電力市場(chǎng)機(jī)制設(shè)計(jì)可以看為一個(gè)優(yōu)化問(wèn)題，即在一定的約束下尋找實(shí)現(xiàn)相關(guān)目標(biāo)的最佳的市場(chǎng)機(jī)制。電力市場(chǎng)機(jī)制的設(shè)計(jì)，除了要考慮其目標(biāo)，還要考慮其面臨的物理、政策、環(huán)境等多個(gè)方面的各種各樣的約束，或者說(shuō)邊界條件。太多的約束可能導(dǎo)致市場(chǎng)優(yōu)化的空間大打折扣，從而起不到應(yīng)有的作用。電力市場(chǎng)設(shè)計(jì)中應(yīng)如何考慮這些因素?如何在滿足各種約束的情況下盡量提高相關(guān)目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)度?

一、約束的類(lèi)型

從大的方面，約束可以分為物理類(lèi)約束和政策類(lèi)約束。物理類(lèi)約束又可分為設(shè)備約束和系統(tǒng)約束，政策類(lèi)約束又可分為法律法規(guī)類(lèi)約束和社會(huì)政策類(lèi)約束。

1)設(shè)備約束。電力系統(tǒng)中的各個(gè)物理設(shè)備都有一定的技術(shù)參數(shù)和約束。比如，發(fā)電機(jī)組具有最大最小技術(shù)出力約束、爬坡速率約束、啟動(dòng)時(shí)間約束等;輸配電線路有最大傳輸功率約束;電氣設(shè)備有耐受電壓約束等。這個(gè)類(lèi)型的約束主要由各個(gè)設(shè)備本身的特性決定，沒(méi)有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)。

設(shè)備的技術(shù)約束主要考慮兩個(gè)方面：安全、經(jīng)濟(jì)。一些指標(biāo)是嚴(yán)格不能突破的，突破就會(huì)造成設(shè)備損害等嚴(yán)重事故;而一些指標(biāo)是可以在一定的范圍和短時(shí)間內(nèi)越限的，但會(huì)對(duì)設(shè)備運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性造成一定影響。

2)系統(tǒng)約束。為了電力系統(tǒng)整體的安全、穩(wěn)定和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，也有一些技術(shù)約束，如節(jié)點(diǎn)電壓的約束、系統(tǒng)頻率的約束、可靠性的約束等。

類(lèi)似的，系統(tǒng)約束也可以有兩個(gè)層次：保證電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行的約束和保證電網(wǎng)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的約束。對(duì)不同的地區(qū)和不同的用戶類(lèi)型，這兩個(gè)層次的指標(biāo)可能不一樣，比如精密儀器生產(chǎn)企業(yè)對(duì)電壓的要求比冶煉行業(yè)的要求高。但在相關(guān)規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)中，一般給出通用的標(biāo)準(zhǔn)。比如，《供電營(yíng)業(yè)規(guī)則》里規(guī)定了各個(gè)電壓等級(jí)下供電電壓的波動(dòng)范圍，如10kV供電的標(biāo)準(zhǔn)為±7%。

3)法律法規(guī)類(lèi)約束 。電力市場(chǎng)的運(yùn)行必須遵循相關(guān)的法律法規(guī)，包括以下一些層次：憲法、法律、行政法規(guī)、地方性法規(guī)和行政規(guī)章等。與電力市場(chǎng)相關(guān)的法律層面的如《電力法》、《環(huán)境保護(hù)法》、《合同法》、《反壟斷法》等，行政法規(guī)層面的如《關(guān)于進(jìn)一步深化電力體制改革的若干意見(jiàn)》(9號(hào)文)，行政規(guī)章層面的如上述的1027號(hào)文件。

4)社會(huì)政策類(lèi)。在一些特定的時(shí)期和地區(qū)，電力市場(chǎng)的運(yùn)行需要滿足一定的社會(huì)經(jīng)濟(jì)、政治目標(biāo)，比如降低電價(jià)、保證低收入家庭用電、對(duì)一些特殊地區(qū)和市場(chǎng)主體的保護(hù)等。

