（电力系统及其自动化专业论文）发电商在电能量市场和旋转备用市场综合报价策略研究.pdf

毕北电力人学硕士学位论文 摘要 在电力市场环境下，发电商不仅可以通过发电获利，也可以通过提供辅助服务 获利。发电商如何在电能量和辅助服务两个市场的竞争中实现综合利润最大化，这 在很大程度上取决于其采用何种报价策略。本文在现有国内外研究的基础上，分析 了发电商在电能量市场和旋转备用市场综合报价策略的应用背景和前提，针对线性 报价规则和分段报价规则，分别建立了发电商在两个市场的综合报价模型，用概率 方法模拟竞争对手报价策略，并应用遗传算法和m a t l a b 仿真手段相结合对模型进行 优化求解：同时，在分段报价规则的模型中，提出了发电商在两个市场分摊总容量 的方法，并分析了不同报价策略对发电商中标容量和利润的影响，发电商可根据各 自喜好及对风险的态度在相应的区域内选择符合自身承受能力的报价策略。 关键词：电力市场，发电商，报价策略，分段报价，旋转备用 a b s t r a c t u n d e rt h ee 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 ，t h ee l e c t r i c i t yg e n e r a t i o nc o m p a n i e sn o t o n l ym a ym a k eap r o f i tt h r o u g ht h ee l e c t r i c i t yg e n e r a t i o n ，a l s om a yp r o v i d et h ea n c i l l a r y s e r v i c e st om a k eap r o f i t ，h o wp o w e rp r o d u c e r sc a nr e a l i z et h ec o m p r e h e n s i v ep r o f i t m a x i m i z a t i o nf r o mc o m p e t i t i o n sb o t hi nt h ee l e c t r i c i t ye n e r g ym a r k e ta n di nt h ea n c i l l a r y s e r v i c e sm a r k e t ，w h i c hi sd e c i d e di nt h ev e r yg r e a td e g r e ei nw h a tl 【i n do f b i d d i n gs t r a t e g i e s 也e yu s e b a s e do nt h ee x i s t i n gd o m e s t i ca n df o r e i g nr e s e a r c h ，t h i sa r t i c l eh a sa n a l y z e dt h e a p p l i c a t i o nb a c k g r o u n da n dt h ep r e m i s eo ft h ec o m p r e h e n s i v eb i d d i n gs t r a t e g i e s i nv i e wo f t h el i n e a rb i d d i n gr u l e sa n dt h es t e p w i s eb i d d i n gr u l e s ，i th a ss e p a r a t e l ye s t a b l i s h e dt h e c o m p r e h e n s i v eb i d d i n gm o d e l si nt w om a r k e t s f o rt h ep o w e rp r o d u c e r s ；i ts i m u l a t e s c o m p e t i t o r s b i d d i n gs t r a t e g i e sw i t l lp r o b a b i l i t yd i s t r i b u t i o n ；t h eg e n e t i ca l g o r i t h m sa n dt h e m a t l a bs i m u l a t i o na r eu s e dt oc a r r yo nt h eo p t i m i z e ds o l u t i o n i nt h es t e p w i s eb i d d i n g m o d e l ，i tp r o p o s e sm e a s u r e s 、i t l lw h i c ht h e p o w e rp r o d u c e r s a g g r e g a t ec a p a c i t yi s a p p r o p r i a t e l ys h a r e di nt w om a r k e t s i th a sa n a l y z e dt h ei