（电力系统及其自动化专业论文）基于供应函数模型的发电商市场力研究.pdf

基于供应函数模型的发电商市场力研究 a b s tr a c t t h ew o r l d w i d ei n t r o d u c t i o no fc o m p e t i t i o na m o n gp o w e rg e n e r a t o r st ob r e a k m o n o p o l ya i m sa td e v e l o p i n gp o w e rm a r k e t sa n da c h i e v i n ge f f i c i e n tu t i l i z a t i o no f s o c i a lr e s o u r c e s i nt h er e s t r u c t u r e dp o w e rm a r k e t ，g e n e r a t o r sa tt h ee n t i t i e so f t a k i n g p a r ti nc o m p e t i t i o nc a nu s u a l l yc a r r yo u tt h e i rm a r k e tp o w e rf o rm a n i p u l a t i n gm a r k e t ， t h u st og a i ne x c e s sb e n e f i t a n di ti sa ni m p o r t a n tt a s kf a c e db ym a r k e tm o n i t o r st o e v a l u a t em a r k e tp o w e rb ya n a l y z i n gc o n d i t i o n so fm a r k e to p e r a t i n ga n ds t r a t e g i c b e h a v i o r so fg e n e r a t o r s t h em a r k e tp o w e ra s s e s s m e n ti s h e l p f u lt od e s i g n a n a p p l i c a b l e r e g u l a t i o ns y s t e ma n dc o r r e s p o n d i n gr u l e sw h i c hc a nm i t i g a t e m a r k e t p o w e ra n de n s u r ee f f i c i e n tc o m p e t i t i o n t h eo l i g o p o l yg a m ee q u i l i b r i u mt h e o r i e sa r e e m p l o y e dt os i m u l a t et h es t r a t e g i cb e h a v i o r so fg e n e r a t o r si ns p o ta n df u t u r em a r k e t s t h em a r k e tp o w e ri se v a l u a t e dw i t ht h eb e n e f i t so fg e n e r a t o r si nt h i sp a p e r b a s e do nt h e e q u i l i b r i u mp r i c e a n d o u t p u t o f p e r f e c tc o m p e t i t i o n ，t h e e q u i l i b r i u mr e s u l t si nc o u r n o ta n ds u p p l yf u n c t i o nm o d e l sa r ec o m p a r e da n a l y t i c a l l y t h ec o n c l u s i o ni st h a tt h el i n e a rs u p p l yf u n c t i o ne q u i l i b r i u m ( s f e ) m o d e li ss u p e r i o r t oc o u r n o tm o d e li ns i m u l a t i n gt h es t r a t e g i cb e h a v i o r so fg e n e r a t o r s i ns p o tm a r k e t ， t h e e q u i l i b r i u m f u n c t i o n so f g e n e r a t o r s e c o n o m i cw i t h h o l d i n g a n dp h y s i c a l w i t h h o l d i n gs t r a t e g i e s a r ed e d u c e dr e s p e c t i v e l y t h eo v e r a l ll e a r n i n gb e h a