基于遗传算法的区域电力市场日交易计划.pdf

华北电力大学（北京） 硕士学位论文 基于遗传算法的区域电力市场日交易计划 姓名：张文强 申请学位级别：硕士 专业：电力市场 指导教师：王雁凌;董志恒 20060601 华北电力大学工程硕士专业学位论文 摘要 本文通过对区域电力市场日交易计划的研究，建立了区域电力市场发电侧日交 易计划的数学模型。该数学模型考虑了机组组合问题，还考虑了以边际电价和机组 实际报价的两种结算方式。 论文应用遗传算法求解数学模型，并针对标准遗传算法中存在的问题，采用了 一个十进制一二进制混合编码的遗传算法，并结合区域电力市场同交易计划模型 的特殊性，对算法设计和求解中的若干关键技术，包括：约束处理技术、遗传算子 设计和算法效率优化等进行了研究。最后运用分布式协同方法求解，并进行基 于N E T 的程序架构设计，对于提高算法效率，解决遗传算法的收敛问题都较有利。 关键词：区域电力市场，日交易计划，遗传算法，分布式协同方法 A B S T R A C T T h i st h e s i si sm a i n l yo nr e s e a r c ho ft h eR e g i o n a lP o w e rM a r k e t ，a n dm e t h o d st o c o n s t r u c tam a t h e m a t i c sm o d e lo fo p t i m i z e dD a i l yG e n e r a t i o nS c h e d u l eU n d e rR e g i o n a l P o w e rM a r k e t I nt h i sm o d e l ，n o to n l yu n i tc o m m i t m e n to ru n i tf e e so fs t a r tu pa n d s u s p e n s i o ni sc o n s i d e r e d ，b u ta l s ot h et w oc l e a r i n gm e t h o d sb a s e do nu n i f i e dm a r g i n a l c o s ta n dp r a c t i c a lb i d d i n gp r i c e S i n c et h e r ea r es o m ed e f e c t si nt r a d i t i o n a l o p t i m i z a t i o nm e t h o d ，G A ( g e n e t i c A l g o r i t h m ) i sp r o p o s e dt os o l v et h i sm a t h e m a t i cm o d e l M e a n w h i l e ，ad e c i m a l b i n a r y h y b r i dc o d i n gG Ai sp r o p o s e db e c a u s eo ft h ed e f e c t si ns t a n d a r dg e n e t i ca l g o r i t h mb a s e d o nb i n a r ye n c o d i n ga n dd e c o d i n gt e c h n i q u e s A c c o r d i n gt ot h es p e c i a l t yo ft h em o d e l ， s o m ec r i t i c a lt e c h n i q u e s ，s u c ha sc o n s t r a i n s - h a n d l i n gt e c h n i q u e ，g e n e t i co p e r a t o rd e s i g n a n da l g o r i t h me f f i c i e n c yo p t i m i z e dm e t h o d ，a r es t u d i e d I nt h ee n d ，D i s t r i b u t e dR e g i o n a l C o o p e r a t i v eA l g o r i t h mi su s e dt os o l v et h em o d e l ，a n dw h a t sm o r e ，N E Tb a s e dp r o g r a m c o n s t r u c t i o nd e s i g ni sa l s oc o n d u c t e d Z h a n gW e n q i a n g ( E l e c t r i ce n g i n e e r i n g ) D i r e c t e db yp r o f W a n gY a n l i n g K E YW O R D S ：R e g i o n a lP o w e rM a r k e t ，D a i l yG e n e r a t i o n S c h e d u l e ，G A ( g e n e t i c A l g o r i t h m ) ，D i s t r i b u t e dC o o p e r a t i v eA l g o r i t h m 华北电力大学工程硕士专业学位论文 摘要 本文通过对区域电力市场日交易计划的研究，建立了区域电力市场发电侧日交 易计划的数学模型。