（电力电子与电力传动专业论文）短期电价预测及电能质量定价研究.pdf

摘要 摘要 目前，我国的电力体制改革正在深入进行中，电力体制改革成功的关键是电价，电 价是电力市场的杠杆和核心，市场参与者均以不断变化的市场电价作为参考进行电力交 易和结算，电价直接影响着市场参与者的收益。对于发电商来说，准确的短期电价预测， 可以为其竟价策略提供指导、优化报价，最终能够中标并获得最大利润；对于电力系统 管理者来说，可以利用电价预测进行安全经济的系统调度，确保电力市场的正常运行； 对于电力用户来说，可以利用电价预测制定合理的购电计划，可以将电价较高时段的负 荷转移到电价较低的时段，降低了生产成本，增加了利润。另外，近年来电能质量问题 越来越受关注，越来越多的先进技术被用于改善电能质量，那么对电价而言，电能质量 的定价也很有研究意义。 短期电价预测方法很多，本文对单个短期电价方法进行分析，指出优缺点，并且提 出最优组合预测的思想。根据英格兰市场2 0 0 7 年1 月一4 月的电价数据，本文以时间序 列法和神经网络法分别对4 月1 2 日2 4 个时段的电价进行预测，再用组合预测的方法进 行预测。从预测结果和平均绝对百分比误差可以发现，组合预测的精度最高。 电力用户对电能质量的要求各不相同，本文针对大多数电力用户提出一种基于差别 定价的电能质量服务定价方法，对电能质量服务市场合理分层，考虑用户的支付意愿， 以供电公司最大化利润为目标，实现了电能的优质高价。对电能质量定价的研究才刚刚 起步，随着业内人士更深入的研究，相信会有更好的定价方法出现。 关键词电价；组合预测：电能质量；差别定价 a b s t r a c t a tp r e s e n t , c h i n a se l e c t r i c i t yr e f o r mi sb e m gc a r r i e do u ti n - d e p t h a sa l lm a r k e t p a r t i c i p a n t sm a k e t h ec o n s t a n t l yc h a n g i n gm a r k e tp r i c e 嬲t h er e f e r e n c ef o re l e c t r i c i t yt r a d 吨 a n ds e t t l e m e n t , p r i c ec a ni m p a c to nm a r k e tp a r t i c i p a n t s g a i n sd i r e c t l y t h ee l e c t r i c i t yp r i c ei s t h el e v e ra n dt h ec o r eo fe l e c t r i c i t ym a r k e ta n dt h ek e yt os u c c e s so fe l e c t r i c i t yr e f o r m i n a d d i t i o n , m o r ea n dm o r ea t t e n t i o nh a sb e e nf o c u s e do np o w e rq u a l i t ya n dm o r ea n dm o r e m v a n c e dt e c h n o l o g yh a sb e e nu s e dt oi m p r o v ep o w e rq u a l i t yi nr e c e n ty e a r s s op o w e r q u a l i t yp r i c i n gi so fi m p o r t a n tr e s e a r c hs i g n i f i c a n c e t h e r ea r eal o to fs h o r t - t e r mp r i c ef o r e c a s t i n gm e t h o d sa n dt h es i n g l es h o r t - t e r mp r i c e f o r e c a s t i n gm e t h o di sa n a l y z e di nt h i sp a p e r t h et h es i n g l es h o r t - t e r mp r i c ef o r e c a s t i n g m e t h o d ss t r e n g t h sa n dw e a k n e s s e sh a v e b e e np o i n t e do u th e r ea n dan e wi d e ao ft h eo p t i m a l c o m b i n a t i o no ff o r e c a s t sh a sb e e np u t t e