基于价格持续曲线的电价合适性研究.pdf

上海大学 硕士学位论文 基于价格持续曲线的电价合适性研究 姓名：陈春霖 申请学位级别：硕士 专业：控制理论与控制工程 指导教师：言茂松;邹斌 20070501 上海大学硕士学位论文 摘要 由于电力工业的特殊性，如电力系统运行要求供需实时平衡，电力负荷需求的短期 价格弹性几乎为零等因素，使得电力市场电价的波动性非常剧烈。电价剧烈波动的结果， 一方面要求人们加强电力市场风险管理规避风险，另一方面则要求人们开发一些工具认 识电价规律，掌握电价特点。 本文基于当量电价原理，考察电力市场电价的合适性问题。当量电价理论对电力市 场的考察认为，当电力供应相对充裕、电力市场竞争激烈时，发电机组在电力市场按照 其成本报价，若市场仅仅采用边际电价方法会使得发电机组的投资回报不充分：而当电 力供应紧张的时候，发电机组则有可能实施其潜在的市场力。这种矛盾使得针对实际电 价的合适性判别出现了困难。例如，在加州电力市场危机期间，被抬高的电价到底是否 需要政府的管制一直争论不休，导致贻误了时机，造成了危机。 本文的目的和主要工作，就是利用当量电价理论开发一种评价电价合适性的方法。 具体的工作为： 利用当量电价最小成本折线与边际电价的关系，本文首先提出了边际电价市场出清 电价的价格持续曲线的概念，给出了绘制方法，讨论了其相关性质。价格持续曲线最大 的优点是，可以将单一电价( 其中包含了运行成本和投资成本) 分解出容量价值回报， 可以方便估计在特定的考察期间一个指定运行成本机组在市场上所获得的容量价值回 报。这个性质为我们分析电价的合适性提供了基础。 利用容量成本参考系作为价格合适性的标准，并根据容量成本参考系的含义，给出 了一个允许的范围。 在上述基本认识的基础上，本文提出了一种考察电价合适性的方法。该方法通过将 考察期内市场的实际电价数据绘制成价格持续曲线，并通过考察其是否在合适性范围内 而考察电价的合适性质。而且该方法还提供了具体考察特定机组容量价值回报的估计来 考察市场价格对特定机组的合适性问题。 使用本文提出的方法，我们对澳大利亚新南威尔士市场和P J M 市场的数据进行了 研究，研究证实了本方法的一些有意义的特点：( I ) 本文提出的方法可以比较好地解决 对市场中时常出现的电价飞升的情况。电价飞升几乎是采用边际电价不可避免的现象， 电价飞升包含了补偿容量投资回报不充分的部分所以有合理的成分。但是怎么判别合理 与不合理则一直没有好的方法，本文给出了一种可能的方法；( I I ) 本文给出的方法可以 更加细致地考察电价针对不同机组的影响，这是类似平均电价等指标所不能够揭示的； ( I I I ) 本文算法简洁，意义清晰，适合于实际应用。 关键词：电力市场；统一出清电价；当量电价；电价合适性；容量价值 上海大学硕士学位论文 A B S T R A C T D u et ot h es p e c i a ln a t u r eo ft h ep o w e ri n d u s t r y t h ef l u c t u a t i o no ft h ep o w e rp r i c ei sv e r y k e e n ，b e c a u s et h e r ea r em a n yc o n s t r a i n tf a c t o r s ，s u c ha st h ep o w e rs y s t e mo p e r a t i o nn e e d st h e b a l a n c eb e t w e e ns u p p l ya n dd e m a n da tt h es a m et i m e ，t h es h o r t t e r mp r i c ee l a s t i c i t yo fp o w e r l o a dr e q u i r e m e n t sa l m o s te q u a l sz e r oa n ds oo n T h er e s u l to fp o w e rp r i c e sf l u c t u a t i o n r e q u i r e su sn o to n l yt os t r e n g t h e nt h ea b i l i t yt om a n a g i n gr i s k s ，b u ta l s ot od e v e l o ps o m et o o l s i no r d e rt or e c o g n i z et h ep r i c el a wa n dm a s t e ri t sc h a r a c t e r i s t i c s B a s e do nt h eE V E p r i n c i p l e w ew i l li n v e s t i g a t et h ei s s u eo fp o w e rp r i c e ss u i t a b i l i t yi n t h ep o w e rm a r k e t T h r o u 曲t h ei n s p e c t i o no ft h ep o w e rm a r k e t ，w ec o