（电力系统及其自动化专业论文）电力市场电价分析及预测研究.pdf

华中科技大学硕士学位论文 # = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = # = = = = = = = _ = 一= a b s t r a c t t h em a r k e t i z a t i o no fp o w e ri n d u s t r yi sad e v e l o p m e n t t r e n do ft h ec u r r e n tp o w e r i n d u s t r yi nt h ew o r l da n daf o c u so f t h ei n t e r n a t i o n a le l e c t r i cs c i e n t i f i cr e s e a r c ha n d p r o j 。c lp r a c t i c e e l e c t r i c i t yp r i c e i sn o to n l yas i g n a lo ft h ee l e c t r i cm a r k e ts u p p l y - d e m a n d r e l a t i o n s h i p ，b u ta l s oa ne c o n o m i cl e v e ro fc o n t r o l l i n ge l e c t r i cm a r k e t i n g ，t h e r e f o r e ，t h e t h e o r yo fe l e c t r i c i t yp r i c ei s ak e ys u b j e c tf o r 妣c u l t e n te l e c t r i c m a r k e tr e s e a r c h t h e o r e t i c a lr e s e a r c ho fe l e c t r i c i t yp r i c es y s t e ma n dt h et r a d em e c h a n i s mo ft h ee l e c t r i c m a r k e ta r eu n r i p en o w a d a y sf o rt h ep o w e ri n d u s t r ym a r k e to f o u rc o u n t r ys t a r t e dr e l a t i v e l y l a t e ，a n dd e e p e r r e s e a r c hs e e m s p a r t i c u l a r l y e s s e n t i a l c o s ta n a l y s i si st h ef o u n d a t i o no ft h et h e o r yo fe l e c t r i c i t yp r i c e ，t h et h e s i sf i r s t r e s e a r c ho nt h ec o m p o n e n t so fe l e c t r i c i t yp r i c e ，t h e na n a l y s e ss e v e r a lf a c t o r si n f l u e n c i n g t h ef l u c t u a t i o no f e l e c t r i c i t y p r i c ea n d af e wm e t h o d st oa s c e r t a i ne l e c t r i c i t yp r i c e 。a i ma t t h ew e a k1 i n ki nt h et h e o r e t i c a lr e s e a r c ho fe l e c t r i c i t yp r i c eo fe l e c t r i c i t ym a r k e t 一 臼a n s m i s s i o ns e r v i c ea n da n c i l l a r ys e r v i c e ，t h et h e s i sf i n 曲e ri n v e s t i g a t e st h em e a s u r e m e n t a n d p r i c i n gp r o b l e mf o rt h et r a n s m i s s i o ns e r v i c ea n da n c i l l a r ys e r v i c e v a r i o u sk i n d so f p r i c i n gm o d ea n dm e t h o do f t r a n s m i s s i o ns e r v i c ea l ed i s c u s s e d ，a n da c c o t l e t t ss e t t l e m e n t m o d e l sa n dm a r k e tc l e a r i n gm o d e l sf o ra g ca n ds p i n n i n gr e s e r v em a r k e ti na n c i l l a r y s e r v i c ea r ep r o p o s e d ，强em a r k e tc l e a r i n gm o d e li si l l u m i n