n f l u e n c eo ft h ed i f f e r e n tb i d d i n g s t r a t e g i e s t ot h ep o w e rp r o d u c e r s b i g g e s tp r o f i ta n dt h eb i d d i n gc a p a c i t y t h ep o w e r p r o d u c e r sm a yc h o o s et h eb i d d i n gs t r a t e g yi nt h ec o r r e s p o n d i n gr e g i o no w nb e a t i n gc a p a c i t y a c c o r d i n gt ot h e i rl i k e sa n dd i s l i k e sp e r s o n a l l ya n dt h e i rp o i n t so f v i e wt ot h er i s k l i nm e i ( e l e c t r i cp o w e rs y s t e ma n di t sa u t o m a t i o n ) d i r e c t e db yp r o f z h a n gl iz i k e yw o r d s ：t h ee l e c t r i c i t ye n e r g ym a r k e t ，t h ep o w e r p r o d u c e r s ，t h eb i d d i n g s t r a t e g i e s ，t h es t e p - w i s eb i d d i n g ，t h es p i n n i n gr e s e r v e 声明 本人郑重声明：此处所提交的硕士学位论文发电商在电能量市场和旋转备用市场 综合报价策略研究，是本人在华北电力大学攻读硕士学位期间，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： 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) 作者签名 日期： 导师签名：舌阻净 i 皿幽7日飙址，7 华北电力大学硕! t 学位论文 1 1 论文研究的背景和意义 第一章引言 由于电力的特殊性质，多年以来世界各国传统的电力行业无一例外地实行发、 输、配、售垂直一体化的垄断型结构。随着现代科技和经济理论的发展，自2 0 世纪 8 0 年代末以来，电力行业改革的浪潮席卷全球。电力改革的重点是打破传统的垂直 一体化的行业垄断组织结构，引入竞争机制，建立竞争的电力市场。电力改革的目 标在于提高电力生产效率，降低成本，优化资源配置，达到社会效益最优。国际上 己经有数十个电力市场处于运行之中。智利、阿根廷、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各国的市场化发展 进程。尽管有美国加州电力市场失败的教训，但更多的是成功的经验。放松管制、 引入竞争、实现电力工业市场化是不可逆转的发展趋势，也是电力工业发展进程中 的一次深刻的革命。 我国的电力改革在世界改革大潮的推动下也正在逐步深化。2 0 0 2 年初国务院颁 发了电力体制改革方案( 国发 2 0 0 2 1 5 号) ，拉开了新一轮电力改革的序幕。本轮 电力工业改革的主要内容是在发电环节引入竞争机制，文件提出要在“十五”期间 实行网厂分开、竞价上网，“初步建立竞争、开放的区域电力市场，实行新的电价 机制”。2 0 0 2 年1 2 月2 9 日，中国电力工业进行了重组，新成立了1 l 家电力公司，包 括：国家电网公司、中国南方电网有限公司，中国华能集团公司、中国大唐集团公 司、中国华电集团公司、中国国电集团公司、中国电力投资集团公司等五家发电公 司，以及中国电力工程顾问集团公司、中国水电工程顾问集团公司、中国水利水电 建设集团公司和中国葛洲坝集团公司等四家辅业公司。1 1 家电力公司的成立及发电 侧电力市场的建立标志着我们电力行业实现了厂网分开，引入了竞争机制，这是我 国电力工业改革的重大成果。 发电商作为市场的一个元素，要想在电力市场中结合周围的环境，发挥自身的 优势，实现自身经济利益最大化的目标，首先就应该了解所处的市场环境及其运行 规律。现代产业组织理论在现代博弈论的帮助下对介于完全竞争和完全垄断之间的 寡头垄断和垄断竞争两类市场进行了深入的探讨，并对相应的参与者的市场策略行 为、市场均衡点求解和政府采取的政策做了全面的分析。 根据电力产业的生产特点，电力市场更接近于寡头垄断市场。首先，建造发电 厂的自然资源有限：其次，建造发电厂需要的社会资源，如资金和技术的数量非常 巨大，决定了该行业的进入和退出的障碍较高，厂商的数量不可能大范围增长；再 华北电力人学硕士学位论文 次，由于规模效益的要求，同一地区或同类型的电厂往往组成同一家电力公司，使 得发电厂商的数量更加有限。电力市场不是垄断竞争市场，是因为上网电量是同质 的，而垄断竞争最显著的特征则是产品的差异性。