电力市场中发电厂竞价策略研究

I摘 要电力市场化是当今电力工业发展的必然趋势，它引起了电力工业产权结构的变革，同时引发了一系列新的技术问题。本文针对电力市场中的发电商竞价策略问题进行了研究，首先介绍了电力市场的运营交易模式及出清电价结算机制。其次，把竞价问题看成是竞价者和市场之间的零和二人混合对策问题来制定竞价方案的方法，给出了竞价方案，指出了发电厂应根据自己成本来进行竞价。接着介绍了电力市场中发电厂商竞价现状和博弈论方法，最后用概率论描述竞争对手的报价行为，建立了不完全信息下的基于概率论的双层竞价策略模型，提出了针对该数学模型的求解算法及框架，即用遗传算法寻优，从而得到最优报价参数。关键词：电力市场；博弈论；竞价曲线；遗传算法；竞价策略II目 录第一章 绪 论 .1第二章 电力市场的运营交易模式及出清电价结算机制 .42.1 电力市场的概念 .42.2 电力市场的结构和运营模式 .52.3 电力市场的交易模式 .82.4 电价的形成机理 .102.4.1 市场出清价结算机制 .102.4.2 电力市场出清电价的形成过程 .11第三章 电力市场中发电厂商竞价现状和博弈论方法 .143.1 发电厂商竞价策略研究现状 .143.2 按成本分析进行报价 .153.3 电力市场中发电厂商竞价的博弈论方法 .163.3.1 博弈论的基本概念 .163.3.2 博弈的战略式表述 .183.3.3 博弈论的分类 .183.3.4 纳什均衡 .193.4 博弈理论在发电厂报价中的应用 .203.4.1 发电厂商的竞价策略 .203.4.2 有功负荷的最优分配 .21第四章 不完全信息下发电商的竞价策略 .244.1 采用概率论描述竞争对手的报价行为 .244.2 不完全信息下发电商竞价策略模型 .264.3 遗传算法简介 .274.4 遗传算法的解算原理 .28总 结 .31参 考 文 献 .33致 谢 .351第一章 绪 论概 述电力是具有自然垄断特性的准公共产品，多年以来，电力行业在世界各国都由国家进行垄断经营，无一例外的实行发、输、配、售垂直一体化的垄断型结构，由政府进行电价调控和生产调度。随着全球经济的迅速增长，电力工业面临着前所未有的挑战，电力工业高度垄断经济的负面影响逐步体现出来，电力工业缺乏竞争压力，经营管理因循守旧。严重阻碍了技术进步乃至社会生产力的提高。增加电力工业的活力，自 20 世纪 80 年代末起，电力工业的市场化在全世界的范围内展开，电力工业的经营方式正面临着重大的改革。尽管各国的改革方案不尽相同，但改革的核心都是打破垄断，通过在电力行业引入市场机制来进行资源的优化配置和利用，从而为社会提供更廉价、更可靠的电力。到目前为止，全球已有不少国家都进行了电力工业的市场化改革。早在上世纪八十年代智利和英国就开始了电力工业改革，是世界上最早进行电力工业市场化的国家。随后美国、日本、澳大利亚、挪威、瑞典、新西兰，印度、阿根廷、智利及东欧国家都先后卷入了这股电力工业改革的洪流，并激励了世界上其他各国的市场化发展进程。尽管有美国加州电力市场失败的教训，但更多的是成功的经验。在世界电力工业改革大潮的推动下，我国的电力改革也正在逐步深化。1998 年开始，在辽宁、吉林、黑龙江、山东、上海和浙江 6 个电网内开展模拟电力市场。2002 年底，电力工业进行了资产重组，新成立了 11 家电力公司。2004 年，规划了东北、华东、南方、华中、华北和西北 6 个区域电力市场。着眼于电力工业在新形势下的新发展， “厂网分开、竞价上网”推进电力市场化改革已经成为共识。2011 年进入“十二五”规划，电力体制改革开始实施“主辅分离”方案。2电力工业的市场化，导致电力的调度、运行、结算等一系列的环节都发生了较大的变化，同时也带来了一些新的问题。新的运营环境要求采用先进的经济手段和研究新的技术支撑方法，以保证电力市场的高效运行。在此背景下，电力市场基本理论、特别是电力市场中发电厂商竞价策略研究电力市场运营技术以及电力市场技术支持领域的研究已成为当前电力市场研究的关键和热点。新的电力市场环境给电力工业提出了更高的要求和许多值得深入研究的课题，总体来看，电力市场理论研究的方向大致分为九个方面，分别为政策环境和市场结构、电价体系、交易机制、技术支持、市场环境下的调度和控制、市场机制下电力系统安全稳定分析方法和控制策略、电力市场经济稳定性及阻塞管理机制、电力市场中安全与经济的协调以及市场环境下输电网络管理。研究发电商在电力市场环境下的竞价策略问题以及分析电力市场中发电商的策略性行为就是技术支持领域中的一个热点问题。发电商的竞价策略是指发电商在电力市场进行电力交易时根据市场规则进行报价决策时所采取的一整套策略。在理想的、完全竞争的电力市场中，发电商为了最大化个体利润，其最优的竞价策略是将电力价格设定在系统边际成本。但由于电力工业存在着许多特殊性，如存在进入壁垒(投资规模大)、市场成员相对固定而且个数有限、输电约束和输电损耗等问题，在给定的地区内只有有限的若干电厂参与竞争，电力市场事实上更接近于寡头垄断的市场。