（技术经济及管理专业论文）电力市场环境下单一水电厂竞价策略研究.pdf

声明尸明 本人郑重声明：此处所提交的硕士学位论文电力市场环境下单一水电厂竞价策略 研究，是本人在华北电力大学攻读硕士学位期间，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；1 1 1 j n 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。与我一同工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： 多星星e t期： 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) 作者签名：固昆昆 日 期：q 。 2 ：z f 导师签名： e t期：笾! 12 ： ， _ 一 华北电力大学硕士学位论文摘要 摘要 电力市场环境下，如何组合电价和机组出力形成报价曲线以实现自身收益的最 大化是摆在每个发电商面前的一个难题。单一水电厂需要根据市场出清电价的预测 结果和市场其他发电商的竞价策略，统筹安排调度期内各时段的用水量，形成符合 自身情况的竞价策略，使电站获得最大的发电效益。论文提出了基于预测市场出清 电价的单一水电厂出力报价策略，将单一水电厂的竞价问题转化为期望售电收入最 大问题，建立了水电厂竞价策略模型，策略模型在满足水电厂的可用水量和机组特 性约束的条件下，协调各时段用水量、机组出力和报价的关系，实现水电厂的优化 运行。最后通过一个具体的算例对策略模型进行了验证，其结果说明通过该策略模 型得出的策略性报价能够提高单一水电厂的发电收益。 关键词：电力市场，电价预测，水电厂竟价策略，支持向量机，粒子群 a b s t r a c t t h eo p t i m a lw a t e rd i s c h a r g ep l a nc o u l db er e a c h e do n l yw h e ni tw a ss c h e d u l e d w i t hc o n s i d e r a t i o no ft h ew h o l eh o r i z o nc o n c e r n e d ，w h i c hi sac h a l l e n g ef o ra h y d r o p o w e rp l a n ta sa ni n d e p e n d e n tp o w e rp r o v i d e rt oc o n v e r tt h e s ei n f o r m a t i o nt oi t s b i d d i n gs t r a t e g ys oa st om a x i m i z ei t sg e n e r a t i o np r o f i t si nt h ee l e c t r i c i t ym a r k e t a f o r e c a s t e dp r i c eb a s e dh y o r o p o w e rb i d d i n gm e t h o d o l o g yi sp u tf o r w a r d i td e s c r i b e st h e b i d d i n gp r o b l e ma sap r o b l e mo fm a x i m i z i n gt h ei n c o m ee x p e c t a t i o no fp o w e rs a l e ，a n d t h e nab i d d i n gm o d e lf o rh y d r o p o w e rp l a n ti se s t a b l i s h e dt oc o o r d i n a t et h ew a t e ru s a g e i nv a r i o u sp e r i o da n dt h er e l a t i o n s h i pb e t w e e nw a t e ru s a g ea n db i d d i n g o nt h ep r e m i s e o fs a t i s f y i n gt h ec o n s t r a i n to fw a t e ra v a i l a b i l i t y , t h eb i d d i n gs t r a t e g yi se x t e n d e d ，s ot l l a t t h i sm o d e lc a r la c h i e v et h eo p t i m a lo p e r a t i o no fh y d r o p o w e rp l a n ti nt h ef o r m a t i o no f g e n e r a t i o nc o m m i t m e n tp r i c e