因此，电力市场改革后形成的发 电市场是寡头垄断市场。由于产品是同质的，发电市场的竞争主要是价格竞争。发 电商可以通过策略性的投标来实现经营目标。 在众多国家的电力市场改革中，辅助服务的解捆是一个热点。现阶段，不少发 达国家的电力市场已经成功实现了辅助服务与电能量服务的解捆，并形成了比较完 善的辅助服务定价与竞争机制。例如美国加州电力市场形成了相互独立管理和竞争 的电能量市场和辅助服务市场。在辅助服务市场中，交易中心首先预测各类辅助服 务的需求并向市场成员公布，然后从投标的辅助服务中选择出最经济的投标，并确 定中标价格。因此，每个发电商除了在电能量市场投标外，也会在辅助服务市场上 投标，其目标是在两个市场上的总利润最大。对他们而言，电能量市场和辅助服务 市场是相关联的，因为他们各自的发电容量是有限。 到目前为止，对相互竞争的发电商的策略性投标行为的研究工作还主要集中在 电力库模式下的电力市场。这种模式的电力市场主要采用暗标拍卖和统一清算价成 交的规则。对于辅助服务市场的运行和调度模式( 方法) 、投标( 拍卖) 机制及定 价模式等，也有一些初步研究成果。但是关于辅助服务市场投标策略的行为分析， 及电能量市场与辅助服务市场投标策略协调优化等，相关的研究成果和参考文献还 比较欠缺。 因此在发电侧开放的电力市场中，研究发电商在电能量市场和辅助服务市场的 协调和整体优化投标策略，对于发电商正确分析市场趋势，调整竞争方案，制定与 之相适应的发展战略有着重要的参考意义。 1 2 国内外的研究现状 近几年，国内外在研究发电商或大用户的最优投标策略以及分析相应的市场力 方面做了很多工作，发表的研究论文散见于国内外学术刊物、会议论文集、少量书 籍和学位论文。但上述研究多集中于电力联营模式下发电商在电能量市场的投标策 略，对于辅助服务市场，特别是电能量市场和辅助服务市场的综合投标策略优化问 题的研究则相对较少。 下文简要概述了有关问题的国内外研究现状。 2 华北电山大学顾i 掣位论文 。2 。1 国处磷究现状 文献 1 】对于辅助服务市场和电能量市场的综合投标策略做了一些探索性的研 究工作，以焚国加利福照距电力市场为背景，提如了一种协调电能量市场和旋转备 惩青场静投搽策路豹方法，羧菠发电公司夔裂澜簸大证。瘸摄攀方法攘掇对手熬竞 价策略，并引入一种基于遗传算法的求解方法。 文献【2 】提出了采用些智能方法，如遗传算法、遗传编稷和有限状态国动机， 寒构造囊遥斑的、进化懿投标策蝰，蘩零愚想是绘定一些候选救裹教援拣策路，然 后应用上述餐能方法孰巾擅索最优的策略。 文献 3 】指出由于电力市场化运行的时间尚短，数据不充分，采用概率方法来模 拟竞争对手的投标行为可熊暂时不太现实，启发式方法可熊更为合适。同时，提出 莱蘩壤率搂糊启发式撩璨系绞释为王葵亲稳遥掇拣策略，莠秘霜了矮溅戮豹枣场 数据和一些主观概率数据。 文献 4 酋次针对英格兰和威尔士电力市场研究了发电公司的投标策略问题，构 造了一个概念他的授标模型，提出了以动态趣划为基醚的方法。采震概率方法来模 j 譬 其谴发电公司的投标行为，并计及受荷变讫、机组启停戒本簿因素。但该模型基 于一个苛刻的假设，即市场清算价不鼹任何一个缴电公司的投标策略影响( 即电力 市场是完全巍争的) ，这个假设在实际上是不可行的。 文献【5 】将多对袋豹投拣窝嚣捶逮为2 个爱次豹往纯润题。主一层是索汤捺作员 的经济调度问题，确定市场清算价和备个发电公司的调度计划；下一层是发电公司 自己的机组组台优化问题，采用动态规划方法求解，在此过程中计及所有赞用，通 道与上一层瓣捷健遮瑟协诞确定授檬燕略。 文献【6 】构造了适于楚格兰和威尔士类型的电力市场的解析投标模型。该模型是 基于在市场于白素前就可以准确推算出市场清算价的假设建立的。尽管该文献在理论 一匕做了精美的发展，但由于所有研究均基于一个偏离实际的不合理假设，研究结果 并没寿嚣么实际意义。 文献 7 程线性投标舰则下，研究了发电公司芹口大用户的投标策略，用联合正态 分布表示竞争对手( 发电公司和参与投标的大用户) 的投标行为。采用蒙特卡罗 ( m o n t ec a r l o ) 力法寒求鲻这一疆援饶纯闺题。 文献【8 】构造了发电公司和用户投标策略的一个优化模型。文中假定市场操作员 采用以社会效益最大为目标的最优潮流程序确定调度计划和市场清算价，其他参与 投标的发电公司和用户的投标价被假定为一个估计值。 文献【9 l 磺究了存3 个竞争对手豹笈电公司熬多除段动态投标策臻，巅翊了历史 和当前的市场清算价。但只讨论了发电厂或交易机构在单一市场中的投标繁略，没 华北电力人学硕士学位论空 有探讨在多个市场中的组合投标策略。 1 2 2 国内研究现状 文献 1 0 分析了机组利润、中标电量和报价策略之间的相互关系，从而得出了 单台机组的最优报价策略和在报价越界时的优化调整方法：并提出同一发电厂不同 机组间的组合报价策略模型。该文献采用了博弈论的方法求解机组报价策略系数， 并用算例验证所提算法的有效性，说明该报价策略有利于独立发电商在市场竞争中 获得最大的利润。 文献 1 l 】研究了发电厂参加合同市场和不参加合同市场情形时的投标行为。