二、約束的表達(dá)和實(shí)現(xiàn)方式

在電力市場(chǎng)機(jī)制設(shè)計(jì)中，各種約束如何實(shí)現(xiàn)呢?這里以日前現(xiàn)貨能量市場(chǎng)的設(shè)計(jì)為例進(jìn)行討論。

1、設(shè)備約束

有兩種考慮設(shè)備約束的方式：分散式和集中式。分散式下，市場(chǎng)模型中不考慮這些設(shè)備的約束，市場(chǎng)主體需根據(jù)自己的設(shè)備的約束情況確定報(bào)價(jià)的策略，以保證出清的結(jié)果可以滿足設(shè)備的約束，如果不滿足，相關(guān)市場(chǎng)主體會(huì)受到一定的懲罰。集中式下，市場(chǎng)模型要求市場(chǎng)主體申報(bào)相關(guān)的技術(shù)約束參數(shù)，從而在市場(chǎng)出清中統(tǒng)一考慮這些約束，保證出清結(jié)果滿足相關(guān)技術(shù)約束。比如發(fā)電機(jī)組的最小出力、爬坡速率等，PJM的日前市場(chǎng)是一種集中的處理方式，市場(chǎng)主體申報(bào)機(jī)組的這些參數(shù)，PJM出清模型中考慮;歐洲的大多數(shù)日前市場(chǎng)則是一種分散式的處理方式，市場(chǎng)出清模型中不考慮這些因素。

2、系統(tǒng)約束

電壓、頻率、可靠性等系統(tǒng)性約束一般在出清模型中直接考慮。按其是否可松弛和如何松弛，有三種方式：固定約束、彈性約束、需求響應(yīng)。

(1)固定約束即將相關(guān)約束指標(biāo)作為市場(chǎng)出清的固定的、不能突破的約束，這是傳統(tǒng)電力市場(chǎng)中最常用的一種約束，如對(duì)電壓、頻率、備用的固定的約束。

(2)彈性約束，就是給定這些約束在不同情況下的成本，然后將其以這個(gè)成本進(jìn)行松弛。比如電壓偏差不超過(guò)10%是固定約束，而在5%-10%范圍內(nèi)為彈性約束：當(dāng)電壓偏差造成的發(fā)電成本增加過(guò)大時(shí)，可以對(duì)電壓偏差限制進(jìn)行一定松弛。彈性約束可以認(rèn)為是電壓偏差限值與電壓偏差造成的用戶成本之間的關(guān)系。比如：電壓偏差每減小1%，用戶側(cè)因電壓偏差造成的損失減小M元。這樣，當(dāng)由于電壓偏差約束的存在造成的總發(fā)電成本的增加超過(guò)彈性造成的用戶的成本的增加時(shí)，就可以對(duì)相應(yīng)的電壓偏差約束進(jìn)行松弛：如果電壓偏差約束從5%松弛到6%可以將總發(fā)電成本降低N元，并且N>M，則可以將電壓偏差約束從5%松弛到6%。

目前很多電力市場(chǎng)中對(duì)備用約束都采用了彈性約束的方式，備用彈性曲線(需求曲線)通常由管制機(jī)構(gòu)根據(jù)當(dāng)?shù)氐碾娋W(wǎng)、負(fù)荷的情況確定。另外，也有些市場(chǎng)對(duì)電壓、線路傳輸容量等約束進(jìn)行了彈性化處理。

(3)需求響應(yīng)本質(zhì)上也是一種彈性約束，只不過(guò)這個(gè)彈性曲線不是一條固定不變的曲線，而是由市場(chǎng)成員申報(bào)出來(lái)的。電力市場(chǎng)中引入用戶側(cè)報(bào)價(jià)，就是將電力供需平衡這條固定的約束變成了由用戶申報(bào)的彈性約束，也就是通過(guò)需求響應(yīng)的方式對(duì)約束進(jìn)行了松弛。

3、政策類(lèi)約束

這類(lèi)約束類(lèi)型廣泛，沒(méi)有統(tǒng)一的展現(xiàn)方式，也是電力市場(chǎng)機(jī)制設(shè)計(jì)中最難考慮的因素之一。對(duì)這類(lèi)約束，在進(jìn)行電力市場(chǎng)設(shè)計(jì)時(shí)，要特別注意思考以下問(wèn)題：這些約束的最根本的原因或目標(biāo)是什么，市場(chǎng)環(huán)境下是否仍然需要?這個(gè)約束對(duì)市場(chǎng)效率的影響有多大?有沒(méi)有更好的實(shí)現(xiàn)這個(gè)約束的辦法?

