（控制理论与控制工程专业论文）电力市场配电侧购电分配问题的研究及其风险分析.pdf

摘要 摘要 题目：电力市场配电侧购电分配问题的研究及其风险分析 作者：王海欢 导师：邹斌 专业：控制理论与控制工程 电力市场化改革已经在发电领域的竞争中取得了较大的成效，开放配电侧成为现阶 段电力市场研究的热点。输配分离已成为电力体制改革进一步深化的趋势，供电公司作 为市场参与者，为了降低购电成本、减少总体风险，有必要参与多个市场的交易，并进 行市场竞标策略优化。一个开放的电力市场，通常在配电侧存在着类似于期货交易的长期 市场和类似于现货交易的短期市场的结构，供电公司通常要在两个市场中进行购电以满 足用户的需求。但在实际情况中，供电公司总是先在长期市场上购取一部分电量，剩余 部分再在短期市场上购买，此时很难确定所需的实际电量，只能依据对总需求量的预测 值作出购电决策。由于预测存在偏差，如果购买电量过剩，则必须对电力交易中心进行 补偿；如果购买电量不足，则必须向用户进行补偿，从而增加供电公司的购电成本，给 供电公司带来经营风险。因此，在市场环境下，供电公司如何确定最优购电量，使得供 电公司最小风险情况下的购电成本最少，就成为一个非常值得研究的课题。 本文旨在系统地研究电力市场中购电商的购电组合问题和风险评估方法，力求建立 购电组合和风险评估的方法论。通过分析电力市场中购电商的购电特点，按照现代投资 组合理论( m o d e mp o r t f o l i ot h e o r y ，m p t ) 建立购电组合问题的一般模型，并就目前普遍 存在的合同市场和电力拍卖2 市场间的购电分配问题，在存在一定约束条件下进行具体 分析，探寻合同市场价格、电量与现货市场价格、电量之间的关系，用具体算例确定购 电商的购电方案并进行风险评估，验证所提方法的有效性。针对这个购电分配问题，本 文分四个阶段进行详细的论述： 1 通过现行电力市场的运营模式与运营结构，针对配电侧的职能，提出了购电商在长 期市场( 合同市场) 和短期市场( 电力拍卖市场) 进行购电分配的问题，并利用投 资组合理论建立了针对由总费用和风险共同构成的目标函数。 2 由于目标函数的含义是选择合同购买量，也就是要使得购买费用最小的同时还要保 证其实现的概率达到要求的置信水平。那么，这个模型是一个典型的机会约束规划 的模型。所以本文引入机会约束规划，并将原数学模型通过确定性等价进行化简。 3 化简后的购电分配模型是一个典型的非线性有约束的优化问题。针对这种优化问题， 遗传算法是一种很好的求解方法。所以本文用c + + 作为开发平台，针对我们的购电 分配模型，编制了此分配问题的遗传算法程序。然后，将上一步中的确定性等价模 型根据遗传算法的适应度函数转换成遗传算法购电分配模型。 4 根据历史数据，统计出合同市场和电力拍卖市场的价格和数量，还有两市场相关系 i 江南大学硕士学位论文 、t i ，数等的统计特性，得出我们所要求得购电分配比。然后，分别改变两市场电价的标 准方差和均值，来看分配比的数据变化情况。通过分析比较得出两市场的相关性。 关键词：电力市场配电公司风险管理购电分配机会约束规划遗传算法 论文类型：应用研究 a b s t r a c t 砀e m e a b s t r a c t p u r c h a s eq u a n t i t ya l l o c a t i o nr e s e a r c ha n di t sr i s ka n a l y s i so fd i s t r i b u t i o nc o m p a n yo np o w e r m a r k e t a u t h o r ：w a n gh a i h u a n s u p e r v i s o r ： z o ub i n s p e c i a l t y ：c h e c k i n gt e c h n o l o g ya n da u t o m a t i o nd e v i c e t h er e f o r mo ft h ee l e c t r i c i t ym a r k e th a sa c h i e v e dg o o dr e s u l t si nt h ep o w e rg e n e r a t i o n ， o p e n i n gu pt h ee l e c t r i c i t yd i s t r i b u t i o ns i d e a tt h i ss t a g eb e c o m eah o tm a r k e tr e s e a r c h s e p a r a t i o no ft r a n s m i s s i o na n dd i s t r i b u t i o nh a sb e c o m eae l e c t r i c i t ym a r k e t sr e s t r u c t u r i n g t r e n d ，t h es u p p l yc o m p a n i e s ，a sam a r k e tp a r t i c i p a n t ，i no r d e rt or e d u c et h ec o s to ft h