df o r w a r d a c c o r d i n gt od a t ao fe n g l a n de l e c t r i c i t y m a r k e tf o r mj a n u a r yt oa p r i li n2 0 0 7 ，t h ee l e c t r i c i t yp r i c eo fa p r i l12h a sb e e nf o r c a s t e db y u s i n gt i m e s e r i e sm e t h o d ,n e u r a ln e 咖r km e t h o da n dc o m b i n a t i o nf o r e c a s tm e t h o d r e s p e c t i v e l y f r o mt h ep r e d i c t e dr e s e t sa n dt h er e l a t i v ee r r o r , i tc a nb es e e nt h a tt h ec o m b i n e d f o r e c a s t i n gm e t h o do ft h eh i g h e s ta c c u r a c y t h er e q u i r e m e n t so np o w e rq u a l i t yo fe l e c t r i c i t yc o n s u m e r sa r ev a r y b a s eo np o w e r d i f f e r e n t i a lp r i c i n g ，ap o w e rq u a l i t ys e r v i c e sp r i c i n gm e t h o di sp r o p o s e df o rm o s tu s e r si nt h i s p a p e r c o n s i d e r i n gr e a s o n a b l es t r a t i f i c a t i o np o w e rq u a l i t ys e r v i c e sa n dt h eu s e r sw i l l i n g n e s s t op a yf o rp o w e rq u a l i t ys e r v i c e sa n dt a k i n gm a x i m u mp o w e rc o m p a n y sp r o f i t 勰t h eg o a l ， t h eh i g h - q u a l i t yi st ob ep a i dh i g hp r i c e ，t h el o w - q u a l i t yi st ob ep a i dl o wp r i c e h a sb e e n a c h i e v e d p o w e rq u a l i t yp r i c i n gs t u d yh a sj u s tb e g u n , a n d 、i t hm o r ei n - d e p t hs t u d i e s ，i ti s b e l i e v e dt h a tb e t t e rm e t h o d so fp r i c i n gw i l lb ed e v i s e d k e y w o r d se l e c t r i c i t yp r i c e ；c o m b i n a t i o nf o r e c a s t ；p o w e rq u a l i t y ；d i f f e r e n t i a lp r i c i n g - i i - 目录 目录 摘要一i a b s t r a c t i i 第一章绪论1 1 1 电力市场中电价预测研究意义l 1 1 1 电力市场基本概念l 1 1 2 国外电力市场改革的进程1 1 1 3 我国电力市场建设现状4 1 1 4 电力市场中研究电价预测的意义5 1 1 5 电价预测方法及其研究现状j 6 1 2 电能质量电价研究的意义9 1 3 本文的研究内容和目标1 0 第二章电价预测的基本理论。1 1 2 1 电价基本理论l l 2 1 1 电价的形成l l 2 1 2 电价的制定原则及分类1 2 2 1 3 电价的影响因素1 3 2 2 电价预测基本理论。1 4 2 2 1 预测的理论知识1 4 2 2 2 电价预测的分类l8 2 2 3 电价预测的特点1 8 2 3 本章小结1 9 第三章电价预测模型研究2 0 3 1 时间序列模型。2 0 3 1 1 时间序列法的基本概念及发展历程2 0 3 1 2 时间序列模型2 0 3 1 3 分时段电价预测2 3 3 1 4e v i e w s 软件简介2 3 3 1 5 算例2 4 3 2 人工神经网络模型2 9 3 2 1 神经网络的基本原理一2 9 3 2 2 算例31 3 2 3 对算例的进一步讨论。