题目：电力市场设计的目标、约束、环境及关键内容
作者：肖谦1，喻芸2，荆朝霞2
1. 南方电网能源发展研究院，广州市
2. 华南理工大学电力学院，广州市
引用格式：肖谦，喻芸，荆朝霞. 电力市场设计的目标、约束、环境及关键内容[EB/OL]. 走进电力市场,2019-4-27.
【内容提要】
公平或者说福利分配方面的目标主要通过广义的产权配置实现：如发电权设置（基数电量、基数电价、曲线分解）、输电权分配（阻塞费机制、阻塞盈余分配）、和用电权分配（对不同类型用户的政策性补贴），配置时应重点考虑改革前后不同市场主体类型和个体的福利变化，通过相关“产权”的分配调整福利的分配。
技术环境。电力系统源网荷的技术特性是电力市场设计中需要考虑的重点因素：电源的特性主要需要关注灵活性能力、成本特性，用户特性主要考虑需求响应能力，电网特性主要考虑输电能力与阻塞情况。
【全文】
电力市场是一个复杂的体系，市场设计包括交易产品设计、交易组织方式、市场定价及市场监管等[1]，每个方面都有多种选择。国际上有很多国家或地区都已经建立了竞争的电力市场，但在市场设计上都不完全相同[2]。
我国新一轮的电力体制改革如火如荼地进行，很多省份都推出了改革措施，初步建立了竞争性的电力市场，并取得了一定的成效，如扩大市场化交易规模、促进清洁能源消纳等。但是，市场机制设计方面的一些问题也逐渐显示，包括以下几个方面。
1）电力市场多方面目标之间的协调。电力市场改革通常有多个方面的目标，如经济、安全、环保、公平等。这些目标之间有时候一致，但更多的时候是互相矛盾的[3]。如何对多个方面的目标综合考虑是我国电力市场设计首先需要解决的问题。
2）路径类目标与改革初心的不一致。在改革的过程中，经常会有一些中间性的目标，如提高可再生能源消纳[4]、加快放开发用电计划[5]等，这些实际是一定的经济、技术条件下实现经济、环保等目标的一种方式，本文中称之为路径类目标。路径类目标在相关的政治、经济、技术环境发生变化时，可能会与最初的目标不一致，从而对市场产生反面的影响，但目前缺乏这方面的系统的分析。
3）市场设计缺乏整体性的考虑。电力市场是一个有机的、复杂的体系，一方面，不同环节的设计必须统筹考虑，如输电管制方式与能量市场机制、电能量交易机制与辅助服务交易机制等；另一方面，市场机制需要综合考虑长期效率与短期效率的协调、生产者福利与消费者福利的协调、不同地区福利的协调等。我国本轮电力市场改革中，对电力市场设计的一些具体的问题上已经展开了一些研究和讨论，如能量市场出清机制[6]（统一出清、撮合出清、价格返还机制的选择）、跨省跨区交易机制[7]、集中和分散机制的比较[8]、输配电定价机制[9]、增量配网改革[10]、分布式电力市场[11]等，但对市场的整体设计、顶层设计缺乏系统性的研究。
电力市场机制设计是一个系统的理论，国际上这方面已经有比较多的研究。文献[11]和文献[12]分别对欧洲平衡市场和美国容量市场的设计目标、原则、标准和应用条件进行了深入的讨论。关于整个电力市场机制设计体系，一些经典文献在早期进行了详细的讨论[1][13-14]，包括市场环境、市场体系、市场设计目标、市场监管等。另外，国际上已经形成了一些典型的电力市场体系，包括以美国PJM为代表的集中式市场体系，以及以英国和欧洲电力市场为代表的分散式市场体系。以上文献对我国电力市场设计提供了丰富的设计理论和实践经验，但是一方面，大多数文献基于某一个或一类（如欧洲或美国）市场，缺乏更大范围的系统性的分析比较；另一方面，近年来随着可再生能源、智能电网等的发展，出现了一些新的情况，需要对一些市场设计方法进行重新审视；最后，我国电力市场有一些特殊的问题，如一些特殊的目标和约束等，需要在市场设计时特别考虑。
主要章节安排如下。第1节首先对电力市场改革的目标和约束进行了系统的分析，将其从不同的角度分类、分析，包括效率和公平、长期和短期、目标和约束、终极目标和路径目标等。第2节对影响市场设计的关键因素——市场环境进行分析，包括市场结构、技术环境、政治经济环境。第3节对电力市场设计的不同环节，包括产品的设计、交易体系的设计、交易机制的设计、监管的设计等的具体内容、需要重点考虑的因素和设计方法进行了分析讨论。第4节总结了电力市场目标、市场环境和市场交易体系、监管体系之间的关系，并针对每一个环节给出了具体的建议。第5节总结了本文所做的工作。
1.1 效率——社会福利最大化
可以认为所有经济制度的最根本的目标都是效率。同样，电力市场改革的最根本的目标就是提高电力系统资源的配置效率，更加具体地讲，就是在有限的资源条件和技术、经济等约束情况下，最大程度上满足电力用户的需求。下面对与效率相关的几个概念进行进一步的分析。
