（电力电子与电力传动专业论文）发电厂商竞价策略的研究与应用.pdf

湖北工业大学硕士学位论文 a b s t r a c t w i t ht h ec u r r e n to fp o w e ri n d u s t r yf r o mm o n o p o l yt o c o m p e t i t i o n ，e l e c t r i c i t y m a r k e th a sb e e ne s t a b l i s h e di no u r c o u n t r ys t e pb ys t e p i n t h e e l e c t r i c i t ym a r k e t e n v i r o n m e n t ，g e n e r a t i o nc o m p a n i e sa st h ep r o v i d e r so fp o w e rm u s tb i db a s e do nt h e r e g u l a t i o no fe l e c t r i c i t ym a r k e t p r o f i t so fg e n e r a t i o nc o m p a n i e sd e p e n d ，t oal a r g e e x t e n t ，o nb i d d i n gs t r a t e g i e s h e n c e ，h o wt o d e v e l o po p t i m a ib i d d i n gs t r a t e g i e sh a s b e c o m ea m a j o rc o n c e r n o f g e n e r a t i o nc o m p a n i e s t h i sd i s s e r t a t i o nf o c u s e so nt h es t u d y o f b i d d i n gs t r a t e g i e so fg e n e r a t i o nc o m p a n i e si nt h ee l e c t r i c i t ym a r k e te n v i r o n m e n ta n d s o m es i g n i f i c a n tr e s u l t sa r eo b t a i n e d t h i sp a p e rf i r s t l yd i s c u s s e st h ei s s u eo f b i d d i n gs t r a t e g yb a s e do nm a r g i n a lp r i c e f o r e c a s t i n g ，i t sd i f f i c u l t yl i e si f ip r e d i c t i o no fs y s t e mm a r g i n a lp r i c e h e r ea d o p t sb p n e u r a ln e t w o r kt o p r e d i c ts m p , h i s t o r i c a ld a t aa r eu s e df o rt r a i n i n ga n df o r e c a s t i n g r e s u l t ss h o w st h a tt h ep r o p o s e dm e t h o di se f f e c t i v e m e a n w h i l e ，i tp r o v i d e st h eb i d d i n g m o d e la n dm e t h o db a s e do ns m p , a n dw o r k so u tt h es t r a t e g yo p t i m i z a t i o nu n d e rs o m e c o n d i t i o n s s u p p o s i n g t h ec o s ti n f o r m a t i o no f g e n e r a t i o nc o m p a n i e s i s i n c o m p l e t e ，t h e c o u r n o tm o d e li si n t r o d u c e da n ds t a t i cg a m e t h e o r yo fi n c o m p l e t ei n f o r m a t i o ni su s e d t os t u d yt h eb i d d i n g s t r a t e g yo fg e n e r a t i o nc o m p a n i e sw i t ht h ei n c o m p l e t ei n f o r m a t i o n b e i n ga s y m m e t r i c o r s y m m e t r i c w ed e