v i o r sc a n l e a dt oas t e a d ym a r k e te q u i l i b r i u ms t a t eu n d e rr e p e a t e dg a m e a n dt h ec a p a c i t y c o n s t r a i n sa r ec h a n c e so f f e r e df o rg e n e r a t o r st oc a r r yo u tm a r k e tp o w e r i nf u t u r ec o n t r a c tm a r k e t ，t h el i n e a rs f em o d e li se m p l o y e dt oa n a l y z et h e i m p a c to ff u t u r ec o n t r a c t so nm a r k e tp o w e r t h eg e n e r a t o r s i n t e r e s t so fm a n i p u l a t i n g t r a d ep r i c ea r er e d u c e db ys i g n i n gp o w e rc o n t r a c t s t h e r e f o r et h ef u t u r ec o n t r a c ti s a ne f f e c t i v et o o lt om i t i g a t em a r k e tp o w e r t h ei n c e n t i v em e c h a n i s mo fp r i c ea n d i m p a c tb e t w e e ng e n e r a t o r sa r eh e l p f u lt oe n c o u r a g eg e n e r a t o r si n t oc o n t r a c tm a r k e t f u r t h e r m o r e ，n u m e r i c a ls i m u l a t i o n s a r e g i v e ni n t h i sp a p e r ，w h i c ha r eu s e dt o d e m o n s t r a t et h ei m p a c t so fd e m a n de l a s t i c i t ya n dt h en u m b e ro fp o w e rg e n e r a t o r so n m a r k e tp o w e r a tl a s t ，s o m em e a s u r e sa r eg i v e nt om r g a t em a r k e tp o w e r t h er e s e a r c ho ft h i sp a p e ri sh e l p f u lt ot h em a r k e tm o n i t o r sf o rm a r k e tp o w e r p r e d i c t i o na n ds t a n d a r d i z i n gm a r k e tp a r t i c i p a n t s b e h a v i o r s ，t h e r e f o r e ，m o r ee f f i c i e n t m a r k e ta n dp o l i c y m a k i n gc o u l db ea c h i e v e d 1 1 硕士学位论文 k e yw o r d s ：p o w e rm a r k e t ；g a m et h e o r y ；m a r k e tp o w e r ；s t r a t e g i cb e h a v i o r s u p p l yf u n c t i o ne q u i l i b r i u m ；f u t u r ec o n t r a c t 湖南大学 学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取 得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其 他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。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后果 由本人承担。 作者签名：动淞麾 日期：伽，年j , - j 弓日 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。本人授权湖南大学可以将本学位论文的全部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。 本学位论文属于 1 、保密口，在年解密后适用本授权书。 2 、不保密团。 ( 请在以上相应方框内打“4 ”) 作者签名： 5 论论 刷磁轹彰遣寿 日期：乞。乒fr 月f 日 日期：。