（动力机械及工程专业论文）电力市场发电侧竞价上网研究.pdf

重庆大学硕士学位论文中文摘要 摘要 电力工业是国民经济中最重要的基础产业之一。为了改变电力工业长期处于垄 断运营，缺乏竞争的弊端，现在作为电力体制改革的重要举措“厂网分开、竞价上 网”已逐渐开展起来，这是我国电力体制由计划经济逐步过渡到市场经济的必然途 径。如何实时地了解、分析和控制发电成本，如何能在电力市场的竞争中立于不败 之地已经成为发电厂追在眉睫需要解决的问题。 本文研究的“发电侧报价辅助决策系统”正是为电厂在”厂网分开、竟价上网” 改革的新形势要求下，能够实时地计算发电成本；正确地预测生产成本变化趋势， 为控制成本提供准确的依据，在报价时对成本”心中有数”，并且为报价工作提供多 种辅助决策信息的报价建议而开发的一个报价决策系统。本文针对影响发电侧报价 决策的重要因素：市场因素、运行成本分析、发电侧效益结算系统和决策系统进行 了初步分析和研究。对于负荷预测系统提出了采用统计预测和神经网络预测模型， 并且采用了两种神经网络方法对模型进行不断的训练，举例说明了输出层、输入层、 中间层个数和训练精度对预测精度的影响；对于电价预测系统采用了统计法和神经 网络法：统计方法将历史预测数据和历史发生数据以偏差和求约加权平均系数的概 念引入预测日的电价预测中。对于电价是在成本分析的基础上，建立了采用成本加 和边际成本定价原则的模型；发电侧效益结算系统建立了预测和实际发生效益相结 合的数学模型。 根据程序计算结果和实际相比较，证明这些数学模型用于发电侧报价辅助决策 系统中是可行的，研究结果对于开发发电侧报价辅助决策系统具有重要指导意义。 关键词：发电侧报价辅助决策系统，厂网分开，竞价上网 重庆人学硕士学位论文英文摘要 a b s t r a c t e l e c t r i ci n d u s t r yl so n eo ft h em o s ti m p o r t a n tl n d u s t r i e si no u rn a t i o n a lb a s i c i n d u s t r i e s i no r d e rt o r e c t i f yt h em a l p r a c t i c eo fl a c k i n gc o m p e t i t i o ni n al o n g t e r m m o n o p o l i s t i co p e r a t i o nm e c h a n i s m ，t h er e f o r mt h a tt a k i n g t h es e p a r a t i o nf r o mt h e e l e c t r i cp o w e rn e t w o r ka n dt h eb i d d i n gf o rp o o lp u r c h a s e p o l i c yh a sb e e ng r a d u a l l y c o n d u c t e d i ti st h en e c e s s i t yf o rt h et r a n s i t i o no fo u rn a t i o n se c o n o m yf r o mp l a n n e d e c o n o m y i n t om a r k e te c o n o m y h o wt ok n o w ，a n a l y z ea n dc o n t r o lr e a l - t i m ec o s tt ow i n c o m p e t i t i o ni ne l e c t r i c i t ym a r k e ti st h em o s ti m p o r t a n tp r o b l e m sf o ri n d e p e n d e n tp o w e r s u p p l i e r s t h ea s s i s t a n td e c i s i o n m a k i n g s y s t e mf o rg e n e r a t i o nb i d d i n go fp o w e rs u p p l i e ri s s t u d i e di nt h i sd i s s e r t a t i o n i tj u s ta d a p tu n d e rt h ee l e c t r i cr e f o r ms i t u a t i o nw h i c hp o w e r p l a n ti ss e p a r a t e df r o me l e c t r i cp o w e rp l a n ta n d t h eb i d d i n gf o r p o o lp u r c h a s e t l l i sp a p e r e x p l o r e sas y s t e mo f b i d d i n gs t r a t e g i e sb y w h i c hc a no f f e rm u l t i - a