英国电力市场得交易原理对我们得启示

实时电力市场模式已被广泛地应用，其中电力联营模式（Pool）就是一个最具有代表性的例子。在实时电力市场中，买卖双方为了能在一定程度上减少由于实时电价波动所带来得风险，时常签订一些长期交易合同，如：期货合同。这些交易合同所占的份额一般是实时电力市场的百分之十几。从经济学角度而言，电力市场无异于其它商品市场。许多国家都在尝试直接将经济学原理应用于电力市场。在这一方面英国走在了世界的前列，一个完全基于双边或多边交易合同的电力市场已在2001年3月投入运行。

交易原理

建立基于交易合同的电力市场模型的基本出发点是电力象其它商品一样，可根据各种双边或多边合同进行交易，任何希望参与电力交易的单位都可以自由地签订双边或多边合同。在基于交易合同的电力市场中，参与电力交易的已不仅是发电公司和供电公司，市场中还存在大量的电力交易中间商，这将有助于在电力交易中进一步引入竞争机制。

但是电力真的能象其它商品一样自由交易吗？下面以汽车交易为例分析基于期货合同的商品交易过程。

图中，甲、乙为供货商，丙、丁为买方。甲、丙之间在半年前签订了期货合同，合同规定甲方在半年后按照合同规定的价格向丙方供货。假设乙、丁之间也签订了类似的合同。执行合同的结果是甲方向丙方发送合同所规定数量的汽车，而丙方按合同所规定的价格向甲方付款。同样，乙方向丁方发送合同所规定数量的汽车，而丁方按合同所规定的价格向乙方付款。这里交易过程非常明了，即：买卖双方对商品流向和资金流向不存在任何疑义。

如果交易的商品是电能？

假如甲、乙是两个发电公司，丁是一个大型的钢铁厂，乙丁之间签订了期货合同，规定半年后乙在一定时间内向丁供应一定数量的电能，丁按照合同规定的价格向乙付款。当交易发生时，乙可能由于某些原因发不出丁所需的电能，而甲的容量足以供应丙、丁，为了保持系统平衡，甲多发一定数量的电能以补偿乙发电能力的不足。但是，无论丁是否使用了甲所发的电能，根据合同，丁只向乙付款。因此，为了保证甲的利益，甲乙之间可提前签订一个短期交易合同，规定乙向甲购买一定量的电能。但是，出现在乙方的电能不平衡量只有在交易发生之后，从电表读数中得知，即：究竟乙需向甲购买多少电能，在交易时段内将无法知道。所以，提前签订这样的短期交易合同是不现实的。

电力市场组成原理

如上所述，基于交易合同的电力市场实际上由两个相互联系的市场组成，即：电能交易市场和平衡市场。电能交易市场完全基于双边或多边交易合同，例如：电能交易市场可采用期货市场模式，合同期限可为半年至一年不等，而平衡市场则是一个实时电力市场，该市场的时间跨度由系统中发电机组的动态特性决定，即：发电机组从启动到满负荷运行所需要的时间，例如，火电机组一般为数小时。

平衡市场中的电能交易虽然只占电能交易市场交易量的一小部分，但其直接关系到电能交易市场中所签合同能否兑现及系统能否正常运行，所以，平衡市场应由电网调度部门（SystemOperator-SO）进行管理。

下面通过一个例子说明基于双边或多边交易合同的电力市场中电能交易的过程。例中，买方（供电商）与卖方（发电商）之间已签订了100MWh的购电合同，而实际上，发电商的发电量为110MWh，供电商的用电量为120MWh。在发电和供电侧各有10MWh和20MWh的不平衡量。从整个系统角度看，不平衡量为10MWh。这部分不平衡量应由其它交易商来补偿。

整个交易过程由四个主要阶段组成，即：

1）购买电网使用权、

2）签订双边合同、

3）平衡调度、

4）不平衡结算。

1.购买电网使用权

电力交易商应向(TransmissionSystemOperator–TSO)输电管理部门购买电网使用权，即：发电商应购买110MWh电网使用权，供电商应购买120兆瓦时电网使用权。电网使用权的买卖可由TSO以拍卖形式进行。