r 年 月届日 硕士学位论文 1 1 电力市场简介 第1 章绪论 自2 0 世纪8 0 年代以来，世界上有不少国家开始重建其电力工业，以打破垄 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 效益的最大化。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。 电力市场是相对于传统的垄断性电力工业，在实现结构重组并引入竞争机制 之后，采用法律、经济等手段，本着公正、公平、公开、互惠互利的原则，对电 力系统中的各个环节和成员组织协调运行的管理机制和执行系统的总称1 j 。 电力市场的基本目标：为发电商提供正确的价格和数量服务信号，引导其 在对现有电厂的运行和维护管理以及投资建设新电厂方面做出优化决策；为用 户提供正确的价格和数量服务信号，引导其在电能的消费方式以及在电能消费方 面进行新的投资方面做出优化决策；将电能供应中的垄断性环节与竞争性环节 相分离；在共同的市场规则下，在发电环节和售电环节引入竞争；为用户提 供更加便宜的电能；实现输电网络的全面开放，并根据网络服务者的服务质量 给予其足够的经济补偿。 在现阶段的各国电力市场中，主要存在着两种交易方式：远期合约交易和现 货交易。前者是市场中供需双方为回避市场风险，特别是电价剧烈波动的风险而 签订的一定数量的长期合约交易；后者是指按发电商的报价，提前一天确定的第 二天的发电上网交易。 1 2 国内外电力市场 世界上许多国家对传统的电力工业进行市场化改革，通过打破垄断，引入竞 争等手段，目的是建立竞争有序的电力市场，并实现电力资源的合理分配和社会 福利的最大化。 智利是最早开始电力工业市场化改革的国家( 1 9 8 2 年) 。英国则要稍迟一些， 但英国电力工业市场化改革的影响是巨大的，不仅使英国电力工业改革取得了巨 大的成功，同时也为世界各国的电力工业市场化提供了宝贵的借鉴经验。在美国， 1 9 9 2 年9 月通过的国家能源政策条例( e p a ) 标志着其电力工业结构性变革的真 正开始。1 9 9 6 年，美联邦能源管理委员会( f e r c ) 更是将输电网开放经营，这 一举措极大的促进了美国电力市场的发展。其中，美国加州在1 9 9 8 年4 月1 同正 式开始了其电力工业的市场化运营。与此同时，世界上其他一些国家，如：澳大 基于供应函数模型的发电商市场力研究 利亚、挪威、阿根廷等都开始了以建立电力市场为目标的电力工业改革。 我国自1 9 9 8 年开始在电力行业实行“厂网分开、竟价上网”的改革，并确定 了山东、上海、浙江及东北的辽宁、吉林、黑龙江6 个电网为首批“厂网分开” 的试点。该6 省的发电侧电力市场已于2 0 0 0 年6 月之前相继投入了商业化试运营。 我国的电力市场才刚刚起步，目前还处于发电侧市场的初级阶段，电力交易 基本上以合约电量为主，小部分电量竞价上网，暂时还没有辅助服务市场。 1 3 电力市场的研究领域及其特点 电力市场属交叉学科，它涉及经济、电工、法律、能源、环境等多个领域， 是社会科学和自然科学的有机结合体。从社会科学的角度研究电力市场时，主要 探讨电力市场改革所涉及到的法律、经济、社会问题，应用经济学理论分析电力 市场化改革应该注意的问题，同时采用法律、经济等手段来管理电力市场，研究 和比较各国电力市场改革的历程、现状、异同，提出改革方案、组织框架等等。 从自然科学的角度研究电力市场，则主要以微观数理经济学为基础，结合电力系 统专业知识，分析电力市场中的企业行为、市场特性，解决在建立电力市场过程 中出现的技术问题。 研究电力市场，需要用经济学的眼光来重新审视电力工业中的方方面面。例 如，电厂不再仅仅是由一系列物理设备构成的“发电机节点”，同时也是一个追求 利润最大化的生产厂商；系统制订的发电计划则是一个个具有法律效力的经济合 约。电力工业的市场化使得经济学在电力系统中的应用得到前所未有的发展，经 济学中的基本概念和名词如边际成本、机会成本、需求弹性、社会福利最大化等 等充斥于有关电力市场的研究论文之中经济学研究常用的数学工具如数学规划、 博弈论等等也迅速成为电力市场研究的数学工具。 另一方面，研究电力市场离不开电力系统的专业知识。这是由于电力生产和 流通的特殊性所造成的。电力是一种无形的商品，电力的输送只遵循物理规律。 为了保证电力系统的安全稳定运行和供需的实时平衡，要求在全系统范围内、在 不同的时间刻度上对市场交易进行协调。可以说，如果不能对电力系统的物理特 点透彻了解，不理解潮流计算、暂态稳定、自动发电控制、有功、无功等电力系 统专业的基本概念和名词，就难以对电力市场展开实质性的研究。很多资深的专 家学者早已深刻指出，虽然电力系统组织生产的方式变了，但决定系统运动的物 理规律没有改变，保证电力系统的安全稳定运行仍是电力工业的核心问题。 电力市场的出现给研究者提供了丰富的课题，例如“输电服务定价”，“发电 企业的竟价策略”、“电价预测”、“交易模型预算法”等一些全新的课题。另外， 很多传统的电力系统研究方向由于电力市场的出现而带来了新的特点，例如，电 力市场下的电网扩展规划、负荷预测等等。 硕士学位论文 1 4 电力市场的研究现状 自电力工业市场化以来，对于电力市场的理论研究工作就从各个方面如火如 荼的展开了。