（电气工程专业论文）梯级水电厂竞价上网策略研究.pdf

华北电力大学工程硕士专业学位论文 摘要 随着电力市场改革的推进，水电竞价上网越来越受到人们的关注，水电竞价策略逐 渐成为电力市场研究的热点之一。本文提出使水电厂成为独立法人实体，建立由火电和 水电的共同作用的完全电力市场的方法。此外，不同电厂生产的电能是同一种产品，应 当同质同价，优质优价。并给出如何建立惩罚机制的方法，用以避免形成新的垄断。建 立了在最优初始水头的情况下，考虑电量收入和当天所消耗的水量两方面问题的水电厂 在调度期内各时段的优化用水量。并在考虑博弈的基础上，最终将这些信息转换为电站 的报价策略，从而使电站获得最大的发电效益。梯级水电厂之间存在着水力和电力联系， 本文给出了梯级水电厂在电力市场环境下的优化运行的方法。并给出了解决受限电厂在 水源充足时未竞得电量而只得弃水和在竞得电量时无水可发问题的方法。 关键词：电力市场，惩罚机制，梯级水电厂，竞价上网策略 a b s t r a c t a l o n gw i t he l e c t r i c i t ym a r k e tr e f o r ma d v a n c e m e n t ，t h eb i ds t r a t e g yo ft h eh y d r o p o w e r p l a n tg r a d u a l l yb e c o m e so n eo fe l e c t r i c i t ym a r k e tr e s e a r c hh o ts p o t s t h eh y d r o p o w e r p l a n ts h o u l dt ob e c o m et h ei n d e p e n d e n tl e g a lp e r s o ne n t i t y t h ec o m p l e t ee l e c t r i c i t y m a r k e ts h o u l di n c l u d et h et h e r m a lp o w e rp l a n ta n dt h eh y d r o p o w e rp l a n t 1 1 1 ee l e c t r i c a l e n e r g yp r o d u c t e db yt h ed i f f e r e n tp l a n t si st h ei d e n t i c a lp r o d u c t i ts h o u l db es e l l e di nt h e s a m ep r i c e t h i sa r t i c l eg i v e st h em e t h o dt oe s t a b l i s ht h ep e n a l t ym e c h a n i s m ，i no r d e rt o a v o i df o r m i n gt h en e wm o n o p o l y i nt h em o s ts u p e r i o ri n i t i a lf l o o dp e a ks i t u a t i o n ，t h e o p t i m i z e dw a t e rc o n s u n l p t i o no ft h eh y d r o p o w e rp l a n ts h o u l dt oc o n f i d e rt h ee l e c t r i cq u a n t i t y i n c o m ea n dc o n s u m ew a t e rv o l u m e b a s e do nt h eg a m b l i n g ，w ef i n a l l yt r a n s f o r mt h e s e i n f o r m a t i o n si n t ot h eh y d r op o w e rp l a n tq u o t e dp r i c es t r a t e g y 1 1 1 i sc a u s e st h ep o w e rp l a n tt o o b t a i nt h eb i g g e s tb e n e f i t t h ec a s c a d eh y d r o p o w e rp l a n t sh a v et h ew a t e rp o w e ra n dt h e e l e c t r i cp o w e rr e l a t i o n t h eo p t i m i z e do p e r a t i o nm e t h o da b o u tt h e mh a sg i v e ni nt h i sa r t i c l e u n d e re l e c t r i cp o w e rm a r k e te n v i r o n m e n t y i nx i u m i n g ( e l e c t r i c a le n g i n e e r i