e p u r c h a s i n g ，a v o i dt h eo v e r a l lr i s k ，i ti sn e c e s s a r yt op a r t i c i p a t ei nan u m b e ro fm a r k e t t r a n s a c t i o n s ，a n dm a r k e tb i d d i n gs t r a t e g yo p t i m i z a t i o n a no p e ne l e c t r i c i t ym a r k e t , u s u a l l yi n t h ed i s t r i b u t i o ns i d et h e r ei sas i m i l a rl o n g t e r mf u t u r e sm a r k e ta n ds p o tt r a n s a c t i o n ss i m i l a rt o t h es t r u c t u r eo ft h es h o r t t e r mm a r k e t ，t h es u p p l yc o m p a n i e su s u a l l yt a k et w ot ob u y e l e c t r i c i t ym a r k e tt om e e tt h en e e d so fu s e r s b u ti nf a c t ，t h es u p p l yc o m p a n yi sa l w a y s p u r c h a s em o s tp a r ti nt h el o n g t e r mm a r k e tp a r tf i r s t ，a n dt h e nt h er e m a i n i n gp a r tt ob u y i nt h e s h o r tt e r mm a r k e t ，t h e ni ti sd i f f i c u l tt oe s t a b l i s ht h ea c t u a lc o n s u m p t i o no fe l e c t r i c i t y ，o n l yo n t h eb a s i so ft h et o t a ld e m a n df o r e c a s tv a l u et om a k et h ep u r c h a s ed e c i s i o n m a k i n g a s f o r e c a s te r r o r s ，i ft h e r ei st h es u r p l u so fp u r c h a s eq u a n t i t y ，t h ee l e c t r i c i t yt r a d i n gc e n t e rm u s t b ec o m p e n s a t i o n ；i ft h e r ei ss h o r t a g eo fp u r c h a s eq u a n t i t y ，i tm u s ti n c r e a s et h ep o w e r c o m p a n y sp u r c h a s ec o s t ，m a k et h ep o w e rc o m p a n yf a c et oo p e r a t i o n a lr i s k s t h e r e f o r e ，i n t h em a r k e te n v i r o n m e n t ，h o wt od e t e r m i n et h eo p t i m a lp u r c h a s i n gq u a n t i t yo fd i s t r i b u t i o n c o m p a n ya n di tc a nr e d u c et h ed i s t r i b u t i o nc o m p a n y sp u r c h a s i n gc o s tu n d e rt h em i n i m u m t h er i s ko fp o w e r p u r c h a s ec o s t s ，h a sb e c o m eav e r yw o r t h w h i l er e s e a r c ht o p i c t h i sp a p e rr e s e a r c h e se l e c t r i c i t yp u r c h a s i n gs t r a t e g ya n dr i s ka s s e s s m e n tf o re l e c t r i c i t y p u r c h a s e r ( e p ) t h r o u g ha n a l y z i n gt h ec h a r a c t e r i s t i c si n v o l v i n gi ne p sl o n g t e r me l e c t r i c i t y p u r c h