本节就将与本论文相关的国内外研究现状做一个简单的介绍，主要 包括：( 1 ) 电力市场中的发电商市场力预测与分析：( 2 ) 发电商策略性报价行为 的研究。 1 4 1 电力市场中的市场力研究 电力市场中市场力的研究是电力市场领域的一个研究热点，主要研究集中在 市场力的成因、表现形式、衡量指标、影响机制以及如何去抑制市场力等问题上。 市场力是指某一产品或服务的提供者能够持续地影响或操纵市场的价格，使 之一直高于完全竞争情况下的市场价格的能力t 3 。在电力市场中，通常所说的市 场力是指发电商运用的市场势力，也称卖方垄断势力( m o n o p o l yp o w e r ) ，但实际 上用户侧也可运用市场势力，即买方垄断势力( m o n o p s o n yp o w e r ) 。在电力市场 中，买者垄断势力最直接的方法是i s o ( 市场操作员) 撤掉可中断负荷，i s o 与 用户之间有不同形式的可中断负荷合约，每种合约有不同的价格，当市场购电电 价过高时，i s o 可将可中断合约电量撒掉，减少需求量，降低市场电价而从中获 利。但由于负荷的不可控，用户侧运用市场势力是很难的。目前大部分文献中关 于市场势力方面的研究都是对卖方。 市场力带来了两大影响，一是使电价升高从而使得财富从用户侧转移到发电 侧；二是造成“无效率”，形成社会损失。在电力市场中，负荷侧需求弹性低，社 会损失比转移的利润小得多。高价会导致用户减少用电量，但用户对电价通常并 不敏感，因此对用电量的影响一般不大。 目前，对电力市场市场力的研究可以归纳为3 类： 第1 类是市场力的指标度量法。最具有代表性的是市场集中度指标h h i | 4 。1 和市场力的直接度量l e r n e r 指标或p c m i 指标【4 ，。 第2 类是应用电力市场仿真器进行市场模拟1 7j 。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。 第3 类是基于博弈均衡理论的市场力分析方法8 “”。这类方法通过寻找寡头 博弈市场的纳什均衡点为研究重点，评估潜在的滥用市场力行为。这类方法的优 点是市场力的研究结合了行使市场力后的利润。 1 4 2 发电商竞价策略研究 在理想的、完全竞争的电力市场中，市场结构和管理规则应该设计良好，引 导市场进入一种充分竞争的状态，以实现社会效益的最大化。换句话说，在理想 情况下，市场结构和规则应无漏洞可钻，市场中不存在博弈行为。博弈行为可危 硕上学位论文 1 4 电力市场的研究臻状 自电力工业市场化以来，对于电力市场的理论研究工作就从各个方面如火如 荼的展开了。本节就将与本论文相关的国内外研究现状做一个简单的介绍。主要 包括：( 1 ) 电力市场中的发电商市场力预测与分析：( 2 ) 发电商策略性报价行为 的研究。 14 1 电力市场中的市场力研究 电力市场中市场力的研究是电力市场领域的一个研究热点，主要研究集中在 市场力的成因、表现形式、衡量指标、影响机制以及麴何去抑制市场力等问题上。 市场力是指某一产品或服务的提供者能够持续地影响或操纵市场的价格，使 之一直高于完全竞争情况下的市场价格的能力【”。在电力市场中，通常所说的市 场力是指发电商运用的市场势力，也称卖方垄断势力( m o n o p o l yp o w e r ) ，但实际 上用户侧也可运用市场势力，即买方萃断势力( m o n o p s o n yp o w c ：r ) 。在电力市场 中，买者垄断势力最直接的方法是i s o ( 市场操作员) 撤掉可中断负荷，i s o 与 用户之间有不同形式的可中断负荷台约，每种台约有不同的价格，当市场购电电 价过高时， s o 可将可中断合约电量撒掉，减少需求量，降低市场电价而从中获 利。但由于负荷的不可控，用户侧运用市场势力是很难的。日前大部分文献中关 于市场势力方面的研究都是对卖方。 市场力带来了两大影响，一是使电价升高从而使得财富从用户侧转移到发电 侧：二是造成“无效率”，形成社会损失。在电力市场中，负荷侧需束弹性低，社 会损失比转移的利润小得多。高价会导致用户减少用电量，但用户列电价通常并 不敏感，因此对用电量的影响“般不大。 目| j i ，对电力市场市场力的研究可以归纳为3 类： 第l 类是市场力的指标度量法。最具有代表性的是市场集中度指标t l t l i ”。1 和市场力的直接度量l e r n e r 指标或p c m i 指标 4 , 6 1 。 第2 娄是应用电力市场仿真器进行市场模拙【”。这种仿真器司以模拟复杂的 电力市场遥营和电力系统运行，有助于训练市场环境下的交易管理人员和系统运 行入员，但难以模拟各参与者的投标簧隆及其相互影响。 第3 类是基于博弈均衡理论的市场力分析方法“”。这类方法通过寻找寡头 搏弈市场的纳什均铸点为研究重点，评估港在的滥_ l l 市场力行为。这类方法的优 点是市场力的研究结合了行使市场力后的利润。 1 4 2 发电商竟价策略研究 在理想的、完全竞争的电力市场中，市场结构和管理规则应该设计良好引 导市场进入一种充分竞争的状态，l 三e 实现社会效益的最丈化。换句话说，存理想 情况下，市场结构和规则应无漏洞可钻，市场中不存在博弈行为。博弈行为可危 情况f 市场结构和规则应无漏洞可钻，市场中不存在博弈行为。