（电力系统及其自动化专业论文）发电商在电力市场中的竞价策略研究.pdf

江苏大学硕士学位论文 a b s t r a c t e l e c t r i c i t ym a r k e t i n gi st h ei n e v i t a b l et r e n do fe l e c t r i c a li n d u s t r yi nd e v e l o p i n g i tr e s u l t si nt h ec h a n g eo ft h ec o n v e n t i o n a lp r o p e r t ys t r u c t u r eo fp o w e rs y s t e m ，a n di t c a u s e sas e r i e so fn e w t e c h n i q u ep r o b l e m s i ne l e c t r i c i t ym a r k e t ，a sac o m p a n ye n t i t y , t h ep o w e rp r o d u c e rc a nm a x i m i z eo w np r o f i tb yb i d d i n gs t r a t e g y h o wt oe s t a b l i s h b i d d i n gs t r a t e g yh a sb e c o m et h ek e yi s s u ef o rt h ep o w e rs u p p l i e r t h i sd i s s e r t a t i o n f o c u s e so nt h es t u d yo fb i d d i n gs t r a t e g yo fi n d e p e n d e n tp o w e rp r o d u c e ri nt h e e l e c t r i c i t ym a r k e te n v i r o n m e n tw h i c hi si n t r o d u c e dc o m p e t i t i o no n l yi ns u p p l ys i d e f i r s t l y ，ac o m p r e h e n s i v ei n t r o d u c t i o no ft h er e c e n tw o r ki nt h i sa r e ai sm a d e ，a n d t h ee m p h a s i si sp u to nt h ec o m p a r i s o na n da n a l y s i s t h i sp a p e rr e s e a r c ht h ee l e c t r i c i t y e x c h a n g em o d e la n dm a r k e tc l e a r i n gp r i c es e t t l e m e n tm e c h a n i s ma n df o r m i n gp r o c e s s s e c o n d l y , t h ep a p e rd i s c u s s e dt h ep o w e rm a r k e tc l e a rp r i c e ，u n i f i e dg e n e r a t i o nu s i n g l i n e a ro f f e rf u n c t i o n ，a n a l y z e dt h ec o n d i t i o n su n d e rt h ep e r f e c ti n f o r m a t i o no nt h e i r s t r a t e g i ci tc a ni n f l u e n c eg e n e r a t i o ns u p p l i e r si n c o m ea n di m p r o v et h em a r k e tp r i c e e s t a b l i s ham o d e lw h i c hc a nr e f l e c tt h eb a s i cc h a r a c t e r i s t i c so ft r a n s a c t i o n s ，a n dt h e m a t h e m a t i cm o d e lo fs t r a t e g i ci m p o r t a n c et oo f f e rt h es i m u l a t i o na n a l y s i s b a s e do n t h ea b o v e ，t a k i n gi n t oa c c o u n to ft h eu n c e r t a i nf a c t o r s ，u s i n gp r o b a b i l i t yt h e o r yt o d e s c r i b et h er i v a lb e h a v i o r , at w o l e v e lm o d e lo fb i d d i n g st r a t e g i e