（电力系统及其自动化专业论文）发电侧电力市场中市场势力的辨识与监管.pdf

a b s t r a c t w i t ht h er e f o r mo f e l e c t r i c a li t a d u s t r ya l lo v e rt h ew o r l d c h i n aa l s os t a r t si t se l e c t r i c a lr e f o r m g e n e r a t i o n - s i d ee l e c t r i c i t ym a r k e th a sb e e ne s t a b l i s h e d t h eo b j e c t i v eo fp o w e rs y s t e m r e s t r u c t u r i n gi st oi m p r o v ee f f i c i e n c yo f e l e c t r i c i t yp r o d u c t i o n t ol e a dt h ee f f e c t i v eu s e o f e l e c t r i c i t yr e s o u r c e a sw e l la st om a x i m i z et h es o c i a lw e l f a r e h o w e v e r , b e c a u s e o ft h e p a r t i c u l a r i t y o f e l e c t r i cp o w e rs y s t e m ，t h er e a l p o w e r m a r k e t i s n o t a p e r f e c t c o m p e t i t i v e o n eb u t r a t h e ri o c a t i o n a lo l i g a r c h i cm a r k e ta n dt h ep o w e rs u p p l i e r so f t e nm a x i m i z et h e i ro w np r o f i t sb y a b u s i n gm a r k e tp o w e r t h e s eb e h a v i o r sw i l ld e s t r o yn o r m a lm a r k e tc o m p e t i t i o n ，h u nm a r k e t e f f i c i e n c ya n dm u s tb ep r e v e n t e db ys u r v e i l l a n c e t h e i s s u e o f m a r k e t p o w e r i s o n e o f t h e m 喊s i g n i f i c a n t p r o b l e m s i n t h er e f o r m o f p o w e r i n d u s t r y c o n s i d e r i n gt h ea c t u a ls i t u a t i o no f g e n e r a t i o n - s i d ee l e c t r i e i t y m a r k e t o f o u r c o u n h y ，u s i n gr e l e v a n t k n o w l e d g e o f t h e e l e c t r i c i t y m a r k e t t h e o r y ，m i c r o e c o n o m i c st h e o r ya n dt h eg a m et h e o r y , t h i sp a p e rp r e s e n t sac o m p r e h e n s i v es t u d yo f m a r k e tp o w e r t h em a i nc o n t e n t si n c l u d e ： ( 1 ) a n a l y s i s o f t h ec a n s e s 、p r o d u c t i o n m e c h a n i s m a n d h a r m s0 f m a r k e t p o w e r ； ( 2 ) s t u d yo ft h ei n d e xf o rd e t e c t i n ga n dm e a s u r i n gm a r k e tp o w e t ；, ( 3 ) s t u d yo fm e t h o d sf o rr e s t r a i n i n gm a r k e tp o w e r ； ( 4 ) i n t r o d u c i n ga u s e f u ls u r v e i l l a n c es y s t e m ； t h es t u d i e sb r o a d e nt h e r es e a r c hs c o p eo f m a r k e tp o w e r , a n dw o u l do f f e rt h e o r e t i c a l f o u n d a t i o nf o rt h eg o v e r n m e n t ss u p e r v i s i o nd e p a r t m e n tt om a k er e l e v a n tp o l i c i e s k e y w o r d s ：p o w e rm a r k e t ；m a r k e tp o w e r ；g e n e r a t i o nc o m p a n i e s ；s u r v e i l l a n c e 学位论文独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是我个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，也不包含为获得东南大学或其它教育 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 贡献均己在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 关于学位论文使用授权的说明 ，乒 东南大学、中国科学技术信息研究所、国家图书馆有权保留本人所送交学 位论文的复印件和电子文档，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。 本人电子文档的内容和纸质论文的内容相一致。除在保密期内的保密论文外， 允许论文被查阅和借阅，可以公布( 包括刊登) 论文的全部或部分内容。论文 的公布( 包括刊登) 授权东南大学研究生院办理。 研究生签名：( 第一章绪论 1 1 引言 第一章绪论 世界范围的电力工业正面临着从传统的集中管制垄断垂直一体化体制向竞争的电力市 场过渡的大变革。从2 0 世纪8 0 年代开始对传统垄断的电力工业进行重组至今，世界上许多国 家仍在对电力工业进行改革和重组，放松对电力工业的管制。改革的目的是为了打破垄断、 引入公平竞争和改善经济效率，最终目标是实现社会资源的合理分配和社会效益最大化。 这些努力导致了电力工业特别是发电方的市场化。促进了电力市场的形成，与此同时也出现 了发电商市场势力的问题。本章主要揭示发电商市场势力问题的由来，此问题的提出，研究 方法以及以往的研究成果和本文的主要工作。 1 2 电力市场的改革背景及发电商市场势力问题的由来 在2 0 世纪的上叶，随着大容量高参数高效率发电机组的出现，以及超高压交流输电技术 的发展，电力系统充分显示了规模经济的优越性。扩大电力公司的规模可以大大地降低电力 生产成本、提高电力系统可靠性。因此一个覆盖广大地区的集发电、输电、配电于一身的垂 直一体化垄断式电力工业结构几乎成了电力系统的自然属性。然丽，2 0 世纪6 0 年代以后，在 一些西方经济发达国家，电力工业的规模经济己经逐渐饱和，建造容量更大的发电机组己经 不能够再大幅度地降低成本。相反，垄断的某些负面影响显露出来，主要表现为电力系统内 部的低效率、非生产性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。 因此电力工业进行改革与重组迫在眉睫。智利和英国在2 0 世纪8 0 年代初首先拉开了世 界电力工业市场化改革的序幕。到2 0 世纪9 0 年代电力市场得到了更加广泛和迅速的发展，美 国、澳大利亚、挪威和亚洲的一些国家相继对其电力工业进行了市场化改革。截至2 0 0 0 年底， 己经投入实际运行的电力市场有英国、挪威、瑞典、西班牙，澳大利亚、新西兰、阿根廷、 智利，以及美国的加州、新英格兰、纽约州、p j m ( 宾夕法尼亚新泽西马里兰) 互联 系统等国家和地区的电力市场”1 。 我国自1 9 9 8 年6 月，原国家电力公司提出了“实行厂网分开，建立发电侧电力市场的实 施方案框架”，明确了山东、上海、浙江3 个省市为试点单位；同年1 1 月，国务院转发了国 家经贸委“关于深化电力工业体制改革有关问题的意见”，并将辽宁、吉林、黑龙江三省与 山东、上海、浙江同时列为。厂网分开、竞价上网”的试点单位。这也标志着政府积极推进 建立发电竞争市场工作的正式启动和电力工业继续深化改革，以期打破垄断，形成统一、开 放、有序的电力市场的开始。2 0 0 2 年1 2 月2 9 日，国家电力公司拆分重组成的1 1 家公司宣告成 立。新成立的电力公司包括5 家发电公司、2 家电网公司和4 家辅业公司。这标志着中国的电 力市场真正地实现厂网分开。2 0 0 3 年3 月国家电力监管委员会成立，宣告我国电力系统市场 化改革步入公司化改组、商业化运营、法制化管理的实质性操作阶段。 “厂网分开”，催生出了电力市场的几个重要组成部分发购电买卖竞争市场和输电 服务市场。输配电网的物理结构特性以及系统潮流特性，决定了输配电市场( 至少是输电服 务) 仍然保持垄断经营；售屯市场在国内外各电力市场中尚未展开：发电侧电力市场中由于 存在发电商的寡头地位以及谋取利润最大化的动机，决定了发电侧电力市场会是寡头竞争 东南大学工程硕士学位论文 的，存在发电商滥施市场力的行为，这些做法会损害购电用户的利益和市场的整体效率，因 而必须对发电商市场力的产生原因、概念、危害以及各类度量指标予以深入分析，进而制定 出相应的监管措施。 