一、引言：PJM 市场的”双结算”架构

PJM 是美国最大的区域性电力市场之一，覆盖 13 个州及哥伦比亚特区，服务人口超过 6500 万。PJM 的能源市场采用双结算系统，由两个相互关联又各有侧重的子市场构成：

• –日前市场（Day-ahead Market）

• –实时市场（Real-time Market）

两个市场共享同一套核心逻辑——先做调度运行（基于安全约束的经济调度），再做定价运行（计算节点边际价格 LMP ）。但二者的时间尺度、功能和结算方式截然不同。本文聚焦于日前市场，深入拆解其运行机制、参与主体与核心概念。

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二、什么是日前市场？

日前市场是一个兼具远期金融与物理调度功能的市场。它的核心任务是：在电网实际运行的前一天，确定下一个运行日（Operating Day）每小时的机组启停计划和结算价格。

2.1 市场功能

日前市场的首要功能让市场参与者以具有约束力的日前 LMP 买卖电能，从而锁定价格，规避实时市场中因负荷波动、机组跳机、天气突变等因素带来的价格风险。与此同时，输电客户也可以利用日前市场来安排双边交易并锁定拥堵成本（Congestion Cost）。

2.2 参与者要求

PJM 对日前市场参与者的要求分为”强制”与”自愿”两类：

• –必须参与
  
  所有拥有容量资源（Capacity Resources）的参与者——包括通过可靠性定价模型（RPM, Reliability Pricing Model）或固定资源需求（FRR, Fixed Resource Requirement）承诺的机组——即便处于停机状态，也必须向日前市场提交报价。
• –自愿参与
  
  非容量资源的发电机、虚拟交易、需求侧资源可自愿选择是否参与。

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三、日前市场运行时间线

日前市场的运行遵循严格的时间窗口，整个流程在一天之内完成：

在 11:00 至 13:30 的清算时段内，PJM 会联合使用以下核心软件工具进行建模与计算：

• –RSC
  
  （Resource Scheduling & Commitment，资源调度与承诺）：确定机组的启停计划和初步经济调度方案
• –SPD
  
  （Scheduling, Pricing and Dispatch，调度定价与分派）：计算节点边际价格
• –SFT
  
  （Simultaneous Feasibility Test，同步可行性测试）：验证调度方案是否同时满足所有电网安全约束

系统在上述工具的协同下，以最低系统总生产成本为目标，在满足电网安全和可靠性约束的前提下，得出每小时的机组物理承诺和日前 LMP。

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四、需求报价（Demand Bid）

需求报价（Demand Bid）是用户在日前市场中提交的购电意愿，代表负荷服务实体（LSE, Load Serving Entity，也就是市场中的买方）承诺在下一个运行日的每个小时以日前价格购买的电量。日前市场调度运行的核心目标，就是以最低成本的发电组合来满足这些聚合后的需求报价。

4.1 需求报价的类型

PJM 支持两种类型的需求报价：

固定需求报价（Fixed Demand Bid）：买方仅指定电量（MW，兆瓦）和位置，不指定价格敏感性，无论市场价格如何，都按此电量购电。

价格敏感型需求报价（Price-Sensitive Demand Bid）：买方同时指定电量（MW）、位置和一个”分派价格”（Dispatch Rate），表示当市场价格高于该价格时，买方不再愿意购买。此类报价必须以单报价块（Single Bid Block）的形式提交，即一个 MW 点对应一个价格点。

4.2 报价限制与价格上限

为防止极端报价和市场操纵，PJM 对需求报价施加了一系列限制：

• –价格上限
  
  价格敏感型需求报价的最高申报价格为 $2,000/MWh，加上适用的惩罚因子后，硬性上限为 $3,700/MWh。
• –电量筛查（Volume Screening）
• PJM 会自动拒绝超过 LSE 每个小时”需求报价限额”（Demand Bid Limit）的报价。该限额的计算方式为：（区域峰值需求参考点 × 1.3） 或者 （区域峰值需求参考点 + 10 MW），取两者中的较大值。
• –例外与修正
  
  如果因特定原因（如政府授权拍卖、兼并收购等）导致实际负荷可能超过上限，LSE 可申请豁免；若报价被拒绝，也可在 11:00 日前市场关闭前减少申报电量并重新提交。

4.3 需求报价与 LMP 定价

价格敏感型需求报价具有设定价权——它们和其他资源一样，如果恰好是”边际资源”（ Marginal Resource，即最后一个被接受以满足负荷需求的那一笔交易），就有资格决定节点边际价格（LMP）。

4.4 极端情况下的作用

需求报价是衡量系统紧张程度的关键基准：

• –最大发电紧急情况（Maximum Generation Emergency）
• 如果日前需求报价在全部发电机满负荷运行的情况下仍无法满足，PJM 将发出最大发电警告（Maximum Generation Warning），并逐步执行应急程序，将剩余的价格敏感型需求报价削减为零，此时 LMP 由被削减的最高价格敏感型需求报价决定。
• –最小容量紧急情况（Minimum Capacity Emergency）
• 如果日前需求报价低于所有发电机以最低技术出力运行时的总发电量，PJM 则宣布最小容量紧急状态以处理过剩发电。