s i g na na 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 gb a s e do n t h e o r e t i c a lr e s e a r c h t h i ss y s t e mm a i n l yi n c l u d e st h em o d u l e s ，s u c ha s i n q u i r i n go f g e n e r a t o rp a r a m t j e r ，i n q u i r i n g o fh i s t o r i c a lt r a d e ，c o s ta n a i y s i s , b i d d i n g s t r a t e g ye r e t h e s y s t e mi sm a d e t oh e l pt h ed e c i s i o nm a k e r so f g e n e r a t i o nc o m p a n y t om a k er e a s o n a b l e a n de f f i c i e n t b i d d i n g d e c i s i o ni n t h ee l e c t r i c i t ym a r k e t k e yw o r d s ：d e c t d c i t ym a r k e t ；b i d d i n gs t r a t e g y ；m a r g i n a lp r i c e ；g a m et h e o r y ； a s s i s t a n td e c i s i o n m a k i n gs y s t e m 湖北工业大学硕士学位论文 第1 章绪论 建立发电侧电力市场是我国电力工业改革的第一步，随着“网厂分开，竞价 上网”的推行，竞争机制已逐步引入了电力工业。在1 日有的发、输、配垂直一体 化的管理模式中，电网调度中心根据电网安全运行的要求，以全网生产成本最小 或社会福利最大为目标来安排各发电厂的发电计划和机组出力。在新的市场环境 下，发电厂商通过投标竞价获得发电的机会，成为真正的市场参与者。发电厂商 要根据市场的信息，自主决定发电安排，竞价上网，以求获得较多的利润。由于 市场中信息的不完全掌握，对于竞标者而言，市场竟标交得非常复杂，如何有效 地制定竞价策略现已成为发电公司迫在眉睫的问题，也得到了学术界的普遍关注。 1 1 课题的研究背景及意义 自1 9 世纪8 0 年代以来，世界上有不少国家开始熏建其电力工业，其中有代 表性的是英国、美国、阿根廷等国家。目的在于打破垄断、引入公平竞争和改善 经济效率，最终的目标是实现社会资源的合理分配和社会效益最大化。这些努力 导致电力工业特别是发电方的市场化，促进了电力市场的形成。电力市场的形成 必然会促使电力工业重新焕发勃勃生机，从而成为许多国家密切关注的问题，也 是电力系统领域的发展方向，更是我们迫切需要研究的课题。 在这一方面获得成功的国家的经验表明，电力市场的建立确实促进了电力工 业的发展。例如属于发达国家的英国，在建立电力市场后，无论是民用电，还是 工业用电的电价都大幅下降；属于发展中国家的阿根廷，电力工业引入市场机制 后，吸引了大量的电厂建设资金，解决了国内的缺电问题。目前我国国内电力市 场的改革取向首先是“网厂分开、竞价上网”，即将电网经营企业拥有的发电公司 与电网分开，建立规范的、具有独立法入地位的发电实体，市场也只对发电侧开 放。发电侧电力市场的市场主体是各独立发电企业与电网经营企业，电网经营企 业负责组织各发电公司间的竞争，政府负责对电力市场进行监督管理。与英园、 湖北工业大学硕士学位论文 澳大利亚等国的电力市场不同，中国电力市场继续保持着输、配一体化的管理模 式，保留供电营业区，每个供电营业区只有一个指定的供电机构向终端用户供电， 同时根据“省为实体”的方针，我国的电力市场以省级电力市场为主，各省电力 公司是其省内电力市场竞争的组织者，指导实施“厂网分开、竞价上网”。 “厂网分开”第一步是电网经营企业的部分内部电厂与电网经营企业分开， 组建规范的独立发电公司；第二步是通过联合、兼并、产权重组由多家电厂构成 的较大规模的发电公司“1 。厂网分开后，发电企业成为独立的法入实体，竟价上网、 自负盈亏。发电公司可以通过采用策略性的竟价来追求最大利润。这就给广大发 电企业的生产经营带来了新的压力和挑战。 合理的竞价策略是发电厂商在电力市场竞争中立于不败之地的基础，是发电 商获取经济利益的根本保证。同时，为了最大限度地优化企业资源配置、降低运 营成本、掌握电力市场运行规律，发电厂商迫切需要一套有效的发电报价辅助决 策系统，以协助报价人员和决策者及时、准确、全面地了解电网运行情况，掌握 成本变动的规律和成本走势，更好地预测边际电价，加强对电厂的经济及技术管 理，促进电厂的高效运作，在电力市场商业化运营的环境下争取最大的利益。因 此发电厂商竞价策略的研究是个非常有意义的研究课题，不但在理论上具有重 要的研究价值，而且在实践上具有满意的可行性和现实性。 