ac o n c r e t ec o m p u t i n gc a s ei sp r e s e n t e dt ot e s tt h em o d e ， v e r i f y i n gt h ep l a u s i b i l i t yo ft h em e t h o d o l o g ya n dl e a d i n gt ou s e f u lc o n c l u s i o n ，w h i c hi s o fd i r e c t i o n a ls i g n i f i c a n c e y a nx i n g x i n g ( t e c h n o l o g ye c o n o m ya n dm a n a g e m e n t ) d i r e c t e db yp r o f s u nw e i k e yw o r d s ：p o w e rm a r k e t ，p r i c ef o r e c a s t ，b i d d i n gs t r a t e g yf o rh y d r o p o w e rp l a n t ， s v m p s o ， 一 华北电力大学硕士学位论文目录 目录 中文摘要 英文摘要 第一章绪论1 1 1 选题背景及意义1 1 1 1 我国水力资源及水电开发情况1 1 1 2 国内外电力市场的发展历程2 1 2 水电竞价上网现状5 1 2 1 水电特性及参与市场的特殊性5 1 2 2 水电参与电力市场的原则及水电竟价的基本框架5 1 2 3 国内外水电参与市场情况6 1 2 4 水电竞价策略理论研究情况8 第二章电力市场研究概述及我国电力市场运作情况9 2 1 电力市场研究概述9 2 1 1 电力市场基本要素和特征9 2 1 2 电力市场的结构1 0 2 1 3 电力定价方法1 0 2 1 4 电力市场出清模式1 2 2 2 我国电力市场运作情况1 3 2 2 1 华东电力市场概况1 3 2 2 2 华东电力市场发展历程1 4 2 2 3 华东电力市场日前交易规则1 5 第三章市场出清电价变化规律分析1 7 3 1 市场出清电价的变化特点1 7 3 2 市场出清电价的相关性分析2 1 3 2 1 时点电价相关性分析2 2 3 2 2 日电价相关性分析2 3 第四章市场出清电价的预测模型2 5 4 1 组合预测基本原理2 5 4 2 基于时段分离的组合预测模型2 6 4 3 支持向量机算法( s v m ) 理论介绍2 7 4 3 1 支持向量机算法( s v m ) 回归理论2 7 4 3 2 支持向量机作变权运算的优势分析2 9 4 3 3 核函数和参数的选择3 0 华北电力大学硕+ 学位论文目录 4 4 预测结果分析 4 4 1 墨预测 4 4 2 最预测 4 4 3 墨和最的组合预测 第五章电力市场环境下单一水电厂竞价策略研究 5 1 基于市场出清电价的竞价策略模型 5 2 粒子群算法介绍 5 2 1 基本原理 5 2 2 参数设雹 5 3 模型实现 5 3 1 竞价策略的实现流程图 5 3 2 粒子群算法的实现 5 4 实例分析 第六章结论 参考文献 致谢 在学期间发表的学术论文和参加科研情况 n 3 1 3 1 3 2 3 3 3 6 3 6 3 8 3 8 j 3 9 3 9 4 0 4 0 4 1 4 3 4 4 4 7 4 8 华北电力大学硕士学位论文 1 1 选题背景及意义 第一章绪论 1 1 1 我国水力资源及水电开发情况 我国幅员辽阔，蕴藏着极为丰富的水力资源。水力资源作为重要的可再生能源 资源，是我国仅次于煤炭的第二大常规能源资源，如果水力资源按2 0 0 年计算其资 源储量，我国水力资源剩余可开采总量在常规能源构成中超过6 0 。截止2 0 0 8 年 底，全国水电装机容量达到1 7 2 亿千瓦，居世界第一，年发电量达到5 6 3 3 亿千瓦 时，分别占全国电力装机容量和年发电量的2 1 6 和1 6 4 。由此可见水力资源在 我国能源资源中的重要地位和作用。 根据最近一期的水力资源复查报告【i l 我国大陆水力资源理论蕴藏量在l 万k w 及以上的河流共38 8 6 条，水力资源理论蕴藏量年电量为6 08 2 9 亿k w h ，平均功 率为6 94 4 0 万k w ；技术可开发装机容量5 41 6 4 万k w ，年发电量2 47 4 0 亿k w h ， 经济可开发装机容量4 01 8 0 万k w ，年发电量1 75 3 4 亿k w h 。截至2 0 0 8 年底， 全国已开发装机容量约1 7 2 亿k w ，居世界第一位。水力资源主要富集于金沙江、 雅砻江、大渡河、澜沧江、乌江、长江上游、南盘江红水河、黄河上游、湘西、闽 浙赣、东北、黄河北干流以及怒江等水电基地，其总装机容量约占全国技术可开发 量的5 1 ，占经济可开发量的6 0 。有利于集中开发和规模外送。