n s i d e rt h a tg e n e r a t i o n u I l i t sw i l lq u o t ei na c c o r d a n c ew i t hi t sc o s tw h e nt h ep o w e rm a r k e tc o m p e t i t i o ni si n t e n s e I f t h em a r k e tu s e st h em a r g i n a l p r i c em e t h o do n l y , i tw i l l l c a dt ot h eg e n e r a t i o nu n i t s i n s u 币c i e n tr e v e n u e H o w e v e r , g e n e r a t i o nu n i tw i l li m p l e m e n tt h ep o t e n t i a lm a r k e tp o w e r w h e nt h ee l e c t r i c i t y s s u p p l yi st i g h t T h i sc o n t r a d i c t i o nm a k e st h ed i s c r i m i n a t i o no ft h e a c t u a lp r i c e ss u i t a b i l i t yd i f f i c u l t F o re x a m p l e ，d u r i n gt h ec r i s i so fC a l i f o m i a sp o w e rm a r k e t t h ed i s c u s s i o na b o u tw h e t h e ri tw a sn e c e s s a r yf o rg o v e r n m e n tt oc o n t r o lt h ei n c r e a s e dp o w e r p r i c en e v e rs t o p ，f i n a l l y , i td e l a y e dt h er i g h tt i m e sa n dc a u s e dt h ec r i s i s T h ep u r p o s eo ft h i s P 印e l i st od e v e l o pam e t h o dt oe v a l u a t et h es u i t a b i l i t yo fp o w e rp r i c e S p e c i f i cw o r k ： ( 1 ) U s i n gt h er e l a t i o n s h i pb e t w e e nt h em i n i m u mc o s tl i n eo fE V Ea n dt h em a r g i n a lp r i c e t h i sP 叩e rp u t sf o r w a r dac o n c e p to fm a r g i n a lp o w e rp r i c ea n dm a r k e tc l e a t i n gp o w e rp r i c e s c o n t i n u o u sc u r v e g i y e st h er e n d e r i n ga n dd i s c u s s e si t sr e l a t e dp r o p e r t i e s T h eg r e a t e s t a d v a n t a g eo ft h ep r i c ec o n t i n u o u sc u r v ei st h a ti tc a nn o to n l Yo b t a i nt h ec a p a c i t yv a l u e r e v e n u ef r o mas i n g l ep r i c ew h i c hi n c l u d e st h eo p e r a t i n gc o s t sa n di n v e s t m e n tc o s t sb u ta l s o e s t i m a t ec a p a c i t yv a l u er e v e n u ew h i c hc a l lb eo b t a i n e df r o map a r t i c u l a ru n i to p e r a t i n gc o s t s d u r i n gs p e c i f i e di n s p e c t i o np e r i o d si nt h em a r k e t T h en a t u r ep r o v i d e su sb a s i sw h e nw e a n a l y z et h es u i t a b i l i t yo fp o w e rp r i c e ( 2 ) w et a k et h ec a p a c i t yc o s tr e f e