随着电力市场改革渐渐转入深水区，以及南方（以广东跟上）、蒙西、浙江、山西、山东、福建、四川、甘肃8个电力现货试点全部转入仿真试运营，关于市场环境下电力系统安全性可靠性问题的争辩新的浮出水面。（来源：微信公众号中国能源报 ID：cnenergy 作者：陈皓勇）本文从以下3个方面对市场环境下的电力系统安全性可靠性问题展开了理解：市场环境下电力系统安全性可靠性的基本内涵、市场环境下保证电力系统安全性可靠性的措施与经验教训，以及我国当前电力市场设计中对安全性可靠性问题的考虑到。

文章指出，电网安全性话题是电改必须侧重考量的因素，但不应当沦为实行电改的障碍。01笼统地谈论安全性可靠性没意义现代电力系统已发展沦为多层级、多区域、多时间尺度的简单工程系统，被称作世界上仅次于的人造机器，其规划、运营、掌控皆十分复杂，电力系统的安全性可靠性问题也是针对有所不同性质、有所不同时间尺度、有所不同影响范围分别积极开展研究的。因此笼统地谈安全性可靠性没意义，必需针对明确问题一一分析和解决问题。电力系统安全性可靠性是指电力系统需要不间断地向用户获取符合质量标准和数量拒绝的电力和电量的能力，还包括两方面的内容：充足度（Adequacy）和安全性（Security）。

前者是指电力系统有充足的发电和电缆容量，在任何时候都能满足用户的负荷市场需求，密切相关了电力系统的稳态性能；后者是指电力系统在运营中忍受故障扰动（例如忽然丧失电力系统的元件或短路故障等）的能力，还包括电力系统能忍受寄居故障扰动引发的暂态过程并过渡到一个可拒绝接受的运营工况和在新的运营工况下各种约束条件能获得符合两个方面，密切相关了电力系统的动态性能。从充足度的角度谈，整个电力系统的可靠性分成与发电有关的可靠性和与电缆有关的可靠性两类。与发电有关的可靠性是指必要与发电容量能用度有关的可靠性（假设电缆系统容量无限大）。

换句话说，发电可靠性只有减少该地区发电能用容量才能获得提高。与电缆有关的可靠性是指必要与电缆容量能用度有关的可靠性（假设发电容量无限大）。因此，电缆可靠性将要求地区电网以一定概率供电的可靠性。

电力系统的可靠性可使用一系列分析指标来取决于。最常用的充足度指标有电力严重不足概率（LossofLoadProbability，LOLP）和电量严重不足期望值（ExpectedEnergyNotSupplied，EENS）等，它们同时限于于发电系统和电缆系统可靠性评估。从安全性的角度谈，自20世纪20年代起电力工作者认识到电力系统的平稳问题并积极开展研究以来，世界各地再次发生了多起由于电力系统失稳造成的大电力供应事故，这些事故造成了极大的经济损失和社会影响，同时也体现出有研究电力系统平稳的最重要意义。

电力系统稳定性是指电力系统受到事故扰动后保持稳定运营的能力。电力系统两大国际的组织国际大电网会议（CIGRE）和国际电气与电子工程师学会（IEEE）曾分别得出过电力系统平稳的定义。

我国《电力系统安全性平稳导则》（DL755-2001）也系统地得出了电力系统平稳的定义和分类。02须要探寻安全性确保新机制为确保电力系统的安全性可靠性，在规划、运营中均必须采行一定的措施。

在保证充足度方面的措施有：通过电源优化规划保证发电系统充足度，通过输电网优化规划保证电缆系统充足度。电力系统发展规划的任务之一就是通过电力系统的安全性校核，还包括稳态的N-1安全性校验和暂态的平稳计算出来来保证系统超过一定的安全性标准。