针 对参加合同市场，建立了相应的数学模型。研究结果表明，在一个成熟的市场环境 下，合同电价应成为实时电价的期望值，在电力市场处于尚待完善的阶段中，考虑 到收益最大和风险规避，采用带方差项的收益最大函数。 文献 1 2 】提出弹性备用需求的概念，即在备用竞价过程中，通过对备用购买成 本和系统可靠性效益的分析，同时确定发电系统的最优备用容量及中标的发电厂 商。结合可靠性评估，文中对各用市场最优容量需求和竞价出清模型进行了深入的 探讨，给出了基于p o o l 模式下的备用市场竞价模型。文中采用启发式算法求解，简 便实用。实际系统的数字仿真结果证明建立的模型对于备用市场的竞价是有效的。 文献 1 3 】综述了世界各国现行电力市场辅助服务的定义、主要内容、市场模式 和定价方法；总结了频率调整、旋转备用和无功电压支持等主要辅助服务的特点 及其分类计价方法。同时，分析了我国现行电力市场辅助服务的特点和存在的问题。 在此基础上，指出了今后我国电力市场辅助服务的研究方向。 文献 1 4 提出了一种基于可能性理论构造发电公司最优报价策略的方法。以发 电公司的历史报价数据、市场化改革以前的公开数据和专家的经验性知识等为基 础，采用模糊集理论来描述竞争对手的报价行为，在此基础上构造了发电公司最优 报价策略的模糊优化模型，给出了求解算法。这种方法适用于在电力市场运行初期 或电力市场运行规则刚被修改后，由于可用的历史数据尚不充分、不宜采用概率方 法描述竞争对手的报价行为的场合。 文献1 5 1 通过对电力市场交易中的电力负荷和机组报价二者的历史数据曲线的 分析和讨论，制定一些初步竟价原则，以帮助电厂获取更大利润；同时引入利润曲 线概念，较为清晰地对机组竞价的赢利情况做出快速评价。 文献 1 6 】概述英国电力市场概况，详细论述英国辅助服务市场的含义、分类以 及f 1 益成熟的辅助服务市场的运作与结算等。结合中国的实际情况，对我国的辅助 服务市场进行展望，并对中国电力辅助服务市场的完善与健康发展提出合理化建 议。 华北电力人学硕士学位论文 文献 1 7 提出现有对辅助服务强制无偿调用的获取方式很难适应新的市场环 境，而形成竞争的备用市场是解决电力市场环境下的备用获取和定价问题的一种较 的好方法。在电能量市场建设的同时建立备用市场更有助于保证电能量市场的公 平、公正运营。以上述观点为基础，该文献对备用进行了多角度的分类，介绍并分 析了现有的备用的获取与定价方法，设计了竞争的备用市场的竞价方法和结算办 法，为备用市场的建设提出实用、可行的运营方案。 1 3 本文的研究方法和基本假设 构造发电商报价策略是一项复杂而又困难的研究领域，很多专家学者致力于该 课题的研究，尤其在算法上深入改进，提高了精确度，但策略构造本身尚存在一些 不够完善的地方，亟待改进。本文以现有研究成果为基础，对发电商在电能量市场 和辅助服务市场的综合报价策略问题进行了研究，研究的主要方法和基本假设包 括： 第一，关于发电商的竞价途径，将估计其他发电商的投标行为作为其途径，竞 争对手的投标行为采用概率方法模拟。由于市场改革初期，可用的报价历史数据不 够充分以及其统计特性不满足要求，使得基于竞争对手历史报价的概率模拟方法的 可信度略有降低，从而在一定程度上影响了报价策略的准确性。但在现有条件下， 就方法的实用性和可行性而言，该方法不失为一种较为成熟的方法。同时，概率方 法有比较严格的数学基础，也存在公认的求解方法，容易被接受。因此本文的研究 沿用了该方法。 其次，关于辅助服务的投标，本文考虑的是备用市场( 主要是指旋转备用市场) 与电能量市场投标策略的整体优化。由于发电商在这两个市场中主要都是以容量为 竞价单位，因此在策略优化整合上具有可行性和易实现性。 第三，关于拍卖与投标规约。在拍卖方面，几乎所有以电力联营体为基础的电 力市场都采用了统一价格暗标拍卖，本文的模型同样基于统一价格暗标拍卖；在投 标规约方面，参考国内外相关文献，结合我国电力市场实际，为使模型简化和便于 求解，本文选定单部分投标【1 8 】。 最后，关于模型的求解。本文在线性报价的策略模型中应用最优化方法中的直 接法一一期望值方法化简模型，即引入应用概率统计学中的期望值概念对模型进行 变型处理，化简为随机优化问题的一般形式后，采用遗传算法求解最优的投标函数 系数；在分段报价策略的求解中，应用基于m a t l a b 仿真的遗传算法实现优化求解， 最后应用算例验证报价策略的模型与算法的可行性。 华北电力大学硕士学位论文 1 4 本文的基本思路与框架 本文主要分六章对发电商在电能量市场和旋转备用市场综合报价策略这一课 题展开分析和阐述。 第一章为引言，主要介绍了课题研究的背景和意义、国内外研究现状以及本文 研究的基本假设与总体框架。 第二章着重介绍了有关发电商报价策略的研究方法、组成部分、在不同竞价规 则下的各自特点以及有关辅助服务的竟价问题。 第三、第四章和第五章分别在两种报价规则下研究了发电商在电能量市场和旋 转备用市场综合报价策略的基本模型和算法。这部分内容涵盖了数学建模、最优化 方法的化简、概率方法的应用模拟、i d a t l a b 软件仿真以及遗传算法优化求解等多学 科的融会交叉。