r e n c es y s t e ma st h ep r i c ef i t n e s ss t a n d a r d ，a n ds e ta n a l l o w e da r e aa c c o r d i n gt ot h em e a n i n go fc a p a c i t yc o s tr e f e r e n c es y s t e m ( 3 ) B a s e do nt h ea b o v ek n o w l e d g e ，w ep r o p o s eam e t h o dt ot e s tt h es u i t a b i l i t yo ft h ep r i c ei n t h eP a p e r T h i sm e t h o dh e l p st od r a wt h ep r i c ec o n t i n u o u sc u r v ea c c o r d i n gt ot h es u r v e yo ft h e r e a lp r i c ei nt h em a r k e t a n ds u r v e yt h es u i t a b i l i t yo ft h ep r i c eb ys u r v e y i n gi ft h ep r i c ei si n t h es u i t a b l ea r e a T h em e t h o da l s op r o v i d e st h ee s t i m a t i o no fs p e c i f i cg e n e r a t i o nu n i tc a p a c i t y v a l u et os u r v e yt h es u i t a b i l i t yp r o b l e mo f m a r k e tp r i c eo ns p e c i f i cg e n e r a t i o nu n i t ( 4 ) W i t ht h em e t h o di nt h eP a p e r , w ed i ds o m er e s e a r c ho nt h ed a t af r o mA u s t r a l i aN e w S o u t l lW a l e sm a r k e ta n dP J Mm a r k e t a n do u rm e t h o di sp r o v e dt oh a v es o m eu s e f u lf e a t u r e s ： ( I ) I tc a nw e l ls o l v et h ep r o b l e m so fp r i c es o 耐n gw h i c hh a p p e n so f t e ni nt h ep o w e rm a r k e t I ti sp o i n t e do u tt h a t ，t h ep r i c es o a r i n gi su n a v o i d a b l eb ym a r g i n a lp r i c e a n di td o e sh a v e s o m er e a s o n a b l ee l e m e n t s B u tt h e r ei sn og o o dm e t h o dt oi u d g ei t sr a t i o n a l i t y , h e r eo u r m e t h o dm a yb et h eo n e ：( I I ) I tc a ns u r v e yt h ei m p a c to fp r i c eo nd i f f e r e n tg e n e r a t i o nu n i t si n m o r ed e t a i l sw h i c hc a nn o tb ef o u n d e db ya v e r a g e - l i k ep r i c ea n ds oo n ：( I I I ) T h ea l g o r i t h mi n t h ep a p e ri ss i m p l ea n da r t i c u l a t e a n da l s ou s e f u li na p p l i c a t i o n ， K e y w o r d s ：P o w e rM a r k e t ；U n i f o r mC l e a t i n gP r i c e ；E V Ep r i c e ；a p p r o p r i a t ep r i c e ； C a p a c i t yV a l u e 上海大学硕士学位论文 原创性声明 本人声明：所呈交的论文是本人在导师指导下进行的研究工作。除了 文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已发表或撰写过 的研究成果。参与同一工作的其他同志对本研究所做的任何贡献均己在论 文中作了明确的说明并表示了谢意。 