该数学模型考虑了机组组合问题，还考虑了以边际电价和机组 实际报价的两种结算方式。 论文应用遗传算法求解数学模型，并针对标准遗传算法中存在的问题，采用了 一个十进制一二进制混合编码的遗传算法，并结合区域电力市场同交易计划模型 的特殊性，对算法设计和求解中的若干关键技术，包括：约束处理技术、遗传算子 设计和算法效率优化等进行了研究。最后运用分布式协同方法求解，并进行基 于N E T 的程序架构设计，对于提高算法效率，解决遗传算法的收敛问题都较有利。 关键词：区域电力市场，日交易计划，遗传算法，分布式协同方法 A B S T R A C T T h i st h e s i si sm a i n l yo nr e s e a r c ho ft h eR e g i o n a lP o w e rM a r k e t ，a n dm e t h o d st o c o n s t r u c tam a t h e m a t i c sm o d e lo fo p t i m i z e dD a i l yG e n e r a t i o nS c h e d u l eU n d e rR e g i o n a l P o w e rM a r k e t I nt h i sm o d e l ，n o to n l yu n i tc o m m i t m e n to ru n i t f e e so fs t a r t u pa n d s u s p e n s i o ni sc o n s i d e r e d ，b u ta l s ot h et w oc l e a r i n gm e t h o d sb a s e do nu n i f i e dm a r g i n a l c o s ta n dp r a c t i c a lb i d d i n gp r i c e S i n c et h e r ea r es o m ed e f e c t si nt r a d i t i o n a lo p t i m i z a t i o nm e t h o d ，G A ( g e n e t i c A l g o r i t h m ) i sp r o p o s e dt os o l v et h i sm a t h e m a t i cm o d e l M e a n w h i l e ，ad e c i m a l b i n a r y h y b r i dc o d i n gG A i sp r o p o s e db e c a u s eo ft h ed e f e c t si ns t a n d a r dg e n e t i ca l g o r i t h mb a s e d o nb i n a r ye n c o d i n ga n dd e c o d i n gt e c h n i q u e s A c c o r d i n gt ot h es p e c i a l t yo ft h em o d e l ， s o m ec r i t i c a lt e c h n i q u e s ，s u c ha sc o n s t r a i n s - h a n d l i n gt e c h n i q u e ，g e n e t i co p e r a t o rd e s i g n a n da l g o r i t h me f f i c i e n c yo p t i m i z e dm e t h o d ，a r es t u d i e d I nt h ee n d ，D i s t r i b u t e dR e g i o n a l C o o p e r a t i v eA l g o r i t h mi su s e dt os o l v et h em o d e l ，a n dw h a t Sm o r e ，N E Tb a s e dp r o g r a m c o n s t r u c t i o nd e s i g ni sa l s oc o n d u c t e d Z h a n gW e n q i a n g ( E l e c t r i ce n g i n e e r i n g ) D i r e c t e db yp r o f W a n gY a n l i n g K E YW O R D S ：R e g i o n a lP o w e rM a r k e t ，D a i l yG e n e r a t i o nS c h e d u l e ，G A ( g e n e t i c A l g o r i t h m ) ，D i s t r i b u t e dC o o p e r a t i v eA l g o r i t h m 声明 本人郑重声明：此处所提交的工程硕士专业学位论文基于遗传算法的区域电 力市场日交易计划，是本人在华北电力大学攻读工程硕士专业学位期间，在导师 指导下进行的研究工作和取得的研究成果。