a s i n gp r o b l e m ，ag e n e r a lm o d e lb a s e do nm o d e mp o r t f o l i ot h e o r yi sp r e s e n t e d d e t a i l d i s c u s s i o n sa r ef o c u s e do ne l e c t r i c i t yp u r c h a s i n gp o r t f o l i os e l e c t i o no nt w oc o m m o n l y e x i s t i n gm a r k e t s ：l o n g t e r mc o n t r a c ta n ds p o tm a r k e t ，i no r d e rf o rd i s c o v e r i n gt h er e l a t i o n s h i p b e t w e e nl o n g - t e r mc o n t r a c tp r i c e s ，c o n t r a c ta m o u n tw i t hs p o tp r i c e s p e c i f i ce x a m p l e ss e tb y t h ee l e c t r i c i t yp u r c h a s e r sp u r c h a s i n gs t r a t e g ya n dc a r r yo u tar i s ka s s e s s m e n t ，t h e nv e r i f yt h e v a l i d i t yo ft h em e t h o d t oa d d r e s st h i sp r o b l e mo ft h ep u r c h a s ed i s t r i b u t i o np r o b l e m ，t h e p a p e ri sd i v i d e di n t of o u rp h a s e st od i s c u s si nd e t a i l ： 1 t h r o u g ht h ee x i s t i n gb u s i n e s sm o d e la n do p e r a t i n gs t r u c t u r eo ft h ee l e c t r i c i t ym a r k e t ，w e m a k eu pw i t l lt h ep r o b l e mo ft h ee l e c t r i c i t yp u r c h a s e rt od i s t r i b u t et h eq u a n t i t yb e t w e e n t h el o n g - t e r m ( c o n t r a c t ) a n dt h es h o r t t e r mm a r k e t ( e l e c t r i c i t ya u c t i o nm a r k e o ，a n d t h r o u g hp o r t f o l i ot h e o r yt oe s t a b l i s hac o m m o no b je c t i v ef u n c t i o nc o m p o s eb yt h ec o s t s a n dr i s k i i i 江南大学硕士学位论文 2 3 4 t h eo b j e c t i v ef u n c t i o ni st h em e a n i n go fc h o o s i n gt h ep u r c h a s eo p t i o n ，w h i c hi st oe n a b l e t h ep u r c h a s ec o s ts m a l l e s t ，m e a n w h i l ee n s u r et h a tt h ep r o b a b i l i t yo fa c h i e v i n gi t sr e q u e s t t ot h ec o n f i d e n c el e v e l w e l l ，t h i sm o d e li sac l a s s i c o p p o r t u n i t y c o n s t r a i n e d p r o g r a m m i n gm o d e l t h e r e f o r e ，t h i sp a p e ri n t r o d u c e s t h e o p p o r t u n i t y c o n s t r a i n t p r o g r a m m i n g ，a n dt h et r a n s f e rt h em a t h e m a t i c a lm o d e lt h r o u g hac e r t a i n t ye q u i v a l e n t s i m p l i f i c a t i o np u r c h a s i n