（电力系统及其自动化专业论文）批发竞争区域电力市场运营模式及交易策略研究.pdf

a b s t r a c t - t h ep a p e ra p p l i 器n l h r i 鹤o fp o w 盯m a f l d l i l i 鹳缸dg a m e t h r yt oa n a l y z e 锄dd i s c u 鹳c l l i n ap o w c rm 砌s 谢a l t a t i o n ，蚰1 1 i 。t i l 趾dp o s s i b l e b i l a t e r a l 衄m s 枷o nm 锄盯ml h e 朋d t h ep a p 靠s t i l d i 韶t h es 啦i t c g i 懿如rb i l a t a m b 吲i l i n gi l lf h t i l p o w 盯m a r ! k c ti no r d c rt 0 帕鲫c h 白rt h eo p 锄n o i l a lm 籼盯o f p o w 盯m a r k e t 觚do p 矗m a lb i d d i n gs t 曙t e 垂嚣 1 1 l cp 印e ri n d l l d 铭f o wp a r t s f i 硎弘b a s e d c h i mp o l w e rm 础【凹so r i 锄t a t i o n t h ep 印e f 曲_ l d i 岱t h er e g i o n a lp o w 盯m a r k c t so f w h o l e s a l ec o m p e m i o n m o d d ；c o n d l 弘 t l l ep a p e rs n l d i 馏拙略l e a d i n g 咖b l e 脚o ft h eb i d d i i l gn l l 鹤o fw h o l e s a l ec o m l ) c t i t i p o 、柑m a 血e t ：c i e a i l i n go b j c c t 锄di 忸a r i m m c t i c ；m 硼弘w es h l d y 墙呛o p t i m a lb i d d i n g s m m 洒铝o f m e p a m c i p a n t s b a s o d o n t l l e b m k c r b i l 撇a l b a r 翻j l l i n g m m m e r ；自1 a l l 弘m c m u m l a 圭c i mn e g o t i a d s 打a t e g i 鹤f b rl g - t 锄c o n 劬i c ti nw h o l e s a l ec o n l p e t i 6 p o w 盯m a r i ( e ti sd i 蝴e d h lt h eb i l a t e f a lb a i g a i n i n gm a f k e to fb r o k 盯m o d d ，w ea p p l ym o n t ec a r l o a r i t h m c t i ct oe s t i i l l a t ct l l ed e a l i n g 董b rp 删c i p 卸担i nb i l a i e m lb 缸誉i i n i n gm a 畦e t ，觚d b 鹪e do nb a l 她o em l 鹤o f p d w 盯m a 血e tt os i m l l l a t ct l l eo i ，t i m a lb i d m n gs t r a t 9 9 i 贸，a i l d s t u d yt h eb i d d i n gs t i a t e _ g i 器锄dl u 啪t i v ef i l l 鹤o fp 枷c i p 彻临i np o w 盯m a 血眈kt h e b i l a 响_ a lb 硼；a i 血呜s 仃a t e g yo fl 伽g - 咖mc o n t r a c tb e 晰e 吼c o n s u m e 墙觚dg 锄e 删曲n c o m p a l l i 嚣，c o n s i d 舐n gt l l e 锄n c i p 锄t sp r o f i to f b 嘲；a i n i n g ，w ep f o p 0 m e ds 仃a c e 】g y f o rb i d d i n gi nm u m - p l a y 盯b 峨卿n i l l g 锄da l l a l y z et h em i x c d 鼬阻t e g yo fg 锄e 锄di t s n 劬e q u i l i 晡啪n ep 印凹a p p l i 鼯a l l a l y t i ch i 锄c hp m c e s st 0s y n 也c t i c a l l y 酬u a t c p o t 训a lb 甜g a i n e 格do b t a i nm es e i c c c e d 鼬a b i l i 锣o f i l l i x e ds n c 星；s 证m l a t 髂t l