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美加州电力市场发电报价及结算机制对我国电力

2019-09-27 10:36| 大秦电网新闻中心| 查看: |

美国加州电力市场发电报价及结算机制对我国电力市场的启示


【摘要】在之前的文章《电力市场集中竞价的经济学原理分析|19现货市场报价/出清中如何考虑机组非单调成本特性?》中我们介绍了电力市场中解决发电的非单调成本特性的两类方法:1)市场主体通过报价反映,2)通过空载成本考虑。本文结合美国加州电力市场进行进一步的介绍和分析,介绍美国加州电力市场(CAISO market)中,发电企业(Participating Generator)参加日前市场(Day-Ahead Market)的报价和结算机制。重点介绍对发电非单调成本特性的处理方式。主要涉及以下概念:最小出力成本(MinimumLoad Cost)、自调度(Self-Schedule)、经济报价(Economic Bids)。

 

一、概述

在之前的文章(走进电力市场:《电力市场集中竞价的经济学原理分析|19现货市场报价/出清中如何考虑机组非单调成本特性?》中我们介绍了电力市场中解决发电的非单调成本特性的两类方法:市场主体通过报价反映、通过空载成本考虑。我们提到了最小技术出力、最小经济出力、空载成本、全成本补偿等概念。这些概念在不同的市场中有不同的定义和名称。为了更好理解这个问题,我们这篇文章结合加州电力市场(CAISO market)进行介绍。

加州电力市场中,发电企业有两种主要的参与市场/报价方式:1)通过三部制报价由ISO调度,2)进行自调度(Self-Schedule),同时可申报经济报价(Economic Bids)。

如果发电企业通过三部制报价由ISO进行调度,需要申报启动成本(Start-Up Cost)和最小出力成本(Minimum Load Cost)(一些市场中称为空载成本),并进行经济报价(Economic Bids),经济报价的第一段必须从最小技术出力(Minimum Load)开始。

发电也可选择自调度,申报自调度出力,并在自调度出力水平之上申报经济报价(Economic Bids)。自调度机组的经济报价的第一段从自调度出力水平开始,自调度出力水平可以高于最小技术出力。

日前市场中中标的所有机组按照日前市场的市场价格和其出清量结算,进而可以计算得到其在日前市场的总收入。对由ISO调度的机组,根据其三部制报价计算其日总报价成本(Bid Costs),如果高于日前市场总收入,则差额部分给予补偿。对自调度机组,按照日前市场的出清结果进行结算,不进行三部制成本的计算。但是,如果由于市场的原因(阻塞管理、安全控制)等使自调度机组的出力低于自调度出力,则需要根据其报价成本(Bid Costs)进行补偿。从这个角度,可以认为自调度机组的自调度出力就是其“最小经济出力”,即自调度机组认为经济可行的最小出力。

二、加州电力现货市场概述

1、市场成员

CAISO:负责加州市场范围内输电设备的运行控制、平衡责任(Balancing Authority)以及市场管理。

计划协调机构SC(Scheduling Coordinators):加州现货市场中除阻塞收益权(Congestion Revenue Rights,CRRs)外,所有商业活动都必须通过在CAISO注册的SC来开展。SC代表各类市场主体进行报价和结算。

参与发电商(Participating Generators):可通过SC在市场中利用发电机组(1MW以上)提供能量服务和辅助服务的发电商。

负荷:包括参与负荷(Participating loads)和非参与负荷(Non-Participating Load),前者的负荷可以被裁减(Curtailable Demand)。

加州市场中还有一些其他类型的市场主体,包括配电公司(Utility Distribution Companies)、输电公司(Participating Transmission Owners)等,这里不再介绍。

2、市场组成

加州现货市场包括日前市场(Day-Ahead Market)和实时市场(Real-Time Market)两个市场。日前市场在日前10:00关闭,又包括市场力缓解(Market Power Mitigation,MPM)、统一远期市场(Integrated Forward Market,IFM)和剩余机组组合(Residual Unit Commitment,RUC)三个环节。日前市场确定运行日每个小时的能量和辅助服务价格。为简化分析,本文重点介绍日前市场的IFM环节。下文中介绍的相关报价、出清、结算规则都是针对日前市场的IFM环节。

