（电力系统及其自动化专业论文）基于机会约束规划的发电公司的风险报价.pdf

基于机会约束规划的发电公司风险报价 a b s t r 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 ea l ln e we l e c t r i c i t ym a r k e te n v i r o n m e n t s ，c o m p e t i t i o nh a sb e e n i n t r o d u c e di ng e n e r a t i o ns e c t o rt h r o u g hb i d - b a s e do p e r a t i o n g e n e r a t i o nc o m p a n i e s m u s tb u i l do p t i m a lb i d d i n gs t r a t e g i e st om a x i m i z ep r o f i t sw h e nd i f f e r e n tc o n d i t i o n s a n ds i t u a t i o n so fg e n e r a t i o nc o m p a n i e sa r ec o n s i d e r e d h e n c e ，h o wt od e v e l o po p t i m a l b i d d i n gs t r a t e g i e sw h e ng e n e r a t i o nc o s ti sc e r t a i nh a sb e c o m eam a j o rc o n c e r no f g e n e r a t i o nc o m p a n i e s a l t h o u g hm u c hr e s e a r c ho nd 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 s f o rg e n e r a t i o n c o m p a n i e sh a sb e e nd o n e ，t h e r ea r e s t i l lm a n yd i f f i c u l tp r o b l e m st ob es o l v e d m o r e o v er ，b i d d i n gs t r a t e g i e sn e e dt ob eu p d a t e da c c o r d i n g l yw i t ht h ed e v e l o p m e n to f e l e c t r i c i t ym a r k e t s f i r s t ，t h i sp a p e rg i v e sac o m p r e h e n s i v ei n t r o d u c t i o nt or e c e n tr e s e a r c hw o r ki n s t r a t e g i cb i d d i n g t h ee m p h a s i si sp u t o na p p r o a c h e so fs t r a t e g i cb i d d i n go fg e n e r a t i o n c o m p a n i e s ，c h a r a c t e r i s t i c so fe l e c t r i c i t ym a r k e ta n dt r a d em o d e l ，a sw e l la st r a d es t y l e a n dm a r k e tr u l e so fe l e c t r i c i t ym a r k e ti nc h i n a ， s e c o n d l y , i td i s c u s s e sg e n e r a t i o nc o s t ，i n c l u d i n gc o s tc o n t r o l ，t h ec o s ta n a l y s i s a n dc u r v eo fc o s to fg e n e r a t i o nc o m p a n i e s t h i r d l y ，b a s e do nt r a d i t i o n a lb i d d i n gs t r a t e g i e sm o d e l ，t h ec h a n c e - c o n s t r a i n e d p r o g r a m m i n gi sl e di n t ot h eb i d d i n gp r o b l e m ，i nw h i c hal o to fu n c e r t a i n t yf a c t o r sa r e i n v o l v e d ，a n dar i s k p r o f i tm o d e li se s