1 3 市场力的研究现状 当前市场力的研究主要涵盖市场力的识别、市场力的影响、市场力的评估和市场力的抑 制等几方面。其中，市场力的评估研究较为丰富，设计出了多种不同的评估手段和方法，甚 至在理论上形成了一整套监管体系，各类评估方法都有其适用范围或者局限性有些方法的 缺陷更是显而易见的。总的来说，还未形成应用范围更广，评估效果更佳的综合性市场力评 估方法。市场力的抑制策略研究也基本停留在定性分析阶段，缺乏足够的定量分析评价。市 场力评估和抑制策略与措施的研究是市场力监管理论研究的重点。 1 4 市场力的分析方法 常用的市场力分析方法有三种；指标分析法，试验仿真法，博弈论分析法和研究市场运 行历史数据的方法。 1 4 1 市场力指标分析法州 以市场集中度指标h h i 为例：根据各电力公司所拥有的电力容量计算各电力公司的市场 份额从而得到市场静态指数( h h i ) ，据此确定该电力市场是否高度集中。由于电力市场负 荷变化较大，各电力公司的实际发电量并不和容量严格成比例，且还和电厂类型( 火电、水 电、核电等) 、燃料类型( 燃煤、气、石油) ，环保和生产成本等有关，因此静态h h i 无法 正确地反映电力市场中市场力的操纵行为，为此，一些学者提出了计及负荷、阻塞等情况的 动态市场集中度指标，即动态h h i 。其中，b i a l e k 提出了只计及调度外市场的各电力公司的 市场份额的h h ! ，考虑了负荷的变化对市场力的影响“1 ，较静态删i 更符合电力市场的要求。 a l v a r a d o 提出了另一种动态h h i 以衡量局域市场力，计及了输电线路对各电力公司所拥有的 市场力的影响。 以上以市场集中度指标为例，简要介绍了如何利用市场力指标计算来对电力市场中的发 电商市场力做出评估。本文将主要利用这种方法研究发电商市场势力，因而对指标分析法， 后面章节中后有详述。 1 4 2 试验仿真法 试验仿真分析市场力的原理是，假定市场参与者的生产成本己知的前提下，通过模拟市 场参与者在市场中的可能行为来发现市场结构中的各种因素与市场力的关系，揭示可能发生 的滥用市场力行为。应用电力市场仿真器进行市场模拟。这种仿真器可以模拟复杂的电力市 场运营和电力系统运行，有助于训练市场环境下的交易管理人员和系统运行人员，但难以模 拟各参与者的投标策略及其相互影响”1 。 2 第一章绪论 1 4 3 基于博弈均衡理论的市场力分析法睁1 3 1 博弈论又称为“对策论”，一种使用严谨数学模型来解决现实世界中的利害冲突的理论。 博弈论是研究市场经济的重要工具。用此方法研究电力市场中各参与者的分散决镱及相互作 用，其目的是最大化参与者的自身利益。这类方法通过计算电力市场的c o u m o t 均衡或供给 函数均衡( s u p p l y f u n c t i o n e q u i l i b r i a ) ，分析各种情况下电力市场中可能出现的市场力。 h o b b s b f 等人用博弈论分析了电力市场的寡头竞争。他们的方法是把单个厂商的策略模型描 述为一个带均衡约束的数学规划模型，而该均衡约束又以一个独立参数空间价格均衡问题为 子问题。有些文献则指出，在电力市场中会由于输电容量限制的存在而导致出现某些电力公 司操纵市场、抬高电价的现象”“”1 。 用博弈论来分析电力市场及其市场力，主要有3 种模型，即以产量竞标的c o u r n o t 模型、 以价格竞标的b e r t r a n d 模型及同时以产量、价格竞标的供给函数模型( s f e ) 。其中以供给 函数模型比较符合实际电力市场的运行情况，但是其均衡点的多解性使得分析电力市场特性 比较困难。文献“”以c o u m o t 模型、s t a c k e l b e r g 模型及f o r c h h e i m e r 模型为基础，推导了更贴 近于电力市场的多领导者情况下的相应模型并对均衡点求解析解，着重分析生产成本、市场 中的电力需求弹性、市场中作为领导者的电力公司数量以及容量约束对市场力的影响。 1 4 4 研究市场运行历史数据的方法 这类方法通常是根据历史数据，对照机组报价，用统计学方法分析哪些机组有滥用市场 力的行为。该方法属于后验法，只能在市场稳定运行一段时间后检验已有历史数据。而当市 场发生变化时，比如新增市场成员、电网结构变化、新增负荷时，该方法都不能准确分析市 场力行为。 1 5 本文的主要工作 本文基于当前电力市场的常规交易机制和模式，讨论电力市场中发电商所具有的市场 力。阐释发电商市场力的概念、由来及危害，从市场力和监管角度探究加州电力市场的经验 和教训：归纳总结出一系列用于定量计算以度量发电商市场力的各类指标，并揭示它们的各 自特点和应用范围：剖析影响电力市场中卖方市场力的各种因素以及市场力可能对电力市场 交易与运营效率造成的作用与影响；基于各类指标及因素，最后提出一套用于监管市场力实 施的体系，介绍其功能。需要特别指出的是，下文中所提及的电力市场均特指发电侧电力市 场，市场力均是指发电商市场势力。 