（电力系统及其自动化专业论文）基于线性供应函数模型的市场力研究.pdf

a b s t r a c t t h ep r a c t i c a le l e c t r i c i t ym a r k e ti s c h a r a c t e r i s t i c so f p o w e ri n d u s t r y t h e r e f o r e ， c l o s e l ya k i nt oo l i g o p o l yb e c a u s eo f g e n e r a t i o nc o m p a n i e s ( g e n c o s ) h a v et h e m o t i v a t i o nt oc a r r yo uti t sm a r k e tpo w e ri no r de rt og ai nre a s o n l e s se xc e s s b e n e f i t a f t e ra n a l y z i n gc o n d i t i o no f m a r k e to p e r a t i n ga n d g e n c o s b e h a v i o r ，r e g u l a y o r y a u t h o r i t yd e s i g n sa 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 dme a s u r e m e n tt or e s 仃a i l lm a r 】k e t p o w 钉f o rma r k e te f f i c i e n tc o r np e t i t i o n b a s e do nt h el i n e a rs u p p l yf u n e t i o n ( l s f ) m o d e j ，t h l sp a p e rf o c u s e so na n a l y s i so f i s s u e so fm a r k e tp o w e ri ne l e c t r i c i t ym a r k e t s e s p e c i a l l ya b o u te v a l u a t i n ga n d r e s t r a i n i n go f i t f i r s t l y , t h ed e fi n i t i o n so fm a r k e tp o w e ri ne l ec t r i c i t ym a r k e ta rep r e se n t e d - n l e o n g m ，i n f l u e n c i n gf a c t o r ，r ea l i z i n gp a t h w a y sa n dme a s u r e m e n t st 0r e 鼬r a mm a r k e t p o w e ra r ea l s oi n t r o d u c e d t h e n ，t h i sp a p e rd i v i d e st h ee x i s t i n ge v a l u a t i n gi n d i c e si n t ol o n gt ( 釉e v a l u a t m g m d j c e sa n dc r i t i c a le v a l u a t i n gi n d i c e s c o m b i n i n gw i t hap o w e rma r k e to fi e e e 3 0 - b u st e s ts y s t e m ，t h i sp a p e r c o n t r a s t i v e l ya n a l y z e st h et h e o r e t i c a lf e 狐sa n dt h e s u p e r i o r i t ya n di n f e r i o r i t yi n a p p l i c a t i o no fd i v e r s ei n d i c e s ，舳dm er e s u l ti n d i c a t e s t h a tl e r n e ri n d e x ( l ) i sa b l et or e f l e c tt h em a g n i t u d e o fm a r k e tp o w e r o b i e c t i v e l v a n 1 m p r o v e dl i sp u tf o r w a r d ，b a s e do nl , c o m p r e h e n s i v e l y c o n s i d e r i n gt h ec h a n g eo f l o a d ，t h ep r a c t i c a lp o w e r s u p p l ya n dc o n c e n t r a t i n gd e g r e eo ft h em a r k e t , i np u