（电力系统及其自动化专业论文）电力市场条件下的短期电价预测研究.pdf

缱翻玉丛3 a b s t r a c t a b s t r a c t ：e l e c t r i c i t yp r i c ef o r e c a s t i n gu n d e rp o w e rm a r k e ti sav e r yc o m p l i c a t e d i s s u e s h o r t - t e r me l e c t r i c i t yp r i c ef o r e c a s t i n gi st h ef o c u so ft h i sp a p e r e l e c t r i c i t yp r i c e i sas e q u e n c eo ft m e - s e r i e s d u et o c o m p l i c a t i o no fr e l a t i v ea f f e c t e df a c t o r s ，t h e d o c t r i c i t yp r i c ec i l r v e s a r ec h a r a c t e r i z e d b ym u l t i c y c l e , f l u c t u a t i o n a n ds p i k e s o e l e c t r i c i t yp r i c ef o r e c a s t i n gi sm o r ed i f f i c u l tt h a n1 0 a df o r e c a s t i n gi np o w e rm a r k e t t h es e l f - o r g a n i z i n gd a t am i n i n gc o m b i n e df o r e c a s t i n gi si n t r o d u c e dt o s t u d yt h e s h o r t - t e r me l e c t r i c i t yp r i c e f o r e c a s t i n gi nt h i sp a p e r r c a na c h i e v et 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 i n gm e d a l s i tu s e dt h r e ef o r e c a s t i n gm o d e l sw h i c h 蹴a u t o r e g r e s s i v e i n t e g r a t e dm o v i n ga v e r a g e ( a r i m a ) m o d e l ，s u b t r a c t i v ec l u s t e r i n g a n d a d a p t i v en e u r o n - f u z z yi n f e r e n c es y s t e m ( a n f i s ) g r e ym o d e l 、d fp e r i o d r e s i d u a l m o d i f i c a t i o n , a n de a c hh a si t so w nc h a r a c t e r i s t i c s 1 1 忙a r i m am o d e lu s e dh i s t o r i c a l d a t at oe s t a b l i s ht i m e - s e r i e sm o d e lo fe l e c t r i c i t yp r i c e i ti m p l i e dt h es y n t h e t i cf a c t o r $ w h i c hi m p a c te l e c t r i c i t yp r i c ei nt h eh i s t o r i c a ld a t a t h ep h y s i c a lm e a n i n go fm o d e l c o u l db ee x p l a i n e d c l e a r l y a n de a s i l y t h ea n f i sb a s e do n t a k a g i - s u g e n o m o d e l s u b t r a e t i v ec l u s t e r i n ga l g o r i t h mi su s e dt od e t e r m i n et h es t r u c t u r eo fa d a p t i v e l l c u r o n - f u z z yi n f e r e n c es y s t e m t h e nt h eh y b r i da l g o r i t h mi su s e dt ow a i nt h ep a r a m e t e r o f t h e 昀i n f e r e n c es y s t e m f i n a l l y , i n p u t t e dt h er e l a t e dd a t at ot h et r a i n e dm o d e la n d a n t i c i p a t e de l e c t r i c i t yp r i c ei sg o r e n t h eg r e ym o d e li m p r o v