其中，四川、西 藏、云南水力资源技术可开发量最为丰富，其技术可开发量装机容量分别为1 20 0 4 万k w 、l l0 0 0 4 万k w 和1 01 9 3 9 万k w ，分别占全国技术可开发量的2 2 、2 0 和1 9 。全国江河水力资源技术可开发量最大的依次是：长江流域2 56 2 7 3 万k w ， 雅鲁藏布江流域67 8 5 万k w ，黄河流域37 3 4 3 万k w ，分别占全国技术可开发量 的4 7 、1 3 和7 。全国技术可开发的装机容量3 0 万k w 及以上的大型水电站的 装机容量和年发电量的比重均达到7 2 左右，其中装机容量1 0 0 万k w 及以上的特 大型水电站装机容量及年发电量的比重均超过5 0 。而小型水电站的座数占全国总 座数的9 2 1 ，分布在全国各地，虽然总装机容量和年发电量不大，但却是解决当 地能源和电力问题的重要资源。 2 0 0 7 年至2 0 1 0 年全社会用电量的年均增速在1 0 左右。根据预测，到2 0 2 0 年我国发电装机容量预计达到1 0 亿千瓦，全社会用电量将超过6 万亿千瓦时。在 如此迅猛的需求拉动下，如果单纯依靠增加煤电，那么在煤炭供应、运输和环保方 面都将难以承受。为此，本着优化电源结构，坚持可持续发展和相互协调的原则， 华北电力大学硕士学位论文 国家采取大力开发水电，优化发展煤电，积极发展核电、适当建设天然气电站，加 快新能源发展步伐的能源建设方针。使电力适当超前发展，有利于电源结构的调整 和节能减排目标的实现。根据初步规划，水电年均新增装机容量需在1 2 0 0 0 兆瓦以 上。 1 1 2 国内外电力市场的发展历程 1 9 8 2 年智利的电力市场改革掀起了世界范围的电力产业改革，1 9 8 9 年英国电 力市场改革也对世界电力产业产生了极其深远的影响，随后电力产业改革的浪潮开 始波及英国、北欧、美国、澳大利亚、新西兰、阿根廷、日本等国家，电力市场化 改革无疑成为世界各国电力工业发展的大趋势【l 2 1 。 在英国，1 9 9 0 年以前，由英国地方政府对各自的管辖区域内的电力工业进行统 一管理经营，发电、送电、配电和售电实施纵向一体化垄断式管理模式。1 9 9 0 年后， 改革第一个阶段是以电力库( p o o l ，即电力联营的集中交易) 运行模式为特征， 引入了电力零售市场，允许用户自由选择电力供应商，从而在售电侧引入了竞争， 称为电力库时期；然后是以实施新电力交易协议( t h en e we l e c t r i c i t yt r a d i n g a r r a n g e m e n t ，以下简称“n e t a ) 为标志，以发电商与用户可签订双边合同为特征， 称为n e t a 时期；第三个时期是以实施英国电力贸易和传输协议( b e t t a ) 为标志， 以全英国的电力系统归一家公司统一经营为特征，称为b e t t a 时期。 北欧地区包括丹麦、芬兰、冰岛、挪威、瑞典。1 9 9 1 年，挪威在国内建立了电 力商品交易所。1 9 9 1 1 9 9 3 年，挪威电力市场仅仅是电力远期合同市场( f o r w a r d m a r k e t ) ，只允许市场主体进行物理合同的交易。1 9 9 6 年，挪威和瑞典共同建立了 挪威一瑞典联合电力交易所，两个国家的电网公司各有5 0 的股权，称作北欧电力 交易所( n o r d i cp o w e re x c h a n g e 也叫n o r dp 0 0 1 ) 。该机构主要负责电力现货市场的 运行，电力金融交易和电力交易结算。从1 9 9 7 年开始，北欧电力市场引入金融期 货合同。1 9 9 8 年，芬兰加人北欧电力交易市场。1 9 9 9 年丹麦西部电网加人。1 9 9 9 年允许期权合同上市交易。2 0 0 0 年，丹麦东部电网加入，同时北欧交易市场引入了 差价合同。 在美国，1 9 7 8 年，美国联邦政府以法律的形式正式允许独立发电企业出售电力， 但独立发电商进入电网仍受到公用事业控股公司法案的限制。1 9 9 2 年，美国颁布了 新的能源政策法，规定所有的电力公司必须提供输电服务。1 9 9 6 年，联邦能源 管理委员会( f e r c ) t 丑台了8 8 8 号和8 8 9 号法令，详细规定：开放准入输电服务价格 和辅助服务价格，发电和输电必须从功能上分离，所有的发电商得到一样的待遇。 法令的出台培育出p j m 和纽约i s o 等比较成功的电力市场。1 9 9 9 年，为了解决输 电价格的定价问题，美国联邦能源管制委员会( f e r c ) 签署的2 0 0 0 号法令目的在 2 华北电力大学硕士学位论文 通过发展地区输电组织r t o ( r e g i o n a lt r a n s m i s s i o no r g a n i z a t i o n ) ，从而在输电网中 获取最大的区域效益。2 0 0 2 年，发布标准电力市场设计( s t a n d a r dm a r k e td e s i g n ， s m d ) 法案，为美国各州提供了相对标准化的市场规则，指导美国电力市场的建设 和发展，确保电力市场的竞争力和高效性，维持市场条件下电力系统的稳定运行， 同时达到激励投资的效果。