r p o s eo f r e f l e c t i n gt h em a r k e tc o n d i t i o nm o r ec o m p r e h e n s i v e l y t h e e v a l u a t i n ge ff e e to f t h i s i n d e xi sa l s ov a l i d a t e dt h r o u g hp r a c t i c a le x a m p l e s f i n a l l y , t h i sp a p e ra n a l y z e st h ec h a n g eo f m a r k e tp o w e ra f t e rv e r t i c a li n t e s 嘲i o n b e 铆e e nag e n c oa n dt h eo n l yg r i dc o r np a n y b yi m p r o v e dl e m e ri n d e x l s fm o d e l 1 su s e dt osi m u l a t eg e n c o s s t r a t e g i cb e h av i o ri nw h o l e s a l ee l e c t r i c i t ym 别r k e t t l l e m a p a c to fc o n c e n t r a t i n gd e g r e eo f t h em a r k e t , c o s ta n d p r o f i tm a r g i no fg r i dc o m p 锄v 柚dl e v e lo fd e m a n do nma r k e tp o w e ra r ea l s od i s c u s s e d t h r o u g ht h es i mu l a t i o no f t h ei e e e3 0 _ b u st e s ts y s t e m ，t h er e s u l ti n di c a t e st h a tv e rt i c a li 1 1t e g r a t i o nw e a k e n s m a r k e tp o w e ri nac e r t a i ne x t e n t k e y w o r d s ：e l e c t r i c i t yma r k e t ， e v a l u a t i o ni n d e x ，v e r t i c a li n t e g r a t i o n ma r k e tp o w e r ，s u p p l yf u n c t i o ne q u i l i b r i u m ， 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的 研究成果，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，也不包含为获得苤盗盘堂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：宗拖 签字日期：2 寥年月2 日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解苤鲞盘堂有关保留、使用学位论文的规定。 特授权苤盗盘鲎可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检 索，并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学校 向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权说明) 学位论文作者签名：农粞，师签名： 孝群1 签字日期：砂易年月乙日签字日期：歹叩乡啤6 月力同 第一章绪论 第一章绪论 电力行业于上世纪7 0 年代开始探讨向市场竞争回归。美国麻省理工学院的 p j o s k o w 教授首先对电力工业放松监管问题进行了研究。此后，自2 0 世纪8 0 年 代以来，世界上许多国家和地区陆续对电力工业进行市场化变革，掀起了以“电 力市场”为中心的电力产业体制改革之风。【1 2 】 1 1 研究的背景及意义 1 1 1 论文研究背景 电力市场的简单理解就是电力行业走市场化道路，电力市场的基本目 标是：为发电企业提供正确的价格和数量服务信号，引导其在对现有发电 企业的运行和维护管理以及投资建设新发电企业方面做出优化决策；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。 但如何在电力行业引入市场竞争，建立适合于电力行业的市场机制， 世界上不同地区之间存在着很大的差别。 以智利、英国、美国为代表的十几个国家陆续实现了不同模式的电力 市场。智利是最早开始实行电力工业市场化改革的国家，起步于2 0 世纪7 0 年代末。