gm o d e li sat y p i c a ln o n l i n e a rc o n s t r a i n e do p t i m i z a t i o np r o b l e m i nv i e wo ft h i so p t i m i z a t i o np r o b l e m ，g e n e t i ca l g o r i t h mi sag o o dm e t h o dt os o l v e t h e r e f o r et h i sp a p e ru s ec + + a sad e v e l o p m e n tp l a t f o r mt op r o g r a mt h i sg e n e t i c a l g o r i t h mp r o c e d u r e s t h e n ，t r a n s f e rt h ec e r t a i n t ye q u i v a l e n tm o d e lo nl a s ts t e pt ot h e g e n e t i ca l g o r i t h m sp u r c h a s i n gd i s t r i b u t i o nm o d e l a c c o r d i n gt oh i s t o r i c a ld a t a ，w ec a nk n o wt h es t a t i s t i c so ft h ec o n t r a c tm a r k e ta n dt h e a u c t i o nm a r k e tf o re l e c t r i c i t yp r i c e sa n dq u a n t i t i e s ，a n da l s ot h et w om a r k e t r e l a t e d f a c t o r s ，a n dt h e nw ec a no b t a i nt h ep u r c h a s eq u a n t i t yd i s t r i b u t i o nr a t i o t h e n ，c h a n g et h e t w om a r k e t s p r i c eo fs t a n d a r dd e v i a t i o na n dm e a n ，c h e c kt h ed i s t r i b u t i o nr a t i o sd a t a c h a n g e s t h r o u g ha n a l y s i sa n dc o m p a r i s o nt h a tw ec a nh a v et h er e l e v a n c eo ft h et w o m a r k e t s k e y w o r d s ： e l e c t r i c i t ym a r k e t ；d i s t r i b u t i o nc o m p a n y ； r i s km a n a g e m e n t ；p u r c h a s e d i s t r i b u t i o n ；c h a n c e c o n s t r a i n e dp r o g r a m m i n g ；g e n e t i ca l g o r i t h m t y p eo ft h e s i s ：a p p l i e dr e s e a r c h i v 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工 作及取得的研究成果尽我所知，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经发表或撰写过的研究成果，也不包含 本人为获得江南大学或其它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 确的说明并表示谢意。 签名：丑谒炎日期：石移莎、 7 关于论文使用授权的说明 本学位论文作者完全了解江南大学有关保留、使用学位论文的规 定：江南大学有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和 磁盘，允许论文被查阅和借阅，可以将学位论文的全部或部分内容编 入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、 汇编学位论文，并且本人电子文档的内容和纸质论文的内容相一致 保密的学位论文在解密后也遵守此规定 签名：五淘欢 导师签名： 日 塑塑：z ： 丝 飙 2 丝：! ：! = 里 第一章前言 1 1 问题的研究背景及意义 第一章前言 从2 0 0 3 年开始，延续至今的电力能源危机，让电力成为全社会关注的热点行业：“电 荒”、“拉闸限电”、“电价上涨”、“电煤之争”、电源建设“跑马圈地”、“当心新一轮电力 投资过热”电能紧缺的压力还未缓解，限制电源过度投资方面又警声四起。然而，当短 缺出现或过剩发生时，我们看到和听到的常常是过多的行政干预手段，似乎电力工业的 发展始终游离于市场经济规律之外，陷入一个“人为限制一短缺一加大投资一过剩一 再人为限制”的怪圈。