3 5 3 2 4 提高网络的推广能力。3 6 3 2 4 训练向量个数的影响3 8 3 3 组合预测。4 0 3 4 本章小结。4 2 i 目录 第四章电能质量定价。4 3 4 1 电能质量服务定价方法4 3 4 1 1 对电能质量服务实施差别定价的理论基础4 3 4 1 2 电能质量服务定价的基本设想4 4 4 1 3 电能质量服务分层4 4 4 1 4 用户意愿支付模型4 4 4 1 5 数学模型4 5 4 2 算例分析4 7 4 2 1 用户对电能质量水平的要求4 8 4 2 2 分层结果及各层平均治理成本。4 9 4 2 3 用户边际意愿支付模型的求取4 9 4 2 4 定价结果及分析一5 0 4 2 5 需要说明的问题一5 1 4 3 本章小结5 l 第五章结论与展望一5 2 致 射5 4 参考文献5 5 作者简介5 8 附录一5 9 第一章绪论 第一章绪论 1 1 电力市场中电价预测研究意义 电力工业是国民经济和社会发展的支柱性产业，也属于公用事业，其发展水平是衡 量一个国家现代化水平的重要标志。随着i t 、通信技术的进步和市场经的浪潮，处于垄 断经营地位的电力工业，其运行形式也在全世界范围内发生变革电力市场化是其改革的 必然趋势。 1 1 1 电力市场基本概念 目前，国外的电力经济学家并未给电力市场以概念界定，但可以看出，他们往往是 从市场的概念出发来认识电力市场的，对电力市场的研究，也主要是从力工业的特殊性 出发，对电力市场结构、市场交易内容和价格等展开研究。 国内学者从不同角度对电力市场概念n 刊给出了定义，本文比较认同尚金成等给出的 电力市场定义，即电力市场是电力的买方与卖方相互作用以决定其电价和电量的过程。 具体地讲，电力市场是采用经济手段，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m 1 。在该 定义中，先是给出电力市场的一般，即电价与电量决策过程构成了电力市场核心，“确 定电价原则、计算交易电价( 包括上网电价、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 ；又指出了电力市场的特殊，即协调电力市场运行的管理机制和 执行系统总和。强调“电力市场首先是一种管理机制，是采用市场手段进行管理，以优 化配置资源；电力市场又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 。这个定义较好地概括了电力市场的内涵，从管理学、经济 学与行为学的角度，将电力交易的买卖双方的价格与产量决策过程以及涉及的管理机制 与执行系统都纳入到电力市场的框架中。电力市场是电力交易主体按照一定的市场交易 规则，围绕着电力以及相关的服务( 如输电服务、运行调度服务及辅助服务) 价格和交易 数量进行决策的交易关系的总和，是具体与抽象的统一体。电力市场的运作主要是基于 价格机制与市场供需机制的相互作用进行，并受到相关机构的有限管制。 电力市场是基于技术支持的一个市场，它与其他商品市场有着很大不同，其基本特 征是开放性、竞争性、计划性和协调性。为了更好的进行电力市场改革，可以参照和借 鉴国外成功的电力改革经验，下面介绍一下发达国家典型的电力体制改革情况。 1 1 2 国外电力市场改革的进程 国外的电力市场改革洲始于上个世纪7 0 年代末8 0 年代初的智利，但最初真正引入 市场化机制的是英国的电力体制改革，并提出了轰动世界的d e r e g u l a t i o n ，即解除管 制的理念，其效果令人看到了市场体制潜在的巨大利益，美国、澳大利亚、阿根廷、挪 威、新西兰等发达国家随之也先后建立了电力市场，英国电力市场是将垄断的全面解除 管制、引入竞争形成的，而美国的电力市场则是在全面私有化基础上进行的，它们是最 具代表性的两种电力市场结构模式。 ( 1 ) 英国电力市场 东南大学硕士学位论文 英国电网包括英格兰和威尔士、苏格兰、北爱尔兰三个独立电网，后两者于其用电 量仅占全英国的1 0 ，尚未进行市场化改革，因此，市场化意义上的英国电网通常指英 格兰和威尔士电网。 第一阶段的电力市场改革，其组织结构如下图所示。 广 l 发电侧 t p p p ) 输电环节 配电侧 用电侧 图卜1 改革后的英国电力市场结构 f i g 1 - 1b r i t i s he l e c t r i c i t ym a r k e ts t r u c t u r ea f t e rr e f o r m e d 发电侧：将原中央发电局分为国家电网公司( n g c ) 、国家电力公司( n p ) 、国家发电公 司( p g ) 和核电公司( n e ) 。 配电侧：形成地区电力公司( r e c ) ，大部分由美国公司控股，负责给终端用户供电。 