摘 要：需求响应机制对于缓解中国当前的供需矛盾、提高资源的利用率具有重要的意义，新加坡有着较 为成熟的需求响应机制。首先，介绍新加坡电力市场的改革历程及当前主要运营机制，重点介绍新加坡现 货市场下的需求响应机制，分析其结算机制，概括总结新加坡需求响应机制的特点和实施效果；然后，通 过 IEEE30 节点系统算例对不同市场场景下需求响应的实施效果进行讨论；最后，基于中国当前现货市场 单边交易机制，提出近期中国开展现货市场需求响应的启示和思路。
（来源：中国电力 作者：张兰，张经纬，肖云鹏，荆朝霞，陈柏柯，关玉衡，罗钢，白杨）
0 引言
打破垄断、引入竞争机制、优化电力资源的 配置，是当前电力市场改革的重点工作。需求响 应是缓解电力系统供需矛盾、提高资源利用率的 有效手段。促进需求响应资源在市场中的参与， 关键是设计完整的需求响应机制，而这一机制的 设计与电力市场的类型密切相关。当前国外许多 电力市场已经建立了较为完善的现货市场需求响 应机制，对国外电力市场需求响应机制进行深入 研究，总结市场运行规律，可有效指导中国现货 市场需求响应机制建设。
新加坡国家电力市场（NationalElectricity MarketofSingapore，NEMS）是亚洲第一个解除管 制的电力市场，于 2003 年开始正式运行，由现货 市场和零售市场组成。目前对新加坡电力市场的 研究较多。文献 [1-2] 介绍了新加坡电力市场的运 营机制及改革历程，讨论了新加坡电力体制改革 的利弊；文献 [3] 从价格机制出发介绍了新加坡现货市场和零售市场的特点，提出了中国电力市 场价格机制的设计建议；文献 [4] 从风险管理的 角度出发，分析了新加坡电力市场的结算机制及 结算算法；文献 [5] 介绍了新加坡现货市场需求 响应机制实施前用户的负荷需求弹性及价格响应 行为；文献 [6] 对新加坡居民用户的负荷曲线进 行建模，提出了居民用户可行的需求响应方式； 用户的需求响应行为与需求响应市场机制密切相 关，文献 [7-9] 结合市场改革历程，分析了新加坡 现货市场需求响应机制的运营与结算；文献 [10] 对需求响应资源参与后新加坡现货市场出清机制 进行了介绍，并分析了需求响应资源的激励与补 偿机制；文献 [11] 分析了新加坡现货市场机制下 需求响应用户作为价格接受者的报价策略。
本文在上述文献的基础上，跟踪新加坡需求 侧响应机制最新的变化，并进行深入分析，提出 对中国电力市场的建议。
1 新加坡电力市场体制
新加坡的电力供应较为充裕，2018 年用电量 为 504 亿 kW·h，总装机容量为 13 646 MW，电力 最高负荷为 7071 MW，仅为总装机容量的 52%[12]。 从电源结构来看，以火力发电为主，占比高达97.1%，在火力发电的电源中，天然气占据主导地 位，且占比逐年增加，其次是燃油和煤炭。
新加坡电力工业在 1995 年正式开始市场化竞 争的道路，1998 年建立了电力供应批发市场。当 前的市场管理机构主要为能源市场管理局 （EnergyMarketAuthority，EMA）和能源市场公 司（EnergyMarketCompany,EMC）。EMA 作为监 管机构，负责保证电力市场提供可靠、经济、高 效的电力供应，旗下设立了独立的电网调度机构 （PowerSystemOperator，PSO），负责市场用户 的优化运行调度；EMC 负责筹建和运营新的批发 市场，并于 2003 年建立了现货批发市场。
随着现货市场的成立，新加坡零售市场也逐 步放开，用户参与的限制条件从 2001 年的用电功 率高于 2000kW，逐渐放开至 2015 年的月用电量 大于 2000kW·h，使得更多的商业用户能够参与 零售市场。2018 年，新加坡实施“开放电力市场 （openelectricitymarket，OEM）”政策，允许一 般的家庭和商业用户自由选择零售商，电力市场 开启了全电量零售业务。