本论文使用授权说明 本人完全了解上海大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有 权保留论文及送交论文复印件，允许论文被查阅和借阅；学校可以公布论 文的全部或部分内容。 ( 保密的论文在解密后应遵守此规定) 签名：导师签名：童圣弛期： 上海大学硕上学位论文 第一章电价合适性问题 从2 0 世纪8 0 年代开始的电力工业的市场化改革，经过9 0 年代的全球范围的大发 展，目前正处在一个反思的阶段。电力市场中一直烦扰着人们的问题之一就是电力市场 电价具有剧烈的波动性。电价时而出现人们不可接受的电价飞升，时而又出现简直令人 不可想象的低电价，甚至出现零电价。电价是否合适是衡量市场运行是否正常的最重要 的指标。本章将首先介绍电力市场的定价机制，然后介绍目前电力市场价格波动剧烈的 原因，以及电价合适性的重要意义。 1 1 电力定价机制与电价波动 1 1 1 电力市场基本情况概述 从全球电力市场的实践来看，电力市场的建设已经经历了三个阶段。第一阶段从 1 9 8 0 一1 9 9 0 年，其特征是学术准备阶段。在这个阶段一些电力市场的先驱积极进行理论 的探索，但很少有主流电力公司参与讨论；只有一些第三世界国家为了吸引国外资本采 取了一些具有市场特征的调度原则进行尝试，例如在智利曾经采用了按照购电价进行调 度的方式【l 】。第二阶段为1 9 9 1 - - 2 0 0 0 年。这个阶段是电力市场发展的第一个高潮，英国 电力市场、美国相关卅I 立电力市场陆续投入运营，而且开始阶段市场表现良好，形成了 一个全球性的市场化改革的潮流。电力市场相关的概念也正是在这个阶段被引入我国。 第三阶段从2 0 0 1 年开始至今。这个阶段的特征是对第一次电力改革的结果进行反思， 并在总结的基础上进行调整。许多流行的电力市场模式暴露出了一些相当严重的缺陷， 有时甚至以危机的方式出现，这必然会引起人们的反思。在我国，依据国务院关于印 发电力体制改革方案的通知( 国发 2 0 0 2 1 5 号) 文件的精神和国家电力监管委员会关 于开展华东电力市场试点工作的通知( 电监市场 2 0 0 3 1 1 3 号) 的要求，华东电监局提 出了华东电力市场建设实旌方案和华东电力市场运营规则，华东区域电力市场 于2 0 0 4 年5 月8 日开始按照计划进行试运行。2 0 0 7 年4 月6 日，国务院办公厅转发电 力体制改革工作小组关于“十一五”深化电力体制改革实施意见的通知( 国办发( 2 0 0 7 ) 1 9 号) ，明确了继续深化“十一五 电力改革和电力市场建设的有关意见。 在电力市场建设初期，人们希望建设成为一个完全竞争的电力市场。在完全竞争的 电力市场条件，市场设计的基本问题则主要是面对电力系统的特殊性质，进行合理的市 场建设【2 儿引。电力工业的主要特征表现为： 电力工业长期以来一直是在垄断经营的模式下运行，其中输电与发电被认为几 乎是“天然”地联系在一起的，市场环境下要分开运行，对目前的电力从业人 员来说是一个全新的而且几乎是没有先例的事情，还涉及到相关复杂的利益调 整，建立这个工作环境需要一个相对长期的过程。 一 电力系统的运行必须保证发电、供电与用电的实时平衡，且电能不能够大规模 的存储。也就是说，市场机制运行的结果不仅仅要达到经济效率，而且还要满 足条件苛刻的电力系统运行安全，即系统安全、稳定、经济，这使得实际的电 力市场机制非常复杂。 一 由于输电网的自然垄断，特别是维持大规模交流同步网的安全运行，需要实时 上海人学硕士学位论文 统一调度。 一 电力工业作为基础性的行业，涉及国计民生、千家万户；向社会提供高可靠、 高质量的持续的电力供应，是包括建立电力市场在内各项工作的一项基本前提。 正是由于上述的电力工业的特殊性( 特征) ，即便按照完全竞争的市场条件进行电 力市场的构建，也使得电力市场的结构和规则显得复杂。大体上说，按照市场交易的对 象，电力市场可以分成两大部分：能量市场与辅助服务市场。其中能量市场主要以电能 交易为主，而辅助服务市场则至少包含了堵塞管理，输电收费，运行备用和水电市场等 内容。 1 1 2 电力市场定价方法 电力市场最重要的经济指标是电价，市场建设的关键规则就是定价机制。目前流行 的电力市场定价机制是边际定价方法，包括统一出清定价方法( U n i f o r mC l e a r i n gP r i c i n g M e t h o d ) 和节点电价方法( L o c a t i o n a lM a r g i n a lP r i c i n gM e t h o d ) 等。 统一出清电价的定价规则是在日前预测的、小时级的平均电力需求上运作，将发 电厂商目前申报的容量，按其申报价格由低到高排序，然后从低到高购买，直到购买量 与需求量相等为止。最后购买的价格为该时段的市场出清电价，所有购买的电价都按照 出清电价支付。这种定价方式的基本原理是短期边际定价原理。一般而言，由于这种定 价方法没有考虑到输电线路的堵塞，按照这种方式确定的能量交易可能会造成输电线路 的过载，因此只适用于输电网很强、以致可以忽略的、并可简化为单一节点的发电市场。 对于区域电力市场，一般需要通过单独的输电优化调度、定价程序以及堵塞管理程序， 修改初始的发电交易计划，才能够形成实际可行的交易计划。 