据本人所知，除了文中特别加以标注和 致谢之处外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得 华北电力大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同丁作的同志 对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 学位论文作者签名：i 竺壁垒 日期 阳j6 关于学位论文使用授权的说明 本人完全了解华北电力大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权 保管、并向有关部门送交学位论文的原件与复印件；学校可以采用影印、缩印或 其它复制手段复制并保存学位论文；学校可允许学位论文被查阅或借阅；学校 可以学术交流为目的，复制赠送和交换学位论文；同意学校可以用不同方式在不同 媒体上发表、传播学位论文的全部或部分内容。 ( 涉密的学位论文在解密后遵守此规定) 导师签名： 日 期： 华北电力大学工程硕士专业学位论文 引言 我国电力市场理论研究是从2 0 世纪9 0 年代初期开始，我国政府电力管理部门 和一批电力专家学者开始致力于研究电力工业市场化改革问题。1 9 9 3 年国家财政部 与世界银行签署了关于“中国电力体制改革战略选择”合作研究项目，同年在北京 举行了“中国电力体制改革战略选择国际研讨会”，研究的主要结论是由于中国情 况多样化，各省应当根据自己的实际，选择不同的政企分开模式，发电厂之f 日J 应当 尽可能的引入竞争机制，电力的终端销售仍可维持垄断经营模式。在1 9 9 5 年1 2 月 的全国电力工业会议上，电力部进一步明确指出，随着大量独立法人的发电公司出 现，介于发电厂与用户之间的电网就将成为电力交换的场所，电力市场机制的建立 将成为电力运营的基本点。 以于尔铿、占茂松、曾鸣等教授为代表的电力市场研究学者，围绕着电力市场 的相关问题，也丌始对我国电力市场的建立进行研究。他们的研究成果指出，我国 电力工业管理体制改革的核心内容，应该围绕政企分开，减少政府干预，电力企业 进行重组，打破垄断，引入市场竞争机制，建立电力市场，使电力工业进行市场化 改革等问题进行。于尔铿教授认为电力市场的发展可分为四个阶段：( 1 ) 发电、输电、 配电、用电的各环节统垄断经营：( 2 ) 在发电环节引入竞争，而输电、配电、用电 环节仍保持垄断经营；( 3 ) 在发电、输电环节引入竞争，而配电、用电环节仍继续保 持垄断经营；( 4 ) 在发电、输电、配电、用电各环节间均引入市场竞争。曾鸣教授认 为，建立全国性电力市场最有利于资源优化配置，但鉴于我国客观实际情况，只能 首先建立能有效管理的区域性电力市场，尤其是省市级电力市场，然后再考虑电力 市场引入竞争的范围、运行模式和原则。 由上可见，电力工业市场化改革及电力市场建立的研究，有着基本相同的方向 和共同的目标，即通过电力工业进行市场化改革，构建竞争性的电力市场，将整个 电力工业的发电、输电、配电、售电环节纳入到市场经济的框架之中，通过电力市 场的竞争，实现电力资源的优化配置。但是，建立电力市场的过程是个极其复杂和 困难的过程，必须依照我国电力工业实际从电网的客观实际出发，逐步的推进电力 市场化进程。 区域电力市场是我国建立电力市场的一个重要阶段。在我国，电力市场化改革 的研究重点一直主要是在厂网分离、电力企业重组、竞价上网等问题上，而区域电 力市场的研究还没有放到应有的地位。区域电力市场是各省电网之间电量交易的场 所，主要由区域电网内的跨省( 市) 电网购、售电者、区域电网直接调度电厂等构成。 区域电力市场的建立，其重要的目的是打破现已明显存在的省电网之间的电力交易 壁垒，同时，在更大区域电网范围内实现电力资源的有效配置。随着我国能源战略 华北电力大学工程硕士专业学位论文 地位的日益突显，优化配置能源的要求同益迫切，在区域电网的层次上构建电力市 场，将最终促进全国电网的联网，极大促进电力资源在大范围内实现优化配置。因 此，研究我国区域电力市场的相关理论，具有重要的现实意义。讵因为如此，本文 以基于遗传算法的区域电力市场日交易计划为选题，希望通过对区域电力市场相关 领域的研究，为我国电力工业市场化改革做出一份贡献。 2 华北电力大学工程硕十专业学位论文 第一章绪论 1 1 研究本课题的目的与意义 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、用户等各成员组织协调运行的管理机制和执行系统的总和。它 的基本特征足开放性、竞争性、计划性和协调性。 在我国，长期以来，电力是公共产品，电力工业是公用事业和网络性产业，具 有自然垄断性特点。电力行业过去一直是垄断的传统领域，电力行业实行发、输、 配、售垂直一体化的区域性独占的市场结构。