l e c m 眦l a t o r yn e g o d 舶np f o o e 鹋o f m m t i - p l a y 盯p a f t i c i p 翻谢t hm l l l t i - a g e n ts y s t 锄 嬲t of i r l dt i l ea p 唧o p f i a t eb 8 r g a i l l e r s ，r 酣u c ct h e s to fl o i l g _ t 锄c o m m c tn 铿r o t i a l i o i l ， s u c c e s s f h l l ys i g nt l l ec o n t a 既 l 皿y w o r d s ：r e 舀o n a lp o w 髓m a r k c t ； w h o l e s a l ec o m p c t i t i o n ；b i l a t e l 埘 b a r 鲥i l i n g b i d 缸1 9s 仃a t e 醪；g a m em e 0 巧 c l a s s n o ： 致谢 本论文的工作是在我的导师周渝慧教授的悉心指导下完成的，周渝慧教授严 谨的治学态度和科学的工作方法给了我极大的帮助和影响。在此衷心感谢三年来 周渝慧老师对我的关心和指导。 周渝慧教授悉心指导我们完成了实验室的科研工作，在学习上给予我很大的 关心和帮助，使得论文在质量上有很大提高，在此向周渝慧老师表示衷心的谢意。 吴俊勇教授对于我的科研工作和论文都提出了许多的宝贵指导性意见，并不 断鼓励，给予我很大动力和信心，在此表示衷心的感谢。 国网北京经济技术研究院市场所，李琼慧所长为我提供了实习的机会，对论 文的长期合同交易研究有一定的启发，在此表示衷心感谢。 师兄徐敏杰博士在论文内容的思想和方法上给予许多宝贵意见，在此表示衷 心感谢。 在实验室工作及撰写论文期间，同实验室的师弟师妹们给予了热情帮助，在 此向他们表达我的感激之情。 另外也感谢我的父母对我的理解与支持，感谢我的表哥戚后果对我多年来在 经济上的不间断资助，他们的理解和支持解决了我的后顾之忧，使我能够专心完 成我的学业。 1 1论文的选题背景及意义 l 绪论 1 1 1 我国电力市场改革与区域电力市场建设 从2 0 世纪8 0 年代以来，我国实行集资办电政策，经过十几年的快速发展， 缓解了严重缺电的现象，并逐渐形成了发电领域投资主体多元化的局面，这就使 “厂网分开、竞价上网”成为可能。同时为了适应市场经济的要求，电力行业急 需进一步打破垄断，提高企业运行效率，从而为降低全社会的电费负担创造条件， 这就使竞价上网成为必须。随着国家电力公司于1 9 9 9 年明确山东、上海、浙江、 辽宁、吉林、黑龙江6 个省( 市) 为试点单位后，一场标志着打破垄断、引入竞 争，逐步形成统一、开放和竞争有序的电力市场化改革正式启动。 我国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1 。根据电力体制改革 方案的改革目标，2 0 0 2 年1 2 月2 9 日，我国正式成立了五大发电公司在内的1 1 家 电力公司和国家电网、南方电网两家电网公司，实现了“厂网分开”。我国电力 工业将逐步实现发电、输电、配电和售电四个环节的分离，实现全国联网、西电东 送，并建立规范有序的电力市场，在区域电网直至全国联网范围内引入市场竞争机 制。目前，我国电力体制改革已进入实质性操作阶段，“西电东送、南北互供、全 国联网”步伐加快。 随着电力供需形势日趋紧张，我国电力体制改革今后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。近年来，我国区域电网 在省间虽进行了一些电量合同交易，但这些交易受到省间壁垒的障碍，没有形成有 效的竞争，没有使有限的资源得到充分利用。随着长江三峡机组运行经过几个台 阶，( 到2 0 0 6 年1 0 月1 7 日8 时起，已接近满负荷发电出力达9 7 0 万千瓦，距离 额定功率差1 0 万千瓦) 和“厂网分开”电力体制改革的深入进行，研究合适的区 域电网交易结构和竞价模式已日显紧迫。 资料来源；国务院关于印发电力体制改革方案的通知) ( 国发 2 2 5 号) 1 1 2 全国联网与跨区交易 根据我国能源资源的特点和发展趋势，国家电网公司实施了“西电东送、南 北互供、全国联网”的发展战略，大力推进跨大区联网、跨大区送电，促进电力 资源在更大范围内的优化配置。2 0 0 4 年底，已经建成投产的跨大区联网工程主要 包括三峡输变电工程、华北与东北联网工程、华中与华东联网工程、山西阳城向 江苏送电工程、华中与华北联网工程、华中到南方电网直流工程。南方电网的西 电东送输电通道也已经建成并发挥重要作用。西电东送工程促进我国电力市场的 发展，加强了区域之间的联络，实现了全国主要区域的联网。西电东送对跨大区 “点对点”与“点对网”的交易提供了物质基础，使大区之间的电力交易成为现 实。 “十一五”及到2 0 2 0 年，继续实施“西电东送、南北互供、全国联网”的 发展战略。