sb a s e do n p r o b a b i l i t yt h e o r yi se s t a b l i s h e d ，t h em a t h e m a t i c a lm o d e lo ft h ea l g o r i t h ma n dt h e f r a m e w o r ki sp r e s e n t e dw h i c hi su s i n gg e n e t i ca l g o r i t h mt og e tt h eo p t i m a lb i d d i n g p a r a m e t e r s i ti ss t u d i e dt h a tt h ee f f e c t so ft r a n s m i s s i o nc o n g e s t i o no nt h eb i d d i n g s t r a t e g i e sa n dt h ep r o f i t s t h ep r o b l e mo fd e v e l o p i n go p t i m a lb i d d i n gs t r a t e g i e sf o r g e n e r a t i o ns u p p l i e r sw i t ht r a n s m i s s i o nc o n g e s t i o nt a k e ni n t oa c c o u n ti ss y s t e m a t i c a l l y i n v e s t i g a t e d ，a n dam e t h o d o l o g i c a lf r a m e w o r kf o rs o l v i n gt h i sp r o b l e mi se s t a b l i s h e d f i n a l l y , w i t ht h ec a s e so ft h e4 - b u ss y s t e ma n d14 b u ss y s t e m ，t h ea b o v eb i d d i n g p r o b l e m sa r ec a l c u l a t e da n da n a l y z e d t h es i m u l a t i o nr e s u l t ss h o wt h a tt h ep r o p o s e d m e t h o di sp r a c t i c a b l ea n di tc a nb ea d o p t e dt og u i d et h eg e n e r a t i o ns u p p l i e r st od r a w 江苏大学硕士学位论文 u pb i d d i n gs t r a t e g yi nt h ee l e c t r i c i t ym a r k e t k e y w o r d s - e l e c t r i c i t ym a r k e t ，b i d d i n gs t r a t e g i e s ，g a m et h e o r y , g e n e t i ca l g o r i t h m ， c o n g e s t i o nm a n a g e m e n t i v 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学 校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查 阅和借阅。本人授权江苏大学可以将本学位论文的全部内容或部分内容编入 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和汇编本 学位论文。 保密口，在年解密后适用本授权书。 本学位论文属于 不保密。 学位论文作者签名： 嘲炙唧 、 f 签字日期：圳力年多月2 ，日 翩虢青力晦 签字日期：纠年月2 n 独创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行 研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容以外，本论文不包 含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究做 出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识 到本声明的法律结果由本人承担。 邪丫 龙 r r t 羔 上 、百 月 名d 签 亡一 粼 年 怍 户 文 沙 论 ： 位 期 学 日 江苏大学硕士学位论文 1 1 课题的选题背景 第一章绪论 电力是具有自然垄断特性的准公共产品，由于其在国民经济中的基础地位 和本身的特殊性质，长期以来电力行业在世界各国都由国家垄断经营，发电、 输电、配电都由国家控制，并由政府进行电价调控和生产调度。随着全球经济 的迅速发展，电力工业面临着前所未有的挑战，电力工业高度垄断经济的负面 影响逐步体现出来，电力工业缺乏竞争压力，经营管理因循守旧，严重阻碍了 技术进步乃至社会生产力的提高【l 】。 