n g ) d i r e c t e db yp r o f a ix i na n ds e n i o re n g j i ng u a n g r u n k e yw o i t d s ：p o w e rm a 尉| ( e t ，p e n a it ym e c h a n i s m c a s c a d e dh y d r o p o w e rp l a n t , b i d d i n gs t r 江e g i e sf o rd n e r c o n n e c t i o nt og r i d s 华北电力大学工程硕士专业学位论文 摘要 随着电力市场改革的推进，水电竞价上网越来越受到人们的关注，水电竞价策略逐 渐成为电力市场研究的热点之一。本文提出使水电厂成为独立法人实体，建立由火电和 水电的共同作用的完全电力市场的方法。此外，不同电厂生产的电能是同一种产品，应 当同质同价，优质优价。并给出如何建立惩罚机制的方法，用以避免形成新的垄断。建 立了在最优初始水头的情况下，考虑电量收入和当天所消耗的水量两方面问题的水电厂 在调度期内各时段的优化用水量。并在考虑博弈的基础上，最终将这些信息转换为电站 的报价策略，从而使电站获得最大的发电效益。梯级水电厂之间存在着水力和电力联系， 本文给出了梯级水电厂在电力市场环境下的优化运行的方法。并给出了解决受限电厂在 水源充足时未竞得电量而只得弃水和在竞得电量时无水可发问题的方法。 关键词：电力市场，惩罚机制，梯级水电厂，竞价上网策略 a b s t r a c t a l o n gw i t he l e c t r i c i t ym a r k e tr e f o r ma d v a n c e m e n t ，t h eb i ds t r a t e g yo ft h eh y d r o p o w e r p l a n tg r a d u a l l yb e c o m e so n eo fe l e c t r i c i t ym a r k e tr e s e a r c hh o ts p o t s t h eh y d r o p o w e r p l a n ts h o u l dt ob e c o m et h ei n d e p e n d e n tl e g a lp e r s o ne n t i t y t h ec o m p l e t ee l e c t r i c i t y m a r k e ts h o u l di n c l u d et h et h e r m a lp o w e rp l a n ta n dt h eh y d r o p o w e rp l a n t 1 1 1 ee l e c t r i c a l e n e r g yp r o d u c t e db yt h ed i f f e r e n tp l a n t si st h ei d e n t i c a lp r o d u c t i ts h o u l db es e l l e di nt h e s a m ep r i c e t h i sa r t i c l eg i v e st h em e t h o dt oe s t a b l i s ht h ep e n a l t ym e c h a n i s m ，i no r d e rt o a v o i df o r m i n gt h en e wm o n o p o l y i nt h em o s ts u p e r i o ri n i t i a lf l o o dp e a ks i t u a t i o n ，t h e o p t i m i z e dw a t e rc o n s u n l p t i o no ft h eh y d r o p o w e rp l a n ts h o u l dt oc o n f i d e rt h ee l e c t r i cq u a n t i t y i n c o m ea n dc o n s u m ew a t e rv o l u m e b a s e do nt h eg a m b l i n g ，w ef i n a l l yt r a n s f o r mt h e s e i n f o r m a t i o n si n t ot h eh y d r op o w e rp l a n tq u o t e dp r i c es t r a t e g y 1 1 1 i sc a u s e st h ep o w e rp l a n tt o o b t a i nt h eb i g g e s tb e n e f i t t h ec a s c a d eh y d r o p o w e rp l a n t sh a v et h ew a t e rp o w e ra n dt h e e l e c t r i cp o w