用户开放：从大用户到小用户，再到所有用户逐步开放。 市场监管：成立电力管理办公室o f g e m 和电力供应主管机构d g e s ，取代前期的电力 管制办公室o f f e r 。 电力库( p 0 0 1 ) ：是电力市场的交易中心，所有交易均需通过p o o l 实现。 p o o l 模式经过十年的运作，取得了很大的成就，但也表现出n g c 的职能过于集中、 价格易变、发电公司容易操纵市场等缺点，因此，英国开始了新一轮更为彻底的电力市 场改革。 第二阶段的电力市场改革，2 0 0 0 年1 2 月，新的电力市场模式开始运行，其出发点 是： 降低批发电价，比如1 0 ：保证即时和长期供电可靠性； 价格透明，使用户真正参与价格的制定过程； 促进发电市场公平竞争，鼓励对环境型发电项目进行投资。 新模式主要以双边交易为基础，发电商自行调度自己的机组，不再由n g c 进行中央 调度。他有三级新的批发市场，外加一个结算中心。 ( 2 ) 美国电力市场 美国电力市场改革的核心是放松管制，引入竞争，提高效率，降低电价。在进行电 力市场重构时，形成了新的实体，如非赢利性的电能交易中心( p x ) 和独立系统操作员 ( i s o ) ，p x 的核心功能是提供一个电能交易的场所，而i s o 则是负责系统调度和安全运 行。美国各州电力市场的改革情况及运营模式相差很大，主要介绍一下加利福尼亚州的 电力市场模式。 加州电力市场分别设立p x 和i s o 两个独立的实体，p x 提供电能拍卖，i s o 提供电 2 第一章绪论 网控制、稳定运行以及辅助服务的功能，而且加州率先同时开放电力批发市场和零售市 场，在各环节全面引入竞争。其主要实体如下图所示。 监管、听证( h e a r i n g s ) u r x ：电能交易中心 s c ：计划协调者 i s ) ：独立系统操作员 g c ：电网拥有者 图卜2 加州电力市场的主要实体 f i g 1 - 2 m a i ne n t i t i e so f t h ee l e c t r i c i t ym a r k e ti nc a l i f o r n i a 发电侧：由私营运营商负责，可直接售电给用户、经销商或电力联营公司，但所有 交易必须通过s c 或p x 进行协调。 电网公司( g c ) ：拥有j n7 5 0 5 的骨干输电网络，其任务是输电规划、电网运行和收取 过网费。 计划协调员( s c ) ：其职责是负责协调和安排发电调度、输电通道预留、为市场成员 提供相应容量的电能；提交负荷预测结果及用户委托的次日或下一小时的交易计划( 含 网损调整) ；提供辅助服务支持；负责支付i s 0 的费用以及与其他s c 间的交易结算。 加州电能交易中心( c a l p x ) ：其任务是进行次日短期、超短期负荷预测；根据成员报 价确定市场清算价( m c p ) ，制定可行的提前( 次日或下一小时) 交易计划，并管理提前市 场；提交减轻或消除网络拥塞的电能调整量报价；负责双边市场和期货交易；市场结算 或清算；市场信息的管理。 加州的独立系统运营商( c a l s 0 ) ：其职能是系统调度、保持发供电实时平衡和系统安 全；执行p x 制定的现货市场交易计划；协调网络可用传输容量的使用，负责拥堵管理； 根据s c 和p x 提交的预测计划，安排和运行交易计划。 配电公司( u d c ) ：通过s c 或p x 批发电量，向用户供电；提供本地输配电服务，为用 户供电；负责电能计量、收取电费和输配电费用。 用户：所有用户，如居民、工业或商业用户等均可直接购电。 ( 3 ) 虽然各国电力市场的结构、改革所处的阶段及所遇到的问题不同，但它们都有 一些共同的特点： 电价改革是关键； 规模效益日渐消失； 发电侧首先引入竞争，现货与合同交易并举； 供电领域逐步开放，先从大用户再到所有用户均可自由选择供电商； 输电网络垄断经营，挖掘和发挥其自然垄断的潜力； 用经济和法律手段管理市场，避免简单命令式的调度方式； 3 东南大学硕士学位论文 实施有限但严格的监管，保证市场竞争的公平和公正。 由此可以看出，电力市场的改革是一个复杂而漫长的过程，我国的电力改革可以借 鉴发达国家成功的改革经验和运营模式，下面主要介绍一下我国目前电力市场建设的现 状。 1 1 3 我国电力市场建设现状 ( 1 ) 电力市场建设要结合我国的国情 我国是一个社会主义国家，随着科技水平的提高和国民经济的腾飞，由国家垂直垄 断管理的电力体制已不适于我国的发展，建立电力市场是当前电力发展的需要，主要表 现8 3 在： 省网间进行功率交换需要电力市场。由于我国电力负荷增长速度快，同时负荷分 布不均匀，需要从能源丰富的地区向负荷中心供电，在互联电网间进行功率交换。 电厂产权多元化需要电力市场。