目前，已经形成的有组织的电力市场区域包括：新英格 兰i s o ，纽约i s o ，p j m ，德州e r c o t 和加州i s o 。在这些区域内，进行日前交易 和实时交易，所有的i s o 和r t o 都不组织长期电力交易，所有的长期交易均以双 边合同形式实现。 在澳大利亚，1 9 9 1 年，成立国家电网管理委员会和国家电力市场法规行政局 n e c a ( n a t i o n a le l e c t r i c i t yc o d e a d m i n i s t r a t o rl i m i t e d ) ，开始了电力市场改革。1 9 9 8 年，国家电力市场开始运作。为了向用户提供廉价电力，国家电力市场在大范围供 应和购买电力方面引进竞争机制，并为贯穿澳大利亚首都地区( a u s t r a l i a nc a p i t a l t e r r i t o r y ) 、新南威尔士( n e ws o u t hw a l e s ) 、昆士兰( q u e e n s l a n d ) 、南澳大利亚( s o u t h a u s t r a l i a ) 和维多利亚( v i c t o r i a ) 的电网带来开放式接入体制( o p e na c c e s sr e g i m e ) 澳大利亚的首都地区、新南威尔士、昆士兰、南澳大利亚和维多利亚首先通过电网 连接起来，塔斯玛尼亚( t a s m a n i a ) 等最后接入。全国互联电网的调度和电力市场 的交易管理由国家电力市场管理公司n e m m c o ( n a t i o n a le l e c t r i c i t ym a r k e t m a n a g e m e n tc o m p a n y ) 负责。 在新西兰，国有新西兰电力公司在1 9 8 7 年成立，控制和管理全国的发电和输 电企业。1 9 8 8 年，新西兰电力公司重组为发电、市场、输电和电力设计制造四个子 公司。1 9 9 2 年，新西兰电力公司将输电公司剥离出来建立拥有整个输电网的独立国 有公司( t r a n sp o w e r ) 。1 9 9 6 年，新西兰电力公司进行发电资产重组，新西兰电力 市场化改革开始。同年1 0 月1 日，新西兰电力市场开始运作，由电力市场公司e m c o ( e l e c t r i c i t ym a r k e tc o m p a n yl i m i t e d ) 负责运行。2 0 0 3 年，电力监管机构重新归为 新西兰政府统一管理。 在日本，1 9 9 5 年以前，日本电力工业一直实行各电力公司分地区发输配售垂直 一体化体制，电力公司全部为私有( 民营) 企业。1 9 9 5 年开始引入i p p ( 独立发电 公司) ，1 9 9 7 年开始讨论大用户开放问题。2 0 0 0 年，用电负荷2 0 0 0 k w 以上大用户 ( 占电力总需求的3 0 左右) 均可自由选择供电商；2 0 0 4 年4 月，5 0 0 k w 以上的大 用户均可自由选择发电商；2 0 0 5 年4 月，除家庭用户以外5 0 k w 以上的所有大用户 ( 占电力总需求的2 3 左右) 均可自由选择供电商。用户自由选择供电商的前提条 件是“过网费 即输配电电价的确定。“过网费是输配电企业严格遵照政府制定 规则进行测算，经政府批准执行的输电费用。 在我国d 1 ，1 9 9 8 年3 月电力工业部撤销，电力行政管理权移交国家经贸委， 3 华北电力大学硕士学位论文 在中央全面开始实现政企分开，实现了我国电力工业管理体制由计划经济向社会主 义市场经济过渡的历史性转折。 1 9 9 8 年1 2 月，国务院办公厅转发国家经贸委关于深化电力体制改革问题意 见的通知，决定实施以省为实体的方针，以东北电力集团公司为试点，改组为国 电公司东北分公司，将南方电力联营公司改组为国电公司的分公司，并在上海、浙 江、山东、辽宁、吉林、黑龙江六省市进行厂网分开、竞价上网试点。 1 9 9 9 年，省、市、自治区政企分开工作开始，到2 0 0 0 年底全国已有近2 3 的 省级电力行业实现了政企分开。 1 9 9 9 年1 月1 日开始，四川省电力公司实施以竞争上网为核心的内部电力市场， 从1 9 9 9 年丰水期开始，实施水火电量置换市场，迈出了水电参与市场的第一步。 并在2 0 0 0 年1 月1 日之后推广为全省发电侧竞价市场； 2 0 0 2 年4 月，国务院正式批准了中国电力体制改革方案。以“厂网分开、竞价 上网、打破垄断、引入竞争 为目标，改革任务主要是实施厂网分开，重组发电和 电网企业；实行竞价上网，建立电力市场运行规则和政府监管体系，初步建立竞争、 开放的区域电力市场，实行新的电价机制；制定发电排放的环保折价标准，形成激 励清洁电源发展的新机制；开展发电企业向大用户直接供电的试点工作，改变电网 企业独家购买电力的格局；继续推进农村电力管理体制的改革。 