e rr e l a t i o n t h eo p t i m i z e do p e r a t i o nm e t h o da b o u tt h e mh a sg i v e ni nt h i sa r t i c l e u n d e re l e c t r i cp o w e rm a r k e te n v i r o n m e n t y i nx i u m i n g ( e l e c t r i c a le n g i n e e r i n g ) d i r e c t e db yp r o f a ix i na n ds e n i o re n g j i ng u a n g r u n k e yw o i t d s ：p o w e rm a 尉| ( e t ，p e n a it ym e c h a n i s m c a s c a d e dh y d r o p o w e rp l a n t , b i d d i n gs t r 江e g i e sf o rd n e r c o n n e c t i o nt og r i d s 声明尸叫 本人郑重声明：此处所提交的工程硕士专业学位论文梯级水电厂竞价上网策略研 究，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： 日 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 日 华北电力大学- t 程硕士专业学位论文 1 1 引言 第一章绪论 传统的电力工业采用发电、输电、配电和供电垂直一体的自然垄断运营模式。 随着社会的发展和技术的进步，这种垂直垄断的经营模式不适应社会和电力工业的 发展。从2 0 世纪8 0 年代末起，世界上不少国家开始推行电力市场改革，利用市场 机制对传统的经营方式进行改造，打破垄断、引入公平竞争、提高经济效率，促进 电力工业与社会、经济、环境的协调发展，最终实现社会资源的合理配置。电力改 革从英国开始，接着是欧洲、北美、南美、澳洲和亚洲一些国家和地区，如今电力 市场化已经成为了全球电力行业的发展趋势。 1 2 电力市场概述 1 2 1 电力市场定义 电力市场属于商品市场的范畴，是以货币为媒介，以电力及其相关产品的交换 为目的的场所【1 】。另一种定义为电力市场是进行电力及相关服务交易的一群买者和 卖者，这些相关服务包括输电服务，及一系列其他的辅助服务如自动发电控制，无 功电压控制，运行调度服务等等。严格地说，垄断也是市场形态的一种，因此，自 从有了电力工业，广义的电力市场就已经存在。现在所谈论的电力市场，特指打破 垄断后，在发电企业间之间存在市场竞争的电力市场，可称之为狭义的电力市场或 现代意义的电力市场【2 】。第三种定义从经济学角度出发，电力市场是电力商品交换 的场所，是交换关系的总和，是电价、电力系统运行、负荷管理、供电用电合作、 通信和计算机系统的总和，是电力工业经营管理与技术的综合体 3 】。第四种定义为 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、供电、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 4 】。 本文倾向第四种定义，电力市场是一种管理机制，主要采用经济手段进行管理。 电力市场的基本原则是公平竞争、自愿互利。对电力系统中发电、输电、供电、用 户等成员组织协调运行的管理机制和执行系统的总和。电力市场的主要内容是：政 企分开，引入竞争机制；建立电力商品市场、将发电、输电、配电环节相分离：建 立能使用户通过市场购买电力或通过市场直接与电力生产企业进行交易的机制，减 少中间环节，努力降低成本，提高生产效率，优化服务质量，提高客户满意度。其 主要目的在于：提高效益、改善服务、增强活力，实现资源的优化配置和有效利用， 华北电力大学工程硕士专业学位论文 促进电力工业与社会、经济、环境的协调发展。建立电力市场的实质是营造商业化 的运营环境，提高整个电力工业的整体效益，建立市场的竞争机制和用户的选择机 制。 1 2 2 电力市场的特征 电力市场具有以下几个特征：( 1 ) 有限数目的发电公司；( 2 ) 输配电系统具有 自然的垄断特征：( 3 ) 大的投资规模( 市场进入壁垒) ；( 4 ) 很低的用电需求弹性； ( 5 ) 很高的存储成本；( 6 ) 严格的发电容量约束；( 7 ) 存在输电约束有些交 易可能因此无法实现，从而限制用户选择发电公司；( 8 ) 存在输电损耗在一定 程度和范围上打击大用户远距离购售电的积极性。 1 2 3 电力市场结构模型 市场结构可以划分为四类：完全竞争型市场、完全垄断型市场、垄断竞争型市 场和寡头垄断型市场。( 1 ) 完全竞争型市场完全竞争型市场是指不受任何阻碍和 干扰的市场，它必须具备四个基本条件：数量很大的卖者和买者参与该商品市场， 单个企业的生产量占供给总量的比例和单个用户的需求占需求总量的比例都很小。 因此，任何一个卖者或买者都不能影响这种商品的价格。