探讨英国电力市场的不平衡结算及对中国电改的启示

钟声?杨再敏?张志翔?梁志飞?严旭?张翔?荆朝霞?刘煜

摘 要 电力市场设计中实时能量的平衡及其定价机制是重要的一个环节。以英国电力市场为代表的分散式电力市场通过平衡市场和不平衡结算机制实现能量的实时平衡和相关成本的分摊。本文在对英国BETTA模式下的平衡机制进行简要介绍和分析的基础上，对BETTA模式下的不平衡电价结算方法以及最近进行的一次改进进行介绍，并分析对我国电力市场改革的启示。

关键词 英国电力市场;平衡机制;不平衡结算

引言

实时能量平衡及其定价机制是电力市场设计的一个关键环节。其相关交易和定价机制不仅仅影响到平衡市场交易和不平衡电量的相关价格，所有的中长期市场交易都受到平衡机制的影响[1]。目前，国际上有两种典型的实时平衡和定价机制：以美国PJM为代表的实时市场机制，以及以英国和欧洲为代表的平衡市场和不平衡结算机制[2]。英国是较早实行电力市场改革的国家，有丰富的改革经验，其平衡市场机制也经过多次改革，不断完善，有很多值得我国借鉴的地方。本文通过对英国不同阶段平衡机制的介绍、分析，提出对我国电力市场改革的启示。

1Pool模式下的平衡机制

英国电力市场改革始于1989年。对由英国中央发电局进行垂直垄断的电力管理模式进行改革，新模式的核心是构建电力库（POWER POOL），在POOL模式下，所有电厂都加入电力库，发电厂向电力库售电，供电商从电力库购电，建立全国统一的电力集中交易市场[3]。本节对POOL模式下的偏差处理机制进行简要介绍。

1.1 报价

POOL模式下构建了一种发电单边市场，用户不参与报价。发电商在交易日前一天的10：00前申报交易日内每个时段（半个小时）的报价以及可发容量等参数。

1.2日前无约束出清

英国国家电网公司（NGC）根据发电机组报价及系统负荷预测情况，进行以半个小时为单位交易时段的无约束出清（不考虑网络约束）计算，得到无约束调度结果，包括：每个时段的系统边际价格SMP（System Marginal Price）及每台发电机组在每个时段的出力水平。其中，各时段的SMP由该时段排入出清计划的最后一台机组的报价确定。然后根据失负荷概率（LOLP）及失负荷损失（VOLL）计算容量电价（CE），再与SMP相加得到日前市场的购入电价。

1.3 实时约束出清

在交易日的每个时段，考虑实际的负荷及网络约束等情况进行约束出清。由于预测误差、网络约束等的存在，NGC将对部分机组的日前无约束出清计划进行修改得到实时约束出清结果，其中，相对日前无约束出清结果增加出力的容量称为“限上”，减少出力的容量称为“限下”。

1.4 发电侧结算

发电机的结算价格由电量电价和容量电价构成。

电量电价：根据机组在日前市场、实时市场的出清结果将电量电价分为以下四种情况：

（1）列入日前无约束出清调度计划且实时运行的机组：按SMP结算;

（2）列入日前无约束出清调度计划但未实时运行的机组（限下）：按照（SMP-报价）进行结算;

（3）未列入日前无约束出清调度计划但实时运行的机组（限上）：按照报价进行结算;

（4）未列入日前无约束出清调度计划且实时未运行：结算价为零。

容量电价：对于所有可用容量的发电机组不考虑其发电情况都可以获得容量价，计算公式如下：

CE=LOLP*（VOLL-SMP）

其中， LOLP为失负荷概率，反映了由发电机组可用容量不足引起的失负荷概率; VOLL为失负荷损失，反映了用户为避免切负荷而愿付的代价。

1.5 用户结算

英国电力市场中未采用分区或节点电价，所有用户的电价相同。需要将上述付给发电机的容量电费、电量电费均按邮票法分摊给所有用户。其中，电量电费为在SMP基础上增加一个上抬费用（UPLIFT），UPLIFT包括因“限上”和“限下”而增加的费用，因此在购入电价的基础上增加上抬费用即可得到售出电价。在POOL模式下的电力市场的电价定价流程如图1所示。

1.6 分析讨论

不平衡结算包括两个方面：①支付给平衡服务提供者的价格、②向平衡服务使用者收取的价格。在英国的POOL中，平衡服务由发电机提供，而且不另外报价，日前能量市场的报价也同时作为平衡服务的报价。对于“限上”，按报价结算，对于“限下”，按报价和市场统一出清价的差价结算。