1）社会总福利
经济学中也用社会福利等来表达效率的概念。效率最大化也就是社会福利最大化。
社会福利是市场中所有市场主体的福利之和，包括生产者福利和消费者。电力市场中，生产者包括发电企业、输电企业、配电企业、售电企业等，消费者是各种类型的电力用户，社会福利最大化就是让所有这些主体的福利之和最大。
2）社会福利的计算
对每个市场主体来说，福利等于其在市场中的收益减去成本，也就是“剩余”。因此，评估效率或社会总福利的方法是：分析市场引起的所有的效益及所有的成本，其差值就是社会总福利。
电力市场中，由于大多数用户是没有价格弹性的，需求必须满足，因此社会福利最大化可简化为生产者福利最大化，或者是生产成本最小。
电力市场的成本，除了发电、输电等成本，还包括市场研究、技术支持系统研发等成本。
3）长期效率和短期效率
经济学中的长期和短期的区别主要在于是否所有资源可以调整。长期要求所有资源可调，只要有一种资源不可调就是短期。市场追求的应该是长期效率，即考虑所有资源可变情况下的社会福利最大，即对所有资源的配置都进行了优化。但在实际的市场中，常常有一些社会、经济等原因，在一些阶段，仅考虑部分资源的优化，即短期的最优。
电力市场中，长期主要指电源、电网规模可变的时期，长期效率的目标是包括投资成本和运行成本的总成本最小；短期优化一般指在电源、电网结构确定的情况下的运行成本的最小[15]。
1.2 公平——社会福利的分配
市场追求的不是绝对公平，而是在满足一定公平性原则下的效率最大化。我国十九大指出，我国社会主要矛盾已经转化为人民日益增长的美好生活需要和不平衡不充分的发展之间的矛盾，因此公平也是电力市场设计需要考虑的一个重要目标。
公平的本质是平衡，主要体现在社会总福利在不同市场参与者之间的分配上，包括不同进入时间（新进入和已有）[15]、不同区域、不同环节（发、输、配、售）、不同类型（如火电与水电）的市场参与者之间的分配。改革前后不同市场参与者福利变化过大，常常是制约改革的重要的因素。
电力市场设计中，可以通过以下方式影响社会福利的分配：产权的分配（如优先发电电量、管制的中长期合同），价格的管制（如固定的上网电价和目录电价）等影响社会福利的分配。
1.3 环保、安全等约束类目标
电力市场的建设中，除了效率和公平，还经常会提到其他一些方面的目标，如环保、可靠、安全等。这些目标，本质上可以认为是效率的一个方面，但是由于其非常重要，难以用资金量化评估，有时候将其表述为一个单独的目标。这类目标本质上更像一种约束：碳排放量约束，可靠性约束等。数学优化中，目标和约束是可以转化的：约束可以通过拉格朗日乘子法变为约束的一部分。电力市场中，对待这类目标的处理也有多目标加权、固定约束、弹性约束等不同方法。
1）环保
将环保单独作为一目标，主要是由于发电排放的污染物对社会有坏的影响，治理污染需要一定的成本，但缺乏有效的市场对其合理定价并让排放污染的市场主体承担相关成本。也就是说，排放具有负外部性，而市场无法考虑或无法完全考虑。因此，在市场设计中常常需要将环保作为一个独立的目标。
如果电力生产带来的环境影响被合理定价（如碳税、绿证），那么发电企业会将环境影响的外部性反映在市场交易的报价成本中，使得环保的约束反映在效率目标中，则不需要针对环保进行额外的电力市场设计。但是，当相关市场缺失，或者不完善（价格不完全反映其价值或成本），仍然需要在电力市场设计中将环保作为一个独立的目标。
电力市场设计中，可以通过可再生能源优先发电政策、固定上网补贴、接入费优惠、可再生能源全额消纳等政策反映环保方面的目标。
2）供电安全、可靠性与电能质量
供电安全向来是电力系统运行的首要的约束条件。具体反映在对电压、频率、可靠性等方面的要求上。
电力市场中将安全、可靠单独作为一个目标，主要是两个方面的原因。首先是电力系统的严重的安全事故可能造成人身损害，这类事故是绝对要避免的。其次，是用户侧价格弹性及实时响应能力的缺乏。供电可靠性、供电质量等都可以认为是一种商品质量。在一般的商品市场中，除了影响人身安全、健康方面的问题，一般的商品质量是不需要单独作为一个目标的，因为并不是质量越高越好，而是由消费者综合考虑提高质量带来的效益和增加的购买成本来决定选择什么质量的产品和使用多少。但电力市场中，大多数用户在实时用电时无法了解实时的电价信息，也无法实时对相关信息进行响应，因此需要由政府或相关机构代替消费者制定一定的安全、可靠性及电能质量等方面的约束或目标。
3）能源供给安全等战略目标