膊弈行为可危 基于供应函数模型的发电商市场力研究 害系统运行或引起市场价格明显高出竞争水平，这是需要监管的。在完全竞争的 电力市场，发电公司追求利润最大化的唯一可行的竞价策略是按照机组的边际成 本报价，这时，市场的运行是最有效率的。然而实际的电力市场往往不是一个完 全竞争市场，而是更接近于寡头垄断市场，使得发电公司可以不按边际成本报价， 而是采用一定的竞价策略，咀期影响市场结算价格，从而获得比按边际成本报价 更高的利润。 在最近几年中，国内外在研究发电公司或大用户的最优投标策略时，绝大多 数是以电力联营体( p o o ) 市场为基础进行的。在这种得到普遍应用的市场模式 中，采用了统一的市场出清价方法。发电商向市场操作员提交下一个交易时段所 能提供的电力以及要求的价格。市场操作员根据预报的负荷和所有发电商的投标， 按照电力价格从低到高的次序确定发电调度和市场出清价。至于合约交易，如双 约合约，由发电商和交易中心商定合约的价格和电量。 从大的方面讲，构造最优投标策略的途径有3 类：第1 类是估计下一个交易 时段的市场出清价【m 一5 】；第2 类是估计其他发电公司的投标行为 16 - 2 0 1 ：第3 类是 基于博弈论【2 1 2 3 1 的方法2 4 ”1 。 第1 类方法在原理上相当简单。如果能够较准确地估计出市场出清价且该价 格高于成本，发电公司只需要标一个略为便宜的价格即可。然而，预测市场出清 价是一个相当困难的任务，这需要对负荷需求、其他发电公司的投标行为以及输 电拥挤状况有一个比较全面的了解。由于许多电力市场刚建立不久，历史数据尚 不充分，且市场结构和管理规则尚未稳定下来，仍处于调整中，要对市场价格做 比较准确的预报相当困难。国内外在这方面做了一些工作，重点放在如何表示市 场出清价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2 类是采用概率方法或模糊集方法对其他发电商的报价行为进行估计，进 而确定报价策略的方法。这种方法需要对整个市场中所有竞争对手的报价策略和 费用函数的分布函数的各项参数进行预测，然后利用概率论或者模糊数学的方法 得到报价曲线和收益函数的期望值，最终决定己方的竞价策略。由于大多存在不 合理假设，或数据不充分，所以很难得到有实际意义的结论。 第3 类方法应用了博弈论中的一些方法，博弈理论由于被认为能够较好的反 映市场竞争的本质而被引入到电力市场的研究中来。有不少研究工作采用了这种 方法，大体上可分为2 种，第1 种是基于矩阵博弈1 2 4 。”，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。当投标策略表示为几个离散点时，可以 构造各个发电公司采用不同的策略组合时的收益矩阵，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否存在这样一个平衡点。第2 种是基于 寡头博弈( o l i g o p o l yg a m e ) 模型1 2 ”j ，主要包括古诺( c o u r n o t ) 模型，伯川德 硕士学位论文 ( b e r t r a n d ) 模型和供应函数模型( s u p p l yf u n c t i o nm o d e l ) 。 1 5 论文主要研究工作 分析和评估一个电力市场中存在的市场力及其影响，其关键是能够准确地模 拟发电公司的策略行为及相互作用 3 3 1 。 本文在电力寡头竞争市场的完全信息假设条件下，采用线性供应函数均衡 ( s u p p l yf u n c t i o ne q u i l i b r i u m ，简称s f e ) 模型模拟电力市场中发电商行使市场 力的策略行为。通过大量的算例仿真，分析了远期合约交易、电力需求价格弹性、 市场中发电公司数目等因素对发电商行使市场力的策略行为的影响。具体来说， 本文主要研究工作包括： ( 1 ) 首先说明了电力市场中市场力产生的原因、市场结构对市场力的影响以 及常用的市场力度量指标。 ( 2 ) 分析比较了两种寡头博弈模型：c o u r n o t 模型和供应函数均衡模型，着 重推导了供应函数均衡模型。并通过算例说明了供应函数均衡模型相对于 c o u r n o t 模型用于模拟发电商行使市场力的策略行为的优越性。 ( 3 ) 采用供应函数均衡模型，推导了完全信息条件下，当发电商进行单轮投 标时，抬高报价和直接持留的均衡表达式。在此基础上研究了发电容量约束对发 电商市场力的影响。并给出了一种发电商在迭代竞价时的动态学习模型，通过算 例分析了发电商动态学习对市场均衡结果的影响。 ( 4 ) 论文通过理论推导和算例分析，研究了当有远期合约市场存在时，发电 商在现货和合约两种市场中行使市场力的策略行为，继而研究了远期合约对于市 场力的影响，以及不同的需求弹性和发电商数目情况下发电商的市场力问题。 ( 5 ) 提出了抑制发电商市场力的主要措施。 基于供应函数模型的发电商市场力研究 第2 章电力市场中的市场力 2 1 市场力产生的原因 2 1 1 电力市场的寡头垄断性 在经济学中，商品市场按不同的特征，一般可以分为三种市场：完全竞争市 场、寡头垄断市场和垄断市场。 