目前我国形成了由国家、外资、地方等多家办电 的局面，对缓和电力供需矛盾起了很大的作用，因此需要创造一种平等竞争的环境使投 资者在承担一定风险的情况下有利可图。 引进竞争、增加活力。电力市场就是向管理要资源，并通过竞争手段挖掘潜力， 缓和电力紧张。 建立电力市场是吸引投资的有效手段。由于我国资金缺乏，独家办电有困难，所 以需要电力市场这种平等竞争的环境，吸引更多的资金投入到我国的电力建设中来。 建立电力市场可获得可观的经济效益。在电力市场中，经济功率交换占主导地位， 可以将发电量从成本高的机组转移到成本低的机组上，从而降低了全网的边际成本，而 且，经济功率交换提高了电网运行的稳定性。 在综合考虑我国国情的同时，积极借鉴发达国家成功的电力市场改革经验，明确了 分阶段实施电力市场的战略。五大发电集团、两大电网公司、四大辅业集团和国家电监 会的成立，开始了电力工业市场化的进程，发电侧实行“厂网分开、竞价上网 ，以国 家电网公司下属的东北、华东区域电力市场为试点，打破地方保护的格局，开放市场， 优化配置资源。先建立区域级电力市场，实现跨区电网规划、运行和资源配置，然后建 设和完善省级电力市场，最终逐步形成全国统一的电力批发市场与地方零售市场共同发 展的格局。 因此，我国的电力市场还需要进一步完善，但必须根据我国的实际情况安全、稳定 的改革。 ( 2 ) 我国电力市场与发达国家的比较 我国的电力市场与发达国家存在着一系列共同点：电力工业所有制主体是国有， 都有程度不同的政企不分问题，供电经营方式多是区域经营，没有或很少存在竞争机制 盘 号手0 我国的电力市场也有自身的特点：我国政府对于企业的宏观调控较多，政企不分 的程度相对较强，改革的难度相对较大；我国的电力公司虽然成立时间并不算短，但是 基本没有按照公司制度运作；我国的电力市场法制建设相对薄弱；我国目前的电力只是 低水平的供需平衡且偏紧，人均用电量仍然大大低于发达国家；我国幅员辽阔，电网跨 度大，稳定性较弱等。 4 第一章绪论 近几年，随着电力供需形势日趋紧张，我国电力体制改革也越来越迫切，今后一段 时间的工作重点是跨省区电网连接，打破省间壁垒，建立竞争有序、开放规范的区域电 力市场，以有效利用能源、优化资源配置，满足人民对用电负荷日益增长的需求。 ( 3 ) 我国电力市场的总体目标崎1 我国的电力市场改革还处于初级阶段，应更多的关注电力投资和融资，以适当超前 国民经济发展速度的思路建设各类电厂，扩大发电规模，加强电网和基础设施建设，构 。建先进、实用的电力市场技术支持系统。我国电力市场的总体目标是要打破垄断，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。 1 1 4 电力市场中研究电价预测的意义 ( 1 ) 电力市场中电价的核心作用 电力体制改革成功的关键是电价钔，电价是电力市场的核心和杠杆，是电力市场 中传递供求变化的最敏感的信号，在建立和培育电力市场、优化配置电力资源及调整各 种利益关系等方面起着不可替代的作用。 电价对电力商品的生产、供应、消费各方面都有重要的作用，是电力企业获取资金 维持简单再生产或扩大再生产的手段。由市场决定电价，可以促进电价在商品交换中趋 于合理，能正确的反映电力在生产与流通过程中的实际价值，调整电力的供求关系，提 高电力企业的经济效益，调动各方面投资办电的积极性，促进电力企业的健康发展。具 体来说，可以起到如下作用： 能吸引社会资金向电力工业流动，有利于多渠道集资办电和电力建设债券的发 行，促进国民经济合理开发和利用各种资源，提高电能在能源消耗中的比重和资源的有 效利用率。 使电能生产结构更合理。可以避免重复投资，充分发挥原有设备的能力：可以充 分开发和利用各种再生产能源和新能源，降低电力成本，节约资源。合理的地区电价价 差能促使耗能高的工业向水电多的地区转移。实时电价能合理提高电网的日负荷率和年 最大负荷利用小时数。合理的购销电价能促进企业自备电厂并网和相邻大小电网之间的 联网，充分发挥大电网的技术经济优势。 增强企业活力、加快电力工业的发展。由市场决定电价，能促进电力企业相互之 间的竞争，促使电力企业不断提高自我积累、自我改造、自我发展的能力。 促进节约用电。由市场决定电价，可促使电力消费者采用调荷节电措施，自动的 削峰填谷，使电力消费结构趋于合理，减少浪费。 ( 2 ) 电力市场中研究电价预测的意义 由上文可知，电价是电力市场的杠杆和核心，市场参与者均以不断变化的市场电价 作为参考进行电力交易和结算，电价直接影响着市场参与者的收益，所以如果参与者能 够事先较为准确地预测到电能价格，那么它就在激烈的市场竞争中处于有利地位，能够 获得更多的利益。电价预测按预测时间长短可分为中长期电价预测和短期电价预测。 准确的中长期电价预测，能够为市场参与者的中长期交易如双边合同价格的谈 判、合同的最优合同电量等提供据测依据：对于电力投资者来说，可以利用其辅助投资 决策，以减少投资风险，这对于引导投资，自发的配置市场资源以达到电力供求基本平 5 东南大学硕士学位论文 衡将起到重要的作用：对于市场监管者来说，可以为其提供市场监管的客观依据。 