t a b l i s h e d a c c o r d i n gt o t h ec o n c e p to fr i s k p r e f e r e n c e , t h ep r o f i t s i t u a t i o no fg e n e r a t i o nc o m p a n i e su n d e rd i f f e r e n tr i s k si s a n a l y z e d s i m u l a t i o nr e s u l t s o fa n e l e c t r i c i t y m a r k e tw i t hs e v e r a lg e n e r a t i o n c o m p a n i e ss h o w t h a tt h ep r o p o s e dm o d e li se f f e c t i v e f i n a l l y , an e wb i d d i n gs t r a t e g yb a s e do nu t i l i t yt h e o r yi sp r o p o s e di nt h i sp a p e r i t i sc a r r i e do u tb ye v a l u a t i n gp r i c e sr i s ko fb i d d i n gu s i n g c h a n c e c o n s t r a i n e d p r o g r a m m i n ga n di sa c c e s s e du s i n gu t i l i t yt h e o r y ，t h ef e a s i b i l i t ya n de f f e c t i v e n e s so f t h ep r o p o s e dm e t h o da r ep r o v e db ys i m u l a t i o no fe x a m p l es y s t e m s k e yw 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 g s t r a t e g y ；r i s km a n a g e m e n t ； c h a n c e - c o n s t r a i n e dp r o g r a m m i n g ；r i s kp r e f e r e n c e ；u t i l i t y a s s e s s m e n t i l 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： 高_ 7 条 记 日期：沙多年ff 月岬日 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：高春 乱 日期：加罗年l1 月叼日 导师签名：1 辫岔芝芳 日期：，一r 年月嗲日 硕士学位论文 第一章绪论 1 1 本文研究的背景和意义 自2 0 世纪8 0 年代末，电力工业改革浪潮席卷西方工业发达国家以来，我国 从1 9 9 8 年也开始了建立发电侧电力市场的试点工作，将山东、上海、浙江、辽宁、 吉林、黑龙江六省列为“厂网分开、竞价上网”的试点单位。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的继续深化改革，以期打破垄断， 形成统一、开放、有序的电力市场。 打破垄断、引入竞争、实现电力工业市场化是不可逆转的历史趋势，2 0 0 2 年 初国务院又颁发了电力体制改革方案，将国家电力公司分拆为1 1 个公司( 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j f 0 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) ，同时成立国家电力监管委员 会，拉开了新一轮电力改革的序幕。实行厂网分开、竞价上网和政府有效监管是 这次电力体制改革的核心内容。 各国电力工业根据自己的国情对发、输、配、售四个环节的开放程度不同， 其电力市场模式也不同：但无论采用何种模式，有一点是相同的，即发电侧的开 放。与垄断时期相比，发电公司在电力市场环境下的运营方式和经济策略有了很 大的不同，面临着前所未有的机遇和挑战。 发电公司作为一个独立的经济实体，将追求其自身收益的最大化。发电公司 的报价反映了发电的运行成本和市场供求，决定着机组能否上网发电及其上网电 量的多少。所以，发电公司在成本确定时，报价策略成为企业收益的决定性因素。 从电网的角度看，科学的报价可以为电网提供良好的运行条件，最大程度地优化 安排机组出力。研究和考察发电公司的报价行为，还有助于电力市场监管机构对 发电公司市场行为进行考察，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。所以本文致力于研究发电公司在电力市场环境下 的报价策略问题。 