为了增加电力工业的活力，自2 0 世纪8 0 年代末起，电力行业改革的浪潮 席卷全球。电力改革的基本思想是，对垂直一体化经营的电力系统，不同程度 地放松或解除管制、引入竞争、提高效率；改革的核心是，将发电、输电、配 电的主要功能分解成在商业运营方面相互独立的实体，将电力、电量、输电服 务、辅助服务等商品，尽可能精确地表示为电价，将电力系统的各种操作以经 济尺度加以衡量，在所有市场参与者之间公平公正地分摊相关费用【2 j 。 到目前为止，全球已有不少国家都进行了电力工业的市场化改革。早在上 世纪八十年代英国和美国就开始了电力工业改革，是电力市场改革的开拓者。 随后同本、澳大利亚、挪威、瑞典、新西兰、印度、阿根廷、智利及东欧国家 都先后卷入了这股电力工业改革的洪流，并激励了世界上其他各国的市场化发 展进程【3 1 。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，这 对我国电力市场结构和运营模式的设计产生深远影响。 我国自1 9 9 6 年下半年丌始，电力供需矛盾有了一定缓解，基本满足了国民 经济发展的需要和同益提高的人民生活水平对电力的需求。随着电力工业的迅 速发展和城乡电网大规模技术改造的实施，电力工业市场化运营的环境同趋成 熟。1 9 9 8 年开始，我国撤消电力工业部，成立了国家电力公司。在辽宁、吉林、 黑龙江、山东、上海和浙江6 个电网内开展模拟电力市场。 2 0 0 2 年3 月，国务院正式批准了电力体制改革方案【4 】，这是我国电力 行业有史以来最大的一次变革。改革的总体目标是打破垄断，引入竞争，提高 江苏大学硕士学位论文 效率，降低成本，健全电价机制，优化资源配置，促进电力发展，推进全国联 网，构建政府监管下的政企分开、公平竞争、开放有序、健康发展的电力市场 体系。改革的第一步是在发电环节引入竞争机制，实行竞价上网1 5 1 。为此，首 先要全面实现“厂网分开，将国家电力公司管理的电力资产按照发电和电网两 类业务进行划分。发电环节按照现代企业制度要求，将国家电力公司管理的发 电资产直接改组或重组为规模大致相当的5 个全国性的独立发电公司，逐步实 行“竞价上网”，开展公平竞争。电网环节成立国家电网公司和中国南方电网有 限责任公司。国家电网公司下设华北( 含山东) 、东h l ( 含内蒙东部) 、华东( 含福 建) 、华中( 含川、渝) 和西北5 个区域电网公司。国家电网公司主要负责各区域 电网之间的电力交易、调度，参与跨区域电网的投资与建设；区域电网公司主 要负责经营管理电网，保证供电安全，规划区域电网发展，培育区域电力市场， 管理电力调度交易中心，按市场规则进行电力调度。区域内的省级电力公司可 改组为区域电网公司的分公司或子公司。 2 0 0 2 年底，电力工业进行了资产重组，新成立了1 1 家电力公司。2 0 0 4 年， 规划了东北、华东、南方、华中、华北和西北6 个区域电力市场。着眼于电力 工业在新形势下的新发展，“厂网分开、竞价上网 推进电力市场化改革已经成 为共识。 电力市场的运营模式是多种多样的，各国的电力工业根据对发、输、配、 售四个环节的开放程度不同，其运营模式也分别不同。目前，我国的电力市场 所采用的是电网调度运行和市场交易一体化的电力联营体模式，六个试点省市 的电力市场均采取该运营模式。由于我国的电力市场改革尚处于探索初期，虽 然国外电力市场有多年的实践经验，但具体国情不同，无法照搬他国的市场模 式，所以中国的电力市场有着自身的特点。总结几个试点的省级电力市场的情 况，具体如下： ( 1 ) 发电侧电力市场和单一购买者模式 将电网经营企业拥有的发电厂与电网分开，组建具有独立法人地位的发电 实体，即独立发电商。只开放发电侧电力市场，继续保持输、配电一体的管理 模式。国内现行的电力市场的运行方式主要是“1 + n ”模式，“1 是指电力市 场的单一购买者，即电网公司；“n ”是指参与市场竞争的各个独立发电商。绝 2 江苏大学硕士学位论文 大多数用户不能直接与发电公司签订购电合同，只能由电网公司采用零售的方 式供电。 ( 2 ) 电能交易方式 按照时间划分，电能交易方式一般可分为合同交易、现货交易、实时交易。 为避免缺电时电价急剧上升的风险，保证电力市场的稳定运行，电网运营企业 必须与各发电商签订一定数量的长期合同。在几个试点的电力市场中，长期合 同电量均保持在总量的8 0 - 8 5 。随着市场的发展和完善，长期合同的比例 将逐渐减小，并最终由市场决定的期货交易合同所取代。 现货交易是由发电企业通过市场竞价产生的次日或者未来2 4 小时的电能 交易，主要是同前市场的电能交易。电力交易中心先公布次r 的预测负荷，参 与竞价上网的发电机组根据预测负荷和自身情况向交易中心提交下一个交易时 段的最大可用容量和相应的电价。交易中心按报价从低到高的次序将所报容量 进行排序，直到与该时段的预测负荷平衡，再根据排序确定该交易时段发电机 组的加载顺序，最后加载的机组的报价即为系统边际电价，所有竞价成功的发 电机组均按系统边际电价统一出清结算。 实时交易是指在交易同当天进行的电能交易。由于电力工业的特点，要求 发电与负荷实时平衡，但电力系统运行过程中存在负荷预测误差及系统运行状 况的变化，提前一天制定的发电计划与实际负荷需求之间往往存在差别，需要 实时调整发电计划。