1 2 国内外电力市场的发展 1 2 ，1 国外电力市场 据不完全统计，世界上至少有1 9 个国家和电网实现了不同模式的电力市场， 还有些国家正在积极准备。国外电力市场主要有4 种代表性模式：英国、挪威、 澳大利亚和美国加州。 英国首先在1 9 9 0 年创造了发、输、配分开的模式，打破了垄断，对发展电力 市场作出了贡献。英国电力市场的交易方式分为参加电力联合运营中心贸易和签 订直接合同两种。他们的模式主要以私有化为特色，把发电厂卖给两家私营发电 湖北_ 7 - 业大学硕士学位论文 公司，把1 2 个配电网全部卖给私营配电公司。为了保证所有电力市场的参与者可 以平等地使用电网，防止电网所有者利用垄断地位限制市场贸易，英国电力市场 的显著特点就是将高压输电网全部收归国有，由国营公司经营管理，并在电力法 中明确规定，电网在满足安全运行的前提下，向所有电力市场成员开放，只留下 高压输电和核电仍属国有。 挪威自1 9 9 1 年通过法律引入竞争机制，但这种机制并不改变所有权。原来的 全国发电容量中5 5 属于各市，3 0 属于国家，1 5 属于私有。改革后产权不变， 只是国营部分分成一个纯发电公司，一个国家电网公司( 负责电网的调度和电力 交易) 。配电公司则从网上购电。挪威电力市场的另一个特点是约7 0 的电量按双 边合同供电，这是由于在改革前许多水电站都是各市为了本市供电而投资兴建的， 他们往往愿意签订长期双边合同，以免电价随供水量的起伏而变化。但这些双边 合同必须得到调度中心的批准。 美国加州电力市场的特点是：( 1 ) 把原来属于国营电力公司所有的电厂都卖 掉，成为独立发电厂( i p p ) 。( 2 ) 原来加州没有统一的调度中心，改革后成立一 个独立系统调度中心( i s o ) 负责输电网的安全运行。另外再成立个电力交易中 心( p x ) 负责网内的电力交易。两个机构互相平衡，互不隶属。i s o 和p x 是非赢 利单位，不拥有任何输电设备。 澳大利亚的电力市场与加州有些相似。他们有8 家独立发电公司，输电网和 配电网都不归为国有，而是设了一个电力市场管理公司和一个电力系统运行部门 来统一管理。这两个部门互相独立而又互相制约。如果运行中出现安全问题，系 统调度员有权修改发电计划。 1 2 2 中国电力市场龇” 中国的电力工业起始于1 8 8 2 年7 月，上海第一台发电机投入商业运行，到现 在已有1 0 0 多年的历史。随着9 0 年代以来世界上许多国家开展电力市场，我国也 陆续在电力工业中引入竞争机制，寻找符合中国实际的电力市场模式。 从1 9 9 8 年开始，中国确立了“厂网分开、竟价上网”的改革方针，标着中国 3 湖北工业大学硕士学位论文 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 个省网进行试点。2 0 0 0 年1 月上海、山东、浙江 等省市发电侧电力市场正式投入商业化运行。2 0 0 2 年1 2 月2 9 日，中国电力拆分 重组成的1 l 家公司宣告成立，这1 1 家公司正式宣告成立，标志着中国的电力市 场真正地实现厂网分开，引入了竞争机制，是我国电力体制改革的重要成果。 目前我国电力市场只对发电侧开放，其模式是以单一购买者形式为主，即参 与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 签订购电合同，只能由电网经营企业采用趸售或零售的方式供电。我国采用部分 电量竞价上网的方式，一般安排当年市场用电需求的1 0 一2 0 作为竞争电量，其余 的作为基本电量( 合同电量) 。对于市场竞争，采用了“差价合约( c f d ) ”的结 算方式，对于竟价电价，各试点单位大多数采用了满足负荷预测的最后一台机组 出力对应的报价作为结算的竞价电价。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。目前，我国电力市场 试点单位主要采用了前三种交易方式，辅助服务交易和输电权交易尚未开展。 1 3 电力市场相关理论 电力工业在全世界范围内正发生着深刻的变化。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。 英国、美国、澳大利亚等国的电力市场改革给其电力工业带来了活力，并激励了 世界上其他国家的市场化发展进程。我国在建设社会主义市场经济阶段，着眼于 电力工作在新形势下的新发展，“厂网分开、竟价上网”，推进电力市场化改革已 经成为共识。 1 ，3 。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“3 。更具体 d 湖北工业大学硕士学位论文 的来讲，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、用电等各环节的成员组织协调运行的管理机制 和执行系统的总和。其目标是引入竞争机制、使电价的形成合理化、优化资源配 置、提供优质服务、促进电力工业的可持续发展。 