1 2 发电公司报价策略研究现状 发电公司的报价策略是指发电公司在电力市场进行电力交易时，根据市场规 基于机会约束规划的发电公司风险报价 则进行报价决策时所采取的一整套策略。由微观经济学理论可知，在理想的、完 全竞争的电力市场中，发电机组的边际运行成本是每一个参加市场的发电公司的 最优报价；但由于存在进入壁垒、输电约束和输电损耗等问题，电力市场实际上 是一个不完全竞争的寡头垄断市场。这就导致了发电公司利用市场结构和规则的 不完美性，不按边际成本报价而增加自身利益的报价行为，也就是发电公司的策 略报价。 通常发电公司进行策略性报价主要有4 种方法：基于预测市场清除价的策略 性报价方法、基于预测竞争对手的报价行为的策略性方法、基于博弈论的策略性 报价方法和基于成本分析的策略性方法。 ( 1 ) 基于预测市场清除价的方法 这类方法的基本原理是首先对电力市场中相应的电价进行预测i 卜4 1 ，发电公 司只要报个比预测电价略低的价格即可获利。这种方法原理上简单，但准确预 测市场清除价是非常困难的。因为电价预测需要对系统负荷需求、其他发电公司 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。电力市场的参与者较少，随机性和投机性大，电价变化起伏 性大，电价规律不易掌握。另外该方法暗示了这样一个假设，即发电公司的竞标 对市场清除价没有影响。因此该方法适合于发电公司的报价策略对市场清除价影 响相对较小的情形。 文献【l 】对预测技术进行了简单的讨论，主要方法有时间序列法、人工神经元 网络法、混沌预测法、灰度理论法、分形算法、小波分析法、建立智能专家系统 等。如文献f 2 】以浙江省电力市场为背景，采用b p 神经网络的方法，对浙江电网发电 市场清算电价做了短期预测。文献【3 ，4 】介绍了报价问题中如何估计下一时刻的市 场清除电价。 ( 2 ) 基于估计竞争对手的报价行为的方法 该方法通过估计竞争对手的报价行为来构造自己的报价策略模型【5 9 】。一般 先用概率或者模糊的方法来估计竞争对手的报价行为，在此基础上建立最优报价 模型，求解此优化问题得到最优报价策略。该方法的难点在于能否准确地估计竞 争对手的报价行为。准确的估计竞争对手的报价行为需要掌握充分的历史报价数 据，但由于世界上不少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，所以只能通过估计竞争对手的成本再加土：对竞争对手市场力的分析来估计其 报价行为。 目前描述竞争对手报价行为的形式有很多种，多假设竞争对手的报价服从概 率分布，如离散概率分布、均匀分柿和正态分布，或者将其看作一个模糊集合。 文献 5 ，6 】假设对手的报价行为服从正态分布，然后根据其概率密度函数进行蒙特 硕士学位论文 卡罗随机模拟，并用黄金分割法求解发电公司的最大化收益问题，从而得出发电 公司的最优投标策略。文献 7 】构造了适于英格兰一威尔士类型的电力市场的解析 投标模型，首先假设竞争对手服从某一概率分布，然后用概率的方法构造出以发 电公司期望利润为目标函数的优化模型，最后用动态规划的方法来求解。文献【8 】 用模糊方法处理负荷需求、发电公司报价、电力调度、电价、成本、利润等市场 参数的不确定性，建立了一个多层次的发电公司报价模型。而文献【9 】假设对手的 报价行为和市场清除价己知，通过估计中标的概率建立了一个简化的投标模型， 然后再求解一组微分方程得到最优策略。 f 3 ) 基于博弈论的方法 博弈论是研究2 个或2 个以上参与者( 或称为局中人) 在对抗性或竞争性局势 下，如何做出有利于己方决策的数学理论【l0 1 。近年来有很多学者将博弈论引入到 发电公司报价策略的研究中。它的原理是首先根据电力交易构造一个博弈模型， 然后寻找该模型的平衡点，这些平衡点就对应发电公司的最优报价策略。利用博 弈论来研究电力市场主要难点就是对不完全和不完美信息的处理及对多人博弈的 求解。由于该方法在应用博弈模型时做了很多简化假设，所得到的平衡点对构造 报价策略可能没有什么意义，另外理论上也还不清楚电力市场是否存在这样一个 平衡点。 文献 1 1 1 假设市场电价的分布规律( 正态分布) 已知，不知道其它参与市场竞价 的发电公司的竞价策略，把竞价问题看成是发电公司和市场之间的零和二人混合 对策，从而得到基于博弈论的晟优报价方案。文献 1 2 】运用博弈论中的第一价格暗 标拍卖原理，研究发电公司的不完全信息竞价博弈模型。考虑了发电公司的单位 成本、竞价成功的可能性概率及预期的市场清除价格等因素，通过求解模型得出 发电公司报价的一般表达式。文献【1 3 】讨论了在发电公司与负荷的双边交易市场 中的投标策略问题。基于发电成本矩阵和负荷愿意支付向量推出了纳什均衡的充 要条件，并用网络优化技术来计算发电公司的报价均衡点。 ( 4 ) 基于成本分析的方法 这种方法的基本思路是将发电公司的电能生产成本加上合理利润作为上报电 价【1 4 】。此方法对发电公司来说比较简单、容易掌握，缺点是没有考虑其他竞争对 手的报价情况，很难做到自身利润的最大化。不过，发电成本分析是发电公司进 行报价的基础，发电公司需要准确分析机组的发电成本，在报价时对成本“心中 有数”。