电力市场设计原理

第29卷第14期电力系统自动化Vol.29 No. 142005年7月25日Automation of Electric Power Sy stemsJuly 25, 20051电力市场设计原理朱治中，于尔铿'，刘亚芳”，周京阳1(1.中国电力科学研究院，北京市100085; 2. 国家电力监管委员会，北京市100031)摘要:为了保证电力市场的有效运营,需要设计出合理的市场规则,但是市场本身不会自动给出答案。文中将经济制度按照功能不同划分为4类:实现成本与收益对应的产权制度、抑制交易费用的交易促进制度、控制风险的风险约束制度与集中优化制度。经济制度与市场失灵之间存在密切的关系,制度可以减轻失灵的程度，市场失灵是一个相对的问题。电力商品非常特殊,在进行市场设计前,必须了解电力市场的特性。电力市场设计实际上就是4种制度在电力系统中的实现过程。关键词:电力市场设计;产权;交易费用;市场失灵.中图分类号: TM73; F123. 90引言市场交易不是无成本的,这里的成本不包括商市场赋予了人们自由决策的机会,但这决不意品的运输费用。首先，了解市场信息,例如产品质量味着就可以毫无约束。资源的有限性决定了经济活和价格需要付出代价;其次,谈判协商、签订合同、达动必须讲求效率，竞争必须能够促进经济的发展,而成交易等一-系列过程中需要付出的各项支出;还有不是一种消极的消耗。为此,需要建立一系列规章交易的执行费用以及违约发生时的损失。另外,建或制度,规范人们的行为，使市场竞争尽可能带来高立产权保护机制,使其免受他人的侵害也需要花费。1.1产权.效率。但是,市场能解决- -切问题,除了市场本身。也市场交易不能仅看成--手交钱、一-手交货的实就是说，一旦建立了合理的市场机制,那么作为一-种物交换，它的实质是权利的交易,是产权的动态优化经济手段,可以用它来提高经济效率。然而，合理的过程，所以产权的初始界定或安排至关重要。产权.市场制度并不会自动形成,至少市场本身难以给出不清楚也就无法进行交易。一个产权的基本内容包答案。制度只能由市场主体根据主客观需要进行设括市场主体对资源的使用权与转让权,以及收人的享用权。产权是否完整，主要通过排他性和可转让计与调整,然后通过实践优胜劣汰。性来衡量,如果权利所有者对其所拥有的权利有排1经济制 度组成框架他的使用权、收入的独享权和自由的转让权就称其按照制度的作用对象不同,可以将制度划分为所拥有的产权是完整的。如果这些方面的权利受到4类,分别是:决定产权安排的制度;减少交易费用、限制或禁止,就称为产权残缺[1]。促进交易执行的制度;对风险进行分配与规避的制1.2 交易促进度;对市场进行补充的集中优化制度。如图1所示。除产权安排会影响交易费用外,还应当考虑达它们的最终目的都是为了减少交易费用,提高经济成交易与实际执行过程中所发生的事情对交易费用的影响。这里将它分为2类:交易促进机制和风险约束制度。交易费用|风在进行市场交易时,市场成员需要了解产品的险经济相关信息,对同类产品进行衡量比较,但是由于诸多效率安|条件中国煤化工、时间不允许进行比较等,费相当的代价,包括时集中优化间损MHCNMH(降低信息的获取费用，图1经济制度框架节约交易时间,促进交易合约的签订与执行(实物交Fig.1 Framework of economic institution割)。这方面的例子有货币、期货等衍生工具市场、集中贸易市场等。货币的出现使得人们无需进行物收稿日期: 2005-02-21.物交换,它作为交易的媒介,既方便了对商品进行价电力系玩自动化2005，29(14)格衡量,又避免了物物直接交易所带来的损失与麻看,市场失灵实际上只能是有限的,因为随着制度的烦。期货市场与集中市场则因为同时存在大量的同不断创新,交易费用会不断下降,市场主体之间的直类商品供应与需求,人们比较容易获得相关的商品接交易将会得到更大的效益,这就克服或消除了原信息,并进行比较与交易,发现商品价格。同时,期有的市场失灵问题。当然,不管怎样还是有一些问货等工具是金融性的,无需进行实物交割，避免了进题无法采用基于市场的双边交易方法,为此需要针行物理交易所必需的耗费。对它们设计出合理的集中监控办法。1.3 风险约束导致市场失灵的因素主要有:由于进人与退出风险是影响市场交易的重要因素。在市场交易成本,还有其他如规模经济性等因素的影响,实际的中所以存在风险，主要原因在于:①人是有限理性市场可能是非竞争性市场;外部性使得私人成本(或的;②人的机会主义行为;③未来的不确定性。收益)不等于社会成本(或收益);共用品作为一种特-.般来说，人们总是厌恶风险的，如果风险很.殊的外部性,具有使用上的非竞争性与非排他性,容大,就有可能阻碍交易的发生。但是,往往是风险越易导致搭便车;市场缺失,即存在需求但无法通过现大,获得的机会也越大,如果通过合理的制度安排影有市场得到满足;实际生产中不可能获得完全的信响各市场成员之间的风险配置,则可能促进经济效息,竞争实际上带有- -定的盲目性[口。率的提高。