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，从而达到资源优级化配置的目的。 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。 1 3 2 电力市场的基本要素 为保障电力市场的正常运行，电力市场需具备六大要素即市场主体、市场客 体、市场载体、市场价格、市场规则和市场监管。3 。 电力市场中的市场主体是各级电力市场中进行电力交易( 购电和售电) 的发 电公司、输电公司( 电网公司) 、配电公司等电力企业和广大电力消费者。电力市 场的客体是电力商品电能，它分为电力容量( k w ) 和电量( k w h ) 两类。电力 市场的载体是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。电价 是电力市场的杠杆，是传输供求关系变化最敏感最直接的信号。它是电力生产者 与广大电力用户相互利益的调节体，是供求双方十分关心的焦点。因此，要建立 一个完善的电力市场，就必须确立合理的电力商品的价格形成机制、价格结构和 价格管理体制。 市场规则可分为两个大类：体制性规则和运行规则。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 中裁。 湖北工业大学硕士学位论文 1 3 3 电力市场的基本特征及基本原则 开放性、竞争性、网络性和协调性“1 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。 电力市场的基本原则有四个，即公平性、公开性、扩大自由选择权力、法规的 保障性“1 。在一个充满竞争的电力市场中，参与者之间都是平等的。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，尽量减少用户问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 ) 扩大自由选择权力，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。 1 3 4 电价是电力市场的杠杆和核心内容 电力市场要采用经济手段管理各成员，电价是体现管理思想的重要工其，它已 成为电力市场中影响所有参与者行为的焦点，市场中电价的值直接决定了各个参与 者的利益。所以，确定电价原则、计算交易电价( 包括f 网电价、销售电价、输电 电价、辅助服务电价等) 是电力市场的主要内容。 电价受很多因素的影响，比如：季节气候变化、用户需求、燃料费用和传输 费用等。并且由于出于对自己利益最大化的目的，不同参与者对电价的确定有不 同的指标，所以电价的确定是十分复杂的。但是总的确定电价的原则是使每一个 参与者的利益与电力市场的总的利益一致，而这一总体利益又应该符合社会利益。 电价理论”3 的研究分为两个部分，即电能成本分析和电力市场中的电价形成机制。 在正进行电力市场化改革的国家，竞争环节的电价由市场决定，垄断环节的电价 由监管机构或政府核定并受监管。 湖北工业，大学硕士学位论文 1 3 5 电力市场的运营模式 电力市场的本质就是引入竞争机制，使发电厂千方百计地降低供电生产成本， 以获得最大的生产效益，同时为用户提供更多的选择机会，以消费到价格低廉、 服务良好的电能产品。整个电力工业可以划分为发电、输电、配电和售电四大领 域。依据各领域中垄断、竞争和选择的程度不同，可以将电力市场分为以下四种 模式。 ( 1 ) 垄断型运营模式 该模式是电力企业在发、输、配、 售电全过程上都实行垄断经营与管理。 电力部门负责电力生产，并通过它自己 的输电网把电输送到配电部门，直到最 终用户。电力部门独家垄断电力生产与 销售，没有竞争，而用户只能被动地接 受制定的电力供应，没有选择市场的机 会。其示意图如图卜1 所示。 ( 2 ) 买电型运营模式 该模式只允许一个买电机构，负责 从不同的发电厂买电，鼓励在发电领域 引入竞争机制，不允许发电厂将电能直 接卖给最终用户，买电机构对输电网和 对最终用户的电力供应实行垄断。其示 意图如图卜2 所示。 图1 - 1 垄断型运营模式 ( 3 ) 批发竞争型运营模式 图1 2 买电型运营模式 该模式允许配电公司直接从发电厂买电，并通过输电网输送。配电公司垄断 对最终用户的电力供应。输电网向配电公司开放。其示意图如图卜3 所示 ( 4 ) 零售竞争型运营模式 湖北工业大学硕士学位论文 该模式允许所有的用户选择供电公司。这里的供电公司可以是配电公司，也 可以是没有配电网的电力零售商。因此，要求输电网和配电网都开放，配电和售 电也分开。在售电领域引入竞争，并允许成立独立经营的专门向最终用户售电的 发电厂。其示意图如图卜4 所示。 发电厂if 发电厂f f 发电厂if 发电厂ff 发电厂il 发电厂i j ：入。i州1 、，4 配电公司配电公司 零售公司 v 4 粤电零售公司h 零零售公司 iii l 火 用户用户 用户用户用户 图1 3 批发竞争型运营模式图l - 4 零售竞争型运营模式 在竞争电力市场出现之前，垄断运营模式一直是电力企业唯一的运营模式。 