文献 1 4 】基于实时成本理论，介绍了一种适合电厂报价的成本报价模型； 以实时成本为基础，让电厂在不同的时段获取不同的利润，并以此来制定报价策 略。 基丁二机会约束规划的发电公司风险报价 1 3 我国电力市场发展的特点 目前，我国正在构建“厂网分开，竞价上网”的发电侧电力市场，这一市场 模式的核心是电力联营体( p o w e rp 0 0 1 ) ，即各个发电公司向p o o l 提交报价曲线， p o o l 根据这些报价曲线，代表用户择优购买电力。市场主体是各独立发电公司与 电网经营公司，电网经营公司负责组织各发电公司间的竞争，政府负责对电力市 场进行监督管理。与英国、澳大利亚等国的电力市场不同的是，中国当前的电力 市场保持着输、配一体的管理模式，保留供电营业区，每个供电营业区只有一个 指定的供电机构向终端用户供电。同时，部分大用户作为试点可以直接与发电公 司进行双边交易。从国家电力改革动向和试点单位的改革经验来看，我国近期电 力市场的发展具有以下特点： ( i ) 单一购买者模式 当前，我国目前处在厂网分开的发电市场阶段，电力市场的主体主要是各大 发电公司和电网公司，输配电网没有分离，所以竞争性的电力市场还主要是单一 购买者的电力交易模式。 f 2 ) 部分电量竟价上网 在实行“竞价上网”的初期，为了实现平滑过渡和积累经验几个试点单位 全部采用了限量竞价上网的方式。一般安排当年市场需求的1 0 2 0 作为竞争电 量，其余作为基本电量( 或合约电量) 。对于后一部分电量的处理，采用了两种形 式：一是必须首先保证这一部分电量的完成，然后再考虑竞价电量，如山东电力 市场；二是在市场中安排全部电量参与竞价，但在结算时按照竟价模式规则对基 本电量( 或合约电量) 进行补偿，如浙江电力市场。 ( 3 ) 双轨制竞价体系 在开展竞价上网时遇到的最大问题是如何处理原有的购售电合同问题。前些 年我国电力装机容量严重不足，为鼓励投资者建设电厂，出台了一系列包括保证 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。为解决 这一关键问题，各试点单位经过不停的摸索研究，提出了包括“差价合约”等在 内的多种实施方案，其目的是既要考虑原有还本付息政策的延续，又要引入竞争 机制。这些方案的核心就是双轨制竞价体系，即基本电量部分按国家批准的合同 电价结算，竞争电量部分按竞价电价结算。这基本解决了原有的合同问题。目前 几个试点单位都是采用这种方法进行市场结算【l ”。 f 4 1 生产调度与市场交易一体化 目前国际上电力市场的运营有两种模式，一种是美国加州i s o 和p x 模式，即 电网运行调度与市场交易分立；另一种是调度与市场交易一体化的形式，这种方 式为大多数电力市场所采用。我国由于电网本身的特点，各试点单位都采用了后 硕士学位论文 一种市场运行方式。 ( 5 ) 交易类型 现各试点主要采用中长期合约交易、现货交易和实时交易相结合的交易方式。 差价合约+ 现货市场模式已在浙江电力市场中应用。 1 4 本文主要研究内容 在发电侧引入竞争的电力市场环境下发电公司更为关心自身的收益，因此， 本文首先在理论上研究了发电公司的报价策略问题，然后结合实时成本信息、本 公司机组等信息建立了传统的最优报价模型。在此基础上，引入经济学中的分析 理论，建立了有效的风险报价模型及各个报价方案评估的方法。为实现发电公司 的商业化运营奠定了理论基础。具体来说，本文主要研究工作包括： ( 1 ) 综合分析了发电公司的报价问题及传统报价模型。 ( 2 ) 介绍了风险管理的基本概念及其在电力市场中的应用，讨论了发电公司报 价策略问题中经常用到的柳避或评估风险的方法。 ( 3 ) 在暗标拍卖且以市场清除价结算的模式下，采用概率论的方法描述竞争对 手的报价行为，再利用机会约束规划建立了发电公司风险一收益分析的新模型； 利用行为金融学中描述决策者风险偏好态度的方法，提出了一种对发电公司风险 偏好态度进行量化的方法。具体实例验证了模型和方法的可行性和有效性。 ( 4 ) 针对预测市场清除价并按p a b 结算的电力市场模式，把机会约束规划应 用到申报电价环节，建立了相应的数学模型，并运用经济学中的效用理论来选择 最优的报价策略，提出了“效点间距离对分法”，并给出了相应的算例分析，说明 该模型的有效性。 基于机会约束规划的发电公司风险报价 第二章发电公司报价策略研究 电力市场为电能买卖双方提供了进行交易的场所，把电价的定价原则由过去 的政府管制和调控，转变为由市场竞争所决定。发电公司在电力市场中作为一个 独立的经济实体，需要“竞价上网”，与垄断模式下不自主的计划发电不同，发电 公司需要自己决定在电力市场中上报的电价和发电出力。所以，发电公司面临的 关键问题是如何确定最优的报价策略以获得虽大的利润。由于不同的电力市场开 放程度不同，市场交易模式及电力市场的组成也将不同，因此本章首先讨论了电 力市场的交易模式、电力市场的组成部分，综述了报价的不同竞价规则，然后阐 述了与发电公司报价密切相关的生产成本问题，并对传统报价模型做了一定的分 析。 