2.签订双边合同

买方和卖方应在双边市场进行谈判以签订100兆瓦时的买卖合同。双边市场类似于常规的证券市场。买方和卖方分别将他们的竞价和喊价出示于公告栏中，如果买方的竞价高，而卖方的喊价低，那么买卖双方就有可能成交签约。谈判可以只在买方和卖方之间进行，也可以在双边市场中由中继人代理。在实际操作中，SO允许以交易商身份出现，但SO交易的目的主要是辅助平衡市场。

平衡调度

在平衡市场中，SO的主要作用是系统调度，以维持电力平衡。在基于双边或多边交易合同的电力市场中，一般不采用集中调度，而各发电商根据其合同电量自行调度。但是，电能交易商们需要提前一定时间将他们的合同电量报告SO，以便SO计算基本的潮流分布，及编排平衡计划。这里的时间提前量就是平衡市场的时间跨度。

为了有效地维持电力平衡，SO有权发出平衡指令，实时改变发电量和负荷，这种对发电量及负荷的变更是以电力买卖形式出现的。这种买卖是在交易商和SO之间进行的。在交易商向SO提交合同电量的同时，还应提交他们对SO所发平衡指令的喊价和竞价。例如：上例中，发电商的10MWh不平衡量是根椐SO所发的平衡指令多发电而得到的，这种情况下，SO应根据发电商对平衡指令的喊价购买10MWh的电能。这就是所谓的按竞价付款的原则（PayasBid）。

不平衡结算

考虑到电力系统运行有其随机性的特点，在许多情况下，电能交易商不可能按照合同电量或平衡指令进行交易，其不平衡量应根据系统买入价和系统卖出价进行买卖。系统买入价和系统卖出价由SO根据发电商提供的喊价和竞价信息出现的不平衡电量计算得出。在结算之前，交易各方应在电力市场指定的结算部门的统一管理下开设各自的结算帐户。

英国电力市场结构

英国新的电力市场由电能交易市场、平衡市场、不平衡结算系统三部分组成。其中电能交易市场的交易规则与其它交易市场类似，已十分成熟。英国电力市场改革主要集中在平衡市场和不平衡结算系统设计和构成上。

平衡机制的提出是英国电力市场改革的重点。主要是出于两方面的考虑，首先是合同电量与实际电量间的不平衡，另一方面，出于系统本身的技术要求，如：系统的传输容量。因此，在实际操作中，合同中的发电量和用电量应能够被调整，以便维持系统平衡。平衡市场是由英国国家电网公司（NGC）负责运营的。

在电力市场实际运营中，交易商卖出的电能可能多于或少于它买进的电能；发电商卖出的电能也可能多于或少于它发出的电能；而且，用户所使用的电能可能多于或少于供电商为他们购买的电能。这些不平衡电量的计量和买卖由电力市场中的不平衡结算系统处理。这里需指出，不平衡结算系统只对市场中电能的实际交易量和合同交易量的差值进行结算。这里的不平衡电量与电能交易市场中的交易量相比是很小的。实际交易量是由系统中的电表测得的。在英国电网中，每隔半小时读取电表一次。因此，不平衡电量及不平衡电价是以半小时为基础的，结算在约28天之内完成。不平衡结算功能由一个独立信息技术公司（LOGICA）执行。

平衡机制

在平衡市场中，NGC作为SO–SystemOperator负责维持系统平衡。由于SO不再进行集中调度，发电商和供电商将自行确定其发电和用电量。但是发电商和供电商需在关闸之前将发电和用电量以通知单形式（FPN-FinalPhysicalNotification）通知SO。在实际运行中，只有参与平衡机制的发电商和供电商需将他们的发电和用电量通知SO。这些发电商和供电商称为平衡机制单元(BalancingMechanismUnit)。