作为长期合同和现货交易的补充，实时交易在预测负荷与 实际负荷出现偏差后，起到平衡发电与负荷的作用。 ( 3 ) 上网电价的竞价机制 在几个试点的电力市场中，一般安排当年市场需求的1 0 一- 2 0 作为竟价上 网的电量。由于前几年我国电力紧缺，为鼓励投资者建设发电厂，国家出台了 一系列保证机组年利用小时数和上网电价的优惠政策，这种合同一般有效期限 较长。为了在实行竞价上网的同时解决原有售购电合同问题，各试点单位在建 立电力市场的探索中提出了包括“差价合约”、“履行合约、“竞价合约”等在 内的多种方案。这些方案的核心是双轨制竞价机制，即基本电量部分按国家批 准的合同电价结算，竞价电量部分按竟价电价结算。目的是既要考虑原有还本 付息政策的延续又要引进竞争机制，推动电力市场的发展。对于竞价电量，各 江苏大学硕士学位论文 试点单位大多采用系统边际电价作为结算电价。同时，为了规范市场行为，防 止购电费用过高和恶性竞争，对发电商的报价设置了最高和最低限价。 当前，我国已初步完成了电网公司、独立发电商及其他相关市场主体的重 构工作，国内电力市场正处于开放发电侧的初级阶段。竞争的市场环境给独立 发电商提出了更高的要求和很多值得深入研究的课题，如发电成本的动态分析， 系统边际电价的预测，竞价上网时的报价策略的研究等问题。本文从发电商的 角度出发，基于联营体的电力市场结构和统一出清电价机制，研究发电商在竟 价上网时的发电和报价策略问题。 1 2 课题的研究意义 新的电力市场环境给电力工业提出了更高的要求和许多值得深入研究的课 题。总体来看，电力市场理论研究的方向大致分为九个方面，分别为政策环境 和市场结构、电价体系、交易机制、技术支持、市场环境下的调度和控制、市 场机制下电力系统安全稳定分析方法和控制策略、电力市场经济稳定性及阻塞 管理机制、电力市场中安全与经济的协调以及市场环境下输电网络管理。研究 发电商在电力市场环境下的竟价策略问题以及分析电力市场中发电商的策略性 行为就是技术支持领域中的一个热点问题【2 j 。 发电商的竞价策略是指发电商在电力市场进行电力交易时根据市场规则进 行报价决策时所采取的一整套策略。在理想的、完全竞争的电力市场中，发电 商为了最大化个体收益，其最优的竞价策略是将电力价格设定在系统边际成本。 但由于电力工业存在着许多特殊性，如存在进入壁垒投资规模大、市场成员相 对固定而且个数有限、输电约束和输电损耗等问题，在给定的地区内只有有限 的若干电厂参与竞争，电力市场事实上更接近于寡头垄断的市场。这样，发电 商可以不按边际成本作为竞价策略，而是利用电力市场结构和规则的不完美性， 合法的进行投机来获得更大的收型1 】【2 】。 对于发电商而言，策略性的报价可以增加自身的收益。特别是我国的电力 市场刚刚起步，新组建的发电公司对市场环境还不熟悉，急需完善的报价策略 理论作为指导，以及高效的报价辅助决策工具来帮助决策人员和报价人员进行 报价决策。所以本课题的研究具有重要的理论和实际意义。 4 江苏大学硕士学位论文 对于电力运营者而言，必须提供有效的竞价算法和规则，使所有参与竟价 的电力用户处于平等和合理的地位同时竞价算法还应使竞价的过程公正和高效 的进行。因此研究和考察发电公司的报价行为，有助于考察发电公司滥用市场 力的行为，从而识别市场结构和市场规则中存在的漏洞，促进电力市场政策法 规的不断完善。所以本课题的研究结果对制定电力市场的政策有一定的帮助。 1 3 本课题的研究现状 报价策略问题主要是针对电力联营体结构的电力市场。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。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，即投标方不公布报价，交易 成功者一律按统一的市场出清价格结算。不同于垄断体制，作为电力市场竞争 的主体，独立发电商将采用某种竞价策略，通过调整报价参数，来实现其自身 利益最大化的目的。通常认为在理想的完全竞争的电力市场中，发电商的最优 竟价策略是按边际成本报价。然而，实际的电力市场往往是一个不完全竞争的 市场，这样发电商就可以利用市场结构的非完美性，通过策略性报价获取超额 收益。如果一个发电商没有以边际成本作为报价策略，而试图通过利用市场结 构的缺陷来增加收益，这种行为就是策略性的报价【6 】。 近几年来，国内外学者在研究发电商报价策略方面作了相当多的工作，发 表了不少研究论文。文献 7 】给出了完整的电力市场竞价模型与原理，指出了经 典经济调度程序可直接用于电力市场竞价。文献【8 】提出了一种综合考虑机组发 电成本和市场电价变化的发电与报价优化策略。文献【9 】研究了发电商的风险选 择对其报价策略的影响，通过指数型效益函数计入发电商的风险取向，得到考 虑竞价失败损失和发电商风险取向的最优报价策略。文献【l o 】对2 0 0 2 年以前的 独立发电商在r 前市场的竞价策略方面的研究工作做了比较全面的综述。但随 着电力市场的发展，新的问题不断出现，有关发电商报价策略的研究更加活跃， 新方法、新思路层出不穷，这里结合最新文献对近几年国内外的研究工作进行 简要综述。本文借鉴文献【1 1 】中的分类方式，将构造发电商报价策略的方法大体 分为四大类：一是基于成本分析的方法；二是通过预测市场出清电价；三是通 5 江苏大学硕士学位论文 过估计其他发电商的投标行为；四是基于博弈论的方法。