由于POOL是仅发电机报价的单边市场，用户仅为价格接受者，平衡服務费用由所有用户平均分摊。

在实时约束出清下发电功率的调整，一方面是要解决负荷预测误差的问题，另一方面更重要的是解决网络阻塞的问题。在POOL模式中，日前先用简化的模型（无约束模型）进行出清，实时再用详细的模型（有约束模型）进行出清。可以认为详细模型出清是在无约束出清结果上对其结果进行再调度。这是电力市场中处理网络阻塞问题的一大类方法。一些分区定价的方法，如加州早期的电力市场对阻塞也是采用类似的思路，只不过其第一次出清不是采用完全无约束模型，而是采用包括一些简单的区间联络线约束的简化模型。另外一个差别是在进行再调度时需不需要市场成员重新报价。英国POOL模式中，发电商只需进行一次报价，相当于日前的能量市场报价也作为上调、下调报价。而目前大多数采用这种阻塞处理的市场中都允许市场成员重新报价[4-6]。

2BETTA模式下的不平衡电价

2.1 BETTA市场模式简介

在英国POOL模式下，存在诸多问题，如：市场机制的不完全性、发电侧易行使市场力、POOL模式的改进受自身的限制等，导致在某些情况下供电价格非常高[7]。英国政府于1999 年放弃了POOL模式，并在2000年推行了NETA模式[8]，由集中交易为主的POOL模式改为双边合同为主的NETA模式，2010年推行了BATTA模式，其平衡处理机制是类似的。新的模式的主要特点如下。

（1）合同市场。新模式下，大部分电力交易通过合同市场进行[9]。包括交易双方自行签订的双边合同和其通过经纪人、电子平台签订的合同。合同的类型包括远期合同（Forward Contract）、期货合同（Futures Contract）及期权（Options）。合同交易可以从若干年以前一直到交易前若干小时。市场成员可以选择在哪里、以什么形式、签订多少交易合同。

（2）平衡机组单元BMU。建立了平衡机组单元（Balancing Mechanism Unit，BMU）的概念，BMU可以由一组发电机或负荷组成，所有BMU必须在关闸（Gate Closure）前（目前为一个小时）向市场运营机构提交该交易时段的出力（消费）计划（Final Physical Notification，FPN）。除此之外，市場成员还要在关闸前提交合同交易情况（Contract Notification，CN）。CN主要用来结算，市场成员在FPN的出力和CN中的出力可以不一样。也就是说，在合同市场签订的合同是一种金融合同，与FPN可以不一致。但是，如果FPN与CN中的出力水平一致，则可以规避市场实时价格的风险。

（3）平衡机制。通过平衡机制解决电量不平衡及各种网络约束问题[10-11]。BMU单元在FPN的基础上申报Bid/Offer。其中Offer表示机组增出力或负荷单元降低负荷水平，Bid表示机组降低出力或负荷单元提高负荷水平。市场运营机构基于总调节成本最小的目标选择调用哪些Bid/Offer。除了Bid/Offer，市场运营机构还可以通过事先通过合同方式购买的辅助服务解决不平衡和网络约束问题。

2.2 BETTA市场模式下的不平衡结算

不平衡结算同样包括对平衡服务提供者的结算和对平衡服务使用者的结算。平衡服务提供者主要是提供Bid/Offer的市场成员，对其按报价计算。对发电来说，Offer表示其增加出力的发电价格，Bid表示减小其出力希望获得的补偿。平衡服务的使用者主要是不平衡电量。其中，BMU的不平衡电量=实际量测量-合同量。其中，实际量测量在不考虑虚报FPN和不执行调度指令的情况下，应等于FPN加上中标Bid/Offer的调整量。

从这里看到，双边合同是一种金融合同，本质上与POOL模式下的差价合约类似，POOL模式下的价格基准是POOL的出清价，而这里的基准价是不平衡结算中的不平衡价格。FPN是市场成员期望的缺省运行点，其在这点愿意作为市场价格的接受者，在这个点之外，价格合适的话可以调整出力。市场成员可以参考双边合同的情况确定FPN，但FPN可以与双边合同中确定的出力水平不一样。

对不平衡量采用Bid/Offer的某种加权平均价，并采用双结算机制，即BMU的偏差方向与系统偏差方向相同及不同时，采用不同的价格体系：相同时价格较高，不同时价格较低。