这种运营模式促进了大型发电厂以及大型输电网的建设，使电力工业得到了迅猛 的发展。但垄断经营势必会带来诸多不可避免的问题，制约电力工业的发展。随 着电力市场在各国的推进，电力工业倾向于采用后面三种模式来营造电力市场运 营环境，从而提高工作效率、经济效益和社会效益。 1 4 发电厂商竞价策略豹研究现状 竞价策略。是指发电商利用电力市场的这种非完美性不按边际成本报价而增 加自身利益的报价行为。其主要目标是在考虑电力系统运行的各种规则和限制条 件的基础上，通过合法地操纵市场力，合理选择报价曲线，谋求自身利益的最大 化。 随着电网商业化的运营，发电侧的竟价策略将直接影响其经济利益，因而电 力市场中的竟价策略问题受到了世界各国的关注，其研究成果不断涌现，并引起 了比较新的理论和方法。优化、合理的报价是竟价的最终目的，目前国内外相关 文献主要提出了三种策略性报价的方法：一是基于预测市场出清价的策略性报价 湖北工业大学硕士学位论文 _ _ _ _ _ 一i i _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ 一 方法，二是基于预测其他竞争对手的报价行为的方法，三是基于博弈论的策略性 报价方法“1 。此外，还有市场仿真、经验分析及一些优化的方法。 第一种方法在原理上相当简单。如果能较准确地估计出市场清除价且该价格 高于成本价，发电厂商只需要标一个稍微便宜的价格即可。然而预测市场清除价 是一个相当困难的任务，这需要对负荷需求、其他发电厂商的竞价策略及输电拥 挤状况有一个比较全面的了解。国内外在这方面做了些工作。1 ”，重点放在如何 表示市场清除价( 通常表示为一个随机变量) 及如何决定一个发电公司所拥有的 发电机的开停机计划和最优调度。 第二种方法一般采用概率方法或模糊集方法进行估计。f w e n 和a k d a v i d 采 用概率方法来模拟其他发电厂商的竟价策略，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一一m o n t o c a r l o 方法和优化方法“2 ”3 。文献 1 4 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厂商的优化竟价策略。基本思路也是用概率模型来描 述其他市场成员的竞价策略，简化的p o o l 交易模型来模拟市场结清过程，最终用 l a g r a n g i a n 松弛法求解多时段的优化竞价策略。然而，在该文的市场模型中只有 发电厂商本身( 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 1 5 将构造竞价策略的问题表示为一个马尔可夫决策过 程一一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。 第三种方法应用了博弈论中的一些理论，有不少研究人员采用了这种方法。 它大体可分为两类。是基于矩阵博奔模型，首先将候选的竞价策略表示为离散 量，以迎合这种模型的特征。当竟价策略为几个离散点时，可以构造各个发电厂 商采用不同的策略组合时的收益矩阵，进而找到一个平衡的竟价策略组合，该平 衡点对应于最优的竞价策略。二是基于寡头博弈模型，主要包括c o u r n o t 模型、 s t a c k e l b e r g 模型和供给函数模型。文献 1 6 通过运用古诺模型和伯特兰德模型分 别建立了相应的发电厂商竞价模型，并说明在寡头竞争的市场情况下存在纳什均 湖北工业大学硕士学位论文 衡。文献 1 7 利用博弈论和最优潮流( 0 p f ) 研究了完全信息条件下发电商投标策略 的n a s h 均衡解。考虑t 2 种不同的结算方式，一种按成本最小调度并以节点电价结 算购电费用，另一种按购电费用最少调度并以各发电机组实际报价来结算购电费 用，得n 2 种方式各种策略条件下各发电商的收益，进而利用博弈论找出n a s h 均衡 点。文献 1 8 给出了在寡头电力市场中，各电厂在已知市场电力反需求曲线，而 不知其它电厂电力生产成本的情况下，各发电厂为了获得最大利润而对发电机组 的出力进行优化的具有约束条件的古诺模型。在电厂的收益是凹函数并求极大值 的情况下，利用了寻找优化函数的库恩一塔克点( k - t 点) 及各电厂机组的反应函数 方程组的方法求取了具有限制条件下的电厂机组出力的期望古诺均衡解。 1 5 课题的来源及主要内容 1 5 1 课题来源 本课题来源于导师廖家平教授主持的湖北工业大学科研基金重大项目电力 市场的博弈论分析及仿真软件的研制中的一个子课题。 1 5 2 课题主要内容 本文在参考口人理论研究成果的基础上，重点研究发电公司的竞价策略，主 要包括边际电价的预测、基于边际电价预测的竟价策略和基于博弈论的竞价策略 等问题。并在理论研究的基础上，对电力市场技术支持系统进行整体规划，制定 实现方案，初步开发了发电报价辅助决策系统。 1 基于边际电价预测的竞价策略 基于边际电价预测的竞价策略的核心在于对边际电价的预测，本文采用应用 最为广泛的b p 神经网络预测边际电价，并通过大量数据进行仿真实验，对影响边 际电价预测的因素进行分析。