合约、公司、保险等就是这样的制度:通前面所说的4类市场制度是如何克服市场失灵.过合约可以规范市场成员的行为,明确各种情况下的呢?首先是产权安排。外部性的影响实际上并不的补偿与惩罚,降低不确定性;公司或企业是通过签如上面提到的那样大,通过努力总是可以完成产权订多种合约形成的利益共同体,各成员肩负不同的的界定,因而并不是只要有外部性就无法引入市场职责与风险,同时也获得不同的收入;保险则是- - 种竞争。关键是难以建立合理可行的产权制度,而影将风险进行集中的制度,通过购买保险,厌恶风险的响产权界定的关键因素是交易费用,有时为了界定人可以将风险转移给保险提供者,一旦发生风险即产权可能引起相当大的交易费用,甚至可能超过由获得补偿。此带来的收益,在这种情况下应允许采用集中优化1.4 集中优化方法进行补充。共用品问题虽然比较特殊，但没有考虑到并不是在所有情况下都可以建立清晰的什么比交易费用更特殊的因素会影响交易的发生。产权或者在交易过程中界定产权的边界，这时也就完全信息虽然不可能做到，但是随着时间的推限制了双边交易与市场竞争的实现。有些商品或服移与技术的进步,还是可能建立--些能够帮助市场务的使用不具有排他性特征,难以从物理上进行分成员更好、更快地获取供需信息的制度,促进交易的割,例如电力安全.国防、环境等,如果想要在当前的发生。市场缺失的例子如保险,市场成员可能需要技术条件下建立合理的产权,势必要付出比收益更某一类型的风险规避工具,而保险公司或市场却不多的监督与执行成本,造成经济效率低下。需要注能提供.这种情况并不鲜见,但是,该问题并不是不意的是,并不是只要有外部性就难以有清晰的产权,能解决,人们总是可以根据市场需要尝试着进行制影响产权界定的关键因素是界定后增加的交易费用度创新,在市场成员间重新安排风险,从而避免市场与新增收益的关系,如果费用大于收益,那就可以考失灵的出现。虑通过集中优化方式对资源进行配置。集中优化的即使有清晰的产权边界,由于市场存在进人与方式一般可以分为2种:一是由国家或集体组织直退出成本，某些生产具有规模经济性,投资可能具有接负责经营;二是中央机构只在某些方面进行监管团性(lumpiness)特征,市场的竞争性和效率还是会与控制,主要分为经济性管制与社会性管制,不干涉受到影响。要实现市场竞争的最高效率，要求边际市场主体的具体经营决策。成本等于边际收益,并且价格由边际成本决定。但然而，集中优化制度的建立并不以取代市场交是当存在上述问题时,边际成本所确定的价格可能易为目的,相反,它是市场经济体系中的一个制度组不足以回收所做出的投资,这就需要对市场成员的成部分,目的在于促使市场机制更好地发挥作用。决策中国煤化工竞争导致效率减损。按规模经济性并不一定2经济制度与市场失灵YHCNMHG要求近门m日，只安川场的近入与退出是完全自由所谓市场失灵,是指现实情况与完全竞争的前且无成本的,无论市场是否垄断,都可能实现资源的提假设不一致,因而在有些时候市场竞争可能是低合理配置。但是进入与退出成本在大多数时候是不效的。而有些经济制度则能减少交易费用,促进双可避免的，尤其是如果该产业具有团性,则需要采取边交易的达成,提高经济效率。从制度建设的角度集中方法。.电力市场专栏● 朱治中,等 电力市场设计原理33电力市场特性相当大的范围,这种速度使得在事故发生后进行控电力市场是- -个非常特殊的市场,它在许多方制几乎不可能，最终的事故损失可能大得惊人。上面都与一-般商品市场有着显著的差别。为了设计出述原因决定了电力安全在电力市场中应受到高度的合理的市场规则,提高电力市场交易效率,首先需要关注。6)电力生产与消费同时发生。电能无法经济地对电力市场有一个清楚的认识。大量储存,几乎所有的电能都只能在需要时才会被1)电力市场不能自由进出。电能市场显然不能产出,并且,生产与使用必须时刻保持平衡。如果一自由进出,电力企业不可能在进出电力市场时不发天中不同时段的需求发生变化,出力也必须随之发生成本。有些资源一旦被投人电力生产,就再也无生变化。结果就像那些有需求高峰但又无法储存货法将其用于其他方面,因而都变成了沉没成本。当源的行业一-样,批发电价往往随着供需状态的剧烈然.除了成本影响之外,行政与法律限制能直接决定变化而波动。电力市场的进入与退出。与一般商品市场相比,电力市场因为存在上述2)电网具有自然垄断性。电力行业的输、配电特点而显得不那么完美,这可以概括为2个方面:环节具有自然垄断性,在一个区域由一家电网企业①难以进行实时计量与结算,导致用户缺少对价格负责经营更经济。如果市场不能自由进出,或自由的反应,即需求弹性;②难以对特定用户进行实时用程度受到限制.那么需要对电网企业进行监管;反电控制.妨碍了双边合同的实际执行,这要求电力市之,则可以在电网经营环节引入竞争,建立商业性的场中需要有缺省的实时供应商.一般由某一集中式输、配电网。这里关键的问题是,如何划定商业性业机构完成。这两个问题实际上都与产权界定有关，务与监管业务的界限。但由于电力的特殊性,很难在交易过程中进行清晰3)电力投资具有团性。需要注意的一点是,即的产权界定。