容量大于50MW的发电商和供电商有义务作为平衡机制单元。而成为平衡机制单元的另一个必要条件是在发电商或供电商与SO之间需有直接的远程通讯连接。

对于容量小于50MW的发电商和供电商，如果条件允许，他们也可以成为平衡机制单元。作为平衡机制单元，发电商和供电商希望能够履行他们的合同交易量。但是SO常常需要调整合同交易量以便控制系统平衡。调整量是以SO和平衡机制单元之间的实时电能交易形式出现的。

因此各平衡机制单元需针对所允许的调整量在FPN中向SO提供有关的竞价和喊价（BidandOffer）信息。SO将根据费用最小原则对调整量进行买卖。

（1）通知单

除FPN外，平衡市场中还有另外一张通知单，称为IPN（InitialPhysicalNotification）,IPN主要包括平衡机制单元第二天的交易量。IPN需在交易前一天上午11:00之前送达SO。而FPN需在交易当天关闸时间之前送达SO。FPN包含某一交易时段内所期望的发电和负荷趋势，下面是FPN的一个例子。

（2）竞价和喊价

竞价和喊价有两方面的内容，即：平衡机制单元允许偏离FPN的电量及相应的电价。喊价对应于大于FPN，竞价对应于小于FPN。如果平衡机制单元是供电商，因为其输出总是负值，所以，大于FPN相当于减少负荷。如果SO希望增加输入到系统的电量，SO可接受喊价，如是平衡机制单元发电商，它需要增加其输出量，如是供电商，负荷则需减少。如果SO希望减少输入到系统的电量，SO可接受竞价。一旦SO接受喊价或竞价，该交易将被固定下来，SO无权更改或取消。例如：SO按所接受的喊价购买了一定数量的电能，之后发现所购买的电量需向下调整，在这种情况下，SO需要接受另一竞价，将剩余电量卖出。交易允许在SO和原平衡机制单元之间进行，也可在SO和其它平衡机制单元之间进行。因此，竞价和喊价是成对出现的，其中一个被SO用于调整（Undo）。

平衡机制单元允许提交多个竞价-喊价对，这些竞价-喊价对对应于不同的输入输出水平。表中列出5个竞价-喊价对。

为了使用优化算法选取竞价和喊价，竞价和喊价曲线应遵守凸性原则，既：电价应随电量增加而增加。

（3）动态参数

除FPN、喊价及竞价信息外，每个平衡机制单元需向SO提供有关的动态参数，动态参数不受关闸时间的约束，即：任何时间都允许对做动态参数变更，实际上，除个别参数外，多数参数是不经常变动的。以下是需提供的动态参数：

爬坡速率（MW/Min）

下坡速率（MW/Min）

最大电能输入、输出量（MW）

启动时间（Min）

变动输出（或输入）量所需的时间提前量（Min）

最小零输出（或输入）量时间、最小非零输出（或输入）量时间（Min）

最小输出（或输入）稳定极限（MW）

（4）系统操作员–SO（★）

英国电力市场的SO由英国国家电网公司担任，从SO的角度看，目前的系统运行模式与POOL模式相比，有了较大的变化。考虑到平衡机制只有3.5小时的时间跨度，为了保证系统能安全可靠运行，SO执行以下任务：

采集有关系统中可能出现的潮流信息

负荷预测及确定是否需要采取平衡措施

平衡调度

向结算部门提供数据

而每一平衡机制单元需向SO提供：

在关闸前一天的上午11:00时提供IPN

在11:00与关闸之间，对IPN所做的修正量

在关闸与交易时段之间，提供有关运行信息，如：能否执行FPN及能否执行SO的平衡指令

与POOL类似，SO仍需根据负荷预测、故障、检修、IPN信息对次日的运行方式做安全校验。并计算可能的对IPN的调整量，向电力市场发布特定的信息，如：次日的负荷预测等。关闸后，SO要根据FPN、负荷预测、系统当前运行状况对系统再次做校验，计算是否需要接受任何喊价或竞价。SO以半小时间隔为基础，向前滚动以维持系统平衡。这意味着，SO不仅要实时控制当前交易段，而且要对下一个时段，采取平衡措施，以至对未来多个时段进行平衡控制。SO不断地将平衡控制信息发布给电力市场的参与者。有关平衡过程的实时信息将通过互联网发布。