在完全竞争市场的经济模型中，卖方没有影响价格的能力，是市场价格的接 受者，不能影响市场价格，因而不存在市场力。此时，厂商在边际成本等于边际 收益的条件下实现利润的最大化。与完全竞争市场相反的是完全垄断市场。垄断 者具有通过限制产出而操纵市场价格的能力。并且，垄断者可以利用其控制市场 价格的能力，形成市场进入壁垒以阻止市场的新进入者，从而长期地获得垄断地 位以获取不合理的超额利润。寡头垄断市场介于完全垄断和完全竞争市场之间， 该市场结构的特点是由几家大的寡头厂商占据主要的市场份额。寡头厂商可以通 过暗中或公开的串谋形成垄断联盟，实施类似完全垄断厂商的市场行为。寡头垄 断形成的垄断联盟内部或松或紧取决于寡头的数量和相互关系。 电力行业作为自然垄断行业，在市场化改革前，发、输、配电垂直一体化经 营。具有完全的垂直垄断市场力。在实行厂网分开、竟价上网后，这种垂直一体 化的垄断结构被打破，并随着输电网络的开放、成立专门的网络运营公司，垂直 垄断市场力逐渐消除。但是由于电力行业其特有的属性，例如：发电商数目有限； 投资巨大而形成的天然的行业进入壁垒；由传输线容量约束和阻塞以及网络损失 等，使用户只能选择近区域的发电商，因而参与竞争的大发电商拥有类似寡头垄 断市场的水平市场力。 2 1 ，2 电量的稀缺性 电量的稀缺性是电力市场中市场力存在的根源。稀缺可以分为相对稀缺和绝 对稀缺。相对稀缺就是市场对一种产品的需求量很多，雨供给比较紧张，但如果 需方提高价格仍然可以达到供需平衡的种状态：绝对稀缺就是当需求达到一定 水平后，不管价格再升高多少，供方都不可能再提供更多的商品来满足需求的状 况。不管是相对稀缺还是绝对稀缺都会使市场价格升高。电力市场中电力不可能 储存，再加上需求时问波动很大，电能的供给也经常波动，而且电力生产的固定 成本很大。在这种情况下，稀缺性对价格的影响将很大，发电商在追求高利润时， 就会千方百计的制造电量稀缺的假象来达到利用市场力的目的，电力产品在一定 的条件下总是相对稀缺的，这是电力工业的特点所决定的。 硕士学位论文 2 2 市场结构对市场力的影响 上面我们分析了市场力产生的直接原因。稀缺性是市场力存在的根源，而电 力市场容量短缺的重要原因是电力供应商持留电力引起的，事实上，出现电量持 留是市场结构所决定的。这里的市场结构是指：市场的组织形式；市场定价 原则；市场的规则、政策等。市场结构一经确定，那么它就会持续起作用，直 到改动或取消为止；市场结构中的每一个问题的不同决策和选择对市场力的作用 及其影响是显著不同的，有的甚至可能威胁到市场的正常运行。 虽然当今世界上进行电力市场改革的国家根据自身不同的实际情况。在重组 的电力市场体制中采用的市场结构多种多样，但究其本质不外乎是电力联营体和 双边交易( b i l a t e r a lt r a d ir i g ) 模式的组织形式：市场统一出清价( m a r k e t c 1e a r i n gp r jc e ，简称m c p ) 和差别定价( d is c r i m i n a t o r yp r i c e ) 的市场定价 原则。 ( 1 ) 市场组织形式对市场力的影响 市场的组织形式是指市场中买方和卖方是以何种方式买到或卖掉手中的货 物。纵观世界上电力改革的国家的电力市场大都是以电力联营体p o o l 为基础建立 的。双边交易多数只是作为电力联营体模式的一种作为补充的辅助交易方式。 所谓电力联营体即所有输电系统合成为一个电能交易的“蓄水池”。由发电 企业构成电力库中的供应方，由配电商综合所有电力用户构成电力库中的需求方， 所有的电能交易都在这个电力库内进行。电力联营体将供应方和需求方结合起来， 以求得电力市场的平衡。建立电力联营体最主要的目标是为了使电力市场中的任 何一个发电企业都可以在公平、公正、公开的原则下，在不受任何歧视的条件下， 通过竞争进入电力联营体的网络系统出售电力；任何一个配电企业或电力用户也 可以通过电力联营体的网络系统购买电力。 电力联营体在十几年的运彳亍过程中其市场组织形式的缺点和不足逐渐暴露。 许多研究人员认为这种模式相对于电力这种商品而言，天生的存在缺陷，它无法 鼓励竞争，相反地却很容易导致市场参与者之间由于日复一日的同样的竞标活动 面达成不成文的默契，实施市场力的影响，从而操纵市场1 3 4 - 3 6 1 。另外，在英国旧 模式和美国加州电力市场中表明，由于实时电价波动很大，动摇了本有意于投资 电力工业的新的投资者的信心。 双边交易模式是建立在通过市场自由竞争来提高经济效率的原则之上的市 场组织形式。在这个模式下，由供求双方自行决定交易，确定发电量和用电量以 及相应的财务事宜，系统操作员不干预。双边交易市场中的发电商和供电商由于 对预测电力库价格存在困难，因此发电商和配电商都要承担风险。为了减少价格 波动的风险，配电商、用户与发电商签订长期的、固定价格的购售电合约，即差 价合约( c o n t r a c tf o rd i f f e r e n c e ，简称c f d ) 。c f d 中确定了交易的电量数量和 基于供应函数模型的发电商市场力研究 价格。最主要的一种是双向c f d 。如果电力库价格高出合约价格，发电商支付给 供电商或用户差价补偿：如果电力库价格低于合约价格，供电商和用户支付给发 电商差价补偿。 但是双边交易存在两个固有的本质缺点。