根据国家电网公司组织研究的电网规划的初步结果，北通道包括华北 电网内部蒙西、山西向京津唐电网送电，西北电网黄河上游梯级水电及陕北、宁 夏火电向华北电网送电，西电东送的规模2 0 1 0 年达到1 8 0 0 万k w ，2 0 2 0 年达到 4 0 0 0 万l 州。中通道是开发金沙江下游、四川雅砻江、大渡河等水电向华东、华 中电网送电，2 0 1 0 年送电规模达到1 1 2 0 万k w ，2 0 2 0 年达到3 7 3 0 万l ( w 。南通道 主要开发云南、贵州的水电以及金沙江中游水电向广东、广西送电。“南北互供” 的电力流主要包括东北向华北送电、华北向华东送电、西北向华中送电、华中向 南方电网送电以及三峡向华北、广东送电等，总规模2 0 1 0 年达到8 1 0 万k w ，2 0 2 0 年达到1 1 l o 万k w ，从而实现“西电东送”、“南北互供”的全国联网格局。 随着跨大区电网的建设以及三峡工程投产发电，跨大区电力电量输送和交易 逐渐增多，从2 0 0 0 年2 3 亿千瓦时，快速增长到2 0 0 1 年的9 0 亿千瓦时，2 0 0 2 年 近2 0 0 亿千瓦时，2 0 0 3 年3 8 8 3 亿千瓦时。2 0 0 4 年跨大区送电量实际完成6 5 2 5 8 亿千瓦时。近年来，我国跨区交易逐年增加，跨区交易已经取得了良好的社会效 益与经济效益。跨大区联网和电力交易不断增大，“国家电力市场”已初见端倪， 资源在更大范围内优化配置，对国民经济发展发挥着重要作用。 1 1 3 研究批发竞争区域电力市场交易策略的意义 ( 1 ) 区域电力市场批发竞争模式研究是电力市场理论与实践的重要组成部分 通过对国内外电力市场运行经验的分析，我国在经过“厂网分开，竞价上网” 的发电竞争模式后，依据国家电力公司的改革方案，“输配分离”已可预期，2 0 1 0 年以后，将试行用户参与电力市场竞争的方式，允许用户自由购电，电力市场必 2 将过渡到发电、输电、配电相分离，即输电网开放的批发竞争型电力市场模式。 在这种模式下，不但发电企业要根据公平竞争的规则竞价上网，而且允许供电公 司和大电力用户参与电力市场，通过自身的购电竞价，或者从电力联营中心购买 电力，或者直接从发电企业购买电力。为此，输电网开放模式的电力市场理论研 究己迫在眉睫，而目前国内这方面的研究刚刚起步所以本课题的研究结果对于 今后我国区域电力市场批发竞争模式的设计与运营具有重要的理论和实际意义。 ( 2 ) 探索引入竞争机制后市场参与者的竟价策略 从电力经营企业来看，电力市场引入竞争机制，使各企业充分挖掘自身潜力， 通过降低企业经营成本，在市场竞争中获得优势，获取更大的经济利益。从电力 用户的角度来看，电力市场为其提供了更多的选择机会，用户可以选择用电成本 最低的电能，减少用电支出获得利益。在电力市场环境下，市场参与者的投标策 略将会影响其利润，如何优化投标策略以最大化其利润是所有投标者关心的问题。 目前，己有许多文献对单一买方模式下发电公司的投标策略进行了研究，但有关 研究输电网开放的市场下供电公司及大用户的投标策略的文献还不多见。本文的 工作试图利用电力系统及经济学、博弈论相关理论探索输电网开放的市场模式下 的竞价交易规则及市场参与者的竞价策略。 1 2电力市场运营模式与交易策略研究现状 1 2 1电力市场运营模式 2 0 世纪9 0 年代以来，电力工业改革浪潮席卷欧美等发达国家。世界各地的学 者们对竟价交易结构和模式早有研究，如英国、美国、澳大利亚、新西兰等国已 制定了较为完善的电力市场运营模式和规则。 英国电力市场最初的电力联营体曾作为一个样板模式被多个国家借鉴，而英 国却在2 0 0 1 年上旬启用了新的市场模式，以期货和远期合同交易为主要交易方式。 我国的电力工业与发达国家的电力工业的差别很大，与世界各国尤其是发达 国家相比，中国的人均装机容量和发、用电量仍然处于极低的水平，均不及美国的 十分之一。而且发达国家的电力供给能力远大于需求，而我国的电力供给与需求 的平衡是暂时的或季节性的，结构性的缺电将长期存在。 我国的几个试点单位在借鉴英国模式下有所改进，但都是基于发电侧电力市 场。目前我国电力市场运营模式研究的难点和方向主要有以下几个方面：分层电 力市场、分区电力市场、输电网开放电力市场等市场模式的市场结构、市场成员、 3 交易规则以及各市场之间的联动与协调。 因此，国外的模式不能照搬应用。只有借鉴国外成功经验并结合我国的实际， 才能研究开发出适合我国国情和具有生命力的区域电力市场发电竞价交易模式及 电力市场技术支持系统。 1 2 2 电力市场交易策略研究现状 电力市场交易策略是指交易双方在电力市场进行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。在发电侧市场下，关于发电公司上网竟价策略的 研究已经有大量的文献论述。主要是市场清算电价( m a r k e tc i 黜l i l l g 蹦，i l c p ) 预测的方法、博弈论、估计竞争对手的报价策略以及人工智能与计算机仿真技术。 但是在批发竞争的市场环境下的交易策略特别是购电商的投标竞价策略【1 翻的相关 方面的研究还不多见。 ( 1 ) l l c p 预测法 预测市场统一结算电价的投标竞价方法首先是对电力市场中相应的各个时段 的统一结算电价进行预测，交易双方只要报一个比预测电价略低的价格即可。