s s i s t a n tb i d d i n ga d v i c e s f o rd e c i s i o n - m a k e r s t k sd i s s e r t a t i o ns t u d i e st h ei m p o r t a n tf a c t o r sw h i c ha f f e c t sa s s i s t a n t b i d d i n gs y s t e mf o rg e n e r a t i o no fp o w e rs u p p l i e rm a r k e tf a c t o r s ：r u n n i n gc o s ta n a l y s i s s u b s y s t e m 、p r o f i ts u b s y s t e ma n dm a r k e tf o r e c a s ts u b s y s t e m t o f o r e c a s t l o a d ，t h i s d i s s e r t a t i o nm a i n l yn o to n l yi n t r o d u c e ss t a t i s t i c sa n dn e u r a ln e t w o r km e t h o d sb u ta l s o u s e st w on e u r a lm e t h o d st oc o n t i n u e t r a i n i n g i ta l s oi l l u s t r a t e st h ei n f l u e n c eo fi n p u tl a y e r , m i d s tl a y e lo u t p u tl a y e r sa m o u n ta n dt r a i n i n gp r e c i s i o n t of o r e c a s tm a r k e tc l e a r i n g p r i c em a i n l y u s e ss t a t i s t i c sa n dn e u r a lm e t h o d s t oq u o t ep r i c ei sb a s e do nc o s ta n a l y s i s t i l i sd i s s e r t a t i o ng i v e sm o d e lb a s e do nc o s ta d d i n ga n d m a r g i n a lc o s t e f f i c i e n c yi sb a s e d o ni n t e g r a t i o no ff o r e c a s ta n df a c t n l e f e a s i b i l i t yo f t h e s em a t h e m a t i c sm o d e l s i sv e r i f i e db yc o m p a r i n gt h ec a l c u l a t i o n r e s u l t s 诵也t h ed a t ac o l l e c t e di nt h e p l a n t t h e r e f o r e i t w i l lh o l da ni n s t r u c t i o n a l s i g n i f i c a n c e f o r a s s i s t a n td e c i s i o n s m a k i n gs y s t e m f o r g e n e r a t i o nb i d d i n go fp o w e r s u p p l i e r k e y w o r d s ：a s s i s t a n t d e c i s i o n m a k i n gs y s t e mf o rg e n e r a t i o nb i d d i n go f p o w e rs u p p l i e r t h es e p a r a t i o nf r o mt h ee l e c t r i cp o w e rn e t w o r ka n dt h eb i d d i n gf o rp o o lp u r c h a s e i i 重庆人学硕士学位论文 1 绪论 1 1 论文的背景和研究现状 1 1 1 论文的背景 电力是具有自然垄断特性的准公共产品，由于电力在国民经济中的基础地位， 一般认为必须由国家垄断经营。随着大容量高参数高效发电机组的出现，以及超高 电压交流输电技术的发展，电力公司的规模不断扩大，电力生产成本不断降低。在 2 0 世纪的上叶，电力系统充分显示了规模经济的优越性。随着电力系统规模的扩展 而提供较低的电价和较高的系统可靠性，一个地区的垄断性电力工业几乎成了它的 天然属性。到8 0 年代，许多国家电力工业已经发展到国家垄断的地步。