从世界电力市场的运行经验来看,良好的市场规则和竞价机制能提高市场效率、减小市场力的影响、优化电力系统运行方式、减小网络阻塞和提高系统安全稳定性。在电力市场环境下,为确保电力系统安全经济运行,需要对发电机组进行有效监管,抑制发电商行使市场力的行为。美国PJM互联电网有限公司(简称PJM)是北美最大的集中调度控制电网,PJM市场交易规则中“三寡头垄断测试法”是监管电力市场有效运行,抑制发电商行使市场力,防范电力市场风险的有效方法之一。

一、基本原理

针对由于网络输电容量限制造成的局部地区发电厂商潜在市场势力程度较高、控制节点电价的能力较强的情况,PJM电力市场采用了“三寡头垄断测试法”监管发电机组,抑制此类市场势力的行使。“三寡头垄断测试法”可以作为事前监管的必运行机组确定准则,也可以作为事后监管措施,抑制由于输电阻塞引起的负荷口袋内机组/厂商策略报高价的动机。该方法可以判断某机组/厂商对缓解某条输电线路阻塞的影响因子,从而评估该机组/厂商是否定为必运行机组而进行价格管制。

“三寡头垄断”测试法根据对能够缓解阻塞线路阻塞情况的发电厂商的能力以及是否具有策略报高价行为两方面进行测试并判断测试机组是否为必运行机组。

首先确定需要进行事先测试的负荷口袋内机组,再根据进入测试范围的机组的报价曲线计算这些机组对缓解线路阻塞情况的影响因子并与阈值相比较。未超过阈值的那些机组由于对缓解线路阻塞有不可替代的作用,因此判定为必运行机组,需要进行特殊价格管制;超过阈值的那些机组对缓解线路阻塞影响较小,则无需进行特殊价格管制。

所有满足下列条件的机组必须进行“三寡头垄断”测试:

所在负荷口袋中可以调度的发电厂商数量等于或者小于3个;

所在负荷口袋局部市场集中度指标HHI大于2500;

具有可以缓解阻塞线路的灵敏度系数大于3%。

“三寡头垄断”测试

三寡头垄断测试主要计算进入测试的机组控制阻塞线路阻塞情况的能力,并根据控制能力测试阈值判断所测试机组是否为必运行机组。测试机组控制阻塞线路阻塞情况的能力测试值计算如下:

式中TES(totaleffectivesupply)为有效缓解阻塞线路潮流总量;ESA(effectivesupplyforuniteA)为机组A有效缓解潮流;ESB(effectivesupplyforuniteB)为机组B有效缓解潮流;ESi(effectivesupplyforunitei)为机组i有效缓解潮流;DR(constraintdemandrelief)为缓解阻塞所需的MW数。

有效缓解阻塞线路潮流总量为所有机组有效缓解潮流量之和,而机组有效缓解潮流为该机组可以缓解线路阻塞的能力,定义为:

其中UEMW为输电阻塞情况下机组i对应阻塞后电价的出力;SEMW为机组i预调度出力;Unitedfax为机组i对阻塞线路的灵敏系数。

式中,UEMW-SEMW是机组缓解阻塞的有效出力,而机组i有效缓解阻塞潮流值ESi等于机组缓解阻塞有效出力与该机组对阻塞线路的灵敏度系数之积;机组缓解阻塞有效出力定义为:(能量电价+k×阻塞电价)所对应机组报价出力QGi′-预调度出力QGi′;k为缓解系数,可暂定为1.5(参见图1)。

判断机组是否为必运行机组的原则如下:

(1)若三寡头垄断测试结果为该机组控制线路阻塞能力测试值>1.0,表明该测试机组对缓解线路阻塞作用并不显著,无须进行特殊价格管制。

(2)如果三寡头垄断测试如果三寡头垄断测试结果为该测试机组控制线路阻塞能力测试值<1.0,表明该机组对缓解线路阻塞有不可替代的作用,应归为必运行机组,须进行特殊价格管制,其报价曲线可由年度合同电价代替。

二、测试算例

2.1算例一

以PJM电力市场2006年某组数据为例,该系统具有可以缓解阻塞线路的灵敏度系数大于0.03的机组总数为290台,当某线路发生输电阻塞时,系统边际价格(SystemMarginalPrice)为60.03,输电约束的影子价格(cost-basedconstraintshadowprice)为-303.07,机组i对阻塞线路的灵敏系数为-0.2154,因此在该线路发生输电阻塞时,此台机组出力有效电价为:

其中,UEP(uniteeffectiveprice)是阻塞时机组出力有效价;CSP(constraintshadowprice)是输电约束的影子价格;K为缓解系数,可暂定为1.5。

机组i的出力有效电价为

机组i此时对应价格157.95＄的出力为237.8MW,机组i预调度出力为170.4MW,因此机组i的有效缓解潮流为

此时,所有机组有效缓解阻塞线路潮流总量为170.6MW,最大两台机组有效缓解潮流值为40.52MW,35.73MW,缓解阻塞所需的负荷总量为101.19MW,那么机组i控制阻塞线路阻塞情况的能力测试值为:

根据三寡头垄断测试判定原则,该机组控制线路阻塞能力测试值<1.0,表明该机组对缓解线路阻塞有不可替代的作用,应归为必运行机组,须进行特殊价格管制,其报价曲线可由年度合同电价代替。

2.2算例2

某电力系统共19个独立发电商,具有可以缓解阻塞线路的灵敏度系数大于0.03的机组总数为373台,发电商A,B所拥有的机组有效缓解潮流值最大。当线路发生输电阻塞时,系统边际价格(SystemMarginalPrice)为62.75;输电约束的影子价格(cost-basedconstraintshadowprice)为-163.13。所有发电商有效缓解阻塞线路潮流总量为480.41MW,缓解阻塞所需的负荷总量为155.38MW;所有发电商有效缓解潮流值及对应控制阻塞线路阻塞情况的能力测试值如表1所示

由表1测试结果可知,发电商C到I测试值均小于1,即对缓解线路阻塞有不可替代的作用,须进行特殊价格管制,其报价曲线可选择由年度合同价格代替;发电商J到S测试值均大于1,对缓解线路阻塞作用并不显著,无须进行特殊价格管制。

三、结语

三寡头垄断测试法(ThreePivotalSupplier(TPS)Test)是美国PJM互联电力市场规则中执行市场实时监管的重要手段之一。在线路出现输电阻塞的情况下,检测系统各机组对缓解线路阻塞的影响能力,针对控制输电阻塞能力较高的机组进行价格管制,以防止其行使市场力,从而保证市场安全高效地运行,这种市场监管机制在PJM市场运行中证明是行之有效的方法,值得其他电力市场监管者借鉴。