2 0 0 2 年1 2 月2 9 日，中国电力新组建( 改组) 的l l 家公司( 两大电网公司 国家电网公司、南方电网公司；五大发电集团华能集团、大唐集团、华电集团、 国电集团、中国电力投资集团；四大辅业集团中国电力工程顾问集团、中国水 电工程顾问集团、中国水利水电建设集团和中国葛洲坝集团) 正式宣告挂牌，这标 志着中国电力工业由此进入了一个崭新的发展时期。 2 0 0 3 年3 月，国家电监会成立，开始履行电力市场监管者的职责，实现政监分 开； 2 0 0 3 年9 月底，东北区域电力市场开始启动，标志着我国第一个区域电力市场 正式建立： 2 0 0 5 年，华中电力市场建设正式启动。 2 0 0 6 年3 月，十一五电力体制改革任务确定。 2 0 0 6 年9 月，华中电力市场确定初期以“双边交易为主，竞价交易为辅 的 市场模式，其中双边交易仍采用单一电度电价。 2 0 0 6 年1 2 月，在长达两年的模拟运行基础上，华东电力市场正式调电试运行 2 0 0 7 年5 月2 4 日，华中电力市场建设方案( 征求意见稿) 出台。如何利用 水力资源发电，已成为华中电力市场建设的重要内容之一；而水电和火电一道参与 4 华北电力大学硕士学位论文 上网竞价，亦被纳入华中电力市场方案的考虑之中。 1 2 水电竞价上网现状 1 2 1 水电特性及参与市场的特殊性 水电能源是一种可再生、成本低廉、便于调峰、能修复环境生态、具有防洪、 航运、灌溉、供水等社会职能的清洁能源。不同于火电、核电，水电生产中不排放 有害气体、烟尘和灰渣等，也没有核辐射污染。不同于火电成本中固定与变动成本 比重相当，水电成本主要是固定成本，变动成本所占比重较小。与火电相比，水电 启停机速度快灵活、跟踪负荷能力强、启停机费用可以忽略不计，可调节容量范围 大，是良好的调峰电源和备用电源。但是，受水库库容和来水情况的影响，水电的 发电出力会受限制，尤其是径流式电站，受气候影响大，存在很大的发电量不稳定 的风险。由于受到来水的不确定性和水情预报的精度问题的影响，致使水电站控制 发电出力和发电量能力不强。鉴于水电的自身特点，研究水电参与市场竞价时应注 意以下三方面： ( 1 ) 是水电的经济特性。水电前期投入很大，后期发电的变动成本较小；恰 恰相反，火电前期投入较小，后期发电的变动成本较大。所以，水电经营前期的成 本压力比火电大，在水电建设期的投资款偿还完毕之后，水电的低成本优势明显显 现。不同的成本构成，如果采取统一标准竞价，违背公平竞争的原则，对水、火电 利益格局产生较大调整，不利于资源的优化配置。因此，在市场起步阶段，要尽量 平衡竞价主体的利益。 ( 2 ) 是水电技术特性。相对而言，水电的灵活性能比火电强，但是水电受到 区域水资源的来水情况、库容情况和季节时令的差异等因素的影响，其可控性能远 不及火电，参与市场竞争的方式也应各取所长。 ( 3 ) 水电的综合利用问题。水电，尤其是大型水电站，兼有防洪、航运、灌 溉、供水等社会职能，在参与市场竞争时必须首先满足综合利用的要求，在某些时 段可能不适合参与月度竞价交易和日前竞价交易。例如，在防洪期水电站为了满足 防洪的要求，同时本着尽量减少水电弃水的原则，必须发电，可按非竞价合同电量 处理，要统筹考虑合同电量和竞价电量分解的问题。 1 2 2 水电参与电力市场的原则及水电竞价的基本框架 根据水电的自身特性，水电参与电力市场竞价上网，要把握以下基本原则： ( 1 ) 遵循电力市场的基本市场规律； ( 2 ) 贯彻国家能源政策，尽量减少水电弃水，最大限度的有效利用水力资源； 5 华北电力大学硕士学位论文 ( 3 ) 在参与市场竞价时，水电站一方面兼顾水库综合利用，另一方面应该在 一定程度上承担市场风险和收益风险，从而达到有效引导水电建设投资方向的目 的，体现市场化带来的综合效益； ( 4 ) 在参与市场竞价时，水电站在确保电网安全运行服从电网调度的前提下， 采取必要的竞价策略参与市场交易并承担来水波动所带来的市场风险； 为充分利用水电资源，根据水电的自身特点，水电参与市场竞价的基本框架如 下：电力市场环境下，发电商需向所在电力市场交易中心提交自己的出力报价 曲线，购电方接收到各发电商出力报价曲线后，按电价从低到高排序，考虑网 络安全约束，以购电费用最小为目标，确定各发电商的成交电量和电价。 水电厂在实时平衡市场的报价也可以借鉴英国新电力市场的实时平衡市场、北 欧电力市场的实时平衡市场的报价方式，就是在一个基准曲线的基础上上下变动出 力和报价得到一组出力电价曲线，形成一个报价策略组合。水电厂的竞价方案 在上报之前，应该进行模拟运行，来验证其可行性。该策略的目标函数是综合收益 最大化，约束条件要考虑水库初水位和末水位，水库来水情况，可调出力情况，出 库流量情况，发电机组特性等约束条件。 