而从电力系统运营的角度，为保证安全性，我国电力工程人员在长年的实践中明确提出了知名的三道防线：第一道防线较慢可信的继电保护、有效地的预防性控制措施，保证电网在再次发生少见的单一故障时维持电网平稳运营和电网的长时间供电；第二道防线使用平稳掌控装置及切机、托负荷等应急控制措施，保证电网在再次发生概率较低的相当严重故障时能之后保持稳定运营；第三道防线设置失步解列、频率及电压应急掌控装置，当电网遇上概率很低的多重严重事故而平稳遭到毁坏时，依赖这些装置避免事故不断扩大，避免大面积电力供应。在独占环境下，电力系统的安全性可靠性几乎由独占的电力部门负责管理。

在市场环境下，电力工业由有所不同的市场参与者构成，电力系统的安全性可靠性问题仍然是全然的技术问题，不仅要考虑到在安全性可靠性和经济性之间谋求必要的折中，而且还要协商各市场主体之间的利益。市场主体将更好地注目自身的经济利益，为确保系统安全可靠性的代价必须获得具体的报酬。在这种情况下，如何确保电力工业建设的必要落后，使电源和电网具备充足的充足度？如何保证系统运营时鼓舞发电厂商获取充足的军功和力阻电源？如何使输配电系统适应环境瞬息万变的运营情况？这些是在市场环境下保证电力系统安全可靠所必须注目的重点内容。在引进竞争机制后，改建或新建发电机组将由独占电力部门的决策改向集中的发电公司的决策。

发电公司只在新的机组能带给利润时才不会投资，因此传统的由上而下的发电系统可靠性管理模式将被市场环境下发电主体由下而上的对投资报酬希望的反应来替换。某种程度，作为输变电设备的所有者，也只有在其投资有较好报酬的情况下才不会筹设新的工程项目。在这种条件下，必需分析并公平分配可靠性效益，才能调动各方面积极性，使电网建设日趋合理。

在独占环境下，整个电力系统的发电、电缆、配电、购电是统一管理和统一调度的，运营方式决定比较比较简单，系统运营的安全性、可信更容易获得确保。在电力市场环境下，电力交易瞬息万变，电力调度既要确保公平竞争，又要确保安全性运营。在这种环境下，必需研究和研发新的优化模型和算法，还包括：安全性约束机组人组和经济调度、安全性校核、堵塞管理、辅助服务交易计划等。此外，市场环境下，由于多个有所不同利益主体的不存在，传统的基于安全性平稳导则的电力系统安全性确保方法将不会遭遇根本性挑战，必须探寻安全性确保的新机制。

03灵活性不低仍是短板根据2016年施行的《电力发展十三五规划》，到2020年全国煤电装机容量将掌控在11亿千瓦以内。目前，已提前完成了十三五期间出局领先的煤电机组2000万千瓦的任务。

从2016年以来，我国煤电去生产能力未曾暂停，再加近年来突飞猛进的新能源装机量，以及水电、核电的效率提高，火电企业的市场正在被断裂，全国各省份火电利用小时数在4000小时上下浮动，火电厂广泛经营艰难。此外，弃风弃光问题仍然比较严重。因此，从电量的角度，发电容量是不足的，充足度不不存在问题，但电源结构不尽合理，发电机组的性能尤其是灵活性仍尚待提升。

根据国家发改委、国家能源局印发的《解决问题弃水弃风弃光问题实施方案》（发改能源〔2015〕1942号），2017年三北地区积极开展1635万千瓦火电灵活性样板项目改建，减少系统调峰能力480万千瓦，并之后不断扩大火电机组灵活性改建范围，大幅度提高火电调峰能力。按照经济技术合理原则，十三五期间动工抽水机蓄能电站总计大约6000万千瓦，其中三北地区大约2800万千瓦。

在华北、华东、南方等地区建设一批天然气调峰电站，追加装机500万千瓦以上。首先在东北地区创建并且在全国推展的调峰服务市场机制成效显著，了解挖出了电网调峰潜力，提升了系统灵活性，增进了风电核电等清洁能源消纳，明显提升了电网安全性运营水平。后期市场建设工作中不应继续加强灵活性资源定价机理研究及市场机制建设。

04节点电价并非无以选项当前，我国已构成东北、华北、华中、华东、西北、南方六个大型区域交流实时电网。在现有六大区域电网中，西北电网以750kV交流居多网架；华北电网和华东电网早已设有1000kV交流特高压工程，主要发挥作用的依然是500kV网架；其他区域皆以500kV居多网架。我国电网规模世界第一，但仍长期存在一些根本性问题，尤其是全国电网不存在着整体利用率偏高，局部网架结构尚待优化、平稳运营压力大等问题。