市场上销售的商品为标 准化产品，是同质的、无差别的，买者对于具体的卖者没有特别的偏好。买者和 卖者可以自由进出市场，各种生产资源均可以完全自由流动。生产者与消费者对 市场信息充分了解。也就是说，市场信息流畅，买者和卖者都掌握了有关产品的成 本、价格和质量的信息。严格而言，完全竞争的市场只是一种理想的状态。对一个 市场的基本要求是能工作，而不是完全竞争。电力市场的特点，如只有有限数目的 发电厂，市场进入有壁垒，而且各个发电商间的发电成本等信息属于私有信息，不 可能公开的，而且还存在输电约束等等，可以说明电力市场不是完全竞争市场。( 2 ) 完全垄断型市场完全垄断型市场是指市场处于完全由一家厂商所控制的状态。完 全垄断市场可以分为两类：完全政府垄断或完全私人垄断。完全垄断市场必须具备 如下三个基本条件：买者众多，卖者只有一家企业；由于经济上和政治上的各 种条件( 如技术专利、营业许可证等) 的限制，新的企业不可能进入该商品的生产 领域；没有替代品或者说买者不可能购买到替代品。长期以来，电力工业一直被 看作是自然垄断行业。电力工业有五个不同的功能，即发电、输电、系统控制( 调 度”平衡”组织运营) 、配电，以及供电。其中一些功能具有自然垄断性，即输电系 统控制和配电这几个领域具有自然垄断性，发电和供电这两个领域则可以形成市场 竞争。但长期以来，电力工业一直是上述五个功能垂直一体化运营，即具有自然垄 断的功能和可以形成市场竞争的功能捆绑在一起的，所以许多国家都解除了对传统 电力工业的管制，在发电侧形成竞争市场。( 3 ) 垄断竞争型市场垄断竞争型市场 2 华北电力人学工程硕士专业学位论文 是介于完全竞争市场和完全垄断型市场之间的市场结构，主要特征是：同一产品 类别内的企业的数量很多，相互之间存在着竞争。单个企业的产量决策不考虑对其 他企业的影响；不同企业生产的同类型产品之间在性能、价格方面有明显的差别， 或者在质量、包装、形状、商标，以及厂商地址、服务态度等方面存在着差别，垄 断就是因为产品有差别而形成的；企业可自由进入或退出市场的生产领域； 买者和卖者都能够得到完全的商品信息；现行的电力市场也不是垄断竞争型市 场。( 4 ) 寡头垄断型市场寡头是垄断的种，又称为寡头垄断或寡占。寡头可分 为纯粹寡头和产品寡头两种，生产完全相同产品的几个寡头成为纯粹寡头；生产具 有差别产品的几个寡头成为产品寡头。寡头垄断市场中只有几家大企业提供行业的 大部分产品，这几家企业在该行业的总产量中各占较大的份额，可以在很大程度上 影响市场价格，因而一家企业的供给行为对其他企业的收益乃至供给产生影响。形 成寡头的原因主要是规模经济所致。在寡头垄断市场上，产品价格并非由市场关系 决定，而是少数寡头垄断者通过协议或默契来制定的。电力市场肯定不是完全竞争 的市场，也不再是垄断市场。电力市场的特征决定了在电力市场中，某些地区可能 只有少数的发电公司提供电力，这与寡头垄断市场最为接近。在不完全竞争市场中， 发电公司可以采用一些策略性的投标( 或竞价) 行为来最大化利益。 1 2 4 电力市场运营模式 当前世界各国电力运营模式各式各样，归纳为以下五种：( 1 ) p o o l 模式 p o o l 模式是英国电力市场改革初期采用的电力联营体( p 0 0 1 ) 模式。在该模式下， 由发、供电公司组成批发形式电力联营体，由国家电网公司负责运行电力市场的交 易机构。p o o l 的基本运作方式是：所有的发电公司向电网公司卖电，所有的供电 公司向电网公司购电。市场运行过程分为两部分，其一是电网公司根据各发电公司 的报价决策最经济的购电计划，核心是如何制订购电与售电价格：其二是根据实际 运行情况进行经济结算。这种模式的特点是：模型简单，易于操作，电力交易所 ( p x ) 与系统操作员( s o ) 同属于电网公司，系统操作与原来的垂直一体化的经 济调度基本一致；采用暗标拍卖的方式；统一的市场清算价方法；输电网的 运行费用及其它花费都由用户负担。缺点：由于p x 和s o 同属于一个公司，使得 电网的权力过大，市场的透明度不高，调度不公的问题依然存在。( 2 ) n e t a 模式英 国第二次改革实施新的电力市场模式- n e t a 模式。n e t a 模式的基本原则是通 过自由谈判、签订双边或多边合同形式完成大宗购电和售电交易，剩余的现货和实 时电力交易通过p x 进行。建立期货市场、远期市场、现货市场和平衡机制并存的 电力市场格局。n e t a 模式的采用，使得电力批发市场中引入更多的竞争，电力趸 售价格和终端用户的电价得以降低，同时，其平衡机制为各方的合同与实物电力交 付之间的不平衡量提供一种结算的机制。n e t a 模式交易方式丰富，为市场成员提 1 华北电力大学工程硕+ 专业学位论文 供了更多竞争机会，增强了市场透明度和稳定性，简化了报价形式，强化了对市场 投机行为的限制力度。( 3 ) 跨国电力市场北欧电力是市场n o r d p o o l 北欧电 力市场是具有实质性意义的多国电力市场。北欧电力市场只设立了唯一的一个交易 机构北欧电力联营公司( n o r dp o o la s a ) ，为北欧联营市场的参与者提供交易 平台。