e dt h ei n i t i a lv a l u ea n d a p p l i e dt h ep c r i n dr e s i d u a lm o d i f i c a t i o n s ot h es i m u l a t e dc u i v ei sa p p r o x i m a t et o o f i 酉i l a ld a t aa n d t h eh i g ha c e u r a n c yi so b t a i n e d t h em e t h o do f s e l f - o r g a n i z i n gd a t am i n i n gc o m b i n e df o r e c a s t i n gw h i c ht a k e si n t o a c c o u n tt h ec h a r a c t e r i s t i c so ft h et h r e em o d e l si sa p p l i e di ns h o r t - t e r me l e c t r i c i t yp r i c c f o r e c a s t i n g i ta c h i e v e dt h eo p t i m a lc o m b i n a t i o no fm a n yf o r e c a s t i n gm o d e l sa n du s e d t h en e wi n f o r m a t i o no fe a c hf o r e c a s t i n gm o d e l t h ea d v a n t a g e so fc o m b i n e df o r e c a s t i n g m e t h o da r et h a ti ti san o n l i n e a rc o m b i n e df o r e c a s t i n gm e t h o da n dc o u l dd i s p l a yi n d i r e c tf u n c t i o nw h i c hc a nb eu s e df o ra n a l y s i sa n di n t e r p r e t a t i o n i na d d i t i o n , t h em o d e l e v a l u a t i o nc r i t e r i aw h i c he o n n l dm a k eu s eo fn e wi n f o r m a t i o nt oc h o o s eo p t i m a l c o m p l i c a t e dm o d e l s ot h em o d e lh a sg o o dp r e d i c t i v ea b i l i t y c a l i f o r n i ae l e c t r i c i t ym a r k e ti su s e da so u rc a s es t u d y t h r e es i n g l ef o r e c a s t i n g m o d e l sa n dc o m b i n e df o r e c a s t i n gm o d e la r ee s t a b l i s h e d t h ep r e d i c t e dr e s u l ts h o w st h e d i s p o s a li nf o r e c a s t i n gm o d e lh a sh i g h e ra c c u r a c ya n di ss a t i s f a c t o r y i nv i e wo ft h e 缱塾堡叁盟 丘明u 印c yo fe l e c t r i d 哆p d 白r e c a s t i n ga n dt h ei m p o r t a n t f a n 既l c eo ft r a n s a c t i o ni n d a y - 矗h e a dp o w 盯m a r k e t ，e i e 嘶c 时p d f o r e c a s t i n gs y s t e r ah a sb e e nd e s i g n e da n d i m p l 鲫e n t e du s i i 培t h em a l a b n w a a n ds p s ss o r w a k e y w o r d s ：p o w e rm a r k d ；s h o r t - t e r md 仃i c i t yp 酊f o r e c a s t i n g ：a r i m a ； a d a p 虹v en e u r o n - f u z z ym f e r e n s y s t e m ：簪qm o d e lo f p e r i o dr e s i d u a lm o d i f i c a t i o n ： l f - o r g a n i z i n g 纰m i n i n g m b i n e df o r e c a s t i n g c l a s s n o ：【请输入分类号，以分号分隔。】 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解北京交通大学有关保留、使用学位论文的规定。