美国调频辅助服务市场的定价机制分析

陈中飞, 荆朝霞, 陈达鹏, 谢文锦

(华南理工大学电力学院, 广东省广州市 510640)

0 引言

充足、有效的辅助服务是电力系统安全稳定运行的重要条件，尤其在可再生能源比例不断升高的情况下。调频服务是辅助服务中最为重要的一种，其主要目的是维持电力功率的实时平衡。电力市场环境下，辅助服务的供给情况一方面与系统的电源、电网、负荷结构等有关，另一方面，很大程度上取决于相关的市场机制。合理的调频市场机制可以给予市场主体正确的经济激励，引导其在合适的时间提供合适数量的调频服务。一个产品的市场机制包括两个主要方面：产品的设计和定价机制的设计。产品的设计主要考虑的问题是用哪种或哪些物理量来衡量提供的调频服务的数量。定价机制的设计考虑的是对某种确定的产品，如何制定报价、出清及结算等规则。实际上，不同地区的调频辅助服务市场的机制差别也主要在这两个方面。

在产品的设计方面，早期的电力市场中主要考虑(调频)备用容量，提供调频服务的市场主体主要获得容量补偿收益[1-2]；近年来，随着以蓄电池和飞轮机等储能装置为代表的快速响应调频资源(FRR)的引入，以及系统对快速调节需求的增加，美国能源监管委员会(FERC)颁布755号法令[3-4]，美国许多州引入了基于实际调频量和调频效果的机制[5-14]，调频服务的计量除了考虑提供的备用容量，还考虑调节里程和调节效果。新的调频机制已经引起了国内外广泛的关注。文献[15-17]对这种新的机制进行了介绍，并对市场主体在这种调频市场下的相关策略进行了研究；文献[18]对多个州的调频市场机制进行了比较，对调频里程的测量方法、调频效果的考核和补偿机制进行了较为详细的介绍和对比分析。

产品的定价机制与产品的设计直接相关。在单一容量的调频服务产品设计下，定价机制比较简单：调频资源申报单一的容量价格，获得的补偿也仅有容量补偿一项，其需要考虑的内容包括与能量、旋转备用、非旋转备用等其他产品之间的关系(是否联合出清)，以及出清的方式(按报价出清还是统一出清)等。在新的考虑调节里程和调节质量的调频市场设计下，定价机制更加复杂，需要考虑更多的方面，如市场组织时序、出清模型、机会成本的计算方法等。而在这些方面，美国不同州电力市场的做法各不相同。

目前，中国大多数地区的调频服务是按照计划体制下的辅助服务“两个细则”来计量和补偿，补偿价格是根据行政方式核定的，并不是通过市场方式来确定[19-21]。在大多数地区，这个补偿价格相对较低，无法激励市场主体主动提供调频服务，对电力系统的安全稳定运行造成了一定的隐患,特别是在很多地区已经进行中长期的电量交易的情况。也有一些地区已经开始探讨市场化的调频市场机制，基本都是借鉴美国最新的调频市场机制。

对任何产品市场的设计，定价机制的设计都是核心。定价机制不合理，可能起不到预想的结果，甚至产生反向的激励。如上所述，美国不同州的调频市场的定价机制有很大的区别。每种机制都有其合理的地方，也都有一定的适用性和局限性。

中国的电力市场建设必须借鉴国外的经验[22-24]，同时必须考虑中国的实际情况[25-27]，而对国外不同的市场机制进行深入分析、讨论显得尤其重要。在基于调节里程和调节质量的新调频机制方面，有一些文献对其产品的设计、运作的流程做了介绍，但缺少对其定价机制的深入分析和讨论。本文在这方面进行了探讨，对美国调频市场的定价机制进行梳理、分类，分析不同方法的适用条件，并结合中国电力市场建设给出了一些建议。