准确的短期电价预测，对于发电商来说，准确地电价预测可以为其竟价策略提供 指导、优化报价，最终能够中标并获得最大利润：对于电力系统管理者来说，可以利用 电价预测进行安全经济的系统调度，确保电力市场的正常运行：对于电力用户来说，可 以利用电价预测制定合理的购电计划，可以将电价较高时段的负荷转移到电价较低的时 段，降低了生产成本，增加了利润。 、 从现有的研究来看，电价预测的精度远低于负荷预测的精度，用负荷预测的方法来 进行电价预测是不科学的，需要从电价的形成机理、电价特点和电价的影响因素出发， 结合各种预测工具，提出更为有效的电价预测方法。接下来对电价预测方法的研究现状 作一下介绍。 1 1 5 电价预测方法及其研究现状 1 时间序列法 时间序列法是数据处理和预测的一种基本方法。它根据电价本身的变化规律，利用 统计学方法建立数学模型，推算出未来电价的一种方法。主要有自回归( a r ) 模型、动 平均( m a ) 模型、自回归一滑动平均( a r m a ) 模型、累积式自回归一滑动平均( a r i m a ) 模型等j 当前比较常用的是a r m a 模型和a r i m a 模型。 时间序列法的优点是：所需历史数据少，工作量少，计算速度快；缺点是：只对历 史数据进行建模分析，无法考虑非线性因素对电价变化的影响。 时间序列法的原序列是否有效去除了非平稳变化，在很大程度上影响电价预测的效 果。电价序列的平稳化比较困难，因为电价序列不仅包含趋势变化、周期性变化，还有 一些不寻常的剧烈变化。这使得时间序列法在电价预测领域没有多少优势。当然，如果 能使序列较好地平稳化，时间序列法也能取得比较好的效果。因此，单纯的时间序列法 精度较差，一般都与其他方法结合使用。 文献 1 3 首次采用a r i m a 模型预测电价。 文献 1 4 提出结合误差预测校正电价预测来提高预测精度。在建立常规电价预测模 型的基础上，对预测后的残差形成的随机序列也迭代地建立预测模型，并用预测的误差 修正电价预测结果。算例采用a r i m a 方法建立电价预测和误差预测模型，并用加州电力 市场的历史数据建立基于a r i m a 的日平均电价预测模型，预测结果表明所提方法能明显 改善预测精度。 文献 1 5 对小波分解后的各电价分量分别建模预测，然后重构得到预测电价，预测 精度得到进一步提高。 文献 1 6 考虑了电价序列的时间异方差性，建立了电价的a r m a - g a r c h 模型，对1 年中1 2 个典型星期进行预测，结果表明该方法有很高的预测精度。 2 神经网络法 神经网络法是目前研究最多的一种电价预测方法。 神经网络是对生物神经网络进行某种抽象、简化和模拟。它是由简单的处理单元所 组成的大量并行分布的处理机，这种处理机具有存储和应用经验知识的自然特性，它可 以通过学习过程从外部获取知识，还能够存储获取的知识信息。神经网络对大量非结构 性、非精确性规律具有自适应功能，能够有效处理多变量和非线性问题。 6 第一章绪论 神经元是神经网络的基本处理单元，每个神经元输入输出关系可简化描述为： 咒= 候1 啪一旬户 ( 1 1 ) 其中：x ，为神经元的输入；为从神经元f 到神经元歹j 的连接权值；包( 可正或 可负，相应地增加或降低传递函数的网络输入) 是神经元f 的阈值；厂( ) 称为传递函数， 它决定神经元f 受到输入信号五，x 2 ，以的共同刺激到达阈值时以何种方式输出，y ， 为神经元的输出。 神经网络的优点如下： 1 ) 可以建立电价的影响因素与电价的非线性映射关系，能够以任意精度逼近连续函 数，而且是数据驱动方法，不需要假定尝试性模型。 2 ) 可以通过训练和学习来获得网络的权值和结构，呈现出很强的自学习能力和对环 境的自适应能力。 3 ) 可以同时处理多个因子，对电价平均值序列具有较好的预测效果。 神经网络的缺点如下： 1 ) 输入和输出数据量大，运算时间长。如果输入量选择不当，有些输入量自身的波 动会掩盖预测量的变化规律或者使得结果很难收敛。 2 ) 在神经网络级数和隐含节点数的选取上有一定的困难，网络拓朴结构很难确定。 数目太少，则模型过于粗糙，网络不能探索出复杂的映射规律。数目太多，映射 关系可能被扭曲，网络推理能力下降，而且影响训练速度。 3 ) 电价大幅度波动时，预测效果不稳定，尤其在那些电价突变点处，预测精度普遍 较差，单点最大预测误差很大。 文献 1 7 首次将神经网络应用于电价预测，预测了英国电力库( p o w e rp 0 0 1 ) 下一 交易日每个结算时段的s m p ，给电价预测开辟了一条新路。 文献 1 8 ，1 9 采用了b p 神经网络应用于电价预测。 文献 2 0 - - - 2 2 通过模糊聚类法把电价根据其相关因素进行分类处理，然后通过神经 网络来预测。 文献 2 3 以浙江电力市场为背景，提出一种基于小波分解和神经网络的m c p 预测方 法。