各界对中国电力行业中暴露出的诸多问题质疑之声不断，矛头直 指垄断。 长期以来，我国电力部门在计划经济体制的条件下运营，产权关系单一，发电、输 电、配电为一家，电力价格由国家制定，发展电力所需资金由政府负担，发电企业之间 无竞争，供电企业无压力，电力生产不能满足国民经济发展和人民生活的需要，电力供 需矛盾十分突出睇j 。国家电力公司在1 9 9 7 年1 1 月召开的全国模拟电力市场研讨会上认为： “研究电力市场是十分必要的，今后一个时期将主要依靠电力市场来带动整个电力工业 的政革和迸一步朝集约化发展，建立市场机制能有效地调动和发挥投资者、经营者的积 极性，保护投资者、经营者和全体用户的合法权益，以实现通过市场机制优化资源配置。 电力市场并不是说电力系统中所有部分都采用市场竞争的组织方式【3 】，而是发电部 分采用市场竞争，输电和配电依然采用垄断组织的方式，但是由于输电和配电部分的生 产与采用竞争方式组织生产的发电具有密切的联系，应该具有促进发电部分市场竞争的 功能，所以即便输电依然具有垄断特性，在电力市场环境下也需要对其进行改进，适应 新的工作方式。目前我国电力市场的基本结构被分成四个部分，即发电企业( 市场中将 有多个发电企业，他们按照竞争的方式组织生产) ，输电企业( 具有明显的垄断性质， 且一般具有较大的管辖范围) ，配电公司( 也是垄断的但是管辖范围要相对小一些) ，最 后就是终端用户。那么，针对配电侧，配电公司要从发电侧进行买电，在电力市场环境 下，电力交易通常具有多种不同的形式，其中最主要的形式就是合同与拍卖市场的方式。 在合同交易中，交易量与交易价格由买卖双方通过面对面的谈判确定，而在拍卖市场则 是通过竞价的方式，按照市场出清规则进行。市场成员可以利用交易方式的不同组合获 得最为有效的交易方案p 儿。那么，对于配电公司而言，怎样确定其利用合同与拍卖市 场交易购买电量的比例，来使得配电公司能达到期望的利润，同时规避风险对于配电公 司意义重大。 1 2 国内外的研究现状 我国电力工业改革的第一步厂网分开已经实现，并在一定程度上实现了竞价上网机 制。随着电力工业改革的深化，配电企业正逐渐转为独立的经营实体一配电公司，如何 江南大学硕士学位论文 实现其自身利益的最大化是配电公司现在或即将面临的问题【7 1 。 电力市场运行以后，电力市场参与者在市场中的利益最大化一直是电力行业研究的 热点之一。在电力市场中，一般存在多种交易市场，如双边交易、合约交易市场、发电 权交易市场、日前市场、实时市场等。市场参与者不仅要进行竞标策略优化，在进行各 市场交易前，还需要先决策各市场的交易量，即决策在那些市场进行交易，以及如何分 配不同市场的交易量。目前解决这类问题的目标函数都是购电费用最少，只是研究问题 的方法，分析问题的角度不同，下面是对本课题目前研究现状的总结。 目前，国内外针对发电和输电投资决策及风险管理的研究已经取得了较大进展【7 - l3 1 ， 而针对购电商( 大用户或供电企业) 的购电决策及风险评估问题的研究成果还不多。文献 【1 4 1 9 讨论了电力市场中购电商的市场分配问题。文献 1 4 ，1 5 给出了考虑风险时购电决 策解析式，构造了由总购电费用和风险共同组成的目标函数，分别讨论了需求量确定与 不确定的两种情况，通过数学分析的方法，寻求一个最优分配比例，来优化购电策略， 使总的购电费用和风险最小。文献【2 0 】给出了两种情况下的购电分配：不考虑i s o 市场调 节、考虑i s o 市场调节。两种情况下运用数学分析法对购电分配进行了解析分析，最后 的仿真结果是不同需求电量下各个市场的购电量的分配。文献 2 1 】采用动态规划法求解， 该算法虽然解决了一般非线性方法无法解决的问题( 如阶梯形函数) ，但是对随机变量不 能进行很好的处理；求解模型只是进行了初步的探讨，考虑了市场电价与市场买电量成 线性关系的情况，最后的仿真结果给出了不同需求电量下各个市场的购电量的分配。文 献【2 2 】给出了两市场电价相互独立和两市场电价呈条件关系时的购电分配。算例分析了 风险因子与日市场购电分配率的关系，但是对于电价的处理没有很好地体现出随机变量 的特性。文献 2 3 】讨论了电力市场为单一购买者模式的情况下，由于销售电价固定及发 电商上网电价波动而产生的电网经营企业的购电风险，根据市场清算价的形成机制，按 市场清算价格服从一定分布和市场清算价由发电商报价形成这两种情况进行讨论，进行 风险分析，并给出了电网公司在长期合同市场下的购电模型。文献 2 4 】研究了在购电商 购电决策的风险管理中，购电商在日前、时前和实时三个顺序市场中的购电分配问题， 并讨论了其中风险的描述及其影响。文献 2 5 】根据投资风险的m a r k o w i t z 理论建立了最大 化利润的目标模型，把利润的方差作为度量风险的指标。文中引入夕( 供电公司对风险 的重视程度) 将一个双目标规划转换成了单目标规划，那么的值很大程度上决定着购电 的分配，该模型应用的关键是正确评估。文献 2 6 分别用成本揭示及v a r 对购电成本的 风险进行风险评估，v a r 把对预期的未来损失大小和该损失发生的可能性结合起来，不 仅让供电公司知道发生损失的规模，而且知道其发生的可能性。