（电力系统及其自动化专业论文）电力市场环境下的电源规划方法研究.pdf

上海交通大掌工掌博士掌位论文 司在检修期间的收益最大化为目标，同时计及相关的检修风险损失，以 及系统允许检修容量不充裕时可中断负荷的合理利用。最后运用随机搜 索方法寻找机组检修博弈问题的均衡点，从而得出发电公司的最优检修 策略。应用该模型处理电源规划方案评估中的机组检修计划，使得电源 规划方案更适合于电力市场环境。 3 ) 提出发电投资决策的期权博弈模型。该模型以实物期权理论和非 合作博弈理论为基础，研究了电力市场中电源规划多投资方的博弈行为， 通过运行模拟计算各种策略组合下博弈各方策略的期权价值，进而求得 n a s h 均衡点。其中，各发电公司的投资方案考虑了相应环保措施的优化 配置，并在投资收益计算中嵌入了各发电公司的机组检修博弈分析。由 于实物期权价值能够准确描述项目投资价值变化的不确定性，因而该模 型能够有效解决市场环境下发电投资的一个基本问题，即寻求多不确定 因素下，各发电商与通过发电容量充裕度等要求代表社会利益的监管机 构之间的利益均衡点，为发电商在竞争的市场条件下提供灵活的发电投 资决策。 4 、) 提出发输电投资决策的期权博弈模型。其中的发电投资受到电力 监管机构对发电公司提出的发电容量充裕度约束，输电投资受到因输电 容量不足引起的失负荷价值影响，通过“发电容量充裕度约束”、“因输 电容量不足引起的失负荷价值约束 引导和发电及输电投资。该模型可 给市场各方更大的自主决策权，同时能够兼顾系统供电可靠性。另外， 规划方案分别考虑了完全能量市场) 不完全能量市场及容量市场等模式， 推导了容量市场模式规划方案分析中a g c 机组的c p s 考核费用分摊公 上海交趣丈掌工掌博士掌位论文 一要 式，以便尽量准确计算出各种策略组合下发电公司和电网公司等博弈各 方策略的期权价值，进而求得电力投资商的最佳投资策略，从而提高其 资本使用价值。 5 ) 结合电源规划问题的特点，对常规禁忌搜索算法( t a b us e a r c h ， 简称t s ) 进行改进，以便提高t s 在电源规划应用中的计算性能。具体 是，提出分区记忆指导搜索策略提高了搜索的效率，采用动态管理禁忌 频率信息策略节约了规划方案存储空间，针对3 ) 和4 ) 中电源规划模型 进行计算，以便快速寻找“满意解 。 总体上，1 ) 侧重于发电投资成本分析中的电力环保问题；2 ) 侧重 于发电投资收益计算中的机组检修规划问题；在1 ) 和2 ) 的基础上，3 ) 讨论了电力市场环境下多投资主体的发电投资决策问题；4 ) 延伸了3 ) 的研究思路，探讨了电力市场环境下发电与输电联合投资决策问题；5 ) 是3 ) 和4 ) 多主体投资决策模型采用的具体算法。以上各模型和算法考 虑了电力市场环境下的电源规划具有的多投资主体的竞争性、项目投资 价值的不确定性、各投资主体的经济效益性、以及总体投资方案的大系 统性等特点，并对不同规划目标的某实际电源规划算例进行计算和比较， 分析结果表明它们可行而且有效，为解决电力市场环境下电源规划问题 开创了新的思路。 关键词：电力市场，电源规划，电源环保联合规划，检修风险损失，期权 博弈，发电投资博弈，发输电投资博弈，改进禁忌搜索算法 上海交通大掌工掌博士掌位论文a b s t r a c t r e s e a r c h0 fg e n e r a r i o ne x p i a n s l 0 np l 4 心i n i n g s m e t h o d si ne l e c t r i c i t ym a r k e t a b s t ra c t g r e a tc h a n g e sh a v eb e e no b s e r v e di nt h ep o w e rm e c h a n i s m sd u et ot h e c o m p e t i t i o no fe l e c t r i c i t ym a r k e t ，w h i c hh e n c eh a sag r e a ti n f l u e n c eo nt h e g e n e r a t i o ne x p a n s i o np l a n n i n g ( g e p ) t e c h n o l o g i e s b e c a u s eo ft h ea l t e r a t i o n o ft h ep l a n n e ra n dr e q u e s to fm a r k e tm e c h a n i s m s ，t h ee v a l u a t i o ns t a n d a r df o r t h e p l a n n i n g s c h e m e si s c h a n g e d f r o m r e l i a b i l i t y o r s y s t e m w i d e c o s t m i n i m i z a t i o nt om a x i m i z a t i o no ft h e i r p r o f i t s i ne l e c t r i c i t ym a r k e t ， g e n e r a t i o np l a y sa ni m p o r t a n tr o l e ，b e c a u s et h ep l a n n i n gs c h e m e so fe a c h p l a n n e r , i n c l u d i n gg e n e r a t i o nc a p a c i t ya n ds t r u c t u r e ，w i l lb eg r e a t l ya f f e c t e d b yt h eb e n e f i to fe a c hp a r t i c i p a t o ri nt h em a r k e t ，a n di n f l u e n c et h es e c u r i t yo f p o w e rs y s t e ma tt h es a m et i m e t h e r e f o r eg e p b e c o m e se s s e n t i a l t os o l v e t h e s ep r o b l e m s ，t h i sd i s s e r t a t i o na n a l y z e st h en e wc h a r a c t e r i s t i c sa n dr e q u e s t s o fg e pf o rt h ed e v e l o p i n ge l e c t r i c i t ym a r k e t ；b u i l d sn o v e lm o d e l sf o rg e p ； i n t r o d u c e sn e wm e t h o d st oe v a l u a t et h es c h e m e s ，i e ，t h ee q u i l i b r i u mo f m a x i m a lr e a lo p t i o nv a l u ea m o n gp l a n n e r s ；a n ds o l v e st h em o d e l sb yan e w a l g o r i t h m 。t h ei n n o v a t i o n so ft h i sd i s s e r t a t i o na r ea st h ef o l l o w s i 上海交通大掌工掌博士掌位论文abstract 1 ) an o v e lj o i n tp l a n n i n g m o d e lo f g e n e r a t i o ne x p a n s i o n a n d e n v i r o n m e n tp r o t e c t i o nb a s e do ne x t e n d e dr a n k i n ga l g o r i t h mi sp r e s e n t e d i n t h i s m o d e l ，e n v i r o n m e n t a l c o s ta n do p e r a t i o nc o s to fe x i s t i n gu n i t sa r e i n c l u d e di nt h eo b j e c t i v ef u n c t i o n t h ep l a n n i n gp r o c e d u r e sa r er e d u c e d r e a s o n a b l yt oo b t a i na no p t i m a le n v i r o n m e n tp r o t e c t i o ns c h e m ea n dp h a s e o u t s c h e m eo fg e n e r a t i n gu n i t sa ss o o na sp o s s i b l e t h ea d o p t i o no fe x t e n d e d r a n k i n ga l g o r i t h mc a na v o i dt h ep r o b l e mo f “c o m b i n a t i o ne x p l o s i o n ”t h u s ， r e g u l a t o ra n dp l a n n e r so fg e p c a no p t i m i z et h e i ro w ne n v i r o n m e n t p r o t e c t i o n s c h e m ef r o mt h ev i e wo fg e p 2 ) a n o v e ln o n c o o p e r a t i v eg a m em o d e lf o rm a i n t e n a n c es c h e d u l i n go f g e n e r a t i n gu n i t s ( m s u ) i sd e v e l o p e d t h eo b j e c t i v ei st om a x i m i z et h