东南大学工程硕士学位论文 第二章经济学相关基本理论与电力市场基本理论 2 1引言 电力市场的开展要求电力运行在遵守系统各种约束的基础上，更要体现其市场特性， 使电力工业尽量按照一般商品的市场规律运营，以市场为杠杆调解优化资源配置，达到降 低运行成本，提高资源利用效率的目的。因此，电力市场的经济特性也是值得研究的工作。 本章主要分为两部分：第一部分主要介绍与本文相关的一些基本经济理论：第二部分介绍 电力市场的部分基本理论，包括详细分析节点电价理论，为后文对电力市场发电商市场势 力的分析做准备。 2 2 供给和需求原理 供需理论是经济学中的一个基本理论，是很多理论的基础，本节对此进行简单介绍。 供需平衡 理解供需理论首先要理解供给需求曲线。在条件相同时，一种物品的市场价格与该物 品的需求数量之间存在着一定的关系，这种价格与需求量之间的关系就形成了需求曲线。 需求曲线呈“向下倾斜”的规律，如图2 1 的曲线d ，这由日常经验可以验证，即当一种 商品的价格上升时( 同时其他条件不变) ，购买者倾向于购买更少数量。同样供给曲线( 如 图2 - l 的曲线s ) 体现在其他条件不变时，该商品的市场价格与生产者愿意生产和销售的 数量之间的关系。这里之所以强调相同条件，是因为供给与需求的背后存在着一系列的影 响因素，如收入水平、市场规模、相关可替代物品价格、个人偏好和可获性等。 图2 一l 市场供给与需求的均衡 供给和需求相互作用产生了均衡价格和均衡数量，即市场均衡( m a r k e te q u i l i b d u m ) ， 在该市场均衡点( 如图2 - 1 中的e 点) ，购买者愿意购买的数量正好等于卖者愿意出售的数 量，只要其他条件不变，此时价格既没有上升，也没有下降的趋势，我们称此价格为市场 出清价格( m a r k e t c l e a r i n g p r i c e ) ，对应于图2 1 中的p e ，此时供给量( 或需求量) 为q e ， 需求者和供给者都得到了满足。而价格水平在m c p 之上，供给者愿意出售的数量高于需 求者愿意购买的价格，其结果就出现“过剩”现象，则图中所标箭头方向为市场存在过剩 4 第二章经济学相关基本理论与电力市场基本理论 现象时价格的运动方向；相反，在价格水平在m c p 之下为市场“短缺”现象，此时购买 者为得到有限的物品而展开竞争引起价格上升，从而向市场均衡点移动。 需求价格弹性 价格弹性用来衡量当一种物品的价格发生变动时，该物品需求量的变动大小，准确定 义是需求量变动的百分比除以价格变动的百分比，即( d q ，q ) ( d e p ) 。当需求弹性大于 1 时，则表明需求富有弹性；当弹性等于1 时，成为需求具有单位弹性；当弹性小于1 时， 则表明需求缺乏弹性。从供应商角度看，需求富有弹性时，降低物品价格将会增加收益； 缺乏弹性时将减少收益。从曲线形式上看，需求弹性越小，曲线则越陡，但有一点要指出 的是需求弹性不等于斜率。如图2 - 2 所示需求曲线d ，表示弹性为零，传统的电力工业就 接近于此，电价的上下波动对人们的用电状况几乎不起作用。供给价格弹性与此相似。本 文第五章将简单分析需求价格弹性在阻塞管理中的影响。 2 3 市场效率 p q e 图2 - 2 需求弹性为零的情况 社会福利( s o c i a lw e l f a r e ) 社会福利，即社会效益，牵涉到消费者剩余和生产者剩余这两个概念。 消费者剩余( c o n s u m e r s u r p l u s ) 指的是一种物品的总效用与其总市场价值之间的差额。 之所以会产生剩余，基本原因在于，对于消费者所购买的某一物品的每一个单位，都按最 后一单位的价值支付的，根据边际效用递减规律，消费者所得前面各单位物品的效用比最 后一单位具有更大价值，因此消费者从前面每一单位的物品中获得了效用剩余。如图2 3 所示，市场平衡点为e ，需求曲线下的总面积( r e r o ) 为从消费者的消费中得到的总效用， 矩形n e t o 为消费者支付的物品的市场价值，则两者之差( 即图中三角形r e n 面积) 为 消费者剩余。 生产者剩余( s u p p l i e rs u r p l u s ) 相对容易理解，为生产者的收益与成本的差额，即生 产者总的利润，在图中为三角形n e m 的面积。 消费者剩余和生产者剩余两者之和为社会福利，在相同的市场环境下，其大小可用来 衡量竞争市场的效率。 5 东南大学工程硕士学位论文 p o q 图2 3 消费者和生产者剩余 竞争性均衡的效率 市场效率与边际理论密切相关，“边际”是经济学领域中的一个很重要的概念。如边际 成本( m a r g i n a l c o s t ，m c ) 表示增加一单位产出的额外的或增加的成本；边际效用( m a r g i n a l u t i l i t y ，m u ) 表示增加一单位物品的消耗而获得的效用。 如图2 - 3 所示，在竞争性均衡点e 与其他可能采用的资源配置情况相比，各消费者都 得到了较高的效用，此时边际效用( m u ) 等于价格( p ) ，由边际效用递减规律不难看出， 当两者相等时，消费者总效用达到最大化，即消费者剩余达到最大；而此时价格又等于生 产该物品的边际成本( m c ) ，在完全竞争条件下，当生产者使其边际成本( m c ) 与价格 ( p ) 相等时，就实现了利润最大化，即生产者剩余最大化：因此由上而得，在完全竞争 的市场环境下，当m u = p = m c 时，消费者和生产者剩余都达到最大化，即社会福利最大化， 从而体现了竞争市场的资源配置效率。 