电力市场改革应当首先修正这两个缺使市场是可竞争性的,资源的配置效率也可能不是陷,再启动市场,因为与它们引起的问题相比，修正最优。这是因为由于技术上的原因.投资可能是团要简单得多。性的。所谓团性，是指由于生产要素的不可分割性，4电力市场制度组成例如电网只具有有限的电压等级,在升级时,它的容量变化是跳跃而不是连续的;发电机也具有同样的电力市场几乎具备了会导致市场失灵的所有因性质，即发电机容量是跳跃式增加。素,同时，电力在国民经济发展中具有极其重要的作4)电力网络内存在并行潮流。如果电网完全由用,这要求我们在进行电力市场化改革时要谨慎从可控的辐射线路组成.潮流将沿线路和开关组成的事,尽量避免或减少市场失灵的发生,实现电力行业直通道在网络中传输,这样输、配电将非常简单,潮的可持续发展。对于电力市场设计,有多种不同的流将得到有效的控制与跟踪,也就可以直接操作开分类方法,如按照从远到近的时间顺序,按电力系统关中断供电。然而,电网很大程度上是网状的,潮流的生产消费流程等,应当说它们均反映了问题的某在其中按阻抗分布而无法人为控制。这就是所谓的一方面。然而,电力市场化改革的核心目的是为了网络特性。两个节点之间架设新的线路后，节点间引入竞争、提高效率，如果能围绕这一中心进行阐的电气阻抗变小.功率将沿平行通道分流到用户,即述.将更方便人们对问题的理解。笔者将试图从市为“并行潮流”。由于并行潮流的原因,电力市场的场竞争的实现及其效率的角度对制度进行考察,即点对点交易无法指定潮流的物理流动路径;新增或如何引入竞争,如何促进降低交易费用与市场风险，变化一条线路时,将会对其他线路上的潮流产生影怎样利用集中优化方法对双边交易进行补充,最终响。这会给投资和交易的实现带来麻烦。实现电力行业的长期均衡。5)电力安全是共用品。电力安全是电力市场稳4.1产权安排.定运行的基础。与其他网络相比,电网显得十分脆为了引入市场竞争,最重要的前提条件是建立弱.如公路就不会因为塞车而出现毁损,但电网--旦完善中国煤化工各种不合理约束。在发生故障或越限运行,受到影响的不仅是电网使用电力:MHC NMH G'以分为以下2个部分。者,甚至线路可能因为潮流过大而被烧毁。当然,电如义什力安全不只是局限于电网安全,它囊括了整个电力交易费用的存在使得产权的初始安排会影响到系统的安全问题,电力设备也会因为故障而发生损最终的经济效率,但是,初始安排具有公共选择的性害。另外.由于潮流的传播速度非常快，当电网某一质 .- -般而言是在政府的主导下完成的.因为这种方处出现安全问题时,它可能会以极快的速度波及到式与取得所有利益相关者一致同意相比,成本更低。电力系玩自动化2005，29(14)相应地在电力市场中,电力行业的结构重组即为产能的价格风险,当然,电力系统故障也是一种重要的权的初始安排过程,各个国家的政府基本上都参与风险。为了控制这些风险,出现了许多风险管理工了这一过程,当然,由于改革前的产权结构存在差具,如利用超长期合约为电力投资提供资金,在输电异,不同政府的参与程度也有所区别。环节,主要是通过提前出售输电权来回收投资;采用电力行业产权初始安排的重点是行业结构重组授让合约(vesting contract)避免原来拥有电厂的地与产权结构调整。对于行业结构重组,这里不做展区供电企业(LSE)在改革过程中遭受损失;利用各开。种长、短期合约(通常都是金融性的)稳定价格等。有许多国家在进行行业重组的同时,还对电力对于电力系统故障风险,除了下文要提到的集中优行业进行了私有化改革,即将原来国有的电力行业化方法外,还有人提出了采用保险原理抑制这种风转归私人经营。需要指出的是,问题的实质不在于险所带来的损失。所有权关系的变化，最重要的是产权界定规则的变从全局角度看,风险管理的目的是通过对风险化。实施国有产权时,私人不能合法拥有产权,因而进行重新配置.使人们不至于因为害怕风险而无作也就无法通过双边交易优化配置,或者说计划经济为,致使获取更高收益的机会被错过。风险管理所下的国有产权本身就否定了市场的存在。为了引人降低的损失更大程度.上是机会成本损失,例如因为市场竞争,应当允许各市场主体拥有产权,政府应对害怕投资难以回收而不进行投资,这无疑会削减社其加以保护。所有权并不是那么重要,政府依然进会福利。4.4 集中优化行国有化经营,但是它更应当取消各种行政约束,保选择双边交易还是集中优化,最关键的影响是证市场的开放性,允许各市场主体进行自由竞争,并交易费用。在设计集中优化制度时,应当考虑的主享有市场竞争的收益。要因素如图2所示[3]。4.1.2产权交易在产权的初始安排完成之后,人们会在市场上并行潮流I进行产权交易,目的是为了优化产权的配置,也就是团性问题安全约束I资源的配置。产权交易的目的是为了实现权责的充集中优化分对应,减少社会成本与个人成本的偏离,尽量避免外部性的发生。在电力市场交易中,最重要的产权|辅助服务市场力交易是关于电网的使用容量问题。输电权的引入就图2电力市场集中优化的实现是为了促进产权交易从而推导出交易所对应的成Fig. 