随着现代科技和经济理论的发展，特 别是本世界7 0 年代末和8 0 年代初美国网络开放理论研究的突破，我国电力行业自 然垄断的观念受到美国、英国等发达国家电力工业改革实践的挑战，这些国家的改 革实践和探索证明：垄断产业的非网络经营业务具有竞争性的潜质，不具有自然垄 断性。其理论核心是：网络经营者应与网络使用者分丌，网络经营业务应与非网络 经营业务分开，即具有自然垄断性的输、配电业务与非自然垄断性的发、售电业务 分离，前者继续实行区域性独家垄断，但价格由国家管制，网络和电力市场必须开 放，允许非网络所有者按市场规则和技术标准使用网络，后者由一家独占变为多家 竞争。 由上可见，我国电力改革的重点是建立竞争性电力市场，打破传统的垂直一体 化的行业组织结构，按照产业链将发电、输电、配电和售电分成四个独立的业务。 在发电和售电环节引入竞争机制，建立市场竞争规则和市场交易制度，而输电和配 电环节继续被视做天然垄断领域，政府实施更为有效的干预和监管方式。 与传统垄断的电力系统相比，电力市场具有开放性和竞争性，但与普通的商品 市场相比，电力市场具有计划性和协作性。电力系统是相互紧密联系的，任一个成 员的操作，均将对电力系统产生影响。所以要求电力市场中的电力生产、使用、交 换具有计划性。同时由于电力系统要求随时做到供需平衡，所以要求电力市场中的 供应者之问、供应者与用户之间相互协调。 如今，电力工业实施市场化改革已经成为全球的发展趋势。许多国家对电力工 业解除了管制，有智利、英国、美国、澳大利亚和北欧四国等，些发展中国家的 电力市场化步伐也在加快，尤其是东南亚国家，正在重构电力工业，引入竞争机制。 随着我国改革进程的深入，市场经济体制的成熟，我国电力工业的发展也出现 了新的情况。目前，我国形成了由国家、外资、地方和华能等多家办电的局面，这 极大缓解了电力供应的紧张局面。但是，由于产权的多元化也就造成了利益主体多 元化，在这种情况下，如何协调好各方的经济利益就成为一个非常重要的问题。对 华北电力大学工程硕士专业学位论文 待不同产权的发电主体，可能存在两种倾向，一种是对系统内的电厂采取保护主义， 不顾电厂的机组效率而优先保证其多发，这种做法降低了社会效益，不利于节约形 社会的建设。另一种倾向是，为了吸引投资，只要是外资电厂，就给予优惠条件， 使其不承担任何风险就可获得利润，这种做法无形中损害了国家利益。而且近几年 我国民间资本有较大增长，以上两种倾向也不利于民间资本进入电力投资领域。因 此在新形势下，应该创造出健康的平等竞争环境，使不同的投资者，在承担同等风 险情况下皆有利可图。 综上，必须建立合理的、公平的、广泛的电力市场，给予每个投资者以平等竞 争的机会。我国电力市场改革工作随着国家电力公司在1 9 9 9 年选定上海、浙江、 山东、辽宁、吉林和黑龙江作为全国第一批发电侧电力市场试点单位在我国正式展 开，省级电力市场试点工作取得了一定的经验和教训。2 0 0 4 年，东北和华东区域电 力市场相继开始启动，2 0 0 5 年1 1 月，南方区域电力市场也开始模拟运行，这标志 着我国电力行业垄断坚冰开始解冻，电力供应由政府控制向市场调节的转变迈出的 具有决定意义的一步。2 0 0 5 年9 月3 0 日，国家电力监管委员会华北监管局在北京 举行揭牌仪式。至此，国家电力监管委员会设立的华北、东北、西北、华东、华中、 南方6 个区域电力监管局全部组建完成。这标志着我国电力市场的监管体系建设和 市场化改革又迈出了实质性的一步，也为我国区域电力市场的建立打下了坚实的基 础。 但是，目前我国区域电力市场的发展还存在一定的不足，主要表现在以下方面： 区域电力市场目前还处在模拟运行和试运行阶段，区域电力市场运营机构正在完善 之中，相关的法规也不健全，相关的技术理论不够完备。因此，作为电力工程技术 人员，对区域电力市场相关理论展开研究，就具有一定的实质性意义。 1 2 电力市场的发展状况 1 2 1 国外电力市场综述 智利和英国早在二十世纪八十年代初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。随后阿根廷等拉丁美洲国家也加入了这个行列。到九十 年代电力市场得到了更加广泛和迅速的发展，美国、澳大利亚、挪威和亚洲一些国 家都分别建立了不同模式的电力市场。 在区域电力市场方面，国外的经验也较少，美国的P J M 电力市场可以说是一个 比较成功的区域市场的典型。P J M 最初是由宾夕法尼亚州( P e n n s y l v a n i a ) 、新泽西 州( N e wJ e r s e y ) 、马里兰州( M a r y l a n d ) 三个洲组成的电力联营体，目前服务区域 包括7 个州和1 个特区7 9 ，0 0 0 平方英里的面积，拥有发电机组6 6 8 台，总装机容 4 华北电力大学r 程硕士专业学位论文 量6 7 ，2 6 9 M W ，输电线长度1 3 ，0 0 0 英里。P J b t 的规模与我国的一个区域电网规模相当。 P J M 既是系统运行机构又是市场运营机构，其主要职能包括：系统集中控制与 调度；电力市场运营；管理输电网价格和输电服务；制定区域电网扩展规划并协调 各成员之间的电源规划等。可以说P J M 市场是一个统一区域电力市场的典型。P J M 的能量市场包括同前市场和实时能量平衡市场。