ep r o f i t o f e a c hg e n e r a t i n gc o m p a n y t h em a i n t e n a n c er i s kl o s sa n dt h ec o m p e n s a t i o n f e eo fi n t e r r u p t i b l el o a dw h e nt h ep e r m i t t e dm a i n t e n a n c ec a p a c i t yi nt h e s y s t e mi si n s u f f i c i e n ta r et a k e ni n t oc o n s i d e r a t i o n am e t h o do fs t o c h a s t i c s e a r c hi su s e dt oc o o r d i n a t em u l t i p l ee q u i l i b r i ao fm s ug a m e t h eg a m eo f o p t i m a lm a i n t e n a n c es c h e d u l i n gm a k e st h ee v a l u a t i o no fg e ps c h e m ef i tf o r t h ee n v i r o n m e n to fe l e c t r i c i t ym a r k e t 3 ) a n o v e ld e f e r m e n to p t i o ng a m em o d e lo fg e n e r a t i o ni n v e s t m e n ti s p r o p o s e d b a s e do n r e a l o p t i o n ，p r i c i n gt h e o r ya n dn o n c o o p e r a t i v eg a m e t h e o r y , t h eg a m eb e h a v i o r so fg e n e r a t i o ni n v e s t o r s a r ei n v e s t i g a t e d f r o m s i m u l a t i o no fm a n ys t r a t e g yc o m b i n a t i o n s ，t h er e a lo p t i o nv a l u eo fe a c h i n v e s t o ri sc a l c u l a t e da n dn a s he q u i l i b r i u mi so b t a i n e d m e a n w h i l e ，t h e i l 上海交趣大掌工掌博士掌位论文abstract o p t i m a ls c h e m eo fe n v i r o n m e n tp r o t e c t i o ni sam a i nc o n c e r no fe a c hi n v e s t o r , a n dn o n c o o p e r a t i v eg a m em o d e lf o rm s ui si n c o r p o r a t e di nt h ec o m p u t a t i o n o fi t sr e v e n u e s s i n c er e a l o p t i o np r i c i n gc a n d e a lw i t ht h es i t u a t i o no f i n v e s t m e n tv a l u e sv a r i a t i o n ，f l e x i b l eg e n e r a t i o ni n v e s t m e n ts t r a t e g i e sw i l lb e p r o v i d e df o rp l a n n e r sb yt h ea b o v em o d e l 4 ) a n o v e ld e f e r m e n to p t i o ng a m em o d e lo fj o i n ti n v e s t m e n tb e t w e e n g e n e r a t i o na n dt r a n s m i s s i o nn e t w o r ki sp u tf o r w a r d b a s e do no p t i o ng a m e t h e o r y , w i t ht h ec o n s i d e r a t i o no fo p t i m a ls c h e m eo fe n v i r o n m e n tp r o t e c t i o n a n dt h e i n c o r p o r a t i o n o fm s ug a m e ，m a n ys t r a t e g yc o m b i n a t i o n sa r e s i m u l a