特 授权北京交通大学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：昊式牢 签字日期：知印年 2 月p 日 导师签名：7 司啐 签字日期：力年t 2 月妒日 韭塞奎逼太堂亟j 金塞 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，也不包含为获得北京交通大学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：昊爱华 签字日期： 工0 0 7 年，2 月工。日 致谢 本论文的工作是在我的导师周晖副教授的悉心指导下完成的。在整个过程中 周晖老师花费了大量的精力，从论文的选题、研究方案的论证，直到最后文章的 审阅，每一部分研究工作都凝聚着导师的心血在我的投稿论文修改期间，周老 师提供了宝贵的修改意见，并不厌其烦的审稿，感激之情无以言表，值此机会， 向周老师致以崇高的敬意和衷心的感谢此外，周老师渊博的学识、严谨的治学 态度、科学的工作方法、尊重爱护学生的崇高品德将使我终身受益。 周老师不仅悉心指导我完成了实验室的科研工作，在学习上和生活上也给予 我很大的关心和帮助，再次向周晖老师表示诚挚的谢意。 在实验室工作及撰写论文期问，同实验室的师兄、师弟们对我论文的研究工 作给予了热情帮助，在此向他们表达我的感激之情。 最后，要感谢我的父母对我的照顾和鼓励，我取得的每一分成绩都是与他们 的教导分不开的，没有他们的理解和支持，我的论文是无法完成的。 再次感谢所有关心和帮助过我的人们! 1 1电力市场简介 1 绪论 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1 1 r 、通信技术的进步和市场经济 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电力市场的几个基本概念 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，也主要是从电 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【l 卅给出了定义： 于尔铿等对电力市场的认谢i 】是：电力市场是电价、电力系统运行、负荷管 理、供电用电合作、通信和计算机系统的总和，是电力工业经营( 包括运行与发展、 内部与社会) 管理与技术的综合体。他强调，电价是电力市场中最为关键的经济变 量：电力市场不仅涉及到管理层面，而且离不开技术的支持，是管理与技术的综 合体；电力市场的基本原则在于公平竞争。该定义从系统论的角度出发，认为电 力市场涉及到管理、技术与电价决策，电价是电力市场的核心，但未能清楚给出 电力市场的交易主体。 曾呜提出1 2 1 ，电力市场是以发电商，配电商，终端用户及市场和系统操作者 为主体、通过电阿这个市场载体所构成。电力市场可分为电力批发市场和电力零 售市场，实行现货( 市场) 交易和金融合约交易。这个定义，仅是从电力生产经营 过程的市场参与主体以及传输电能的网络载体构成出发，并没有指出交易客体和 交易关系。 言茂松认为，现代意义上的电力市场是相对于传统的垄断性电力工业而言 的，是实现电力工业结构性重组而引入商业竞争机制后的一大类新型电力工业资 产结构、经营管理和运行管理模式的总称。虽然该定义没有详细说明电力市场的 交易主体、交易对象以及交换关系，但具有现实意义，因为从中国的电力改革实 践看，引入竞争、资产重组、改进企业经营管理正是当前的热点。正如他其后所 说，“目前电力市场没有一个公认的、严格的定义，其内容也依赖于不同形式的 电力市场的制度框架、组织结构，其形式和内容仍在发展中” 王永干等明确指“3 】，电力市场属于商品市场的范畴，电力市场是以电力这 种特殊商品作为交换内容的市场。该定义非常简洁，但未能迸一步阐述电力商品 与市场的特殊性。 尚金成等给出的定义【4 】是：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。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。他强调，“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。 综上所述，本文比较认同尚金成等给出的电力市场定义。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一下面介绍一下发达国家典型的电力体 制改革情况。 1 i 2国外电力市场改革的进程 国外的电力市场改革堋始于上个世纪7 0 年代末8 0 年代初的智利，但最初真 j 下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 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，后两者由 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。 图1 1 英国电力库模式 f i g ! 1p o o lm o d e lo f u k 榭 ( ，” 输榔 蹦 用户 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 户售电。 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l o ；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 j k 塞窑煎左堂亟论塞 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。 