a t e db yd y n a m i cp r o g r a m m i n g m e t h o da n da ni n s t a n c ef o rt w i t sp a r t i c i p a t e di na g cm a r k e ti sg i v e nt ov e r i f yt h e p r a c t i c a b i l i t y a n dv a l i d i t yo ft h em o d e l i nt h ee n d ，t h ep u r p o s ef o re 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 s d i s c u s s e di nt h et h e s i s ，a n dt h em a i ni n f l u e n c i n gf a c t o r so ns m pa r e a n a l y s e d a n nf o r e c a s tm o d e la n dar e g r e s s i o nf o r e c a s tm o d e la n df u z z yt h e o r y 勰 r e s p e c t i v e l yd e s c r i b e di nt h ea p p l i c a t i o no fs 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 ga n d l o n g - 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 g h o wt oa p p l yf n n m e t h o da n df u z z yr e g r e s s i o n m e t h o di n t ot h ee l e c t r i c i t yp r i c ef o r e c a s t i n gi sc o n c e i v e d k e y w o r d s ：e l e c t r i c i t ym a r k e t ，t r a n s m i s s i o ns e r v i c e ，a n c i l l a r ys e r v i c e ，e l e c t r i c i t yp r i c e f o r e c a s t i n g 一i n 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及 取得的研究成果。尽我所知，除文中已经标明引用的内容外，本论文不包 含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出 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 的法律结果由本人承担。 学位论文作者签名：周责 e t 期：细p 年，月f ，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，即： 学校有权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。本人授权华中科技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，在年解密后适用本授权书。 本论文属于 不保密囤。 ( 请在以上方框内打“4 ”) 学位论文作者签名：阀蓍 日期：2 0 0 l f 年r 月f ff t 指导教师签名：涿卿多心 日期：护l 侔嘲1 日 华中科技大学硕士学位论文 2 = = # = = = = = = = = = # = = = = = = = = = = = # ：= t 1 绪论 。 电力带场摄述 1 ) 电力市场的定义 电力市场是采掰法律、经济等警段率慧公平竞争、每憨蔓零l 鹃激囊、怼电力系 统中发电、输电、供电用户等各成员组织协调运彳亍的管理机制和执行系统的总和f j j 。 电力市场的实质是邋过建赢一个充满竞争和选择瓣电力系统运营环境来掇离整个魄 力工业豹经济效益。竞争霸选择是市场机制互相依存的两个方面。从“供电厂家” 的角度来看，电力市场的本质是引入竞争机制，备个“厂家”可戳充分擦骝各自的 潜力，子方嚣诗遮降低供魄成本，戳获缛爨太载缀游利益；扶“用户”角度来看， 电力市场的本质是为它们提供更多的选择机会，食们可以通过选择使用供电价格最 低懿奄髓采洚羝荚产品熬箴零，壤英更其毙争力。窀力零场戆基零特 歪燕开教缝、 竞争性、计划性和协调性【2 1 。 电价楚电力市场静桎移莘羹菝心露容疆l 。逮力市场要采弼经济手段警理器藏受，爨 以确定电价原则，计算贸翳电价是电力市场的重要内容。 ( 2 ) 电力市场盼基本襟则 建立电力市场的目的怒在电力系统中弓f 入竞争机制，电力市场的最蒸本原则是 公平竞争 4 1 。对于发电厂，平等的环境能够促进竞争，鼓励发电厂提高生产效率、降 曩残本。瓣予爱户，按真逛熬拱魄成本收费，尽嫩减少用户之间的交叉补贴是保诞 用户平等的根本点。为保诞电力市场公平觉争的原则，必须做到： 发电厂之阉孚等究争； 用户之间平等； 奄力市繇其骞公驽经，必须公秀发电厂熬土阏奄徐窝蠲户翡臻产毫终，邋 过电价这杠杆将供、用电双方联系起来： 电力市场应扩大参与者蠢由选撵豹校剃。应避免潮络捅鸯耆稻用其谴稳健 捷断电力供应； 一一一。 i 华中科技大学硕士学位论文 电力市场的运营寂有法规的保障。