2 1 电力市场交易模式 当前世界各国的市场模式大致分为两个基本类型n6 】：联营体( p 0 0 1 ) 模式和双 边交易模式( b i l a t e r a l t r a d e s m o d e l ) 。从这两个基本模式可以派生出p + b 模式( 联营 体模式+ 双边交易模式) 、多边交易模式。 ( 1 ) 电力联营体模式 电力联营体模型也叫总量市场化模型。在这种模式下，一切电力交易必须在 p o o l 内进行，允许用户签订纯金融性差价合同，以降低市场风险。p o o l 模式最大 的特点是将电网看作电能交易的中心，所有发电公司以及所有用户与电网运营中 心发生经济关系。在p o o l 模式中，整个电力系统被划为发电、输电、供电环节。 竞争在发电侧和供电侧分别展开，对于市场初期也可能只开放发电侧市场。在这 一模式下，必须成立独立的电网运营机构进行电网的调度、运行，并且要求该机 构与所有市场成员无利害关系。电网运营机构根据市场报价制定交易计划，计算 系统边际电价、输电电价、辅助服务电价。在p o o l 模式中，也可能存在双边交易， 但是很有限，自由度也很小。英国、智利、阿根廷等国以及美国p j m 电力市场、 澳大利亚的v i c t o r i a 电力市场都属于这一市场类型。 在发电侧电力市场中，考虑到与传统调度模式的衔接，可采用一种称为“单 一购买者模式”( 它也是一种联营体模式) ，或称“l + n ”模式，“l ”是指电力市 场的单一购买者，即电网运营机构；“n ”是指参与市场竞争的各个独立发电公司。 除部分作为试点的大用户外，一般用户不能与发电公司签订购电合同，只能由电 网经营公司采用趸售或零售的方式供电。这样，电网运营机构必须每时每刻做到 _董! ，! j 耋丝塞堡型墼塞皇竺旦垒墼堡丝 第二章发电公司报价策略研究 电力市场为电能买卖双方提供了进行交易的场所，把电价的定价原则由过去 的政府管制和调控，转变为由市场竞争所决定。发电公司在电力市场中作为一个 独立的经济实体，需要“竞价上刈”，与垄断模式下币自主的计划发电不同，发电 公司需要自己决定在电力市场中上报的电价和发电出力。所以，发电公司面临的 关键问题是如何确定最优的报价策略以获得最大的利润。由于不同的电力市场开 放程度不同，市场交易模式及电力市场的组成也将不同，因此本章首先讨论了电 力市场的交易模式、电力市场的组成部分，综述了报价的不同竞价规则，然后阐 述了与发电公司报价密切相关的生产成本问题，并对传统报价模型做了一定的分 析。 2 1 电力市场交易模式 当前世界各国的市场模式大致分为两个基奉类型u ：联营体( p 0 0 1 ) 模式和双 边交易模x 式( b i l a t e r a lt r a d e sm o d e l 】。从这两个基本模式可以派生出p + b 模式( 联营 体模式+ 双边交易模式1 、多边交易模式。 r 1 1 电力联营体模式 电力联营体模型也叫总量市场化模型。在这种模式下，一切电力交易必须在 p o o l 内进行，允许用户签订纯金融性差价合同，以降低市场风险。p o o l 模式最大 的特点是将电网看作电能交易的中心，所有发电公司以及所有用户与电网运营中 心发生经济关系。在p o o l 模式中，整个电力系统被划为发电、输电、供电环节。 竞争在发电侧和供电侧分别展开，对于市场初期也可能只开放发电侧市场。在这 一模式下，必须成立独立的电网运营机构进行电网的调度、运行，并且要求该机 构与所有市场成员无利害关系。电网运营机构根据市场报价制定交易计划，计算 系统边际电价、输电电价、辅助服务电价。在p o o l 模式中，岜可能存在双边交易， 但是很有限，自由度也很小。英国、智利、阿根廷等国以及美国p j m 电力市场、 澳大利亚的v i c t o r i a 电力市场都属于这一市场类型。 在发电侧电力市场中。考虑到与传统调度模式的衔接，可采用 种称为“单 一购买者模式”( 它也是一种联营体模式) ，或称“1 + n ”模式，“1 ”是指电力市 场的单一购买者，即电网运营机构；“n ”是指参与市场竞争的各个独立发电公司。 除部分作为试点的大用户外，一般用户不能与发电公司箍订购电台i 司，只能由电 网经营公司采用趸售或零售的方式供电。 网经营公司采用趸售或零售的方式供电。 这样，电网运营机构必须每时每刻做到 这样，电网运营机构必须每时每刻做到 硕士学位论文 供需平衡，并收购所有电力，以保证对用户供电。与国外发、输、配完全分开的 模式相比，电网运营机构责任较大，为防止出现供电严重不足或购电电价过高的 恶劣电力市场现象，电网运营机构一般与发电公司签订一定数量的长期合同。本 文研究正是基于这一模式。 ( 2 ) 双边交易模式 双边交易模式也叫非管制型电力联营体模型。单一买主的电力交易模式没有 给用户选择的权利，因此，为使电力市场更加开放，打破电网公司在市场的垄断 地位，出现了双边电力交易的模式，但双边交易只能适合于具有一定容量和电量 的大用户，否则对大用户的风险太大，双边交易一般在合约市场上进行在现货 市场上由于时间太短，来不及交易。当输、配电分离和零售市场开放后，配电公 司或零售商将从事双边电力交易。 双边交易模式的最大特点是交易双方为发电公司与最终电力用户或者双方各 自的代理或中介机构。