从上可以看出，价格是消费者和生产者行为的信号，对于生产者来说是经济稀缺性的 信号，其目的是追求利润的最大化；同时对于消费者来说是社会效用的标志，其目的是追 求效用的最大化，最终达到在竞争的一般均衡中，实现市场的效率。 2 4 电力市场概述 从国际、国内的发展形势看，电力工业的市场化是历史的必然。电力市场是电力的买 方与卖方互相作用以决定其电价和电量的过程。具体的讲，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。电价是整个电力市场的杠杆和核心内容。随着电价 的波动，价值规律自发的调节电力商品的供应与需求，调节整个社会电力总生产和总消费 的平衡，调节社会资源( 生产资料和劳动力) 在各个部门之间的合理分配。 2 5 电力运营模式 根据各国电力工业中垄断和竞争的不同程度，电力运营模式大体可以划分为如下四种 基本模型： 1 垄断模式：集发电、输电、配电、零售为一体，将国家电力供应的全部或绝大部分由 国家垄断经营或者由合同与规范统一起来，形成垂直的一体化结构，没有人可以选择 6 第二章经济学相关基本理论与电力市场基本理论 供应者。这是传统电力工业的模式。 2 发电竞争模式：在输电与配电系统中实行垄断经营，但在发电领域引入竞争机制，并 且所发的电只能卖给一个买电机构，不允许直接进入输电网络卖电给最终用户。 3 输电网开放模式；将发电、输电与配电相分离，各独立电力生产者根据“平等竞争” 原则竟价上网；输电网络成为电力交易的载体，对电力生产者，配电公司和大用户开 放；允许配电公司，大用户直接从发电企业购买低价的电力。通过输电网络予以输送 或互联电网予以转运。 4 零售竞争模式：发电公司竞价上网，所有用户都有选择供电商的权利，不同于输电网 开放模式只允许一部分大用户有选择权。电力用户可以向配电商，零售商购电，向网 内的发电企业直接购电，还可以同过输电商购互联网的电。从而实现了生产者的竞价 上网和消费者对电力商品的有差异的购买。 “打破垄断、平等竞争”是各国电力工业市场改革的发展方向，如图2 _ 4 所示。 垄断模式 二垂垂二工二 至e 二 二垂至二工二：j i ! 二 发电竞争模式 ：j i ! i 荠蛊般因 钟覆式 亘 回 图2 4 电力市场发展模式 改革的最终目的是最大限度的利用市场手段来提高电力工业生产效率，降低电力生产 和供应成本，实现资源的优化配置。从技术发展的角度和市场发展的规律看，一个理想的 解除管制的电力工业应该有竞争的发电和连同被管制的输电和配电网络一起的零售市场。 2 6 电力市场交易模式 当前世界各国的电力市场交易模式大致分为两种基本类型：联营( p 0 0 1 ) 模式和双边 交易模式( b i l a t e r a lt r a d e sm o d e ) 。从这两个基本模式可以派生出p + b 模式( 联营和双边交 易模式的有机结合) 、多边交易模式。 1 联营( p o o i ) 模式：将电网看作是电能交易的中心，一切电力交易必须在p o o l ( 电网 运营中心) 内进行，允许用户签订纯金融性差价合同，降低市场风险。这一模式下， 竞争在发电、供电侧分别展开，但是在输电和配电方面却是垄断经营，市场初期也可 能只开放发电侧，在条件成熟时扩展到供电侧。电网运营中心必须根据市场报价，依 据。公开、公平、公正”的原列制定交易计划，这就要求该中心必须与所有市场成员 无利害关系。在实际的p o o l 模式中，也有可能存在双边交易，但非常有限，自由度也 很小。英国、智力、阿根廷等国以及美国p f m 电力市场、澳大利亚的v i c t o r i a 电力市 场就属于这一模式。 2 双边交易模式：交易双方为发电商与最终电力用户或双方各自的代理、中介机构，该 模式一般不单独存在，而与p o o l 模式共存，因此当前实际应用的双边交易模式都是p + b 模式，且双边交易市场所占的份额较大。p o o l 外；双边合同市场和期货市场；p o o l 内： 7 东南大学工程硕士学位论文 小时市场、日前市场和平衡市场。这一模式要比普通p o o l 模式竞争更加充分，市场交 易由p x ( p o w e re x c h a n g e ) 和s c ( s c h e d u l i n gc o o r d i n a t o r ) 负责，其中p x 负责p o o l 市场的 运营，s c 负责双边交易的协调。整个电网的调度运行职能由i s o 负责，一旦出现阻塞 或其他安全隐患，i s o 负责启动输电阻塞管理程序，协调各市场的交易。美国加州电 力市场以及北欧电力市场、新西兰等国电力市场都属于这一模式。 3 多边交易模式：该模式是在双边交易模式基础上发展起来的一种更广泛、基于分布协 调的市场模式，可以看作双边交易的更高形式，模式中不存在p o o l 市场或p x 机构， 而考虑经纪人、零售商等市场中间环节，比把传统的集中协调功能设计到分布的信息 结构中，市场交易与调度运行完全分离。