有数据表明， 到1 9 6 0 年以后，在一些西方经济发达国家，电力工业的规模经济性已经逐渐饱和， 发电机组的效率几乎已经到了朗肯循环的极限，建造更大的发电机组不再能大幅度 地降低成本，输电网络规模的简单扩展( 不包括互联) 也不能继续保持需求的增长。 相反的，高度垄断的某些负匝影响显露了出来，主要表现为非生产成本的增加以及 在电价受到管制的情况下，政府要为此承受巨大的财政负担。为了消除垄断带来的 负面影响，减少政府的财政负担，8 0 年代末期，在先对其它具有自然垄断特性的行 业如：航空业和电信业实施放松管制取得成功之后，一些国家政府开始放松对电力 工业垄断的管制，竞争机制开始融入电力运营。电力工业进行各独立法人实体( 如独 立发电公司1 和输、送、变电的分类计价( u n b u n d l i n g ) ，实施电力工业重组，建立竞 争性的电力市场( c o m p e t i t i v em a r k e t ) 。纵观世界电力改革的进程，一般都经过局部 尝试、立法、重组等阶段，各国都是逐步建立符合本国情况的电力市场，这已形成 世界潮流巧卫皓剽b 郸。 现代意义的电力市场是相对于传统的垄断性电力工业而言的，是实现电力工业 结构性重组而引入商业竞争机制后的新型电力工业资产结构、经营管理和运行管理 模式的总称。目前，电力市场还没有一个公认的、严格的定义，而且它的内容依赖 于不同形式的电力市场的制度框架、组织结构，并且其形式和内容仍在发展之中， 因此有一些不同的理解和主张。 传统的电力工业通常是按地域建立发电、输电、供电一体的垄断垂直管理体系。 晟典型的是在电网所及的地域只有一个拥有发电、输电以及配电的“电力公司”，它 有一个或一套控制中心以实现运行调度，完成诸如负荷预测、状态估计、发电调度、 无功控制、自动发电控制、开停机计划、事故预想和紧急安全控制等功能。简而言 之，一个垄断的电力工业，垄断了一个或数个地域电力的生产、输送、分配和销售， 重庆大学硕t 学位论文1 绪论 然后通过公共电价体系用一个包括所有服务成本的集总式电价销售给用户。新型 电力市场的组成和功能与传统的电力工业有显著的区别| 5 引1 5 9 1 。 传统的电力工业过渡到电力市场，要依法实施电力工业的重组，进行集总式电 力公司不同方式的分类电价。 电力市场首先要求将传统集总式的电力工业分解为可以按市场要素和规则平等 竞争并可获利的独立法人实体，形成电力市场中的竞争主体。在传统的横向集总式 的系统结构中，电力公司向用户的收费受到政府机构的直接监管，其获利可以用极 小化生产、运输和分配成本来达到，而向用户收费的电价水平是由监管机构根据昕 证会( p u b i ch e a r i n g ) 决定的。有的国家没有听证会，但是有类似的公共定价机制。为 此，政府不得不实行各种补贴，以贴补电力工业的部分成本。这样就形成各种有形 和无形的补贴，使电力工业不去努力提高效率降低成本，还会增加社会的负担。集 总式的系统功能受到干扰，而达不到极小化社会成本和有效配置资源的目的。虽然 展开平等竞争，在原理上不能保证买卖双方都获得更多的利益，但是可以使其中部 分成员获得更多利益，首先是那些拥有新机组的独立发电企业( i p p s ) ，他们有较高的 生产效率，较低的可变成本，良好的调节性能。另外，由于电力公司服务的分类定 价，竞争导致各种服务的索价更公平，从而使电价更接近于各种服务的实际价值， 这最终使电力用户受益1 5 2 1 s s l 。值得注意的是，这对于即将开放电力市场的国家和地 区，各种服务的分类定价竞争带来潜在的就业机会减少和系统可靠性降低的问题， 必须引起决策者们足够的重视。 电力市场同时要求集总式的电力公司( c o o p e r a t eu n b u n d l i n go ru n b u n d l i n go f f u n c t i o n s ) 的发电、输电、配电、销售分离为竞争性的独立实体，形成电力市场中另 一类的竞争主体，它们之间设置必要的界限以防利益上的冲突。原来大的电力公司， 其发电可以分离为许多小的独立发电公司。从政府监管者的角度来看，分离出来的 发电公司应没有可左右市场价格的占优者，不然容易导致对小电力生产者的压制1 5 习 1 5 5 1 1 5 9 。然而输电网具有天然的垄断性而且输电网具有规模经济性，足够规模的输电 网可以通过优化调度获得更多的效益。它的输电价格必须受到政府的直接监管。另 一个竞争性的独立实体部分是独立的配电公司，它可以直接与用户联系，和输电网 类似在一个供电区内，它具有垄断性，而且也可以是一个独立经营的实体，它有 权自主签订各种供用电台同和协议。在开放程度更高的电力市场，某一地区的配电 公司还应当有义务为其它地区的配电公司向本地区用户配电提供服务，并收取合理 的配电服务费用。 总之，电力公司合作性的功能分类定价表明：发电是一个高度竞争性的领域， 输电是技术上最具挑战性的领域，而电力销售在被赋予选择权利的同时是最具直接 社会效益的领域。一般讲，开放电力市场先从开放发电市场开始，最后开放电力销 重庆人学硕士学位论文 绪论 售市场。电力市场完全竞争的理想情况可以扩展到家庭用户自由选择供电方，最终 反馈并影响电力工业地兴衰。然而这种理想状况的出现还需要很多杜会、经济和技 术条件，它也许还不会很快大量出现。