利用小波分解技术去除细节后的重构电价序列作为神经网络的输入，更加突出了电 价序列的一般规律，预测精度有所提高。 文献 2 4 采用混沌法将电价及其相关因素构成的多变量时间序列重构，用递归神经 网络( r n n ) 跟踪相空间相邻相点间的演化行为，从而建立电价预测模型。对新英格兰 电力市场的电价进行了成功预测。 文献 2 5 提出应用递归神经网络( r n n ) 进行改进。 文献 2 6 提出应用小脑模型关节控制器神经网络进行改进。 文献 2 7 提出模糊神经网络。 3 模糊建模法 模糊建模法是采用模糊逻辑，由给定的输入到输出的映射过程。一般步骤：输入变 7 东南大学硕士学位论文 量模糊化；根据模糊规则进行模糊推理；输出的模糊集反模糊化。 从理论上说，模糊建模法对扰动因素不敏感，其规则有利于处理系统的定性信息， 具有与神经网络法相同的功能。但是，到目前为止，这种方法的效果尚无法令人满意。 文献e 2 8 运用模糊建模法对美国加州电力市场的平均市场清算价进行了预测，结果 表明，最佳规则数目仍未找到，对复杂结构的辨识能力有待提高。 4 运行仿真法 运行仿真法应该含有一个电力系统的详细模型和一个定价程序，在此基础上建立电 价预测和数学模型求解。 美国p j m 电力市场采用运行仿真程序m a p s ，它的优点是：可以根据运行条件和系统 约束模拟实际调度情况，从各人预测各节点的电价曲线，评估市场结构和发电投资的经 济性，了解市场行为甚至计算输电的成本。 但是这种预测方法不仅需要大量数据，而且还有很多细致的要求，如详细的输电模 型；机组最优组合程序；经济和安全调度模型；实时仿真工具；丰富的信息资源。而且 要将发电和输电系统间复杂的交互过程用显式表达出来。因此，对一般市场成员来说， 使用如此复杂的程序是难以想像的。 5 市场均衡分析法 市场均衡法的理论依据是经济学的市场均衡理论，试图根据预测的发电报价曲线和 系统负荷的预测值求解市场均衡点，进而导出电价的预测值。通常使用的工具是市场平 衡分析和基于代理的模拟法。应用这种方法有两个难点：一是如何准确预测各电厂的报 价曲线；二是如何模拟市场中潜在市场力的影响。这些因素常常影响预测的精度和稳定 性，进而影响这种方法在实际电力市场中的推广和应用j 6 小波分析预测技术 小波分析预测的基本方法是将电价序列进行多尺度分解，各个尺度上的子序列分别 代表原序列中不同“频域 的分量，对不同的电价子序列分别预测，最后通过序列重组 得到完整的电价预测结果。小波变换在对电价这一波动较强、十分不稳定的时间序列的 分析上很有应用前景。但是在把电价序列按照各个尺度分解时，如何考虑进负荷、机组 状态等影响因素还是一个值得研究的问题。 7 价格机制理论预测法 价格机制理论预测法是从供求决定价格、价格引导供求两个角度出发，分析电力市 场系统供给、需求与电价的关系，建立电价的预测模型。目前，这种预测方法在电价预 测中还不够成熟。 8 灰色理论预测法 灰色理论是我国邓聚龙教授1 9 8 2 年创立的，对具有模糊和灰色特征变量的处理十 分有效。灰色系统的研究对象是信息不完全和不确定的系统。灰色预测的基本思想是： 在原始电价序列的基础上，进行正向层次变换一一灰色累加生成，形成累加序列；建立 灰色预测模型，对上述累加序列进行预测，得到预测的累加序列，对预测的累加序列进 行反向层次变换一一累减生成，得到原始序列的预测值。通过对原始数据的反复加工、 提炼和利用，灰色预测模型可以滤除大部分的扰动因素，获得较为准确的预测结果。其 优点是所需数据少，计算简单。 8 第一章绪论 1 - 2 电能质量电价研究的意义 在我国，对电能质量研究的进展主要分为三个阶段啪1 。第一阶段：2 0 世纪8 0 年代以 前，电能质量研究的主要内容是电网的频率、供电电压和功率因数。供电企业普遍认为 保证了电网的频率和供电电压在合适的范围之内，也就保证了电网的供电质量；同时， 电力企业还把提高功率因数放在一个非常重要的位置。第二阶段：随着改革的不断深入 和工业规模的不断发展，工业负荷大量增加，人们对电能质量的要求越来越高。除用频 率、电压等参数外，其他物理量如谐波、电压偏差、三相不平衡度、负序和电压波动及 闪变等已经引起了人们的重视。第三阶段：最近几年，人们对电能质量的认识和要求又 发展到一个新的阶段。暂态电能质量参数已经引起了人们的注意，并认为电力系统电能 的传输不仅是能量的传递，而且同时也是一种信息的输送。 电能质量可用电网谐波、电压波动和闪变、三相不平衡度等指标来表示。目前并没 有一个统一的电能质量标准，i e c 标准对电能质量的定义为：电能质量是指供电装置在 正常工作情况下不中断和不干扰用户使用电力的物理特性。最严重的电能质量问题是电 压跌落和电压完全中断。文献 3 1 给出了一个比较直观的不合格电能质量定义：导致用 户设备故障或不能正常工作的电流、电压或频率偏差。