分属于4 个国家的5 个主干电网公司设立了电力调度机构输电系统运营 者( t s o s ) ，负责实时市场和辅助服务市场的运营，各国国内的区域电网公司和地 方电网公司也设有电力调度部门，服从上一级主干电网的统一调度。既拥有地区供 电网络，又拥有自己的发电厂的一体化电力公司及只拥有发电厂，不拥有供电网络 的电力公司、电力零售商也一些终端用户都可参与电力市场，申报购售电量及价格。 需求与供给相互影响的结构形成平衡。目前，北欧电力市场包括电力批发市场、零 售市场、实时市场和辅助服务市场。北欧电力市场的重要特征是非强制性的电力联 营交易市场与物理合同的或金融合同的双边市场和柜台交易( o t c ) 市场展开市场 竞争、所有品种电力商品的市场都向用户开放。( 4 ) p x + i s o 模式采用电力交易 所( p x ) 加上独立系统运行机构( i s o ) 的运营模式，如图1 2 所示。这种模式以 美国加州电力市场为代表，虽然2 0 0 0 年加州出现电力危机，但改模式仍有其值得 借鉴的地方。该模式下，电力供应商( e s ) 可以直接和用户( c ) 签订合同。成立 电力交易市场( p x ) 作为电能交易竞价中心，p x 了解发电和用户的情况，由他发 布信息：按供求曲线确定市场出清电价m c p ，并以m c p 作为电能交易结算模型。 同时，成立一个独立的系统运行机构i s o ，主要保证系统电网的安全运行，运行 方式的制定、实时调度、系统监控、在线安全分析、市场管理及经营辅助服务。( 5 ) p j m 模式美国加州电力危机后，p j m 电力市场成为美国现阶段电力市场运营的成 功样板。在p j m 电力系统中，电网所有权独立，电力调度机构和电力交易机构二 体化运作，称为联络办公室( p j m - - o i ) ，这种i s o 与p x 相结合的方式也不合为。 i s o 内嵌p x 。p j m 电力市场可分为电能量市场、容量信贷市场、金融输电权市场 和辅助服务市场，其中容量信贷市场在引导发电公司的行为、提供长期的经济信号、 激励外部资金的进入等方面发挥了重要的作用。 1 2 5 电力市场交易模式 电力市场的交易模式主要分为双边合同交易、现货交易、实时交易、期货交易、 辅助服务交易。( 1 ) 双边合同交易双边合同交易指一个大的用户( 包括批发商) 向一个( 或一组) 发电厂商采用合同方式购电，双边合同交易分长期和短期两种。 基于预测负荷签订购电量和电价，不随市场条件的变化而变化。双边合同交易减少 严重缺电和电价急剧升高所引起的风险。( 2 ) 现货交易现货交易是指按发电厂商 的报价，通过电力交易机构( p x ) ，制定次日的交易，确定各个时段市场的清算价 m c p ( m a r k e tc l e a r i n gp r i c e ) 和出清容量，然后由p x 提f i i j n 定交易计划。( 3 ) 实 4 华北电力大学工程硕士专业学位论文 时交易实时交易是合同交易和现货交易的补充，主要是解决电力交易市场负荷及 报价等不确定因素所造成的合同、现货交易的误差问题。( 4 ) 期货交易期货交易 与合同交易类似，但是交易双方都被允许在支付了一定的保证金和违约金后，退出 期货市场，或是进入现货市场，或者与其他的市场成员以双边交易方式再卖或买或 者到期对冲。通过套期保值而规避风险，甚至获利。这是市场运行部门保证市场 供电，稳定上网发电价格的措施之一。( 5 ) 辅助服务交易辅助服务交易是电力市 场中的重要交易方式之一。辅助服务是指为确保电网安全稳定运行、连续可靠供电 和电能质量合格，而要求机组提供的旋转备用、调频、无功电压支持、黑启动和冷 备用等服务。 1 3 国外电力市场的发展动态 二十世纪八十年代，美国、欧盟各国和日本等发达国家的国民经济实践表明， 对民航、电信和铁路运输等网络型自然垄断行业实施放松管制、引入竞争政策，可 以降低这些行业的运营成本，提高其运营效率，向社会提供更质优价廉的服务。作 为传统的网络型垄断经营行业，电力工业同样经历着巨大的变革。自从1 9 9 0 年英 国英格兰和威尔士电力市场( e n g l a n d & w a l e sp o w e r p 0 0 1 ) 投入运行以来，废除传 统的垂直一体化电力工业管理体制，推行市场化机制，成为最近十多年来世界电力 工业改革的主流。 ( 1 ) 英国电力市场发展的两个阶段 二十世纪8 0 9 0 年代，英国保守党政府对社会公共事业进行了广泛的改革，拥有 6 0 g w 发电容量的中央发电局( c e n t r a le l e c t r i c i t yg e n e r a t i n gb o a r d ，c e g b ) 也被私有 化重组。在这之前，中央发电局拥有对英格兰和威尔士地区发电和输电业务的绝对垄断 权。它不但负责发电厂的生产，还负责向1 2 个地区电力局输送电力。1 9 9 0 年4 月，世 界上第一个具有现代意义的电力市场一英格兰和威尔士电力市场( e n g l a n d & w a l e s p o w e r p 0 0 1 ) 建立起来。