三、加州日前市场IFM环节的报价与结算

本部分对加州日前市场IFM环节中,发电机组参与能量产品交易的报价、出清和结算机制进行介绍。

1、报价参数

日前市场的报价包括很多内容,这里主要对与本文分析的内容相关的报价参数进行介绍。

【1】启动成本(Start-Up Cost):机组从点火(或接到调度指令、同步)到最小技术出力的成本。

【2】最小技术出力(Minimum Load):机组可以持续稳定运行的最小出力。(字面上翻译是最小出力,但根据其定义是技术上的最小出力,为了不与后面的相关概念混淆,这里将其翻译为最小技术出力)。

【3】最小出力成本(Minimum Load Cost):机组在最小出力时的成本。

【4】自调度(Self-Schedule):机组可以申报自调度,自调度出力水平可以高于最小技术出力。

【5】经济报价(Economic Bids):针对某个交易时段的报价,包括一个数量和一个价格。对三部制报价而言,经济报价始于最小技术出力水平,对自调度方式而言,经济报价始于最小经济出力水平。

2、报价类型

ISO调度:采用三部制报价,需要申报启动成本、最小出力成本及一组经济报价。机组的启停、出力水平完全由ISO根据其报价和市场出清情况确定。经济报价必须从最小技术出力开始。

自调度(Self-Schedule):市场主体自行进行启停安排(self-committed)。在每个时段可以指定一个自调度出力水平,作为价格接收者。自调度出力水平可以高于最小技术出力。除了自调度出力,还可以另外申报若干段组经济报价。经济报价的出力从自调度出力水平开始。

3、市场收入

无论是ISO调度的机组还是自调度机组,都按照市场价格计算其收入。

某个时段的市场收入=该时段出清价*该时段出清量

日收入=所有时段的市场收入之和

4、报价成本(Bid Costs)

报价成本指的是,根据市场出清结果,按报价计算出来的成本。

总成本=总启动成本+总最小出力成本+总微增能量成本

其中,总启动成本根据实际的启停情况计算,价格为报价参数中的启动成本(Start-Up Cost)。总最小出力成本根据启动后发电的时间计算,每个小时的成本为报价中的最小出力成本(Minimum Load Cost)。总微增能量成本根据每个时段的中标量计算,单位成本为相应经济报价(Economic Bids)中的价格。

5、全成本补偿(Make Whole Payment)

对ISO调度的机组,如果发电机组实际的市场收入小于报价成本,则对差额部分进行补偿,该差额补偿称为IFM报价成本上台(IFM Bid Costs Uplift)。这部分成本将分摊给市场中的用户。

对自调度机组,不对启动成本和最小出力成本补偿。但是,如果由于电网的原因(阻塞、安全控制等)需要将其出力调整到自调度出力出力(大于最小技术处理)以下,则也需要根据其报价成本(Bid Costs)进行补偿。

三、发电企业的报价策略分析

为了简化分析,我们忽略启动成本,并假设发电企业仅参与日前能量市场。这里对发电企业在加州市场规则下的报价策略进行分析。一个基本的原则是,报价不低于平均成本,保证在现货市场中不亏损,在这个原则基础上可以按边际成本报价。第一段的价格与第一段出力水平有很大关系。

1、报价策略分析

1)三部制报价,ISO调度

对这种报价方式下的最小出力成本、第一段报价的出力、价格进行讨论。

(1)第一段报价的出力:根据市场规则必须为最小技术出力。

(2)第一段报价的价格和最小出力成本的申报具有一定的博弈性,有不同的报价策略。这里讨论按真实成本申报的情况。

(3)最小出力成本:取最小技术出力处的总成本,有两种算法:[1]对边际成本从0到最小技术出力积分,[2]最小技术出力处的平均成本乘以最小技术出力。

(4)第一段报价的申报价格:根据边际成本曲线申报,但要保证申报价格不低于从最小技术出力处开始算的平均成本。所以,如果最小技术出力小于边际成本曲线,第一段报价的出力、价格需要结合“报价不低于平均成本”的原则按边际成本申报。