现如今，新加坡已经建立了较为完善的发电 和零售电力市场，并引入了每 30min 进行一次现 场竞价的批发电力市场，监管框架也日益完善。 新加坡电力市场运营框架如图 1 所示。
2 现货市场需求响应机制
新加坡电力现货批发市场仅由实时市场组 成，电能量和辅助服务作为市场运营产品，以30min 为时间尺度进行联合优化出清。电力用户 可以通过 2 种方式参与现货市场：一是作为可中 断负荷参与备用市场；二是提交负荷削减报价， 参与现货电能量市场。可中断负荷机制最早于 2004 年实施，允许最小负荷削减量达到 0.1MW 的用户在系统失稳的条件下提供备用服务，并给 予用户相应的备用补偿，目前提供可中断负荷服 务的用户注册容量为 27.5MW[13]。可中断负荷的 容量及调用率较低，且仅参与新加坡备用市场， 无法对电能量市场中的价格飙升现象进行响应， 因此需求响应机制特指用户在电能量市场中提供 负荷削减报价的机制。
在 2003 年现货市场刚成立时，需求响应资源 尚未参与，现货市场在某些高峰时期会出现潮流 阻塞及价格飙升现象。为进一步开放电力市场， 减少现货市场高峰电价，提高电力系统运行可靠 性，2016 年 EMC 正式开始运行现货市场需求响 应机制，允许零售商和负荷削减容量在 0.1MW 以上的竞争性用户在现货市场中提交需求响应报 价，并根据出清和调用结果获得相应的激励补 偿，若实时响应结果与出清结果偏差较大，需求 响应用户还将面临相应的惩罚。
2.1 报价内容
在实时运行开始前 65min，发电企业和需求 响应用户需要提交发电报价和需求响应报价。
2.1.1发电侧报价
发电企业需要提交电能量和辅助服务报价， 以及发电机组的相关运行参数。电能量报价最多 由 10 个电量-价格段组成，表示不同价格下发电 企业愿意提供的发电量，报价上限是 4500 新加 坡元/(MW·h)，下限是–4500 新加坡元/(MW·h)。 辅助服务报价主要包括调频报价和备用报价，其 中备用报价又包括主要备用报价、二次备用报价 和紧急备用报价。每种辅助服务产品报价最多由 5 个电量-价格段组成，没有价格下限，调频、主 要备用和紧急备用的报价上限分别为 300、4250 及 3250 新加坡元/(MW·h)。
2.1.2需求侧报价
需求响应用户提交的报价主要包括总负荷 量、负荷削减量-价格段（最多 10 段）和负荷爬 坡率。其中总负荷量表示负荷削减量没有调用时 的负荷值，应该比申报的各段负荷削减量的总和更大；负荷削减量-价格段表示不同价格下用户愿 意削减的负荷量，这一价格必须大于某一价格下 限，通常这一价格下限较高，因此只有当电能量 价格较高时才会发生负荷削减；负荷爬坡率包含 负荷向上爬坡率和向下爬坡率，指明负荷达到调 度水平值所需要的时间。
2.2 出清机制
考虑需求响应用户报价后，新加坡现货市场 出清机制如图 2 所示。 在发电企业与需求响应用户提交报价前，PSO 会首先公布系统的负荷需求和调频需求；发电报 价和需求报价提交后，PSO 将会根据市场出清模 型（marketclearingmodel，MCM）[10]，结合网络 拓扑对发电企业和需求响应用户的报价进行联合优 化，得到发电资源和需求响应资源的优化调度 结果。
2.3 结算机制
通过执行 MCP，可以分别得到电能量平衡约 束、备用平衡约束和调频平衡约束的拉格朗日乘 子，进而计算出各个节点的电能量、备用和调频 价格，作为发电企业的结算价格。PSO 每 0.5h 对 各个负荷节点的电能量价格进行加权平均，得到 统一新加坡电能量价格（uniformSingaporeenergy price，USEP），作为零售商和其他电力用户参与 现货市场的结算价格。
批发市场采用“事前定价，事后定量”的方 式按日结算，即在每个交易时段开始前确定该时 段的结算电价，之后按市场参与者实际发、用电 量进行结算。