平衡机制中，对提供平衡服务的市场成员按照其报价Bid/Offer进行结算。这里主要讨论对造成不平衡的市场成员（平衡机组单元BMU）的收费。不平衡收费的要点如下：

（1）BMU的不平衡量=实际出力 -（FPN出力+Bid/Offer被调用的出力），这里的“出力”指该BMU注入电网的功率，可正可负。（2）不平衡收费用来回收系统购买Bid/Offer服务的成本。（3）对不平衡量>0的情况，即多发或少用情况，按系统售电价格（SSP）支付给市场成员;对不平衡量<0的情况，即少发或多用情况，市场成员按系统购电价格（SBP）缴费。（4）对SSP和SBP每半小时计算一次，均采用双结算系统：若市场参与者的不平衡与系统的不平衡状态一致，即加重了系统整体的不平衡情况，则采用惩罚性的“主要定价法”（Main Pricing Method），反之，市场交易方的不平衡状态有助于缓解系统的整体的不平衡情况，则通过非惩罚性电价“补充定价法”（Reserve Pricing Method）。（5）主要定价法反映系统购买Bid/Offer来进行系统平衡的成本。2014/15年度以前采用最后入围的500MW报价的平均价。（6）补充定价法反映短期市场的电能交易价格——即某市场参与方若能将其不平衡电量在短期市场结束前进行交易所能获得的价格。价格等于短期市场中，该交易时段内全部能量交易价格电量的一种加权平均数（越靠近实时交易点进行的交易，其价格及电量所占的权重越大）。

3电力平衡机制评估及改进

3.1 基本思路

市场中的各种机制应该给市场参与者提供有效的经济激励信号，使市场能够以最经济、有效的方式保证电力系统的安全供应，实现资源的最优配置。

平衡结算机制也是如此。不平衡电价（cash-out price）是英国BETTA模式中对市场成员平衡行为的一个重要的价格激励信号。Ofgem认为现有的平衡机制不是十分有效，导致了系统平衡和安全供应方面的低效，从2011年开始开启了相关机制的评估工作。经过若干环节，包括征求各利益相关方的意见，Ofgem在2014年5月15日发布了终稿文件：“电力平衡机制评估-终稿方案”（Electricity Balancing Significant Code Review（EBSCR） - Final Policy Decision），提出了对不平衡价格计算的四条改进意见[12]。该方案分为若干步骤，从2014/2015年度开始，2018/2019年度结束。不平衡结算也是我国当前很多省份的电力市场规则中的重要部分。英国在平衡机制方面的政策历程对我国有很强的启发意义。

3.2 背景与目标

当前英国的电力市场面临很多挑战，处于一个转型期：容量裕度变小、可再生能源发电比例增加以及欧洲一体化市场的建立等。经过研究，Ofgem认为当前的不平衡电价没有为市场平衡提供有效的经济信号，尤其是没有正确的信号来评估灵活性（flexibility）服务（快速进行出力的上下调整以响应市场供需变化）和峰荷发电（peaking generation）服务的价值。因此，市场成员没有足够的激励提供灵活性能力（如灵活发电资源、需求响应和储能等）来匹配需求。随着间歇性发电比例的增加，灵活性服务对电力系统安全的供应越来越重要。不平衡结算机制和政府开展的容量市场从不同的角度解决电力安全供应的问题，互为补充： 容量市场通过给容量提供者一个稳定的收益以保证长期容量的充裕性，而不平衡结算机制的改革影响未来市场中容量的类型。变化更加强烈的不平衡价格将可以降低容量市场的容量价格。

进行不平衡评估和改进的总体目标是保护现有和未来消费者的利益，具体包括以下几个方面的目标：建立对有效的安全供应水平的激励、提高电力平衡的效率、确保平衡机制与欧盟市场改革一致并支持容量市场改革。

该方案的改进主要包括以下四个方面：计算不平衡价格采用边际成本法;计算不平衡价格时包括用户停电及降压造成的社会成本、改进备用定价方法以反映系统在恶劣情况下的价值、将双结算机制改为单结算机制。这里对前两项内容进行介绍和分析。

3.3 以发电边际成本进行不平衡结算

（1）改革的原因。改革前的规则中，当市场成员的功率不平衡方向与系统一致时，对其采用主要定价法，即被系统调度采用进行系统平衡服务的最贵的500MWh的Bid或Offer的加权平均价。进行加权定价的平衡服务的量（改革前500MWh）就称为价格平均参考量（Price Average Reference，PAR）。這种基于平均成本的定价方法，扭曲了市场中缺稀资源的价格信号，尤其在系统供应比较紧张的时候，并且减少了灵活性服务提供者的收益，这最终又会影响到系统供应的安全性及整体的平衡成本。