这 种方法原理上比较简单，但是准确预测市场电价是非常困难的。因为电价预测需 要对系统的负荷需求、发电公司市场供给电量、售电方与购电方的投标行为、输 电网的拥挤情况、电力市场运行状况等各方面要有充分的了解和相应的历史数据。 当市场中存在市场力及投机行为时可能对结算电价产生较大影响，也会使预测价 格与实际结算价格产生较大误差。因此m c p 预测适用于市场相对稳定、竞争充分 即不存在市场力或市场力可以忽略不计，运营成熟的电力市场。 ( 2 ) 搏弈论方法 博弈论是专门研究2 个或2 个以上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，可以应用到发电公司报价策略的研究中。它的原理是 根据电力交易先构造一个博弈模型，然后寻找这些模型的博弈均衡点，这些平衡 点就对应参与者的最优报价策略。这种方法存在下述问题：一是在应用这些模型 时做了很多简化假设，这样得到的平衡点对构造投标策略没有实际意义；二是理 论上还不清楚电力市场是否存在这样一个平衡点。因此，应用博弈均衡理论投标 竞价的最大问题在于假设所有的市场参与者都已知自身和所有其他竞争者的真实 生产成本函数，这在实际的电力市场中很不现实，因为生产成本信息属于不对称 信息，发电公司一般不轻易公开。因此，即使在理论上能够保证市场均衡解的存 在，仍不能够保证市场参与者能够达成一致，而使市场运行于该均衡点。另外， 4 由于不同的市场结构以及各市场参与者不同的竞争策略，如c o u r n o t 模型、 s t a c k e l b e r g 模型等，使得市场中存在着多个均衡解。 ( 3 ) 估计竞争对手的报价行为的方法 估计竞争对手的报价行为的方法是通过估计其他参与者的投标行为来构造自 己的报价策略。这种方法的原理是首先用概率的方法或者模糊的方法来估计竞争 对手的报价行为【3 棚，在此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。该方法的困难在于能否准确地估计竞争对手的报价行为。可采用统计方 法或者预测方法如神经网络来估计。但准确的估计竞争对手的报价行为需要掌握 充分的竞争对手的历史报价数据。目前研究者大都首先假设已经估计到竞争对手 的报价行为，然后再构造自己的最优报价策略。描述竞争对手报价行为的形式有 很多种，如假设竞争对手的报价服从概率分布，如离散概率分布、均匀分布和正 态分布，或者将其看作一个模糊集合。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一般不太充分，而且在有些 电力市场中历史报价数据是保密的，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。此外，由于电力市场中只有有限数目的发 电公司，且报价中存在投机行为，所以很难掌握竞争对手的报价规律，有待进一 步深入研究。 ( 4 ) 人工智能与计算机仿真 人工智能与计算机仿真的方法是近年来对电力市场竞价方面最为热门的研究 之一。这种方法是以信息论、计算机技术、管理科学、运筹学、行为科学、人工 智能等理论为基础，利用一定的数据、模型、知识等以交互方式构成一个智能决 策支持系统( i n t e l l i g e n td e c i s i o ns u p p o r ts y s t e m ，i d s s ) ，向决策者提供决 策支持。基于人工智能的电力市场模拟的研究越来越多，涉及到竞价结算、竞价、 谈判、预测等方面。 1 3本文研究的理论基础 1 3 1 经济学理论基础 ( 1 ) 电力供需及均衡原理嘲 电力供给是指售电商( 生产者) 在一定时期或时间段内在各种可能价格水平 下愿意而且能够提供出售的电量或者电力多少。影响电量或者电力的供给数量有 5 价格、生产成本、生产技术水平、相关商品价格。一般来说，电量或者电力的价 格越高，售电商提供商品的数量就越大。相反，价格越低，售电商提供数量就越 少。 电力需求是指消费者在一定时期或者时间段内在各种可能的价格水平愿意而 且能够购买的电量或者电力的多少。影响电量或者电力的供给数量的因素有电力 价格、用户的收入水平、可替代商品的价格、用户的偏好及对电价的期望。一般 来说，电能的价格越高，需求量就会越小，相反，电能价格越低，需求量就会越 大。 电力供需均衡价格是指市场需求量和市场供给量相等时候的价格。在均衡价 格水平下的相等的供求数量为均衡数量，市场上供求相等的状态称为出清状态， 如图1 1 所示。 p 图1 1 供需均衡原理 f g 1 1e q l l i l i b r i 啪o f s u p p l y 锄dd 锄d ( 1 ) 最大利润与边际成本 利润是指厂商的收益与成本之差。利润最大化的基本条件是边际收益等于边 际成本，如果边际收益大于边际成本，扩大生产是有利的，如果边际收益小于边 际成本，应该减少生产。因此，发电商的利润最大化问题，就变成发电商希望按 什么价格为它的电量生产定价，或按什么价格为它的投入进行支付，以及它希望 按什么水平进行投入和生产的问题，当然发电商还要考虑相关的技术约束和市场 约束。 