文献 2 7 建立了在不同 风险规避指数下，供电公司在远期市场和实时市场上的购电分配模型，并用具体的算例 分析了这种模型的实用性。 1 3 主要解决的问题及研究思路 本文在上面这些研究的基础之上，进行进一步的探讨，研究了在考虑购电费用与风 险的情况下，配电公司在合同电力市场和拍卖电力市场上购买电量的一个购电分配问 2 第一章前言 题。由于购电商是在两个市场进行电量分配，即合同电力市场和拍卖电力商场进行电量 购买，所以本文运用现代投资组合理论建立了考虑风险的购电费用最小的购电模型。用 随机规划更好的表示出购电风险，通过机会约束规划将带有约束的随机规划购电模型转 化为确定性等价模型，进而运用收敛算法优良的遗传算法进行数据仿真分析。 本文的内容安排如下： 第一章，首先介绍了目前国内外电力市场的发展形势，以及我国电力市场的发展状 态。简单介绍了国内外已有的研究成果，并提出电力市场配电侧的购电分配以及其风险 分析问题。 第二章，是整篇文章的理论基础。介绍了电力市场一些基本概念及其特有的特点， 指出目前电力市场的运营模式与市场结构，给出了目前我国电力市场运行的一个总体规 划。目前，我国针对发电侧的研究已经颇有成果，但是针对配电侧的研究还有待进步。 因此，本文把研究方向定位在电力市场配电侧的研究。同时，介绍了配电侧电力市场的 特点和基本运营模式，为我们后续的研究打下良好的理论铺垫。 第三章，针对目前我国电力市场配电公司现行的运营机制，配电公司( 供电公司) 为了规避风险，要在类似长期市场的合同市场和类似短期市场的现货市场( 电力拍卖市 场) 进行电量购买。本章通过现代投资组合理论，建立了在两市场购电的购电分配模型。 第四章，由于我们已建立的购电分配的数学模型是一个随机约束规划模型，其中含 有电价和电量等的随机变量，因此解决此种随机规划模型，我们想到了机会约束规划。 它不仅可以很好的表示电力市场风险问题，还可以解决随机规划模型。然后，通过机会 约束规划中的确定性等价将我们建立的购电分配模型进行化简。 第五章，通过确定性等价化简后的模型是一个典型的非线性有约束的优化问题，针 对此种问题，我们采用了全局优化能力优良的遗传算法，这样可以避免局部优化现象的 产生。本章简单介绍遗传算法，针对我们的模型采用了二进制编码，我们的最小化优化 问题，建立了适应度函数。最后确定了文章的购电分配模型。 第六章，通过c h 编制的遗传算法程序，进行算例仿真。根据实际市场数据，得出 电力市场的变量统计特性。通过改变置信度来观察购电分配比的变化情况。然后，在保 持其他数据不变，而分别改变合同市场和电力拍卖市场的电价均值与标准方差，得出市 场特性的改变，分析购电分配比，购电成本以及风险的变化情况，得出结论，进行展望。 第二章电力市场及其配电侧简述 第二章电力市场及其配电侧简述 当前，电力工业在全世界范围内发生了深刻的变化。美国、澳大利亚、新西兰、 挪威、瑞典、德国、日本、新加坡、泰国等相继开展了不同程度的电力市场改革。 解除垄断、引入竞争机制、增强电力工业活力、优化资源配置、提高效益，己经成 为现代电力工业发展的必然趋势。电力工业的改革目标在于提高电力生产效率，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，并使全社会从改革中得到更好的经济效益和社会效益。 我国已于1 9 9 7 年底初步摆脱了电力短缺的状况，但作为国民经济的基础产业， 电力工业过于垄断的模式越来越不适应国民经济的整体发展环境。为了在全社会范 围内优化配置资源，提高电力企业的生产效率，建立电力市场是我国电力工业改革 的必然选择。 从国际、国内的发展形式来看，电力走向市场是历史的必然。 2 1 电力市场的基本概念 2 1 1 电力市场的定义 电力市场是电力的买方和卖方相互作用以决定其电价和电量的过程【l 】：更具体 的来讲，电力市场是采用经济等手段，本着公平竞争、自愿互利的原则，对电力系 统中发电、输电、配电、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。 根据以上定义，电力市场首先是一种管理机制：这种机制与传统的行政命令的 机制不同，主要采用市场的手段进行管理。从而达到资源优化配置的目的。所以电 力市场的基本原则是公平竞争、自愿互利。同时，电力市场还是体现这种管理机制 的执行系统，包括交易场所、计量系统、计算机系统、通信系统等。 市场的本质是竞争，通过竞争来提高整个电力工业的资源优化：竞争的前提是 公平，公平是市场机制的基本原则。电力市场机制的引入对经济条件提出更高的要 求，需要在统一协调安全性和经济性的前提下，切实保证市场规则对所有成员公平、 公正、公开。 2 1 2 电力市场的特点 开放性、竞争性、网络性和协调性是电力市场的基本特征。与传统的垄断电力 系统相比，电力市场具有开放性和竞争性。与普通的商品市场相比，电力市场具有 网络性和协调性。 江南大学硕士学位论文 电力行业自身的技术经济特点就决定了电力市场有许多不同于一般市场的特 点： 第一、电力市场是市场经济一般规律与电力特殊规律相结合的市场，不同于一 般的竞争性市场。o 第二、是国民经济中的基础性市场和先导型市场。电力能源的消费方式以及电 力在国民经济中的地位和作用，决定了电力市场是一个国民经济中的基础性市场和 先导型市场，对国民经济其他的商品市场起着基础性的作用。