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五、虚拟交易（Virtual Bid）

虚拟交易（Virtual Bid）是 PJM 日前市场中极具特色的金融工具。它们不涉及物理发电或用电，纯粹是财务性的，与物理发电机和实际负荷一起参与日前市场定价。

虚拟交易分为两种类型：

• –增量报价
  
  （Increment Offer，简称 INC）：交易者以某一价格在日前市场”卖电”，相当于扮演发电机的角色，在建模中扮演能量注入（Energy Injection）
• –减量竞价
  
  （Decrement Bid，简称 DEC）：交易者以某一价格在日前市场”买电”，相当于扮演负荷的角色，在建模中扮演能量流出（Energy Withdrawal）

5.1 必要性：为什么需要虚拟交易？

虚拟交易虽无物理实体，却在日前市场中扮演着 “润滑剂与纠偏器” 的关键角色。其必要性主要体现在以下三个维度：

一、促进价格发现并设定价格（Price Discovery）

虚拟交易在日前市场中完全有资格成为边际资源，从而直接设定日前节点边际价格（Day-ahead LMP）。通过在特定位置模拟额外的供应或需求，它们帮助塑造了次日每小时的调度计划和价格基准，使日前市场价格能够更精准地反映系统的真实边际成本。

二、提供财务套利工具，促使市场价格收敛（Price Convergence）

虚拟交易是日前市场中”纯财务套利”的核心工具。如果参与者预测某节点的日前价格高于实时价格，可以提交增量报价（Inc，扮演虚拟发电机），在日前市场以高价卖出电能，待实时运行后再以低价买回等量电能平仓；反之，若预测日前价格低于实时价格，则可提交减量竞价（Dec，扮演虚拟负荷），在日前市场低价买入，实时运行后高价卖出。这种套利行为在客观上不断施加市场压力，使得日前电价与实际物理运行的实时电价趋于一致，即价格收敛（Price Convergence），从而显著提升了整个能源市场的定价效率。

三、提升市场流动性与对冲物理风险（Liquidity & Hedging）

由于打破了”必须拥有物理资产”的限制，虚拟交易为 PJM 市场引入了大量资金与流动性。与此同时，拥有实际物理机组的发电商或购电方也可以利用虚拟交易来对冲自身面临的风险——例如，机组因不可预见故障被迫停机，或极端天气导致负荷突变时，现货市场的价格波动可以通过虚拟头寸得到对冲，从而降低经营风险。

5.2 申报规则

• –合格位置
  
  可在任何枢纽点（Hub）、物理发电机或负荷的结算节点、剩余计量负荷节点以及指定的接口点申报
• –价格上限
  
  最高报价/竞价上限为 $2,000/MWh
• –数量限制
  
  如果虚拟交易的总量过大可能导致系统性能问题，PJM 有权限制每个参与者最多 3,000 个虚拟交易段

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六、传输拥堵交易（Up-to-Congestion, UTC）

传输拥堵交易（Up-to-Congestion，缩写 UTC，可理解为”最高拥堵费报价”机制）是 PJM 日前市场独有的特殊出价机制。其核心目的，是让输电客户能够明确设定：为了完成一笔从源节点（Source）到目标节点（Sink）的电能传输，他们最高愿意支付多少拥堵费。

6.1 必要性：为什么需要 UTC？

电网中，两个节点之间的电价差（LMP 差值）主要由输电拥堵（Congestion）引起。如果输电客户盲目提交双边交易而不设上限，一旦日前市场出现极端拥堵，可能面临巨额拥堵费账单。UTC 的必要性体现在以下三方面：

精准控制拥堵成本风险（风险对冲）：UTC 赋予客户设定明确价格上限的能力（在 -$50/MWh 到 $50/MWh 区间内），将拥堵费支出锁定在可控范围内，避免因极端市场波动而承担不可预见的损失。

提供自动削减机制（Curtailment）：UTC 本质上是一种带触发条件的交易指令。它可以被理解为向 PJM 市场发出的信号——”只有当拥堵成本在我的承受范围内时才执行交易；一旦成本超标，请直接削减（Curtail）我的交易”。

基于价差出清（LMP Spread Clearing）：UTC 不针对绝对电价竞价，而纯粹基于源节点与目标节点之间的总 LMP 价差进行市场出清。这一设计使其与拥堵风险直接挂钩，简洁高效。

6.2 运作示例

为便于理解，假设电力交易商 Company A 计划在日前市场中将 100 MW 电能从节点 X（发电侧）输送至节点 Y（用电侧）。在无拥堵的理想情况下，X 和 Y 的电价相同，无需支付额外拥堵费；但若通往 Y 的线路容易拥堵，Y 的电价可能飙升。Company A 提交一笔 UTC 报价，设定其愿意支付的最高拥堵价差为 $20/MWh。