电力系统是一个关系国计民生的行业，在电力市场的改革中不可避免的受到一些国家能源战略政策的影响。比如，为了国家长期能源供应的多样性和充足性，签署国际天然气照付不议的合同，建设大型水电站、核电站等。这些合同的签订和相关机组的建设考虑的不仅仅是电力行业方面的问题，可能还涉及到一些民生及一些国家的战略。
在电力市场设计中，要对这类目标造成的一些结果进行辨识，其造成的相关成本、收益要在尽量大的范围分摊，尽量减小对电力市场经济信号的干扰。
1.4 终极目标与路径类目标
电力市场改革中，有时候会有一些其他的目标，如降低电价、提高可再生能源消纳、放开发用电计划等[4-5]。这些目标是在一定的政治、经济、技术条件下实现效率、公平、环保等目标的途径，但常被政策文件定义为改革的目标。本文将它们称为路径类目标，并将效率、公平、环保等目标称为终极目标。
终极目标是不变的目标，即改革的“初心”，路径类目标是指为了实现终极目标而制定的一些具体的实现的方式。可以将路径类目标看为一种短期的、暂时的目标，而终极目标是一些长期的、不变的目标。路径类目标在一定的政治、经济、技术条件下，其与终极目标是一致的，但当这些相关条件发生变化时，两者可以不一致。当两者不一致时，必须结合相关政治、经济、技术条件的变化对路径类目标及时进行调整。这里以我国的几个路径类目标“可再生能源比例”、“降低电价”、“放开发用电计划”为例进行分析和讨论。
1）可再生能源比例
为促进可再生能源的发展，实现节能减排、绿色环保的目标，我国制定了“可再生能源全额消纳”的政策[16]，并对可再生能源的弃电进行考核。可再生能源消纳这个政策实际上是为了“提高可再生能源发电比例”这个路径目标以及“环保”这个终极目标。在可再生能源比例较低的时候，这两个目标可能是一致的，因为系统有大量、充足的、低成本的调节能力保证间歇性、波动性可再生能源的消纳。但随着可再生能源比例的增加，如果调节能力没有大的改善，导致调节能力不足，调节成本大大增加，则从系统整体看，在一定情况下，增加可再生能源的比例可能反而会增加整体的排放。这时候，就需要对可再生能源消纳的政策进行调整。欧洲关于可再生能源优先发展的一些政策已经被证明在很多情况下增加而不是降低了电力系统整体的碳排放[17]，表明了一些路径类目标和终极目标的不一致。
2）降低电价
降低电价是电力市场中非常有争议的一个目标。大多数专家、学者认为降低电价不应该是电力市场改革的目标，但在实际改革中，降低电价又是很多地方政府、甚至是中央政府的直接的目标。
实际上，从长远看，电力市场的目标是资源的优化配置，本质上就是要在满足相关约束的情况下尽量减小资源的消耗，降低成本。从这个角度考虑，降低电价是改革过程中的一个合理目标，但不能作为改革的终极目标。在完善的市场中，价格应该由供需形成，不宜受到过多干涉。但在改革初期，为了市场的平稳启动，政府部门可以对电力市场价格做一些限制。另外，出于一些社会、政策性原因，可能也需要在某些特殊时段对价格进行干涉。
在电力市场设计中，要对不同原因的价格干涉进行区分，对临时性的价格措施，需要定期、及时评估其效果，并根据环境的变化进行调整。
3）放开发电计划
在我国很多有关电力体制改革的相关文件中，有“放开发(用)电计划”的相关表述[18]。放开发用电计划是扩大市场竞争的一种方式（或者说路径），在一定时期可以起到促进资源优化配置的作用。但是，发用电计划的放开涉及到利益的重新分配，这将会造成公平方面的一些问题。比如，一些发电企业的搁浅成本问题，一些特殊类型发电机组在市场环境下如何参与市场的问题。
放开发用电计划的“初心”是促进竞争，促进资源的优化配置。实际上，在一些公平、政策性问题未解决的情况下，可以采用其他的方法实现该目标。首先是明确当前各类发电企业的权利（电量和电价），并以政府授权差价合约等形式保障[35]；其次，全面放开发电权转让。在开展现货市场的地区，权利中的电量和电价需要细分到每个时段，现货市场允许全电量竞争。这样，根据科斯定理，在交易成本低的情况下，无论最初的发用电计划如何分配，都可以实现资源的最优配置，这就是兼顾了改革公平和效率的目标。
1.5 多目标的处理方法
1）多目标加权
如果市场改革的每个目标都可以度量，并且多个目标之间具有公度性，即不同目标可以转化为同一个度量标准，那么可以采用简单的加权法来实现多目标的需求。
以效率和安全为例。在用户不参与报价的情况下，效率的目标一般通过发电成本、用电效益的形式体现在目标函数中。而对于安全目标，很多市场设计的辅助服务，如备用、调频等辅助服务需求的设定，保证了市场的安全。
