電力市場機制設(shè)計可以看為一個優(yōu)化問題，即在一定的約束下尋找實現(xiàn)相關(guān)目標的最佳的市場機制。電力市場機制的設(shè)計，除了要考慮其目標，還要考慮其面臨的物理、政策、環(huán)境等多個方面的各種各樣的約束，或者說邊界條件。太多的約束可能導(dǎo)致市場優(yōu)化的空間大打折扣，從而起不到應(yīng)有的作用。電力市場設(shè)計中應(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)目標的實現(xiàn)度?

一、約束的類型

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

1)設(shè)備約束。電力系統(tǒng)中的各個物理設(shè)備都有一定的技術(shù)參數(shù)和約束。比如，發(fā)電機組具有最大最小技術(shù)出力約束、爬坡速率約束、啟動時間約束等;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。這個類型的約束主要由各個設(shè)備本身的特性決定，沒有統(tǒng)一的標準。

設(shè)備的技術(shù)約束主要考慮兩個方面：安全、經(jīng)濟。一些指標是嚴格不能突破的，突破就會造成設(shè)備損害等嚴重事故;而一些指標是可以在一定的范圍和短時間內(nèi)越限的，但會對設(shè)備運行的經(jīng)濟性造成一定影響。

2)系統(tǒng)約束。為了電力系統(tǒng)整體的安全、穩(wěn)定和經(jīng)濟運行，也有一些技術(shù)約束，如節(jié)點電壓的約束、系統(tǒng)頻率的約束、可靠性的約束等。

類似的，系統(tǒng)約束也可以有兩個層次：保證電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行的約束和保證電網(wǎng)經(jīng)濟運行的約束。對不同的地區(qū)和不同的用戶類型，這兩個層次的指標可能不一樣，比如精密儀器生產(chǎn)企業(yè)對電壓的要求比冶煉行業(yè)的要求高。但在相關(guān)規(guī)范、標準中，一般給出通用的標準。比如，《供電營業(yè)規(guī)則》里規(guī)定了各個電壓等級下供電電壓的波動范圍，如10kV供電的標準為±7%。

3)法律法規(guī)類約束 。電力市場的運行必須遵循相關(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。與電力市場相關(guān)的法律層面的如《電力法》、《環(huán)境保護法》、《合同法》、《反壟斷法》等，行政法規(guī)層面的如《關(guān)于進一步深化電力體制改革的若干意見》(9號文)，行政規(guī)章層面的如上述的1027號文件。

4)社會政策類。在一些特定的時期和地區(qū)，電力市場的運行需要滿足一定的社會經(jīng)濟、政治目標，比如降低電價、保證低收入家庭用電、對一些特殊地區(qū)和市場主體的保護等。

二、約束的表達和實現(xiàn)方式

在電力市場機制設(shè)計中，各種約束如何實現(xiàn)呢?這里以日前現(xiàn)貨能量市場的設(shè)計為例進行討論。

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，市場模型中不考慮這些設(shè)備的約束，市場主體需根據(jù)自己的設(shè)備的約束情況確定報價的策略，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)市場主體會受到一定的懲罰。集中式下，市場模型要求市場主體申報相關(guān)的技術(shù)約束參數(shù)，從而在市場出清中統(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)電機組的最小出力、爬坡速率等，PJM的日前市場是一種集中的處理方式，市場主體申報機組的這些參數(shù)，PJM出清模型中考慮;歐洲的大多數(shù)日前市場則是一種分散式的處理方式，市場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)約束指標作為市場出清的固定的、不能突破的約束，這是傳統(tǒng)電力市場中最常用的一種約束，如對電壓、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，然后將其以這個成本進行松弛。比如電壓偏差不超過10%是固定約束，而在5%-10%范圍內(nèi)為彈性約束：當電壓偏差造成的發(fā)電成本增加過大時，可以對電壓偏差限制進行一定松弛。彈性約束可以認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)電成本的增加超過彈性造成的用戶的成本的增加時，就可以對相應(yīng)的電壓偏差約束進行松弛：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%。

目前很多電力市場中對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)通常由管制機構(gòu)根據(jù)當?shù)氐碾娋W(wǎng)、負荷的情況確定。另外，也有些市場對電壓、線路傳輸容量等約束進行了彈性化處理。

(3)需求響應(yīng)本質(zhì)上也是一種彈性約束，只不過這個彈性曲線不是一條固定不變的曲線，而是由市場成員申報出來的。電力市場中引入用戶側(cè)報價，就是將電力供需平衡這條固定的約束變成了由用戶申報的彈性約束，也就是通過需求響應(yīng)的方式對約束進行了松弛。

3、政策類約束

這類約束類型廣泛，沒有統(tǒng)一的展現(xiàn)方式，也是電力市場機制設(shè)計中最難考慮的因素之一。對這類約束，在進行電力市場設(shè)計時，要特別注意思考以下問題：這些約束的最根本的原因或目標是什么，市場環(huán)境下是否仍然需要?這個約束對市場效率的影響有多大?有沒有更好的實現(xiàn)這個約束的辦法?