该模式一般不单独存在，而是与p o o l 模式共存，且双边交 易市场所占的份额较大。准确的讲，当前实际应用的双边交易模式都应该称为p + b 模式。与p o o l 模式相比，双边交易模式下的竞争更加充分。在该模式下，市场交 易与调度运行职能一般被分离。市场交易由p o w e r e x c h a n g e ( p x ) 或s c h e d u l i n g c o o r d i n a t o r ( s o ) 负责，确定交易量以及交易价格。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。i n d e p e n d e n ts y s t e mo p e r a t o r ( 1 s o ) 负责调度运行职能， 确保全系统的安全、可靠运行。一旦电网出现阻塞或其它安全隐患，i s o 负责启 动输电阻塞管理程序，协调各市场的交易。1 s o 还负责辅助服务市场的运行，并 制定输电电价和辅助服务价格。美国加州电力市场以及北欧电力市场、新西兰等 国家的电力市场都是属于该模式。 ( 3 ) 多边交易模式 该模式完全不存在p o o l 市场或p x 机构，并且考虑了经纪人( b r o k e r ) 、零售商 ( r e t a i l e r ) 等市场中间环节，是在双边交易基础上发展起来的一种更广泛的、基于 分布协调的市场模式，可以看作双边交易模式的高级形式。传统的集中协调功能 被设计到信息结构之中，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，并且能够与现有的两种基本模式共存于统一 市场框架中。协调多边交易模式从理论上讲比较完美，但是只适用于充分竞争的 市场环境。 2 2 电力市场的交易类型 一个完整的电力市场一般包括现货交易市场( 同前交易市场) 、实时交易( 平 衡) 市场、合同交易市场和辅助服务交易市场几种。对于发电公司而言，这几类 基于机会约束规划的发电公司风险报价 市场都是其参与竞争的舞台，所以发电公司在电力市场中一整套报价策略也相应 地包括现货交易市场的报价策略、实时交易市场的报价策略、合同交易市场的报 价策略和辅助服务交易市场的报价策略。另外，合理分配发电公司在各交易市场 中参与竞价的发电容量或出力可以分散风险、提高发电公司的总利润。 当然，根据各国国情和电力市场发展程度的不同，有些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 只有其中的几个交易市场，此时发电公司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交易市场( p o o l 交易) 和合同交易市场( 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， 发电公司的报价策略只包括现货交易市场的报价策略和合同交易市场的报价策 略。而以双边合同为主的英格兰电力市场的新模式，即n e t a ( n e we l e c t r i c i t y t 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平衡市场。因为双边合同的交易 量占9 7 9 8 ，所以发电公司在此模式下主要侧重于双边合同交易市场。 我国的电力市场总体模式还没有最后确定，尽管在几个试点省、市已有明确 的模式。如果实行大区级和国家级两级电力市场，发电公司的报价策略还要包括 大区级和国家级电力市场的报价策略以及两级电力市场报价策略的协调；如果实 行省级、大区级、国家级三级电力市场，则发电公司的报价策略则包括这三级电 力市场的报价策略以及三级电力市场报价策略的协调。当然，这取决于市场规约 是否允许一个发电公司在不同级别的市场报价。下面对发电公司在现货市场、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。 ( 1 ) 现货交易市场 在该市场中，发电公司提前一个交易日提交下一交易臼4 8 ( 或2 4 ) 个交易时段 的报价曲线( 每3 0 m i n ( 或l h ) 为一个交易时段) ，然后运行部门按照规则规定的时 间表运行日前市场。发电公司在现货交易市场的报价策略就是如何确定这4 8 个时 段的最优报价曲线。到目前为止大部分研究工作都集中在这一方面。图2 1 给出 了日前交易市场的结构。 文献 1 7 】综合分析了近几年来提出的各种独立发电公司在日前市场中的竞价 模型和算法，指出了各类方法的特点。文献【1 8 】提出利用序优化的方法解决日前 竞标电力市场中电力供应商的竟标策略选择问题，以美国加州电力市场历史价格 数据和一个拥有1 0 个火电机组的独立电力供应商做了相应的算例仿真。文献 1 9 】 针对日前市场提出了基于随机规划的策略性竞价过程，并用b e n d e r 分解法求解此 大规模的两阶段的随机优化问题。文献 2 0 1 提出了一种适合中国国情的日前交易 市场运作模式，给出了相应的组织流程和运行规则。 