电力的特殊物理属性主要有三个方面:一是以光速传输,且目前大规模电能存储技术不成熟、不具经济性,即发电、输电、配电、用电瞬时完成,因而电力系统运行必须保证实时平衡,即电力的供应量和需求量时刻保持平衡;二是电能在共用输配电网络中流动的路径由物理定律决定的,而不是通过购售电合同来人为确定,因此,任何一个电力市场必须要有一个统一的交易管理平台,负责电力交易(无论是实物双边交易还是现货交易)的电网安全校核和阻塞管理。
传统的电力系统安全经济调度是按照以下方式来实现的:每年初由政府电力管理部门制定年度发用电(量)计划和年分月发用电(量)计划;然后逐月由电力调度中心滚动修改月度发电(量)计划,并初步形成月分日发电(量)计划;到生产运行日的前一天,电力调度中心需要根据次日负荷预测曲线、电源和电网运行和检修状况、电网和电源的运行约束等,制定次日各发电机组的开停机计划(也称为机组组合或开机组合)和出力曲线、调频和备用以及无功电压调整等辅助服务安排,即所谓的日发电计划和辅助服务计划,在电力供应紧张时,还要对用户侧制定有序供电计划;最后在生产运行日内,调度中心的调度员还要根据电网实时平衡和安全稳定运行的需要,对发电机组进行再调度,调整一些机组在部分时段的出力水平,甚至启停机。发电机组的自动发电控制系统(AGC)也会根据系统频率的偏差自动调整调频机组的出力水平,以保障系统的动态实时平衡。由此可见,传统的电力调度中心就是这个系统运行的“总指挥部”,随时发出不同的调度指令来保证系统平衡。因此,电力系统作为人类历史上最大的一台“机器”,它的“运行”和“操作”是有特定的技术规则,要求这个系统的每一个主体都必须遵守。电力市场化改革必将会改变调度机构的运作方式,将传统电力调度中心的职责区分为电力交易和电网安全调度两部分,从而使电能的发、用数量和价格可以像普通商品一样由购售双方协商决定,但正由于上述提到的电力商品的特殊物理属性,无论双边合同期限长短,都必须要求购售双方按约定曲线发、用电,保证发、用电功率的实时平衡。
需要强调的是,由于确切的开机组合通常是提前24小时才能确定,相应电网安全约束及其他特殊机组出力的约束也才能同时确定下来,因而,不论购售双方在日以上的时间段达成了什么样的合同(财务结算合同或实物交割合同),都必须在生产日前(日前市场)通过竞价,或由购售双方自行协商形成一条可以在次日执行的电力(功率)曲线,并告知电力系统的运行者(电力交易中心、电力调度中心)。
同样,电能在当日的每个时间段都按照电力电量平衡的原则进行安排,由于影响电力系统运行的干扰因素始终存在,如气温的预报偏差对空调负荷影响、发用电设备意外停机、临时检修等,都会造成在日前市场已经形成的电力电量平衡,在生产运行日内还会出现不平衡问题,市场环境下同样要为这些随时出现的临时不平衡进行调整,这就是实时平衡市场。不同负荷性质的用户即使在中长期市场上拿到同样的电价,由于受到实时平衡市场对发电和用电平衡的要求,负荷不稳定的用户最终平均购电价将高于同样交易电量但负荷稳定的用户。
由于电力运行的特性主要表现在电力的实时平衡、有功功率和频率的耦合、无功功率和电压的耦合。为保持电力实时平衡,市场主体中还需要保留一部分旋转备用或可中断负荷;为保证频率和电压的稳定,需要预留调频调压资源;同时为避免电力系统这台“大机器”本身可能会完全“停机”的风险,还必须预留重新启动这台机器所需要的黑启动资源。这些都是市场主体需要承担的辅助服务义务,这些义务同样需要建立辅助服务市场,由发电和用电双方,按照“谁受益,谁付费”原则,进行辅助服务交易。