最后，应用算例对模型和方法进行验证分析，证明模型和算法可行 性和正确性。 本文的最后一章对该课题进行了总结和展望，详细分析了该模型在实际操作中 存在的一些不足，剖析课题今后深入研究的过程中可能面临的问题，并提出了改进 设想。 本文的总体框架和思路如下图1 - 1 所示： l 引言 上 发电商报价策略简介 、 线性报价策略模型分段报价策略模型 +0 i 期望值化简 g a 优化求解 m a t l a b 仿真g a 优化求解 0 算例验证 结论与展望 图1 - 1 论文总体框架图 6 华北电力大学硕士学位论文 第二睾发电商掇侩策略篱余 发电商的报价策略怒指发电商在参与电力市场电力交易时根据市场规则进行报价 决策对瘊袋取豹一整套爨臻。由经济攀瑾论霹翔，在理想鳃、究全竞争静电力市场中， 发电商为了实现社会效焱最大化而采淑的最优报价策略是将电力价格设定狂发电机组 的边际运行成本。但是，电力市场并非完全竞争的市场，而更接近于寡头垄断市场，这 是由电力工波匏特殊睦决定蛇。有限数嚣斡发电囊、丈夔投资蠖摸( 泰场进入壤垒) 、输 电约束( 在一定程度或范濑上限铡了巢磐大用户选撵发电商) 和输瞧损耗( 打击大用户远 距离购电的积极性) 等因索决定了在电力市场中，策些地区可能只有少数发电商提供电 力，这就形成了寡头垄断市场。所以发泡商可以不以边际运行成本作为投标价格，而在 枣场续梅秘矮粼鞠约采下送行掇徐弑壤教裁澳，这褥蔻策珞瞧豹投标。 2 1 发电商报价策略的研究方法 目前国内外研究者构造发电商的鼹优报价策略所采用的方法大体可归为翻大类：一 是基于成本分析的方法；二是通过预测市场电价【6 】【1 9 】【2 0 】；三是通过估计其他发电商的投 标行为洲3 删f 4 l ；四是基予溶弈论的方法f 1 0 】【2 1 1 2 2 。下覆对这四零孛方法分别进行套缓： 2 1 1 基平成本分析的方法 这静方法豹基本嚣鼹楚将发电巍瓣逛糍生产藏本宓羹上合理裂滤( 嶷发邀褰鸯己确 定) 作为报价。此方法对发电商来说比较简单、容翁掌握，缺点怒没有将其他巍争对手 的报价情况考虑进去，不一定能够实现成功竞标和利润最大化。不过，无论采取何种方 法构建发电巍的报价策略，发电成本分析是始终发魄商进行报价的基础，发电商需要计 箨窭孝趸缝载发毫残本，京缀徐薅骰裂瓣蔽本“心中肖数”。 对发电成本进行准确分析是这种方法的核心。由于在电力市场环境下存在各种不确 定因素，如负荷需求、发电机组强迫停运和燃料价格等，所以基于发电成本分析的报价 繁略稳建还要在转统熬分援方法基礁上鸯霆入一些鬏懿内容。 2 1 2 预测市场电价的方法 这静方法的基本踩瀵怒蓄先对龟力帮场中懿邀狯进彳亍颈溺，发电裔只要缀一个魄蓣 测电价略低的价格即可。这种方法原理上简单，但准确预测市场电价是非常豳难的。因 7 华北电力人学硕士学位论文 为电价预测需要对系统负荷需求、其他发电商的投标行为、输电网络的拥挤状况、电力 市场的运行状况等有全面的了解，需要有充分的历史数据。电力市场的参与者数量有限， 随机性和投机性大，电价变化起伏性大，电价规律不易掌握。但是，作为发电商报价人 员和决策人员的参考，对市场电价进行预测是非常必要的。因为电价的预报准确程度是 影响竞价决策的一个非常关键的因素，目前国内外研究者提出的提高系统电价预测精度 的措施有：一是尽量准确地考虑竞争对手的报价对电价的影响；二是提供多种电价预测 的模型和算法，根据各电力市场在具体时期的实际运行规律选择使用；三是建立短期一 中期一长期电价预测的完整体系，进行滚动预测，建立自适应修正模型。 目前预测电价的方法有很多种，如时间序列预测法、灰色系统预测方法、回归分析、 人工神经元网络预测方法、组合预测方法、小波分析方法等。也有些研究者先预测电价 的分布，然后在此基础上再建立最优报价模型。 2 1 3 估计竞争对手的报价行为的方法 这类方法通过估计其他发电商的投标行为来构造自己的报价策略，目前大多数研究 者都采用这种方法。这种方法的原理是首先估计竞争对手的报价行为，描述竞争对手报 价行为的形式有很多种，如假设竞争对手的报价服从概率分布，如离散概率分布、均匀 分布和正态分布，或者将其看作一个模糊集合，在此基础上建立最优竞价模型，求解此 优化问题得到最优报价策略。该方法的困难在于能否准确地估计竞争对手的报价行为， 可采用统计方法或者预测方法如神经网络来估计。但准确的估计竞争对手的报价行为需 要掌握充分的竞争对手的历史报价数据。但是，由于世界上大多数电力市场的运行尚未 成熟而且市场规则仍在调整中，竞争对手的历史报价数据一般不太充分，而且在有些电 力市场中历史报价数据是保密的，因此，只能通过估计竞争对手的成本再加上对竞争对 手市场力的分析来估计其报价行为。此外，由于电力市场中只有有限数目的发电商，且 报价中存在投机行为，所以很难掌握竞争对手的报价规律。因此，这种估计竞争对手报 价行为的方法还有待进一步深入研究。 2 ，1 4 基于博弈论的方法 博弈论是专门研究2 个或2 个以上有冲突的个体在有相互作用的情况下如何进行各 自优化决策的理论，可以应用到发电商报价策略的研究中。该研究方法大体可分为2 类： 第l 类是基于矩阵博弈模型，首先将候选的投标策略表示为离散量，以迎合这种模型的 特征。