t e d t h r e em a i nm o d e so f e l e c t r i c i t y m a r k e ta r e a n a l y z e d ，a n d f o r m u l a t i o no fc o n t r o lp e r f o r m a n c es t a n d a r d ( c p s ) f e ei sd e d u c e d t h er e a l o p t i o n v a l u e o fe a c h g e n e r a t i o nc o m p a n y o rt r a n s m i s s i o n c o m p a n yi s c a l c u l a t e da n di t s o p t i m a li n v e s t m e n ts c h e m ei so b t a i n e dt om a x i m i z ei t s p r o f i t sf r o me l e c t r i c i t yi n v e s t m e n t 5 ) a c c o r d i n gt ot h es h o r t c o m i n g si nt h ea p p l i c a t i o no ft a b us e a r c h ( t s ) i nt h eg e p , s o m ew a y sa r ep r o p o s e dt oi m p r o v ec a l c u l a t i o ns p e e da n dg l o b a l c o n v e r g e n c ep e r f o r m a n c e b a s e d o n s c o p ep a r t i t i o n ，t h ea d o p t i o no f r e m e m b r a n c e - g u i d e ds e a r c hm e t h o di m p r o v e st h ee f f i c i e n c yo fl o c a ls e a r c h t h eu s eo fd y n a m i c a l l ym a n a g e dt a b uf r e q u e n c yi n f o r m a t i o nr e d u c e st h e d e m a n do fm e m o r y t h ep r o b l e mo fg e pi ss o l v e db yt h ea b o v em e a s u r e st o g e ts a t i s f y i n gs o l u t i o n b r i e f l y , m o d e l1 ) f o c u s e so nt h ep r o b l e mo fe n v i r o n m e n tp r o t e c t i o ni nt h e i i l 上海交通大掌工掌博士掌位论文 a b s t l 认c t c o s ta n a l y s i so fg e n e r a t i o ni n v e s t m e n t m o d e l2 ) i n v e s t i g a t e st h ep r o b l e mo f m s ug a m ei nt h e r e v e n u ec o m p u t a t i o no fg e n e r a t i o ni n v e s t m e n t b a s e do n m o d e l1 ) a n d2 ) ，t h ep r o b l e mo fg e n e r a t i o ni n v e s t m e n td e c i s i o n m a k i n gf o r m u l t i p l ei n v e s t o r si ne l e c t r i c i t ym a r k e ti sd e b a t e d a saf u r t h e rr e s e a r c h ，j o i n t i n v e s t m e n tb e t w e e ng e n e r a t i o na n dt r a n s m i s s i o nn e t w o r ki sc o n c e r n e di n m o d e l4 ) 5 ) i st h ea l g o r i t h mo fm o d e l3 ) a n d4 ) t h em o d e l sa n da l g o r i t h m m e n t i o n e da b o v et a k ef u l lc o n s i d e r a t i o no ft h ec h a r a c t e r so fg e pi ne l e c t r i c i t y m a r k e t ，w h i c hc a n b e e f f e c t i v e l ya p