2 Central optimization of power market本费用，它是形成节点边际价格的基础。4.2 交易促进在现货市场中，如果线路发生阻塞,为了保证安目前在许多国家的电力市场中均引人了金融性全,应当对越限线路进行阻塞管理,如果采用双边交工具,例如差价合约(CfDs)、金融输电权(FTR)、电易办法,由于网络并行潮流的影响，将很难进行协能期货与期权,并采用双结算机制,即在结算时综合调;或者说采用双边交易办法所需要的时间与费用考虑金融性工具与实际运行结果。这种做法的优点根本就不是现货市场所能承受的,为此有必要进行在于:集中协调。当然,实时运行时的平衡服务、运行备用1)金融性工具避免了物理交割的麻烦,可以降与其他辅助服务也具有同样的特点,它们是一个系低交易费用;统范围内的安全问题,通过单个市场成员之间的双2)通过在诸如期货市场等地方进行集中买卖,边交易很难得到解决,通过集中的方式进行优化是有利于发现价格,降低信息成本;3)多种交易形式的引人可以增加市场成员交易更好的选择。正因为如此,比较合理的做法是将电的灵活程度,使他们具有更多的选择权,降低交易费力集中调度与现货市场合二为一。阻塞管理与平衡市场上的集中优化应当与双边电能交易实现“无缝”用。中国煤化工运行备用及其他辅助服当然,并不是所有的金融工具都同时具有以上务白YHCNMHG康用进行回收。特点。通过采用金融工具，能促进市场交易的流动市场力问题则是由于集中优化、缺乏实时响应、性,提高市场效率。难以进行实时控制等原因引起的。市场力监管的难4.3风险配置电力市场的资金流非常密集,投资者面临着相点在于对价格做出合理与否的区分,因为除市场力当大的风险,而市场成员在交易时也不得不考虑可(下转第59页continued on page 59)研制与开发●白建社,等基于移动时间窗的直流局部放电特征提取方法59Features Extraction Method of DC Partial Discharge Based on Mobile Time WindowBAI Jian-she, SHENG Ge-hao，JIANG Xiu-chen, ZENG Yi(Shanghai Jiaotong University, Shanghai 200030，China)Abstract: The feature of partial discharge (PD) signal of electrical devices is a frontier research subject in the online monitoringand diagnosing high voltage insulation failure. In this paper, using the technique of mobile time window (MTW), a new featureextraction method for DC partial discharge is proposed. By studying the relationship between the insulating condition olelectrical devices and the feature parameters in the time window，the discharge number，maximum magnitude and meanmagnitude of partial discharges are extracted as the feature parameters which represent the insulating performance of electricaldevices. The experimental results show that the insulating performance of electrical devices can be represented very well by thefeature parameters which are extracted by the proposed method. Hence that provides a theoretic method for the onlinemonitoring of electrical devices. Finally, the proposed method is applied to the online monitoring of feeder line cable in a metrosubstation and good effect is obtained .This work is supported by the Fund for Key Projects of Shanghai Municipal Science &. Technology Commission ( No.03DZ12047). .Key words: partial discharge; features extraction; mobile time window; pattern recognition(上接第4页continued from page 4)会引发价格上升外,长期投资不足也会触发价格上海人民出版社, 1991.