节点电价则是考虑到输电线路的损耗和堵塞，在计入线路损耗，并保证不使输电线 路超过输电限额( 稳定限额) 的前提下形成交易计划，当计入线路损耗并出现线路堵塞 时不同节点电价将不同，而节点之间的电价差就是计入线路损耗和堵塞的费用。这种电 价的原理也是短期边际电价的原理，与统一出清电价不同的是，节点电价在形成交易计 划与交易电价的时候，已经考虑了输电线路的损耗和传输容量的限制。 i 州伸9 ：附、l n n q H i n 州I I n H n 埘m _ 叫! 邶 T o t a lh o u r si n3 1d a ym o n t h 一7 4 4 “彩o n s t r a i n e dh o u r si n c l u d ea l lh o u r sw h e r e 鏊。L M ! sd i f l b r e db ym o r et h a ns 1 ，幺 驴曩 ， H 1 一f J mF M F A p eM I N“ 恤啼 m lkk _ 匣亘巫卫 图1 1P d M 市场的堵塞情况统计 F i g u r e1 1t h eP J M sc o n s t r a i n e dH o u r s2 0 0 0a n d2 0 0 1 这两种定价方法的典型分别是早期的加州电力市场和P J M 市场。很难简单地说这 2 枷 m 蛳 啪 椰 瑚 抛 。 -l=，11-Io，1z 上海大学硕上学位论文 两种定价方法谁优谁劣，它们有各自的特点：( 1 ) 两种方法都是短期边际定价方法；( 2 ) 统一出清电价简单明了，电价的形成过程透明，使得市场成员能够明确自己在市场中的 位置：但是统一出清定价方法至少需要一个独立的堵塞管理机制，调整初始的交易计划 以保证输电网能够完成电能交易。当输电网负担较重，堵塞现象比较普遍的时候，独立 的堵塞管理会出现困难。英国于2 0 0 1 年启动的N E T A 模式中，其意图是鼓励市场成员 完全按照自己的愿望通过签订双边交易合同进行电能交易，并不将堵塞管理机制看得非 常严重，其重要的背景就是英国电网具有较强的传输能力，堵塞现象并不严重。在堵塞 严重的情况下，不考虑输电网约束形成的交易计划再进行调整会比较困难。节点电价在 美国之所以得到人们的青睐的背景，主要是美国电网的堵塞非常严重。图1 1 是P J M 市 场2 0 0 0 年和2 0 0 1 年每个月堵塞的情况，可看出这个市场中几乎百分之六十的时间都有 堵塞，所以在美国强调堵塞管理显得非常突出。( 3 ) 节点电价在形成交易计划的同时考 虑了输电线路堵塞的约束，并且在出现线路堵塞的情况下，各个节点的电价不同；该方 法优点是堵塞管理与交易计划同时形成，因此相对更加适合与电力系统运行，缺点是有 可能加剧市场力。 边际定价方法作为市场“标准”方法，其前提之一是完全竞争的市场【4 】【5 1 。但是， 目前的电力市场不具备完全竞争的市场条件，其中最突出的表现是： ( 1 ) 电力市场具有明显的寡头市场特征，发电厂商具有潜在的市场力。在统一出 清电价或者边际电价下，容易使得发电厂商实施市场力。发电厂商实施市场力的结果之 一，就是电价的飞升，使得电价远远超过边际成本。 ( 2 ) 发电领域的规模经济性并没有完全消失，边际定价方法没有给予发电厂商合 适的回报。当市场竞争比较充分的时候，市场价格接近边际成本的时候，市场价格并不 能够提供给机组其足够的容量投资回报，因此很难保证发电容量的充裕性，电力市场的 长期稳定性受到威胁。发电容量的短缺将对电力系统的安全稳定以及市场的经济稳定都 构成极大的威胁。 上述两个问题实际上已经成为了目前电力市场运行的最大问题，而且这两个问题相 互影响，使得电力市场的电价波动剧烈，时常会出现电价飞升。可以说电力市场在边际 定价方案下，出现价格飞升几乎是所有采用这类定价方法的市场价格共同的问题，也是 电力市场建设不得不面对的痛苦的现实。 1 1 3 电价的性质与特征 对于一般市场而言，市场的价 格由供需双方确定。而且市场机 制就是利用市场价格波动来显示 供需关系，起到调节的作用。但 是，对一个市场而言，如果市场 价格波动过于剧烈，则使得市场 成员很难理性处理相关决策，从 而影响市场总体运行效率。电力 市场的电价从其时间序列看，波 动性是其最为重要的特点。 电力市场电价经常表现为在 某个时段出现电价突然升高。如 图1 2 是新南威尔士( N E W ) 市场 图1 2 新南威尔士市场9 7 年1 月2 2 日的半小时电价 F i g u r e1 2t h eN S WS M Pf o r2 2 1 9 7 上海大学硕十学位论文 9 7 年1 月2 2 日的半小时电价记录【6 】，可以看出即便是在一天的时间内，电价的波动也 是比较大的，从最高的电价1 1 5 $ M W h 到最低的2 1 $ M W h ，期间的差别有5 倍以上， 显然波动是剧烈的。引起这种短期的电价飞升的原因，从电力系统本身的特点来看，主 要是电力负荷的需求几乎没有价格弹性。市场累积的供应曲线一般表现为随着供应量的 上升价格加速上升( 二次函数) ，如图1 3 所示，当负荷曲线没有价格弹性( 表现为一个 垂直的需求) ，如果负荷增加，即便负荷增加比较小，也表现为价格上比较大的变化。 