p l i e d t o g a m ea m o n gi n v e s t o r s ， u n c e r t a i n t y o fi n v e s t m e n tv a l u e ，e c o n o m i cb e n e f i to fe a c hi n v e s t o ra n d l a r g e s c a l eg e n e r a t i o ne x p a n s i o np l a n n i n g t h es i m u l a t i o nr e s u l t so far e a l g e n e r a t i o ne x p a n s i o ns c h e m ew i t hm a n yd i f f e r e n to b j e c t i v e si n d i c a t et h e ya r e f e a s i b l ea n de f f i c i e n t ，a n dp r o v i d en e wi d e a st os o l v et h ep r o b l e mo fg e pi n e l e c t r i c i t ym a r k e t k e yw o r d s ：e l e c t r i c i t ym a r k e t ，g e n e r a t i o n e x p a n s i o np l a n n i n g ，j o i n t p l a n n i n go fg e n e r a t i o ne x p a n s i o na n de n v i r o n m e n tp r o t e c t i o n ，m a i n t e n a n c e r i s kl o s s ，o p t i o ng a m e ，g a m eo fg e n e r a t i o n i n v e s t m e n t ，i n v e s t m e n tg a m e b e t w e e n g e n e r a t i o n a n dt r a n s m i s s i o n n e t w o r k ，m o d i f i e dt a b u s e a r c h a l g o r i t h m i v 上海交通大学 学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究 工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人 或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集 体，均己在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 学位论文作者签名：首彳留奉 日期：硼年尸月伽e l 上海交通大学 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。本人授权上海交通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。 保密口，在一年解密后适用本授权书。 本学位论文属于 不保密口。 ( 请在以上方框内打“4 ”) 学位论文作者签名：灞彳玺 日期：伽。7 年罗月仂e l 兰 目 渺眩 孙 承j h 名 年 签 叩 币 y i y撕 一 ，导 期 指 日 上海变通大学工掌博士掌位论文 第一章绪论 第一章绪论 1 1 电源规划面临的挑战及研究意义 1 ，1 1 电源规划面临的挑战 ，在电力工业中，电源规划的目的一般是根据某一时期的负荷需求预测，在满足一 定可靠性水平的条件下寻求一个最经济的电源开发方案m 。它主要确定何时在何处投 建何种类型的多大容量的发电机组。近年来的电力工业改革是对电力行业组织和运营 体制层面的巨大改变，将发电、输电和配电三部分逐步从计划经济环境下的一体化结 构中分离开来【卜射。市场环境下的竞争机制极大地影响了计划经济环境下电力行业的 技术层面，特别是规划主体的变化和市场化运作的要求导致了规划方案评判标准的变 化。电源在电力市场中扮演着十分重要的角色，电源容量是否充足，配置是否合理， 投资是否能够收回成本、环保问题、调峰问题、不确定因素、厂网联合规划、分布式 发电方式、评价体系以及多投资主体之间的协调问题等都将关系到各市场成员的切身 利益，关系到各参与方能否公平竞争，甚至影响系统的安全运行，因而电源规划是一 个引人瞩目的问题。 1 。1 。1 。1 电力环保问题 电力系统环境保护是制订电力工业可持续发展战略的关键。目前，我国的能源大 量消耗，其供需缺口越来越大，这无疑将会限制国民经济的持续健康发展。同时，我 国能源结构中初级能源比重大的特点以及能源的不合理利用造成了环境污染问题日 益严重。电源规划不仅涉及烟气、灰、渣、液和核辐射等环境污染问题，还可能加重 煤炭产区水土流失和土地沙漠化等生态环境问题。日益高涨的环保呼声，对电源规划 工作的影响越来越大，虽然环保规划已纳入我国电力发展规划中，但始终未与电力发 展规划各个方面紧密结合，还未形成结合环境保护的完善的电力规划模型【4 1 。