比如，很多電力市場(chǎng)中，都有可再生能源全額消納這一政策類(lèi)約束。這一約束的最根本的原因，或者說(shuō)終極的目標(biāo)，是減小排放。但在實(shí)際中，在一些特殊的電網(wǎng)、電源、負(fù)荷結(jié)構(gòu)和可再生能源出力特性下，全額消納可再生能源可能并不是實(shí)現(xiàn)最小排放的方案，對(duì)可再生能源全額消納這個(gè)約束進(jìn)行適當(dāng)?shù)乃沙?允許部分棄風(fēng)、棄光、棄水)，可能反而可以更好的實(shí)現(xiàn)減小排放的目標(biāo)。

三、約束的彈性及松弛

對(duì)一個(gè)優(yōu)化問(wèn)題，如果約束過(guò)多，就會(huì)造成優(yōu)化的空間有限。在電力市場(chǎng)設(shè)計(jì)時(shí)，需要對(duì)各個(gè)約束的表達(dá)方式、是否可松弛、如何松弛進(jìn)行研究。

1)設(shè)備約束。前面提到，設(shè)備的技術(shù)約束主要考慮兩個(gè)方面：安全、經(jīng)濟(jì)。安全方面的約束是強(qiáng)制性的、固定性的，但經(jīng)濟(jì)方面的約束實(shí)際上是可以突破的，是有一定彈性的。比如，機(jī)組的最小技術(shù)出力。當(dāng)機(jī)組的出力低于某個(gè)水平，會(huì)對(duì)機(jī)組的安全造成威脅，這是一定要滿足的，是強(qiáng)制性的約束。但在另外的一定的出力范圍內(nèi)，對(duì)發(fā)電機(jī)組的安全運(yùn)行沒(méi)有威脅，但會(huì)使機(jī)組運(yùn)行效率降低，燃料成本增加，也就是說(shuō)其結(jié)果僅僅是非經(jīng)濟(jì)的運(yùn)行。

市場(chǎng)設(shè)計(jì)中，集中式的設(shè)備約束表達(dá)方式下，市場(chǎng)成員在報(bào)價(jià)中直接給出設(shè)備的固定的約束，可以較好的保證約束的實(shí)現(xiàn)，但較難反映約束的彈性。相對(duì)來(lái)說(shuō)，分散式的設(shè)備約束表達(dá)方式，可以更靈活的對(duì)設(shè)備的約束進(jìn)行處理：市場(chǎng)成員在報(bào)價(jià)中反映約束的彈性情況。也可以在集中式的設(shè)備約束機(jī)制下，進(jìn)一步改變其報(bào)價(jià)形式：市場(chǎng)成員申報(bào)其約束的彈性曲線，然后由市場(chǎng)統(tǒng)一出清。

2)系統(tǒng)約束。前面已經(jīng)對(duì)系統(tǒng)約束的三種方式：固定約束、彈性約束、需求響應(yīng)進(jìn)行了分析和討論。是否對(duì)某個(gè)系統(tǒng)約束進(jìn)行松弛，如何進(jìn)行松弛，主要取決于這個(gè)約束造成的成本：如果系統(tǒng)比較強(qiáng)健，約束受限的情況很少發(fā)生，造成的成本比較小，就可以采用簡(jiǎn)單的固定約束的方法;如果約束經(jīng)常發(fā)生，造成的成本較高，可以考慮采取彈性約束的形式;具體采用管制機(jī)構(gòu)確定的固定的彈性曲線還是由用戶申報(bào)彈性曲線，主要取決于用戶側(cè)計(jì)量、響應(yīng)的能力。