个别国家或地区已经_ 开始了初步的试验。 在发电、输电、配电、销售中包括服务的分类定价。不同于集总式垄断性的电 力工业，在电力市场中主要的辅助服务应该进行分离和定价。除了有功发电以外 实时的负荷跟踪、输电损失的补偿、旋转备用的储备、短期的安全控制措施、负荷 频率控制、无功电压调整、可中断负荷的提供等，虽然理论上这些服务在菜些运行 条件下可以分解开来，然而实际上这些服务必须互相协调，因为这些量都具有很强 的相关性和约束性。现实中首要的任务是藉助于上述的各种服务手段，保持系统的 安全可靠和经济性，这点与传统的集总式垄断性的电力工业是一样的，只不过要 求分别定价。 上述分类定价后的电力市场各利益主体和特殊主体构成不同的市场结构，比较 典型的市场结构模式主要有【2 2 】f 3 6 】1 3 5 1 ： 发电商以批量联营竞争性的报价销售给电力交易中心( p x ) ，而供电商以个 被管制的电价从电力交易中心批量购买电力，然后荐零售给用户。 发电商同样以批量联营竞争性的报价销售给电力交易中心( p x ) ，然而供电商 以竞争性电价从电力交易中心批量购买电力，然后再零售给用户。 在或的市场结构之外还允许发电商和供电商之间直接签订批购与批售 坍议，进行直接的双边( b i l a t e r a l ) 批量贸易。 在、的市场结构之外还包括零售( r e t a i l ，主要是大中用户) 和多边 r m u l t i l a t e r a l ) 贸易。 上述各种市场利益主体都可以从传统垄断的集总式电力工业中的分类定价中得 来，例如发电商、供电商和用户。在电力市场中也允许电力经纪人( b r o k e r ) 作为一种 新的市场利益主体在上述任何一类电力市场结构中出现。 在电力市场中，各市场成员对分类定价后的各种电价信号做出反应，展开竞争 并进行各自的调整，经过一段时间之后可以达到以最小的成本满足预测的时变需求。 换言之，在传统垄断的电力工业中极小化系统运行成本是通过同时安排所有的现有 资源来达到；而在电力市场中最小成本首先是通过每个利益主体为了自身的利益进 行交易，然后经过一段时间对电价做出反应、调整，如果不考虑交易成本，这两个 过程( 垄断体制下的计划过程和市场体制下的调整过程) ，将随时间收敛于同样的结 果：极小化系统运行成本。然而这个过程中的电价却不是唯一的。这就是两类过程 的目标是唯一的，但是过程中的电价不是唯一的原理。这还表明市场条件下要十分 重视交易的方式与过程。 各国的经验表明，建立电力市场的主要目的是：引入竞争，提高效率，降低电 重庆火学硕十学位论文1 绪论 价，改善服务，持续发展。通过引入竞争机制，促使发电、输配电、电力销售等各 环节提高效率，降低成本，从而降低电价，提高供电可靠性，改善对用户的服务； 利用市场的调节和激励机制，引导投资更趋合理化，促进资源优化和环境保护，形 成持续发展的内在动力，逐步构成良性循环f 5 3 】1 5 2 11 5 9 1 。电力市场具有显著的外在经 济性，直接受益者是参与市场的各成员，间接受益者是全社会。这就是各国积极发 展电力市场的原因。 当前，电力工业在全世界范围内发生着深刻的变化。电力工业的改革目标在于 提高生产效率，使电价形成机制合理化，提供高质量、更安全的电力产品促进电 力工业本身的良性发展，使全社会从改革中得到更好的经济效益和社会效益。美国、 澳大利亚等国家的电力市场改革给电力工业带来了活力，并激励了世界其他国家电 力市场化的发展过程。 我国已初步摆脱了电力短缺的状况，但作为国民经济的基础产业，电力工业过 于落后的垄断的模式越来越不适应国民经济的整体发展。从国际、国内的发展形势 看，电力市场走向竞争是历史的必然。将电力工业纳入到市场经济的框架中，通过 市场竞争资源，达到资源的最优配置。着眼于电力工业在新形势下的发展，厂网分 开、竞价上网、推进电力市场改革已经成为共识。发电侧辅助报价决策系统正是为 了使发电商适应电力市场竞争应运而生的。 1 1 2 国内外研究现状 1 9 9 0 年世界上第一个现代意义上的电力市场英国e n g l a n d & w a l e sp o o l 投 入运行是一个里程碑，以此为界，对电力市场的研究可以划分为两个阶段瞰1 5 3 1 s 9 】。 第一阶段：1 9 8 0 年一1 9 9 0 年 1 9 8 0 年，麻省理工的f r e dc s c h w e p p e 发表了经典论文”h o m e o s t a t i cu t i l i t y c o n t r o l ”【2 1 ，开启了电力市场研究的大门。该文最重要的贡献之一是首次提出了现货 电价( s p o tp r i c e ) 的概念，在此之前，电力工业一直采用会计学成本核算方法确定电 价，现货电价的概念无疑是革命性的。依据经济学理论推导出的现货电价反映系统 的实时生产成本和市场供求关系，采用该价格信号，电力系统就可以自我反应，自 我协调，如同一个有机的生物体，从而提高电力系统的安全与稳定，增进电力工业 的社会效益。为了获得现货电价信号，该文给出了关于能量市场( t h ee n e r g y m a r k e t p l a c e ) 的构想发电厂和用户通过一个市场系统进行交易，而输配电公司继 续保持垄断，这完全可以看作当今电力市场的雏形。