因此， 在进行电源规划时，既要考虑经济成本，同时也应综合考虑初级能源消耗以及环境污 染损失【5 川。 1 。1 。1 2 调峰问题 我国目前电力系统中的负荷率趋于下降，系统的负荷峰谷差逐年增大，系统的调 峰问题愈来愈突出，往往出现调峰容量奇缺、低谷容量剩余的局面，不仅严重影响了 1 上海交通大掌工学博士掌位论文 第一章r 论 电力系统的供电质量及电力系统的经济效益，也给国民经济带来了很大损失。从电力 系统自身的安全、经济运行以及在市场经济条件下更好地为用户提供可靠、优质的电 能等方面出发，对充足、优质的调峰电源提出了更高要求。研究电网调峰电源规划， 解决远景的调峰问题已成为电力发展的重要组成部分【8 - 1 0 l 。 1 1 1 3 不确定因素 由于电力系统的外部环境不断变化，电源规划也会受其影响。电力需求变化，酸 雨、温室效应等环境问题日益突出，电源规划时必须考虑这些环保因素。因此，电源 规划问题不只是考虑经济性问题，而是要综合考虑经济性、可靠性、环境保护等多因 素及其协调问题。另外煤炭资源减少，政治经济形势变化等都会影响燃料价格变化。 电力需求变化、环保法规等都会使电源规划的外部环境不确定性加剧【1 1 】。此外，需求 侧管理( d e m a n d s i d em a n a g e m e n t ，d s m ) 的削峰填谷，独立发电商( 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 ) 的不断参与电力市场，都要根据综合资源规划( i n t e g r a t e dr e s o u r c e p l a n n i n g ，i r p ) 原理进行电源规划。 为了处理电价、燃料价格、负荷增长率和利润率的不确定性问题，国内外的专家 与学者先后提出了模糊集、随机动态规划等很多方法。在电力市场环境下，监管政策 的变化，以及其它竞争对手发电投资的影响，且这些对手的投资规模和投资时间也是 不确定的。因此，投资者在制定发电投资决策时，如何适当计及这些不确定性因素的 影响就成为亟待解决的重要问题【1 2 l 。 对于短期变化要增加鲁棒性( r o b u s t n e s s ) ，对于长期变化要增加灵活性。鲁棒性 电源规划【1 2 , 1 3 】是指对于各种主要不确定性因素的预测值发生种种变动的情况下也能 保持一定性能要求的电源规划。不确定条件下电厂鲁棒性组合实际上是目标函数和约 束条件包括具有不确定因素的参数的广义最优化决策问题，对此，至今尚无令人满意 的有效解法【1 4 】。 1 1 ，1 4 电源电网联合规划 计划经济环境下电源规划通常采用按发电机组优化的数学模型，即假定电力系统 的全部电力负荷与所有发电机组都被认为集中在一个节点上，因此，又口q 单节点的数 学模型。显然，这种规划方法仅适用于那些现有输电网络较为强健，可以满足任意电 源扩建方案，而不需考虑线路扩建问题的系统。对于那些网络结构较弱，随着新建电 厂的投运，需要不断投资建设新线路的系统而言，此法显然是不合适的。进入9 0 、年 代以后，电源的地理分布与输电线路造价问题逐渐受到了重视。由此提出了广义电源 上海交通大掌工掌博士掌位论文 第一章j l t 琵- 点( g e n e r i cs i t e s ) 的概念，它把与扩建新机组相关的新线路造价添加到机组造价中，这 是一种粗略地考虑电源地理分布的方法，在文献 1 5 ，1 6 q b ，电源与输电线路联合规划 的模型与算法得到了进一步的发展，考虑了模糊多目标规划问题。在这种算法中，模 型的“维数灾”问题十分突出，很难用于大规模系统的联合动态规划。为了回避“维 数灾”问题，在一些文献中，通过大规模的简化网络结构和简化多阶段动态规划的求 解算法进行联合规划求解，显然，这样非常容易导致失去最优解【1 7 , 1 8 j 。 1 1 1 5 分布式发电方式 - 配电网中引入少量的分布式发电f 1 9 ( d i s t r i b u t e dg e n e r a t i o n ，d g ) 对整个电网不会 构成太大的影响。然而，当电网中存在较多的d g 单元或存在大容量的d g 单元时， d g 的引入将对系统电压形态、网损、电压闪烁、谐波、短路电流、有功及无功潮流、 电路元件的热负荷、暂态稳定、动态稳定、电压稳定、频率控制、网络可靠性等方面 有较大的影响，其影响程度与d g 的位置和容量密切相关。同时，大量的随机变化使 得系统的复杂性迅速增加。盲目地引入d g 甚至有可能使系统的可靠性、稳定性以及 电能质量恶化。因此必须合理地选择d g 的安装位置和容量【2 0 。3 引。 1 1 1 6 发电投资的多主体竞争 随着电力工业市场化改革的进行，中国原来唯一的电力公司分解为两家电网公司 和多家独立的发电公司。统一的电源规划在电力市场环境下不复存在，尽管政府主管 部门和监管机构可以为发电规划提供一些指导性的建议，但这些建议一般不是强制性 的。发电投资者的目标为自身最大化利益，政府或监管机构不再保证发电投资成本的 回收和合理的投资回报，发电投资风险基本上完全由投资者承担。电力工业的市场化 改革在给发电投资者带来更大灵活性和更多获利机会的同时也带来了新的挑战。