原中央发电局被分解成为四个公司，即国家电网公司( n a t i o n a l g r i d ) 、国家电力公司( n a t i o n a lp o w e r ) 、国家发电公司( p o w e r g e n ) 和核能发电公司 c ( n u c l e a r e n e r g y ) ，实现了发电和输电业务分离。国家电网公司拥有并经营输电网，依 照电力市场规则负责电力市场的运营。初期的英国电力市场是典型的发电竞争模式，即 发电商竞价上网，输电网和配电网垄断经营。这种电力市场模式从根本上说是一个“卖 方市场”，系统边际价格主要取决于发电商报价，电力需求方不参加市场报价，由于英 国电力市场建立较早并取得了一些成功的经验，因此这一模式曾被多个国家所效仿。 2 0 0 1 年，英国又在公用事业法案指导下实施了新一轮电力市场改革，电力市场的结 构发生了根本变化。建立起新的管理机构一天然气和电力市场办公室( o 街c eo f g a s a n d e l e c t r i c i t ym a r k e t s ，o f g e m ) 和新的用户组织一能源监察机构( e n e r g y w a t c h ) ；建立 华北电力大学工程硕士专业学傍论文 起薪的电力交易机制n e t a ( n e we l e c t r i c i t y t r a d i n g a r r a n g e m e n t ) ；配、售电业务分开， 出现了用户侧市场的完全开放。在英国新电力市场交易体系下，电力需求方是市场的重 要组成部分，双边远期合同和期货交易等金融交易方式成为了主要交易手段，原现货交 易市场( p 0 0 1 ) 的功能则浓缩为实时平衡市场。 ( 2 ) 美国电力市场的发展和标准化市场设计 1 9 9 2 年，美国国会通过的能源政策法案( e n e r g y p o l i c y a c t o f l 9 9 2 ，e p a1 9 9 2 ) 推 动了美国电力工业改革。美国地域广阔，除了函纳西流域管理局( t e n n e s s e e v a l l e y a u t h o r i t y ，t v a ) 和邦纳维尔水电局( b o n n e v i l l ep o w e ra d m i n i s t r a t i o n ， b p a ) 终，绝大多数电网都是私营，所有权较为分散，因此联邦政府希望通过市场化改革消除 输电转运壁垒和价格歧视，实现输电网络开放。1 9 9 6 年，联邦能源管理委员会f e r ( f e d e r a le n e r g y r e g u l a t o r y c o m m i s s i o n ) 颁布了第8 8 8 和8 8 9 号法令要求电力公司开放 其输电系统，向所有用户提供无歧视的输电服务。为从体制上进一步实现输电网络的开 放，1 9 9 9 年1 2 月f e r c 又颁布了第2 0 0 0 号法令，决定建立区域输电组织( r e g i o n a l t r a n s m i s s i o no r g a n i z a t i o n ，r t o ) ，全面管理输电网的运行和扩展。由于美国地域辽阔， 没有全国统一调度的电力系统，因此州内或地区闻相继组建的电力市场各有特点，其中 影响较大的是加州电力市场( c a i s o ) 和东北部地区的宾西法尼弧新泽谣马里兰电 力市场( p j m ) 、纽约电力市场( n y i s o ) 和新英格兰地区电力市场( i s o - n e ) 等。1 9 9 8 年加州电力市场成立时受到备方面的广泛关注。加州模式曾被认为是一种菲常具有吸引 力的理想纯熟由市场结构。其系统调度与电力交易所分离；供电商与发电商分离；只允 许有实际功率交换的双边交易，不允许作为金融工具的双边交易。然而，加州电力市场 的正常运营并未持续多长时间。长久以来加州在电源建设方面投资不足，2 0 0 0 年夏季 美国西部的炎热天气造成加州电力供应紧张，市场交易规刘中存在的缺陷使加矗瓣市场蠹 的发电商拥有巨大的市场操纵力，联邦和州政府的管制规则中又缺乏相应的需求侧响应 程序，向用户供电的市政供电公司因而暴露在巨大的现货价格风险面前。2 0 0 0 年和2 0 0 1 年的加州电价飞升标志着加娜这一阶段电力市场化探索的失败。美国各州独立进行各自 电力市场设计和建设酶做法，造成各市场模式的差异，市场之闻无法有效配合，市场经 验无法互相交流，每个市场的重复研究和研究水平受限，造成资源浪费。在这种背景下， 2 0 0 2 年f e r c 总结了现有电力市场发展和运行经验，于2 0 0 2 年7 月提出美国未来电力 市场化改革的标准化市场设计( s t a n d a r dm a r k e td e s i g n ，s m d ) 草案。f e r c 希望通过 标准化市场设计模型力美国备州提供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，并起 到激励投资的作用，建立起米来美国电力市场的构架。 美医电力界对s m d 反瘦较为积极，草案一提瘩即弓| 起激烈讨论，从2 0 0 3 年开始， 新英格兰和p j m 电力市场运行中开始贯彻s m d 草案中的一些原则。