该模式反映了电力市场的真实特点部分 管制下的竞争，从理论上讲是完美的，但它只适用充分竞争的市场环境。 2 7 竞价市场经济理论分析 电量竞价交易与其他商品交易一样，由供需决定市场交易情况，成交原则为购电报价 大于售电报价，直至购电报价小于或等于售电报价，下图为无约束市场出清示意图： 价格( 元姗h ) 市场清算价 交易成交裁电量( 孵h ) 图2 - 5 无约束市场出清说明 图中，需求报价曲线( d ) 根据各省( 市) 按购电段报价降序排列累加而得到，供给报价 曲线( s ) 根据各机组所有售电段报价升序排列累加而得，两曲线交点e 为市场均衡点， 对应纵横坐标分别为市场清算价和市场交易成交量，阴影部分的面积表示市场交易所最求 的最大化的社会福利值。无约束交易如不违反约束条件，则所有交易按市场清算价统一结 算。 根据上述交易理论，如在市场交易过程中出现下列( 图2 - 6 ) 两种情况，则视为不成 熟 8 第二章经济学相关基本理论与电力市场基本理论 价格( 元m r h )价格( 元h ) ( a ) 电量( w h )电量( h h ) 图2 6 不成熟市场交易情况 市场，图( a ) 中所有的购电段报价大于售电报价，此种情况在运行的成熟市场中不可能出 现，当购电方发现自己报价大大高于供电价格时，而降低报价仍然能够购得相同的电量， 他将作出降低购电报价的调整；当售电方发现继续升高售电报价仍能中标时，将尽可能提 高报价增大自身利润：经过调整市场将达到某个交易均衡点。图( b ) 为相反情况，根据交 易原则，此时市场交易量为零，市场运作失败，在完全竞争的情况下，购电方为满足需求 将提高购电报价，售电方为寻求交易也将降低自己的报价，最终达成一定的交易量；如购 售电任何一方出现市场力，将出现联合抬升或压低电价行为，而另一方为不导致更大损失， 不得不跟着这种行为，市场被迫达到某个均衡点，此时行为跟随方利益普遍受损，市场运 营受到破坏，电力监管机构将制定相应的政策防止这类情况的发生。因此，在市场成员的 自我调整中，以及在有关机构制定市场竞价规则下，市场将会运行于如图2 - 5 的健康状态。 2 8 电力市场结算方式 市场结算方式作为电力市场规则的重要组成部分，与市场参与者有着极其密切的关系。 它直接体现市场参与者的利益，并直接决定市场竞争是否能够正常进行。在传统的发电计划 中，电厂的付费电价基于机组的成本核定，并且一机一价，多年不变。在电力市场环境下， 为了体现公平性和市场供需状况，对电厂的结算方式也发生了变化。p o o l 市场结算方式通常 有两种，按统一出清价( u n i f o r mc l e a r i n gp r i c e ) 结算和按发电公司实际报价( p a y - a s - b i d ) 结算。 统一出清价即发电厂商向电力交易中心提交次日某一交易时段的最大可用容量和相应 的发电报价，交易中心按发电厂商的报价从低到高将所报容量进行排序，直到与该时段预测 负荷平衡，确定该交易时段发电机组的调度顺序，最后调度的机组为该交易时段的边际机组， 其报价即为系统的边际电价，而所有发电机组均按此电价结算。在计及输电阻塞和网损时， 市场出清价为节点电价，在不同节点上的发电机或者购电商将按照自身所在节点进行结算。 关于节点电价理论，下面将简要介绍。 p a b 结算方式即按发电厂商的实际报价来支付，其竞价过程与统一出清价相同，只是对 竞价成功的发电机组按机组报价支付。 电力市场中的结算方式对市场力影响也很大。不同价格机制对市场力的影响是值得研究 9 东南大学工程硕士学位论文 的。文献1 5 1 0 均分别对两种定价方式进行了比较研究。文献n 7 1 从定价方法对发电厂商策略 性报价行为影响的角度，针对统一出清电价、p a b 电价和当量电价三种定价方法进行分析比 较。 2 9 输电阻塞问题 在理想的开放性电力市场环境下，电能的买卖双方可以自由的进行交易，无论电能的买 方在电网中处于任何地理位置都可以以相同的价格购买电能。如果输电网的输送容量不受约 束，所有的发电方将会在相近的技术水平下进行电力生产，以相近的价格把电能销售给位于 电网任何位置的用电方。然而，输电网输送能力的限制会造成价格较低的电能无法输送到价 格较高的用电区，存在输入阻塞的用电区内的用电方不得不购买价格较高的本地电能。由此 可见，输电阻塞会降低电力市场的效率。此外，如果用电方缺乏价格弹性，位于电力供应紧 缺且存在输入阻塞的区域内的发电方常常能够把电能价格抬得很高，造成用电方利益受损。 所以，输电阻塞还会加强某些发电方的市场势力。因此，如何设计在技术上可行、经济上合 理的阻塞管理措施以缓解或消除输电阻塞并提供适当的经济信号，以实现合理的资源配置、 遏制发电厂商利用阻塞造成的局部市场势力以谋取超额利润的行为，是一个十分重要的问 题。 2 1 0 节点电价原理 节点电价是以每个节点向用户供电的边际成本确定的，这种定价方式向用户提供经济 信号，促进市场的充分竞争，实现自身的效益，由上节经济学基本原理可知，在完全竞争 的市场环境下，边际成本定价在达到个体利益最大化的同时，达到社会福利的最大化。为 表现电能交易的一般商品属性和在系统中电力交易的特殊情况( 这里主要是指输电网络损 耗和线路传输容量限制) ，下面分不考虑和考虑网损及传输容量限制的两种情况讨论1 8 1 。 