在电 力市场环境下，发电投资决策不仅面临着更多的不确定性因素以及由此带来的风险， 如电价变化的不确定性、负荷增长的不确定性、燃料价格的波动以及监管政策的变化 等都将引起发电项目投资价值的不确定性。更重要的是，投资者在制定发电投资决策 时将面临着市场中其它竞争对手发电投资策略( 包括其发电投资规模和投资时间) 的 影响f 3 6 。引。因此，投资者在制定发电投资决策时，如何适当计及发电项目投资价值的 不确定性以及多主体投资竞争的影响就成为亟待解决的重要问题。 1 1 2 电源规划研究的意义 在多方投资和电力市场的新形势下，迫切需要提出新的电源规划理论和方法来保 证规划的合理性、适应性和经济性，并建立一个恰当的评估体系来满足发电投资的优 3 上鬻哭皿犬孛工辱佴。土：季位嵌 天】f 一， 舅r 记 曼i 一| i 量曼! 皇曼皇曼皇曼! 鼍 化组合和市场交易的需求，为真正实现电源规划的市场化、促进投资方之间及其与管 理层之间的相互协调，防止电源建设的过度投资或投资不足，从而为国民经济持续发 展提供保证。 1 。2 电源规划国内外研究现状 电源规划从流程上分为投资决策和方案评估两部分：投资决策是对电源投建方案 的初步优化，方案评估是根据典型运行方式和规划数据等进一步分析投资决策所得方 案的各项考核指标，以便确定最佳电源规划方案。 1 2 1 投资决策 电力工业的市场化改革使发电投资决策目标和决策方法发生了重大的改变。与计 划经济体制下的电源规划方法相比，电力市场环境下的发电投资决策的主要区别在 于：( 1 ) 投资决策目标由整个系统的总成本最小化转变为投资者的投资收益最大化； ( 2 ) 投资者在进行投资决策时需要考虑市场中其它发电投资者的竞争；( 3 ) 投资者将 面对比计划经济体制下更多的不确定性因素以及由此而带来的各种风险【3 7 1 。 目前，针对电力市场环境下的发电投资决策问题，国内外研究者所提出的方法大 体上可归为三大类：( 1 ) 基于传统优化算法的方法；( 2 ) 基于实物期权理论( r e a lo p t i o n a p p r o a c h ，r o a ) 的方法；( 3 ) 基于博弈论的方法【3 8 3 引。 1 2 1 1 基于传统优化算法的发电投资决策方法 该方法与计划经济条件下的电源规划方法相似。其基本思路为以投资者最大化的 投资收益为目标将发电投资决策问题表示为一个优化问题，并用传统的优化算法进行 求解。与计划经济条件下的电源规划所不同的是：( 1 ) 模型中不再计及电力平衡约束 和可靠性约束等计划经济环境下电源规划模型中的一些约束条件；( 2 ) 必须计及市场 环境下各种不确定性因素的影响。该方法的主要缺点是难以考虑竞争对手的投资情况 【3 9 】 o 在我国进行电力市场化改革的初期，还允许电力公司拥有部分发电容量，并且监 管机构也制定了相应的措施以强制电力公司公平地选择自己发电或向独立电力供应 商购电。针对这种情况，以最大化自己的收益为目标，文献 4 0 ，4 1 构造了电力公司的 发电投资决策框架，计及了可靠性约束、c 0 2 排放限制和i p p 运行决策等因素的影响， 并分别采用动态规划方法和遗传算法进行求解。假设所有发电投资者必须将自己的电 源投资方案提交给监管机构，而监管机构又需在对这些信息进行综合分析之后反馈给 4 上海交通大掌工掌博士掌位论文 第一章爿磐 各个发电公司以便于它们调整自己的投资计划。文献【4 2 】构造了一个监管机构和所有 发电公司之间的信息交互机制以最优化整个系统的电源规划，并采用遗传算法进行求 解。然而，在实际运营的电力市场中，发电投资决策属于各个公司的商业秘密，不能 强制其向监管机构提交，故该方法实际上难以实施。以发电投资者的装机进度和规模 以及融资结构作为决策变量，以最合理地使用资金为目标，文献【4 3 ，4 4 】建立了电力市 场环境下包含装机进度、融资结构等决策变量的火电厂投资决策的数学模型，计及了 决策者风险喜好程度的影响，并提出了一种基于分解协调思想的启发式算法进行求 解，但对竞争因素的处理尚欠深入。针对以水电为主的智利电力市场，假定投资者在 制定投资决策时所面对的不确定性因素主要来自于未来可用水资源的变化的情况下， 文献 4 5 】以最大化投资者的收益为目标构造了发电投资决策模型，并采用动态规划方 法求解。以最小支出为目标，文【4 6 】提出一种自然分段式编码，将单亲遗传算法 p g a ( p a r t h e n o g e n e t i ca l o g o r i t h m ) 弓l 入水火电混合系统电源规划中，简化了电源规划 的计算量，提高了计算效率。 在计划经济环境下的发电投资决策中，一些热点问题得到了关注。在电力环保方 面，文【5 】运用遗传算法和神经网络求解环境经济负荷调度问题。文【6 ，7 】在建立数学模 型时，将环境污染和能源消耗转化为经济成本，与投资费用和运行维护费用共同构成 规划的目标函数，通过使总成本现值最小，寻找整个规划期内最优电源扩容方案。在 调峰问题上，文【8 】提出了调峰电源规划优化模型，从系统整体出发，在满足系统负 荷发展需求和各种约束条件的f j 提下，通过逐年逐月的运行模拟，计算各类技术经济 指标，以寻求规划期内经济合理的调峰电源建设方案。