除了上述的一些由于电力系统特点引起的电价波动以外，由于制度以及市场成员不 良市场行为的影响，也是电力市 场电价波动的重要原因。 从电价制度上来说，边际电 价下，边际机组的容量投资回报 是零。即便峰机组的投资相对于 基载机组而言要小很多，但是其 容量投资绝对不等于是零。当出 现峰负荷以后，那些并不经常投 入运行的机组参与发电，其容量 投资的回报将从这些非常有限 的小时数中得到，其将电价抬 高，高于其运行成本应该是合情 合理的。结果峰负荷时表现出电 价的飞升，似乎也是合理的。 图1 3 当需求与供应曲线变化对价格的影响示意图 F i g u r eL 3t h er e l a t i o no ft h ed e m a n d ，s u p p l ya n dp r i c e 在电力市场中，由于发电厂 商数目有限，发电厂商具有潜在的市场力，可能在市场供需关系紧张的时候，发电厂商 通过人为的策略行为抬高电价。如图1 3 当发电厂商持留容量，市场总的供应曲线会向 左移动，结果市场价格会升高。 电力市场的价格波动剧烈，其原因既有市场中供需特点的因素，也有市场成员“人 为 市场行为的因素。表现方式则既有令人无法接受的高电价，也有令人难以想象的低 电价。这看似矛盾的现象以及引起原因的复杂，使得电价合适性是电力市场运行中必须 认真对待的问题。 电价合适性问题，主要针对两个方面需要研究的问题：其一是电价的波动是否是在 合适的范围之内，这里包含了三个相关的要素：价格高低是否合适、是否可以引导出合 适的申报容量、以及是否给出了正确的价格信号引导长期的投资，正确判别电价的合适 性是采取正确的干预行为的前提：其二是分析电价不正常的原因，通过原因的分析，可 以加强人们识别电价合适性的能力，同时也为预防电价偏离正确轨道提供了基础，为采 取正确的干预行为提供了方法。 1 2 电价合适性研究概述 电价合适性研究的两个基本问题：判别合适性的标准以及分析电价不正常的原因， 一直是电力市场分析的重要内容。目前，人们有关电价合适性的研究主要集中在两个方 面：一个是对电价序列所表现出来的特征进行研究，希望掌握电价变动的基本规律；另 一个则希望寻找电价变动的原因，并从原因对结果的关系中寻找可能的解决方法。其中 最令人关注的两个主要原因就是：容量价值是否足够以及如何补偿，市场力的影响。 4 上海大学硕士学位论文 1 2 1 电价的时间序列特征 从2 0 0 0 年开始，当开始有了一些实际电力市场运行数据以后，人们就开展了电价 时间序列的研究。这些研究的动力主要有两个：一个是希望寻找到电价变动的基本规律 从而认识电力市场的基本规律，另一个则是进行电价的预测，以便市场成员能够做出更 加理性的决策。 以实际的电价数据为基础开展的电价研究，早期比较著名的工作是W o l a k ，F A ( 1 9 9 7 ，1 9 9 9 ) 所进行的工作【。7 】【引，这些工作对英国早期市场的电价与市场结构以及规则进 行了详细的研究，同时也包含了5 个不同电力市场的平均电价以及波动性质的比较分析， 他们的研究表明：电价的波动性质与电力市场的结构与规则有明显的关系，不同的市场 结构与规则将引起不同的电价波动性质。这些研究中使用的指标是平均电价。 Y i n gL i 和P e t e rC F l y m m ( 2 0 0 4 a , 2 0 0 4 b ) 【9 】【1 0 】对电价在一日内的变化规律以及波 动特征进行了总结，他们考察了几个有代表性的市场，其考察目的是从消费者角度看电 价的变化规律，希望通过认识电价的变化规律能够调整自己的用电时间。他们的结果同 样表明不同市场的电价变化规律是不相同的，从电价在一日内的变化看，典型的变化既 有双峰的，也有单峰的形式，电价的高低与负荷的相关性在一些市场既有比较紧密的联 系而在另一些市场则表现出相关性不是很强的特征。不同的市场表现不一样。 另外还有为了预测电价而进行的电价动态性质方面的讨论【1 1J 【1 2 儿1 3 】，这些讨论表明 电价具有如下的特点：( 1 ) 变化频率高。电价高低变化非常迅速和频繁；( 2 ) 电价序列 具有非常数均值和方差。不同时段的电价的均值不相同，而且方差也随着时间变化；( 3 ) 多周期性。一日之内，一周之内电价都具有某种程度的周期性；( 4 ) 具有日历特点。明 显可以看出工作日与周末的电价具有不相同的性质：( 5 ) 高波动性。电价的波动非常剧 烈，其剧烈程度甚至比股票市场还要强烈；( 6 ) 时常有电价飞升。经常会有一些非常高 的电价，且大部分出现在高负荷情况下。 基于实际电价时间序列的分析目的是为了寻找电价变化规律，并依据这些规律进行 调整市场成员的生产与消费以便规避风险，减少损失。虽然，在这些研究中都明确指出 了电价的飞升是电价序列的特点，但对于这种飞升是否合适几乎没有给出判断。文献 7 】 8 】对电价的合适性进行了判断，采用的是平均电价指标，但是，这种指标还比较粗 糙。虽然电能在购买过程中采用了统一的价格体制，但是，其生产机组的成本以及投资 费用却不完全相同，而电力系统运行需要不同类型的机组合理组合才能够达到经济的运 行。