涨。COASE R H, ALCHIAN A, NORTH D. Property Rights andInstitutional Changes. Shanghai: Shanghai People' s Press,团性问题在发电市场上主要表现为机组组合的1991.优化,在输电方面则是输电投资的实现。涉及到团[2] ACOCELLA N.经济政策原理:价值与技术.郭庆旺，刘茜.译.性的经济决策可能会影响市场的价格,使市场不存北京:中国人民大学出版社,2001.在简单的均衡。ACOCELLA N. The Foundations of Economic Policy: Valuesand Techniques. GUO Qing-wang. LIU Qian, Trans. Beijing:5结语China People' s University Press, 2001.[3] HOGAN W H. Eletricity Restructuring: Overcoming Market电力市场要发挥良好的作用,首先要设计出合Failures Without Overturning Markets. http: // ksgwww.理的市场制度,它主要可以分为产权制度、交易促harvard. edu/ hepg/ index. html.进、风险约束与集中优化等4类。设计恰当的制度能有效减轻市场失灵的程度,极大地提高经济效率。朱治中(1978-),男,博士研究生,主要从事电力市场研电力市场许多方面的特征都不同于普通商品市场，究。E-mail: zhuzhizhong@ 163. com在设计电力市场制度时必须考虑到这些特殊性,明于尔铿(1938一),男,博士生导师，国家有突出贡献专确各项制度的功能所在,这样才能做到有的放矢。家,研究方向为经济调度、状态估计、EMS及电力市场。刘亚芳(1962- -),女,高级 工程师,主要从事电力市场管参考文献理工作。[1]科斯R H,阿尔钦A.诺思D,等.财产权利与制度变迁.上海:上Fundamentals of Electricity Market DesignZHU Zhi-zhong', YU Er keng', LIU Ya- fang”, ZHOU Jing-yang'(1. Electric Power Research Institute of China，Beiing 100085, China)(2. State Electricity Regulatory Commission, Bejing 100031, China)Abstract: In order to create effective and efficient operation of electricity market, it is important to design reasonable marketinstitutions, but market cannot resolve it automatically. This paper中国煤化工i-ion into four kinds, i. e.property rights to make equality between cost and revenue, the instituand redistributing riskscentrally optimizing approaches. Institution has a close relationship \MYHc N M H Gpful for the mitigation ofmarket failure, and market failure is not unconquerable. Electricity energy is very special, so it is necessarily to understand the :characteristics of electricity markets before the electricity market design .Electricity market design is actually a procedure toapply the four institutions mentioned above to the power system.Key words: electricity market design; property rights; transaction cost; market failure