根据日前市场最终清算结果，可能出现两种情形：

情形一：交易成功出清

日前市场计算得出：

• –
  
  节点 X 的 LMP = $30/MWh
• –
  
  节点 Y 的 LMP = $45/MWh
• –
  
  实际价差 = $45 − $30 = $15/MWh

实际价差（$15）低于 Company A 设定的最高上限（$20），因此 UTC 交易成功出清。Company A 顺利完成电能传输，实际支付 $15/MWh 的拥堵费。

情形二：交易被自动削减

通往节点 Y 的线路严重过载，需要调用极其昂贵的边际机组：

• –
  
  节点 X 的 LMP = $30/MWh
• –
  
  节点 Y 的 LMP = $90/MWh
• –
  
  实际价差 = $90 − $30 = $60/MWh

实际价差（$60）远超 Company A 设定的上限（$20），该笔 UTC 交易被自动拒绝（削减）。Company A 虽未完成电能传输，但成功规避了 $60/MWh 的巨额拥堵损失。

6.3 限制条件

• –价格区间
  
  UTC 报价必须在 -$50/MWh 到 $50/MWh 的严格范围内，超出将被拒绝
• –位置限制
  
  必须从 PJM 维护并公布的合格源/汇列表中选取
• –数量限制
  
  与虚拟交易类似，PJM 有权将每名参与者的 UTC 交易限制在最多 3,000 笔

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七、日前市场的”两步走”流程

日前市场在技术实现上分为两个紧密衔接的步骤：调度运行（Dispatch Run）与定价运行（Pricing Run）。

7.1 第一步：调度运行

在调度运行中，RSC 软件基于所有物理发电机报价、需求报价、虚拟交易和 UTC 报价，在满足安全约束的前提下，以最小化系统总生产成本为目标，求解出一个经济调度方案。这一步骤的输出是：每台机组的启停状态（Commitment Status）和各小时的物理出力计划。

由于机组的启停状态在现实中是二元的——要么开机（1）、要么关机（0），调度运行采用的是混合整数规划（MIP, Mixed-Integer Programming）方法求解。

7.2 第二步：定价运行

定价运行的任务是从调度运行得到的物理方案出发，计算出最终的金融价格（即日前 LMP）。这一步不改变机组的物理承诺结果，但引入了 PJM 的一项重要技术：整数松弛（Integer Relaxation）。

什么是整数松弛？在调度运行中，机组的启停状态是严格的0 或 1二元变量。但在定价运行中，对于合格快速启动资源（Eligible Fast-Start Resources），PJM 允许其启停状态变量在 0 到 1 之间的任意值上松弛。

为什么要这么做？快速启动资源（如燃气轮机）通常具有非常窄的可调度范围，最小技术出力与最大出力之间的区间很小。这导致它们在传统的二元模型下很难成为”边际机组”（Marginal Unit）来设定价格。整数松弛让这些资源在 0 到其经济最大出力之间实现完全可调度（Fully Dispatchable），从而使它们能够：

1. [01] 主动设定 LMP

1. [02] 将其启动成本（Start-Up Cost）和空载成本（No-Load Cost）纳入日前市场价格

两步走的逻辑总结：

调度运行决定了现实——哪些机组会实际开机运行；定价运行则利用整数松弛技术，让灵活性不足的快速启动机组也能参与价格发现，最终形成公平、准确的市场价格。

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八、结算：日前锁定，实时纠偏

在双结算系统中，日前市场的结算是按照调度运行得出的每小时计划电量，乘以定价运行得出的每小时日前 LMP 来进行的。这部分结算代表了市场参与者具有约束力的财务承诺（Binding Financial Commitment）。

而实时市场仅对实际电量与日前计划之间的偏差部分（Deviations）进行结算：

• –
  
  如果发电机日前卖出 100 MW，实际发了 110 MW，则多发的 10 MW 按实时 LMP 获得支付
• –
  
  如果实际只发了 90 MW，则少发的 10 MW 需要按实时 LMP 买回

一言以蔽之：日前市场确立了基准计划和绝大部分财务结算，实时市场处理物理偏差并对偏离基准的部分进行财务清算。

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九、结语

PJM 的日前市场是一套设计精密、规则完备的电力交易机制。它通过远期合约锁定价格、多种交易品种发现价格、两步走的调度与定价流程保障物理可行性与财务公平性。理解日前市场，是理解整个 PJM 电力市场体系的基石，也为我国电力市场改革提供了重要的国际参考。

无论是需求报价的价格发现功能、虚拟交易的流动性注入，还是整数松弛的技术巧思，这些设计都指向同一个目标：在保障电网安全运行的前提下，通过市场化手段实现全社会福利的最大化。

本文基于 PJM 官方手册 Manual 11 等公开规则整理，仅供学习参考，不构成投资建议。