1 美国调频市场定价机制的基本概念

美国宾夕法尼亚—新泽西—马里兰州联合电力系统(PJM)、加利福尼亚州独立系统运营商(CAISO)和德克萨斯州电力可靠性委员会(ERCOT)都是美国典型的电力市场，其中PJM和CAISO的调频市场发展较为成熟，但两者在里程定价和机会成本计算方面存在较大差异，而ERCOT由于不受FERC监管，尚没有设置里程价格。本文主要对这3个市场中的调频市场定价机制进行分析。

在具体分析各个市场的调频定价机制以前，这里首先对相关的基本概念进行介绍和分析。

为简化表述，本文中用“调频资源”表示调频市场提供调频服务的市场主体,包括传统发电机组、新式电源(储能装置等)或者其代理商等。

1)交易标的

交易标的是指前面所述的调频辅助服务中交易的产品。在美国电力市场改革的初期，调频市场的交易标的仅是指调频容量，对“调频量”缺少完整的概念，也没有关于“调频量”的交易标的。在这种市场模式下，在实际调频过程中所增加或减少的发电量都按照实时市场价格来结算，“调频量”可简单认为是实际出力水平与能量出力水平之差在时间上的积分。其中能量出力水平是指调频资源在实时市场上中标出力，如图1中的虚线所示；实际出力曲线是指在能量出力水平上进行上下调频后的实际出力，如图1中的红色折线所示。

FERC在2011年发布了755号法令对调频市场进行改革，引入新的市场标的“调频里程”，调频里程是指一段时间段内调频资源根据调频指令上调或者下调出力的绝对值之和[3]，即图2中所有双箭头虚线的长度之和。改革后的“调频量”可以认为是在原来的基础上增加了调频里程这个产品(标的物)。

图1 调频量Fig.1 Quantity of frequency regulation

图2 调频里程Fig.2 Frequency regulation mileage

此外，调频市场标的还可以细分为上调频和下调频两种单向的调频服务，两种调频服务分别出清，其市场价格各不相同。若不进行细分，则调频服务为双向(bi-directional)的上下调频服务。

2)调频需求与责任

调频需求一般是指整个电力系统的调频容量需求，由独立系统运营商(independent system operator,ISO)负责预测，主要是根据高峰负荷的百分比来设置，可以是固定的，也可以是变动的，但必须满足北美能源管理委员会(NERC)的规定。此外，部分ISO还引入了调频里程需求，由ISO负责预测，主要是根据历史的里程调用率来估算出里程需求量，用于调频市场出清。

调频责任是指提供或购买调频服务的责任，一般由电力用户来承担。市场总的调频需求需要按一定方式分配给用户，如根据负荷的大小按比例来分配。

3)市场组织形式

美国调频市场的组织形式具体如下：ISO在运行日(operating day)的前一天(简称日前)预测和公布系统调频需求，然后将调频需求按一定规则分配给负荷用户作为其调频责任，负荷用户一般是负荷服务商(load service entity,LSE)或合格服务商(qualified service entity,QSE)。负荷用户可以利用自有的调频资源或与第三方签订合同来获取调频资源，来履行自己的调频责任；若仍然无法完全履行其调频责任，则可以从调频市场上购买调频服务。在调频市场上，ISO确定需要从调频市场购买调频服务的总需求量，然后供应商报价，ISO按一定方式出清，得到市场出清价格，需要购买调频辅助服务的市场主体付费，中标的调频资源获得补偿。

4)里程价格与机会成本

755号法令要求调频市场采用两部制定价：一部分是考虑机会成本的容量价格(capacity price)，另外一部分是基于调频效果的里程价格(performance price)。调频效果主要是与供应商的调频性能和质量有关，FERC要求设置调频性能指标等参数对其进行考核。机会成本主要是指调频资源由于提供调频而不能完全参与能量市场而导致的损失。