英国则要稍迟一点，但是英国电力工业市场化改革的影响是巨大 的，其电力联营体( p 0 0 1 ) 模式自1 9 9 0 年实行，作为一种先进的市场模型，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。2 0 0 1 年3 月，英国实行新的电力交易规约 ( n e we l e c t r i c i t yt r a d e i n ga r r a n g m e n t ，简称n e t a ) ，即由远期合同市场、短期 双边市场和平衡市场组成，旨在将批发电力交易和输电制度在整个英国推 广，增强电力市场的良性竞争。美国电力工业改革则是实行发电逐步市场 第一章绪论 化。1 9 8 4 年，缅甸州首次采用发电侧竞争招标，此后多个州采用招标方 式；1 9 9 4 年，墨西哥州开始转供试点，各发电公司开展竞争；为促进经济功率 交换，佛罗里达州建立了电力经纪人系统，电力经纪人系统功能类似电力 库的功能，各发电公司每小时报价，由电力经纪人系统在全局最优的基础 上进行贸易匹配，电力经纪人系统给参与者带来了很大的利益，提高了电 力公司整体运行效率；1 9 9 8 年，加州实行自愿电力库模式，实行双边交易 或电力库市场竟价，8 5 的电力是在电力交易中心成交。位于美国东北部的 p j m 电力市场，市场交易自愿参与，包括提前一天现货电能交易、实时电 能交易、输电权交易、容量信用交易以及调频交易等多种交易。各州改革 的基本模式是开放电网使用权，逐步开放用户选择权，但改革进程不同。 虽然2 0 0 1 年加州电力危机给美国加州带来了巨大的损失，但电力市场改革 仍旧在世界各地开展。可以预计，传统上垄断的电力产业走向“市场”将 是历史选择的必然。 事实证明，各国的电力市场改革道路各有不同，电力市场模式丰富多 样，没有普遍适用的电力市场模式。世界上许多国家如北欧、澳大利亚、 阿根廷、新西兰、日本、韩国和中国等也都根据本国国情和电力工业特点 积极地开展这方面的尝试，创造性地发展了多种电力市场模式。 从1 9 8 5 年鼓励集资办电开始，我国的电力工业也迈上了市场化改革的道 路，1 9 9 7 年1 1 月，中国国家电力公司正式启动内部模拟电力市场。1 9 9 8 年实行 了“厂网分开、竞价上网”的改革，并确定山东、上海、浙江、辽宁等省市为 首批“厂网分开的试点省市。2 0 0 0 年1 月，山东、上海、浙江的单一买方电 力市场相继投入商业化试运营，同年6 月，东北三省的发电侧电力市场也正式 启动。2 0 0 2 年末，国家计委宣布国务院批准实施的电力体制改革方案( 国发 2 0 0 2 1 5 号文件) 中明确指出了我国电力工业改革的总体目标为：“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”。改革方案公布之后，电力行业通过资产划拨重组将原 国家电力公司分拆为华能、大唐、华电、国电以及中电投等五大发电集团公 司、国家电网公司与南方电网公司两大电网公司和4 大辅业集团公司，即业界 所称的“2 + 5 ”改革方案标志着我国电力产业“厂网分开”改革的正式开始。 “厂网分开”改革的实施，使真正意义上的电力“竞价上网 成为可能，也从 产权制度上保证了竞争性发电市场的建立。目前，电力市场运营的法规体系已 初步到位，省级以上( 包括直辖市) 电网公司均成立了电力交易中心，东北、华 东区域电力市场进入试运营阶段，南方区域电力市场进入模拟运行阶段，华 第一章绪论 中、华北、西北区域电力市场也在积极筹备之中，电力市场建设取得阶段性成 果。 随着近些年大量新增发电装机的投产，我国电力供需紧张的情况基本得到 缓解，从2 0 0 7 年开始，我国大部分地区将出现电力富裕的局面，在厂网已分离 且电力市场供过于求的情况下，亟需建立市场机制来规范电力交易和调度行 为。我国“十一五”发展规划确定了单位g d p 能耗降低2 0 的发展目标，节 能、环保、经济是科学发展观提出的要求。在这些大背景下，我国的电力市场 化改革正在进一步深入、电力交易品种正在不断丰富。现阶段对建立科学、规 范、公平的市场竞争机制和交易品种来有效地促进资源优化配置、正确引导电 源投资、促进节能环保提出了更高的要求。 2 0 0 3 年我国组建了国家电力监管委员会( 电监会) ，其职责集中在对完善 的电力市场的培育和市场监管上。而2 0 0 5 年电力监管条例的颁布实施更为 电力企业的公平竞争提供了重要的法律保障。电力监管既是电力市场化改革的 产物，又是保证电力工业改革顺利有效进行的关键。从世界各国电力市场模式 的经验可以看到，没有强有力的市场监管，电力市场改革就难以成功。因此建 立一个健全的电力监管体制成为了我国电力工业改革的重点。市场力及其平抑 方法的研究是电力监管中的一个重要组成部分，关系着我国电力行业的改革是 否能够有效地进行。因此，对电力市场中的市场力及其平抑方法的研究就具有 非常重要的意义。 1 1 2 论文研究的意义 电力市场化改革的初衷是通过竞争优化资源配置，提高电力工业的生产效 率、降低成本并最终使用户的购电费用降低。但是电力系统和电力的特殊商品 特性使得部分发电企业易于利用输电阻塞、持留电量等条件和方法获得市场力 从而操纵市场提高电价以谋取不合理的超额利润。并且无论在发达国家还是在 我国的某一区域的电力市场，电力主要都是由几家大型发电企业来提供，它们 的竞争有明显的寡头垄断性质。