s m d 的理论基础 是二十世纪八十年代中期麻省理工的fc s c h w e p p 等人所提出的实时电价理论。在实际 6 华北电力大学丁程硕士专业学位论文 应用中，f e r c 称之为节点边际电价( l o c a t i o n a lm a r g i n a lp r i c e ，l m p ) ，基于l m p 、s m d ， 主要包括主辅市场联合优化，事前和事后的多结算系统和固定输电权等内容。s m d 体 系涵盖输电服务、输电定价、电力市场体系和价格机制等众多方面，其中的设计思想及 市场的具体结构和实施方法，对我国当前的电力市场化改革具有一定借鉴意义。 ( 3 ) 其它国家的电力市场建设 1 9 9 7 年5 月，澳大利亚在新南威尔士州和维多利亚州开始出现有限的州际电力 市场，1 9 9 8 年3 月，澳大利亚国家电力市场正式开始运营，2 0 0 1 年1 月开始，新 南威尔士州和维多利亚州开始引入全面的零售竞争，赋予电力用户更多的选择权。 1 9 9 5 年，北欧的芬兰、娜威和瑞典成立了跨国电力市场n o r d i c ，丹麦和冰岛不久 也加入到其中。在二十世纪九十年代，南美洲的智利、阿根廷、亚洲的韩国、泰国 和欧盟等国也展开了电力工业市场化改革。这些国家在实践中不断改进和完善，甚 至创造性地发展了适合于本国国情的电力市场的交易模式和组织结构。 1 4 我国电力市场的建设 多年来，中国电力供需情况一直较为紧张。从1 9 9 8 年起，由于东南亚金融危 机对我国经济造成的不利影响，我国电力供需形势发生较大改变，出现了低层次的 电力需求饱和，供需矛盾的变化引起了电力部门前所未有的销售困难，电源建设也 相应受到抑制。在电力供大于求的情况下，我国确立了电力工业“厂网分开、竞价 上网”的改革方针，并首先在山东、浙江等6 个省网进行试点，开始走上电力市场 化改革道路。由于原国家电力公司拥有从发电厂、输电网直至电力终端零售企业的 绝大部分中国电力资产，处于绝对垄断地位，因此市场竞争很难开展。为加大改革 力度，2 0 0 2 年1 2 月，原国家电力公司被拆分为5 个全国性发电集团公司和两大电 网公司及所属的区域电网公司，国家电力监管委员会开始行使职能。这次改革确定 了新的市场竞争主体，为开展发电侧竞价上网交易创造了条件，使电力市场建设有 了更为良好、明晰的体制基础。2 0 0 3 年6 月，电监会出台了关于建立东北区域电 力市场的意见，并确定东北电力市场于2 0 0 4 年1 月运行，这是国内推进区域电力 市场的首个指导性意见。相对于前一阶段的省( 市) 电力市场试点，中国电力市场 进入了区域电力市场建设的阶段。2 0 0 4 年5 月，华东电力市场开始模拟运行，模拟 运行阶段以年度合同与月度竞争为主，采用双向竞价模式。由于我国还没有建立区 域电力市场的经验，而国外在这方面的经验也不多，因此如何建立适合我国国情的 区域电力市场、区域电力市场怎样与省级电力市场协调等理论和方法还需要在实际 运营中不断检验、完善和发展。 现阶段我国电力市场建设中也碰到了一些问题，主要表现为电力供需再次失 衡，进而影响市场化进程。市场机制不仅适用于供大于求的供需环境，也应适用于 华i 电力大学工程硕士专业学位论文 供不应求的环境。我国选择电力供求相对宽松的东北和电力紧缺的华东作为电力市 场实验的试点，两个市场中的各种实例已经充分展示了市场机制的价格发掘功能， 为未来电力价格制定提供了有效依据。此外，电力供应紧缺也为制定需求侧管理策 略、充分利用用电弹性、促进用户加入电力市场和实现双侧市场开放提供了有利条 件。 我国电力市场处于刚起步阶段，其主要有以下几个方面特点：( 1 ) 发电侧电力 市场。目前我国电力市场的改革趋向是“厂网分开、竞价上网”， 即将电网经营企 业誊慧有豹发电厂和电网分开，建立撬范的、具有独立法人地位的发电实体，市场也 只对发电侧开放。( 2 ) 厂网分开。厂网分开是将电网经营企业原拥有的发电厂变为 独立的发电实体，单独经营核算，承担法人义务。( 3 ) 市场购买者模式。我国现行 发电侧电力市场的模式是以单一购买者形式为主，郎参嬲市场竞争的各个独立发电 企业将电能提供给电网经营企业，用户不能与发电厂签订购买合同，只能由电网经 营企业采用兜售或零售的方式供电。( 4 ) 部分电量上网竞价和原有的购售电合同 的出力。合同电量的出力，采用两种形式，一是保证这一部分电量的完成，然后再 考虑竟价电量；二是在市场安排全部电量参与竞价，但在定价时考虑对这一部分电 量的补偿。( 5 ) 双轨铡竞价体系。对于市场竞争，采用了“差价合约”的定价方式， 即基本电量部分按国家批准的合同电价定价，竞争电量部分按竞争电价定价，未完 成的潦合同电量部分给予一定的经济补偿。( 6 ) 交易方式。电力市场的交易，一般 分为期货交易、现货交易、实时交易、辅助服务交易和输电权交易五种形式。现试 点单位主要采用前三种交易模式，后面两种仍未开展。( 7 ) 调度交易一体化。( 8 ) 垂直监管模式。 我国在电力市场研究中，主要进行酶是发电侧奄力市场，最多针对火力发电厂， 其将水电作为非竞价主体、市场价格的接受者，采用传统经济调度方式进行市场运 作的。