这样，发电商可以不按边际成本作为竞价策略，而是利用电力市场结构和规则的不完美性，合法的进行投机来获得更大的利润。对于发电商而言，策略性的报价可以增加自身的利益。尤其是我国的电力市场刚刚起步，新组建的发电公司对市场环境还不熟悉，急需完善的报价策略理论作为指导，以及高效的报价辅助决策工具来帮助决策人员和报价人员进行报价决策。所以本课题的研究具有重要的理论和实际意义。对于电力运营者而言，必须提供有效的竟价算法和规则，使所有参与竞3价的电力用户处于平等和合理的地位；同时竞价算法还应使竞价的过程公正和高效的进行。因此研究和考察发电公司的报价行为，有助于考察发电公司滥用市场力的行为，从而识别市场结构和市场规则中存在的漏洞，促进电力市场政策法规的不断完善。所以本课题的研究结果对制定电力市场的政策有一定的帮助。4第二章 电力市场的运营交易模式及出清电价结算机制2.1 电力市场的概念狭义的电力市场一般是指发电市场、输配电市场、供电市场、用电市场、电建市场等。广义的电力市场，可以根据商品的市场属性和电力商品的特殊性加以说明，但目前还没有统一的定义。目前比较流行的定义为：电力市场是采用法律、经济等手段，本着公平竞争、自愿互利的原则，对电力系统中发电、输电、供电、用电等各环节的成员，组织协调运行的管理机制和执行系统的的总和。电力市场的管理机制是指，主要借助经济手段进行管理，不同于传统的行政管理机制。电力市场的执行系统包括贸易场所、计量系统、计算机系统、通信系统等。电力市场的基本特征是：开放性、竞争性、计划性和协调性。与传统垄断的电力系统相比，电力市场最大特征是具有开放性和竞争性。与普通商品市场相比，电力市场则具有计划性和协作性。电力市场的实质是通过建立一个充满竞争和选择的电力市场运营环境来提高整个电力工业的经济效益。竞争和选择是电力市场相互依存的两个方面。对发电商来说，电力市场的本质是引入竞争机制，使各发电公司提高效率，从而获得更大的经济效益；对电网公司来说，电力市场的本质是按照公平、公正、公开的原则，以实现全社会福利最大化的目标进行经济调度和运营，实现资源的优化配置；对电力用户来说，电力市场的实质是为他们提供了选择电力供应商的权利，使他们能获得低价优质的电能。电力市场的总体目标是：打破垄断，引入竞争，提高效率，降低成本，健全电价机制，优化资源配置，促进电力发展，推进全国联网，构建政府监管下的政企分开、公平竞争、开放有序、健康发展的电力市场体系。52.2 电力市场的结构和运营模式电力工业放松管制后出现了许多全新的实体。这些实体包括：发电商、发电经纪商、电力交易中心、系统操作员、辅助服务供应商、电网拥有者、计划协调者、配电商和零售商。研究和确定这些实体的功能及其组合，以及相应的市场结构和交易模式，是电力市场成功运营的前提。电力市场与普通商品市场一样，生产者按照“边际收益等于边际成本”的收益最大化原则确定产量，既存在垄断，也存在竞争。从世界各国电力工业的发展来看，总的趋势是朝着完全竞争的市场结构发展。在不同电力管理体制下，电力市场的运营模式可以分为以下 4 种：(1)垄断模式集发电、输电、配电为一体，进行统一垄断经营，如图 21 所示。为限制垄断利润，国家通过法律法规手段对电价实行管制。图 21 垄断模式这种模式在一段时期内，对工业积累资金、大规模滚动发展、统一电网规划和建设起到了重大的作。但随着电力供应的不断扩大，电力供需矛盾的缓和，这种模式的弊端就逐步显露出来。国家已不堪电力投资的重负，而且6国有资产的增值、保值责任难以落实。因此这种模式已不能适应当今电力市场的发展，必须引入竞争的市场机制。(2)发电竞争模式该模式即厂网分开、竞争上网的运营模式。在这一模式下，输电和配电仍然是垄断经营。这种模式允许存在独立发电商 IPP(Independent Power Producer)，但 IPP 生产的电力仍由电网垄断企业单独收购，再卖给广大电力用户。IPP 的出现表明，发电侧电力市场得以形成，单一购买者从许多不同的发电商中选择，以鼓励发电阶段的竞争。不允许直接进入输电网络卖电给最终用户。购买中介在输电网和与最终用户的交易上有垄断权。这是将竞争引入到电力工业的最初模式，如图 22 所示。图 22 发电竞争模式(3)趸售竞争模式这种模式的标志是：发电竞争，输电网开放(但配电网仍然垄断经营)，大用户获得选择权，其核心是输电网开放。签于此，又有人将其称为电力转运模式。发电企业公平竞争、竞价上网，允许电力大用户直接从发电企业购买低价的电力，通过统一电网或互联电网予以转运。所谓转运就是由发电企业和用户直接签订购电合同，通过交纳过网费的办法，利用输配电网，由输电公司负责转运电能。在电力转运模式中，有竞争的发电市场，也有垄断经7营的输电市场和竞争的销售市场。这一阶段是电力市场的成长阶段，在发电与电网分离后，输电与配电分开经营、发电竞争、输电网丌放，并提供有偿的服务：配电公司对最终用户仍然有垄断权。发电、输电、配电以及售电各个环节之问的交易流向如图 23 中的实线箭头所示。图 23