相对于西方国家，我国输电网较新的，设备冗余度低，500kV电缆线路轻载情况比较更为相当严重，大部分线路正处于长年轻载的情况，只有少数线路阻抗亲率多达50%。美国电网迄今已有100多年的建设发展历史，最初是由私营和公营电力公司根据各自的负荷和电源产于构成一个个孤立无援的电网，随后在互利原则基础上通过双边或多边协议、联合经营等方式互为互联网。美国电网建设基本衰退，电缆能力严重不足，堵塞相当严重。

因此在美国电力市场，引进节点电价体系是合理的，可以使交易出有清结果自动符合电缆线路传输容量约束，并且更为公平地分摊电缆堵塞费用。但我国电网是国有资产占到绝对优势的统一大网，而且电缆堵塞并不相当严重，在电力系统运营中也累积了非常丰富的断面潮流控制技术经验，并不需要将堵塞费用细分到每个节点。另一方面，我国幅员辽阔，各地区要素水平和资源禀赋差异极大，经济发展不均衡，电力市场作为要素市场的一部分，电价不应更好地考虑到地区经济发展水平和行业的差异，因此分区电价更为合乎我国国情。05不应保有一定比例的物理合约现货与中长期交易（合约交易）是电能量市场的两种主要交易方式，当前对中长期交易使用物理合约或金融（财务）合约不存在一定的争议。

电力现货市场的理论基础为美国麻省理工学院F.C.Schweppe教授等人明确提出的动态电价（spotpricing）理论，各不相同某一时间段的电力供需情况。动态电价在理论上十分精美，却有两个根本性缺失：一是依然基于传统的天内调度模型，没严肃处置横跨时段（inter-temporal）的成本/效益变化，因此也忽视了电能生产和消费的时间连续性这个十分最重要的特征；二是假设同一时段的电能商品都是同质的，忽视了基荷、腰荷和峰荷机组区别显著的技术特征及成本包含。此外，基于短期调度模型的动态电价并不还包括长年发电容量投资的经济信号，无法确保发电容量的充足性。

在新能源大规模终端的条件下，由于光伏、风电较低边际成本的特点，将火力发电在以天内边际成本为基础的现货竞价交易中吸管，不但造成火力发电无法存活，还引发了多起大电力供应事故。实质上，现货价格主要适合于调峰机组、储能、市场需求外侧号召等主体所获取的边缘性电力均衡商品的定价，对于负荷稳定的基荷电力及发电机组（例如核电机组）而言，随负荷波动的现货价格并无意义，而物理合约是更为合适这些供需主体的交易方式。

火电等大容量机组获取的某种程度是电力电量，还有转动惯量、弹性（resilience）等保证电力系统安全可靠运营的最重要特性，在电力系统中不应占据一个合理的比例。因此在电力市场设计中，保有一定比例的物理合约对电力系统安全性可靠性是不利的。06调度和交易功能须要合理定位我国与国外电力市场改革的起点有所不同，目标也有所不同，改革步骤上也有所区别。国外电力市场改革就是指成熟期的经济调度的基础上开始的，较为更容易构建集中于竞价的现货交易（尤其是发电外侧单边竞价的电力库模式）。

而我国电力市场就是指基于显电量的大用户必要交易（中长期交易）的基础上开始的，在当前我国各省区的电力市场设计中，中长期交易一般在电力交易中心积极开展。《关于更进一步深化电力体制改革的若干意见》（中发〔2015〕9号）中明确提出创建比较独立国家的电力交易机构，构成公平规范的市场交易平台。当前，所有省份皆创建了省级电力交易中心并重新组建了两个国家级的电力交易中心，这些交易中心有电网公司的独资子公司，也有电网意味著或比较有限公司的有限责任公司。