在类似寡头垄断的电力市场中，由于存在市场 结构和竞价模式不完善等因素，发电企业为实现企业利润最大化，往往不以边 际成本来进行报价，而是通过策略性报价来获得超额利润。这也是一种实施市 场力的行为，其后果是市场公平竞争受到限制，严重时可能危及市场运行甚至 电网的安全供电。所以在电力市场化改革的国家中，发电商的市场力都是备受 关注的重要问题之一。 英国1 3 叫自电力改革以来发电成本逐步降低了近一半却没有引起相应的电价 下降，澳大利亚1 9 9 7 、1 9 9 8 年冬季电价的飙升，这都是由于发电商滥用市场力 第一章绪论 所造成的。另外，美国加州电力工业在1 9 9 8 年开始了市场化改革，在市场化环 境下成功地运行了两年之后，于2 0 0 0 年的夏季和秋季发生了严重的电力危机。 太平洋煤气电气( p g & e ) 公司因负债而破产，众多的发电企业却滥用市场力获 得了巨额利润。从众多的研究报告【5 8 】中不难看出加州电力危机发生的原因是多 方面的，其中一个主要原因是发电公司利用加州市场结构政策中存在的缺陷( 如 没有需求方电价反馈、人为固定电价上下限等) 实施市场力合谋一起哄抬电价的 缘故，而不是电力行业不适合市场化改革和运行。 当前，实现商业化市场运营已经成为我国电力工业改革的大趋势，其总体 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，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。实施“厂网分开”后，在区域电网公司范围内，拆 分后的有些发电集团公司的装机容量占2 0 以上，在个别省占6 0 左右，仍具 有很大的潜在市场力。发电商滥用市场力不利于资源的优化配置，对电力市场 的良性循环起着较大的负面作用，甚至可能导致电力市场的最终失败。因此必 须从理论和实际的角度就电力市场中存在的市场力广泛、深入地对下面的问题 进行研究： 1 发电企业是否拥有市场力以及市场力的大小? 2 发电企业是否利用了市场力? 3 发电企业利用市场力危害市场有效竞争的程度? 4 如何防范发电企业滥用市场力? 这些研究有助于市场监管者认清电力市场力的危害，并对市场力作出客观 合理的判断采取相应措施抑制发电商通过形式市场力获取不合理利润的行为。 但是，国内对市场力的研究相对滞后；国外虽然对发电侧市场力的研究较为深 入，但是，针对发电市场中的市场力如何度量和防范的问题，并没有提供现成 的理论方法和成功的实践经验，需要结合我国电力改革的现状，提出因地制宜 的市场力评价指标和防范措施，这对我国电力市场改革具有理论和实践意义。 1 2 国内外研究现状 随着市场化改革的不断深入，电力市场中市场力的研究成为了电力市场领 域的一个研究热点，其在电力市场改革中的作用和影响也受到电力市场运行监 督人员的重视。国内外很多文献都就市场力的成因、行使途径、度量指标和抑 制方法等方面进行了详细的阐述。 4 第一章绪论 1 2 1 电力市场中的市场力 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价格，使 之高于完全竞争情况下的市场价格的能力【9 】。在非完全竞争的市场中皇生产者 为了追求最大利润往往可以用限制产量、抬高市场价格等方法行使市场力，以 获得超额利润。 市场力可以存在于很多市场环境中，如：处于同等地位的市场参与者通过 签署合作合同或串谋( c o l l u s i o n ) 等方式联合决定产量和价格；某一市场参与者利 用自身的特殊地位将不合理的限制竞争条件强加给其他市场参与者( 比如由于输 电阻塞引起的市场力属于此范畴) ；现有的市场参与者为了保护既得利益而维持 市场中的商品价格高于完全竞争情况下的市场价格，阻止新成员进入市场。 在电力市场中，通常所说的市场力是指发电企业能够行使的抬高电价的能 力，即卖方市场力。由于电力工业进入的资金和技术壁垒较高，建设周期长， 而且具有典型的规模经济性，因此各国的发电侧市场都主要由几个大型的发电 企业组成，结果使发电侧市场成为了一个寡头垄断的市场。在这种情况下，某 些发电企业( 尤其是占市场份额较大的企业) 有动机也有能力利用它们的支配地 位来操纵市场。 电力市场中影响市场力的因素有很多，市场组织形式、市场的规则和政策 等都会对发电公司的市场力行为造成影响。发电公司的联盟、市场成员的报价 策略、需求的不确定性等也都会对市场中的市场力有所影响。 1 市场组织形式对市场力的影响 市场组织形式是指市场中买卖双方具体进行交易的方式。在目前的电力市 场中主要有两种形式：交易所方式和双边合同方式。就电力的商品特殊性而 言，电力交易所模式( p o w e r ex c h a n g e ) 或电力联营体模式( p 0 0 1 ) 存在固有的缺 陷，不仅不能促进竞争而且容易导致市场参与者之间由于重复的竞价投标而形 成串谋，实施市场力。此外，英国旧模式( p 0 0 1 ) 和美国加 b l ( p o w e r ex c h a n g e ) 电 力市场的经验教训说明，由于实时电价存在很大的波动，降低了新的投资者进 入市场的信心和热情。