n 、( 1 t m n a 9 1 ) 一l u p 电龟交爨 吣。 嗣二计射睇i 睹一 i 独立幂境慊作员 g c l 电舅撮有看v 图1 2 美国电力市场的主要实体 f i g 1 2 t h e m a j o r c o m p o a e n t o f a m e r i c a n p o w e r m a r k e t 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 ) ：拥有加州7 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r 或下- - d 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 o 的费用以及与其他s c 闯的交易结算。 加州电能交易中心( c a l p x ) ：其任务是进行次f 1 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( 次同或下一小时) 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 o ) ：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， 4 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，避免筒单命令式的调度方式； 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我国电力市场建设的现状 ( 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 1 在： 省网间进行功率交换需要电力市场。出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。 j 塞銮通太堂亟j 金窑 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，紧急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 存在竞争机制等 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。 近几年，随着电力供需形势同趋紧张，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，打破省自j 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、优化资源配黄，满足人民对用电负荷r 益增长 的需求。 ( 3 ) 我国电力市场的总体目标嘲 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 2电力市场中研究电价预测的意义 6 ( 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【8 , 9 1 ，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白备电厂 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 相互之问的竞争，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 7 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。 本文将短期电价预测作为研究的重点。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，这对电力市场改革的成功与否具有重大的意义。接下来 对电价预测方法的研究现状作一下介绍。 1 3电价预测方法研究的现状 负荷预测多年来一直是电力系统中研究的热点之一，电价预测【l 2 1 与负荷预 测具有相似性，可借鉴负荷预测的方法和经验进行电价预测，但适用于变化缓慢 的负荷预测的方法有些并不适用于波动剧烈的电价的预测，电价预测要比负荷预 测难得多。各国学者提出了多种电价预测方法，如回归分析法、时间序列法、模 糊建模法、人工神经网络法、灰色预测法等，而且随着小波、数据挖掘等数学方 法的应用，电价预测技术有了进一步发展。 ( 1 ) 回归分析方法是根据历史数据的变化规律寻找自变量与因变量之阃的回 归方程式，然后用历史样本数据估计出模型参数，从而根据模型进行预测。由于 这种方法受人为因素的影响，收集和统计的历史数据不尽全面和准确；电价变化 规律复杂，很难完全反映变量间的关系。并且在回归分析中，选用何种因子和用 何种表达式有时只是一种推测，而且影响电价的因子的多样性和某些因子的不可 测性，使得回归分析在某些情况下受到限制。因此到目前为止，应用回归分析法 预测电价的方法很少，主要是将该方法与模糊【1 3 】、数据挖掘【1 4 1 相结合进行电价预 测。 ( 2 ) 时问序列法 1 5 , 1 6 是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。基本的随机时间序列模型有自回归模型a r ( p ) 、 滑动平均模型m a ( q ) 和自回归滑动平均模型a r m a ( p ，q ) 。