1 3 2 博弈论理论基础 博弈论嗍( 妇n e n i e o r y ) ，是研究决策主体行为发生直接相互作用时候的决策 以及这种决策的均衡问题。按照参与人行动的先后顺序博弈可以划分为动态博弈 6 ( d y m i n i cg a m e ) 和静态( s 嘶c 驴m e ) 。静态博弈是指博弈中参与人同时选择行动 或不同时选择行动时，后行动者不知道先行动者采取了什么样的具体行动：动态 博弈是参与人的行动有先后顺序，后行动者能够观察到先行动者所选择的行动。 按照参与人对其他参与人的特征、战略空间、支付函数的知识，博弈可以划分为 完全信息博弈和不完全信息博弈完全信息是指每个参与人对其他参与人的特征、 战略空间、支付函数有准确的知识，否则为不完全信息。根据上述对博弈论的划 分可以得到四种类型的博弈，如表1 1 所示。 表1 1 博弈分类 t 习l b l e 1 1c 1 a s so fg 锄e 、行动顺序 信息 静态博弈动态博弈 完全信息静态博弈完全信息动态博弈 完全信息博弈 ( 纳什均衡)( 子博弈精炼纳什均衡) 不完全信息静态博弈不完全信息动态博弈 不完全信息博弈 ( 贝叶斯纳什均衡)( 精炼贝叶斯纳什均衡) 在批发竞争电力市场的自由谈判交易中，交易双方进行双边叫价拍卖。卖者 ( 售电商) 和买者( 购电商) 同时开价，卖者提出要价，买者提出出价，拍卖商 选择成交价格p 进行结算。所有要价低于p 的卖者卖出，所有出价高于尸的买者 买入。在价格p 下的总供给等于总需求。 根据查特金( a l a t t e r i ) 萨缪尔逊( s 蛐鹏l s ) 建立的简单的双方叫价拍 卖模型”，假设在这个模型里买电方和卖电方交换l 栅| i l 的电量，发电成本是c ， 对买电方的价值是v ，这里c 亡【o 1 】，y c 【o 1 】。卖电方要价p ，c 【o ，1 】，买电方出 价为n 亡【o l 】，如果见g 岛，双方在p = ( 只+ n ) 2 上成交；如果b 既，卖者 的效用是“，= ( 见+ n ) ，2 一c ，买者的效用是= ，一( n + 见) 2 ，如果见 岛， 没有发生交易，双方的效用都是0 。 在实际的电力市场交易中，买卖双方并不完全了解对方的实际成本和价值。 考虑不完全信息的情况，即只有卖者知道发电成本c ，只有买者知道用电价值，。 假定c 和v 在【o ，1 】上服从均匀分布，分布函数p ( f ) 是共同知识。在这个贝叶斯纳什 博弈中，( z ( c ) ，戎) 是一个贝叶斯均衡。在发生交易的条件下即只见，对于 卖电方最优有： m a 】【饥+ 研岛h ( v ) 只】 2 一c 】p r d 6 慨( v ) 只 ( 1 1 ) 这里，研岛( h ( d 见】给定卖电方要价低于买电方的出价的条件下，卖电 方预期的买电方的要价。 对于买电方最优则有： 7 m a x p 一 n + 研n ( c m 见见( c ) 】) 2 】p 加6 慨( d 见 ( 1 2 ) 这里，研见( c h 所见( c ) 】给定卖电方要价低于买电方的出价的条件下，买电 方预期的卖电方的要价。考虑一阶线性战略均衡，假设卖电方的要价曲线为直线 为： n ( 力= q + 尼c ( 1 3 ) 其中为报价曲线的截距，斜率尼 o 。 考虑c 和v 在 o ，1 上服从均匀分布的情况，因此见在( ，+ 尼) 服从均匀分 布，有： p r o b 如( v ) 见】= p f o k + 孱v 只) = + 尾一以) 尾 研既( v x 见( v ) 只卜( + 岛+ p ，) 2 ( 1 5 ) 将( 1 5 ) 分别代入( 1 1 ) 得卖电方的目标函数为： m 戤( 【见+ ( + 孱+ 见) 2 】2 0 ( + 尾一以) ，尾 ( 1 6 ) 令 以+ ( + 玩+ p j ) 2 】2 一c ) ( + 孱一见) 孱= o ，对c 求偏导可得： p ，= ( + 孱) 3 + 2 c 3 ( 1 7 ) 类似的买电方的目标函数为： m 强 v _ 【岛+ ( + 尾) 2 】2 ) ( n 一) 尼 令p 一 风+ ( + 孱) 2 】2 ) ( 岛一q ) 尼= o ，对y 求偏导可得： 既= 吼3 + 2 v 3 ( 1 8 ) 由式( 1 7 ) 和( 1 8 ) 解得线性战略为： 见( c ) = l 4 + 2 c 3 所( v ) = 1 1 2 + 2 v 3 ( 1 9 ) ( 2 o ) 在均衡线性战略下，当c 3 4 时，卖电方的要价见( c ) = 1 4 + 2 c 3 低于成本， 但高于买电方的最高出价仇( 1 ) = 1 1 2 + 2 3 = 3 4 ，此时不会发生交易；类似的当 ， 1 4 时，卖电方最低要价n ( 0 ) = 1 4 + 2 c 3 = l 4 ，高于买电方出价，也不会发 生交易。在均衡情况下，只有，当叼+ 尼c 2 + 以v ，即v c + l 4 时，双方才会 交易。 1 4 论文研究的主要内容 1 4 1 区域电力市场批发竞争运营模式研究 8 分析了发达国家电力市场结构、运营状况；结合我国电力市场改革现状，分 析了我国建立批发竞争市场的必要性与可行性。