在不确定因素的处理上，文1 1 4 1 - 一 从经济性评价指标出发，以发电成本为目标函数，以最大负荷需求的备用率和各电厂 上网容量的上下限为约束条件，构造了有限个不确定因素参数约束下的电厂鲁棒性组 合模型，并给出了相应的解算方法。在厂网联合规划方面，文 1 5 ，1 6 】构造了电源与输 电线路联合规划的模糊多目标规划模型。文献【1 7 】将待规划系统分成若干子系统，轮 流进行各子系统的等值和规划计算，并通过在联合规划模型中引入输电线路传输能力 安全储备系数，加强了模型的灵活性和实用性。文【1 8 】设计了电源电网统一规划模型， 采用直流潮流法求解网络潮流分布，该模型在江苏电网规划中得到了应用。 另外，在分布式发电方面，国外已有一些学者对d g 的选址和定容问题进行了研 究【2 2 - 2 7 1 。连接到配电网的d g 所采用的模型【2 2 】既可简化为p v 节点，也可以是p q 节 点。文献【2 7 】在d g 个数、位置和容量均未知的条件下，采用遗传算法对d g 的位置 s 上海交朋l 大掌工掌博士学位论文 第一， l l l t - i 仑 和容量进行了优化，但该方法只考虑了原有负荷节点负荷值增加情况下的配电网网络 扩展规划，未考虑新增负荷节点对网络结构的影响，具有一定的局限性。文献 3 0 1 在 文献f 2 7 】的基础上，针对大量不确定性，应用决策原理，提出了一种新的规划算法。 另外，在规划中应充分考虑d g 对系统可靠性的影响。文1 3 2 应用动态三相潮流 分析计算了电压不平衡在配电网与风力发电机之间相互影响，认为在风能容量所占比 例较低时，随机风速引起风力发电机组的输出功率变化几乎对配电网电压没有影响， 但没有给出风能容量所占比例上限。文【1 9 】从稳态电压角度，采用恒电流负荷模型和 恒电流d g 稳态模型，研究了分布式电源接入馈线的位置和注入容量的限制。 文 3 4 1 针对带有d g 的配电网从经济分析、工程分析和财政分析三大方面提出了 昏 一种评估和规划框架。文献 3 5 1 针对带有d g 的配电网提出了一种概率安全估计方法。 1 2 1 2 基于r o a 的发电投资决策方法 计划经济环境下的投资决策多以净现值( n e tp r e s e n tv a l u e ，n p v ) 作为衡量项目优 劣的判据。随着电力工业市场化改革的逐步深化，发电投资所面对的不确定性因素明 显增加，n p v 法表现出了2 个明显缺陷：( 1 ) 主观性较强。( 2 ) 缺乏灵活性1 4 7 。 许多学者将r o a 应用于长期发电投资规划问题。由于电力投资的回收期长，一 般具有多个相机决策点，且电力工业市场化以后引入了很多不确定性因素，因而用 r o a 解决问题时首先要识别投资决策过程中需要面对的不确定性因素，并构造相应 的期权模型。r o a 在电力系统投资决策中有多种类型的应用：如延迟投资期权【4 8 5 2 l 、 分阶段投资期权【5 3 】、差价期权【5 5 1 。此外还有扩张期权、停启期权、转换期权等，期 权类型不同，其定价方法一般也不同。当项目所含的期权结构比较单一，或期权之间 的相关性较弱时，可直接利用解析方法的b s 期权定价模型求解。否则，可利用动态 规划方法或m o n t e c a r l o 仿真方法求解。 文献【5 6 】分别采用几何布朗运动和均值回复运动模拟市场电价的变化过程，在此 基础上采用实物期权理论求得了实施投资的最优电价阈值，但没有就采用两种电价模 型所得到的电价阈值差异过大的问题给出合理的解释。针对计划经济环境下发电规划 方法难以处理对决策灵活性要求的问题，文献 3 7 】以实物期权价值表示发电投资项目 的灵活性价值，运用b l a c k s c h o l e s ( b s 1 期权定价模型对发电项目的延迟投资决策进 行估价，其在相当程度上避免了计划经济环境下的发电投资决策方法依赖项目的净现 值而对诸多实物期权价值只能凭主观判断的缺点，从而可以做出更合理的投资决策。 1 2 1 3 基于博弈论的发电投资决策方法 、 6 上海交通大掌工掌博士掌位论文 第一， 爿r 论 在发电投资从单一主体走向多元主体、从项目竞争转向规划竞争的关键时期，如 何保障电力行业长期均衡和获取电力市场长期效率，成为人们越来越关注的问题。博 弈论是关于包含相互依存情况下理性行为的研究，其主要研究两个或两个以上有冲突 个体在有相互作用的情况下如何进行各自的优化决策。应用这种方法进行发电投资决 策的主要步骤为：首先根据所研究的市场的结构构造一个博弈模型，如n a s h 均衡模 型、n a s h c o u m o t 均衡模型以及s t a c k e l b e r g 均衡模型等，然后寻求这些模型的均衡点， 这些均衡点就对应于各个发电投资者的最优投资决策。目前，国外有些学者已将博弈 论应用于电力市场环境下的发电投资决策问题，并结合实物期权，发展了一些数学模 型和求解方法。 ， 与金融期权不同，实物期权一般不具备独占性。只有当投资机会对于竞争对手来 说存在很高的进入壁垒时，才可以忽略竞争对手的反应，近似认为具有独占性。在很 多场合，一个投资机会可能同时被多个竞争者所拥有，此时实物期权的执行价值不再 仅仅是项目价值与投资成本之差，而与竞