2 PJM调频市场定价机制

PJM调频市场发展较为成熟，其调频里程定价机制和机会成本计算方法设计巧妙，能够有效地引入储能装置参与调频市场。下面系统地介绍PJM调频市场定价机制。

2.1 调频产品的需求和信号

PJM采用双向的调频服务。每小时的调频需求分为峰时需求(05:00—24:00)和谷时需求(00:00—05:00)，PJM负责预测下一运行日的负荷曲线，分别取峰荷和谷荷的0.7%作为这两个时段的调频需求。

PJM设置了两种调频信号：响应较慢的传统调频信号(A信号)和快速响应的动态调频信号(D信号)，调频资源可以根据其调频资源的性能和商业策略选择响应不同类型的性能。选择响应A信号的调频资源简称为A信号资源，选择响应D信号的调频资源简称为D信号资源。

2.2 日前报价

在日前市场上，参与调频服务的资源进行报价，具体包括3个部分：容量报价、里程报价和愿意提供的调频容量。调频资源的机会成本由ISO计算，要求调频资源提供其运行成本曲线。为体现调频性能和调频资源类型的区别，PJM对任一参与报价调频资源i的容量报价和里程报价进行调整，如式(1)和式(2)所示。

(1)

(2)

2.3 时前出清

(3)

PJM按照调频资源的排序价格由低到高排序并出清，直到中标的容量(实际可提供容量)满足总的调频容量需求，如式(4)所示。

(4)

式中：Rc为运行日某1 h的调频市场需购买的调频容量；cq,i为报价资源i的中标容量;I为所有参与调频报价的资源。

市场出清完成，同时确定调频机组组合，即确定各调频资源调频容量的中标量。表1所示为简单出清算例，假设某1 h的调频容量需求为56 MW，按照排序价格由低到高排序。

根据式(4)进行出清，可得资源4为边际出清资源，确定调频市场的容量中标量。

2.4 实时出清

进入实时调度以后，每个调度小时分为12个调度时段，每个调度时段为5 min。每5 min都会进行一次能量出清，并确定该调度时段的LMP，PJM根据每5 min的LMP重新计算已中标调频资源的机会成本(该机会成本与时前市场的计算方法相同，在2.6节详细说明)，在容量报价和里程报价不变的基础上，机会成本改为实时出清的机会成本，里程调用率由历史值改为实际值，从而得到新的排序价格。在每个调度时段内，PJM根据新的排序价格实时出清：排序价格的边际为调频市场出清价格ps,5，被调资源的边际里程报价即为里程价格pm,5，调频市场出清价格减去里程价格得到容量价格pc,5，如式(5)所示。

pc,5=ps,5-pm,5

(5)

表2使用简单算例说明如何确定每个调度时段的里程价格和容量价格。

表1 时前出清算例Table 1 Example for hour-ahead clearing

表2 实时市场出清算例Table 2 Example for real-time market clearing

调频报价和调频需求不变，PJM重新计算调频资源的机会成本(算例数据为假设值)，排序价格的边际是资源4的总报价，即ps,5=13.47美元/MW，里程报价的边际是资源3的报价，即该调度时段的里程价格pm,5=7.98美元/MW，容量价格pc,5=(13.47-7.98)美元/MW=5.49美元/MW。

PJM对每隔5 min都进行同样的市场出清，从而得到12个调度时段的容量价格和里程价格，然后分别求12个时段的算术平均值，得到该小时的容量价格pc和里程价格pm，用于市场结算。

市场出清过程如图3所示。

2.5 市场结算

PJM调频市场采用两部制结算机制，即调频资源可以获得容量收益rc和里程收益rm，对任一调频资源i，其具体结算过程如式(6)和式(7)所示。

rc,i=cc,isa,ipc

(6)

rm,i=cc,isa,iar,ipm

(7)