在全国联网的基础上，设计了以 省交易中心与区域交易中心共存( 区域级、省级两层控制区) 的多控制区统一分 层区域电力市场模式 1 4 2 批发竞争电力市场报价方法与结算模型研究 根据不同的市场模式及市场目标分析了交易中心的交易模型比较各种交易模 型的优缺点。分析了在不同市场交易规则下的分段报价和线性报价的优缺点以及 这两种不同报价方式的市场交易中心的结算算法。 1 4 3 基于蒙特卡罗的经纪人交易最优报价策略 在双边交易模式之一的经纪人交易模式中研究市场参与者的投标竞价策略。 分析了影响参与者报价的多个影响因素，应用s p s s 统计各个影响因素的分布函数 及参数；并建立影响因素与报价之间的多元回归模型，应用蒙特卡罗方法对影响 因素产生大量的随机数，通过多元回归模型得到估计参与者的报价；根据市场高 低匹配结算原理，分析最优的买卖双方的最优报价，最后应用m a t l a b 编程实现。 1 4 4 基于混合战略的双边交易谈判策略 研究发电商与大用户之间“直供”的长期双边合f 司交易。对于多个谈判对象 应用层次分析法进行综合评判，提出多参与者交易的混合战略投标策略并详细分 析了在混合战略下的博弈及其纳什均衡问题，用矩阵的形式表示出了多参与者的 纳什均衡。应用多智能体系统的思想对多人参与的多轮循环谈判过程进行模拟。 9 2 1引言 2 批发竞争区域电力市场模式研究 对电力市场结构或模式及运营方式，世界各地专家已早有研究。如英国、美 国、澳大利亚、新西兰在电力市场运营模式和规则具有成功的经验，但这些工业 发达国家的电力工业与我国的电力工业的差别很大，不但人均装机和人均用电量 远远大于我国，而且其供给能力远大于需求。而我国的供给与需求的平衡是暂时 的或季节性的，结构性的缺电将长期存在。本文借鉴国外电力市场运营成功经验 与教训，并结合我国的实际，提出适合我国国情的批发竞争区域电力市场结构与 交易方式。 2 2国外电力市场运营模式概述m 1 】 2 2 1 英国p 0 0 1 模式 英国继电讯和天然气行业成功的进行私有化改革后，于1 9 9 0 年4 月1 日建立 英格兰一威尔士电力市场，成立国家电网公司( n a t i o n a lg r i dc ( 印0 r a 6 0 n ，n g c ) 采用强制型电力库( p 0 0 1 ) 模式，如图2 1 所示。 发电侧 输电环节 配电侧 用户侧 图2 1 英国电力库模式 f 噜2 ip l 删) d e lo f u k 在电力市场中买卖双方均通过电力库进行交易。同时为了规避市场价格波动 带来的风险，允许供需双方签订长期的金融差价合同。电力联营市场模式在运作 过程中需求侧没有引入充分竞争，少数发电商对市场有过分的操纵力。这种电力 库的模式妨碍了电力联营体内部的改革。 2 0 0 1 年3 月2 7 日新的电力交易协议取代了电力联营市场模式，开始正式实施。 它的基本原则是希望大宗购电和售电交易都能通过自由谈判、签订双边和多边合 同的形式完成，而剩余的少量电力交易再通过有组织的市场p x 来进行。在双边合 同交易和现货电力交易中，市场成员不仅包括发电商和购电商，还包括银行和其 他商业机构，后者作为代理机构参与电力市场交易。交易方式如图2 2 所示。 图2 2p o o l 模式交易方式 f - g 2 21 m d em a i 螂o f p o o lm o d e i 采用的新的电力交易协议使得在批发竞争电力市场中引入了更多的竞争，使 得电力趸售价格和终端用户的电价得以降低。 2 2 2 澳大利亚电力市场 与英国电力市场类似，澳大利亚的电力市场也采用p o w e rp 0 0 1 为核心的批发 市场模式，不同之处在于供电方同时参与电力联营市场的竞争，其市场的主体包 括发电商、配电商、用户和电网公司，澳大利亚的电力市场模式如图2 3 所示。 澳大利亚电力市场中实物电力交易的方式为现货交易，金融电力交易以差价 合同为主。差价合同是发电商与供电商或大用户以规避风险为目的签订的。差价 合同不影响电力联营市场内电力交易的进行，并在电力联营市场之外进行差价结 算。 1 2 2 2 3 北欧电力市场 发电厂发电厂 l 发电业务代理人 j i p m ( 电力库) ji 配电公司零售商 ( 拥有电同)( 不拥有电网) ， ij l 大用户il 用户ii 用户i 图2 3 澳大利亚电力市场结构 f 嘻2 3m o d e is n w 彻o f a 獬蛔n a 北欧电力市场覆盖的区域包括挪威、瑞典、丹麦和芬兰。市场的组织机构为 北欧电力交易所，它是北欧各国电力现货交易、金融交易及各类交易的场所，为 北欧电力市场的参与者提供了平台。目前，北欧电力市场包括集中的联营市场、 电力批发市场、零售市场以及实时市场和辅助市场。市场成员可以选择交易的市 场和交易的商品种类。选择交易伙伴的自由度和商品的种类、电力交易的流动性 和输电系统运营商的合作态度，促进了电力交易，对于活跃北欧电力市场起到了 很大作用。北欧电力市场的建立虽然晚于英国电力市场，但是到目前为止，它是 世界上运营最稳定、电力商品品种最丰富的电力市场。 北欧电力市场分属于4 个国家的5 个主干电网公司，这些电网公司都设立了 电力调度机构输电系统运营者( t r a n s m i s s i o ns y s t e m0 p e r a t o r s ，t s o s ) ， 负责实时市场与辅助市场的运营。