首先，由于对各个独立交易缺乏协 调，这将违背输电约束要求。因为在输电网中潮流分布必须满足技术安全条件， 因此必须对各项电力交易进行协调，个别发电商很难控制某一特定设备输电容量。 其次，输电网中发、用电功率必须实时平衡，平衡中必须包括输电功率损失这部 分。输电损失是各项交易集合的函数，因此当在各项电力交易中考虑输电损失时， 各项交易将不会相互独立。 ( 2 ) 市场定价对市场力的影响 在电力联营体中主要有两种定价方式：按边际机组报价作为市场统一交易价 格的市场统一出清价( m c p ) 定价和按机组实际的不同报价分别结算( p a y a s b i d ) 定价，即差别定价。 实际的运行以及国内外一些专家和学者研究后表明，在两种不同的定价方式 下的发电商报价策略是不同的，所以会对发电商实施市场力产生较大的影响。在 统一出清价定价方式下，由于是按照系统的边际电价进行结算，与各机组自身的 报价没有直接关系，因此，发电商主要考虑的问题是如何能够上网发电；而在差 别定价方式下，上网机组是按照其自身的报价进行结算，发电商必须在追求较大 利润( 报高价) 和能否竞价成功之间寻求一种平衡。 文献 3 7 】认为，英国旧电力市场中电价的巨大波动是源于市场中统一市场出 清价的定价原则，它易被大公司利用来实施市场力而操纵市场。若用差别定价取 代统一定价原则，则有助于抑制大公司对市场价格的操纵。实际上，从经济学的 角度，统一市场出清价和差别定价这两种定价原则。孰优孰劣目前尚无定论口引。 在竞争的环境下，统一市场出清价一般有助于市场参与者报其边际生产成本，i s o 按生产成本从小到大地调度发电功率，从而实现社会生产成本为最小；而差别定 价迫使市场参与者在上报的发电功率电价曲线中包括其固定成本及盈利，而很难 实现按总生产成本最小的原则做优化调度，同时，差别定价还赋予了生产成本低 的市场参与者很强的潜在市场力，因为它可大幅提高上报成本。 ( 3 ) 市场规则和政策对市场力的影响 电力市场中的市场规则，一方面约束和规范市场参与者的行为，另一方面也 保证了市场正常有序的运行、买卖双方的i _ f 常交易，但是若市场规则不合理，却 会起到相反的作用，会被市场参与者用来实施市场力，阻碍和影响市场的正常运 行及效率。 文献 3 9 认为，美国加州、纽约等电力市场中的备用容量市场，允许所有不 同运行特性的机组自由参与各种备用容量市场的竟标，是一种失败和错误的市场 硕士学位论文 规则设计，因而导致经常出现备用容量市场的价格反常和异常波动，高质量要求 的备用容量不足。在这种市场规则下，只要经济上是有利可图的，辅助备用市场 中就会经常出现高质量备用容量去满足低要求的负荷需求。 2 3 市场力的表现形式 由于电力市场的寡头垄断特性，发电商普遍存在着市场力，它们通过持留电 量h o - 4 3 ，滥用其市场力造成电力资源稀缺，促使电价上扬从而获得超额利润。发 电商持留电力主要有3 种表现方式：对容量进行直接持留，减少市场可用容量 供应，以抬高价格，获取较高利润；发电商通过报高价，持留电量，以获取较 高利润；制造阻塞，借助网络约束，持留电量。 在实际的电力市场中，发电公司面对的是斜率向下的需求曲线，因此其报价 具有影响市场出清价的能力。各发电商往往为了追求自身的最大利润而抬高机组 报价，有意导致市场价格高于完全竞争市场的价格，从而获得超额利润。我们把 这一种持留行为称之为经济持留【43 1 。发电公司抬高报价使其利润最大化，要求以 下两个方面平衡，一是对一定发电量报高价得到的边际收益，另一是在高价时减 少发电量的边际损失。发电公司并不能无限制抬高报价。在其抬高报价的同时， 可能失去中标的机会，上网发电量可能降低。当需求有弹性时，买方也会因为高 的市场出清价而降低需求。 在统一出清电价机制下，市场出清电价由边际机组决定，当系统供应紧张时， 具有市场力的发电商可以通过直接持留发电容量，使成本高的发电机组进入发电 序列，从而抬高市场出清电价，当高电价带来的利润大于因持留容量而少发电的 损失时，就可以获取超额利润。2 0 0 0 年开始的美国加州电力危机很大程度上就是 由于发电商的直接持留容量策略引起的。我们把这一持留行为称为物理持留【4 “。 每一条输电线路的输电能力都是有限的，当发电商向用户输送的功率量超过 了线路的输送能力时，就认为这条线路发生了输电阻塞。在管制情况下，一般是 由于系统安全性要求或输电线路自身的物理特性限制所造成的。但在寡头垄断的 电力市场中，发电商可以通过增加某些关键位置的发电机出力，策略性的引起输 电阻塞，形成局部市场，增加自己的地区性垄断力。这种借助网络约束，人为制 造阻塞的持留电量的行为也是发电商行使市场力的机制之一。 市场力对市场的影响程度不仅与市场力行使的主体的自身特性如生产能力、 成本大小等有关，而且与市场集中程度、市场机制、商品的特性、市场准入壁垒 和需求价格弹性等诸多因素相关。 本文主要研究发电商行使市场力前两种形式的持留行为。 基于供应函数模型的发电商市场力研究 ! ! ! ! = = ! 目_ e = = 自= = ! ! ! ! ! ! ! j = = = 毫! ! ! ! = ! | = ! = = e ! ! ! ! ! 1 2 1 = ! ! ! ! ! ! ! 