下面对这四种方法分 别进行介绍。 1 3 1 基于成本分析的方法 基于成本分析的方法是国内电力市场中参与竞价上网的发电厂商普遍应用 的一种竞价方法。这种方法的基本思路是将发电商的电能生产成本加上合理收 益作为上报电价。 成本分析是发电商进行报价的基础，对发电机组的成本进行准确分析和预 测是这种方法的核心。因为在电力市场环境下存在各种不确定因素，如负荷需 求、机组强迫停运和燃料价格等，所以成本分析在传统分析方法的基础上还要 加入一些新的内容。文献 1 2 】以实时成本为基础制定发电商的报价策略，其报 价策略是在实时成本的基础上加上收益和税金作为其报价，并考虑在不同负荷 时段设置不同的利润率。文献【1 3 】基于边际成本的定义和随机生产模拟技术， 提出了一种短期发电边际成本的概率学预测方法，不仅能给出发电边际成本的 均值，而且能得到其概率分布函数，同时还考虑了预测提前时间对发电机组强 迫停运率的影响以及负荷预测不确定性的计入方法。 此方法对发电商来说比较简单、容易掌握，缺点是没有将其他竞争对手的 报价情况及系统中负荷的实时波动考虑进去，因而很难达到收益最大化的目的。 电力市场条件，市场电价不可能与某一个发电厂商的发电成本始终保持一致， 因此如果发电商单纯以自身机组的发电成本报价常常会严重偏离外部的市场电 价。当成本报价高于市场电价时会导致机组落选而被迫停机，当成本报价大大 低于市场电价时则会造成收益空间浪费而无法得到最大发电收益。因此，按发 电成本报价由于没有考虑市场因素而缺乏动态灵活性，根据该方法制定的报价 只是一个可接受的报价而不是最优的报价。 1 3 2 预测市场出清电价的方法 这类方法原理上比较简单，首先预测出市场统一出清电价，如果该价格高 于自身的成本价，发电商只需要以稍低于市场出清价的价格报价即可。目前预 测m c p 的方法有很多，例如模糊建模法【1 4 】、时间序列法【1 5 j 、神经网络法【1 6 。1 引、 6 江苏大学硕士学位论文 回归分析法【1 9 1 、小波分析法【1 8 】等。然而，预测市场出清电价是一个相当复杂的 任务，这需要对系统负荷需求、其他发电商的投标行为、电力市场的运行状况、 网络潮流以及输电阻塞状况有一个比较全面的了解，需要有充分的历史数据。 但在大多数的电力市场中可供查询的公开数据十分有限，因此想要准确预测市 场出清电价是非常困难的。 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。文献【2 0 】基于企业利润最大化原则，提出一种综合考虑机组发电成本和市 场电价变化的发电与报价优化策略，建立了带有多项安全约束条件的机组出力 优化方案数学模型。采用改进的遗传算法对模型进行求解，得到机组各时段最 优出力，最后通过引入自定义的报价风险系数，综合各台机组的优化计算结果 得到合理有效的全厂发电报价计划。文献 2 1 】通过动态聚类和b p 神经网络模型 对市场出清电价进行预测，引入报价因子的概念，构造了兼顾利润和风险的发 电企业最优报价策略模型。文中将风险管理中的概率分析方法及效用分析理论 引入报价方案的利润和风险评估中，并给出了求解方法，为解决计及风险的情 况下构造发电企业的报价策略问题提供了新的途径。文献【2 2 】给出的模型是以 单个报价时段单个机组的利润最大化为其目标函数。根据由模糊神经网络法预 测出的市场出清电价，并由一定的置信区间控制其误差范围，在满足发电机组 技术约束的条件下，利用遗传算法寻优，从而得到发电商最优报价策略。 在此类方法中，市场出清电价的预测精度是影响竞价策略的关键因素。尽 管许多研究者为提高电价的预测精度采取了一系列改进措施，但目前尚无哪种 方法可做到非常精确的预测。因而，有学者对这种方法进行了有效的延伸，先 预测电价的概率分布，然后在此基础上再建立最优报价模型。文献【2 3 】首先用 一套合适的工具预测下一个交易同每小时市场清除价的概率密度分布函数，然 后在此基础上构造利润最大化的模型。文献【2 4 】针对安大略省( o n t a r i o ) 的电力市 场，设计了基于预测电价分布的发电商2 4 小时竞价模型。文中根据发电商对风 险的态度把他们分为两类( 冒险型和保守型) ，并给出了各自的报价策略。文献 2 5 】 在市场交易为按报价价格结算的前提下，建立了基于电价分布概率预测的报价 策略模型，针对市场竞价中申报数据的要求设计了独特的遗传操作算子，并采 用二维实数编码的改进遗传算法优化求解。采用概率分布的方法来描述竞争对 7 江苏大学硕士学位论文 手的报价行为，适用于运行比较成熟、可用历史数据充分的电力市场。而对于 运行不久的电力市场，因为竞争对手报价的历史数据不够充分，而且在有些电 力市场中历史报价数据是保密的，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。 1 3 3 估计竞争对手报价行为的方法 这种方法的原理是首先根据市场上可获取的信息用概率的方法或者模糊的 方法来估计其他发电商的报价行为，在这个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。文献 2 6 最早研究了发电商的投标策略问题，在 假设电力市场是完美竞争的前提下，针对英格兰和威尔士电力市场构造了一个 概念化的随机投标模型，并采用动态规划法求解。