此外，各国国内的区域电网公司和地方电网公 司也设有电力调度部门，服从上一级主干电网公司的统一调度。 在全国联网的基础上开展我国区域电力市场可以借鉴北欧电力市场的成功市 场模式。如果把全国电力市场看成北欧电力市场，各个大区电力市场相当于北欧4 国的t s o ，而分属于各大区的省电力市场相当于北欧4 国内的区域电网公司的调度 部门。因此北欧电力市场的成功运营经验对我国区域电力市场的改革有重要的启 示。 1 3 2 3我国区域电力市场运营模式概述 根据我国的实际情况，在六大电网的基础上，划分六大区域电力市场。对我 国区域电力市场的结构和运营模式已经有很多研列1 1 d 4 】。目前对于我国区域电力 市场运营模式可行性具有争议的主要有三种模式：分散模式、集中模式和这两种 模式相结合的所谓分层模式。 2 3 1 分散模式 分散模式的电力交易主要在省内进行。在各省都建立省级电力市场，省内发 电厂都成为独立发电公司，并在省内进行竞价上网。省内富余或不足的电量可向 相邻省出售或购买。区域调度交易中心负责5 0 0 k v 主网的安全运行和省间交换功 率的协调。这种分散模式如图2 4 所示。 图2 4 分散模式 f i g2 4d d i s p e 】啪m o d e l 分散模式的缺点是难以消除省问壁垒。可能各个省倾向于尽量利用自己的电 厂多发电，而不足的电量到网上去购买，难以促进市场竞争，提高效率。特别是 水电比重较大的区域电网就难以充分利用全网的水电资源，但是这种模式是客观 存在的。 我国开始建立电力市场时所建立的6 个试点单位都是省( 市) 电力市场，属 于分散模式。通过试点，取得了经验，培养了人员。但是，各个试点单位均以失 败告终。根据国外经验和国家政策，必要建立区域级电力市场及国家电力市场。 批发竞釜区域电友直场搓基砥究 2 3 2 集中模式 集中模式也可以称为共同市场，就是说省内不建电力市场，批发交易统一在 区域电力市场进行，所有独立发电商都向区域调度交易中心竞价售电，各省调度 中心则负责本省电网的安全运行( 包括少量小电厂的调度运行) 和零售交易。区 域交易中心负责跨省的双边合同，省调度中心则负责省内的双边合同如图2 5 所 示。 图2 5 集中模式 f g 2 5c e f i 妇1 dm o d e l 这种模式能在全区的范围内优化利用水火电资源，是一种比较理想的模式， 在条件许可的情况下，我国区域电力市场应尽量采用集中模式。 不过实现集中模式的电力市场需要一定条件，例如在区域调度交易中心与独 立发电公司和大用户之间必须有直接通道，而且，各省的电价可能不同，税率也 可能有差别，立即实现集中模式的电力市场可能有困难，因此可能需要一定的准 备阶段。 2 3 3 分层模式 分层模式就是在一个区域电网内，区域交易中心和省交易中心同时存在，各 有分工，因此分层模式也称为共同市场模式。 分层模式可能有几种类型，第一种最简单的类型就是在分散模式的基础上建 立一个区域调度交易中心。我国的区域电网( 目前) 一般都有几个直属电厂，这 些直属电厂可以作为独立发电厂向区域交易中心竞价售电，各省也可以作为一个 负荷或发电公司参加竞价。为了防止一个省的容量过大( 一般不超过全区域的2 5 ) 而垄断电价，一个省可以分成两个或更多的独立发电公司或负荷参加竞价。这样， 区域调度交易中心负责网级独立发电厂的竞价和5 0 0 k v 以上电网的安全运行，省 交易中心负责省内独立发电厂的竞价和省内电网( 一般为2 2 0 k v 以下电网) 的安 全运行。有些省可能没有建立电力市场( 例如发电厂太少) ，则由省调度中心负 责本省的调度运行，具体结构如图2 6 所示。 图2 6 分层模式 f 嘻2 6 l a y e r e d m o d e l 这种类型的分层模式比较接近于我国现有的运行方式，比较容易过渡。如果 实行一段时阃以后，可以逐渐增加网级独立发电厂的数量，减少省级独立发电厂 的数目，最终过渡到集中模式。但是缺点是由于竞价大部分在省内进行，仍不能 充分利用全区的资源。 第二种类型是分层统一市场结算价格( m c p ) 模式。这个模式试图在分散模式的 基础上取得与集中模式基本一样的经济效果。这个模式的要点是：在成立5 大发 电集团后，所有发电厂都参与市场竟价上网( 除少数小电厂和自备厂外) ，差别 只是有些发电厂与区域交易中心间有直接通道，其余的发电厂可能没有直接通道， 只有到省调度中心的直接通道。 所以，首先，所有独立发电厂通过直接通道或经过省调度中心的通道转发， 都向区域调度交易中心报价，各省也把本省负荷预计( 和报价) 报给区域交易中 心。 1 6 第二步，区域交易中心把各独立发电厂的报价和各省的负荷预计累加起来便 可得出全网的总报价总出力曲线，与总预计负荷曲线的交点便可得出全网的 统一眦p ( 如果有阻塞现象，则为消除阻塞各省的l l c p 可能不同) 。 第三步，各省交易中心根据区域交易中心下发的眦p 编制本省的发电计划 这样可以优化利用全网的资源，同时，受电省可以用最低的成本购电，送电省可 以用最优惠的价格售电，省、网的利益得以兼顾，理论上可以达到与集中模式 同样的效果，具体结构如图2 7 所示。北欧n o r d e l 四国电力市场在2 0 0 2 年就采 用类似的方法。 