【m 1 2 】因此，出现了另一种市场组织形式双边合同模 式，该模式通过合同规定各市场参与者的利益使其操纵市场的动机减小，同时 降低了新投资者的风险。文献【1 3 】通过智能代理模型的仿真研究，对双边合同 模式和p o o l 模式进行了比较。究竟哪种模式更有利于促进市场竞争，降低市场 力还有待于进一步研究。如果两种模式并存并由市场参与者根据市场情况决定 自身的交易形式，实现两种模式的优势互补，可能有利于降低市场力的影响， 第一章绪论 这一点也需进一步论证，并且定价原则、市场规则的影响也是不可忽略的，需 要综合考虑。 2 市场规则和政策对市场力的影响 电力市场需要合理的市场规则，一方面约束和规范市场参与者的行为，另 一方面保证市场正常有序地运行和买卖双方的正常交易。如果市场规则和政策 不合理，则有可能被市场参与者利用来实施市场力，阻碍和影响市场的正常运 行和效率。文献 1 4 】认为，美国加州、纽约等电力市场中的备用容量市场允许 不同运行特性的机组自由地参与各种备用容量竞标，是一种错误的市场规则设 计，导致了备用容量市场价格经常的反常和异常波动。文献【1 5 】认为美国加州 市场的最高零售限价等政策导致了需求侧反馈作用的消失和本州电力通过外州 再卖回本州的不正常现象，恶化了市场力的影响。文献 1 6 】认为美国加州电力 危机的主要原因就是发电企业利用市场结构、市场规则中的缺陷来实施市场 力，一起哄抬电价造成的。 目前对电力市场中市场力的研究主要有三种研究方法【r 飞 第一种是利用市场力度量指标研究市场力。一般来说，评估市场结构和发 电商的市场份额是最直接的评估市场力的方法，在经济学和实际应用的过程 中，最常用的指标是h h i ( h e r f i n d a l l h i r s e h m a ni n d e x ) 指标。由于电力市场是 不同于普通商品的市场，因此以经济学理论为基础提出适用于电力市场的市场 力指标也成为一个较为热点的研究方向，最具有代表性的是l e m e r 指标。 第二种是应用试验仿真法分析市场力。试验仿真、法【1 8 1 9 】是在市场参与者的 生产成本已知的前提下，通过模拟市场参与者在市场中的可能行为来研究其市 场策略并发现市场结构中的各种因素与市场力的关系。试验仿真法主要有两 类：实际人员代表市场参与者进行的市场模拟试验；设计智能化学习算法 进行无人参与的市场仿真试验。文献 2 0 l 在分析市场拍卖机制的基础上，分别 雇佣康奈尔大学的本科生和专家作为试验样本，对市场中有二、四和六个竞争 者的情况进行了仿真研究，并对存在网络约束时的i e e e6 机3 0 节点系统进行仿 真，结果表明当市场中有两个参与者时市场力较强；当存在网络约束时，不仅 有功市场力较强，还可能存在无功市场力。文献 2 1 利用仿真软件研究了澳大 利亚电力市场中市场力的情况，分析表明尽管发电容量较充裕，但发电厂商仍 有可能实施市场力，尤其是在峰荷时段。试验仿真法不但可以雇用实际人员进 行市场模拟，而且可以利用计算机进行仿真研究，使得该方法比较形象直观， 对市场力的研究也更为直接。但雇用对象的水平参差不齐以及难以精确描述市 场参与者如何应用过去的市场信息决定其竞价策略的过程，使该方法有一定的 局限性。 6 第一章绪论 第三种是基于博弈均衡理论的市场力分析方法。应用博弈理论对电力市场 中的市场力进行分析，主要是模拟发电公司在电力批发市场上的策略行为和相 互影响，最直接的方法是建立市场模型。目前，常用的市场模型主要有古诺， ( c o u m o t ) 模型。c o u r n o t 模型早在1 8 3 8 年就已经提出，在该模型中，企业在假譬。： 定竞争对手的产量不变的条件下决定自己的产量以实现利润最大化，市场价格k 。： 由企业的产量策略和需求曲线共同决定。许多学者在c o u r n o t 模型中引入各种约 束条件以满足电力系统的实际运行特点，使c o u m o t 模型能够更加精确的模拟电 力市场 2 2 2 4 1 。c o u r n o t 模型由于计算简单、实际意义明确，因此是应用最为广泛 的模型，但该模型本身有很多局限，如发电公司只决定发电量以实现利润最大 化，这与实际市场中发电公司的分段报价相去甚远；市场的均衡电价仅由发电 公司的策略和需求决定，没有体现出策略博弈的报价过程，更无法体现出报价 策略的动态调整。 电力市场中的发电公司是否拥有市场力以及行使市场力的程度，对电力市 场的稳定性、市场效率、消费者福利乃至我国电力工业的市场化改革都具有重 要影响，因此研究电力市场中的市场力问题具有重要的现实意义。 1 2 2 电力市场力度量指标研究现状 根据经济学和产业组织理论，一般的市场力评估采用反映市场结构的市场 集中度指标。常用的有赫芬岱尔h h i ( h e r h i n d a h l h i r a c h m a n i n d e x ) 指标，定义 为市场中所有发电企业所占市场份额的平方和。经验说明采用集中度指数能够 方便快捷得判断出市场中是否有潜在的市场力，每个市场参与者的市场份额越 小，市场环境越接近于完全竞争，每个参与者行使市场力的可能性就越小。但 是，电力市场负荷波动频繁、要求电力电量实时平衡、电力网络存在输电容量 限制，这些影响因素决定了静态的h h i 指标不能准确地反应市场力的变化。