现有的电力市场在运行中也将水电企业排除在竟价上网的主体之外。为了实 现最终实现水火电资源的优化配置，引导水电厂参与市场竞争，在竞争中发挥其自 身的优势。近年来本电竟价上网策略逐渐成为电力市场研究的热点之一。文献 4 2 】 将竞价的电力市场分为收益最大化的两层优化模型。文献【4 3 】讨论了英格兰电力市 场中两个竞争者的博弈论模型。文献 4 4 】针对英国电力市场再综合考虑成本预测、 系统变化及收益风险评估的基础上提出了个概念性的数学模型。文献1 4 5 讨论了 能源交易市场中的策略性竞价麓题，绘出了一个框架。文献1 4 6 讨论了双边交易情 况下利用遗传算法求解最优竟价策略问题。文献【4 7 】讨论了利用了遗传优化算法求 解复杂的竞价策略问题。随着河流水力资源开发程度的不断提高，水电厂梯级越来 越多，梯级水电厂之闻不仅存在电力联系，同时也仅存在水力联系，如何避免未竞 价上嬲的水电厂的弃水问题意义重大。因此，研究梯级水电厂在电力市场环境下的 优化运行具有重要意义。从目前的研究状况来看，该领域无论在论研究还是工程时 8 华北电力大学- t 程硕士专业学位论文 闻都处于初步探索阶段，工程实践中急需提供新的思路和赢效的模型。 1 5 本文的主要工作 电力市场建设是一项系统工程，完全意义上的市场竞争并不是在电厂建好后才 开始，而是贯穿于电力基础设施建设、生产运行和电量销售的全过程。电力工业的 发展必须超前于国民经济的发展，丽电力市场理论研究也必须领先于电力市场实 践。电力工业市场化是不可阻挡的发展趋势，所以现阶段开展电力市场研究对于未 来中国电力工业的健康发展具有重要意义。 本课题对电力市场的研究包括以下五个方面的内容： 1 对市场的利益主体，管理机制进行剖析，提出完全电力市场的构想。分析水 电在电力供给中的重要的作用，强调完整的电力市场须由火电和水电的共同作用。 2 价格是调节市场的经济杠杆，不同电厂生产的电能是同种产品，应当同质 同价。要形成一个完全电力市场，可将水电厂出卖。不同的水电厂，其效益不同， 可按不同价格出售，或按股份部分出售，使得成为个独立的法人实体，让其独立 经营。这样就不会因为一个水电厂因还款期限的不同而形成电价差价，达到同网同 质同价。各水电厂自负盈亏，会促使其更加优化的利用水资源。 3 为了避免形成新的垄断，需要建立惩罚机制。电网公司应保磐一小部分电厂 会效果更好，以其出力来替代电价高昂的电厂，达到抑制电价的目的。保留电厂的 数量有一最优数目，这要从博弈论和最优规划的角度出发。 4 考虑水电的运行特性，对水电厂参与竞价上潮的竞价策略进行了研究。在竞 拍机制下，水电厂通过分对段报价竞争获得发电份额，由于水电所固有的不网于火 电的特点，在形成报价时需要解决水电厂用水的时间相关性问题。通过报价确定各 时段的用水量，从而实现自身发电效益最大化。 5 对予梯级水电厂，更存在资源优化配置的闯题，如何避免未竟价上网的水电 厂的弃水问题意义重大。对于所属权不同的梯级水电厂，更需解决此问题解。因此 对梯级水电厂竞价上网的竞价策略进行了研究。 研究方案以首先构设一个完全的电力市场展开，直至梯级水电厂的运营策略。 闻题相互继承发展，每个阀题均是课题的关键，也都是课题的难点。对梯级水电厂 给出的运营策略有实际应用意义。 华北电力大学工程硕七专业学位论文 2 1 引言 第二章完全电力市场 为了优化资源配置，以市场为导向，我国的电力工业正在由传统的计划经济向 市场经济转变。并首先在山东、浙江等6 个省网进行试点，开始走上电力市场化改 革道路。现阶段电力市场改革主要是在发电侧，改革的趋向是。厂网分歼、竞价上 网。即将电网经营企业拥有的发电厂和电鼹分开，建立规范的、具有独立法人地位 的发电实体，公平、公正的参加竞争。但目前加入发电侧电力市场的企业主要是火 力发电企业，其他发电企业没有参于竞争，另外，因家的价格调控力度过大，这都 制约了我隧电力市场的发展。为了更好的发展我国的电力市场，必须建立一个完全 的电力市场。 2 2 完全电力市场发电侧的利益主体 从传统的电力工业过渡到电力市场，首先依法实施电力工业的重组，将传统集 总式的电力工业分解为可以按照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，既横向解榴的系统结构。现阶段我国电力市场的 利益主体是火力发电厂，而将水电作为非竞价主体、市场价格的接受者，采用传统 经济调度方式进行市场运作的，这是不完全的利益主体。 我国有火电、水电、核电及其她的风能、太阳能、潮汐能等多种发电形式，其中以 火电和水电为主。在国家“十一五”规划中，可再生能源电力被提到了显要位置，规划要 求充分利用多种可再生能源，逐渐降低对煤炭和石油等燃料的依赖程度。2 0 0 5 年初通 过的可再生能源法也迸一步给可爵生能源电力增加了发展动力，可再生能源电力产 业的发展前景可期。中国王业可持续发展研究报告中指出，我国瞧力结构调整的基 本思路是：积极发展水电，优化发展火电，适当发展核电，因地制宣地发展新能源， 加快发展电网，开发与节约并重，把节约放在首位，高度重视环保【2 】。由此可见， 水电已被提井到一个新的高度，得到国家的重视。按电力结构调整