2 10 1 不考虑网损和传输容量限制 这里采用双向报价模式，市场总的交易目标为使社会福利最大化。本文双向报价均需 考虑自身条件的限制，发电侧必须考虑发电容量的限制，负荷侧必须考虑竞价负荷的限制。 则问题可表示为下列数学模型。 社会福利最大即社会成本最小，目标函数可写成： 胁凡( 兰q ( 巳) 一兰e ( 圪) ) ( 2 1 ) 式中，弓为节点i 的发电机出力，巴为节点i 的负荷，坼为系统节点数 系统运行必须保证供需平衡，这里只考虑有功平衡，表示为下式： 兰巳一兰己：o ( z _ 2 ) l o 第二章经济学相关基本理论与电力市场基本理论 竞价双方本身有容量的限制，可表不为： 最。n t n 吃p 1 一 ( 2 3 ) 圪s 兄巴一( 2 - 4 ) 式中，匕。，、易。为节点i 的发电机出力的上下限值，匕。，兄。h 为节点i 的负荷 竟价上下限值。 由式( 2 - 1 ) 一( 2 4 ) ，l a g r a n g i a n 表达式可写成下面形式： n hn kn hn o = 艺c ( 弓，) 一艺岛( 兄) + 以( 艺兄一弓。) 一兰。( 巳一忍。) + 兰靠一( p i 一己一) ( 2 - 5 ) 一艺曲r ( 兄一兄一) + 艺。( 巳一屹。) 由k u h n t u c k e r 条件可得： 薏= 专孚一帆一 s ， 要：一掣+ - e - g a l m + 7 t d m n = o ( 2 - 7 ) 阮阮 7 从发电侧角度出发，每台竞价的发电机组将基于价格将作出自我调整，从而达到自身 利益的最大化，设节点i 的发电机节点电价为靠，收益最大，即成本最小，目标可表达为： m i n ( c , ( p s f ) 一p 一只。) ( 2 _ 8 ) 另外，这必须建立在自身发电容量限制的基础上，即满足式( 2 3 ) 。此问题建立l a g r a n g i a n 表达式，并满足k - t 条件，可得下式： 篱孚坩一一一。 岱。， 同理，从负荷侧角度出发，每个负荷的目标是使其收益最大化，设p d 为节点i 的负荷 的节点电价，则目标可表达为： m i n ( p 女兄一e ( 兄) ) ( 2 - l o ) 同时需满足式( 2 - 4 ) ，可得下式： 一掣+ 几吨一岷。- o 任m 比较式( 2 6 ) 、( 2 - 7 ) 和式( 2 - 9 ) 、( 2 - 1 1 ) ，当f k = p e , = 以时，负荷侧和发电侧根 东南大学工程硕士学位论文 据价格调整行为，直至供需平衡，同时达到个体利益和社会利益的最大化。 由上可得，当不考虑网损和线路传输容量限制的时候，各节点的节点电价都有相同的 值：恁，从数学模型中推导过程来看，以为l a g r a n g i a a 表达式中有功总量平衡式( 2 - 2 ) 前面的l a g r a n g i a n 乘子，其物理意义表示：当供需量变化时，引起的目标函数社会福利的 变化量，为电能的影子价格。因此，节点电价不是由个别节点市场参与者确定的价格，是 系统内所有竞价方行为的结果，是系统的边际价格。 2 1 0 2 考虑网损和传输容量限制 电能交易有其特殊性，交易需考虑线路输送容量的问题，以及输送过程产生的损耗。 考虑损耗，则优化问题的平衡约束变为： 兰匕一兰巳+ 兰岫：o 式中，托为线路数日，p l o s s t 为线路1 的损耗。 线路约束条件为； ( 2 - 1 2 ) z ，。m z ，弓。 ( 2 1 3 ) 式中，五为线路z 的有功传输功率，五、z 工m 为线路f 传输有功功率的上下限值。因此 考虑网损还网络约束的优化问题l a g r a n g i a n 函数为： n hn kn kn hn i l = g ( 巴) 一艺b ( 瓦) + 以( 巳一艺匕+ 芝p l d s s z ) 一艺石醇。( 弓一巳。) + 巧。，。( 巴- e 一) 瓮嚣(2-14)n hn h 一。( 巴一匕。) + 艺。( 匕一兄一) 一艺胁m - ( 五一z f m ) + 芝“。( z t - z 1 。) 本文采用直流潮流模型分析，因此线路有功功率和损耗可以表示为： - - l 互= h z q = 日j ( 巳一巳) ( 2 - 1 5 ) 式中，两为功率传输分配因子( p o w e r t r a n s f e r d i s t r i b u t i o n f a c t o r s ，p t d f ) 矩阵第l 行向量， 日为z x ( n b - 1 ) 的矩阵，q 为除平衡节点之外的节点注入功率向量，r ，为线路f 的电阻。 把式( 2 - 1 5 ) 、( 2 1 6 ) 代入式( 2 1 4 ) ，利用k - t 条件，同上推导过程得到节点i 的机 组的节点电价为： 第二章经济学相关基本理论与电力市场基本理论 靠2 掣岷一 ， = 以( 1 2 曷z 芝珥。) + 芝以哪q 。一芝“t h s 几二竺葛。帆也一巩s ， = 以( 1 2 日z f 芝珥。) + 芝鸬。一艺“一。 则p = p “，当i 为平衡节点时，几= p 一= 乜 由此可见，节点电价由三部分组成： 1 )系统边际成本( 即平衡节点边际成本) ：以 2 ) 网损边际成本分量；- 2 p , 蜀z f 芝珥j ， 3 ) 阻塞成本分量：艺以曲i - i , 一艺“。