因 此，文献 2 5 】考虑了负荷变化对市场集中度的影响，在h h i 指标的基础上提出 了考虑未调度机组市场份额的动态h h i 指标( d y n a m i ch h i ，d h h i ) 。文献 2 6 计及输电阻塞的影响，提出了另一种动态h h i 指标，即先计算由于输电容量约 束所造成的各局部市场的h h i ，在此基础上求出以各局部市场份额加权的系统 h h i ( s y s t e mh h i ) 。文献 2 7 1 应用h h i 和d h h i 指标对我国浙江省电力市场的 市场集中度进行了研究，分析结果表明浙江省电力市场由于受市场占有率、网 络传输限制等因素的影响，其市场份额主要集中在三个发电商中，是一个高度 集中的寡头垄断市场。文献【2 8 】针对电力系统特殊性，提出了基于潮流追踪方 法计算h h i 的概念和假设，并提出了n h h i 和s h h i 两个指标。文献 2 9 提出了 第一章绪论 无功市场力的概念，并利用电压灵敏度改进了h h i 中市场份额的计算公式，给 出了评价无功市场市场力的h h l 指标。 文献 3 0 】建立了从电价角度衡量发电企业市场力大小的指标市场价格 可控指数( 脚c ) ，并提出了衡量市场力程度的综合指数和衡量发电企业滥用市 场力行为的指标。文献【31 采用l e m e r 指标和p c m i 指标直接根据市场价格偏离 边际成本的程度来界定机组是否滥用市场力。文献 3 2 】介绍了用市场运行的历 史数据，对照机组报价，用统计学分析来衡量市场力的方法。文献【3 3 】基于市 场结构特性和福利经济学原理设计出一种评估电力市场中卖方市场力的新指标 社会福利无谓损失率( s 朋豫) ，并据此设计出判断市场力大小的判定标准， 使该指标更具有实用性。 迄今为止，已有十余种评估市场力大小的指标，这些指标分别从不同的角 度对电力市场中的市场力进行评判，每种指标都有其优点和缺点，文献 3 4 】和 【3 5 将所有这些指标构成了电力市场分层评价指标体系。 1 2 3 电力市场中的纵向一体化 从1 9 世纪8 0 年代开始，美国已经发生了四次主要的兼并浪潮，这些兼并主 要发生在美国的钢铁业、制造业、食品业、烟草业以及造纸业中。从2 0 世纪9 0 年代初开始，兼并案例的数量逐年上升，可称之为第五次兼并浪潮。这次兼并 浪潮与以往有所不同，发生在一些反常的行业之中，如电力、通信、银行和金 融服务。 兼并是现代市场经济中常见的现象，按照具体情况的不同，可分为三种类 刑【3 6 】 = 土二 横向兼并：竞争对手在同一市场上的兼并。 纵向兼并：两个有潜在的或实际的买卖关系的企业间的兼并。 混合兼并：不在同一个市场上，并且彼此间没有买卖关系的企业间的兼 并。 本文所述的纵向一体化( v e r t i c a li n t e g r a t i o n ) ，即指上述的纵向兼并( v e r t i c a l m e r g e r ) 3 7 - 3 9 1 ，在电力市场中，主要是指发电企业与电网公司或配电公司的一体 化行为。对于纵向一体化的影响，目前还没有明确的结论，有文献指出纵向一 体化可以降低交易成本、消除连续垄断，具有技术经济性；也有文献说纵向一 体化是反竞争的，可带来拒斥、价格压榨等后果。 由于纵向一体化是近年来电力市场化改革进程中出现的新趋势，因此关于 纵向一体化的文章并不多见【舡4 钔。 文献 4 2 】详细分析了纵向一体化的历史和经济动机，阐述了现阶段电力市场 第一章绪论 化改革存在的问题及风险分摊机制，指出完全的垂直垄断和完全的市场化竞争是 电力市场改革的两个极端，均不是最好的，并提出了市场化改革的“第三条路径 自由竞争的电力市场和有一定一体化程度的纵向一体化公司并存。 文献 4 3 以英格兰和威尔士的电力工业为例，讨论了发电公司和电网公司 纵向兼并的影响，指出在电力工业结构不变的情况下，消费者从纵向兼并中获 得的利益较小，但可能限制新公司进入供电市场。而在完全竞争的情况下，纵 向兼并对消费者的影响是中性的。 文献 4 4 】以p 蹦电力市场为例，论述了p j m 电力市场的竞争性，并计及启动 成本等各种生产约束，用两种方法分析了纵向一体化对于发电公司实施市场力的 动机和社会福利的影响。结论表明纵向一体化公司抬高电价的动机取决于其在市 场上的购电量与售电量的比例，只有净售电的一体化公司才有实施容量持留、抬 高电价的动机。 纵向一体化是电力工业市场化改革过程中出现的新情况，因此研究市场条 件下企业的一体化行为并分析纵向一体化对市场力的影响，具有重要的指导意 义。 1 2 4 供应函数均衡模型 供应函数均衡( s f e - - s u p p l yf u n c t i o ne q u i l i b r i u m ) 的概念首先由k l e m p e r e r 和m e y e r 提出，是研究需求随机变动的市场条件下，竞争者如何能够达到利润最 大化的市场均衡。供应函数均衡模型把价格一产量策略组作为变量，因此与实 际电力市场中的报价曲线更接近，是近年来市场模型研究的热点。文献 4 5 将 s f e 模型引入到电力市场的分析中。文献 4 6 采用对称发电企业的假设，应用 s f e 模型描述发电公司的策略行为并求出了市场均衡解。