电力网络覆盖国民经 济的各个领域，是现代社会国民经济其他市场赖以存在的物质基础和先决条件。由 于电为商品本身不能大量储存，它的建设必须先于国民经济其他行业的建设，即所 谓先行性。 第三、以电网为载体的网络型的市场，是一个规模垄断市场。电力市场，由于 其商品的无形性和生产工艺的特殊性，决定了它是以电网为载体的网络型的市场。 电网的规模，电网的技术及发育水平，甚至电网的区域层次划分，就决定了电力市 场的规模、水平和层次。这是各国电力市场的共同特性。所不同的是我国电力市场 的发育程度及市场模式反映着我国的地理、自然、社会环境的特殊性。由于电网的 重要性、自然垄断性就决定了电网的垄断。发电、售电环节可以竞争，但电网是垄 断的。 第四、是一个高度协调的市场。发、输、供同时完成、即时平衡、需求波动大、 电网的复杂性决定了电力市场是一个高度协调的市场。 第五、是一个迸、出壁垒非常高的市场。因为电力生产、传输、交易、消费的 高度自动化、联动化，加之电能不能大量储存的特点，需要借助现代化的监视和控 制手段，才能够保证其生产、传输的安全，因此电力市场的建设和维护需要大量的 资金投入和高新技术的支持，这就决定了电力市场的进入和退出都要付出很高的代 价。因此，它是一个进、出两难的市场。 第六、需要政府监管的市场。电力商品不仅具有一般商品的市场属性，同时还 承担了一定的社会义务和市场责任的约束。因此电力市场的设计中，显然不能将其 简单地视为一般性竞争市场。而且，电力市场的监管、保持发电装机容量适应国民 经济的发展速度、维护电网的安全稳定运行方面，均需政府发挥作用。 第七、讲求安全的市场。电网本身需要安全、同时作为国民经济的基础也需要 安全。没有一个安全有效的电网系统，电力市场将不复存在。就是所谓“皮之不存， 毛将焉附”。 结论：上述特点注定了电力市场是在政府监管下的垄断与竞争并存的市场。不能 把他当成一般性的竞争市场。 6 第二章电力市场及其配电侧简述 2 1 3 电力市场的基本原则 在一个充满竞争的电力市场中，参与者之间都是平等，所以电力市场最基本的 原则是公平。对于发电厂，平等的环境能够促进竞争，激励各发电厂提高生产效率， 降低成本，增加活力；对于用户，按真实的供电成本收费，尽量减少用户间补贴是 保证用户间平等的根本点。为了保证电力市场公平竞争的原则，必须做到： 1 电力市场要有公开性( 包括成本、定价、计量等) ，以便监督。 2 扩大自有选择权力，保证电网的开放。 3 必须制定有关法令、规约，以便使竞争规范化。 4 电网安全性和商品无库存性。 5 发电厂间平等竞争。 6 用户间平等。 2 1 4 电力市场的运营模式与市场结构 从世界各国电力工业发展的历史来看，电力管理体制是在不断变革的，其变革 的趋势是朝着完全竞争的市场结构发展。依据引进竞争的程度不同，电力市场运营 模式大体上可以归纳为以下四种【2 引。 1 垂直垄断模式【2 9 j 垂直垄断模式即传统的电力行业结构模式，在这种模式下，发电、输电、配电、 售电均实行统一规划、统一管理的垄断经营，由垂直一体化的电力公司负责，在进行 电力体制改革前，中国的电力市场就是这种运营模式，如图2 1 所示。但是人们逐渐 认识到，随着技术的进步，完全可以通过在发电侧引入适当的竞争来提高行业效率， 降低电价。这样就出现了另一种电力市场运营模式，即发电竞争上网模式。 2 发电竞争上网模式 发电竞争上网模式也称为单一购买者模式，又被叫做“1 + n ”模式。这是将竞争引 人电力市场的初级模式，这种模式允许多个独立电厂的存在，相互之间开展竞争上 网，即所谓的“n ”。输电、配电和售电仍然被一个电网公司垄断经营，即所谓的“1 ”， 它作为单一的购买代理向发电厂购电。 在这种模式下，发电厂必须将电力全部卖给电网公司，再由电网公司采用是售或 零售的方式售给用户，发电厂不能直接向售电公司或者终端消费者售电。这种模式 的优点在于在最具竞争性的发电侧引入了竞争机制，以最小成本获得了最大程度的 竞争收益。目前，中国的电力市场化改革正处于这个阶段，并开展了发电厂向某些大 型用户进行直接供电的试点，如图2 2 所示。 7 江南大学硕士学位论文 l 发电 i 上 l输电 l 上 l 配电 l 0 l 售电 i 上j 7 l 用户 图2 1 垂直垄断模式 f i g 2 - 1v e r t i c a lm o n o p o l ym o d e l 图2 - 2 发电竞争上网模式 f i 9 2 2t h ei n t c m e tm o d e lo fp o w e rg e n e r a t i o nc o m p e t i t i o n 3 第二章电力市场及其配电侧简述 3 完全竞争模式 在这种模式下，发电、输电、配电完全分开，成立独立核算公司，并开展完全竞 争。供电公司直接向发电公司购电，并且每个供电公司在其供电区域内具有垄断供电 的性质。输电公司只承担将发电公司的电力直接送给供电公司，也就是输电公司仅 仅起输电作用，收取过网费，不再起买卖电力的中介作用。在这种电力市场模式下， 不再需要电网公司的介入，但供电公司必须成为独立的配电公司，成为独立核算的 法人实体。这是世界银行提出来的完全竞争模式。如图2 3 所示。 