在电能输送过程中，电力系统将 受到各种因素的影响，到达用户的电能波形往往发生畸变。随着不对称负荷、冲击性负 荷的容量和数量的不断增大，电网受到严重干扰，电能质量不断恶化。另外，电能质量 不仅取决于发电、输电和供电系统本身，接入公用电网的半导体换流器和非线性负荷也 将对电网产生明显的干扰，降低了配电网中的电能质量。电能质量的恶化将会给电力系 统和用电设备带来严重危害。 随着对电能质量问题研究的深入，越来越多的先进技术被用于改善电能质量。在一 个电网中有各种电能质量需求的用户，有些对电能质量扰动敏感，有些则抗扰动性强， 用户电力电子技术( c u s t o mp o w e r - _ c p ) 将电力电子、微处理器和现代控制等高新技 术运用于中、低压配电系统，使得满足用户的各种电能质量水平要求称为可能，如果只 用一个标准对所有用户同等看待，显然没有达到资源的充分利用。目前，许多国家正开 展电力市场研究，电力市场的理论在于将电力系统的操作都定量表示为电价。电价作为 电力市场的一个经济杠杆，对协调电力生产者、输送者以及消费者的行为，实现全社会 资源的优化配置起到了至关重要的作用， 因此电能质量定价研究的意义有以下几点： 对供电公司来讲，能激励供电公司改善电能质量，发挥了其对配电网总体电能 质量规划的积极性。 对广大用户来说，由于电能质量的分类用户能提供明确的需求信息，使得供电 公司有目的地进行电能质量投资和治理规划。 对全社会而言可以统筹规划，有利于治理资源的优化分配，促进社会综合效益 的提高。 目前对电能质量定价方法的研究不是很多，比如基于质量保险的多质量等级电能定 价方法、邮票法以及差别定价法。对于电力用户而言，有些用户对电能质量的要求非常 高，那么输电公司为了满足其要求会给他们单独安排一条专用线路，并且安排专人进行 管理，那么对于这类用户的电能质量定价是比较简单的，只要把成本加上利润就可以了； 9 东南大学硕士学位论文 而其他一些用户对电能质量也有要求，但要求不是很高，那么对于这类用户而言没有必 要单独安排输电线路，这类用户的电能质量定价是比较麻烦的，本文就是针对这类用户 提出电能质量定价方法，通过分析不同客户有不同电能质量的需求，对电能质量定价采 用差别定价法进行研究。 差别定价是指企业以两种或两种以上不同反映成本费用的比例差异的价格来销售 一种产品或服务，即价格的不同并不是基于成本的不同，而是企业为满足不同消费层次 的要求而构建的价格结构。差别定价法有以下几种形式：( 1 ) 顾客细分定价。企业把同 一种商品或服务按照不同的价格卖给不同的顾客。电力公司将电分为居民用电、商业用 电、工业用电，对不同的用电收取不同的电费。( 2 ) 产品形式差别定价。企业按产品的不 同型号、不同式样，制定不同的价格，但不同型号或式样的产品其价格之间的差额和成 本之间的差额是不成比例的。( 3 ) 形象差别定价。有些企业根据形象差别对同一产品制订 不同的价格。这时，企业可以对同一产品采取不同的包装或商标，塑造不同的形象，以 此来消除或缩小消费者认识到不同细分市场上的商品实质上是同一商品的信息来源。或 者用不同的销售渠道、销售环境来实施这种差别定价。如某商品在廉价商店低价销售， 但同样的商品在豪华的精品店可高价销售，辅以针对个人的服务和良好的售货环境。( 4 ) 地点差别定价。企业对处于不同位置或不同地点的产品和服务制订不同的价格，即使每 个地点的产品或服务的成本是相同的。( 5 ) 时间差别定价。价格随着季节、日期甚至钟点 的变化而变化。这样可以促使消费需求均匀化，避免企业资源的闲置或超负荷运转。 1 3 本文的研究内容和目标 短期电价预测可以为市场参与者的竞价策略提供指导，减少参与者的竞价风险，为 其带来稳定的收益，有着十分重要的意义。本文详细分析论述目前常见的电价预测方法， 在此基础上，选择了时间序列法和神经网络法，利用新英格兰电力市场的数据进行建模、 预测，并讨论如何改进模型，提高其预测精度，同时提出最优组合预测思想，利用组合 预测进行预测，对算例的预测结果进行误差分析比较，发现组合预测的精度最高；同时 根据电能按质定价相关的各个因素提出一种基于差别定价的电能质量服务定价方法，对 电能质量服务市场合理分层，考虑用户的支付意愿，以供电公司最大化利润为目标， 实现电能的优质高价。概括起来，具体工作如下所述： 1 介绍本文的研究背景、意义，电价预测及电能质量定价研究的意义及现状。 2 介绍电价预测的基本理论知识，提出最优组合预测的思想，并给出评价预测方法 的指标。 3 先运用时间序列法和神经网络法对2 0 0 7 年新英格兰市场的电价进行预测，并不断 修改模型提高预测精度，再运用组合预测方法进行预测，得出组合预测方法的预测精度 最高的结论。 4 针对不同用户对电能质量要求不一样，提出电能质量差别定价法，实现电能的优 质高价。 1 0 第二章电价预测的基本理论 2 1 电价基本理论 第二章电价预测的基本理论 2 1 i 电价的形成 电力市场中，电价是所有市场参与