1 2 3 国内外水电参与市场情况 2 0 世纪9 0 年代以来，电力市场化改革席卷英国、美国、阿根廷、澳大利亚以 及北欧多个国家，他们相继打破了传统的电力工业管理体制，引入竞争机制，通过 市场的“无形的手”达到最大限度优化配置资源的目的，并取得了相当大的成功。 虽然在某些方面和我国的市场运行模式不同，但国际上关于水电参与市场的经验仍 值得我们借鉴。尤其是电力市场运行经验丰富的北欧，拥有丰富的水电资源，对于 我国建立水电参与市场竞争的运作模式具有很高的参考价值n 别。 北欧电力市场是多国电力市场，包括丹麦、瑞典、挪威、芬兰和冰岛。北欧电 网内各国电源差异很大，挪威基本上是纯水电系统，丹麦基本上是纯火电系统，芬 兰以火电和核电为主，水电只占2 0 ，瑞典则是核电和水电各占5 0 。在北欧电力 市场，水电装机总量几乎超过全部装机容量的一半。 北欧电力市场实行多买多卖模式，就是市场对买卖双方是完全开放的，电力市 场不是发电厂电量的唯一购买者，用户，贸易商，供电商，甚至发电厂都可以通过 竟价进行交易，而且还可以不通过市场，直接进行自由交易。电力交易可以通过电 力交易中心直接进行双边交易，也可通过北欧非实时电力电力交易中心( n o r dp 0 0 1 ) 进行交易。目前北欧电力市场开放了短期交易市场、期货交易市场及实时交易市场。 短期交易市场( s p o r tm a r k e t 或是e l s p o t ) 是在电力被用户消费的前一天对电 力进行买卖的市场( d a y - b e f o r em a r k e t ) 。发电商和购电商在交易前一天，向北欧非 6 华北电力大学硕士学位论文 实时电力交易中心申报愿意以什么样的价格买( 卖) 多少的电量，中心通过信息收 集统计出市场成员的报价和需求量，确定第二天每个小时的供需平衡点价格，作为 第二天的交易价格。同时，为期货价格和实时交易价格提供参考。 期货交易市场( f u t u r e sm a r k e t 或是e l t e r m i n ) 是根据期货市场交易规则，买卖 双方签订在未来某个时间以某个价格交易某个数量的电力的期货合同，最长时间期 限是3 年。期货交易可以避免电力价格波动给市场成员带来的风险，并对未来运营 进行有效的安排。 实时交易市场( r e a lt i m em a r k e t ) 是在调度中心的安排下，电力市场成员根据 短期交易结果和自身发用电能力，申报在第二天的运行中，愿意以什么样的价格增 加( 或者减少) 多少电力，这种出力调整必须承诺在1 5 分钟内完成。 在北欧电力市场中，水电厂根据水情，机组出力能力参与市场竞争，其中水电 厂参与期货交易类似我国四川电力公司组织的水火电置换模式，有效的降低了水电 企业参与竞价的风险。水电厂参与市场，水情的变化对市场电价影响较大。在短期 交易市场和实时交易市场由于对水情有比较准确地把握，水电价格波动不会太大。一 但是在期货交易市场，长期水情预测的准确性比较低，这种情况下，就会出现缺水 的季节或年份水电厂不能满足期货合同的要求，在丰水季节或年份发电量超出期货 合同要求，造成“弃水”。在某种程度上，水电应该慎重参与期货市场。 在我国，电力市场尚处于试验阶段，水电参与竞价上网还有待时日n3 1 大部分 省或区域电力市场中，水电并不参与竞价，而是根据“以水定电一的政策方针交易 中心制定水电的运行计划，配合火电竞价上网。但是因为水电来水情况具有很强的 不确定性，以及丰枯季节出力变换显著的特点，所以在某些水电较丰富的省或区域 电力市场，出现了不同程度的“弃水 现象，没能充分地发挥大电网的水火互补、 调峰错峰、互为备用等优势。 但是，早在1 9 9 9 年四川电力公司进行内部模拟市场建设时，就引入了水火电 置换电量的交易模式1 。火电厂可低价购买水电厂的富余电量来完成自身的合同电 量，火电厂通过价格差获得利益，水电厂通过多发富余电量来获得利益，这种水 火电置换是我国水电参与市场的第一次尝试。由于四川的水火电置换政策弥补了当 时计划电量不足，利用了市场经济的利益调节机制，较好地处理了各方关系，从而 取得了较好的经济和社会效益。 我国各区域电力市场正在逐步推进，东北、华东及南方电网都在模拟运行，华 中电网正处于市场规则讨论阶段。但在各区域电力市场规则中，华中区域电力市场 已将水电列为参与市场竞争的市场成员，南方电力市场也已经开始研究水电如何参 与市场竞价的问题。根据国内发展趋势分析及国外经验，尽管目前尚存在一些问题 需要解决，水电参与竞价上网是必然的发展趋势。水电企业应在现阶段加强对市场 7 华北电力大学硕士学位论文 规则的研究，尽早进行相应的准备，为未来参与市场做好充分的准备。 1 2 4 水电竞价策略理论研究情况 独立的水电发电企业处于市场化环境中，首先要面临的问题是如何向电力运营 中心( 购买者) 报价。考虑自身条件的限制和来水情况的约束，为了满足企业利润 的最大化要求，根据经济学原理，水电企业当然希望按照自己的边际成本来进行报 价，但这只是当竞争市场是非常完美完全竞争市场时才能出现。一般情况下，独立 水电发电企业采用策略性报价达到增加利润的目的。