同前市场是一个现货交易市场，买 卖双方在中午1 2 点前向市场报价，市场在满足负荷和各用户需求的情况卜 决定机 组运行计划，使电力生产的总消耗最小；下午4 点，P J M 市场向市场参与各方公j R 前市场的交易结果，并开放市场电量平衡市场，在下午6 点前，市场参与者可在 实时市场报价交易。实时市场作为日前市场的一个有效补充，增强了电网的司靠性。 在份额上，日前市场可能占了总交易额的8 0 ，实时市场进行剩下的2 0 的交易。 1 2 1 1 智利电力市场 智利的电力系统以水电为主，约占整个电力系统的7 0 。智利是电力市场改革 的先锋，从1 9 7 8 年就开始了改革的尝试，1 9 8 2 年通过的电力法中总结了1 9 7 8 年 开始建立的市场环境：所有发电商通过竞争以获得供电定单；输电系统向所有市场 成员丌放，并向市场成员收取使用费；发电公司的出力运行通过“发电商俱乐部” 协调，以保证全系统运行成本最小；其电价体系基于边际供电成本；售电电价为边 际供电成本、输电费用、以及系统平均配电成本之和。 智利电力市场取得了预期效果，除了受到水情以及燃料价格的影响外，电价基 本平稳，且接近长期边际成本：私人资金踊跃投入到电力部门的发展，不仅有力地 支持了本国每年6 的负荷增长率，而且使私人发电商获得了可观的赢利。但其多年 的市场运行实践也暴露出一些问题，主要包括两方面：首先，输电系统的定价体系 不完善，造成电网发展缺少投资：其次，售电定价不完善，未能在电价中体现安全 费用和电能质量费用。 1 2 1 2 英国电力市场 英国的电力企业从1 9 8 7 年开始进行私有化，1 9 8 9 年的电力法( E l e c t r i C i t Y A c t ) 更为电力工业的私有化提供了法律依据。在英国政府的领导下，英国电力工业 有计划、全面推行电力工业体制改革，于1 9 9 0 年3 月3 1 日建立了采用单一的联营模 式的E n g l a n d W a l e s 电力市场，引入发电厂的竞争，形成了以国家电网公司( N G C ) 为核心的电力联营机制。1 9 9 9 年5 月英国最终完成了电力工业的私有化进程，其电 力市场己经开放至高于1 0 0 k W 用电量的两千多万用户。 上网的发电厂每天将次R 的竞投价格曲线报给市场，然后N G C 在对次日负荷预 测的基础上制定发电计划并确定未来一天的上网电价。第二天N G C 按照制定的发电 计划对发电厂进行实时调度，并根据实际情况( 负荷改变或系统故障) 对发电计划做 华北电力人学工程硕上专业学位论文 必要的修改。电网最终支付给发电厂的费用根据一个结算系统( S e t t l e m e n tS y s t e m ) 计算得到。英国电力市场中的交易价格是根据“最后成交竞投( L a s tA c c e p t e dB i d ) 价格”而修证得到的统一市场价格。电力联营体( P o w e rP o o l 或P 0 0 1 ) 将所有发电厂 和用户的竞投数据分别按照价格上升和下降的次序排列并累计画出相应的供需盐 线，供需曲线的交点就是市场的成交价格( M a r k e tC 1 e a r i n g P r i c eM C P ) 。所有在 供需曲线交点左边的竞投都会以统一的M C P 实现交易。这样所确定的市场成交价格 没有考虑系统安全性和其它的运行约束，称为无约束调度。有些交易可能在实际情 况中是不能完成的，因止L M C P 还需要进行修正才能确定最后的市场交易价格。 经过一段时间的运行，英国政府发现现存的市场有很多需要关注的问题，特别 是发电机竞投的电价通常不能反映实际的成本。由于E n g l a n d W a l e s 电力市场存 在两个占据主导地位的发电商，因此缺乏足够的竞争。虽然自1 9 9 0 年以来英国的发 电成本逐步降低了大约一半，但是却没有引起相应电价的下降。其中一个很重要的 原因是现行模式使用统一的市场成交价格，这个价格容易受到少数大电力公司的影 响，从而成为他们控制电价的工具。1 9 9 8 年英国提出了新的以双边合同为主体的市 场模式，以期引入更多的竞争。同年英国政府在电力政策白皮书中确认了这个改革 方向，并且制定了详细的实旌计划。这个新的市场模式自2 0 0 0 年开始使用，其大致 的市场流程如图1 1 所示。 图1 1 英国电力市场模型的交易流 1 2 13 澳大利亚电力市场 澳大利哑是联邦制国家，电力工业的管理和发展主要由州政府负责，改革前的 电力工业，作为公用事业出州电力委员会或能源委员会、水电委员会直接管理，政 企合一，垄断经营。 澳大利亚自1 9 9 0 年开始对电力工业进行改革，于1 9 9 1 年5 月成立了国家电网管 理委员会( N a t i o n a lG r i dM a n a g e m e n tC o u n e i l ，简称N G M C ) 。澳大利亚建立电力市 场的原则是在发电和电力供应中引进竞争机制，要求丌放国家电网，允许私营电厂、 国有公司及公有、私有用户在大电力系统中进行公开交易，从而增加市场成员的选 择范围。至1 9 9 6 年2 月，新南威尔士州的电力行业彻底实现了发电、输电、配电的 华北电力人学工程硕士专业学位论文 分离，其发电部分由太平洋、碉塔、麦跨利三个独立的发电公司构成；7 个配电公 司负责电网的管理和零售；越网公司正式从大平洋电力公司中分离出去变成独立公 司，管辖1 3 2 千伏5 0 0 于伏电网；此外，还有2 5 个独立电力零售商，从事零售电 业务。 