文中用概率方法来模拟其他 发电公司的投标行为，并计及负荷变化、机组启停机成本等因素。 用该方法研究报价策略问题的主要难点在于如何准确估计竞争对手的报价 行为，特别是在市场的相关信息不完全获知的前提下，各国学者为此提出了一 些解决方法。文献【2 7 】针对运行不久、历史数据尚不充分的电力市场，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商报价策略的模 糊优化模型。文献 2 8 】用m a r k o v 过程理论分析系统负荷在各时段的概率分布状 态、竞争者各时段报价的概率分布状态，将报价方案的选择转化为报价系数的 选择，根据时段的不同，对发电商的报价系数进行调整，使整个报价周期的利 润最大。文献【2 9 】针对需求刚性的发电侧电力市场，在分析了已有竞价策略研 究的基础上，通过微分方程法获得最优竞价策略的数学模型。根据可获取的市 场信息量的不同，给出了3 种估计竞争对手的报价行为的竞价方案：分别估计 竞争对手策略的方法；假定所有发电商策略相同的方法：将所有其它发电商视 为单一竞争对手的方法。 目前很多研究者首先假设已经估计到竞争对手的报价行为服从某种概率分 布，然后再构造合适自己的最优报价策略。文献【3 0 】假设竞争对手的报价系数 服从离散概率分布，研究了计及输电网络约束的最优报价策略问题，构造了数 学模型，并采用了蒙特卡罗仿真方法求解。但用离散概率分布来描述竞争对手 的报价行为在原理上并不合适，因为这与实际的电力市场中所采用的报价规则 江苏大学硕士学位论文 并不一致。文献【3 l 】在分析文献【3 0 】的基础上，对计及输电容量约束情况下的最 优报价策略问题进行了比较系统的研究。在假设竞争对手的报价行为服从连续 正态分布的前提下，构造了数学模型，并提出了互补直接优化方法，求解效率 较蒙特卡罗仿真法有明显提高。文献【3 2 】先假定竞争对手的报价系数服从正态 分布，将机会约束规划引入包含很多不确定性因素的报价策略研究中，构造了 兼顾收益和风险的机会约束规划的报价数学模型，并采用遗传算法求解。 1 3 4 基于博弈论的方法 博弈论( g a m et h e o r y ) 是专门研究两个或多个利益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 3 3 】。博弈论是研究市场经济的重 要工具，近年来有很多学者将博弈论引入电力市场中来指导研究发电商的报价 策略问题。它的原理是根据电力交易先构造一个博弈模型，然后寻找博弈模型 的平衡点，这些平衡点就对应发电商的最优报价策略。 文献【3 4 】基于博弈论中的n a s h 均衡思想，将竞价问题简化为完全信息下的 静态博弈，并进行了模拟分析。但在实际的电力市场中，博弈的参与者即参与 竞价的发电商个数是有限的，且各个发电商的报价策略更是相互保密的。因此， 这种封闭式拍卖交易方式可以被近似地描述成一个非协作的不完全信息博弈过 程，所以采用不完全信息博弈来进行报价研究，其模拟的结果更加接近实际。 文献【3 5 】在假设系统边际电价服从己知的j 下态分布的前提下，将发电商竞价问 题看作是竞标者同市场的博弈过程，进而把竟价问题看作是发电商和市场问的 零和二人混合对策，以发电商获得最大的期望收益为目标，最终得出基于博弈 论的最优报价策略。文献【3 6 】基于经济学中的蛛网理论( c o b w e bt h e o r e m ) ，建立 了以利润最大化为目标，并考虑机组技术约束的竞价模型，通过重复古诺模型 的均衡分析得到最优竞价策略。文献【3 7 】给出了各发电商的报价电量不同时的 不完全信息竞价博弈模型。该模型考虑了发电商的单位成本、竞价成功的概率、 以及预期的市场清出电价等因素，通过求解模型得出了发电商最优报价的一般 表达式。文献 3 8 】采用进化博弈论的思想，结合市场的实际情况对发电商报价 的动态特征进行建模，最后采用遗传算法对模型求解。文献【3 9 将区域电力市 场中独立发电商的竞价过程视为一个离散的时间过程，通过对不同市场供求情 9 江苏大学硕士学位论文 况下的发电商竞价策略进行研究，得到了发电商竞价成功概率与市场竞价电量 空间之间的函数关系，并根据此建立了竞价策略的离散时间的进化博弈模型。 在基于博弈论的方法中，对一个实际问题怎么建立合理的博弈数学模型来 定量描述是一个难点，特别是如何将数学表达转化为一个特定的规格化的博弈 问题以便运用现有的方法求解。而在实际应用中，模型的均衡点有可能根本不 存在或有多解而难以判断何为最终的合理解。另外，相比于双方博弈，多方博 弈更适用于发电商报价策略研究，这方面需要更多的关注。 实际上，在用这类方法建立报价策略模型时都默认了一个隐含的假设：所 研究的发电商是电价接受者，其报价策略不会影响市场出清价。而实际的电力 市场更接近于寡头垄断市场，这个假设很难成立。因此，此类方法更适合于发 电商的报价策略对市场出清价格影响相对较小的情形。 1 4 主要工作和内容安排 从前面可以看出，如何构造发电商报价策略是一个复杂而困难的研究课题， 其中有很多问题有待探讨。本课题主要工作就是从我国的电力市场的实际情况 出发，通过对发电侧引入竞争的电力市场进行分析，并且根据实时电价理论和 竞价上网的基本原则，在分析发电机组的运行成本的基础上，对独立发电商的 竞价策略进行相关的研究。