电网环境下的电力市场
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1完全开放市场运营模式
在完全开放电力市场中，生产者和销售者可以自由地生产各种附加价值的电力．不同附加价值的电力价格是不同的．消费者可以自由选择适合自己的电力．配电和供电是分开的，在供电领域引入竞争．在这种模式下，允许成立独立经营的专门负责向最终消费者供电的供电公司．完全开放电力市场模式是电力市场的最高阶段，不但大消费者拥有了选择权，中、小消费者也拥有选择权，使市场竞争更加激烈．在完全开放电力市场中，生产者结合自身的原有设备基础、目标客户需求、改进生产技术的成本等综合因素来决定生产的附加价值电力类型和产量．电力的生产成本P2由电力基础成本Pb和附加成本Pad共同决定；销售价格P1由生产成本决定，受供求关系的影响．附加价值高的电力生产成本高，销售价格高；附加价值低的电力生产成本低，销售价格低．表达式为P2＝Pb＋Pad（1）
电力价格不可能无限上升，但随着提高电力附加价值越来越困难，生产电力的成本会显著上升，所以会出现某种情况下电力生产者的附加价值电力的类型和产量最优化选择．价格曲线见图2下式为生产者生产某一种附加价值电力的单位电力利润函数：Vp＝P1－P2（2）
要使电力生产者利润最大化，即Vp最大，必须满足微分方程式：dP1dQ＝dP2dQ（3）式（2）－（3）中：Vp为利润；P2为发电成本；P1为售电价格；Q为电力产量．Q受供求关系的影响，是售电价格的函数．在完全开放电力市场中，在经济利益驱动下，电力消费者会结合自身的生产生活特点，权衡使用特定附加价值电力的收益和成本来选择某一水平的电能，以适应他们的作业活动．附加价值高的电力价格高，但使用该电力的效率会更高，收益更高；附加价值低的电力价格低，但使用该电力的效率会更低，收益更低．随着电力附加价值越来越高，消费者对电力品质的提高越来越不敏感，边际电力附加价值带来的边际收益会越来越小，所以会出现某种情况下电力消费者的附加价值电力的类型和消费量最优化选择．完全开放电力市场的建立将促进中国5万亿kW·h电力消费能力与10亿kW电力装机总量之间的市场互动．电力消费者价格曲线见图3．下式为消费者消费某一种附加价值电力的单位电力收益函数：P4＝P1＋Pc（4）
值得注意的是P4不等于P1，因为用电价格包含售电价格加上电力输送费用Pc．利润为Vc＝P3－P4（5）式（4）－（5）中：Vc为利润；P3为用电收益；P4为用电价格．要使消费者利润最大化，则要求Vc取最大值，即需满足下式的要求：dP3dQ＝dP4dQ（6）
此时消费者选择的电力类型Q2为其最优化电力选择．
2电力供给需求信息流模型
智能电网对未来电力市场发展将发挥重要的基础作用和推动作用．首先，智能电网为市场发展提供新的技术支持基础，提供更可靠的电力流和更精准的信息流，为市场主体高效运营和互动提供平台支撑；其次，智能电网为传统的供用电方式和系统运作方式带来变革，它的运行灵活性和信息全面性，能够更细致地刻画电力商品的多方面特性和价值，为电力市场交易的精细化提供基础，这将有利于进一步完善市场机制、创新交易模式，最大程度地发挥市场资源配置作用．完全开放电力市场的形成，要求一个高效的运营平台，智能电网为此提供了基础．智能电网能够支持交易平台公正、快速、准确地处理各类交易．及时、准确、全面地披露信息，有利于市场的公平透明；支持各方互动的可视化操作界面和高度集成的数字信息系统，有利于交易开展和业务结算的方便快捷；数据全景式管理有利于各类交易的全局协调、统计分析、实时监测和事后监管．完全开放电力市场中电力生产商向智能信息中心生产计划信息和售电报价；电力消费者向智能信息中心电力需求信息和购电报价；智能信息中心将生产者和消费者的信息汇总，得到各类附加价值电力的供求关系，然后将信息反馈给生产者和消费者．