研究水电厂竞价策略有三类方 法： ( 1 ) 基于预测下一个时段的市场出清电价的策略性报价方法n 争2 5 1 。该方法主要 是准确预测次日市场出清电价，单一水电站的报价只要略低于市场出清电价，同时 高于发电成本就能保证次日各个时段的成功报价，而且获得利润。当前国际上大多 数国家和我国正在进行试点的几个省级电力市场，都是依此为核心进行结算的。因 此，预先准确地对市场出清电价进行预测是发电厂制定成功报价策略的基础。在对 市场出清电价进行预测的基础上，单一水电站进行经济负荷分配，对于独立的水电 站进行经济负荷分配是一个具有复杂约束的大型、动态、非凸、有时滞的非线性规 划问题。解决办法主要是动态规划，网络流规划，人工神经网络，模糊优化，混沌 优化，粒子群算法等等。 ( 2 ) 基于预测竞争对手的竞价策略。该方法需要利用概率论或者模糊数学的 方法，估计竞争对手的报价策略，然后拟定己方的报价策略。其中，采用模糊数学 的方法主要是将对手的竞价看作为模糊变量，通过隶属度函数将对手的竞价策略清 晰化后，结合自身的竞价策略预测出市场出清价，再经反复调整，最后制定出己方 最优的竞价策略【2 6 j 。基于概率论的方法是对整个市场中所有竞争对手的成本费用和 报价策略用某种概率密度函数进行描述进行预测，得到报价曲线和收益函数的期望 值，最终决定己方的报价策略。显然，这种方法需要大量的对手数据，但在目前市 场，由于这些信息均为私有数据，无法取得，所以该类方法并不适用。 ( 3 ) 基于博弈论的竞价策略。这种类型的竞价策略主要分成两类，一类是采 用矩阵博弈模型，将候选报价策略进行离散化处理，再构造收益矩阵表示各个发电 商采用的各个组合策略，最后找到一个平衡的报价策略组合。这就是最优的竞价策 略。一类是基于寡头的博弈模型，主要有古诺模型，供给函数模型和s t a c k e l b e r g 模型。在寡头市场中，每个发电公司都是寡头，市场出清价和每个寡头相关，寡头 行为影响其它寡头的收益和市场清算价格，该方法便于操作，但是模型的参数预测 的准确度不稳定。况且，多人博弈理论和算法的研究尚不成熟，计算量相对较大乜 ，训。 8 华北电力大学硕士学位论文 第二章电力市场研究概述及我国电力市场运作情况 随着国内外电力市场化改革的不断深入，电力市场理论知识也越来越丰富。课 题将从电力市场基本要素、特征、结构及定价方法和出清模式出发，系统的概述目 前电力市场的研究成果；同时，我国目前的电力市场具体运作方式也将予以介绍。 2 1 电力市场研究概述 2 1 1 电力市场基本要素和特征 电力市场就是坚持自愿互利和公平竞争的原则，以经济为手段，对电力系统中 的用户、配电、输电、发电等成员进行组织协调运行的执行系统和管理系统的总和。 简言之，电力市场是电力的买卖双方本着收益最高成本最低的原则决定电价和电量 的过程。电力市场是在“无形的手的管理机制下运转的，他不同于行政命令机制。 而且电力市场还是该管理机制的执行系统，在电力市场中包括贸易场所、计量系统、 通信系统、计算机系统等等。 电力市场化的直接受益者是市场参与者，间接受益者是全社会，所以电力市场 具有显著的外在经济性。具体表现在：建立电力市场是以“引入竞争、提高效率、 降低电价、改善服务、持续发展 为目标的，引入竞争机制，必然会促使发电、输 配电、电力销售等等环节提高自身效率，降低自身成本，达到降低电价，提高客户 服务水平，和提高供电可靠性的效果；通过市场自身的激励机制和调节作用，促使 投资逐步合理化，引导资源优化配置和加强环境保护力度，成为持续发展的内在动 力，逐步形成良性循环。 因此，电力市场具有竞争性、协调性、开放性、和计划性的基本特征。相对于 普通的商品市场，电力市场具有协调性和计划性；相对于传统垄断的电力系统，电 力市场具有竞争性和开放性。 电力市场具备六大要素：市场主体、市场载体、市场客体、市场价格、市场规 则和市场监管。各级电力市场中进行电力交易( 购电和售电) 的广大电力消费者、配 电公司、输电公司( 电网公司) 、发电公司等电力企业是电力市场中的市场主体。电 力市场的客体是作为商品形式的电能，它分为电量( k w h ) 和电力容量( k w ) 两类。而 电力交易活动的物质基础，包括各种电力设备和场所设施等电力市场的载体。电价 是电力市场的“杠杆 ，是传递供求关系变化最直接最敏感的信号。它是供求双方 关注的焦点，是广大电力用户和电力生产者之间利益的调节体。 要建立一个完善的电力市场，还必须建立切合实际的电力价格形成机制和价格 9 华北电力大学硕士学位论文 管理体制。同时为了保证电力市场的有序运营，必须制定严密的电力市场运行规则。 其核心是引入竞争机制，保证电力市场开展公平、有序的竞争。各级电力市场都必 须设有专门的监管机构，其主要职能是监管电力市场的交易行为和竞争行为，处理 不公平的竞争和违反法律、法规的行为，并对电力市场运行中发生的纠纷、争议和 投诉进行调节和仲裁。市场规则可分为两个大类：体制性规则和运行规则。 