- h “ 其中“m ，“。；称为线路的影子价格。物理意义为；当线路容量约束增加一个单位 时，总的社会福利的增加量。 相对于阻塞成本来说，网损对节点电价的影响很小，假设忽略网损，则节点m ，n 的节 点电价差为： n ，n ， p m - p n = 芝肼一( h i 。一奶。) 一“一( 易。也。) ( 2 - 1 9 ) l = 1l = l 此时，节点电价差可看成是线路m - n 输电服务的容量价格。另外，当有阻塞发生在p o o l 模式下按照节点电价结算，负荷侧支付的费用大于购电费用，因此将产生阻塞盈余。 东南大学工程硕士学位论文 第三章发电商市场力的基本概念及其危害 3 1引言 电能作为在电力市场中交易的商品，具备一般商品的一些共同特征，电力市场也大致遵 循一般商品市场规律，如等价交换原则等。同时，电力系统和电力市场独特的物理、技术特 性决定了其市场规律和动态行为与般商品市场有很大不同。电力产业所拥有的完全不同于 其他网络产业的特点，如输电阻塞、有功无功实时平衡、电力系统稳定性要求等区别于一般 商品市场环境的特殊要求决定了其独特的市场力存在基础。同时，电力市场的经营模式，交 易方式，定价方法等方面的缺陷也会诱导市场力的实施，使得发电市场的竞争效率低下，社 会效益损失。本章根据微观经济理论，依据对电力系统及电力市场的物理特性和经济特性分 析。介绍电力市场中发电商市场力的概念、市场力作用机理、以及市场力的危害，并从市场 力和监管角度探究加州电力市场豹经验和教训。 3 2 发电商市场势力的基本概念 电力体制改革首先在发电业务环节引入竞争，使发电商拥有了电力生产和交易的自主 权。电力市场中各电力生产厂商利用市场结构特性，借助于自身优势或利用策略性竟标行为 及联盟协作等方式控制或左右市场出清价格，使其大大高于电力产品生产的边际成本，乃至 平均成本，而获取超额利润的能力称为市场势力( m a r k e tp o w e r ，简称m p ) ，因此市场势力实 际上是发电厂商对市场价格的控制能力，又称为市场力。1 。 这一定义是从电力产品的卖方角度而言的，我们把这类市场力称为卖方市场力。事实上 电力市场中还存在买方市场力，如售电商在电力严重供过于求的情况下，有可能压低发电商 的卖电价格，从而形成买方市场力。但由于当前电力工业改革尚处于初级阶段还没形成有效 竞争的售电市场，因此，我们着重考虑电力市场中的卖方市场力，即发电商市场力。如无特 别指出，本文后面提到的市场力均指发电商市场力，也可以称为发电侧电力市场中的发电商 市场势力。 电力市场中卖方市场力的存在将导致电力生产效率和电力市场竞争效率降低、资源配置 效率下降及社会利益分配不公，结果严重影响电力市场的正常运行、健康发展以及市场的公 正公平原则，因此市场势力问题应该成为电力监管部门研究和监管的重点。深入剖析电力市 场中发电商市场力的成因，进而准确识别就成为对其进行有效监管的前提。 根据市场力的成因和出处，可以将市场力划分为两类：垂直市场力( v e r t i c a lm a r k e t p o w e r ) 和水平市场力( h o r i z o n t a lm a r k e tp o w e r ) 2 1 ) e 垂直市场力是指从电力生产到销售的 整个过程中，若某一环节出现瓶颈，则该环节的控制者就具有垂直市场力。如输电网络出现 阻塞时，就认为输电商具有垂直市场力，它可能借用这种能力对其他交易主体旎加不公正的 待遇。而水平市场力则是指从电力生产到销售的整个过程中，若某一环节由一个公司或者公 司联盟所控制，则这个公司( 联盟) 就具有水平市场力。当前在电力市场中，由于输电商具 有天然垄断地位，所以衡量水平市场力的焦点就放在发电侧。 同时还需明确的一个重要概念是超额利润，我们认为超额利润是发电厂商利用市场机制 的漏洞或市场环境的不完善采取不正当的竟价策略( 如故意的持留大量发电容量人为造成市 第三章发电商市场力的基本概念及其危害 场供应电力容量的不足) 而最终谋取的超过在正常市场环境下采取正当竞价策略时所能取得 的利润的那部分利润，这部分利润应为购电用户所有或者是其他发电商所有。 3 3 发电商市场力的成因 1 ) 电力供需的瞬时平衡要求 在当前的技术水平下，电能不能大量储存，因此必然要求电能的供给与需求瞬间平衡。 电力产品通过网络实现供需瞬时平衡的物理特性，使电力生产和电力消费要保持高度的协调 性及同时性，这是电能商品的一大特征2 。任一处于某个网络节点上的发电商都有可能利 用这一实时平衡约束行使市场力，控制供应量和报价。 2 ) 电力系统稳定性安全性及可靠性的要求 电力系统运行本身有着很高的稳定性和安全性要求，电力市场环境下，各种交易的制订 和实施情况是复杂多变的，这又进一步增n t 系统状态的多变和潮流分布的复杂性，因而给 电力系统的稳定性分析、安全性分析及可靠性分析带来新的难题。为保证系统或者系统局部 的稳定性安全性，可能需要牺牲部分经济效率，允许一些成本较高的机组进入发电序列或者 提供辅助服务，这为此类机组人为抬高价格提供了便利。 3 ) 发电市场的进入壁垒 发电企业固定投资巨大，建设周期长，环保要求高，并且受区域地理环境和经济发展状 况的影