随着改革的深化，当前交易中心独立国家的改革早已托上议事日程。随着8个电力现货试点转入仿真试运营，调度独立国家的辩论也浮出水面。

调度和交易功能的合理定位不利于电力系统安全性可靠性的保持。如前所述，欧美国家电力市场的日内、日前及更长时间尺度的提早交易都是在独立国家于电缆系统运营商的交易所展开的，在长年的运营实践中已证明电力系统的安全性可靠性是有确保的。

从关于电力系统安全性的涉及概念及大电力供应事故的讲解，可以显现出，一般电力系统安全控制的关键时期为事故再次发生后几秒到12个小时内，因此为确保事故再次发生后安全控制手段的较慢协商，将动态均衡市场和调度操作者权保有在电网调度机构是不利的，也是需要确保安全性的。07不应创建多日前、多阶段现货市场根据国家发改委、国家能源局印发的电力体制改革设施文件《关于前进电力市场建设的实行意见》（发改经体〔2015〕2752号），现货市场主要积极开展日前、日内、动态电能量交易。这种电力现货市场的概念主要来自于国外电力市场的spotmarket。

但如前所述，国外现货市场是在成熟期的经济调度的基础上创建一起的，而在市场化改革前使用日前、日内、动态机组人组和经济调度又与电源结构密切涉及。以美国为事例，历史上以煤电居多，2005年气电装机打破煤电沦为第一大电源。2012年美国装机11.58亿千瓦，其中，气电装机大约占到总装机的42.5%，煤电装机大约占到29.2%，核电和水电装机分别占到9.2%和8.7%，风电装机占到5.0%，油电装机占到3.6%。

除煤电和核电外，美国大部分机组都可实现日内启停，因此创建日前和动态两阶段现货是合理的。而从我国的情况来看，截至2018年底，全国发电设备容量19.0亿千瓦，其中，火电11.4亿千瓦（占到60.2%），水电装机3.5亿千瓦（占到18.5%），核电4466万千瓦（占到2.4%），风电1.8亿千瓦（占到9.7%），太阳能发电1.7亿千瓦（占到9.2%）。

从发电量的角度，2018年全国全口径发电量6.99万亿千瓦时，其中火电占到比70%左右。由于燃煤机组启动过程步骤多、时间宽，日内启停的安全性、经济性和操作性不欠佳，故必须在更长的时间跨度上优化机组启停。因此，不应突破国外市场模式的局限，研究和创建涵括多日前、日前、日内和动态交易的多阶段现货市场机制。08辅助服务市场要扎根国情为解决问题电力电量均衡问题和保证电力系统安全性平稳运营，除已全面推广的我国特有的动态深度调峰外，还可根据我国电源、电网结构创建合适国情的其他调峰、可用和调频辅助服务市场机制。

火电机组启停调峰交易是指火电机组通过停机可用将低谷时段电力空间出有让出风电、核电，在高峰时段重新启动以适应环境负荷快速增长的市场需求，减轻电网调峰对立，增进清洁能源消纳的交易，在东北、福建、江苏、河南等省区已创建火电启停调峰交易机制。传统的辅助服务设计中均仅有考虑到转变发电外侧发电功率以适应环境用户负荷的大大变化，如果能创建可中断负荷调峰交易，使得电力用户需要对市场中急遽下降的用电高峰作出号召（即缩减负荷），将不利于电力系统的安全性运营，上述创建了火电机组启停调峰交易的省区大多数也都同时创建了可中断负荷调峰交易。原国家电力监管委员会《并网发电厂辅助服务管理暂行办法》（电监市场〔2006〕43号）中所规定的转动可用和非转动可用（冷备用）也可通过市场竞价的方式来获取。转动可用是指为了确保可信供电、可再生能源消纳，电力调度机构登录的并网机组通过腾出发电容量所获取的服务，转动可用必需在登录时间内需要调用。

冷备用指并网火电发电机组、核电机组等按电力调度指令停驶，到收到电力调度指令再度启动前的可用状态，一般规定可用时间须要小于72小时。此外，在现货市场打开前，广东、山西、山东、福建等省份皆创建了调频辅助服务市场，与国外现货市场打开后的调频辅助服务也是有区别的，也不应深入研究合适国情的调频辅助服务市场机制。

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