当投标策略为几个离散点时，可以构造各个发电商采用不同的策略组合时的收益 矩阵( p a y o f f m a t r i x ) ，进而找到一个平衡的投标策略组合，该平衡点对应于最优的投标策 略。然而，实际上如果投标策略是连续量，在这种情况下，理论上还不清楚电力市场是 华北电力大学硕十学位论文 否存在这样一个平衡点。这种方法的另一个缺点是假定了所有发电商的可选择的投标策 略为公共信息，这肯定是不现实的。这种方法可以粗略分析发电商的投标行为，但不适 于用来发展系统的投标策略。第2 类是基于寡头博弈模型( o l i g o p o l yg a m e ) ，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( s u p p l yf u n c t i o nm o d e l ) 。尽管从原理上讲， 这些模型的平衡点对应于发电商的最优投标策略，但这些模型更适于分析电力市场中潜 在的市场力，而不是构造投标策略。这是由于在应用这些模型时做了很多简化假设，这 样得到的平衡点对构造投标策略可能没有什么意义。此外，这种方法的一个共同缺点是 假设所有发电机的成本信息是公共信息，而在电力市场环境下，生产成本信息无疑是发 电商重要的内部信息，不可能公布于众。 2 2 发电商报价策略的组成 一个完整的电力市场一般包括现货市场( 即日前交易市场) 、实时市场( 短期平衡市 场) 、合同市场和辅助服务市场等四个交易市场。对于发电商而言，这四类市场都是其 参与竞争的舞台，所以发电商在电力市场中一整套报价策略也相应地包括现货市场的报 价策略、实时市场的报价策略、合同市场的报价策略和辅助服务市场的报价策略。另外， 合理分配发电商在各交易市场中参与竞价的发电容量也非常重要，这可以分散风险、提 高发电商的总利润。 当然，根据各国电力市场发展程度的不同，有些国家的电力市场中包括以上所有的 交易市场，如美国的加利福尼亚电力市场、p j m 电力市场等，有些国家却只有其中的部 分市场，此时发电商的报价策略的组成部分也相应的有所变化。英格兰电力市场的初期 模式只有现货市场( p o o l 交易) 和合同市场( 与大用户、持许可证单位及地区电力公司进 行直接合同交易) 。所以在此市场模式下，发电商的报价策略只包括现货市场的报价策 略和合同市场的报价策略。而以双边合同为主的英格兰电力市场的新模式，即新的 n e t a ( n e we l e c t r i c i t yt r a d i n ga r r a n g e m e n t ) 模式中包括双边合同市场和短期平衡市场。 因为双边合同的交易量占9 7 - - 9 8 ，所以发电商在此模式下主要侧重于双边合同市场 报价。 下面对发电商在现货市场、实时市场、合同市场和辅助服务市场的报价策略以及目 前的研究情况分别做简要介绍。 2 2 1 发电商在现货市场的报价策略 现货市场，一般指日前交易市场。在该市场中，发电商提前一个交易日提交下一交 易i z t 4 8 ( 或2 4 ) 个交易时段( 每3 0 m i n 或1 h 为一个交易时段) 的报价曲线，然后运行部门按 9 华北电力人学硕士学位论文 照一定规则选择中标的发电商并运行目前市场。上一节所列举的四种方法都可以用于构 造发电商在现货市场的报价策略，事实上到目前为止大部分有关发电商竞价策略的研究 工作都集中在这一方面。 2 2 2 发电商在实时市场的报价策略 实时市场，即短期平衡市场，在实时运行前短时问开市，各发电商申报机组的上、 下可调容量和相应报价。因为在市场实际运行时，由于非计划内的机组停运以及负荷预 测偏差等因素，发电出力和负荷出现偏差是不可避免的，所以需要设置实时市场来调节 电力不平衡，维持系统安全。可采用与构造现货市场报价策略类似的方法来构造实时平 衡市场的报价策略，不过要根据不同的报价规则作具体的调整。 2 2 3 发电商在合同市场的报价策略 合同交易可以分为中长期合同( 远期合同) 、短期合同、期货和期权交易等，差价合 同也属于中长期的金融合同。发电商可以通过签订合同来规避风险，所面i 艋的问题是如 何确定合同电量和合同电价才能使风险最小、利润最大，这也就是发电商在合同市场的 报价策略问题。合同交易可以通过竞价产生，也可以双边签订。例如在英国的n e t a 电 力市场新模式中，远期合同主要是以面对面( o v e r t h e c o u n t e r 简称o t c ) 方式签订，短期 合同交易则可以在任意一个电力交易中心中进行。因为现货市场中电价的不断波动使一 些市场参与者包括发电商面临着巨大的财政风险，所以作为一种有效的风险管理工具， 合同交易市场在电力市场中的作用逐步受到广泛重视，相应地发电商在合同市场中的报 价策略也就越来越重要。 2 2 4 发电商在辅助服务市场的报价策略 辅助服务主要包括a g c 、旋转备用、非旋转备用、替代备用、无功及电压支持、系 统恢复及黑启动。辅助服务市场是为了电网的安全稳定运行而设计的。在加利福尼亚和 西班牙的电力市场中，己建立了辅助服务市场并己运行了一段时间。