式中：cc,i为该调频资源的中标容量；sa,i为该调频资源的实际性能指标；ar,i为该调频资源的实际里程调用率。

图3 PJM调频市场出清过程Fig.3 Clearing process of frequency regulation market in PJM

2.6 机会成本计算

1)基本定义

PJM对调频机会成本的定义为：调频资源由于提供调频而不能完全参与能量市场而导致的损失。机会成本分为3个部分：①在进入调频时段前(shoulder hour before)，因调整出力而损失的收益；②在调频时段内(regulation hour)，因提供了调频服务而不能进行能量供应而损失的收益；③在退出调频时段后(shoulder hour after)，调整出力而损失的收益；分别记为Clo,shb，Clo,rh，Clo,sha，如图4所示。

图4 调频机会成本Fig.4 Lost opportunity cost of frequency regulation

2)计算方法

PJM为既参与调频辅助服务又同时提供电能量的机组提供机会成本补偿。参与现货市场报价的容量资源，称为池调度资源(pool-scheduled resources)，不参与现货市场报价的容量资源称为自调度资源(self-scheduled resources)，池调度资源的机会成本由PJM进行统一计算，自调度机组的机会成本为0。不申报机组运行成本曲线的机组的机会成本也为0。

理论上，机会成本是调频资源参与能量市场的单位利润乘以损失发电容量在时间上的积分值，如式(8)所示。

Ci=

(8)

式中：t0为收到调频指令后，开始调整出力到调频出力水平的时刻；t1为完成调频指令后，恢复到正常出力水平的时刻；pi(t)为在时刻t下，调频资源i所在节点的LMP；glmp,i(t)为资源i在时刻t对应的LMP情况下，假设不参与调频市场，仅参与能量市场的可中标出力水平；gr,i(t)为资源i在时刻t的实际出力水平；e(gr,i(t))i为资源i在时刻t实际出力水平情况下的运行成本值；Ci为资源i参与调频的机会成本。

由于参与调频的容量一般都比较小，其成本变化值不大，可忽略不变。因此，PJM对机会成本的计算方法进行简化，忽略成本的变化，直接由能量市场的最大单位利润乘以经济出力与调频容量出力调整量差值再乘以调频时间。具体如下。

在时前市场上，任一参与调频市场的池调度机组i的机会成本计算方法如下：

Clo,shb,i=|pshb,i-eshb,i||glmp,shb-gr,i|tshb,i

(9)

Clo,rh,i=|prh,i-erh,i||glmp,rh-gr,i|

(10)

式中：pshb,i为预测的运行小时前1 h的LMP；prh,i为预测的运行小时的LMP；eshb,i为在运行小时的前1 h内，因为提供调频服务而需要调整到调频出力水平，机组在该出力水平下的运行成本；erh,i为在运行小时内，因为提供调频服务而需要调整到调频出力水平，在这水平下的机组边际成本；glmp,shb和glmp,rh分别为在运行小时前1 h和运行小时内，假设机组仅参与能量市场报价，根据预测的LMP计算出的可中标出力水平；gr,i为调频出力水平；tshb,i为在运行小时前1 h内，机组i从可中标出力水平调整到调频出力水平所需的时间。

在实时调度中，机会成本的计算方法是一样的，区别在于仅考虑Clo,rh，不考虑Clo,shb，并且用实际出清的每5 min的LMP代替预测的LMP。

3)调用规则

在时前预出清时，PJM需要确定哪些调频资源可以中标，从而满足下一运行小时的调频需求。PJM在计算调频资源的机会成本后，将Clo,shb和Clo,rh纳入初始报价中，进行出清。

在实时出清时，只有Clo,rh纳入市场初始报价中进行出清和定价。

在实时出清结束以后，PJM会根据实际调度结果重新计算每个调频资源的Clo,shb和Clo,sha，并对没有完全补偿机会成本的调频资源进行补偿。PJM对调频资源进行事后结算，取以下两者的最大值作为补偿值：①按容量报价和里程报价计算的收益+Clo,rh+重新计算的Clo,shb和Clo,sha；②按调频市场出清价格计算的收益。

2.7 收益因子计算方法

收益因子在时前出清和实时出清都会重新计算，对于任一D信号资源i的收益因子的计算方法如下。

1)计算i的可用调频容量cr,i，如式(11)所示。

(11)