采用平均电价作为指标研究很难表现对细节的影响，特别是当市场价格波动非常剧 表1 - 1 发生电价危机的地区及其原因统计 T a b l e l 1t h ee l e c t r i c i t yp r i c ec r i s i ss t a t i s t i c s 地区电价危机的原因持续时间 C a l i f o m i a C a n a d a ( A l b e r t a ) N e wZ e a l a n d 由于雨水少发电锌量不足市场力 高燃料价格以及邻近地区的高电价 由于雨水少发电容量不足 5 2 0 0 0 5 2 0 0l 9 2 0 0 0 3 2 0 0l 4 2 0 0 1 7 2 0 0 l 4 2 0 0 3 6 2 0 0 3 A u s t r a l i a ( S o u t h A u s t r a l i a ) 负荷的快速增长引起的发电容量不足1 2 0 0 2 3 2 0 0 2 N o r dP o o l雨水少，寒冷的冬季引起发电容量不足1 2 2 0 0 2 3 2 0 0 3 g 垫! 坐【塑! 堑尘堡堑望堡：查苎丝箜丝堡型三Q Q 三：Z 堡Q Q 引自：T h eI n t e r n a t i o n a l E n e r g yA g e n c y P O W E RG E N E R A T I O NI N V E S T M E N TI N E L E C T R J C I T YM A R K E T S 2 0 0 3 上海大学硕士学位论文 烈的情况。 1 2 2 电价变化的原因分析及其判断 实际的电力市场电价波动性的最重要的表现是电价飞升。表1 1 是最近一段时期， 各国电力市场电价飞升及其原因的一个统计。从中可以明显地看出电价的飞升原因就 是发电厂商的市场力和发电容量短缺。 容量价值的讨论 有关按照边际电价作为定价方法，如果不采取合适的容量补偿措施将引起发电容量 短缺，进而引起电价飞升的问题一直以来也是人们关注的重点之一。其中主要的研究是 我国学者言茂松教授在文献 1 5 】中证明了边际机组的容量回报为零，显然对于容量价值 回报不充分。而F o r d 基于系统动力学模型对加州电力市场规则进行了研究【l 6 j 【l7 | ，明确 指出在统一出清电价下，发电厂商的机组投资很难与负荷增长保持同步，从而使得容量 充裕性指标会周期波动，结果引起电价周期波动，而且波动性还会很大。为了平缓这种 波动建议增加容量补偿费用，这个研究几乎是预言了加州电力市场危机将因为容量短缺 而出现电价飞升。 目前人们已经形成了共识，采用边际定价的电力市场需要进行容量补偿。但是在如 何进行容量补偿方面采取了不同的方法，例如英国的容量费方法，P J M 的容量责任制方 法，两部制方法和当量电价方法。其中进行补偿的关键是如何在进行容量补偿的同时避 免市场不良的行为【l 副【I 圳。 从电价合适性的角度考察当前的市场电价的容量价值是否合适则还没有人给出合 适的工具进行判别，本文的工作之一就是利用当量电价原理对这个问题进行了初步的讨 论，提出了一种判别的方法。 市场力的讨论 与电价合适性相关的讨论中，第二个方面就是市场力的问题。电力市场市场力问题 的讨论最早是文献 2 0 l 对英国电力市场进行的分析。该文利用供应函数均衡模型研究了 英国早期的电力市场，发现了在英国电力市场模式下，发电厂商可以通过市场力谋取超 额利益。而事实上，英国电力市场在整个1 9 9 0 年代其电力监管部门就一直在同市场中 的市场力进行着艰苦的斗争。在后续的市场中，有许多实证研究表明不同国家的电力市 场都存在市场力问题【2 l J 【Z 2 儿2 3 J 。 从目前的研究看，电力市场的市场力表现为三个方面：( 1 ) 水平的市场力，市场成 员可以通过其在市场的份额足够大，取得市场优势地位从而操纵市场牟取超额利润。在 电力市场中，发电厂商面对的短期需求的价格弹性几乎为零，因此在发电容量不足的条 件下容易实施这种市场力，而对于垄断地位的输电公司和配电公司，也有必要从规则的 制定以及执行过程中，加以监管，警惕其利用市场的垄断地位阻碍电力竞争。( 2 ) 垂直 的市场力，市场成员与其上下游企业进行联合或者合并形成优势。例如，发电企业与输、 配电企业的联合，使得其在电网的利用上相对其他的发电企业具有更多的便利，获得竞 争优势。这种垂直的市场力需要通过监管加以避免和根除。( 3 ) 空间的市场力，输电线 路的传输容量限制使得某些局部的市场成员拥有竞争优势，削弱竞争。 目前的研究文献则主要从两个方面讨论了电力市场力问题。其一是构造博弈均衡模 6 上海大学硕士学位论文 型说明电力市场市场力实施的途径及其影响。其中最经常使用的两种博弈模型是古偌 ( C o u m o t ) 博弈模型和供应函数的均衡模型( S u p p l yF u n c t i o nE q u i l i b r i u mM o d e l ， S F E ) t 2 4 】【2 5 】1 2 6 】【2 7 】。另外一种研究市场力影响的模型是智能代理仿真模型 2 8 】【2 9 】。有关市场 力研究2 0 0 0 年以前的文献在文 3 0 】中给出了很好的总结，最近的有关电力市场市场力模 型的综述见文献 3 1 】。所有这些研究表明，由于电力市场具有明显的寡头市场特征，而 且由于电力需求价格弹性系数几乎为零，使得发电厂商具有潜在的市场力。