3)政策類(lèi)約束。對(duì)政策類(lèi)約束的松弛，意味著要改變、違反相關(guān)的法律、法規(guī)、或規(guī)章制度。而實(shí)際中，政府已經(jīng)發(fā)布的、有法律效力的政策，是不能隨便改變的。在電力市場(chǎng)設(shè)計(jì)中，需要進(jìn)行的工作是：辨識(shí)目前的各種層級(jí)的法律、法規(guī)即規(guī)章制度，哪些與市場(chǎng)的終極目標(biāo)是一致的，哪些是不一致的，有沒(méi)有更好的實(shí)現(xiàn)這些目標(biāo)的方法。對(duì)發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題，短期內(nèi)，可以通過(guò)市場(chǎng)機(jī)制的設(shè)計(jì)盡量避免、減小這種不一致造成的損害，在長(zhǎng)期，可以通過(guò)與相關(guān)部門(mén)、機(jī)構(gòu)的溝通，盡快對(duì)不合理的法律、法規(guī)或規(guī)章制度等進(jìn)行修改、完善。

三、電力市場(chǎng)機(jī)制設(shè)計(jì)的邊界條件

相關(guān)高校、研究機(jī)構(gòu)、學(xué)者在進(jìn)行電力市場(chǎng)機(jī)制設(shè)計(jì)時(shí)，首先需要考慮的一個(gè)問(wèn)題是：以什么為邊界條件?

如上所述，國(guó)家的相關(guān)法律、法規(guī)、規(guī)章制度乃至某個(gè)會(huì)議的精神，都可能成為電力市場(chǎng)改革的一個(gè)約束。在進(jìn)行電力市場(chǎng)機(jī)制設(shè)計(jì)時(shí)，是否將這些均作為邊界條件?

在英文中，表達(dá)電力市場(chǎng)改革的一個(gè)重要的詞就是“deregulation”，即解除管制，或者說(shuō)放松管制，改變政府的管制方式，解除不合理的、不需要的政府的管制。也就是說(shuō)，電力市場(chǎng)改革本身就是以改變相關(guān)不合理的政府的規(guī)制為一個(gè)很重要的目標(biāo)的。如果在改革中將現(xiàn)有的所有的或大部分的政府的法律、法規(guī)、規(guī)章制度都作為邊界條件，改革可能會(huì)無(wú)從下手，沒(méi)有優(yōu)化空間，最終的結(jié)果只能是失敗。

電力市場(chǎng)改革，電力市場(chǎng)機(jī)制設(shè)計(jì)，首先要做的，就是對(duì)現(xiàn)有的各種法律、法規(guī)及各種政策文件(即改革的邊界條件)進(jìn)行深入的分析，分析在市場(chǎng)環(huán)境下其與改革的終極目標(biāo)是否一致，對(duì)不一致的情況，尋找、提出解決的措施和方案。不對(duì)邊界條件進(jìn)行突破，改革很難有大的進(jìn)展和成效。

總結(jié)

電力市場(chǎng)改革面臨著物理的及政策方面的各種約束。要提高電力市場(chǎng)資源優(yōu)化配置的空間，在可能的情況下需要對(duì)這些約束進(jìn)行松弛。物理方面的約束可以通過(guò)集中建立彈性曲線、用戶側(cè)報(bào)價(jià)(需求響應(yīng))等方式對(duì)一些設(shè)備的、系統(tǒng)的約束進(jìn)行松弛。對(duì)政策方面的約束，最主要的是分析其與改革終極目標(biāo)的一致性，對(duì)不一致的政策，積極、盡快促進(jìn)對(duì)相關(guān)法律、法規(guī)、規(guī)章制度等的修改、完善。電力市場(chǎng)機(jī)制設(shè)計(jì)研究中，一定不能簡(jiǎn)單的以現(xiàn)有的政策作為邊界條件，而是要提出改變邊界條件的方案。