系统的辅助服务费用按“谁受益、谁承担” 的原则进行分摊。调频费用由用户和运行机组共 同承担，备用费用由该时段运行机组分摊，出力较高的机组和可靠性较低的机组分摊比例更大。 其他辅助服务（如黑启动）由 EMC 与发电商通过 双边合同进行购买，费用由用户均摊。
对于需求响应用户，EMA 还设置了专门的激 励与惩罚机制，促进和规范需求响应资源在现货 市场中的参与。
2.4 需求响应机制总结
2.4.1需求响应机制的特点
新加坡需求响应机制具有 4 个明显特点：一 是存在较高的激励补偿机制；二是需求响应报价 存在较高的报价下限；三是存在严格的惩罚机 制；四是需求响应用户的基准负荷（未削减时的 总负荷）由用户自行申报。
新加坡需求响应机制为用户的需求响应行为 设置了较高的激励补偿价格，这一补偿费用最终 由所有用户共同承担。激励补偿总量为附加消费 者福利的 1/3，剩余的 2/3 由所有用户共享，因此 用户在需求响应机制中始终作为获利方。
新加坡需求响应报价地板价设置为平衡归属 价格（balancevestingprice，BVP）的 1.5 倍。BVP表示采用最经济发电技术并且容量占比达到新加 坡总需求 25% 以上的发电机组进入市场后的长期 边际成本。这一地板价多数都高于现货市场实时 电价，因此需求响应的调用机会较少，减少了需 求响应用户的投机行为，但也抑制了需求响应的 实际参与度。2018 年，需求响应参与时段占比仅 为 2.35%。为了进一步激励需求响应资源的参与 力度，EMA 在 2019 年对现有的需求响应机制进 行了初步的改进尝试，决定降低需求响应报价的 地板价，由 1.5 倍 BVP 降低到 1.3 倍 BVP，并在 2020 年第一季度进行试运行，根据试运行结果决 定是否进一步降低地板价至 1.1 倍 BVP。
新加坡需求响应机制为用户的负荷调度偏差 设置了较高的惩罚价格，这一设计也是为了规避 用户的投机行为。如果负荷调度偏差的惩罚较 小，远低于参与需求响应能够获得的利润，那么 用户会通过申报虚假的负荷消费量寻求获利机 会。较高的需求响应报价地板价和严格的惩罚机 制相配合，能够促使需求响应用户申报真实的负 荷需求，以免因为实际负荷调度偏差产生严厉的 惩罚，从而有效规避投机行为。
新加坡需求响应用户的基准负荷由用户自行 申报，而不由调度机构进行核定，这对用户侧负 荷预测的精度提出了较高的要求。如果用户无法 准确预测实际负荷，那么在实时市场中会受到较 为严厉的惩罚。而在美国 PJM、CAISO 等市场 中，需求响应用户的基准负荷由 ISO 根据工作 日、休息日的历史负荷进行核定[14]，这一机制虽 然降低了用户由于预测不精确而受到惩罚的风 险，但也提高了用户投机的可能性，用户可以通 过人为提高历史基准负荷的方式来投机，例如在 削减日前一周额外增加用电量，此外在正常的工 业减产活动中，用户也容易产生投机行为。
2.4.2需求响应机制的实施效果
新加坡现货市场需求响应机制最明显的实施 效果是缓解了线路潮流阻塞和价格飙升的现象。
需求响应机制实施前，在负荷高峰时期，由 于输电线路存在功率传输限值，系统容易出现阻 塞现象。在 2015 年，新加坡电网产生潮流阻塞的 线路共有 10 回，产生阻塞的时段共有 200 个，占 全年总调度时段数的 1.14%；需求响应机制实施 后，需求侧资源的调用缓解了发电侧的压力，减轻了系统的阻塞现象，在 2016 年，新加坡全年阻 塞线路降至 6 回，阻塞时段总数也降低到 10 个； 到 2018 年，阻塞时段总数进一步降低到 3 个，在 全年绝大多数时段，新加坡节点电价间的差异不 超过 10 新加坡元/（MW·h）。