电力市场提供给发电公司和配电商一个电力批发交易市场。这种交易分为现货 交易与合同交易。现货市场每天都运行，并且报价与数据处理以每周5 N 为基础进 行。 | 1 了场和系统操作人员按照计划所确定的时间去发布电价预报，由市场确定电网 实时电价，并随后发布。在电力市场开始运营后，有两个月的实时电价管理期，可 使市场各参与方有时间进行商务合同的谈判。在这个期间实行峰、平、谷电价，发 电公司以最低报价发电，发电公司和配电商在市场一丌始就签订有给予实时电价一 定裕度的合同。配电商或终端大用户除向电力市场按4 8 个时段变化的市场价购电 外，也可以与发电公司直接签订购电合同。 1 2 1 4 美国电力市场 最早的电力市场出现于美国。美国电力市场的形成经历了一个较长的自然发育 过程。美国从5 0 年代丌始，在不同电力公司的电网问出现了紧急功率交换，随后， 为了增加系统的可靠性，各电力公司问开始进行联合运行，这蝗操作的基础是电力 贸易。最早的电力贸易是两两电力公司之间进行的，没有协调和中间机构。7 0 年代 起，出现了电力合作组织( P o w e rP 0 0 1 ) ，在各电力公司间实行经济功率交换，它实 际上起到了电力市场的作用。例如佛罗里达电力联合集团F C G ( F l o r i d a C o o r d i n a t i n gG r o u p ) ，其组织形式就属于P o w e rP o o l 。 八十年代F C S c h w e p p e s 提出的实时电价( S p o tP r i c e ) 理论，是电力市场理论 研究的里程碑。此后的一段时间里，美国不断发表了有关建立电力市场的理论研究 成果。于1 9 9 8 年，美国加州电力市场成立，目的是在电力供应中引入激烈的竞争， 允许用户有选择权，建立I S O 和P x 并通过实时市场、双边贸易和差价合同( C o n t r a c t f o rD i f f e r e n c e s C F D ) 等形式提供电力贸易。市场参与者包括发电厂、电力交易 所( P x ) 、计划协调者( S C ) 、独立系统运行员( I S O ) 、配电公司( U t i l i t y D i s t r i b u t i o nC o m p a n y ， U D C ) 、零售商( E n e r g yS e r v i c eP r o v id e r ) 和用户。 i s o _ 币n P X 是最重要的两个电力市场部门。I S O 负责调度、电网运行、提供输电服 务和拥挤管理、购买和提供辅助服务、通过一个实时市场平衡电网的实时供需关系 等任务。P x 是一个提供电力交易场所的非盈利性公司，主要包括未来2 4 小时和未来 l 小时的市场以及双边贸易和差价贸易市场，其采用的定价方式与英国E n g l a n d W a l e s 电力市场一样，根据“最后成交竞投价格”原则决定统一的市场成交价。P x 属于s c 的一种，也需要把最后确定的交易提交给I S O 审核。I S O 可以根据需要对这些 7 华北电力大学丁程硕十专业学位论文 交易再作一些修正以消除网络拥挤。 2 0 0 1 年夏天加州电力市场运行出现了严重的电力危机，其严重性远远超出了人 们的预料。而在2 0 0 3 年8 月1 4 日的美加地区大停电，由于美囤电力公司( A m e r i c a n E l e c t r i CP o w e rC o ) 在俄亥俄州几条线路的载荷量远远超出夏季应急标准所反应 出来的电力市场运作问题，引起了人们对电力市场下电力系统可靠性问题的重新认 识，在某种程度卜对今后电力市场结构、交易模式及运营方式都将产牛巨大影响。 12 2 国内电力市场综述 1 2 2 1 当前我国电力工业的一些特点 ( 1 ) 负荷分布不均衡，区域电力市场的建立势在必行 我国的负荷分布极不均衡，沿海地区经济发达，负荷需求量很大，但是由于距 能源基地较远，燃料价格高，导致了发电成本昂贵。因此从能源储备丰富的地区向 负荷中心输电将产生很大的经济效益，国家在“九五”规划期间，也明确提出了“西 电东送”的发展策略，这就使省网间功率交换势在必行。 目前我国的电网管理是以省网为经济实体，独立核算。省网问的功率交换将直 接涉及到各省网的经济利益。由于电价长期偏低，影响了供电方的积极性，妨碍了 省网问的功率交换。目前，我国省网间的功率交换无论从数量上还是从种类上讲都 是很少的，交换方式也仅限于固定电量、固定时问和固定电价这三种方式，缺乏管 理的科学性。 在电力市场中，电力交换是以贸易的形式进行的，处处体现了自愿的原则，对 于未能满足合同要求的情况，其处罚措施也是经济性的，所以在原有几大电网的基 础上建立区域电力市场能极大提高省网间电力交换的积极性。 ( 2 ) 电厂产权多元化 目前，我国形成了由国家、外资、地方、华能等多家办电的局面，这极大地缓 和了电力供应的紧张局面。但是，由于产权多元化而造成了利益主体多元化，在这 种情况下，如何协调好各方的经济利益就成为一个非常重要的问题。对待不同产权 的发电厂，可能会有两种倾向，一种是对系统内的电厂采取保护主义，不顾电厂的 机组效率而优先保证其多发。