从这个基本思路出发，文献【3 】 系统地阐述了现货电价的理论与实际，给出了现货电价正式的数学推导，指出了现 货电价各个组成分量的含义，并着重探讨了现货电价各种可能的实用化形式。另外， 还初步论述了在发电侧放松管带1 ( d e r e g u l a f i o n ) 的可能性。文献【2 和【3 】奠定了现货电 重庆人学硕十学位论文绪论 价的理论基础。这一理论很快在电价结构设计【4 1 1 5 1 1 6 1 、转运费计算【7 】【8 1 1 9 】、需求侧管 理1 1 0 】【l l 】1 1 2 1 等方面获得了应用。 现货电价理论主要是作为一种新的面向电力用户的电价体系提出的。电力公司 在进行试验研究后认为，采用现货电价在实践上是合理可行的，但对于全面采用现 货电价则存在疑虑。主要问题是现货电价不能保证收支平衡、计量和通讯等硬件设 施尚不具备条件、用户的接受和配合程度不确定等等。f r e dc s c h w e p p e 等人1 9 8 8 年出版了”s p o tp r i c i n go fe l e c t r i c i t y ”一书，对现货电价理论进行了系统的总结【l 6 】。 电力市场研究的第一阶段，基本上就是f r e dc s c h w c p p c 提出的现货电价理论发展、 成熟和应用的阶段。在当时垂直一体的垄断电力公司是电力工业的基本组织形式， 现货电价理论本身带有明显的时代特征。它着重研究了如何保证电力公司的收支平 衡。另外，虽然现货电价理论的一个自然的推论就是需要采用市场机制来产生现货 电价，但f r e dc s c h w e p p e 本人并不提倡急进的”放松管制”，而更倾向于在保持当 时的电力工业结构条件下，对用户实行现货电价。 总的来说，第一阶段研究的主要成果是产生了用电价来引导电力的生产和消费 的市场观念，建立了现货电价理论，为电力市场改革作了必要的理论准备。 第二阶段：1 9 9 0 年一现在 1 9 8 9 年，英国议会通过了关于苏格兰，威尔士，英格兰电力企业民营化计划， 全面推行电力工业体制改革，1 9 9 0 年4 月，e n g l a n d & w a l e s p o o l 开始运行。 p o w e rp o o l 通常采用”暗标拍卖“并按统一市场价格结算，采用这种机制的依据 是：当p o w e rp o o l 是一个完全竞争的市场，则发电公司追求利润最大化唯一可行的 竞价策略是按照机组的边际成本报价，这时，市场的运行也是最有效率的。然而， 实际的p o w e rp o o l 往往不是一个完全竞争的市场，而是更接近于寡头垄断市场 3 6 1 。 在实际的p o w e r p o o l 中，市场成员相对固定且个数有限，少数几个规模较大的发电 公司可能拥有较强的市场实力。也就是说，发电公司可以不按边际成本报价，而是 采用一定的竞价策略影响市场结算价格，从而获得比按边际成本报价更高的利润。 由此，发电公司竞价策略问题近年来逐渐成为电力市场研究中的一个热点。这 是因为，一方面由于电力产品品种有限，除了发电成本的竞争，发电公司竞争的手 段相当有限。因此，发电公司热切希望获得竞价策略这样的。秘密武器”以争取更大 的利润，在市场竞争中占据有利的地位；另一方面，如果真的存在特别有效的竞价 策略，使得发电公司可以操纵市场的价格，则从反面证实了p o w e rp o o l 市场结构和 规则存在缺陷，有漏洞可钻或市场竞争的力度不够。为此，市场的监管机构应该采 取必要的措施防止过度的市场投机行为。这两方面都使发电公司竟价策略的问题成 为具有重要理论和实用价值的研究课题。针对p o w e rp o o l 中具体采用的不同竞价方 式，竟价策略可分为：电能多部分投标、电能单部分投标、电能与辅助服务同时投 重庆人学硕士学啦论文绪论 标三种类型”“。 电能多部分投标 最早建立的e n g l a n d & w a l e sp o w e rp o o l 采用的是多部分投标的竞价方式，发电 企业申报能量价格、启动费用、停机费用等多个参数，p o o l 采用类似传统的优化机 组组合算法进行市场结清。早在1 9 9 3 年，a k d a v i d 即研究了针对该种竞价方式下 发电公司的竞价策略问题，以动态规划为基础构造了优化竞价策略1 3 ”。 电能单部分投标 单部分投标发电公司只申报能量价格，发电公司在构造竞价策略时要自己计算 启动成本、停机费用等各项成本，自己考虑运行约束，而p o o l 则只需根据报价做排 序，确定各发电公司的成交量。加利福尼亚、澳大利亚、n o r dp o o l 等电力市场都 采用单部分投标。 e w e n 和a k d a v i d 采用概率方法来模拟其他发电公司的竞价策略，同时建立 了一个简化的p o o l 交易模型来模拟市场竞争，并提出了两种求解上述统计优化模型 的方法一m o n t o c a r l o 方法和优化方法【3 9 】【柏1 。基于n e we n g l a n d 特殊的市场结构 研究了一个拥有多台发电机组的发电公司的优化竞价策略【4 1 1 。