2)计算初始排序报价，计算方法与2.3节的报价资源排序方法类似，不同的是将原来的收益因子取为1。

3)根据初始排序报价由小到大排序，并将对应的cr,i叠加，制作收益因子图，如图5所示。

4)根据收益因子曲线图计算每个D信号资源的收益因子。

收益因子在1～2.9范围内的D信号资源更容易中标，而在0～1范围内的则较难中标。

图5 收益因子曲线 Fig.5 Curve of benefit factor

3 CAISO调频市场定价机制

CAISO在日前市场通过联合优化来对调频容量和里程进行定价。与其他ISO不同的是，CAISO会在日前计算出一个估计的里程需求，根据该里程需求得到里程价格。在实时市场上，不再进行调频市场出清。

3.1 调频产品与需求

CAISO对容量需求的计算方法与PJM类似，根据峰荷来设置一个比例，得到调频容量需求。与PJM不同的是，CAISO采用单向的调频服务，其产品分为上调频和下调频，分别计算调频容量需求和里程需求。

CAISO为了确保调频资源的充足，在日前市场计算得到里程需求，并引入系统调频里程系数kr和机组调频里程系数ki，分别指系统和某机组的单位调频容量可能会被调度的里程量与调频容量之比。CAISO会使用上一周7 d的历史调度数据来计算，算例如表3所示。

表3 调频里程系数算例Table 3 Example for frequency regulation mileage multiplier

如表3所示，系统的调频里程系数是9 300/2 575≈3.61，同理可计算出资源A，B，C的调频里程系数分别为3 250/740≈4.39，2 750/720≈3.82，3 300/1 115≈2.96。

3.2 日前市场联合优化

CAISO在日前市场对能量、备用、调频资源进行联合优化，其出清模型可用式(12)—式(18)来表示。

(12)

(13)

(14)

(15)

kicc,i-mc,i≥0

(16)

-cc,i+mc,i≥0

(17)

(18)

式中：i为参与调频市场报价的机组，I为其集合；j为参与旋转备用市场报价的机组，J为其集合；mc,i为机组i调频里程中标量；csr,i为机组i的旋转备用中标量；Rr,c和Rsr,c分别为系统的调频总需求和旋转备用总需求；Rr,m,t-1为上一周的里程需求；ee和eas分别为购买能量和其他辅助服务的费用，这里对其简化表述。

加上其他约束条件可进行联合出清，得到调频容量的市场出清价格；由式(15)—式(18)所示约束可以得到调频里程的市场出清价格。

3.3 机会成本计算方法

PJM对机组的机会成本进行核定，而CAISO则允许机组在容量报价时一起申报机会成本，纳入容量报价中，按市场边际价格给予补偿。

3.4 市场结算

CAISO调频市场采用两部制结算机制，即调频资源可以获得容量收益rc和里程收益rm，对任一调频资源i，其具体结算过程如式(19)和式(20)所示。

rc,i=cc,ipc

(19)

rm,i=mr,isa,ipm

(20)

式中：mr,i为该调频资源的实际里程值。

4 ERCOT调频市场定价机制

ERCOT的调频市场与PJM和CAISO不同，没有对调频里程进行定价和补偿，在日前市场上能量和辅助服务进行联合优化出清，只有单一的容量价格。在实时调度时，按电厂的实际出力结算，不考虑辅助服务引起的里程量。

4.1 调频产品与需求

ERCOT设计了上调频和下调频两类服务。ERCOT的调频容量需求每小时都不一样，具体根据其电力系统的实际运行情况进行计算。与PJM和CAISO不同的是，ERCOT会将调频需求量作为调频责任分摊给作为市场主体的合格的发电和负荷代理商(QSE)，分配的方法是邮票法，根据QSE代理的负荷峰值来分配，QSE需要满足自己的调频责任。ERCOT组建了调频辅助服务的集中式市场和二级市场。集中式市场是ERCOT组织的单一买方市场，由ERCOT统一购买调频容量，并将其成本分摊给调频容量不足的QSE；二级市场在集中式市场出清之前，QSE可自由交易其调频容量资源。QSE可使用自己的调频资源来满足其调频责任，若自己的调频资源不够则可在集中式市场或二级市场上购买；若有多余的调频容量资源，也可以在两个市场上出售，提供调频辅助服务。