比如，很多電力市場中，都有可再生能源全額消納這一政策類約束。這一約束的最根本的原因，或者說終極的目標，是減小排放。但在實際中，在一些特殊的電網(wǎng)、電源、負荷結(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現(xiàn)最小排放的方案，對可再生能源全額消納這個約束進行適當?shù)乃沙?允許部分棄風、棄光、棄水)，可能反而可以更好的實現(xiàn)減小排放的目標。

三、約束的彈性及松弛

對一個優(yōu)化問題，如果約束過多，就會造成優(yōu)化的空間有限。在電力市場設(shè)計時，需要對各個約束的表達方式、是否可松弛、如何松弛進行研究。

1)設(shè)備約束。前面提到，設(shè)備的技術(shù)約束主要考慮兩個方面：安全、經(jīng)濟。安全方面的約束是強制性的、固定性的，但經(jīng)濟方面的約束實際上是可以突破的，是有一定彈性的。比如，機組的最小技術(shù)出力。當機組的出力低于某個水平，會對機組的安全造成威脅，這是一定要滿足的，是強制性的約束。但在另外的一定的出力范圍內(nèi)，對發(fā)電機組的安全運行沒有威脅，但會使機組運行效率降低，燃料成本增加，也就是說其結(jié)果僅僅是非經(jīng)濟的運行。

市場設(shè)計中，集中式的設(shè)備約束表達方式下，市場成員在報價中直接給出設(shè)備的固定的約束，可以較好的保證約束的實現(xiàn)，但較難反映約束的彈性。相對來說，分散式的設(shè)備約束表達方式，可以更靈活的對設(shè)備的約束進行處理：市場成員在報價中反映約束的彈性情況。也可以在集中式的設(shè)備約束機制下，進一步改變其報價形式：市場成員申報其約束的彈性曲線，然后由市場統(tǒng)一出清。

2)系統(tǒng)約束。前面已經(jīng)對系統(tǒng)約束的三種方式：固定約束、彈性約束、需求響應(yīng)進行了分析和討論。是否對某個系統(tǒng)約束進行松弛，如何進行松弛，主要取決于這個約束造成的成本：如果系統(tǒng)比較強健，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;具體采用管制機構(gòu)確定的固定的彈性曲線還是由用戶申報彈性曲線，主要取決于用戶側(cè)計量、響應(yīng)的能力。

3)政策類約束。對政策類約束的松弛，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。在電力市場設(shè)計中，需要進行的工作是：辨識目前的各種層級的法律、法規(guī)即規(guī)章制度，哪些與市場的終極目標是一致的，哪些是不一致的，有沒有更好的實現(xiàn)這些目標的方法。對發(fā)現(xiàn)的問題，短期內(nèi)，可以通過市場機制的設(shè)計盡量避免、減小這種不一致造成的損害，在長期，可以通過與相關(guān)部門、機構(gòu)的溝通，盡快對不合理的法律、法規(guī)或規(guī)章制度等進行修改、完善。

三、電力市場機制設(shè)計的邊界條件

相關(guān)高校、研究機構(gòu)、學(xué)者在進行電力市場機制設(shè)計時，首先需要考慮的一個問題是：以什么為邊界條件?

如上所述，國家的相關(guān)法律、法規(guī)、規(guī)章制度乃至某個會議的精神，都可能成為電力市場改革的一個約束。在進行電力市場機制設(shè)計時，是否將這些均作為邊界條件?

在英文中，表達電力市場改革的一個重要的詞就是“deregulation”，即解除管制，或者說放松管制，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，電力市場改革本身就是以改變相關(guān)不合理的政府的規(guī)制為一個很重要的目標的。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，改革可能會無從下手，沒有優(yōu)化空間，最終的結(jié)果只能是失敗。

電力市場改革，電力市場機制設(shè)計，首先要做的，就是對現(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)進行深入的分析，分析在市場環(huán)境下其與改革的終極目標是否一致，對不一致的情況，尋找、提出解決的措施和方案。不對邊界條件進行突破，改革很難有大的進展和成效。

總結(jié)

電力市場改革面臨著物理的及政策方面的各種約束。要提高電力市場資源優(yōu)化配置的空間，在可能的情況下需要對這些約束進行松弛。物理方面的約束可以通過集中建立彈性曲線、用戶側(cè)報價(需求響應(yīng))等方式對一些設(shè)備的、系統(tǒng)的約束進行松弛。對政策方面的約束，最主要的是分析其與改革終極目標的一致性，對不一致的政策，積極、盡快促進對相關(guān)法律、法規(guī)、規(guī)章制度等的修改、完善。電力市場機制設(shè)計研究中，一定不能簡單的以現(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。