硕士学位论文 中长期 音约交 易数据 合同管 理数据 电网约 束数据 发电公 司申报 数据 光电网安全约束交易计划确定 考虑电网安全约束交易计划制定( 安全校核) 系统控制模块i系统维护模块【j 短期负荷预报 图2 1 日前交易市场结构 ( 2 ) 实时交易市场 由于日前交易计划与电网实际运行的情况会有一定差别，实时市场是平衡这 一差别的有效的市场手段。近几年来，国内外越来越多的电力市场引入了实时交 易，采用市场的手段平衡电网运行中形成的电能供需不平衡，以提高电力市场运 行的安全水平，使电网调度过程遵循市场规律。实时电价作为反映电能交易中供 需关系变化的最灵敏的经济信号，可以通过经济杠杆的作用引导电能供应者和消 费者主动地参与市场平衡。大量的实践证明：实时电力市场能提高市场环境下电 网运行的可靠性，提高电网调度自动化水平，使电网调度在市场环境下符合公正、 公平的原则，保证电力市场良好地运营。实时市场已经成为现代电力市场必不可 少的一部分。 圈2 2 实时市场中的电网调度 在实时市场中，交易中心定期公布下几个调度时段市场发电与负荷的供需情 况，发电公司根据电能充裕情况及各自的报价策略，决定是否参与实时交易市场。 如果参与实时交易，就向调度交易中心实时报价( 或采用日前报价) ，主动参与实 时调度。调度中心以购电费用最小或其他某种目标最优，来安排参加实时调整的 基于机会约束规划的发电公司风险报价 机组的实时出力计划。图2 2 给出了在实时电力市场中的发电平衡调度过程。 实时电力交易市场在美国、英国和澳大利亚等国外电力市场中已经取得了成 功的运行经验，但在国内还处于起步阶段。文献【2 1 】对实时电力市场运营中的报 价、交易、阻塞管理等环节的模型和算法进行了分析和研究。设计了基于容量报 价和调整报价两种实时报价方法，给出了将区域电价和实时电价相结合的阻塞管 理方法以适应我国未来的多级电力市场模式。据此设计了相应的实时电力市场运 营模式，根据该模式设计实现了实时电力市场技术支持系统。文献【2 2 1 介绍了国 外成功运行的实时平衡市场，提出了建设符合中国国情的实时平衡市场的建议和 大区交易分区调度的市场模式。 ( 3 ) 合同交易市场 合同交易市场可以分为中长期合同交易市场、短期合同交易市场、期货和期 权交易市场等。发电公司可以通过签订合同来规避风险，所面临的问题是合同电 量和合同电价如何确定才能使风险最小、利润最大，这也就是发电公司在合同市 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 ) 方式签 订，短期合同交易则可以在任意一个电力交易中心p x 中进行。因为现货交易市 场中电价的不断波动使得一些市场参与者包括发电公司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，相应地发电公司在合同市场中的报价策略也就越来越重要。文献 2 3 】 针对差价合同的发电厂的报价策略问题，建立了一个能研究差价合同市场对发电 厂在现货市场中报价策略影响的市场决策模型，其中各个发电厂以极大化自己的 利润为目标，整个模型的均衡点包括各个发电厂在现货市场中的均衡报价策略， 以及在差价合同市场中的均衡合同电量。文献 2 4 】研究了发电厂参加合同市场和 不参加合同市场时的投标行为。建立了以收益最大和风险规避为目标的数学模型， 求得了发电厂最优的现货市场申报电量和合同电量。 ( 4 ) 辅助服务交易市场 辅助服务包括有功频率控制( 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( n 0 调峰、调频、调压、黑启动) 。辅助服务市 场是电网的安全稳定运行所必需的。发电公司在辅助服务市场中的参与也非常重 要，有时可以通过策略性的投标来获得高额利润。对发电公司而言，如何构造在 辅助服务市场的投标策略以及与现货市场、实时市场相协调仍是有待解决的一个 重要问题。文献【2 5 】给出了一种适合中国国情的电力辅助服务市场运作机制，对 其交易流程、需求预报和发布、数据申报、竞价规则、交易机制及发电与输电辅 助服务的调度进行了详细的描述。文献【2 6 】对国际电力辅助服务市场化运营，从 市场的模式、交易的方式、定价机制、调度方式等进行了比较分析与研究，并结 硕十学位论文 合中国的国情，探讨了中国电力辅助服务市场模式与交易方式等问题，为中国电 力辅助服务市场化运营提供了合理的建议。 在实际运行的电力市场中，发电公司需要统筹考虑现货交易市场、实时交易 市场、合同交易市场和辅助服务交易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发电公司的收益最大化且风险最 小化是发电公司需要解决的重要问题。：艾献 2 7 】针对我国电力市场的特点提出了 一种合约交易模式，合约市场和实时平衡市场并存，考虑两种市场价格之间的关 系以及历史数据的影响，并通过科学的方法确定了各参数以达到最优的目的。 2 3 不同竞价规则下的报价策略 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，在竞价机制、竞价方式、报价函数、结算方式等方面都有所不同。