在电力市场环境下，充分了解自身机组的运行成本 是参与竞价的独立发电商进行合理竞价，确定报价策略的基础。本文的主要工 作安排如下： ( 1 ) 对发电商竞价策略的研究现状进行了综述和总结，对现有的竞价策略方 法进行了对比和分析。 ( 2 ) 阐述电力市场的概念、结构及运营模式、交易模式，并指出了各运营模 式的特点。分析电力市场中出清电价的形成过程。 ( 3 ) 在完全信息下，建立一个能体现联营体交易基本特征的竞价策略模型， 并给出了相应的求解方法。重点研究了策略性的报价对发电商竞价效益的影响。 ( 4 ) 考虑竞价过程中的不确定性因素，在采用概率函数描述竞争对手报价行 为的基础上，建立了基于概率论的竞价策略模型。提出了针对该优化模型的求 解算法和框架。 l o 江苏大学硕士学位论文 ( 5 ) 研究输电阻塞对发电商竞价策略和竞价效益的影响，在考虑输电阻塞情 况下，建立发电商竞价策略模型，在上述求解框架的基础上给出了相应的求解 方法。 ( 6 ) 总结论文所做的工作，提t t l ) l , 个值得深入研究的问题，并指出未来的研 究方向。 江苏大学硕士学位论文 第二章电力市场的运营交易模式及出清电价结算机制 2 1 电力市场的概念 狭义的电力市场【2 】一般是指发电市场、输配电市场、供电市场、用电市场、 电建市场等。广义的电力市场，可以根据商品的市场属性和电力商品的特殊性 加以说明，但目前还没有统一的定义。目前比较流行的定义为：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的 总和。电力市场的管理机制是指，主要借助经济手段进行管理，不同于传统的 行政管理机制。电力市场的执行系统包括贸易场所、计量系统、计算机系统、 通信系统等。 电力市场的基本特征是：开放性、竞争性、计划性和协调性。与传统垄断 的电力系统相比，电力市场最大的特征是具有开放性和竞争性。与普通商品市 场相比，电力市场则具有计划性和协作性。 电力市场的实质是通过建立一个充满竞争和选择的电力市场运营环境来提 高整个电力工业的经济效益。竞争和选择是电力市场相互依存的两个方面。对 发电商来说，电力市场的本质是引入竞争机制，使各发电公司提高效率，从而 获得更大的经济效益；对电网公司来说，电力市场的本质是按照公平、公正、 公开的原则，以实现全社会福利最大化的目标进行经济调度和运营，实现资源 的优化配置；对电力用户来说，电力市场的实质是为他们提供了选择电力供应 商的权利，使他们能获得低价优质的电能。 电力市场的总体目标是：打破垄断，引入竞争，提高效率，降低成本，健 全电价机制，优化资源配置，促进电力发展，推进全国联网，构建政府监管下 的政企分开、公平竞争、开放有序、健康发展的电力市场体系。 2 2 电力市场的结构和运营模式 电力工业放松管制后出现了许多全新的实体。这些实体包括：发电商、发 1 2 江苏大学硕士学位论文 电经纪商、电力交易中心、系统操作员、辅助服务供应商、电网拥有者、计划 协调者、配电商和零售商。研究和确定这些实体的功能及其组合，以及相应的 市场结构和交易模式，是电力市场成功运营的前提。电力市场与普通商品市场 一样，生产者按照“边际收益等于边际成本”的收益最大化原则确定产量，既 存在垄断，也存在竞争。从世界各国电力工业的发展来看，总的趋势是朝着完 全竞争的市场结构发展。在不同电力管理体制下，电力市场的运营模式可以分 为以下4 种： ( 1 ) 垄断模式 集发电、输电、配电为一体，进行统一垄断经营，如图2 1 所示。为限制 垄断利润，国家通过法律法规手段对电价实行管制。 图2 1 垄断模式 这种模式在一段时期内，对工业积累资金、大规模滚动发展、统一电网规 划和建设起到了重大的作。但随着电力供应的不断扩大，电力供需矛盾的缓和， 这种模式的弊端就逐步显露出来。国家已不堪电力投资的重负，而且国有资产 的增值、保值责任难以落实。因此这种模式已不能适应当今电力市场的发展， 必须引入竞争的市场机制。 ( 2 ) 发电竞争模式 该模式即厂网分开、竞争上网的运营模式。在这一模式下，输电和配电仍 然是垄断经营。这种模式允许存在独立发电商i p p ( i n d e p e n d e n tp o w e rp r o d u c e r ) ， 但i p p 生产的电力仍由电网垄断企业单独收购，再卖给广大电力用户。i p p 的 出现表明，发电侧电力市场得以形成，单一购买者从许多不同的发电商中选择， 以鼓励发电阶段的竞争。不允许直接进入输电网络卖电给最终用户。购买中介 在输电网和与最终用户的交易上有垄断权。这是将竞争引入到电力工业的最初 1 3 江苏大学硕士学位论文 模式，如图2 2 所示。 图2 2 发电竞争模式 ( 3 ) 趸售竞争模式 这种模式的标志是：发电竞争，输电网开放( 但配电网仍然垄断经营) ，大 用户获得选择权，其核心是输电网开放。签于此，又有人将其称为电力转运模 式。发电企业公平竞争、竞价上网，允许电力大用户直接从发电企业购买低价 的电力，通过统一电网或互联电网予以转运。所谓转运就是由发电企业和用户 直接签订购电合同，通过交纳过网费的办法，利用输配电网，由输电公司负责 转运电能。在电力转运模式中，有竞争的发电市场，也有垄断经营的输电市场 和竞争的销售市场。