（5）平衡控制计算

平衡机制是通过SO与平衡机制单元的电能交易实现的。SO依据平衡机制单元的喊价和竞价购入或卖出控制量。对于FPN之上的控制量，称为上调量，因为是平衡机制单元多发电，所以，SO应向平衡机制单元付款。对于FPN之下的控制量，称为下调量，平衡机制单元应向SO付款。在实际系统中，SO与平衡机制单元的电能交易量考虑了网损因素，即：

交易量=控制量X网损因子

不平衡结算

（1）电能不平衡(EnergyImbalance)

不平衡结算系统负责为每一个电能交易商建立电能不平衡帐户，以便记录他们在某一交易段的合同交易量和实际发生量。不平衡电量是指合同交易量和实际发生量的差值（实际系统中考虑了平衡控制量）。根据所获的得不平衡电量信息，不平衡结算系统负责计算不平衡电量的电价，即：系统买入和卖出价。下图表示某一电能交易商在某交易时段的不平衡电量。

（2）信息不平衡(InformationImbalance)

信息不平衡是指平衡机制单元在某一交易时段的FPN和实际发生量的差值（实际系统中考虑了平衡控制量）。对于信息不平衡系统设置了惩罚电价，使平衡机制单元的输出量与FPN相一致。下图表示某平衡机制单元的信息不平衡。

此外，对于平衡机制单元没有按SO要求提供足够的控制量，系统也设置了惩罚电价。

（3）系统买入和卖出价

系统买入和卖出价用于电能不平衡交易。某一交易时段的系统买入和卖出价是基于该时段内所有平衡机制单元所接受的平衡控制量及相应的喊价和竞价信息。

下表是某一时段，系统平衡控制量信息，以此说明相应的系统卖入和卖出价的计算方法。

交易款流向（CashFlow）

在结算系统中交易款有两种流向，即：用于平衡机制交易和用于不平衡交易。

1）平衡机制中交易款流向

平衡机制中交易款流向主要是在英国电网公司和其它的市场参与者之间。英国电网公司作为SO负责购买各种平衡控制和辅助服务。这里，平衡服务商向系统提供诸如频率控制等辅助服务，英国电网公司按与这些平衡服务商所签合同购买辅助服务。同时，英国电网公司作为电网的拥有者（TO）向电网的使用者收费。

2）不平衡交易款流向

不平衡交易发生在各交易商之间，按系统买入和卖出价对电能不平衡量进行买卖。不平衡交易的剩余款将由BSC授权分配给各交易商。BSC是平衡和结算规则（BalanceandSettelmentCode）的缩写，也是英国电力市场的最高法律文件。

英国电力市场（新模式）总结：

从2000年12月起，新的电力市场模式开始运行。这种模式的出发点是：降低批发电价，比如10%；保证即时和长期供电可靠性；价格透明，使用户真正参与价格的制定过程；促进发电市场公平竞争，鼓励对环境型发电项目进行投资。新模式主要以双边交易为基础，发电商自行调度自己的机组，不再由NGC进行中央调度。它有三级新的批发市场，外加一个结算中心。

新模式最突出的特点是：

1）细化市场，引入新的市场体系。

（1）远期、期货和期权市场：远期合同可以是双边金融合同（如CFD），也可以是物理合同，它占交易的大部分，对稳定电价起着决定性作用；期货和期权市场确定提前数年的电能交易及价格，可更好地指导市场成员的投资决策、刺激技术革新、降低投资成本，也为交易双躲避经济风险创造条件。合同市场由社会上的商品交易中负责，它在某种意义上类似于加州PX。

（2）现货市场：与以往结构类似。

（3）平衡市场：平衡市场在实时运行前4个小时开市，到相应时段运行结束时为止，滚动进行。用户自由选择参与合同市场或平衡市场。如选择平衡市场，则无论供方还是需方，都只能与NGC签订平衡合同。除此之外，还有相应的拍卖机制。

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