但是在该文的市场模 型中只有发电公司本身( 参与者一) 和竞争对手( 参与者二) 两个市场成员，难以刻画 市场竞争的实际情况。文献 4 2 3 将构造竞价策略的问题表示为一个马尔可夫决策过 程，一种离散概率多阶段优化方法。竞争对手的投标行为用离散量和相应的概率来 表示，优化目标是规划时段内的期望收益最大化。 有的p o w e rp o o l 允许迭代投标，也就是说，允许发电公司根据上一轮竞价的结 果修改报价，市场根据新的报价重新结清。例如澳大利亚国家电力市场。针对迭代 投标市场，提出采用一些智能方法如遗传算法( g a ) 、遗传编程( g e n e t i c p r o g r a m m i n g ) 、有限状态自动机( f i n i t es t a t ea u t o m a t a ) 来构造自适应的竞价策略 4 3 1 1 4 4 1 1 4 ”。针对多时段迭代投标的市场模型，构造了保证发电公司成本回收且满足系 统可行性约束的报价策略1 4 6 j 。 在单部分投标机制下，发电公司在报价中应考虑多时段机组启停约束和启动、 停机等成本。j m a r r o y o 和a j c o n e j o 建立了作为价格接受者的火电机组对多个时 段现货电价优化响应的混合整数规划模型，指出混合整数规划模型可以比动态规划 模型更真实严格地描述机组的成本特性和约束条件1 2 引。实际上，发电公司在构造策 略性的投标试图影响市场价格时，也必须考虑多时段竞价策略的协调。 电能与辅助服务同时投标 在新西兰、西班牙、加州、n e w e n g l a n d 州等电力市场中，各种旋转备用、a g c 、 冷备用等一些辅助服务与电能一样，也是通过竞价的方式购买。由于这些辅助服务 与电能都占用发电机的容量资源，因此，它们的市场结清过程与电能的结清过程关 重庆大学硕十学位论文 绪论 系密切。f w e n 和a k d a v i d 以加州电力市场为背景，提出了一种协调能量市场和 旋转备用市场的投标策略的方法，并采用遗传算法进行求解1 4 9 j 。如何构造辅助服务 的竞价策略以及如何和电能的竞价策略相协调是一个新兴的研究领域。 中国广义的电力市场始于1 8 8 2 年7 月，上海第一台发电机投入商业运行，从 此在中国大地上出现了电力这种商品。到现在已有1 0 0 多年的历史。在这一百多年 中，中国的电力市场走过了三个发展阶段。第一阶段从1 8 8 2 年开始到1 9 4 9 年。在 这6 7 年中，全国各大城市的电力工业逐步发展，这个阶段的电力企业有外商资本， 有官僚资本，也有私人资本。这一阶段电力市场规模较小，因此电力企业虽然处于 竞争机制下，但实际上没有市场竞争的要求，都处于分片垄断经营的状态。第二阶 段从1 9 4 9 年到1 9 9 8 年。电力市场在全国城乡建立起来。其特点是政府统一管理， 自上而下垄断经营，实行计划建设，计划发电，计划供电的体制。电力的买卖关系 虽然仍然存在，但卖方和买方都没有选择权，电力价格由政府制定。第三阶段从1 9 9 8 年开始，中国确立了”厂网分开、竞价上网”的改革方针，标志着中国正式走上了电 力市场化改革的道路。中国电力市场改革首先在山东、上海、浙江及东北的辽宁、 吉林、黑龙江6 个省电网进行试点，2 0 0 0 年1 月山东、上海、浙江发电侧电力市场 正式投入商业化运行。 但是，到目前为止，就总体而言，中国电力市场改革还没有取得突破性的进展， 最显著的特征是国家电力公司拥有和控制大量的国有电厂和输配电网，发、输、配 一体的格局还没有打破。一部分发电企业虽然成立了独立法人实体，但电厂的运行 管理和经营管理仍由电力公司代管，名义上是”两家”而实际上仍然是”一家”，只是 一个模拟市场。归根结底，发电企业的市场主体地位没有得到根本性的确认。 目前，国内外对电力市场的研究比较多。也就是说电力市场的规则一旦确定下 来，那么发电企业的竞价原则也就确定下来了。国外有英国电力市场运营系统，美 国加州电力市场运营系统，纽约电力市场运营系统，阿根廷电力市场运营系统，澳 大利皿新南威尔士卅i 电力市场运营系统，北欧电力市场运营系统；国内有浙江电力 市场运营系统，上海电力运营系统，山东电力市场运营系统，辽宁电力市场运营系 统；国内只是作为试点，还没形成完善的电力市场运营系统。作这方面的专家有： 冯飞( 主要做电力体制的改革方面) ，辛耀中( 电力市场运用系统) ，吴复立( 国际电力 市场研究) ，言茂松( 电力市场和当量电价体系) ，夏清( 电力市场交易耨模式和价格机 制) ，于尔铿( 电力市场竞价模型、算法及技术支持系统) ，倪耳信( 电力市场输电服务 及其定价1 ，文福拴( 电力市场的监管、电力市场环境下的发电容量充裕性问题) ，这 些专家多从电力市场的角度考虑，而从发电侧考虑的较少。 重庆人学硕士学位论文绪论 1 2 本文的研究目的和研究内容 1 2 1 本文研究的目的 本文研究的主要目的是为广东省沙角c 电厂提出一套适用于广东省竞价规则的 报价辅助决策系统的开发思路和研究方法。根据电力市场的竞价模式、竞价规则、 发电侧的运行规律和发电侧设备情况，为发电商在“厂网分开，竟价上网”的竞争 中提供可靠的报价参考依据。 