同时，给出了基于边际电价预测的报价模型及竞价 方法，由此确定发电厂商的最优出力。 2 基于博弈论的竞价策略 湖北工业大学硕士学位论文 本章介绍c o u r n o t 模型，运用博弈论的方法，分析了不对称的不完全信息和 对称的不完全信息两种情况下的发电厂商竟价策略和纳什均衡。 3 发电报价辅助决策系统 在前面理论研究基础上，设计开发了发电报价辅助决策系统。该系统主要包 括机组参数查询、历史交易查询、电价成本分析、报价决策等模块。它是以在市 场中争取自身最大效益为目标，为参与市场竞争者提供分析参考和决策支持的工 具，在基于各种竞价策略的数学模型下提供数种报价方案给决策者以供选择。 湖北工业大学硕士学位论文 _ - _ _ _ _ _ _ _ - _ _ - - - - _ - - _ - _ _ _ - - _ _ 一i h i _ - _ - - 第2 章基于边际电价预测的竞价策略 由于边际电价是电力市场中反映电力商品短期供求关系的统一价格，在当前 我国试行的电力市场中，大多市场都以边际电价为核心进行结算。因而，准确地 了解边际电价对电力供应商确定其竟价策略具有十分重要的意义。如果发电厂商 可以准确预测出竞价交易时段的边际电价，然后以低于此边际电价的价格报价， 那么发电厂商即可获利。准确的边际电价预测是发电厂商形成竞价策略的基础， 是“竞价上网”最有力的“武器”。本文中的边际电价是指系统短期边际电价。 2 1 边际电价的理论 2 1 1 边际电价的定义及确定方法 系统边际电价“”( s y s t e m m a r g i n a lp r i c e ，s m p ) 是电力市场中反映电力商品 短期供求关系的统一价格。s m p 的定义是满足负荷的最后一台机组的出力对应的申 报价格；另外种描述是：系统运行机组中实际出力对应的最高电价，其数学表 达式为己。t m a x f i 。胁( f ，f ) 】) ，其中岛。为s m p 体系中时段t 的边际电价， i 。1 ，2 ，n ，为机组总数，t = l 2 ，丁，t 为总的时段数，允是机组f 在时段t 的 申报电价曲线函数，q ( ，f ) 是机组i 在时段t 的实际出力。具体地在确定边际电价时， 根据市场结构的不同，目前主要有实时电价( 如澳大利亚、维多利亚电力市场) 和日前定价( 如英国和美加州电力市场) 馕种方式。 1 英国电力市场为代表的确定方法 英国p o w e rp o o l 是目前公认韵电力市场的典范模式，可以简单概括为“按成 本排序，入围者同价”。备电厂将每台机组次日每0 5 h ( 全天4 8 时段) 的出力和 成本申报给联营中心，联营中心根据次日每0 5 h 的用电负荷预测，对所有申报机 湖北工业大学硕士学位论文 _ - _ _ _ _ _ _ _ - - _ _ - - - - _ - - _ - _ _ _ - - _ _ 一i i n i li i 组进行排序，主要按发电成本由低到高，并兼顾机组的启停和升降特性。在任 时段0 5 h 的负荷之下，按照排序被最末入选的机组即为边际机组，其成本即作为 该时段的系统边际成本，即边际电价。该时段入围的所有机组，都将获得与边际 机组相同的上网电价( 统一价格拍卖) 。 2 美国加州电力市场确定方法 在美国加州日竟标p x ( p o w e re x c h a n g e ) 电力市场中，电力供应商将电力公 司总的或每一台发电机组每小时的电量一电价竞标曲线都提交给p x 。方面由p x 对所有电力供应商的电量一电价竞标曲线进行累加，得到系统总供应电量一电价竟 标曲线。另一方面，用户委托电力服务公司提交给p x 每小时的需求电量一电价竟 标曲线，在此基础上p x 将两条总的供给与需求曲线放在同一坐标系中，相交点对 应的价格即为市场清算价格( m a r k e tc l e a r i n gp r i c e ，简称为m c p ) ，也就是边际电 价。 2 1 2 边际电价的经济本质 根据微观经济学原理并结备目前我国开 藻 放的发电侧电力市场情况，供给曲线在电力春 市场中体现为电厂的报价曲线，描述的是不 如 同供给量所期望的价格，需求曲线被看作是 冈0 性的、平行于价格轴、不同时刻位置不同 q供给需求 的直线。供给与需求相互作用，使市场达到 图2 - 1 某时段需求、供给均衡图 均衡( 电力电量达到平衡) ，从而决定产品的数量和价格。图2 一l 表示了市场需求 和供给的均衡情况，对于不同的时刻f = 1 ，2 3 4 8 ，赴( f ) 就形成了一天的边际电 价曲线。 根据上述边际电价的形成机理，从发电商的角度来分析某时刻边际电价与发 电商报价曲线之间的关系，即边际电价的经济本质是：边际外厂商该时刻的出力 为o ，见图2 2 。 湖北工业大学硕士学位论文 边 际 电 价 l ： 一 边 际 电 价 边 际 电 价 供给供给供给 厂商a厂商b厂商c 图2 2 边际电价与发电商报价曲线关系图 从图2 2 可以看出，厂商a 是边际内厂商，其出力能够被电网完全接纳；厂 商b 是边际厂商，剐好能够满足供需平循时电网分配的出力即该厂商的上网出力； 厂商c 是边际外厂商，出力为0 。