4.2 机会成本

ERCOT没有对机组的机会成本进行核定，也没有在申报的时候增设独立的机会成本报价，但允许机组在调频容量报价中包含机会成本。本质上，ERCOT的做法与CAISO的做法是相同的，即将机会成本纳入容量报价中，由市场主体自行申报。

对于ERCOT这种没有考虑调频里程的调频市场模式，其上调频和下调频服务的机会成本可能存在较大的区别。不难发现，在能量出力水平上方进行调频可以获得更多的能量费，如图1所示的情况；而能量出力水平下方进行调频则会减少能量费的收入，如图6所示的情况。采用单向的调频服务则可以一定程度地减少机会成本的问题。

5 美国电力市场调频定价机制的总结及对中国的启示

5.1 美国调频市场定价机制总结

美国调频市场定价机制的不同，主要体现在市场标的、里程定价、市场时序、机会成本计算方法等方面，具体如下。

图6 下调频较多情况下的调频量Fig.6 Quantity of frequency regulation in the situation with more down frequency regulation

1)交易标的

交易标的的区别主要体现在两个方面：是否考虑调频里程，以及是否区分上下调频市场。对于没有考虑里程定价的市场，仅有容量价格，其定价机制一般是以边际报价作为调频容量的出清价格，上下调频出力以实时能量价格来结算，这样会导致提供调频里程量无法得到合理的补偿。对于不区分上下调频的情况，同一调频资源可以在一定范围内上下调频，有利于提高调频资源的利用率，但只有单一的调频容量需求和单一的调频价格，无法有效区分上调频和下调频的容量成本。对于区分上下调频的情况，则有利于上下调频的报价，市场价格能够给予合理的机会成本补偿。当系统各机组的上下调频的成本差别不大时，可以选择采用不区分上下调频；反之，则应该区分上下调频。

2)里程定价

对于考虑里程定价的市场，主要有两种定价方式。一种是以PJM为代表的统一定价方式：以调整后的容量报价和里程报价之和作为排序依据；为了使里程报价和容量报价的单位一致，PJM设置了里程调用率来进行调整，该参数是同一类信号资源的里程调用率，不是单个报价资源的，即平等对同一类信号的全部资源，不考虑单个资源的里程调用率；然后以所有中标资源中的调频报价的最大值作为里程出清价格，该里程出清价格是指单位调频容量所能提供里程量的价格，而不是单位里程的价格,结算时不考虑单个资源的调频里程量。这种定价方式是将里程折算成容量来定价，由于其里程调用率主要只是区分两种不同的调频信号(A和D信号)的调频量的差别，在同一种调频信号内各调频资源没有区分度。另外一种是以CAISO为代表的分别定价方式：分别计算调频容量需求和调频里程需求；以容量报价和里程报价作为排序依据，根据系统调频里程系数来确定里程中标量，按边际出清，分别确定容量价格和里程价格；该里程价格是指单位里程的价格，在结算时，按照各个调频资源的实际里程来结算。本质上，这两种方式是一致的，其初始的里程报价都是指单位里程的价格，在定价时都考虑了历史的里程调用率，但不同的是里程调用率的计算方法和使用途径。PJM的里程调用率只区分两种不同的调频信号(A信号和D信号)，在同一种调频信号内不区分各调频资源的里程量；而且将里程价折算成容量价，按照容量的需求进行出清。CAISO则是考虑了每个调频资源和系统的里程调用率，按照系统的里程需求来出清。因此，选择哪种定价方式，关键在于各调频资源的里程调用率的差别大小，若只有快速调频和慢速调频的区别，可选择PJM的方式；若各调频资源的差别都很大，则可以采用CAISO的方式。

