考文獻

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作者簡介

鐘聲（1971-），男;學歷：碩士研究生，高級工程師，現就職單位：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;學歷：碩士，高級工程師，現就職單位：南方電網能源發展研究院，研究方向：能源戰略與政策研究、電力市場研究。

張志翔（1979-），男;學歷：碩士，工程師，現就職單位：廣州電力交易中心，研究方向：電力市場、電力需求側管理。

劉煜（1997-），男;現就讀學校：華南理工大學，學歷：碩士，學生，研究方向：電力市場。