2)单一能量报价,自调度

这种情况下,由于ISO不会按最小出力成本计算其全成本补偿。为了避免在市场中亏损,并遵循“报价单调不递减”的原则,在考虑发电机组成本非单调特性的情况下,可行的一种策略是:根据“报价不低于平均”的原则按边际成本报价。

2、算例分析

图1中给出了给定平均成本曲线AC、边际成本曲线MC情况下的三种报价策略:报价1、报价2、报价3。

1)报价1。自调度水平为平均成本最低点(83.5MW),后面的出力按照边际成本报价。

2)报价2。自调度水平为最小技术出力(40MW),从40MW到92MW之间的报价为92MW处的平均成本487.2¥/MWh,后面的出力按照边际成本报价。

3)报价3。ISO调度。最小出力成本为最小技术出力处的总成本,等于此处的平均成本487.2¥/MWh乘以最小技术出力40MW,即194880元。第一段能量报价出力范围为40MW到70MW,价格为270¥/MWh,后面的报价可以通过对边际成本曲线离散化形成。

这里的分析中未考虑发电企业已经签订了部分中长期合约的情况。自调度水平也可以根据已经签订的中长期合约的情况确定,但报价需要在不低于平均成本的原则下按边际成本报价。

四、对我国电力市场的启示

发电机组具有较大的启动成本,运行中的平均成本及边际成本在很大出力范围内随出力增加而降低。考虑到现货市场中一般规定发电的报价为单调非降的,必须要考虑对这个问题的处理方式。总的来说,有两种方式:1)通过“三部制报价”及“全成本补偿”机制解决,机组需要由ISO进行启停和出力的调度;2)由市场主体自行通过报价考虑,对应加州电力市场中的自调度类型。对ISO调度的机组,一般要求第一段增量能量报价(经济报价)从最小技术出力开始。对自调度机组,自调度出力水平就可以认为是其最小经济出力,可以在这个出力之上另外申报经济报价。我国现货市场建设中,大多试点省份尚未对个问题进行细致的考虑,可以参考国外的经验尽快完善。

致谢

上篇文章发出后,许多专家对文章提出了宝贵的批评意见。指出,国外电力市场中并没有最小经济出力这个说法。感谢各位专家的批评指正,也欢迎所有的专家、朋友们对我们所有发表的文章提出批评意见。我国电力市场建设刚刚起步,在电力市场设计方面的研究还非常初步,还有很多问题没有研究清楚,需要通过大家的讨论、争论、辩论,把相关问题理清楚。本文就是结合专家意见,对相关问题的进一步梳理。

具体到本文的“最小经济出力”的问题,国外电力市场中确实没有明确的这种说法,是笔者根据对相关问题的理解自己称呼的,确实不太严谨。

本公众号中关于国外电力市场规则的介绍和分析,主要都是我们通过阅读相关规则的一些体会,由于缺乏实际市场的运营经验,难免有不正确、不严谨之处。但为了与大家交流,我们还是及时发表出来以方便讨论,这里诚恳的请大家批评指正!

再次感谢所有专家的批评指正!特别感谢刘云仁老师一直以来对我们团队、对广东电力市场、对我国电力市场的关注、关心和支持!

往期文章参考

[1]走进电力市场合集(2016.11.13-2019.9.10)

[2]电力市场集中竞价的经济学原理分析|19现货市场报价/出清中如何考虑机组非单调成本特性?

[3]电力市场经济学基础(10 发电企业成本特性及报价策略1)

[4]California ISO BusinessPracticeManuals Library Market Operations (http://www.caiso.com/rules/Pages/BusinessPracticeManuals/Default.aspx)

 

(来源:走进电力市场 ID:PowerMarket 作者:陈紫颖 荆朝霞)

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