短期效率目标和长期效率目标之间具有公度性，但效率与公平、环保、安全等目标之间存在不可公度性，因此多目标加权的方法在很多情况下不适用。
2）固定约束
不可公度的目标之间，可以将一些目标转化为约束。约束可以反映为对参与市场成员的准入、参加交易的要求，也可以反映为市场出清模型的约束条件。
以电能质量目标为例。电能质量指标常常作为一种约束反映在市场出清规则中，如供电可靠性指标，通过市场出清模型中旋转备用、冷备用等的约束实现；电压质量目标，通过市场出清模型中的节点电压约束实现。实现环保目标的一种简单的方法是限制准入，比如要求电厂必须满足一定的碳排放的要求才能入网发电。
3）弹性约束
固定约束在允许的条件下可以转化为弹性约束。当出清模型在给定约束下找不到可行解时，一般允许将相关约束在一定范围内的松弛，即将固定的约束变为“弹性约束”[19-20]。比如，美国、英国等电力市场设计中将电压、备用等约束变为弹性约束，并成为目标的一部分[21-22]。弹性约束的本质是将约束赋予可度量的成本或价值，使其可以直接与原有目标加权。
弹性约束的高级形式是对这种约束设计单独的产品、市场。比如，设计市场化的需求响应机制处理负荷平衡约束；通过建立辅助服务产品、市场解决各种备用约束。
电力市场的建设是在一定的技术经济等条件下进行的，电力市场的设计必须考虑相关的环境情况。本文将市场环境分为三个方面：技术、市场、社会。
市场设计与市场环境是相互影响的关系。一方面，市场设计必须结合市场环境进行，对相关市场元素的设计考虑具体地区的市场环境。美国早期电力市场设计中缺乏对市场结构的关注，造成了不必要的高价格飙升，以及一些市场力的问题[23]。另一方面，不同的市场设计会导致不同的市场结果，在长期上会改变相关市场环境。
本节从技术、市场、和社会三个角度对电力市场面临的环境进行分析，并简单讨论对市场设计的影响。
2.1 技术环境
电力市场的技术环境包括发、输、配、用各个环节的技术特性。
发电机组的技术特性包括爬坡能力、启停时间和启停成本、燃料成本等，对电力市场的设计有很大的影响。例如，启停成本等的存在使得系统的发电成本是一个非凸函数，不满足理想市场的条件，定价机制需要对这个问题进行特别考虑[24]。
发电机组的技术特性短期内较难改变，长期可以通过老机组的退役或改造、新机组的建设等改变。新的发电技术的出现及发展会很大程度上改变系统整体的发电技术特性。
用户侧技术特性主要体现在需求侧价格弹性上。传统电力系统中用户的需求弹性非常小，很多市场设计基于这个条件。用户侧实时计量技术和需求侧响应技术的发展可以大大增加用户的需求弹性。
输配电网的技术特性包括输送能力特性和输配成本特性两个大的方面。在电网不发生阻塞的情况下，不同节点的能量市场可看为是一个大的市场，而阻塞的情况下，可以认为电网将能量市场分割成了多个相互关联的子市场。输配电网的技术特性将直接对整体的供给能力、市场力等产生影响。
无论是发电、用户还是电网，其技术特性都对电力市场的设计有很大的影响。一方面，市场设计必须基于一定的技术特性，另一方面，当相关技术特性改变时，就必须对相关市场设计进行调整。对电力市场的各种模式和规则，需要了解其适应的技术条件。
2.2 市场结构
这里的市场结构是一种广义的定义：指电力行业不同区域、不同环节的资产、业务之间的关系，包括所有权关系、运营权关系、财务关系、人事关系等方面，可以从垂直和水平两个维度进行分析。
垂直结构指发、输、配、售四个环节的资产和业务之间的关系。传统垂直一体化的电力工业体制下，发、输、配、售四个环节一般属于同一个电力公司。市场环境下，最基本的要求一般是电网运营权的分离。其他环节的分离、组合可以有多种方式[19]。
水平结构指电力系统各环节在不同地理范围、不同区域的所有权、运营权等方面的关系。市场集中度、HHI等是描述水平结构一些指标[25]。
电力市场改革一般首先以强制改变相关的产业结构开始，主要目标有两个方面：垂直上打破一体化企业的垄断，在某些环节引入竞争；水平上取消、减弱市场的分割，形成更大的市场。在具体产业结构改革的形式上，不同国家、地区有很大不同，还需要考虑相关政治、社会的约束，以及相关环节的规模经济特性、范围经济特性。
我国电力市场改革中在结构重组方面面临的一个挑战是：市场化改革的目标如何与国企改革等目标相协调，通过如何的市场设计适应我国特有的产业结构。
2.3 社会环境
这里的社会环境，包括电力市场改革面临经济环境、政策环境、法律环境等。
电力既是基本的生产资料，也是基本的生活资料，电力的相关价格、政策常常受到各类经济社会背景的影响，电力市场改革方案需要考虑改革前后福利分配的变化。