2 1 2 电力市场的结构 按照市场竞争程度的不同，电力市场的结构大致可以分为四种类型：完全垄断、 寡头垄断、垄断竞争和完全竞争。输电约束和输电损耗的存在，在一定程度一定范 围内限制了某些大用户选择发电公司和大用户购电的积极性。同时发电公司数目有 限，投资规模大等电力生产的特殊性，导致某些地区可能只有少数发电公司提供电 力。可见电力市场不是完全竞争市场，而是更接近于寡头垄断市场。根据这一特点 发电公司只要进行策略性报价就能实现利润最大化的目标。但是发电环节不同于供 电环节，两者各有不同的经济和技术特性，决定了发电侧不具有自然垄断的特点。 因此，电力市场的竞争，最初是从发电市场的开放开始的。 从各国电力市场的发展历程来看，以下四种市场结构比较普遍：1 ) 输、配电 开放型结构：发电竞争，输电网和配电网开放。2 ) 输电开放型结构：发电竞争，输 电开放，但配电网仍然属于垄断模式。3 ) 发电竞争结构：厂网分开、发电侧竞价上 网，输、配电仍属于垄断模式。4 ) 垂直垄断结构：通过国家的法律法规手段对电价 实行管制。集发电、输电、配电为一体，实行垄断经营。 总而言之，开放发电市场，既有利于发电市场引入竞争，同时也易于管理，是 包括我国在内的许多国家电力市场改革初期选择的一种平稳的过渡方式。 目前我国的电力产业的市场化改革正在进行，发电侧正在逐步的引入竞争，而 有效的发电侧市场也尚未成形。合理的市场结构是电力市场成功的前提。在发电侧， 五大发电公司与国家电力之外的发电公司( 如国华电力、华润电力、国投电力、长 江电力及以深能源、申能源、粤电力等) 共同组成中国目前的发电产业，初步形成 了一个具有一定竞争能力的电力体系。在输电环节，我国已有6 个区域电网和一个 独立电网，形成了国家、大区、省、地和县的五级电网调度体系，实行纵向分层和 分区控制。西电东送的北、中、南三个通道已初具雏形。不久将建成连接不同省份 和地区的国家性的大输电网。 2 1 3 电力定价方法 电价是行业价格，具有一般商品价格的共性，但是由于电能的生产消费过程有 别于其他一般商品的特点，使得电价具有其自身的特殊性。在考虑电力成本、税金 l o 华北电力大学硕士学位论文 和合理收益的情况下，电价的形成分成以下五个阶段： ( 1 ) 上网电价阶段。从电源项目投融资的综合结果上反映出的发电机组单位综 合造价，这是形成上网电价的基础。 ( 2 ) 输配电价阶段。在电源输送电能的输配电资产基础上形成输配电价。 ( 3 ) 销售电价阶段。上网电价+ 输配电价= 销售电价 ( 4 ) 销售电价结构形成阶段。这个阶段主要依据用户的用电负荷特性和负荷曲 线来形成销售电价结构。 ( 5 ) 实际销售电价阶段。在进行财务平衡的基础上，调整销售电价，形成实际 销售电价。 目前电价的制订方式有三种，分别是政府定价，协议定价和市场定价。论文将 着力研究市场竞价。市场竞价就是通过制定一系列规则，在市场环境下由买卖双方 通过竞争形成价格。市场竞价有两种类型：同价竞争和报价竞争。买方有主导优势， 给卖方一个可以接受的价格，多个卖方在此价格下竞争；卖方有主导优势，给买方 一个可以接受的价格，多个卖方在此价格下竞争：第三方比如政府有主导优势，规 定一个买卖双方都能接受的交易价格，多个卖方和买方在规定价格下竞争，这是同 价竞争。报价竞争则是价格处于主导优势，各个卖方报价，买方以低价优先的原则 调配电源；或者各个买方报价，卖方以高价优先的原则卖出电能。论文旨在研究报 价竞争方式制定电价，以买方为主导，多个卖方报价，买方以低价优先原则调配电 能。 电力市场电价受多方面因素的影响，比如宏观的经济发展和环境影响呻1 ，电力 市场结构、电力系统客观条件约束的影响，还有电力负荷水平、系统备用容量以及 各种能源价格对电价产生的影响。市场结构对电价的影响在于：电力市场中发电机 组的构成、运行成本和机会成本决定市场电价，间接引发发电燃料成本对电价产生 影响。对于电力市场这一接近寡头的特殊市场环境，市场中买家和卖家的数量有限。 如果想要通过市场这一“无形的手 控制价格应尽可能的增加市场参与者的数量， 达到降低每个市场参与者对市场价格的控制能力。辅助服务市场( 辅助服务市场包 括系统备用容量市场、可中断负荷市场以及市场黑启动服务等) 越完善，竞争越充 分，电价越稳定，越少出现价格尖峰。当市场中存在价格管制时，电价也会受到较 大的影响。例如在最高价格管制地区，系统的最高电价为管制价格。发电侧不能通 过市场力无限抬高价格，从而保护买方利益和维持市场的公平运行。不论何种电力 市场模式中，负荷都是影响电价的重要因素。通常在短期内，市场总装机容量变化 波动不大，那么负荷需求越高，高成本机组就会被调用，市场出清价就会随之提高。 气候等自然条件的变化对电价波动也会产生较大的影响，例如当出现长期的干旱性 华北电力大学硕士学位论文 气候时会减少水电站上游来水，影响水力发电机组出力，造成整个市场出清电价上 扬；当出现长期的炎热或者寒冷天气时水电发电机组一直处于高负荷运行状态，一 般情况下，出于安全考虑，部分机组要进行强制检修不能参与运行，导致系统可用 装机容量相对下降，此时不得不调