1 2 2 本文研究的主要内容 发电商可以通过发电竞价策略争取更大的利润，它涉及到市场预测、发电成本 分析、效益结算、可靠性成本、定价方法、报价策略研究等内容，是一个与系统工 程、管理工程、热动力工程相关的复杂的综合性研究课题。本文主要研究： 为实现报价辅助决策系统的功能，本文根据影响报价的因素制定一套合理的 报价方案。 实时发电成本和电价的确定方法。为电力生产的经营管理和运行调度部门提 供实时发电成本信息，为竞价上网的报价提供成本依据。本文用成本加的方法结合 随行就市定价法、收支平衡定价法、变动费用定价法及边际成本定价法对发电侧报 价方法进行了分析，为发电侧决策者提供了可靠的发电成本分析及电价确定依据。 市场信息预测分析( 包括负荷预测和电力市场成交电价预测) 。为电力生产提 供市场信息，为竞价上网的报价工作提供市场依据。本文针对负荷预测利用布朗二 次多项式指数平均法和常规神经网络、递推合成神经网络的方法对负荷预测开发了 满足预测标准的预测模型。针对电力市场成交电价采用了将历史预测数据和历史发 生数据以偏差和求约加权平均系数的概念引入电价预测的统计方法中，还采用了神 经网络的方法预测，通过程序运算结果证明是可行的。 发电企业的效益结算；为竞价上网的报价工作提供电厂获得利润的效益依 据。本文通过历史效益数据和预测效益之和来进行发电效益评估，以保证发电公司 的效益。 重庆人学硕士学位论文 2 报价辅助决策系统总体设计 2 报价辅助决策系统总体设计 发电侧报价辅助决策系统的基本思想是：以广东省电力市场竞价模式和竞价规 则为基础，分析和利用市场信息，结合电厂和机组的生产运行特点及成本，为报价 提供参考依据。本章主要介绍系统组成和报价的思路，并根据报价流程和项目分工， 完成了相应部分的工作。 2 1 系统的总体结构和功能 2 1 1 总体结构和报价流程 设计发电侧报价辅助决策系统应遵循时效性、可靠性、通用性等原则。由此， 发电侧报价辅助决策系统总体结构见图2 1 ，系统报价流程见图2 2 所示： 图2 1 系统结构图 f i 9 2 1 t h es t r u c t u r eo f s y s t e m 图2 2 报价流程图 f i 9 2 2t h e f l o wc h a r t o f b i d d i n g 重庆人学硕士学位论文2 报价辅助决镱系统总体设计 2 1 2 主要实现功能 发电侧报价辅助决策系统的总体结构参见图2 1 ，报价的流程参见图2 2 ，根据 总体结构和报价流程，整个系统由下列子系统构成并实现以下功能： 市场分析子系统：对电网负荷和市场成交电价进行预测，提供市场趋势分析 结果。 成本分析子系统：成本分析包括两大部分一固定成本和实时成本，固定成 本主要是指在一定时间内不变或变化很小的计入成本的厂内支出，系统直接提供 个人机界面，由财务人员输入。实时成本是与发电量、运行方式等密切相关的成本。 由运行分析子系统提供相应数据： 投资分析子系统：主要包括投资收益分析、还贷计划、长期量本利分析、投 资指标分析：以此得到不同电价对本厂中长期影响： 运行管理子系统：主要分析不同运行方式、发电量对成本的影响，在实时成 本中，一部分可以根据当前的运行信息迸行计算，如：燃料费用，可以根据机组当 前发电量( 或计划发电量) 、机组供电煤耗、燃料单价等参数直接计算。另一部分的 计算是很困难的。如：维护成本。这一部分内容由一个专用软件进行分析。 数据管理子系统统一输入输出功能，承担从m i s 及d c s 系统中获取相 关数据，并保存市场分析子系统的预测数据、成本分析子系统的各成本数据、收益 结算子系统不同电价下的效益数据及历史报价数据。 收益结算子系统：根据历史收益、机组报价和根据设备可靠性和市场预测估 计发电上网电量计算收益。为发电商提供不同报价下的效益分析结果。 本文主要研究了市场分析子系统、运行管理子系统、成本分析子系统和收益结 算子系统的作用和分析方法。 2 2 影响报价的主要因素 开发报价辅助决策系统的主要目的是为决策者提供准确的报价依据，但是发电 侧报价受到很多因素的影响，归纳起来主要有以下因素( 如图2 , 3 所示) ： 1 0 重庆人学硕士学位论文2 报价辅助决策系统总体设计 报价影响因素 竞价模式和f 小同电力市场竟价模式效益和成本分析 竟价规则1 。本报价系统的竟价蚬则 r 固定成本 斛撕 本 嚣费 。可靠性维修费用 ，定价方式 fr 电价预测 i 市场预测_ ll 负荷预测 竟价策略 1r 保本电量、保本电价 i成本约束 ii 机组启停成本 l 决策方式 图2 3 系统影响因素示意图 f i 9 2 3i n f l u e n c eb i d d i n gs y s t e m sf a c t o r ss k e t c hm a p 本文主要研究了市场竞价模式、市场竟价规则、市场预测、成本分析、不同定 价方法对报价的影响。 2 2 1 电力市场竞价模式的影响 电力市场采用不同的竞价模式，报价方案中的效益结算和成本都会不同。下面 讨论不同的竟价模式对它们的影响： 基于两部制电价竞价模式。