自! e 暑 2 4 市场力度量指标 一般而言，市场力总是或多或少的存在，因为实际的市场结构与完全竞争的 市场结构总有一定的差异，因而应该追求的是如何使市场中的市场力影响尽可能 减小。为此，需要有度量市场力的指标。在经济学理论中，主要有两类度量市场 力的指标：一类是市场集中度指标；另一类是市场力的直接度量指标。 ( 1 ) 市场集中度指标 经济学中常以产业的集中率作为衡量市场力的标准。其中，以市场静态指数 f l f i l 4 叫最具有代表性。根据各发电商所拥有的电力容量计算其市场份额从而得到 市场静态指数h h i ，可确定电力市场是否高度集中。其定义如下： h h i = y 舅( 2 1 ) 智 式中，s ，为发电商i 的市场份额百分数( 即通常s ，为大于1 的数) ：”为市场中发电 商的总数。 由于h h i 在衡量市场结构方面的合理性，使之被许多国家和地区广泛采用。 美国f e r c 就是采用f h i 作为评价市场集中度和竞争程度的标准。f e r c 规定： h i 1 10 0 0 ，市场低度集中；10 0 0 l q h l 1 8 0 0 ，市场高度 集中【4 】。但实际上，加州电力市场的h i f i 指数不足1 4 0 0 ，其市场力却表现出较大 的危害，所以该标准还存在一定的隐患 4 4 4 5 。 在电力市场中，采用h h i 指标有以下缺点1 4 , 4 5 】：h h i 中不包含需求信息，事实 _ 匕，只要负荷或者负荷需求弹性发生变化，用户的市场力和报价策略都必然随之 改变；h f i i 中不包含地理信息，因此无法反映发电商竞争的分布性；不包含发电 资源的不同成本信息，无法反映发电商成本高低对市场力的影响；考虑到电力系 统的负荷及各类约束条件，电力市场中的市场力实质是一个动态问题，而h h i 仅 能反映静止的市场结构问题。 ( 2 ) 直接度量指标 在市场中处于有利地位而拥有市场力的发电商，实施市场力的目的就是要维 持高于竞争情况下的价格而获取高额利润，因此若直接比较市场价格和市场参与 者的实际边际成本，即可反映市场中市场力的影响程度46 。因而有如下两种指标： l e r n e r 指标 l e r n e ：p - m c( 2 2 ) p 式中，p 为市场出清电价；m c 为发电商的边际生产成本。 p c m i 指标 p c m i ：p - m c ( 2 3 ) 硕七学位论文 不难看出，i e r n e r 指标与p c m i 指标是很相似的。由于完全竞争市场是市场 中的理想情况，可以实现社会效益和市场效率的最大化。完全竞争市场下的发电 商都按照边际成本曲线报价，因此，报价偏离边际成本的程度，可以反映发电商 滥用市场力的程度。l e r n e r 指标与p c m i 指标越大，市场出清电价偏离发电商的 边际成本就越大，意昧着该发电商市场力越强。 本文在研究发电商策略行为的基础上，对发电商的市场力大小采用l e r n e r 指标进行度量。 2 5 本章小结 本章主要介绍了电力市场中的市场力及其产生的原因、表现形式和主要的度 量指标： ( 1 ) 电力工业的特点决定了电力市场的寡头垄断性，电量的稀缺性是电力市 场中市场力存在的根源，不同的市场结构对市场力的作用及其影响也会不同： ( 2 ) 在电力市场中，发电商普遍具有市场力，它们通过持留电量行使其市场 力，主要有3 种表现方式：经济持留、物理持留以受阻塞持留； ( 3 ) 度量市场力的指标主要有两类：市场集中度指标和市场力直接度量指标。 基于供应函数模型的发电商市场力研究 第3 章寡头博弈模型 3 1 博弈论与n a s h 均衡 如果电力市场是一个理想的，完全竞争的市场，那么发电商会以其发电的边 际成本出售电力。但由于电力市场的寡头垄断性，使得某一地区只可能由少数几 个发电商提供电力，从而，发电商有可能利用这种市场结构的不完美，通过策略 性报价( 或称之为行使市场力) 来影响市场价格，从而增加其自身的利润。因而， 有必要研究发电商的策略性报价行为，并通过完善市场结构和竟价机制来制约发 电商滥用市场力的可能性，进而弓 导发电商进行成本和服务的竞争，而不是策略 的竞争。 电力市场中发电公司的策略性报价行为问题在理论上属于博弈论在电力市场 中的应用。博弈论是研究2 个或者多个有利益冲突的个体，在有相互影响的情况 _ f 如何进行各自优化决策的理论。它与常规优化决策的不同之处在于【2 l j ： ( 1 ) 博弈论中参与者在利益上有冲突； ( 2 ) 参与者各自傲优化决策，并企图使个体利益最大化： ( 3 ) 个体的利益与其它个体的决策相关，即个体的决策会影响他人，他人的 决策会影响自身； ( 4 ) 博弈论中一般假定参与决策的个体均为“理性”的。 电力市场恰好具有这些特点。在电力市场下，调度中心的负荷是公开的，即 博弈的目标是给定的；博弈的参与者即电厂个数是有限的，属于寡头竞争。因此， 电力市场竟标属于一种非合作的博弈问题，其寡头竞争特点决定了市场出清电价 与每一个发电商的报价都相关，每个发电商的策略行为都会影响到其它发电商的 获利和市场的出清电价；同时，每个发电商的获利也与其它发电商的报价策略有 关。发电公司报价以实现其利润最大化，但高电价或高出力并不意味着高利润， 机组最优报价策略并非单纯的抬高电价或抬高出力，而是两者的某种最佳组合。 在报价时，要求以下两