3)市场时序

市场组织时序主要是指报价、中标(确定市场中标量)和定价(确定市场价格)的时间安排，这里的中标量主要是针对调频容量的中标，调频里程的中标量是机组根据系统实时情况共同调整出力来确定，调用机制与其里程报价没有直接关系。其中，报价一般是在中标和定价之前；而中标在定价之前，或者中标定价同时完成。理论上，报价、中标和定价的时间越靠近实时调度，其价格越能反映实时的供需情况，但是由于电力功率实时平衡、提前安排机组组合等物理特性的限制，在实时报价并出清容易产生较大的市场力，因此在美国调频市场中，报价基本都是在日前完成。美国调频市场组织时序主要的不同在于中标和定价的时序安排，可分为时前中标实时定价(PJM)、日前中标和定价两种形式(CAISO和ERCOT)。对于PJM，在日前市场上ISO联合优化出清能量、备用、调频，但对调频不进行结算，在时前再重新联合优化出清，确定调频资源的机组组合和中标调频容量，在进入运行小时以前，机组必须按照指令将其出力水平调整到调频出力水平，即在时前完成了调频市场中标；在进入运行小时以后，ISO联合优化出清能量、备用和调频，确定实时市场LMP、调频容量价格、调频里程价格，完成了调频市场定价。对于CAISO和ERCOT，ISO在日前出清调频市场，同时确定其中标量和市场价格。由于时前中标实时定价方式所采用的预测数据更加准确，尤其是对新能源相关数据的预测，使得其市场价格更加能够反映当时系统的调频需求，适用于新能源接入比例较高的电力系统。

4)机会成本计算方式

机会成本计算方式主要分为两类，一类是以PJM为代表的统一核算方式，一类是以CAISO为代表的市场主体自行申报的方式。理论上，这两种方式都可以反映调频资源的机会成本，其区别在于计算机会成本的主体不一样：统一核算方式下由一个集中的机构统一核算，在市场出清中保证其机会成本的回收；自行申报方式下由市场主体根据自身的成本、交易情况及对整体市场的预测自行测算并反映到总的报价中，能否真正回收相关机会成本很大程度上取决于其对市场情况的预测的准确性。两种方式没有绝对的好坏之分，本质是“集中式”和“分散式”市场机制的区别，市场中选择哪种方式与整体市场的设计及相关技术、经济条件有关。对于没有能力预测或者控制其机会成本的调频资源，统一核算方式能减少其机会成本不确定性的风险，提高市场的稳定性。在机组启停、出力均由市场主体自行决定的情况下，自行申报方式更加能够反映各市场主体自己的意愿，其实现资源优化配置的条件是市场信息透明、对称，市场主体也有较强的市场意识和正确报价的能力。PJM电力市场中存在自调度和池调度两类发电资源，自调度资源的出力水平完全是自己决定的，因此认为其容量报价中已经含了机会成本，PJM另外核定的调频机会成本为0；但对于池调度的发电资源，其向PJM分别申报启停成本、空载成本和微增成本，由PJM进行调度并保证其成本的回收，市场主体对机组的出力很难控制，其机会成本也很难预测，因此采用统一核算机会成本的方式。

5.2 对中国电力市场改革的启示

美国的调频辅助服务市场是在已建立能量市场的基础上设计的，不断改进以提高市场效率，优化资源配置。中国电力市场改革正处于发展初期，能量市场和调频市场都尚在建设中，在借鉴美国电力市场经验时，需要充分考虑国内的电力市场现状[25-27]。