需求响应机制实施前，当发电机组出现非计 划停运时，由于只能调用成本较高的发电机组进 行发电，容易产生价格飙升现象。在 2015 年，日 平均 USEP 高于 210 新加坡元/（MW·h）的天数共 有 6 天，最高日平均电价达 到 5 3 0 新加坡元 / （MW·h）；需求响应机制实施后，成本更低、 灵活性更高的负荷资源可以用来代替发电资源， 系统能够以较低的经济成本保证发电与负荷的实 时平衡，有效缓解价格飙升现象；在 2016 年，日 平均 USEP 高于 210 新加坡元/（MW·h）的天数只有 1 天，最高日平均电价为 280 新加坡元/（MW·h）。
4 对中国需求响应机制设计的启示
中国现阶段电力供需矛盾较大，集中体现在 发电资源与需求分布的不平衡。供需不平衡决定 了中国必须要通过远距离大容量输电线路进行电 能的传输，在负荷高峰期，部分输电线路/断面难 以满足功率传输要求，系统容易出现阻塞现象。
中国电力现货市场正处于建设初期阶段，包 括南方（以广东起步）在内的多个电力现货市场 采用的是发电侧报量报价、用户侧报量不报价的 市场模式[15-16]。在这一模式下，市场出清采用的 是发电企业的发电报价和调度机构的负荷预测， 用户侧无法在日前和实时市场中提交反映自身用 电价值的报价，造成了对市场主体的区别对待， 用户侧无法充分参与市场，仅是作为价格接受 者，对高电价缺乏响应能力。另外，由于用户侧 缺乏需求响应能力，在夏季负荷高峰期，阻塞现 象较为严重，部分省区由于自身发电能力不足， 可能会存在持续供电缺口，造成调度机构强制性 切负荷等行为。
参考新加坡需求响应模式，同时考虑到现阶 段需求响应用户的市场化进程较短，无法充分认 识市场规律，因此，近期需求响应机制可考虑面 向实时可控负荷开放，单次响应容量不低于 1MW。 具备完善的负荷管理设施、负控装置和用户侧开 关设备，实现重点用能设备用电信息在线监测， 且运行状态良好的市场用户优先。满足上述条件 的市场用户通常具有较为精准的负荷预测能力， 能够有效避免因为负荷预测偏差导致的相应 惩罚。
考虑需求响应后，在日前市场中，发电侧申 报电量电价，用户侧申报用电需求，需求响应用 户还需申报负荷削减量-价格段，报价上下限设置 与发电报价相同。调度机构根据发电报价、需求 响应报价及调度机构的负荷预测进行出清，得到 发电企业、需求响应用户的中标量。需求响应用 户的负荷削减中标量是否调用取决于调度机构，若未得到调用，则用户的用电量不能低于日前申 报用电需求的 95%；否则将面临一定的惩罚。
日前市场中成功中标的需求响应用户都将获 得容量补偿费用，若负荷削减中标量在实时得到 调用，还将获得电量补偿，补偿价格为实时电 价，日前申报的用电需求按照日前市场电价结 算。若需求响应用户的实时调用结果与出清结果 的偏差较大，需求响应用户将面临一定的惩罚， 此举可以在一定程度上规避用户的投机行为。
随着电力现货市场建设的推进，市场模式将 逐步从单边交易机制过渡到双边交易机制，最终 建成电能量与备用联合优化的电力现货市场模式[17]。 在不同的市场阶段，需充分考虑需求响应资源在 市场中的作用[18]，结合市场交易品种及特点，设 计需求响应资源参与市场的运行机制及保障机 制，最大化需求响应资源带来的社会效益。
5 结语
论文梳理了新加坡电力市场的改革历程及运 营机制，重点分析了新加坡现货市场下的需求响 应机制，并用 IEEE30 节点系统算例对新加坡现 货市场需求响应机制在不同阻塞情况、不同报价 下限以及不同供需比下的市场实施效果进行了讨 论，基于中国当前现货市场运行机制，提出了近 期中国开展现货市场需求响应的启示和思路。 不同国家由于政策背景不同，电力市场化改 革的模式和路径也有所差异，没有普遍适用的电 力市场模式。新加坡需求响应机制在激励用户侧 提供辅助服务方面仍存在不足之处，因此，在借 鉴新加坡需求响应机制的同时，也需要结合中国 电力工业所处的发展背景，设计符合中国国情的 需求响应机制。