当供大于求时，生产者会减少该类型电力的生产计划或者降低自己的售价，使自己的电力可以顺利地卖掉；当供小于求时，生产者会增加该类型电力的生产计划或者提高自己的售价，使自己利润最大化．生产者的生产计划和报价按照式（2）和式（3），参照完全开放市场的供求关系得到自己的最优化生产销售策略．当供大于求时，消费者会增加该类型电力的使用计划或者降低自己的购买价格，使自己购买的电力便宜；当供小于求时，生产者会减少该类型电力的购买计划而购买其他附加价值的电力或者提高自己的购买价，使自己能够买到足够的电力．消费者的购买计划和报价按照式（5）和式（6），参照完全开放市场的供求关系得到自己的最优化购买使用策略．以上过程是循环往复的，直到供需双方达到均衡．信息流图如图4所示．由于在完全开放电力市场，所有的信息都是公开透明的，生产者和消费者是在一个公平的环境下竞争博弈．作为理性的生产者和消费者都会选择使自己利润最大化的生产策略报价和购买使用策略，最终在市场的作用下达到均衡，使得电力资源分配最优化，生产和消费最优化．
3展望
电力消费者根据电价信息优化用电方式，在峰荷高价期削减用电需求，电力传输设备的传输能力得到充分发挥，将有效降低输电阻塞的频率和程度，阻塞成本相应减小．消费者购电费用可能会显著降低并具有可控性．美国西北太平洋国家实验室调查结果显示，利用智能电网技术的每个家庭每年电费平均下降10％［9］．总之，智能电网将为消费者带来最直接的利益．消费者避免高峰用电的方式将改变负荷特点，提高日负荷曲线的负荷率．长期来看，等效负荷曲线将更为平滑．由于峰值负荷的极大削减，机组利用小时数得到提高，同时也将有效减少需要建立的电厂数和相应的电网投资，给电力生产者带来显著的经济效益．长期来看，电力市场和智能电网提高了消费者对电价、能耗、排放信息的敏感性，潜移默化中形成消费者的节能环保行为，从而减缓电力需求增长．电力调度与市场交易技术支持系统更加智能化、科学化．智能电网的信息中心化将为提高电网调度和市场交易技术支持系统的智能化水平奠定基础［10－11］，将电力消费者作为系统备用纳入实时电力调度和交易的范围．激励需求响应［12］吸引更多的完全开放电力市场参与者，分散市场风险，促进电力市场的良性发展．完全开放电力市场通过更加先进的信息技术将更广泛的能源群体（包括间歇性可再生能源供应者、传统的发电商和需求侧的广大电力消费者，以及集电力供应与消费为一体的群体）紧密连接在一起，使得电力生产、输配、销售和使用等环节的效率更高、更公平；有更多的市场主体分担市场风险，并共同推动电力市场的发展．智能电网的“双向通信”［13］不仅为需求侧响应提供了技术实现的手段，也改变了电力市场的价格形成路径，提高了电力市场价格形成效率，为需求侧响应提供了经济激励信号．智能电网广泛采用并完全集成“双向通信”技术，使得电力生产者和电力消费者之间信息互动，市场参与者可以对信息作出快速和准确的反应，因此，改变了以往单向的信息流路径、供应链的结构及其价格形成路径，同时，动态的信息互动使得信息能快速反映到价格上，提高电力市场价格形成效率．以智能电网为载体的完全开放电力市场结构比传统电力市场更利于有效竞争，其价格形成机制类似完全竞争市场的价格形成机制．完全开放市场增加市场竞争程度，提高能源利用效率、电力市场效率和资源配置效率．完全开放电力市场中所有电力消费者和生产者直接参与电力市场交易，使电力市场竞争主体增加，竞争激烈程度增加，从而降低各环节的运行成本和市场交易成本，提高能源利用效率和市场运行效率，促进电力工业的重构和新技术的开发及其应用．
作者：汪立 乐健 刘开培 单位：武汉大学电气工程学院