这种做法降低了社会效益，损坏了投资环境。另一种 倾向是，为了吸引投资，只要是外资电厂，就给予优惠条件，使其不承担任何风险 就可获得利润。这种做法损害了国家利益。所以在这种电厂产权多元化的格局下， 应该创造出一种平等竞争的环境，使投资者在承担一定风险的情况下有利可图。为 此必须建立适合我国国情的电力市场，给予每个参与者以平等竞争的机会。 1 2 2 2 电力市场在我国的开展情况 华北电力大学工程硕士专业学位论文 ( 1 ) 我国电力市场开展情况简述 1 9 9 4 年7 月，浙江省率先建立了模拟电力市场，作为对电力市场的尝试。随后， 安徽、四川等省份也相继建立了各自的模拟电力市场。 它们的做法都有一定的相似之处。省电力公司将模拟电力市场分为发电、供电 和中心调度兰个环节，并授权中心调度所代表省电力公司向发电厂购电，向供电局 售电。中心调度所依据同负荷预测数据及各发电厂的上网电价，编制各发电厂的发 电计划和各供电局的供电计划，事后根据实际运行情况，对发电厂和供电局进行考 核结算。 各发电厂的上网电价及上网峰谷电价是由省局财务处根据各发电厂的具体情 况制订的，因此各发电厂的上网电价是不一样的。对供电局是实行统一的购电价格， 并根据各供电地区用电结构的不同，分别核定各地区峰谷电价。上述电价的制定依 据是综合成本电价理论。 省级电力市场试点工作取得了一定的经验和教训。2 0 0 2 年3 月国务院以( 2 0 0 2 ) 5 号文件发布电力体制改革方案。我国电力工业在长期探索市场经济体制改革的 基础上，依据电力体制改革方案，2 0 0 3 年实现了厂网分开，在全国将逐步引入 竞争机制，实行竞价上网。这是我国电力体制改革向市场化目标发展的实质性步骤。 借鉴国外经验并结合我国国情，建立一个区域性电力市场比建立几个相互独立 的省级电力市场有以下优势：可以最经济地利用全区域的能源，有利于消除省间壁 垒；在紧急情况下可以相互支援，提高系统的安全性；监督联络线的潮流，当出现 阻塞时提供消除阻塞的措施；管理和审批跨省的大用户与独立发电厂的双边合同， 提高输电线的利用率；协调与相邻区域电网的电力交换。因此，在我国原来的6 大 区域电网的基础上建立几个区域电力市场，是符合我国电力工业改革客观规律的。 2 0 0 4 年，东北和华东区域电力市场相继开始启动，2 0 0 5 年1 1 月，南方区域电力市场 也开始模拟运行，这标志着我国电力供应垄断峰冰丌始解冻，电力供应由政府控制 向市场调节的转变迈出了具有决定意义的一步。2 0 0 5 年9 月3 0 日，国家电力监管委 员会华北监管局在北京举行揭牌仪式。至此，国家电力监管委员会设立的华北、东 北、西北、华东、华中、南方6 个区域电力监管局全部组建完成。这标志着我国电 力市场的监管体系建设和市场化改革又迈出了实质性的一步，也为我国区域电力市 场的建立打下了坚实的基础。 但是，目前我国区域电力市场的发展还存在一定的不足，主要表现在以下方面： 区域发电市场目前还处在模拟运行和试运行阶段，电力市场运营机构F 在完善之 中，相关的法规也不健全，相关的技术理论不够完备。 ( 2 ) 东北区域电力市场开展情况个案简析 由于东北地区发电能力相对全国而言较为充足，具备形成统一电力市场的必要 条件，而且，1 9 9 8 年前，以东北电力集团为标志，东北地区曾经形成过统一电力市 9 华北电力大学T 程硕上专业学位论文 场的雏形，因此，选择东北试点区域电力市场，就成了电监会的首选目标。 在东北地区，1 9 9 0 年改组成立的东北电力集团，初步实现了电力系统生产、调 度的区域化管理。1 9 9 8 年后，以“省为实体”为核心的机构改革，使电力业务分省 下放到黑、吉、辽三省电力公司。东北电力集团也“蜕变”为原国家电力公司东北 分公司( 简称“国电东北分公司”) ，管理范围缩小至位于东北地区的内蒙古东部各 电一、调峰用水电厂及五个“超高压局”的5 0 万千伏主网架电网的运营。 如今， 旨在建立统一的东北区域电力市场的改革，从某种意义上说，走了“回头路”。然 而，时过境迁，电源企业、三省电力公司和国电东北分公司之蚓“剪不断，理还乱” 的利益纠葛，使东北区域电力市场的实施也变得很复杂。 这其中，东北地区主力发电企业黑龙江电力股份公司( 龙电股份，6 0 0 7 2 6 ) 就是 一个典型的例子。其作为发电公司，永远只关心三件事：成本、电量和电价。成本， 可以控制，而电量和电价，该公司却均要受制于人。据了解。龙电股份持有的哈尔 滨第三发电厂拥有的两台6 0 万千瓦机组，为国内正在运行的较大机组，但其平均 发电利用小时仅3 4 0 0 3 8 0 0 小时年。在黑龙江省电力需求平均增长两位数的情 况下，在2 0 0 3 年也仅达到4 0 0 0 小时左右。与此形成鲜明对比的是，省内许多1 0 万千瓦以下小机组的发电利用小时却达到了4 0 0 0 5 0 0 0 小时年。但常识却是： 无论技术经济性能，还是环保效益，大机组都明显优于小机组。对此，黑龙江省 政府相关人士表示，约占全省电力装机容量4 0 的地方电厂、自备电厂等，吸纳了 大量就业，对于社会稳定功不可没，不能不照顾。如果说，电量安排上，地方政 府确有难言之隐，那么，电价的制定上，电源企业更感到“人为刀俎，我为鱼肉”。 