圈2 7 分层统一结算模式 f g 2 7u n n i v eb a l c em o d e lo f l a y 日 我国的区域电力市场究竟采用哪一种模式应该根据该区域电网的结构和电源 的构成的具体条件。如果各省的电源与负荷基本平衡省间的交换功率不大可以采 用以分散模式为主的分层模式；如果水电比重较大而且电源分布不均的系统最好 采用集中模式；所采用的模式能否尽量兼顾各方的利益，为各市场成员容易接受。 还要考虑人员和技术条件，例如从区域交易中心到各市场成员有无直接通道有无 遥测；关口表计和运行人员对电力市场的了解程度等。 总之，如果条件具备最好一次到位否则不如采用渐进方式，从现有的运营方式 出发经过分散的省级电力市场和集中的区域电力市场到比较完善的市场模式以避 免不必要的风险。 1 7 2 4 批发竞争区域电力市场运营模式研究 2 4 1 我国电力市场现状分析 目前我国电力市场的改革趋向是“厂网分开、竞价上网”即将电网经营企业 拥有的发电厂与电网分开，建立规范的、具有独立法人地位的发电实体，市场也 只对发电侧开放。发电侧电力市场的市场主体是独立发电企业与电网经营企业， 目前以省级电力市场为主，各省电力公司是其省内电力市场竞争的组织者；我国 现行发电侧电力市场的模式是以单一购买者形式为主，即参与市场竞争的各个独 立发电企业将电能提供给电网经营企业，用户不能与发电厂签订购电合同，只能 由电网经营企业采用趸售或零售的方式供电。在电力市场建立的初期，我国采用 了部分电量竞价上网的方式，一般安排当年市场用电需求的1 0 9 6 2 0 9 6 作为竞争电 量，其余的作为基本电量2 。 2 4 2 单一买方市场存在的问题 我国现行的电力市场模式是单一买方模式，仍然属于市场改革的初级阶段。 从国外电力市场改革的经验和教训来看，这种单一买方模式都存在着问题和不足。 因为该模式存在三个问题：一是单一购电机构模式买方单一，无法实现充分竞争； 二是单一购电机构的市场缺乏需求侧对市场的响应。市场价格不能充分发挥作用； 三是单一购电机构承担全部买电风险，而市场机制强调风险分散。单一买方模式 由于仅开放发电侧的竞争，没有开放购电侧的竞争，是一种不全面竞争的电力市 场模式。因此，单一买方模式无法完全发挥市场机制优化配置资源的功效，一方 面，发电公司没有选择的余地，无法保证市场交易的公平性；另一方面，各地方 供电公司和大用户没有选择权、作为单一买方的省电力公司及其下属供电公司没 有购电竞争的压力，有失市场交易的公正性。一个完整的电力市场，买方和卖方 及其相互间的竞争缺一不可，有了买卖双方的互动，电力市场才能活跃起来。因 此，区域电力市场应创造条件，实现批发竞争和零售竞争运营模式。 2 4 3 批发竞争模式的必要性 建立电力市场的目的是通过引入竞争机制，用市场的手段实现资源优化配置。 2 资料来源：国电动经中心，国家电力公司华东分公司，华东区域电力市场研究) 1 8 市场化改革要求将垂直一体化电力工业结构分解成发电、输电、配电、售电不同 业务环节，发电和售电环节逐步引入竞争机制。 根据国务院电力体制改革要求，我国电力市场化改革的第一步是厂网分开、 竞价上网，市场中电网公司作为单一购电机构从发电厂购电，逐步开展大用户和 配电公司直接购电试点工作。从世界各国改革的经验来看，输配不分的单一购电 机构模式在市场化改革中只能是一个过渡模式，因此从长远看，我国应该实施输 电和配售分开，建立多买方一多卖方的充分竞争市场。国务院电力体制改革方案 文件已提出分步推进电力体制改革的总体思路，要求在做好试点工作的基础上， 逐步实施输配分开，在售电环节引入竞争机制。 按照国家对电力体制改革的总体部署，我国区域电力市场的设计分近期和远 期两个阶段考虑，近期是发电竞争为主的市场；当配电公司独立核算、能够直接 参与竞争时，形成远期的电力批发市场。表2 1 给出了两个阶段的市场特征与条 件。 表2 ，l 两阶段市场特征和条件 1 铀l e3 1a 埘鼍m e f i s n c s 锄dc o n d i 矗螂i nt w op h a 辩 i 时间近期电力市场远期电力市场 i 特征单一购电模式为主的发电市场多买方一多卖方批发市场 i 条件厂网分开，输电价独立 输配分开，输电价、配电价独立 2 4 4 批发竞争模式的可行性 与单一买方模式相比，批发竞争模式由于开放了供电侧的竞争因而加深了市 场的竞争程度；而和零售竞争运营模式相比，批发竞争模式在用户侧仍由供电公 司按区域垄断供电，终端用户基本上没有选择权，只有少数大用户可以直接参与 竞争、选择发电商，因而此种模式还不是理想的电力市场模式。由于零售竞争模 式需要有坚固的输配电网结构、先进的通信网络、完善的金融系统、法制系统支 持，同时需要更换复杂昂贵的表计来实现用户的选择权，因此完成这一步改革的 代价是不容忽视的，可以肯定，在我国要实现零售竞争模式还有很长的路要走。 而我国长期以来已形成了以省为实体的运营模式，各省与下属的供电公司之间也 具备了较为完备的关口电能计量系统，因而为实现区域电力市场批发竞争运营模 式奠定一定的物质基础。因此，在一些省间电网互联较强、区域经济发展相对平 衡的地区，积极创造条件适时推动区域电力市场跨入批发竞争运营模