1）不同地区电价的差异。电力市场设计首先需要考虑的一个社会问题是，不同位置的用户电价是否不同。欧洲之所以采用分区定价的方法，其最重要的一个原因是，欧洲的政治制度使得在一个国家或地区内采用不同的电价不被民众接受。
2）改革前后福利的变化。改革前后电价体系有较大变化，容易不被社会接受，或者会引起一些社会问题。一般电力市场改革会设置过渡区，例如搁浅成本的处理[26]。对我国电力市场改革来说，目前该方面面临的问题包括：如何解决改革后供大于求引起的电价大幅降低的情况，如何处理对改革后燃煤机组、燃气机组等发电量、利润等分配的变化，以及如何处理省间交易造成的不同省份之间利益的变化。
3）整体市场环境及理念。电力市场相关机制的设计，必须考虑相关国家、地区整体市场的环境和相关的理念。电力市场整体上是一种分散决策机制，但在一些具体的环节还是有很多可选择的方案。比如，机组组合是采用集中优化还是分散优化；电网的监管采用成本加成方法还是最高上限法；调度和交易是否由一个机构负责等。整体上来说，欧洲电力市场更强调分散、自由决策，而美国电力市场中集中优化的成分更大。
电力市场是一个复杂的体系，其设计包括产品体系、交易体系、交易规则和市场监管等不同的方面。市场设计一方面要考虑改革的目标，另一方面必须结合所在地区的市场环境特点。
3.1 产品体系设计
电力市场中交易的产品可以按功能、时间尺度、空间尺度等不同的方式分类，不同产品可以分别形成独立的市场进行交易（多市场），也可以在一个耦合的市场中同时对多个产品进行交易（多产品）。需要对产品的类型、产品市场之间的关系等进行设计。
（1）产品类型
从功能上分类，电力产品包括电能量、辅助服务、输电服务、配电服务、容量等。市场设计中需要考虑多种产品市场之间的关系。比如，电能量和辅助服务可以采取序列出清（多市场）或联合出清（多产品）的方式，输电权可以采取与能量市场独立的显示拍卖模式（多市场）或者和能量市场一起出清的隐式拍卖模式（多产品）[36]。采用多市场模式还是多产品模式，取决于产品之间供给、需求的耦合程度，以及联合出清的效益。
（2）时间和空间粒度
按产品的空间尺度，电力产品可以按节点、区域划分，也可不做空间划分，认为全系统所有位置提供、使用的产品或服务是相同的产品。按时间尺度，电力产品可以按照年度、月度、季度、天、小时、15分钟等进行时段划分，认为不同时段的电力是不同的产品。
我国当前的中长期电力市场与现货市场的主要区别为：当前的中长期市场的交易产品时间上以月为单位（一个月为一个交易时段），空间上以省为单位；而现货市场下，产品的时间粒度细化到小时，空间粒度细化到节点。
产品的设计主要影响市场的效率。在不考虑交易成本的情况下，产品设计越精细，也就是电力交易品种越多、划分空间和时间粒度越小，理论上市场的效率会越高。然而，产品设计得越精细，市场成员的交易策略会越复杂；交易产品的空间粒度、时间粒度划分的越小，市场信息需求越大，结算内容越多，交易系统越复杂。这会提高市场成员的获取信息和进行决策的交易成本,进而阻碍电力市场的充分竞争。
交易产品的设计需要考虑市场面临的技术特性。比如，在发电分布较均衡、输电网建设完善的情况下，电能在不同位置的价值基本相同，不需要过于精细地划分交易产品的空间粒度；在发电调节能力强，负荷波动不大的情况下，不需要过细的划分交易产品的时间粒度。反之，如果系统网架薄弱，阻塞严重，基于位置的信号非常重要，市场设计的空间粒度需要较细；系统灵活调节能力不足、负荷波动大，市场中需要有能精细反映时间特性的产品。
3.2 交易体系设计
交易体系对市场主体达成交易的方式进行设计，包括交易形成的地点和方式、交易时间与频次等方面。
（1）交易地点/方式
按交易形成的地点，电力市场交易组织方式可以分为场内交易和场外交易[1]。场内交易是交易双方通过一个统一的交易场所并按照一定的规则进行的标准化交易方式，场外交易是相对场外交易而言，没有标准化的约束，交易双方直接自主协商确定的交易方式，可以自行组织集中交易，也可以进行分散的双边交易。场内交易和场外交易各有其优势：场外交易对产品、价格、交割方式等条款的定义比较灵活，可以实现一些个性化的交易；场内交易产品标准化，交易流动性大，价格透明，交易成本低。具体采用哪种交易方式，由市场主体自行选择。电力市场中，涉及到平衡、安全等的一些产品、交易必须集中进行。例如，实时的电能量市场需要保证整体系统的供需平衡和网络约束，必须在一个集中的机构中进行。
（2）交易时间与频次