相 应地，发电公司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。 ( 1 ) 静态竞价与迭代竞价 电力市场的竟价可以分为静态竞价和迭代竞价。静态竞价时发电公司只有一 次投标机会，而迭代竟价机制允许市场参与者根据以前各轮拍卖过程中显示出来 的价格来改变自己的报价，这种价格发现( p r i c ed i s c o v e r y ) 过程有助于发电公司确 保可行的发电调度，给发电公司提供了信息以计算收入和成本，允许发电公司调 整他们的投标以改进其盈利状况。但目前世界上大部分电力市场都采用了静态竞 价机制。文献 2 8 】建立了发电市场迭代竞价模型。比较了迭代竟价机制与单轮投 标机制的市场效率。 ( 2 ) 分时竞价与分段竞价 在分时竞价方式下，交易中心逐时段t 地对负荷进行拍卖，如图2 3 ，市场规 则要求为： 曩 图2 3 分时竟价的负荷拍卖方式 1 ) 发电公司对次日每1 小时( h ) ( 或o 5h ) 负荷提交一条竟价曲线，全天共提交 2 4 ( 或4 8 ) 条竟价曲线； 基于机会约束规划的发电公司风险报价 2 ) 交易中心对每lhr 或o 5h ) 负荷出清，确定统一的清除电价，并按此清除 价进行结算。目前国外电力市场普遍采用分时竞价的方式。 分段竞价把负荷按持续时间分成若干持续的负荷段，如图2 4 所示，市场对各 持续的负荷段进行拍卖，各负荷段的市场清除价格为该负荷段的边际竞标价格， 机组中标容量都按所在负荷段的市场清除价进行结算。分段竟价的电力市场可采 用单轮的拍卖竞标方式( s i n g l e r o u n d a u c t i o n ) ：独立发电公司( i n d e p e n d e n tp o w e r p r o d u c e r , i p p l 提交报价，市场管理员( m a r k e to p e r a t o r , m o ) 负责市场出清怛”j 。 图2 4 分段竞价的负荷拍卖方式 ( 3 ) 单一报价和复合报价 根据报价内容的不同，发电公司在电力市场中的报价主要有两种形式：单一 报价和复合报价。单一报价只要求发电公司给出它将来某一时段的电价曲线，系 统调度中心不负责机组启停安排，由发电公司考虑机组运行的物理限制；这种报 价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，需要一种调度机制来修改调度计划，例如设立短期平衡市场。 加利福尼亚、澳大利亚和挪威瑞典等电力市场采用这种报价方法。西班牙基本 上也采用这种方法，但报价时允许附加少量运行约束。文献【3 2 】针对加利福尼亚 电力市场的单一报价的竞价规则，研究了发电公司在日前市场的报价策略问题， 在建立报价模型时考虑了机组启停费用和机组启停约束。 复合报价要求发电公司除了上报电价曲线以外，还要上报所有的运行限制如 机组爬坡速率、启停费用以及零负荷费用等参数。这种方法可以保证系统调度中 心所得到的发电调度计划在技术上是可行的。复合报价的典型例子是英格兰一威 尔士电力市场，该市场的竞价规则要求发电公司的报价中包括很多分量。 f 4 ) m c p 结算方式与p a b 结算方式 统一市场清除价是指在满足一定的约束( 如系统约束、机组约束、交易约束 等) 条件下，按发电公司报价由低到高的顺序分配发电负荷( 即公平性准则) ，最 后一台满足系统负荷平衡的发电公司的报价即为统一市场清除价。在m c p 结算机 制下，所有成交交易统市场清除价结算。按报价结算p a b ( p a ya sb i d ) 贝o 指在满 足一定的约束条件下，按发电公司报价由低到高的顺序分配发电负荷，并按实际 与l 硕士学何论文 报价进行交易结算，直至满足系统负荷平衡。 文献【3 3 】提出了混合价格结算方式，所谓混合价格结算方式是指以某一价格 为基准，对报价在这一价格水平以下的中标发电公司按m c p 方式结算，而对报价 这一价格水平以上的中标发电公司按p a b 方式结算。在美国加州日前市场就采用 了混合价格结算机制，即投标报价在基准软价格帽( s o f tp r i c ec a p ) 下的按m c p 方式 结算，否则按p a b 方式结算。这样既保证了大多数发电公司的合理收益，又可以 鼓励中、小发电公司积极进入市场，同时也在一定程度上降低了电价、扩大了消 费者剩余。 基于机会约束规划的发电公司风险报价 第三章发电公司的生产成本的分析与控制 为适应“竞价上网”，发电公司必须制定最优的发电报价策略，而制定报价策 略的基础工作，就是要准确的分析生产成本，进行成本管理工作。因为公司的生 产成本是发电公司上网电价的主要组成部分，是进行报价数据分析的最基础的数 据，在不清楚发电成本的情况下进行报价是盲目的，所以进行生产成本的分析计 算是发电公司进行竞价上网报价应该首先进行的工作。 3 1 发电公司成本分析 成本是电价的基础，降低了成本，就提高了公司的核心竞争力，在竞价上网 的电力市场环境下，发电公司为取得更大的优势，必须做好以下成本分析工作p 4 3 5