欧洲电力现货市场联合出清机制

 

一、欧洲PCR项目概述

 

区域价格耦合（Price Coupling of Regions, PCR）项目是由欧洲七大电力交易所共同倡议的，包括欧洲电力交易所EPEX SPOT、意大利电力交易所GME、北欧电力交易所Nord Pool、西班牙葡萄牙电力交易所OMIE、捷克共和国交易所OTE、罗马尼亚天然气和电力市场运营商OPCOM和波兰电力交易所TGE。市场耦合的目的是将不同的电力市场融合组成一个统一的市场，这样，购、售电的报价不再局限于其所在的地区，而可以在整个大市场范围内进行交易。市场耦合的最大优势在于可以提高电力市场的流动性，提升电力市场的稳定性，减小电价波动。此外，市场参与者也将受益于市场耦合：他们在进行跨区（国）交易时不再需要获得相关的输电权（Transmission Capacity Right），不同地区的售电商报价和购电商报价可以进行无障碍匹配，大大提高了市场的交易成功率，使买卖双方的利益最大化。

 

二、日前耦合市场概述

 

目前，PCR项目只完成对日前电力市场的耦合，其关键成果之一是构建了统一的电价联合出清算法来计算潮流和电价，该算法名为Euphemia。过去，不同的交易所采用过好几种算法，如COSMOS、SESAM、SIOM和UPPO等，这些算法只能满足相应电力交易所的产品和交易地需求。为了能够将各电力市场耦合到一起，必须研究出一种能够满足所有要求的算法，不管针对哪一家电力交易所，都能提供合适的出清价格。Euphemia算法的开发从2011年7月起就开始进行了，在COSMOS算法的基础上进行开发。一年后第一个稳定的版本出台，并进行不断的调试修正和改进，直到2014年2月，Euphemia第一次将西北欧的交易所和西南欧的耦合起来，并逐渐完成了对GME、中西欧和东欧的耦合。使用Euphemia计算欧洲的能源配置和电价，最大限度地提高了整体福利，提高了价格和电力系统潮流计算的透明度。

 

三、日前耦合市场报价和出清基本原理

 

在耦合的电力市场中，各市场成员在其所属的交易所报价，然后由PCR统一出清。出清的基本原则不变，仍然是按供给曲线和需求曲线的交点出清，如图1所示。

 

图1 出清原则

 

该算法的输入分为三类：报价数据、拓扑数据和网络数据，如图2所示。其中，报价数据主要包括小时报价、复杂报价、打包报价等不同类别的报价信息，并且在形成供需曲线时可以采用阶梯、分段线性和混合三种模式；拓扑数据主要指物理电网的节点信息和各价区的报价上下限；网络数据则主要包括物理电网的各种约束条件，如净出力位置爬坡约束、联络线容量约束、商业联络线收益约束、传输线爬坡约束、平衡约束、网损约束等。

 

图2 Euphemia算法的输入

 

在进行市场耦合之前，每个交易所就会运行若干个竞价区，在市场耦合之后，这些竞价区仍然存在，所有竞价区同时出清，但是每个价区的出清价格可能不同，并且各价区的出清价格必须满足该价区的价格上下限。

 

在形成供需曲线时，阶梯模型和分段线性模型都会用到，这是因为原本各交易所采用的模型不同，为了避免给市场成员造成额外负担，在市场耦合后，这些模型都被保留下来。图3所示为两种模型的示意图。

 

 

图3 形成供需曲线的两种模型

 

对于阶梯模型而言，在出现特殊交点时的处理原则如下：当供需曲线的交点位于一段价格区间时，市场出清价为卖方报价和买方报价的中点；当市场出清价对应一段电量时，出清量取符合条件的最大值。如图4所示。

 

图4 供需曲线出现特殊交点时的处理原则

 

四、报价区域与网络模型

 

报价区域（Bidding Area，BA）是区分市场成员报价的最小单位，出清算法为每个报价区域、每个时段计算一个价格。报价区域之间可以通过ATC模型、基于潮流的模型或混合模型交换功率。

 

可用传输容量（Available Transfer Capacity，ATC）模型下，BA用一个拓扑模型表示，BA之间通过一些联络线连接，每个联络线有给定的最大传输能力。除了传输能力，模型还可以考虑网损、商业输电线的输电价格约束（一般是直流线路，可以控制线路上的潮流，要求两端价差超过一定的数值）、联络线功率变化速度等。

 

基于潮流的（Folow based，FB）模型：FB模型是另外一种考虑电网约束的方法，相对ATC方法可以更加准确地对物理潮流进行建模，有两个主要的概念：剩余可用裕度（Remaining Available Margin，RAM），潮流分布因子（Power Transfer Distribution Factor, PTDF）。

 

五、典型的报价类型

 

欧洲电力市场的特色之一是设计了多种多样的报价形式，如小时报价、复杂报价、打包报价等，使得市场成员可以根据其发电、用电设备的特性选择采用不同的报价形式。这里进行简要的介绍。

 

小时报价：市场成员为第二天24小时的每个小时分别申报电量和电价，这24个报价是独立的。这是最普通的报价，也是常规的报价。

 

复杂报价：是针对卖方而言的，指的是将一组不同时段的阶梯报价（称为小时子报价 hourly sub-orders）组合起来，并给出一些成交的约束条件，如最小收入条件和负荷梯度条件。其中，最小收入条件约束主要考虑这组报价获得的总收入不小于其申报的总成本（反映启停成本的固定成本加上反映运行成本的变动成本），负荷梯度条件约束主要反映不同时间的出清电量之间的约束。

 

打包报价：分为常规打包报价、配置打包报价、互斥报价、关联报价、灵活小时报价几类。常规打包报价是指将连续的几个小时的电量打包到一起，要么全部成交，要么全部不成交，这称为kill-or-fill原则。配置打包报价是指可以设置一个比例，只要出清的比例大于设置的阈值，就可以出清。互斥报价是指两个配置打包报价的成交比例之和不能大于1，其中一个特例就是两个打包报价，一个全部成交，另一个全部不成交，因此叫做互斥报价，如图5(a)所示。关联报价是指父报价和子报价之间具有关联关系，当父报价成交时，子报价才成交，如图5(b)所示。

 

灵活小时报价：如图5(c)所示，是指市场成员申报了价格和电量，并设置成交比例为1，但没有申报是为哪个小时进行报价，具体是哪个小时成交要由Euphemia的计算结果决定。

 

图5 几种特殊的打包报价

 

六、对我国的启示

 

欧洲正在进行的市场耦合计划对我国市场建设有很多借鉴之处。

 

1、  不同省、区市场之间融合时，网络模型可以采用简单的交通拓扑模型（ATC），也可以采用更加准确的潮流模型（FB），具体与电网的强壮程度、耦合程度等有关。

 

2、  早期的市场报价为阶梯型的，现在很多市场中已经出现了更加复杂、能更加准确反映供、需特性的线性报价。

 

3、  供给和需求曲线相交有很多种不同的情况，需要在市场规则中明确规定不同情况下的出清价和出清量的确定方式。

 

4、  报价形式除了按时序的小时报价，还有打包报价、互斥报价、关联报价等多种形式。不同的市场成员，可以根据其资源的情况选择合适的报价形式。比如，对于日调节的水电机组，一天的可发电量固定，发电时间比较灵活，可以采用“灵活小时报价”的形式。市场机制设计中也可以根据市场成员的具体情况不断创新、设计出新的品种。