厂网分开后，省电力公司管理全省电网，虽说上网电价由物价部门核定，但电网却 千方百计予以降低。据考证，由于年初的电量安排明显偏向于小机组，并经常超过 其极限发电量，于是，每到年底，省电力公司便将小机组无力发出的那部分电量， “无偿”拨给仍然“吃不饱”的大机组，当然，上网电价被压至0 1 3 元千瓦时 以下。大机组明知被“宰”，可与其机组因无电量分配而停转，不如低售价发电， 后者毕竟可以回收微利。 比如：黑龙江省电力公司全资拥有的富拉尔基电厂( 配备6 台2 0 万千瓦小机组) 每台机组的年平均发电利用小时达5 5 0 0 小时，而哈三电厂的两台6 0 万千瓦大机组 每台每年却不到4 0 0 0 小时。而哈三要想多发电，就必须接受电网提出的低于物价 部门核定上网电价5 0 的交易价格。此外，龙电股份目前的平均上网电价为0 2 8 4 元千瓦时，正在进行竞价试点的1 0 电量电价为0 。1 8 6 元千瓦时。而真正的区 域电力市场建立后，按计划将有2 0 电量用来竞价。因此，东北区域电力市场运行 后，龙电股份的利润情况也并不乐观。 而同样是电源企业，不同的地理位置，境况也不尽相同。由于辽宁省电力长期 供不应求，因此，对建立统一的东北区域电力市场，其态度消极。原因很简单，市 1 0 华北电力大学工程硕士专业学位论文 场统一后，黑龙江省、吉林省的低价电将大量挤占辽宁市场，严重威胁其境内电源 企业的生存。而电源企业一旦经营不善，其产业链条上游的煤炭、运输企业，将损 失惨重，不利于辽宁本地经济发展。 可见，区域电力市场的建立，意味着多方既得利益的博弈，尤其在中国这样一 个人1 2 众多、利益主体众多的国家，电力体制改革必须慎重考虑，稳妥进行。也说 明，进行电力市场理论的研究，不能仅仪局限与自然科学方面的研究，有时还要综 合考虑社会学方面的问题。 事实上，东北区域电力市场的建立，涉及众多主体的利益平衡问题，其中包括 电源与电网企业之间就电量分配与电价制定上的利益平衡；同一地区电源企业之间 就电量分配的利益平衡；以及不同地区电源企业之间市场交易规则的利益平衡等 等。但是，也应该清醒的认识到，电力资源只有在更大范围内配置，电网的开放性 越强、电力交易的主体范围越大，政府的干预越少，电力市场才是比较合理的，才 是解决上述问题的唯一出路。 因此，在我国电力改革初期，实现区域电力市场建立与完善的目标仍然任重而 道远。 1 3 电力市场日交易计划的研究现状 电力市场是目前在电力行业引起广泛关注的问题，许多学者在这方面作了深入 细致的研究。其中，交易计划是电力市场交易的核心内容，它要求在综合考虑系统 各种运行条件限制的情况下，为参与各方提供一个公平竞争的环境，使系统能以更 加经济合理的方式运行。 1 3 1 日交易计划模型研究 电力市场领域，交易计划模型的构建占有较重要地位。在文献 1 中，作者提出 了一种基于线性规划的交易计划模型，该模型根据线性规划的特点，在使系统总体 购电费用最低的目标函数下，综合考虑了系统中线路传输容量限制及机组技术出力 等约束条件，具有算法实现简单，逻辑严密，可扩展性强的特点。 文献 2 中，作者针对电力市场条件下多边交易的特点，提出了以电网安全为约 束、交易电量最大化为目标的多时段目前多边交易数学模型。在该模型中，可以允 许电厂和用户的报价为任意形式、任意段数的线性折线段构成。并且为了能够处理 这种灵活的报价形式，采用虚拟机组( 用户) 的概念把多段折线报价分解成中段报 价，并提出一个结合遗传算法和线性规划法各自优点的混合优化策略来求解该模 型。 在文献 3 中，作者将电力市场中各交易中心的计算机系统看作一个分布式计算 1 华北电力大学工程硕上专业学位论文 平台，提出了一种基于分布式协同计算的电力市场日前交易计划模型。文献 4 中， 作者从电力市场及商业化运营的需要出发，充分考虑电力市场过渡时期经济调度的 特殊性，研究并建立以购电费用最小为目标函数的蒙西电网经济调度数学模型。通 过比较各种机组组合及发电计划方法，结合蒙西电网的实际需求，提出一种排序的 设计思想和实现方法。在文献 5 11 中，作者在电力市场的前提下，基于不同情况， 进行了各种交易计划模型的研究，为区域电力市场日交易计划模型的建立提供了不 同的思路。 1 32 日交易计划算法的研究现状 从电网调度和系统安全运行角度来说，区域电力市场的R 交易计划应该能够在 管理相对分散的条件下，从技术上更有力地保证电力系统的安全运行，因此相关的 R 交易计划算法的研究就具有比较重要的意义。 在文献 3 中，作者介绍了电力市场日前交易计划的数学模型及求解该模型的分 布式协同算法：先由基层交易中心完成区域内交易预计划；然后上级交易中心协调 各基层交易中心通过迭代计算完成区域间交易计划，在交易计算的同时完成全系统 的电网安全校核；最后由基层交易中心在区域问交易计划的基础上形成最终的区域 内交易计划。 文献 1 2 中，作者从经济性和计算速度两方面对拉格朗日松弛法和动态规划法 进行了比较，提出了一种在水火电调度问题中的新算法，从而显著改善了可行解的 质量。在文献 1 3 一1 7 中，作者通过对排队法、等报价法、动态规划法、网络流规 划法和线性规划法在发电竞价中应用的系统阐述，说明了各种算法应用的约束条件 和相应特点。在文献 1 8 中，作者提出了基于遗传算法求解电力市场交易决策的数