显女k 这只是简单针对s m p 的经济本质进行分析， 没有了考虑系统的各种约束情况。 从上述边际电价的经济本质分析可以看出，在不考虑各种约束条件下，边际 电价是关系到发电企业在竟价上网过程中所发电量能否上网的重要经济指标。 2 1 3 边际电价预测的研究现状 电力市场化是全球电力系统的大趋势，电价又是这个市场的核心，电价的波 动影响至叱各种资源在电力市场中的流动和分配，有着强大的经济杠杆作用。目前， 我国发电侧电力市场是以边际电价进行结算的，边际电价不仅成为联系用户( 用 电方) 、市场监管者( 电力监管委员会) 、发电厂商的经济纽带，而且是关系到发 电方、用电方经济利益的重要因子。所以，电力市场的参与者都很关心系统边际 电价的发展变化趋势。 在这种情形下，边际电价预钡6 对于电力市场中各个参与者就显得格外重要， 目前各国学者提出了各种方法进行边际电价的预测，如人工神经网络法。”3 、模 拟退火法“”、灰色理论“”等等。另一方面，由于边际电价的预测与电力系统负荷 预测和股票价格预测有一定的相似性，也可借鉴电力负荷预测、股票价格分析方 法来解决边际电价预测1 。 边际电价预测的难点在手预测输入量的选取，这是因为电价的变化与负荷的 1 4 一匕 湖北工业大学硕士学位论文 变化不同，电价更多地涉及了经济学的范畴，存在许多主观的因素。而主观因素 往往是难以用数学方式来表达的，尤其是在目前对电价的制定还没有形成统一标 准的现在。例如时间序列法，在负荷预测方面比较成功，不少人将其引入边际电 价的预测中来。在这方面b r s z k u t a ”1 等人做了很多工作，他们采用的方法类似 于时间序列，只不过输入量中不仅利用前一时段的s m p ，还增加了系统潜在需求和 系统储备作为输入量。而黄日星等人”o 认为单纯的时间序列法不能精确地预测出 电价，必须在输入量中增加一些能够侧面反映电厂报价模式的参数。 此外，还不断涌现了许多新的预测方法。文献 2 9 分析了电力市场系统供给、 需求与电价的关系，建立了边际电价的三时点预测模型，运用该模型对西部某电 网次日9 6 点现货电价进行预测，取得了较好的预测效果。文献 3 0 借助混沌理论， 对电价的混沌特性进行了验证。然后，采用电价及其相关因素构成的多变量时间 序列重构了更为准确的相空间，通过跟踪相空间中相邻相点的演化趋势，建立起 基于递归神经网络的全局和局域电价预测模型，并对n e we n g l a n d 市场的电价进 行了成功的预测。 2 。2 影晌边际电价因素的定性分析 2 2 1 电力市场中现货市场的信息发布o ” 本文讨论的边际电价预测是基于市场历史信息的基础之上的，因此，在对影 响边际电价因素做定性分析之前，首先必须明确公布的市场信息。目前国内没有 统一的电力市场运行模式，参考国内外的已运行或试运行电力市场及国调中心制 定的电力市场运行规则，现货市场采用日前定价的方式。 1 市场运行部门必须每天针对下个交易日，公布以半小时为一个时段的日 发电计划。主要内容包括： ( i ) 系统预测的用电量； ( 2 ) 系统预测高峰负荷及必须保证的备用； ( 3 ) 系统可调机组容量； 湖北工业大学硕士学位论文 ( 4 ) 系统电力供应状况，包括供电过剩或不足； ( 5 ) 何时何地发生系统裕度不足； ( 6 ) 预测在何交易时段将发生备用短缺情况； ( 7 ) 系统内的供电不足，是否可以通过供电过剩的相邻电网供应及预期的互供 功率； ( 8 ) 可能发生的网络约束： ( 9 ) 预测网络互联的输送功率。 2 市场运行部门必须针对前一个交易日的每个交易时段，公布如下信息： ( 1 ) 各个交易时段的现货交易价； ( 2 ) 系统实际的负荷及电量； ( 3 ) 网络潮流及网络约束条件的详细信息； ( 4 ) 发电机组实际可用容量和可调出力的详细信息； ( 5 ) 每个交易时段的交易量； ( 6 ) 任何有关系统不当操作的详细信息。 2 2 2 影响边际电价的主要因素 一般而言，一件商品的主要市场价格是由其供求关系决定的。电力商品有其 本身的特殊性，影响其价格的因素主要包括： i 供求关系的影响。供求关系是影响电价的最主要的因素。用户对电力需求 大时，电力供应紧张，电价上涨；反之，电价下降。 2 其他经济杠杆财政、税收、信贷、工资水平等。财政对电厂的建设以 及电厂电价的竞争起着主导作用。特别是财政是否加大力度投资电厂，是否对新 能源的电价进行奖励，涉及到国家资源的优化组台及电价的稳定。税收政策、信 贷政策、工资水平也影响着电价的变化。 3 物价、通货膨胀等因素的影响。燃料和原材料价格的变化相应地会引起电 力生产成本的交化。通货膨胀引起燃料涨价，设备物资涨价，因此要相应调整电 价水平，才能弥补成本的增加。 湖北工业大学硕士学位论文 4 发电厂商的报价模式。市场得以实现竞争，依赖于报价机制和竞价过程。 恶性竞争或者过度投机的报价模式都将导致s m p 曲线偏离正常的市场供求关系。 发电厂商的报价策略属于商业秘密，不可能事先知道，而分析和预测发电厂商的 具体报价行为是一项困难的工作。