（2）改革的具体措施和步骤。使用系统边际成本，即最贵的Bid/Offer报价作为不平衡电量电价。根据相关主体的意见，将这一改革分解成三个阶段：第一阶段，2014/15年度，将PAR降为250MWh，即采用最贵的250MWh的Bid/Offer的报价的加权平均价作为不平衡电量的结算电价;第二阶段，2015/16年度，进一步将PAR降为50MWh;第三阶段，2018/19年度，最终将PAR降为1MWh。

（3）改革的影响。该项改革主要有以下几个方面的影响：①使不平衡价格变化更加剧烈，使其真正反映系统缺稀的成本，在系统供应紧张时候提供有效的经济信号。②一个完全基于成本的，边际成本定价方法将使市场成员面临系统平衡服务的真正成本。这将激励市场成员基于自己的利益在关闸前采用最大可能去实现平衡（在其成本比系统的成本低的情况下）。③这项基于边际成本的改革将提高对平衡和灵活性投资的激励，最终支持系统安全性。

3.4 在不平衡价格中包含负荷控制成本

（1）改革的原因。当系统调度认为供应不足以满足需求时，可能需要使用负荷控制手段。这是一些在紧急情况下的最后的手段，通过直接停电、降低电压等方式减小电力需求。这些负荷控制手段是一种平衡手段，但并未包括在不平衡价格的计算中。这导致系统不平衡价格没有反应真实的平衡成本，因而降低了市场成员主动进行平衡来避免停电的激励。

（2）改革的具体措施和步骤。在不平衡电价包括用户停电损失（VOLL）和电压降落损失。改革分为两个阶段：2015/16年度，停电损失费用?3000/MWh，2018/19年度该费用调整至?6000/MWh。这样在不平衡电价的计算中将负荷控制与其他不平衡服务手段按相同的方法处理。

（3）改革的影响。该项改革的影响与上个措施类似。使得价格信号更加明显，当市场成员的停电损失更大时，其会尽力采取措施避免停电。

4对我国电力市场的启示

（1）电力市场相关规则的制定、修改，最终的原则是提高整体的效率。

（2）边际成本定价方法可以提供更加显著的经济信号，引导更加有效的资源配置。

（3）一项改革措施是否实施需要考虑以下两方面的问题：改革后社会福利的增加和改革需要的成本，福利的增加应该大于改革所需的成本。

（4）不平衡电量的结算包括两个方面，向提供不平衡服务的供应者的购买价格和存在不平衡量的市场成员收取的价格，英国方法中对供应者（Bid/Offer）的购买价格采用报价，对使用平衡服务的不平衡量由平均成本改为边际成本，以提供更加多的经济信号。

我国目前一些地区的市场设计中，对不平衡的结算没有考虑实际的成本，而是采用人为规定的一个价格，需要进行一些定量的分析，分析相关规定对市场行为的影响，以及造成的成本、效益。

参考文献

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[2] 贺宜恒，周明，武昭原，等.国外典型电力平衡市场的运作模式及其对中国的启示[J].电网技术，2018，42（11）：3520-3528.

[3] 宋永华，孙锦鑫.英国电力市场面临新的改革——现行模式比较及其问题[J].电网技术，1999，（07）：55-60.

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[8] 宋永华，孙锦鑫.英国将推出电力市场新模式[J].电网技术，1999，（08）：69-73.

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[11] 文安，黄维芳，刘年.英国电力市场的电量交易平衡机制[J].南方电网技术，2014，8（05）：1-5.

[12] Ofgem. Electricity Balancing Significant Code Review -Final Policy Decision.[EB/OL].https：//www.ofgem.gov.uk/sites/default/files/docs/2014/05/electricity_balancing_significant_code_review_-_final_policy_decision.pdf，2014-05-15.

作者简介

钟声（1971-），男;学历：硕士研究生，高级工程师，现就职单位：广州电力交易中心，研究方向：电力营销、电力市场。

杨再敏（1982-），男;学历：硕士，高级工程师，现就职单位：南方电网能源发展研究院，研究方向：能源战略与政策研究、电力市场研究。

张志翔（1979-），男;学历：硕士，工程师，现就职单位：广州电力交易中心，研究方向：电力市场、电力需求侧管理。

刘煜（1997-），男;现就读学校：华南理工大学，学历：硕士，学生，研究方向：电力市场。