电力市场运 行必须正视市场力问题。 电力市场中市场力研究的第二个方面就是希望给出市场力的衡量指标，并据此研究 市场力的预防和抑制措施。从现有的文献看，人们判别电价合适性的工作主要集中在市 场力的判别上，这种逻辑是从文献 7 8 开始的。市场力指标的判别已经提出了许多指 标，现综述如下： 1 一般市场力的指标 对一般市场力的监管通常使用的指标是H H I ( H e r f i n d a h l H i r s c h m a nI n d e x ) 指标和 L e m e r 指标。 集中度指标H H I 是一个静态指标，按照厂商的市场份额确定市场集中度，市场越是 集中则越具备市场力。对于电力市场而言，市场份额是指厂商的产量占市场上商品总产 量的比例，记某厂商g 的市场份额为s ；。集中度指标H H I ( H e r f i n d a h l H i r s c h m a nI n d e x ) 定义为： x 一脚：1 0 0 0 0 y ( 5 ：) 2( 1 1 ) 盏5 式中：s 。P o ，l 】；X 卜脚【o ，1 0 0 0 0 。 集中度是厂商市场份额的函数，它描述市场竞争性的基本思想：市场上厂商越多， 其规模越是相当( 集中度越小) ，厂商之间越是可以相互抗衡( 竞争性越强) 。体现上述思 想的集中度指标有多种定义， 理想的完全竞争市场有无数个规模相当的厂商，s ；一0 ，x 卜脚一0 ；而对于垄断市 场，j 。P = 1 ，X 卜脚= 1 0 0 0 0 。美国司法局和联邦贸易委员会的标准为： 当x P 。脚 1 8 0 0 为高度集中市场。 H H I 指标的优点在于其简单易用，但缺点也在于此。市场中许多影响市场力的因素， 如供需关系、需求弹性、不同发电资源的不同成本或特定的地理或在电网中位置的因素、 市场进入壁垒等，都没有从中得到反映。并且，市场力是随系统情况的变化而动态变化 的，而H H I 是一个静态的指标。 在市场力指标中，还有一种根据市场结果衡量市场力的一种更加直接的指标 L e n e r 指数。行使市场力的结果常常体现在价格上，该价格会高于生产者的短期边际成 本。L e n e r 指标就是通过定量反映实际价格P 高于边际成本M C 的程度来描述市场力的 大小。市场力大小的L e r n e r 指标定义为： 产：p - M C i( 1 2 ) P 其中M C i 为i 边际成本，P 为市场价格。 由于L e m e r 指数从市场结果考察市场力，是一个更加直接的指标。更多的人喜欢使 7 上海大学硕士学位论文 用这个指标进行研究。这个指标的缺陷就是基于成本的边际价格很难准确的得到，从而 对于市场力的判断也就变得困难【3 2 】【3 3 】【3 4 1 。 2 电力市场的市场力指标 从电力市场的角度，直接使用上述的指标进行市场力的判断，并不能够满足人们对 市场力的监控要求。一方面正如H H I 以及L e m e r 指标在其他市场应用中遇到的困难一 样，很难确定真实的边际成本，也就不容易在是否具有市场力问题上达成共识；另一方 面，从电力市场监管以及电力系统的角度也有一些特殊的问题。 电力市场的市场力研究中的一个特殊问题就是电力系统存在一个输电网络，这引起 了存在输电堵塞问题。由于输电堵塞，可以将一个表面看起来统一的市场分割成几个小 的市场，从而使得一些在总体上市场份额并不大的成员，在局部形成了市场力，即所谓 的空间的市场力。文献【3 5 提出了动态H H I 的概念，其目的是为了计及输电阻塞所带 来的影响。他们的策略是分别计算因为阻塞所造成的各个局部市场的H H I ，并且各个局 部市场的划分取决于阻塞线路的位置，从而各个局部H H I 随着所对应的局部市场划分 不同而不同。文献 3 6 1 在此基础上提出了- - 3 H 权动态H H I ，提出根据网络中阻塞线路的 位置把网络划分成若干子网络，并分别计算各子网络的H H I ，再将各子网络的输电功率 在整个系统总输电功率中所占的份额作为系数，加权各子网络的H H I 而得出整个系统 的H H I 。文献 3 7 1 贝J J 从节点的最大传输能力与节点的发电机组的构成定义考虑了输电约 束的市场力定义。 电力市场中发电厂商之所以容易实施市场力的重要原因之一是负荷需求的价格弹 性几乎为零。所以，关于市场力研究指标研究中人们提出了一类以市场供需状态为主要 特征的市场力指标。这类指标中有代表性的几个指标介绍如下。 总需求与总供给比值指标A 该指标是基于市场供需对市场力的影响这一思路设计得出的。它借助于分析市场总 需求和可用发电容量之间的比值来检测在何种条件下会引发市场力，并认为这一比率是 市场力存在的关键条件之一。当此条件符合，厂商就可以利用并在市场中进行策略性投 标，获得超额利润。因为只有供大于求才有可能形成有效的竞争市场，因此二者的差值 越大，市场竞争程度就越强，这就是需求与供给比值法的基本思路【3 引。用指标表示即为 天：垒 ( 1 3 ) Q A 、 式中：Q 是预测负荷需求量；Q 。是市场中的可用发电容量。 一般而言，天一1 ，说明市场供给不足，市场接近垄断，发电商具有垄断力、行使 市场力的可能性大；天一O ，说明市场供过于求，市场行为接近完