一般来说，在一个机制健全的有效市场中，系 统总体的报价模式在短期内是相对稳定的，它与过去的s m p 曲线是相关的，短期 影响s m p 的某些系统约束也会体现在过去的s m p 曲线上。 2 2 ，3 系统边际电价的特点分析4 。 1 周期性 同系统负荷一样，系统边际电价具有周期变化的特点。如一天之内、一周之 内、季节变化等等，和时间具有明显的相关性。众所周知，负荷的周期性是比较 明显的，其负荷曲线一般比较规整，尤其是类似的天预测。比如一周内各个工作 日的负荷，或一周内工作日和休息日负荷变化。图2 3 和图2 4 分别是某省电力 市场2 0 0 2 年1 0 月1 4 日和1 5 目的实际负荷。从图上可以看出，它们的形状基本 相同，峰荷时段、谷荷时段、腰荷时段出现的时间基本相同，其它天的负荷曲线 也有掘似变化的援律。 t 2 牡 n o 瓣 黪i 洲 霉 委 醛 自啪 i l八 i kv 一l v v 辩嫡蝣粒 雌鹱 时彀 图2 - 32 0 0 2 年1 0 月1 4 日负荷曲线图2 - 4 2 0 0 2 年1 0 月1 5 日负荷曲线 同负荷曲线的特点类似，电价曲线( 电价随时间变化的曲线) 的变化也有类 似的特点。一天内的电价变化和一周内的电价变化曲线具有明显的周期性，图2 - 5 黼 蝴 黼 蝴 鳓 跚 蠢口皇牲瓣嚼 湖北工业大学硕士学位论文 和图2 - 6 分别为2 0 0 2 年1 0 月1 4 日和2 0 0 2 年l o 月1 5 日菜省电力市场提前一天 市场的实际边际电价曲线。从图上可以看出，两天的电价曲线具有周期性。在相 似的时段出现电价的峰段、谷段，类似的其它日子也有相似的特点，同月寸，从图 2 3 和图2 5 、图2 - 4 和图2 - 6 可以看出：当负荷出现峰值的时候，电价也相应的 出现比较高的阶段；当谷荷时。电价也比较低。这样就可以发挥电价的调节机制， 峰荷时由于电价较高而使用户减少用电，谷荷时由于电价较低丽鼓励用户用电， 具有削峰添谷的作用。 0 毒 留 盏 最 嚣 谌 i p 1 0黝粒4 0蛐 晰瞪 图2 - 52 0 0 2 年1 0 月1 4 日边际电价 2 波动性 毫 墨 薹 盛 量 图2 - 6 2 0 0 2 年1 0 月1 5 日边际电价 电价预测具有不同于负荷预测的特点，它不具备总体上的增长和上升趋势， 电价是随蓿各种社会、经济、天气等因素丽不断波动变化的。 3 难预测性 由于电价的规律变化比负荷更加不明显，所以电价预测比负荷预测相应来讲 更难。电价不但受到供求因素的影响，而且还受到社会各种行为甚至投机行为的 影响。因此，对于电价的中长期预测是有相当难度的。现在的电价预测一般是指 提前天或一周以内的短期电价预测。 湖北工业大学硕士学位论文 2 3 基于b p 神经网络的边际电价预测 2 3 1 神经网络预测方法的选择 1 边际电价预测的方法 目前人们提出的定量化的市场预测模型已不下上百种，基本上可以归纳为以 下三类模型：时间关系模型，在这类模型中，被预测对象的演变过程为一时间 变量的函数，如时间序列分析、灰色预测、均生函数等方法；结构关系模型， 这类模型的特点是被预测事物与其影响因素之间在一定时间内保持着某种固定结 构函数关系；因果关系模型，这类模型的特点是在被预测事物与其影响因素之 间是用因果关系描述的，如人工神经网络方法1 。 时间关系模型和结构关系模型一般对被预测对象都有着严格而具体的要求， 这就要求我们在做预测前，一定要对被预测对象做深入的系统分析，只有在确认 某类预测模型的前提条件被满足的情况下，才可以用该模型进行预测，否则预测 结果是不可靠的。而因果关系类模型的关系实际上是因和果两个空间之间的映射， 这比时间函数和结构化函数的限制耍宽松得多，几乎可以表示任何种非线性关 系，所以因果关系模型较之上两类模型的适应面耍大得多，运用起来也灵活得多。 同时，众多因素影响电价形成，其运行作用具有随机性，因此因果关系模型更合 适于边际电价预测。本论文中我们讨论了因果类模型，即采用神经网络预测的方 法。 2 神经网络预测方法的优点 从电力系统的负荷预测来看，神经网络负荷预测是一个比较成功的应用，而且 到目前为止，神经网络主要应用于短期负荷预测。另外，从现有的市场预测模型 看，神经网络模型也获得了广泛的应用，如证券预测市场上盼神经网络预测模型。 神经网络适合于解决时间序列预测问题( 尤其是平稳随机过程的预测) ，就边际电 价预测来说，是一种短期的预测行为，而且可以认为边际电价的变化是一个平稳 随机过程。因此，从理论上来说应用神经网络预测边际电价是可行的。 湖北3 - 业大学硕士学位论文 预测学现有的理论研究和实践表明，利用神经网络进行预测有如下优点：能 够系统而有效地利用各种信息数据信息和语言信息，从而实现模拟智能预测， 在较高层次的“输入一输出”观点上模拟专家的预测行为。这是一种多变量的 非参数型的预测方法。在许多情况下，参数会带来主观性，从而影响预测精度， 而预测对象则属于非线性、时变的、强耦合的无法建立精确方法的系统。神经网 络的最重要特征是信息的大规模并行处理，非线性全局集体作用，高度的容错性、 自组织、自学习能力。从理论上讲，神经网络可以在任意精度上跟踪和逼近任 一连续函数，