对场外交易，交易双方可以自由选择时间签订。对场内交易，需要统一规定交易的时间、频次。比如，每年进行一次的年度交易，每月进行一次的月度交易，每日进行一次的日前交易，连续进行的日内交易等。不同类型的交易可以在不同的交易机构进行。一般将日前及日以内的交易市场称为现货交市场，更长的交易包括月度、年度市场等称为中长期市场。需要注意的是，这里的中长期市场与在前述：“交易产品/市场”的“时间和空间粒度”中定义的中长期市场不是一个概念，是从不同的角度考虑的。上一节的中长期市场，即我国当前大多数省份进行的中长期市场，主要是从产品的定义角度的，强调产品是按月计量的电量。而本节的“中长期市场”强调的是在离产品的交割期较远的时候进行的交易。为了方便区分，可以将本节的中长期市场称为远期市场（Forward market）。
现货市场可以包括日前市场、日内市场及实时市场（平衡市场），不同地区和国家有不同的组织形式，比如：单一实时市场（澳大利亚）、日前市场+实时市场、日前市场+日内市场+平衡市场等。
（3）市场准入/优先政策
市场的基本原则是技术中立[1][14]，即在市场交易中不对不同的生产技术类型进行区别对待，而仅由产品的成本、价格、服务质量等决定交易结果。但实际市场中会经常有一些基于市场主体的技术类型、地理区域、商业类型等的优先或限制政策，进而对市场会产生一定的影响。主要原因可以分为两类：1）为了考虑外部性而设的优惠或限制政策；2）为了保证某部分市场主体的利益而设立的交易顺序或限制。比如，在各国广泛存在的对可再生能源的优先上网政策，就是一种基于市场主体类型的规则。这种规则可以保证可再生能源全额消纳、提高可再生能源比例等目标，但是在一些情况下，可能并不利于节能、减排的环保类终极目标[17]。我国电力市场中，一些省份有省内用户优先交易的规则，其实是电力送出省份对省内用户的一种保护措施，可以降低市场范围扩大对省内用户的不利影响，但同时也会降低省内发电企业的福利。另外一些省份的直接交易规则中，根据环保等特性设定了不同的发电、用电企业的交易顺序，同样会造成不同市场主体类型之间福利分配的变化。这些对市场主体的优先或限制政策保护了特定主体的公平，但是在一定程度上限制了交易的效率。
对考虑外部性而制定的相关政策、规则，需要结合当时的技术、经济条件评估合适的优先政策，尽量减小对价格的扭曲、对市场效率的影响，对考虑个体主体福利而制定的相关政策、规则，需要考虑相关政策的政治、经济条件，逐渐减小相关政策的影响范围。
3.3 交易规则设计
对集中组织的每个市场（场内交易），包括年度市场、月度市场、日前市场、实时市场，都需要确定报价、出清、定价、结算等方面的规则，这是电力市场设计的最核心、最复杂的环节。
①报价方式。即买、卖双方分别如何报价，包括在什么时候报价（关闸时间）、包括哪些部分（如“一部制能量价格”、“启停+空载+微增三部制”）。
②出清方式。主要关注各市场成员成交量如何确定。市场出清从数学上是一个最优化问题，不同出清方式的主要区别是约束的不同。按是否考虑网络约束可以分为无约束出清和有约束出清；按远期交易是否物理执行分为全电量出清和增量电量（远期交易作为物理约束）出清[32]。
无约束/有约束出清。最终实时市场的出清一定是考虑网络约束的，但在实时市场前的年度、月度、日前、日间等市场中，可以是有约束出清，也可以是无约束出清。如果市场有具有结算义务的无约束出清，意味着市场主体有无（网络）约束交易的权利，其与有约束的本质差别是对电网使用权利的不同[27]。
如果远期交易是有结算意义的无约束出清，则现货市场应该是增量出清；如果远期交易是没有结算义务的纯金融的差价合约，现货市场应该是全电量出清。
③定价方式。定价环节确定各交易方的成交价，包括统一边际出清价（Marginal Clearing Price，MCP）、报价（Pay as bid，PAB）、撮合价、平均价等。买卖双方可以按相同的机制定价，也可以按不同的机制定价[7]。
表1 市场定价方式
模式 | 卖方 | 买方 |
1 | MCP | MCP |
2 | PAB | PAB |
3 | PAB | 卖方平均价 |
4 | PAB | MCP |
5 | PAB | 部分卖方均价 |
6 | 撮合-平均价 | 撮合-平均价 |
7 | 撮合-不完全分配 | 撮合-不完全分配 |
8 | 价差返还 | 价差返还 |
④结算方式。按上述定价方式计算买卖双方的支出或收入，可能会造成市场盈余、无法保证全成本回收等问题，需要通过另外的结算机制解决。