图2 3 完全竞争模式 f i g 2 - 3p e r f e c tc o m p e t i t i o nm o d e l 4 零售竞争模式 零售竞争模式是指在发电侧和售电侧完全引入竞争，这种模式标志着电力市场 已进入成熟运营模式。零售竞争模式与完全零售竞争模式的区别在于允许终端用户 任意选择供电公司，供电公司不再进行垄断经营。供电公司没有固定的服务区域和 服务对象，他们向用户发出告示，相互之间开展争夺用户的竞争而用户则根据电价 和服务质量选择供电公司，如图2 4 所示。这种模式要求输电网和配电网都对用户开 放。 在这种模式下，会进行大量的双边交易。发电公司、供电公司与大型用户之间都 存在双方交易契约。基于双边契约的交易是指交易量和交易价格都由交易双方自己 制定，监管机构和输电公司负责在电网限制条件下，保证这些契约的实施。同时， 9 江南大学硕士学位论文 图2 4 零售竞争模式 f i g 2 4r e t a i lc o m p e t i t i o nm o d e l 这种模式也需要强大坚固的电网结构、先进的通信设备、功能齐全完善的电能计量 和电费结算系统，以及完善的电力法规。 2 1 5 电力市场运营结构 我国电力工业是在计划经济体制下发展起来的，政企不分和高度垄断是其重要 特征。重组电力公司，仅仅是在电力生产环节引入了竞争机制，形成了发电市场，而 输电、售电环节仍然是垄断经营。发电领域规模经济性的消失是电力工业使得发电 领域可能按照市场经济组织生产，但是输电领域和配电领域依然存在规模经济性， 所以电力市场并不是说电力系统中所有部分都采用市场竞争的组织方式，而是发电 部分采用市场竞争，输电和配电依然采用垄断组织的方式，但是由于输电和配电部 分的生产与采用竞争方式组织生产的发电具有密切的联系，应该具有促进发电部分 市场竞争的功能，所以即便输电依然具有垄断特性，在电力市场环境下也需要对其 进行改进，适应新的工作方式。故而按照规模经济性分析【3 】，批发电力市场的基本 结构可以用图2 5 表示。市场被分成四个部分，即发电企业( 市场中将有多个发电 企业，他们按照竞争的方式组织生产。) ，输电企业( 具有明显的垄断性质，且一般 具有较大的管辖范围) ，配电公司( 也是垄断的但是管辖范围要相对小一些) ，最后 就是终端用户。 那么，发电侧的研究已经初具规模，但是针对现在处于相对垄断的配电侧的研 1 0 第二章电力市场及其配电侧简述 究还有待加强，所以我们的研究方向是电力市场的配电侧。接下来，简要介绍配电 侧。 零 售 市 场 图2 5 电力市场的基本结构 f i g 2 - 5t h eb a s i cs t r u c t u r eo f t h ee l e c t r i c i t ym a r k e t 2 2 配电侧的电力市场 批 发 市 场 2 2 1 配电侧电力市场的概念 配电侧电力市场是与发电侧电力市场、输电网开放等电力工业市场化改革的宏 观步骤相适应的，对传统配电侧( 包括配电网运营、电力销售、用户等环节) 的经 营管理模式进行打破垄断、引入竞争的市场化改革和重组，建立新的市场竞争模式 和完善的现代监管制度，从而实现配电侧提高效率、优化资源配置，并促进整个电 力工业发展的市场化改革的重要阶段p o l 。 配电侧电力市场包含的内容主要有配电公司参与市场竞争、配电网及配电设施 实现开放、竞争的零售市场、适应市场化的配电规划和建设、配电侧市场监管机制。 只有实现配电侧的市场化改革才能建立完整的电力市场，带来更大的经济效益。 2 2 2 配电侧电力市场特点 电力市场并不是说电力系统中所有部分都采用市场竞争的组织方式，而是发电 部分采用市场竞争，输电和配电依然采用垄断组织的方式，但是由于输电和配电部 分的生产与采用竞争方式组织生产的发电具有密切的联系，应该具有促进发电部分 市场竞争的功能。所以说配电侧市场具有部分垄断经营模式。 配电网垄断经营模式在输、配电分开的前提下，由配电公司对配电网实行垄断 江南大学硕士学位论文 经营，并根据地域或配电网连接的实际情况确定配电公司的经营范围，配电侧电力 市场竞争通过各配电公司竞价购电实现，市场竞争的主体是各配电公司。 图2 6 配电网垄断经营模式和标尺竞争模式 f i g2 - 6t h em o n o p o l ym o d e la n dy a r d s t i c kc o m p e t i t i o nm o d e lo fe l e c t r i c i t yd i s t r i b u t i o n 2 2 3 配电侧交易方式特点 配电公司作为购电商在电力市场中的交易主要涉及到批发购电和零售卖电两个 过程。 1 批发购电交易 各国电力市场的组织情况虽然不同，但批发购电的途径基本上可以按提出交易 计划的时间分为长期交易、短期交易和实时平衡交易3 种： ( 1 ) 长期交易是根据购电商与发电商所签订的长期或期货合同进行交易，提出时间一 般为交易前几周到几年。长期期货合同为双边合同形式，它虽然不能反应交易 发生时的实际生产成本，但签订合同的过程对双方都具有竞争性。 ( 2 ) 短期交易一般指在交易前1 d ( 2 4 h ) ，购电商和发电商通过竞价投标的方式进行 交易确定购电计划。交易由市场运行部门( 交易中心) 负责管理，运行部门根 据交易前2 4 h 市