中国现阶段的年度和月度电量市场(简称电量市场)与国外能量市场的最大区别在于交易标的。电量市场的交易标的是年度或者月度的电量交易，市场结果没有形成电力调度曲线；能量市场的交易标的是各机组在运行日内各调度时段(小时或几分钟)的实际出力，形成电力调度曲线。由此可见，两者在机组组合和实时调度的方式存在较大的区别。由于发电容量有限，调频市场除了受能量市场的影响以外，还与备有市场、容量市场等密切相关，在设计调频市场时，必须同时考虑不同的容量产品之间的相互影响。

“十三五”规划明确规定启动辅助服务市场试点，辅助服务市场可能先于能量市场建立[27]，即先在电量市场基础上建立调频市场，然后逐步过渡到能量市场，可以将中国电力市场改革建设路径划分为3个阶段：①过渡阶段，电量市场+调频市场；②初级阶段，能量市场+调频市场；③成熟阶段，能量市场+备用市场+调频市场+容量市场。下面结合美国电力市场的经验,为中国提出不同阶段下建立调频市场的建议。

1)过渡阶段

在电量市场上建立调频市场，最大的特点是调度机构根据当前系统状态、计划电量和中长期市场电量来统一安排各机组发电、备用和调频的容量，调频容量的价格难以发现，并且提供调频服务几乎不会影响机组在电量市场的收入，使得调频的机会成本难以申报或计算。在该阶段的调频市场，调频市场的交易标的主要是调频里程，采用单位调频时段内机组的爬坡容量作为其调频容量，不需要考虑容量市场价格和机会成本，考虑到中国当前的调度模式，可以选择双向的调频产品。调频资源主要是满足考核要求的自动发电控制(AGC)机组，并且要求所有调频主体必须报价。在里程定价方面，调频资源可以申报单位里程的价格，采用历史的里程调用率对初始报价进行调整，使得其单位为元/MW，以满足系统调频容量需求进行出清。在报价和结算机制中引入调频性能指标，对初始报价进行调整，在结算时按照实际里程量来结算。在市场组织时序方面，可采用日前报价、时前中标和定价的模式，以反映更准确的调频需求。为了避免用户电价变化较大，调频成本由所有的发电资源来承担。

2)初级阶段

在建立起电力现货市场以后，调频市场的交易标的应该增加调频容量。在调频资源方面，可逐渐引入FRR等资源。市场报价必须考虑调频容量及其机会成本，机会成本的计算方式要考虑市场的整体设计理念和框架，以及市场的发展阶段。相对来说，统一核算方式的计划性更强，市场更容易控制，而市场主体自行申报方式对市场主体市场意识、信息发布等的要求更高。同时，设置不同的控制信号，以区分传统调频资源与FRR，对不同的调频资源设置不同的报价调整机制与补偿机制(收益因子)。调频费用可以逐渐由发电侧承担过渡到由所有的负荷用户来承担。

3)成熟阶段

随着电力市场的不断发展，逐步建立备用辅助服务市场，在现货市场上采用能量、备用、调频联合优化的出清模型，为发电资源提供准确的价格信号。同时，可建立不同类型发电容量的容量市场(如快速调节容量市场等)，为不同类型的发电容量提供不同的更为准确的长期投资经济信号；最终的成本分摊应该由不同类型的用户来承担，即按照“谁受益，谁承担”的原则，对系统稳定性影响较大的用户，应该缴纳更多的辅助服务费用，从发电侧和负荷侧共同提高电力系统稳定性。

6 结语

随着可再生能源的不断发展，调频需求日益增大，为了更好地优化配置不同的调频资源，尤其是调节性能更好的新式电源技术(如储能装置)，合理的定价机制显得尤为重要。为此，FERC提出改进调频市场定价机制，引入调频里程价格、调频性能指标、机会成本。本文主要梳理了美国PJM，CAISO，ERCOT等电力市场的调频市场的相关规则，分别从交易标的、里程定价、市场组织时序、机会成本计算方法等主要环节进行比较分析，并总结其适用条件。最后，结合中国当前电力体制改革现状，针对不同市场阶段提出建设调频市场定价机制的具体可行的建议。

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