市场盈余。一些定价机制下，所有买方支付的总费用等于所有卖方得到的总费用，市场总的收支平衡。比如表中的模式1，所有买方、卖方都按MCP定价，市场收支是平衡的。但在另外一些机制下，可能存在市场盈余。比如，模式2下，买卖双方都按PAB方法定价，考虑到买方的报价一定不低于卖方报价，市场将产生正的市场盈余。模式4下，卖方按报价定价，买方按MCP定价，也将产生正的市场盈余。对这些情况，市场规则中需要规定相应的结算机制，对市场盈余进行分配。可以将市场盈余分配到相应交易的买卖双方，也可以将多个时段、多个市场的盈余累加到一起按相关规则进行分配。
全成本回收。市场中的定价机制需要满足的一个基本条件是：卖方的出清价不低于报价，买方的出清价不高于其报价。在简单系统中，这个条件是一定满足的。但在出清中包含非线性、非凸约束的情况下，该条件在一些情况下可能不满足。因此需要通过“全成本回收”机制进行补偿。简单的说，就是在原来的出清价基础上增加一个补偿价格，使总价格不低于报价。
如果卖方是多部制报价，定价机制的条件变为：卖方的总收入不低于总报价成本，买方的总支出不高于报价收益。比如，某市场规定发电需要申报启停成本、空载成本和微增成本。市场出清后，如果按“出清价*出清量”得到的总收入小于总成本：“启停成本+空载成本+微增成本”，则将差额部分进行补偿。很多现货市场中这种机制，一般按小时出清，但按日进行全成本的补偿。
【讨论】在不考虑市场主体的策略的动态变化时，不同的结算的方式会直接影响社会福利的分配。比如，发电按报价结算、用户按平均价结算的方法下，相对发电和用户全部按照统一出清价结算的方式，发电的收入会减少。但市场是一个动态变化的过程，市场主体的策略会根据规则变化。从长期看，考虑市场主体策略的动态变化，但不考虑市场力的影响，不同结算机制下的市场均衡结果一致[28]。实际很难达到完全的均衡，但是良好的结算方式能够提供有效、直观的市场信息，从而减少电力市场在达到均衡前的交易成本、加快市场的均衡速度。
【对电力市场一些特殊问题的处理机制的讨论】
考虑到电力的实时平衡和输电阻塞的技术特性，交易规则的设计还有机组组合、阻塞管理等关键问题。
简单的说，机组组合是确定机组启停的问题。机组组合可以由电网或市场运营机构集中统一安排，也可以由市场主体自分散式行决定。两种方式各有优劣：集中式方法容易保证电网对系统的把控和系统安全的实现，可以实现整体的优化，安全风险小；存在的问题是优化模型复杂、定价方法存在非凸性问题产生高设计成本，不透明、不易监管。分散式方法交易规则、出清、结算简单，不存在非凸性问题，但较难保证市场个体决策的最优性，带来的安全风险大。两种方法没有绝对的优劣，需要根据具体情况选择。当前的很多电力市场都允许两种组合方式同时存在，即混合式市场：整体上采取集中统一进行机组组合的方式，但允许机组选择采取自调度/自启停的方式[32]。
阻塞管理反映在出清和结算两个方面。前面一节已经对无约束和有约束两种出清方式进行了比较，实际上就是对应两种阻塞管理的方式[29]：事前阻塞管理和事后阻塞管理。事后阻塞管理需要两次出清：无约束出清和有约束出清，事前阻塞管理仅需要进行一次有约束出清。阻塞管理机制的最根本的区别是结算机制的不同。在事后阻塞管理中，对无约束出清电力按无约束出清价格结算，而对由于阻塞上调、下调的电力按报价或上调、下调的统一价结算。在事前阻塞管理中，所有的发电或负荷按所在节点的报价结算。其本质区别，如前所述，是对电网使用权的定义的不同，相关机制的选择需要与输电定价机制相协调[27]。
3.4 市场监管
市场监管是保证电力市场平稳、高效运行不可缺的环节，属于相关政府或监管机构的责任。市场监管不是一个独立的部分，相关规则、参数的选择与市场结构与环境及相关市场交易体系的设计密切相关。从可靠性要求和市场力控制两方面进行讨论。
（1）可靠性要求
这里所说的可靠性是广义的角度，与系统安全、可靠相关的各种规定，包括直接与可靠性相关的规定，如短期可靠性、长期可靠性和价格稳定性，也可是为了实现可靠性的一些具体的要求，如关于各种备用的要求[1]、黑启动的要求、电压要求等。
从一般商品的角度看，可靠性要求实际上是从用户角度对产品质量的一种要求。对电力来说，由于用户缺乏弹性，特别是在实时缺乏弹性，而与供电相关的质量、安全问题又会有很大的社会影响，一般由一个代表全体用户利益的机构来设定相关的标准。相关标准的制定相当于影响了需求的特性（如需求水平、需求弹性等）——市场环境的一部分，进而会影响系统的成本、价格。比如，备用水平的设置，过高的备用水平可能会带来过剩的发电投资，使得电力系统供需水平大于资源最优值，进而增加系统成本，而过低的备用水平又可能增加停电损失，造成大的事故，进而引发社会问题。