这些方法的优点是所需历 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，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，在电价突变点附近误差较大，因此存在一定的局限性。 ( 3 ) 模糊建模法【1 7 】是基于模糊集合论，模拟人的摸糊逻辑思维功能实现预测。 模糊建模法本身提供了由专家构造语言信息并进行推理的方法，能够解决复杂而 无法建立精确数学模型的问题，但对扰动因素不敏感，其规则有利于处理系统的 定性信息。到目前为止，这种方法的效果尚无法令人满意，但是模糊逻辑与其他 模型相结合的算法得到了广泛的应用，尤其是模糊聚类法在对电价数据的预处理 方面，显示出了很好的效果。 ( 4 ) 人工神经网络法 1 5 , 1 9 1 被认为是较好的预测方法之一，近年来应用较多。 神经网络对信息处理具有自组织、自学习、知识推理等特点。尤其对非结构非确 定性规律具有自适应功能：在数学意义上，神经网络是利用训练样本实现从输入 到输出的任意非线性复杂函数的对应关系映射，它既不是描述对象模型，也不是 拟合对象模型，而是通过建立这种映射关系来体现对象的内在规律。但这种方法 也有其缺点，其训练样本复杂、全局搜索能力差、收敛速度慢、训练精度取决于 网络训练精度，存在训练时间长和局部极小值等问题。 ( 6 ) 灰色预测方法 2 0 2 1 】不是只致力于数据曲线拟合，而是注重发现统计数据 中的规律，即试图以少量数据，找到长期起作用的规律，建立序列预测微分方程 模型。灰色预测模型从理论上讲可以适用于任何非线性变化的负荷指标预测，但 其微分方程指数解比较适合于具有指数增长趋势的负荷指标，对于具有波动性的 电价指标，则拟合灰度大，难以提高精度。 各种方法各有其优缺点，有的方法考虑了电价变化的时间特征，有的方法在 详细分析电价特性的基础上，考虑了电价与负荷及其他因素的强相关性，不同的 预测方法f 2 2 2 - 3 1 利用的数据从不同的角度提供各方面有用的信息，有些方法之间甚 至是相互联系的，如果选择一种预测方法，弃用另一种预测方法，有可能会造成 部分有用的信息丢失，因此，应该综合考虑各单项预测方法的特点，将不同的单 项预测方法进行组合。 从现有的研究来看，电价预测的精度在1 0 0 , 5 左右，远低于负荷预测的3 ，虽 然电价预测的精度较差，但人们对电价预测的要求并不像负荷预测那样严格。 1 4 本文的主要工作 论文以短期电价预测研究为主，目前短期电价预测方法还有待进一步深入、 系统的研究与探讨。在广泛阅读了大量有关负荷预测和电价预测方法的文献基础 上，论文简要的分析了电价的形成机理、电价特点和影响因素，建立了短期电价 预测的优化组合模型，并对各单一模型进行改进，实现了短期电价的预测，概括 起来，本文的主要研究工作如下： ( 1 ) 概述了电价的一般商品属性和特殊属性，分析了电价的特点、类型及影 响因素，并对本文采用的数据源美国加州电力市场的电价数据进行了预测前的统 计分析，为选择预测工具做好准备。 9 | b 塞窑煎太堂硒：途塞 ( 2 ) 采用优化组合预测模型时，其各单一模型经过慎重选择，并对其进行改 进： 电价的影响因素众多，但由于现实条件的限制，不能完全考虑到，而历史 电价时间序列中隐含了影响电价的各种因素，因此采用a r i m a 时间序列预测模型 i 弘硐，该模型可有效利用电价时间序列中的各种信息。 采用基于减法聚类的自适应模糊神经网络预测模型【2 7 阒，该模型利用减法 聚类将历史电价数据聚类，以减少训练样本的数目，然后将模糊方法和神经网络 二者有机结合，用神经网络实现了模糊系统，同时具有模糊推理的可理解性与神 经网络的学习能力，并且考虑了负荷和历史电价对未来预测电价的影响有利于 电价预测精度的提高。 采用基于残差周期修正的灰色预测模型【3 n ，对灰色模型的缺陷进行改 进，选取解的最优初始值，然后利用残差周期修正电价预测序列，跟踪波动性交 化的电价预测曲线，可以更精确的反映原始数据的变化规律。 ( 3 ) 针对不同的预测方法可以从不同的角度提供各方面有用的信息，如果只 用一种预测方法会造成部分有用的信息丢失，因此建立自组织数据挖掘组合预测 模型 4 2 - 5 6 ，它是一种非线性组合预测方法。具有显式表达，该模型采用g m d h 算 法，利用数据的新信息选择最优复杂度模型，从而具有较好的预测能力。 ( 4 ) 采用m a t l a b 语割明编写算法程序，以美国加州电力市场公布的电价数 据利用上述模型进行电价预测，计算结果验证了各单一模型和优化组合模型的有 效性、可行性。 ( s ) 利用m a t l a b 图形用户化界面和s p s s 的数据管理功能设计实现了电价预 测系绀5 s - 6 0 ，通过该人机交互界面，用户可以方便的对短期电价进行预测。 ( 6 ) 本文的结论与展望。 1 0 2 电价的基本理论及电价预测 2 1电价的基本理论 2 1 1电价的形成 电力市场中，电价是所有市场参与者最重要的信号，其最基本的定价概念是 市场统一出清价格( m a r k e tc l e a r i n gp r i c e ) ，定义为电力拍卖所得到的纳什均衡点 所对应的均衡价格，即市场供给曲线与市场需求曲线的交点所对应的价格，市场 上供求相等的状态成为出清状态，如图2 1 所示。通常将一天分为2 4 个( 或4 8 个) 时段每个时段均进行拍卖，这样，天中就会产生2 4 个电价，这些电价按时间顺 序排列就形成了电价的时间序列。 数量一 图2 i m c p 计算 f i g 2 it h ec a l c u l a t i o no f m c p 电力作为商品，既有它的一般商品属性，又有它的特殊性。