猜测供给函数( c s f c o n j e c t u r e ds u p p l yf u n c t i o n ) 法由c j d a y 等人及a g a r c i a a l c a l d e t 47 j 等人提出并应 用到电力市场运营模拟中。d a y 直接采用c s f 的概念构造发电企业的线性供给曲 线，分别分析了固定线性供给函数的斜率或截距时的详细电力市场运营情况。 而g a r c i a - a l c a l d e 虽然提出了c s f 的概念，并得出比c o u r n o t 模型更符合西班牙电 力市场的运营情况，但他们仍采用了发电公司出力作为竞争策略，无法适用于 电力需求无弹性的情况。 由于模型求解的复杂性，线性供应函数( l s f ) 模型得到了更为广泛的应 用。在l s f 模型中，每个发电公司向市场运营机构报出一条线性的供给曲线 研( p ) = + 届p ，决策变量为曲线的截距或斜率孱。文献 4 8 】建立了一个考 虑输电网络约束的区域双边电力市场l s f 模型，并分析了传输线路发生不同阻 塞情形时，有套利和无套利两种情况下的均衡结果，采用的求解方法为非线性 9 第一章绪论 互补( n c p ) 方法。文献 4 9 】提出了一种计及输电系统约束的计算发电商l e m e r 指标的新方法，该方法只需要各市场参与者的报价曲线和均衡时的电价、功率 信息，计算简便、精确。文献 5 0 】以文献 5 l 】中提出的方法为基础，针对多个具 有非零截距线性边际成本的非对称发电商，给出了考虑远期合同交易的发电市 场分段l s f 均衡模型。分析表明远期合同的存在使分段均衡l s f 的求解复杂 化。 l f e 模型比c o u m o t 模型更贴近电力市场中发电公司报价的实际情况，因此 更为精确合理。但该方法也存在着一定的问题，如要求竞争策略连续和所有信 息公开，市场可能存在多个均衡解，要求成本曲线平滑、连续等，这些都制约 了该模型在电力市场中的应用。如何能够使模型的求解更加简便并考虑发电公 司间的动态影响，是今后需要进一步研究的问题。 1 3 研究思路与主要内容 电力工业的市场化改革是一项复杂而艰巨的任务，尤其是对我国而言，没 有任何成熟的市场化模式可直接照搬。如何正确分析和评估一个电力市场中存 在的市场力及其影响，对制定合理的市场规则有效进行市场监管有着重要的意 义。本文采用线性供给函数均衡模型模拟电力市场，对市场力评价指标进行对比 分析和改进，并针对改革过程中出现的诸如发电公司凭借其市场地位滥用市场力 以及市场中纵向一体化的趋势等问题进行了相关的研究。所作的主要工作为： 系统阐述了电力市场中市场力的概念、成因、分类、影响因素和抑制 市场力的各种措施。 具体分析了评价电力市场中市场力的各种指标，提出了综合考虑发电 企业实际供电情况、市场需求变化和市场集中度的改进l e m e r 指标 1 l i 。 通过实例对各种评价指标计及的市场影响因素和它们测度效果的准确 性进行了说明，并据此得到它们各自适用的市场环境以及每种指标的 缺陷，证明了提出的改进l e m e r 指标脚对于市场力评价的有效性。 依据电力市场的运营实际，分别建立了纵向一体化前后市场l s f 均衡 模型。 ， 。 以i e e e6 机3 0 节点系统为例，分别讨论了不考虑容量约束和计及容量 约束两种情况下纵向一体化前后电网公司成本和利润率、需求和一体 化发电企业市场份额等各种因素对市场力的影响。 第二章电力市场力及其产生原因 第二章电力市场力及其产生原因 由于电力工业的特殊性，电力市场中的参与者不可能在完全竞争的市场条件 下展开竞争，实际的电力市场类似于寡头垄断市场，为发电企业行使市场力提供 了基础。本章将运用经济学和电力市场理论分析发电侧市场力的相关问题。 2 1 电力市场中的市场力 2 1 1 市场力的概念 市场力( m a r k e tp o w e r ) 在很多文献中又称市场势力、市场权利、市场支配力 等，经济学对其定义为： 市场力是使价格偏离竞争水平并从中获利的能力( m a r k e tp o w e r i st h ea b i l i t y t oa l t e rp r o f i t a b l yp r i c e sa w a yf r o mc o m p e t i t i v el e v e l s ) 。 根据经济学的定义，市场力是影响电价的能力，即使影响的程度只是一点 点、持续的时间相当短。定义中有两个要点：1 ) 效果必须有利可图；2 ) 价格必 须偏离竞争水平。具体到电力市场上，它表示一个或少数几个发电企业利用其 规模优势，或利用市场结构、市场规则等方面的缺陷，操纵市场，改变市场价格 使之偏离边际成本而获得额外利润的能力。 监管者定义：对卖方而言，市场力是将获益价格维持在竞争水平之上，并 持续相当长时间的能力。