在加利福尼亚的辅 助服务市场摄初运行的一段时间内，策略性的投标行为相当严重，价格剧烈波动，甚至 在负荷变化比较平稳的时间内也是如此。辅助服务市场的价格常常不合理地超出同一交 易时段的电能量市场的价格。此后，加利福尼亚市场采用了限价( 给定允许的投标价格 上限) 的方法来抑制策略性的投标行为，限制滥用市场力。引起这些问题的原因有几个 方面，包括市场结构方面的缺陷、不合理的投标规约和市场清算方法等。作为解决这些 问题的部分措施，自1 9 9 9 年8 月1 8 r 起，加利福尼亚辅助服务市场采用了理性买家算法 o 华北电力大学硕上学位论文 ( r a t i o n a lb u y e r sa l g o r i t h m ) 作为辅助服务市场的清算方法，取得了较好的效果。对发电 商而言，如何构造在辅助服务市场的投标策略以及如何与现货市场、实时市场相协调仍 是有待解决的一个重要问题。 2 2 5 发电商在各个交易市场报价中策略的协调 在实际运行的电力市场中，发电商需要统筹考虑现货市场( 即日前交易市场) 、实时 市场( 短期平衡市场) 、合同市场和辅助服务市场中的报价策略问题。如何分配在各市场 中的发电容量以及在各个市场中如何报价以使得利润最大化且风险最小化是发电商需 要解决的重要问题。 目前，有些文献讨论了发电商在现货市场和合同市场的协调报价，以及现货市场与 辅助服务市场的协调报价。因为每个交易市场的风险程度不同，如合同市场的风险要明 显低于现货市场，所以发电商要根据自己的风险偏好分配参与各交易市场的发电容量和 确定报价。 22 6 发电商在输电权市场的报价策略 很多电力市场己采用或考虑采用输电权交易市场，如美国p j m 电力市场中的确定输 电权( f i x e dt r a n s m i s s i o nr i g h t ，f t r ) ，纽约电力市场中的输电阻塞权( t r a n s m i s s i o n c o n g e s t i o nr i g h t ，t c r ) ，以及加州电力市场中的固定输电权( f i r mt r a n s m i s s i o nr i g h t s ， f t r s ) 等。对于经常发生阻塞的电力系统，受影响的发电商也应该考虑参与输电权市场 的交易与报价。发电商可以利用输电权规避网络阻塞所引起的无法充分交易的风险，也 可以获取阻塞收入。在某种程度上，拥有输电权的市场成员同时也具有市场力。从短期 看，对特定区域进行输电权控制可为发电公司带来3 方面的利益：一是能提高当地发电 厂的电价；二是能使输电权自身得到增值；三是能为输电权拥有者获取拥塞收入。 2 3 不同竞价规则下发电商的报价策略 在电力交易市场中交易方式可分为两种，一种是竞价上网，一种是双边交易。现货 市场一般采用竞价上网的交易方式，而合同市场则一般采用双边交易方式。因为各国的 具体情况不同，其电力市场中这两种交易形式所占份额也不尽相同。在英国原来的电力 市场模式中电力交易主要通过国家电网公司( n o c ) 组织的电力联营市场( p 0 0 1 ) 以竞 价的形式进行，而英国新的n e t a 模式则以双边合同为主，其双边交易量占总交易量的 9 7 9 8 。由于电能不能大量储存，因而在国内外目前运行的电力市场中无一例外地 包括现货或平衡市场。我国的电力市场刚刚开始建立，竞价上网与双边交易的份额还没 l l 华北电力大学硕士学位论文 有完全确定，但是原有的“老厂老价，新厂新价”以及差异很大的发电商还贷状况使得 实行全部电量的竞价上网还有一定困难。不过，随着我国电力改革的深入，竟价上网电 量所占的份额将逐渐增加以增强竞争程度。根据不同交易形式在电力市场中所占的比重 的不同，发电商在制定报价策略时要有所偏重。下面着重讨论在竞价上网的交易方式下 发电商的报价策略问题。 竞价上网规则的设计是以现代经济学中的拍卖理论为基础的。以不同的拍卖体制为 基础，世界上各个国家的电力市场中采用了各种不同的竞价规则，在竞价方式、报价内 容、报价函数、结算方式等方面都有所不同。相应地，发电商需要根据不同的竞价规则 制定不同的报价策略。下面对不同的竞价规则进行介绍并综述了相应的发电商报价策略 的研究现状。 2 3 1 静态竞价和动态竞价 电力市场的竞价可以分为静态竞价和动态竞价( 也称迭代竟价) 。在静态拍卖中通常 采用暗标，而在动态拍卖中则常采用明标( 叫价拍卖) 且可以根据对手的标价修改自己 的标价。静态拍卖还可以分为不同价格拍卖和统一价格拍卖。在不同价格拍卖中，如果 交易成功则按各自的标价结算。在统一价格拍卖中，如果交易成功，则不论各自的标价， 一律按统一的价格结算。在有多个买主和卖主的同种且同质商品市场中，通常采用统一 价格拍卖，以鼓励买卖双方按其边际获利或边际成本投标，取得最大的社会效益。如果 买卖双方都参与投标，这种拍卖被称为双向拍卖。目前，几乎世界上所有的以电力联营 体为基础的电力市场都采用了统一价格暗标拍卖。 2 3 2 单部分投标和多部分投标 根据报价内容的不同，发电商在电力市场中的报价可分为单部分报价和多部分报 价。单部分投标是指在这种投标规约下，发电商只投下一个交易时段的能量价格。