作为一般商品属 性，电力在市场交易中，必然与其他商品一样，要服从价值规律，按照等价交换 的原则，公平、公正的进行。作为其特殊性，电力行业是公用服务行业，必须以 安全、可靠为前提，除保持电力供需平衡外，还要有足够的备用容量；电力的发、 输、配、用电同时进行，不能储存，需要市场预测准确，电网调度统一；电力商 品看不见、摸不着，要求电力市场信息公开，透明度高，做到对市场中所有参与 者公平、公j 下、公开。 电价的形成贯穿于电力系统的始终，其基本计算方法般采用综合成本法、 长期边际成本法和实时电价理论三种方法。 ( 1 ) 综合成本法：其出发点是基于电力企业的收支平衡。用综合成本方法计 算基本电价，就是在未来给定的电价计算期内，将用于供电所需的全部成本在各 j e 塞銮通太堂亟论奎 个用户之间进行分摊，计算中一般将综合容量成本和综合电量成本分别平均分摊。 ( 2 ) 长期边际成本方法：长期( 一般是5 - - 1 0 年) 边际成本方法的基本定价， 是考虑到在电力系统发展规划和运行中，由于未来微增负荷的持续增长所产生的 微增成本。采用该方法可以使电价适当反映整个外部经济环境的变化，以满足企 业扩大再生产的要求，还可以正确反映未来资源的价值。能够引导投资，同时又 能反映用户增加负荷的成本，给予用户正确的用电信号，总之，能够获得最大的 社会效益，目前大多数国家都采用这种定价方法，不过这种方法比综合成本法计 算电价要复杂，电价水平要更高 ( 3 ) 实时电价理论：实时电价就是在考虑运行和基本投资的情况下，在给定 时段内向用户提供电能的边际成本。实时电价能够反映短期( 小时或半小时) 的 生产成本及需求信息，从而能够指导用户合理用电，并且能够引导发电厂优化出 力以及优化互联电网的电力贸易。实时电价非常适合于发电侧竟价上网的电价模 型 理解了电价是如何形成的，接下来介绍一下电价的制定原则及分类【9 l 。 2 1 2电价的制定原则及分类 ( 1 ) 制定电价的原则 在制定电价时，既要遵循市场经济规律，也要考虑到我国电力工业的现状和 发展我国电力工业是一个正在发展中的行业，随着国民经济的发展，还需要大 力发展电力工业，需要大量的电力投资和建设，因此，制定合理的电价，应遵循 以下原则； 合理补偿成本原则 补偿成本是制定电价的基本要求，一方面可以维持电力企业的简单再生产， 另一方面可以避免电力企业制定电价的随意性。 合理收益原则 在合理弥补成本的基础上，电价还能使投资者获得合理的收益，促进电力企 业的良性发展。 依法计入税金原则 依据相关法律，电力企业应当合理的依法纳税，因此，电价中应当计入应缴 纳的税金部分。 公平负担原则 要按照服务对象的不同情况，将电力商品的成本和费用在各类服务对象刨进 行合理分摊，使各类服务对象能够公平负担相应的成本，并兼顾公共政策目标。 1 2 虫俭鲍基奎理论厦电俭强测 ( 2 ) 电价的分类 电价是一个体系，是电力生产、输送、分配和销售等环节电价的集合从电 能生产消费的流通过程来看，电价可以分为上网电价、输电电价、配电电价和终 端销售电价。 上网电价：是指发电企业与购电商之阃进行上网电量结算的价格。在竞争 的电力市场中，上网电价通过竞价或交易双方协商形成，上网电价由发电成本、 发电利润和价内税构成。发电成本包括：燃料费、水费、材料费、工资费、福利 费、折旧费、大修费以及其他财物费用等。 输电电价和配电电价是指输电网和配电网的拥有者提供相应的输电和配电 服务的价格。厂网分开后，如果输、配和售三个环节还没有分开，而且输、配和 售这三个环节的服务成本也不独立核算，则输电服务费、配电服务费和售电服务 费将由电网拥有者按售电价一并向用户收取。一般来说，输配电价格有输配电成 本、输配电利润和价内税构成，其中输配电成本包括：折旧、材料费、修理费、 工资福利费和其他财物费用等。 销售电价是向终端用户售电的价格，一般也称为用户电价，它与一般商品 的零售价格内涵接近，是该商品生产、流通和消费过程中所有发生的费用在终端 用户问分摊的价格。一般来说，销售电价由销售成本、销售利润和价内税构成， 销售成本由电力销售企业支付给发电商的购电费用、输配电费用和企业向终端用 户销售电能过程中自身的成本构成。 分析了电价自身的各种概念，它还受众多因素的影响，接下来介绍一下其主 要的影响因素。 2 1 3电价的影响因素 影响电价的因素众多，概括起来可以分为三大类，一是电力市场外因素，包 括政府政策、税收、社会费用等等；二是电力市场内因素，既包括发电侧和需求 侧的因素，又包括输送电力的电力网络方面的因素。三是气象、突发事件等其他 因素。 ( 1 ) 电力市场外因素 政府政策：电力行业是一个相对垄断性的行业，也是一个公用性服务行业， 电价对其他行业产品的价格具有拉动效应，因此电价受政府政策的影响特别大， 如果电价太高，势必引起其他行业产品的价格上扬使用户承担不起，所以电价不 能像其他产品的价格那样完全由市场调节，政府往往从宏观经济角度给电力企业 以指导。 j 塞窑道太堂亟i 金毫 税收：无论是发电厂的上网电价还是供电企业的售电价格均有税收问题，发 电厂发电上网，要征收电力生产增值税，当进入销售环节时，也要征收电力产品 增值税，还有其他一些税种。 社会费用：用户购电支付的电费中，不仅仅只有供电公司的电力成本及相应 的利润，还包括非电力企业在电价外收取的其他费用，如人工费、设备维护费、 相应机构的利润等；政府规定的其他费用，如三峡基金、电量资金、价格调节基 金、工业附加费等 此外，电能是二次电能源，与一次能源有密切联系，如煤、石油、天然气等 也影响着电价的水平。 ( 2 ) 电力市场内因素 历史电价：前后时段的电价间具有较强的相关性，尤其是前几个时段的电价 和历史日中同一时刻的电价，电价预测有些方法正是利用这种电价问