( d o j ，1 9 9 7 ) 美国联邦能源管制委员会( f e r c ) 针对电力市场中的市场力，在“s t a t eo f t h em a r k e t s2 0 0 0 ”中给出定义如下： m a r k e tp o w e ri sd e f i n e da st h ea b i l i t yt owi t h h o l dc a p a c i t yo rs e r v i c e s ，t o f o r e c l o s ei np u tm a r k e t s ，o rt or a i s er i v a lf i r m sc o s t si n0r d e rt oi n cr e a s ep r i ce st o c o n s u m e r s0 1 1as u s t a i n e db a s i sw i t h o u tr e l at e di n c r e a s e di nc o s t so rv a l u e ( f e r c 2 0 0 0 ) f e r c 对市场力的定义为市场中某些成员为了阻碍新的竞争者进入市场，或 为了使竞争对手的成本增加，而在自身成本未增加的情况下有意限制发电出力 和服务，以形成并维持市场高价格的能力。这个定义侧重于市场力的行使，而 没有能够指出当存在多大的市场力就不能保证电力市场的批发价格是公正合理 第二章电力市场力及其产生原因 的，同时也没有提及行使市场力的“可获益性”【5 2 1 。因此，到2 0 0 1 年底， f e r c 已经放弃了这个市场力定义。 广义地讲，市场力可以分为水平市场力( h o 血o i 吻lm ar k e tp o w e 0 和垂直市 场力e r t i c a lm a d ( et p o w e 0 。企业参与多项相关领域的经济活动，利用其在部 分领域的主导地位来提高相关领域的价格，从而增加企业利润，就是具有垂直 市场力。一个公司拥有操纵电力生产和输送某个环节所提供的产品和服务的价 格的能力，就是具有水平市场力，通常在电力市场中研究的市场力是指水平市 场力。具有水平市场力的企业通常对某类市场占有很大的市场份额，能够通过 控制产量来左右市场价格。水平市场力会因一个企业市场份额的增加而增加。 因此，市场中的参与者往往通过联盟来扩大市场份额，从而加强其水平市场 力。 市场力从行使对象角度又可分为卖方市场力( m o n o p o l yp o w e 0 和买方市场 力( m o n o p s o n yp o w e r ) 。电力市场中的卖方市场力一般是指各电力生产企业利 用市场结构特性，借助于自身优势或利用策略性竞争行为及联盟协作等方式控 制或左右市场出清价格，使其高于电力产品生产的边际成本，以保持单个企业 或联盟组织的市场垄断地位，而获取超额利润的能力。买方市场力是指在需求 侧行使的市场力，目的是降低市场价格。买方市场力的行使者可以是单一购买 下的i s o ，为了降低市场价格，i s o 可以通过付给高于市场价格的代价中断负荷 或缩减输出；也可以是需求侧参与报价情况下的售电商。在发电侧开放市场 中，市场力主要指卖方市场力，即发电企业所具有的影响市场价格的能力，由 于电力市场的特殊性，如进入壁垒高，电力需求的刚性等原因，使得它成为影 响市场公平竞争的主要因素。 2 1 2 各国电力市场中的市场力问题 解除管制后的电力市场并非一个真正的完全竞争市场，拥有一定市场力的 发电公司可以依据其市场力，采用策略性的投标来增加自身利润。各国在电力 市场化改革的过程中均发生过发电企业行使市场力，抬高电价的问题。 通过分析英国最大的两家发电商n p m m i o n a lp o w e 0 和p g ( p o w e 硒e n ) 的策略 报价行为，利用同期的发电燃料价格和发电热耗测算了发电的系统边际成本， 并将它和批发市场系统边际电价进行比较以确定价格一成本差异。通过比较实 际调用的发电机组的成本曲线和实际支付给发电企业的系统边际价格( s m p ) 曲 线，测算出市场价格的扭曲程度。结果表明1 9 9 2 1 9 9 4 年间系统边际电价比系 统边际成本高出1 9 2 5 。【5 3 】 1 2 第二章电力市场力及其产生原因 另有分析表明n p 和p g 有通过少报可调容量来抬高容量电价的行为。它们 在非用电高峰月份申报的不可调容量比平常月份的数字要高l 倍以上，2 家发电 公司各种类型的发电机组的可用率明显低于国际同类机组的可用率水平。 美国加州电力市场建立初期，市场操纵问题十分严重，根据加州能源委员 ，会、加州i s o 和其他资料来源提供的数据，分析结果表明1 9 9 8 年6 1 2 月间系统 边际电价比系统边际成本平均高出2 9 ，在高峰时段甚至高出7 5 ，到1 9 9 9 年 夏季，发电企业凭借市场操纵力额外获利达8 亿美元1 5 4 1 。加州的电力危机发生 在2 0 0 0 年6 月，表现为市场现货价格出奇的高，总电能费用高达历史水平的1 0 倍，在发电价格不断上升( 由1 9 9 8 年和1 9 9 9 年两年平均值3 3 美元m w h ，增长 为2 0 0 0 年1 2 月的3 1 7 美元m w h ，电力批发费用从1 9 9 9 年的7 0 亿美元增长到 2 0 0 年的2 7 0 亿美元【5 5 】) 而销售电价被冻结的情况下，再加上不合理的规制政 策，加州最大的市政电力公司，太平洋天然气电力公司口g & e ) 因支付不起交易 电力的费用和许多小发电企业的购电费而破产，从而触