市场 清算算法非常简单，只需要按照发电商的标价从低到高的次序选择满足负荷预测的发电 商，确定各个发电商在第2 天每个交易时段的调度计划。市场操作员并不做机组组合优 化，发电商在构造投标策略时需要计及所有的机组运行费用以及运行约束，并将这些因 素隐含在能量标价中，因为这种投标结构不能保证恢复启停费用等非能量成本。这种投 标方法不能保证发电机组运行的可行性，所以当列入调度计划中的发电机组受到运行约 束限制时，需要一种机制来修改调度计划，例如设立短期平衡市场。加利福尼亚、澳大 利亚和北欧等电力市场采用这种投标方法。 多部分投标可以包括能量价格、启动费用和停机费用等，以反映发电机组的成本结 构和运行约束。电力联营体所采用的拍卖清算算法必须同时计及能量价格和发电机组的 华北电力大学硕j 学位论文 运行约束，这需要用机组最优组合程序来完成。这种方法可以保证所得到的发电调度计 划在技术上是可行的。其中，机组最优组合问题是一个非凸非线性混合整数规划问题。 对于大规模机组最优组合问题，并不存在可以保证求得该问题的全局最优解的有效算 法。由于局部最优解不能保证在发电商间进行公平的负荷分配，这种投标方法曾受到不 少批评。应用多部分投标方法的一个典型例子是英格兰和威尔士电力市场，该市场的投 标规约要求发电商的投标中包括很多分量。 2 3 3 分段报价函数和线性报价函数 发电商在电力市场中的报价函数也不尽相同，目前各国电力市场中有分段报价函数 ( 即一系列价格电量对) 、线性报价函数以及更复杂的分段线形报价函数。英格兰电力 市场的市场规则规定发电商最多可以报三个分段价格电量对，澳大利亚电力市场则允 许最多申报十个分段的价格电量对。显然，报价函数不同，发电商的报价策略数学模 型也不同。出于分段报价函数的不连续性，所以建立优化模型和求解过程相对线形报价 函数要复杂得多。 2 4 发电商报价策略研究的其他问题 构造一整套完整的发电商的报价策略需要考虑的问题还有很多，如需要考虑约束条 件、机组组合和机组检修、市场力、风险分析等。 发电商在报价决策时需要考虑很多约束条件，例如机组运行约束和网络约束等。现 在很多研究对这些约束条件做了简化处理，而在实际应用中这些约束对发电商的报价策 略影响很大。所以，如何合理地考虑这些约束条件，构造与实际电力市场更接近、更有 效的模型是研究发电商报价策略时需要面对的难题。 一个发电商可能拥有多个不同类型的电厂，如火电厂、水电厂、核电厂、抽水蓄能 电厂等。发电商的目标是使整个公司的利润最大，这就涉及到多个发电厂的机组如何进 行最优组合以及各个电厂如何协调的问题。 发电商在电力市场中报价时会面临各种风险，所以需要对报价策略进行风险分析， 做出合理的决策。另外，在电力市场运行环境下，发电商需要有效的报价辅助决策系统， 以辅助报价人员进行报价决策。 华北电力大学硕 。学位论文 3 1 引言 第三章采用线性报价的综合报价策略研究 本章以发电侧市场为研究对象，该市场中的卖方为发电公司，买方则为单一购 买者。在本章的讨论中，暂不考虑发电商参与长期合同交易市场的情况，认为发电 商全部电量均参与现货市场竞价。对于每次交易，均采用暗标拍卖，交易中心以满 足预计需求所购买的电量的总支付费用最少为目标函数，按报价曲线确定各个机组 的上网电量，并按统一清算价进行结算。发电商如何确定最优的投标函数系数，是 本章着重讨论的内容。 本章在加州电能量市场和辅助服务市场的综合报价模型【l 】的基础上，在发电商 综合报价策略模型的目标函数中加入在实际调度中可能被调用的旋转备用容量的 收益，并应用概率学中的期望值理论将模型化简，最后应用遗传算法编程求解随机 优化问题。应用遗传算法求得发电商在两个市场线性投标函数的最优投标函数系数 后，模拟交易中心的调度过程，从而求得各个发电商在两个市场中标量和两个市场 的清算价。 3 2 发电商综合报价策略模型 3 2 1 前提 假设有n 个相互独立的发电商，每个发电商( 第j 个发电商) 向电能量市场提交 一个线性非递减投标函数，设为( 弓忙) = 口，+ ，弓扣；并向旋转备用容量市场提交 一个线性的非递减的旋转备用投标函数4 ( e n ) = 以+ 竹弓o 。式中，只扣是有功出 力，e 5 是旋转备用容量，d ，屏，吩是第j 个发电商的投标函数系数( 非负) 。 3 2 2 电能量市场的交易模型 在考虑负荷约束限值和发电出力限值约束条件下，交易中心可通过求解下列数 学模型来确定各个发电商有功出力的中标量及电能量市场的清算价： 口，+ 岛只扣= 月。 ( 3 - 1 ) 1 4 华北电力大学顾十学位论文 = q 巧：。f 订蔓p ( 煞 ( 3 2 ) ( 3 3 ) 式中，矗。表示电能量市场的统一清算价，是待定的变量； q 表示电能量市场负荷的需求，可通过预测得到，并向市场成员公开； p 生和碍：。是第j 个发电商对有功出力投标值的上下限。 上述为交易中心简化的优化调度模型，在实际操作中，交易中心是以购电费用 最低为目标函数，按各个发电商的报价曲线求解出有功出力的中标量和电能量市场 清算价；本文应用等报价法【2 3 i 近似处理，得出上述调度模型。发电商在确定报价策 略的过程中，用上述模型模拟交易中心在电能量市场的调度过程。在实际调度中， 还需增加其他约束条件，