（2）市场力监测和防范
市场力监测和防范是保证市场运行效率、公平的重要方式。发电环节是寡头竞争型的市场结构，加上输电环节阻塞的技术特性，一些发电企业具有操纵市场价格的能力。因此，发电企业的市场力需要被监测，并受到一定程度的控制。
市场力的监测首先要定义市场力的监测标准：比如，发电企业行使市场力的报价特征。市场的基本理论是边际成本报价，其中的边际成本是指边际机会成本，不仅仅反映其自身的燃料、人力成本，还与系统的整体供需形势有关。在系统供大于求的情况下，边际成本主要反映短期生产成本；而在系统供不应求的情况下，边际成本还可以包括稀缺成本（反映用户的停电损失），发电企业可以获得短期成本之外超额的利润，从而可以积累资金进行新的投资。
市场力的控制包括事前、事中和事后的方法。事前主要侧重于市场结构方面。可以通过企业重组、拆分等降低市场集中度，电力市场的相关指标包括HHI、关键供应商指数、剩余供应指数等。对拆分后仍然具有较大市场份额的企业，也可以通过强制性合同的方式限制其市场力。比如新加坡推出的限定合同（vesting contact），强制前三大电厂签订一定比例的固定电价、固定电量的限定合同，这样消除了发电企业通过持留发电容量来推高现货市场价格的动机[30]，从而减少发电侧在短期市场中的单边市场力[31]。
事中的控制方法主要是对报价的控制。最常用的方法是设置价格帽。但价格帽的设定要考虑市场的具体情况。过低的价格帽从短期来看可以限制价格波动，达到“降低电价”的路径目标，但长期来看不合理的价格帽可能会导致发电成本无法收回，从而造成未来的容量不足的安全风险[33]。若为了减少价格波动风险而降低价格帽，那么市场设计需要考虑增设容量市场或采取价格增量、提高能源市场价格上限等方式，以保证发电投资成本的回收。以美国为例，美国东部电力市场（如PJM）具有容量市场，报价价格上限为$1000/MWh，而没有容量市场的ERCOT电力市场价格上限为$9000/MWh[34]。
事后的控制方法包括事后评估、可疑事件调查等。事先需要对企业相关行为的标准、规范做出清晰的表述，以在事后评估、调度、认定时作为依据。比如，欧盟对所有市场成员有一整套行为规范，包括开放的道德标准、有关市场诚信的具体规定、关于透明度和信息披露的规定等，与相关的市场规则一起对市场成员的行为进行规范[9]。
如前所述，电力市场设计必须明确电力市场改革的目标与约束，并在设计中权衡不同目标之间的关系。具体的设计需要充分考虑各种市场环境对市场设计的影响，同时市场设计也会反作用于市场环境。改革目标、市场环境与电力市场设计之间的关系如图1所示。蓝色虚线箭头表示市场设计对改革目标的影响，黑色实线表示市场环境与市场目标的相互影响。圆圈表示总体市场目标及约束，白底矩形框表示市场设计的具体元素，绿底矩形框表示市场环境的具体元素。
电力市场改革的目标，一方面是让市场发挥决定性作用，另一方面是让政府更好发挥作用。下面从这个两个角度简单讨论我国电力市场设计中需要解决的问题。
本文从电力市场的目标、约束与环境，产品体系设计、交易体系设计、交易规则设计、市场监管设计等问题进行了初步的讨论。相关内容仅代表作者本人的观点，还有很多不严谨、不完善、不正确的地方，请大家批评、指正。
The objectives , constraints, environment and key contents of electricity market design
（Qian Xiao[1], Yun Yu[2], Zhaoxia Jing[2]）
1. Energy Development Research Institute, CSG，Guangzhou
2. School of Electric Power Engineering, South China University of Technology, Guangzhou
[33] 喻芸,荆朝霞,陈雨果,等.电力市场环境下典型发电容量充裕性机制及对我国的启示[J].电网技术,2019,43(08):2734-2742.
[34] 朱继忠,喻芸,谢平平,等.美国稀缺定价机制及对我国现货市场建设的启示[J].南方电网技术,2019,13(06):37-43+75.
[35]骆子雅,季天瑶,荆朝霞,等.电力差价合约机制设计与应用[J].电网技术,2019,43(08):2743-2751.
[36]陈紫颖,荆朝霞,曾鹏骁,等.区域电力市场中基于发电转移权重的交易可行域计算模型研究[J].电网技术,2020,44(04):1290-1301.