这一阶段是电力市场的成长阶段，在发电与电网分离后， 输电与配电分开经营、发电竞争、输电网丌放，并提供有偿的服务：配电公司 对最终用户仍然有垄断权。发电、输电、配电以及售电各个环节之问的交易流 向如图2 3 中的实线箭头所示。 叶 模式三中发电、输电、眦电和售电各个环节的交易流向 模式四中发电、输电、陀电和售电符个崩：节的交易流向 ( 4 ) 零售竞争模式 图2 3 趸售竞争模式和零售竞争模式 1 4 江苏大学硕士学位论文 零售竞争模式的标志是：发电竞争，输电网和配电网开放，所有用户均获 得选择权，其核心是配电侧电力市场全面开放。它是电力市场发展较成熟的阶 段，发电竞争，输电开放，配电被从完全竞争的零售活动中分离出来。零售竞 争通过将所有用户都带入市场来产生非常强大的竞争力。这一阶段，不仅在发 电环节，而且在零售环节，都展开较完全的竞争。发电、输电、配电以及售电 各个环节之间的交易流向如图2 3 中的实线箭头和虚线箭头所示。 2 3 电力市场的交易模式 电力市场的交易模式通常按进行电力电能交易的主市场的组织形式来定 义，按市场开放程度不同，主要有三种模式： ( 1 ) 单一买方电力库( p 0 0 1 ) 模式 英国1 9 9 1 年改革采用的模式就是典型的电力库模式，该模式也称单一买方 或“n + i 模式，我国六个试点省市的发电侧电力市场均采取该交易模式。该模 式只要求“厂网分开 ，在交易形式上，只有发电厂商报价，由电力交易中心接 受报价并按最小成本收购电力；交易计划通常在同前进行，属于电力现货批发 交易。其最大的特点就是将电网看作电能交易中心，所有发电商和用户与电网 运营中心发生经济关系。英国、智利、阿根廷等国以及美国p j m 电力市场、澳 大利亚v i c t o r i a 电力市场都属于这一类市场模式。 该模式的优点是：模型简单，而且易于操作，由于p x 与1 5 0 同属于一 个公司，系统操作与原来的垂直一体化的经济调度基本一致，利于平稳过渡； 发电厂商仍服从集中计划和调度，各种辅助服务一般在同l j i 市场上同时计划， 利于系统安全稳定运行；采用暗标拍卖的方式，统一的市场清算价方法； 发电公司和用户通过( p 0 0 1 ) 进行交易。 缺点：由于电力交易中心p x ( p o w e re x c h a n g e ) 与系统操作员s o ( s y s t e m o p e r a t o r ) 同属于一个公司，使得电网的权力过大，市场的透明程度不高，调度 不公的问题依然存在；电力交易中心是唯一的买方，对用户而言又是唯一的 卖方，可能操纵市场，且用户没有选择权，市场竞争有限，必须加强监管。 输电网的运行费用及其它花费都由用户负担，很不合理。 ( 2 ) “电力库十双边交易”模式 江苏大学硕士学位论文 该模式在电力库交易外，允许配电商和大、中电力用户直接与发电厂商进 行双边交易，由买卖双方通过协商确定价格；同时，要求在厂网分开的基础上 进行“输配分开 ，至少输电和配电独立核算，输电网的运营者为双边交易提供 “过网”服务、并收取过网费。双边交易通常采取远期合约交易的方式，它给 用户以选择权，起到增进市场竞争性、平抑电价的作用。 根据国发 2 0 0 2 5 号文件，我国将逐步开放大用户和发电厂商间的双边交 易。在双边交易中，过网费的收取是一个相当复杂的问题，它不仅涉及到输电 网的投资回收和网损补偿，还涉及到为保证双边交易实施所需的辅助服务获取 和付费问题，此外，双边交易的具体实施和调度还涉及到输电可用容量和系统 安全性等一系列复杂问题。 ( 3 ) “双边+ 多边交易 模式 该模式的主要优点是为用户提供了更多的选择权。首先，用户仍然可以保 留远期合约为主的双边交易方式，而现货市场采用经纪人系统，这是一种多边 交易，它不同于电力库的主要特点是同时接受发电厂商和用户的报价，以最小 成本实现最大效用为原则进行购售匹配；其次，该模式要求配售分开，允许史 多的用户、包括一些不具备配电网的电力零售商参与经纪人系统的报价和竞争； 第三，多边交易的形式可以用于电力远期和期货交易，这些交易可直接由多个 交易谈判达成、也可通过经纪人撮合成交，因此交易形式最为自由。然而，由 于发、输、配、售完全分离，该模式下系统的安全稳定运行需要复杂的协调机 制。与p o o l 模式相比，该模式下的竞争更加充分。美国加州电力市场以及北欧 电力市场、新西兰等国的电力市场就是属于这种模式。 我国近期( 2 0 0 0 , - 2 0 1 0 年) 采用国家一大区一省级三级电力市场结构，其间多 采用基于交易中心的联营交易模式，我国随着现行的p o w e rp o o l 运行方式主要 是“l 十n 模式。“l ”是指电力市场的单一购买者，即电网经营企业；“n ” 是指参与市场竞争的各个独立发电企业。电网经营企业是发电侧电力市场的单 一购买者，负责经营所有发电企业的上网电量，并保证用户用电。省级电力公 司及区域性电力市场竞争机制的不断完善，省内和省间双边多边交易将成为市 场的主要模式。由此可见，我国电力市场环境下，基于交易中心的联营交易模 式和直接双边多边交易模式将会长期共存。 1 6 江苏大学硕士学位论文 2 4 电价的形成机理 由于电力不能存储以及电力工业的特殊性，决定了电力市场不是完全竞争 市场而是更接近于寡头垄断市场，存在着博弈行为和一些未知的、不确定的因 素，发电企业可以通过策略化的竞价投标来达到企业收益的