两部制电价又称霍普金森电价，可以解决好新老 电厂还贷付息的电价差异，减少市场初期各发电企业在收益上的风险，又不失竞争 的环境。两都制电价将电价分解为容量电价和电量电价两部分。 上网电价的计算方法及定价原则= 容量电价+ 电量电价。 容量电价：电厂所有合理固定成本( 电厂年可利用小时电厂铭牌容量) 费。容 量电价在满足市场利用小时要求的情况下相对固定，或一定程度上随市场变化。电 量电价：采取竟价模式时，根据竟价规则的规定结算，原则上应包括发电机组发电 所需的合理可变费用( 燃料、水筹) ，电量电价随竞价上网的市场变动，反映市场供 求关系。采用两部制电价的竟价模式时，容量电价按机组可用率和容量电价支付， 不实行竞争。发电企业对电量电价部分进行报价，电网经营企业按电量竞价的结果 决定其上网电量，依据实际上网电量和竞价结果结算电量电价。 限量竞争模式 重庆大学硕七学位论文2 报价辅助决策系统总体设计 限量竞争模式就是上网电量的一部分由发电公司与电网经营企业签订合同包 销，价格仍执行政府批准的上网电价；其余部分电量由发电公司报价，实行竞价上 网。 在限量竞价模式下，将发电企业的上网电量分为合同电量和竞争电量。由电网 经营企业与发电企业每年签订购电合同，明确合同电量与电价。合同电量按合同电 价( 物价部门批准的上网电价) 结算，其余部分按竞争电价结算，是计划价格与市场 价格并存的“双轨制”电价机制。 差价合约的竞价模式 差价合约的操作方式： 发电企业通过竟价上网发电，由单一购买者统一购买销售，采用每天按时段市 场价与差价合约实时结算。具体的操作是由市场经营企业与各独立发电厂签订差价 合约，用差价合约代替原保电价、保电量的上网协议。实行一天按时段报价上网， 市场按电厂机组报价从低到高排序发电，并确定每天每时段的实时市场价，形成每 天按时段价格变化的电量实时现货市场。按下列公式进行市场与发电厂的结算： r = 绞xp 肿+ q ( 只一p 。) ( 2 1 ) 式中月电厂总收入： q 。电厂上网电量； 只市场价格： q 合约电量； p 合约价格。 即r = 绞只+ 只( 皱一q 。) ( 2 2 ) 也就是，电厂收入由市场结算和差价合约结算构成。1 ) 当市场价p 卅 合约价t 。 市场与发电商先按市场价结算，然后电厂把高于和约价部分的钱付给单一购买者。 2 ) 当市场价只 1 1 5 名，取弓。1 ，1 5 厶；若弓 o 8 5 匕，取乓= 0 8 5 厶； ( 3 1 0 ) 数学模型的建立：匕= 匕1 l 天同一时刻电价均方根值； b 2 吉善睁o | 口各个电价偏离均值的绝对偏差； 匕= 名+ k b( 3 1 1 ) 匕当日时刻的电价估计值： k 偏离系数。当正常情况下，当日t 时刻的电价偏离均值的偏差均 应在b 值附近，即一1 k 1 ，k = 1 时当日电价较正常日平均电价偏高。k = 一1 时 当日电价较正常日平均电价偏低。k = 0 时当日电价接近正常日平均电价。 扯，= 只，一匕 只取当日的初估值和前( n 1 ) 天修正后的电价作为次日电价预计的值； ( i = 1 ，2 3 n ) 配，爿偏离均值匕的值； 9 里垦壁堕主堂垡笙兰 i 皇塑垒堕塑堕垄堕塑盛奎皇堕堡型 h _ 。_ _ - h _ - h - - _ - - - - 。 一 若预测天t 时刻的电价为p ，它与只，的偏差 衅= 只一乞，；够卜一只 瑶第i 天与第j 天同一时刻t 的差值。 令耻筹铲筹 ) a 。= 蛾= 最一匕 日。= 厶= 只一只( i ，) 则乏乏：篙 对上两式展开得，取i = l ，j = 2 3 n u d l k n = 口m k r 2 = a 只 a m k l 3 = a t l n k 。= 够 肛。+ * k + 扣“ n 样本天数： 只预测日t 时刻预计电价； 乞，样本电价在同一时刻的均方根值； 上式为求约加权平均系数k ，k t j 可写成： = 匿 ( 3 1 2 ) ( 3 1 3 ) r 3 1 4 ) 当f j 时t a w = 一a t j i ，a e , 是t 时刻的电价( 预测日) p 与均值e ，之差，再求取 气( i 2 l ，2 ，3 n ) 时，可取昨日的电价作为预测日电价的参考，求取墙的相应值，代 入下式即可求得预计电价。 只= p 州+ 吉 口州七。+ 萎；d 叫七， c 3 ，5 ， 慨 ! | 啪啊 一蛳 重庆人学硕士学位论文3 电力负荷和电力市场成交电价预测 键入预计口期和星期【 e ) l 样_ 奉天数n 图3 1 程序计算框图 f i 9 3 1s t r u c t u r eo f p r o g r a m 非正常情况下数学模型的建立 非正常情况下影响电价的因素有两类，一类是具有必然性的，如每月的月初和 月底、国家规定的假日，有重大电视节目等，电力用户需电量有所变化，所以影响电 垂庆大学硕十学位论文3 电力负荷和电力市场成交电价预测 价变化。另一类是具有偶然性的，如用户需电量的的突然变化，电网故障或电力系 统中其他电厂未预料到的故障，使电网公司一时无法及时从外网购电等。非正常情 况下引起的电价浮动，是较难预测的，般难找统计规律。 具有必然性的非正常情况下的电价浮动，一般指浮动的时间和时刻，浮动系数 k i 可用统计方法求得，k