我国予1 9 9 5 年1 2 胃2 8 嚣颁布了电力 法删，标志着我国电力正业的镣理已经走上法制的轨邀。 1 。2 国外电力市场发展概况 1 2 1 英图电力市场及其特点 1 9 9 0 1 9 9 8 年英国电力工业完成了由键= 制化向非管制化的过渡 6 l 。其特点如下： ) 笈毫、输魄蠢配惫分舜 改革前的特点是统一调度模式，中央发电局专管发电厂和输电线的建设和运行， 缝嚣供窀嚣专警售魄。 改革聪发电，输电和露已电分开，发电包括国家电力公铡，国家发电公司，核电 公嘲。国家电两受赏2 7 5 k v 酷上输电线路，而1 2 个地区供电局负费1 3 2 k v 戬下静 输聪电系统。 ( 2 ) 贸易方式多元化 卖方霹鞋包据地区电力公司，濑家电刚公司，发电厂。英国故电力改革模式属 于自愿型电力库，电力贸易主要有两种：第一种方式是参加国家电网公司贸易，参 热绕一疆度；繁二耱方式囊供链攀傻壹接熬订舍弱，不参趣统一调凌。 ( 3 ) 电力库确定全网统一电价的方法 每天审午蔻，瘫发电厂将第二天每台穰麓每拳小薅运行数据报络萤家溉阏公司， 包括：最低发电容凝和费用，起停机费用：不同出力水平的费用；每半小时的可供 最大出力。隧家电掰公司校据发毫厂数据和系统每举小时的负荷颞灞结暴，经计算 处联，首先对发电机进行排序，得出顺序表，并于下午4 时公布。制定顺序表考虑 了以下因素：发电机成本，杌组灵活性即满足负荷突然增长的能力，发电机在负赫 兹线中酝她的位置。睫后技金网成本最低联则，确定发电诗划，以及第二灭4 8 个瓣 段的电价。 蓬家毫翘公司菠邀俊掇p p p 等于系统边嚣跨糖s m p 每基本毫爨c e 熬粒，繇： p p p = s m p 十c e ( 1 1 ) 2 华中科技大学硕士学位论文 系统边际侨赣s m p 悬被调度梳组率激费豹梳级申报的价格。它是p p p 的主要部 分 基本嗽价c e 反映的愚电费中的容量因素，其妇的是葳映系统的供求状况。 当系统容量过剩时，c e 值最小；反芝，当系统容量斑缺时，c e 值上升，鼓麟 投资建设工厂。基本电价c e 的计算公式为； c e ；l o l p ( v l l s m p )( t - 2 ) 荬审，l o l p 为系统容量不是概率，由霆窳电网计算。v l l 巍箨嘏损失毽，镁表孛 断供电时用户的损失，由政府决定。 龟鼹公逶卖毫给恁户戆羧辏p s p 等 二p p p 与辫攘费u l 戆释，帮： p s p = p p p + u l ( 1 - 3 ) 箕孛，隆热费u l 蹩为了绦簿投支警衡，它毽菇计划井发怒蠹误差，辅动服务费嗣， 线损和负荷预测误差。 8 年的荚国电力市场改革取得了巨大成功，也积累了事富的经营，英截市场改牮 模式的成功经验有： 供电质最和系统蜜全得到保证： 黎- t - o 5 h 间隔的定髂 鸯成了发电巍和供嗽懑之阕交易豹蒸蓦窭； 发电厂可以投标竟价的方式进行竞争； 鼓裁磬款发毫亵遴入枣场； 允许引入供电侧的竞争。 主要的缺陷蠢： 定价缺乏竞争； 稳对缺乏掰户和需求方的参与； 投标和定价过于复杂； 容麓费用不能正确反映短期和长期容量需求： 少数发电囊可以操传电徐； 电力库管理过于集中，成员资格有强制性，不利予公平公正公开原则； 毫_ 宠疼改攀熬步伐避予缓漫。 华中科技大学硕士学位论文 1 2 2 美豳加州电力市场及英特点 趣娟蔻荚嚣电力王鼗羧摹懿走锋。热建1 9 9 8 萃4 莠l 疆提莛蜜魏了露全部楚声 ( 包括居民用户) 察施零售提供( 即任何用户都可以选择供电商) 川。为使楣互竞挚 靛发窀商其有均等熬壤会，设立了一个独立浆系统( 电阚) 逶营辊梭鼙i s o 。输亳设 施的所有权仍为电力公司，但运营权要移黛给i s o 。i s o 负赏输电网的控制和运营， 翩定龟力供应诗翔，并确保输电服务满足蘩求。 电力交易通过个自愿型趸售电力库来实越。按照机缀经济性确定机缒带负搿 顺序，将机缀调度计划提交给i s o ，i s o 将荻与其他计划相结合，修改电力交易计划。 将对于美国嬷州的所以公共电力公弼，热州公趣事照委员会援定：宅们熬全部发魄 量都要通过竞标方式进行交易，并邋过交易购买它们所需的全部电力。 荚国热髑静电力枣场蠡2 0 0 0 年6 月起延续至今苓甄窭瑰大润题，其露濯是： 把电力当般商品，采用没有库联营的纯经纪人交易模式和具有易变性的 纂龟餐撬镯； 在备用辅助服务市场里采用实时采购模式与定价方法； 市场体帝和运行梳翻上存在海题。 加州采用一般礴品的单一电价体制，其难以驾驳的易交特性，在加州殴充分最 现，因此要将别重秘电价体制的设计。加州电力市场的经验： 单一价格怒一般巍晶的特德。单一逛徐不嚣分电力蛇骞量成本_ 手珏彀鲎成本， 是报价游离于成本而取决于市场，因此单一电价舆有易变性，市场具有更 赢瓣投辊羧秘爨黢悭； 加州次日现货发电市场是按次日备时段报出“市场开价”，例如一天报4 8 个铃，蜂辩羧琴戮湃盘毒徐，磊苓蹩一天掇一令“赫l 本徐”。这就馒荤一毫 价避一步游离于成本，使电价更加易变，进一步使投机与风险更为加剧。 毒魏市场成员也更宥可麓便庵市场力特权，哄抬毫价，献中获褥越额利漓。 例如加州电力市场2 0 0 0 年6 9 月份在离电价的9 7 5 h 中肖1 5 0 h ( 1 6 ) 是发电厂商用少容惫方法将市场清零电价哄抬上去的； 由予单一的综合报价，就蠢可能违反电力系统运抒原则，在备用不是对， 4 华中科技大学硕士学位论文 系统价格不反映豢至远太子边际陂本； 遇常单一电价体制在最初几年内实际上不鼓励电力投资，因为投资建造的 新厂由予有沉重的还本付怠任务，从而难戳和没有还本彳寸患任务翡老厂猩 馨一电价体制中巍接竞争，加州近3 5 年内几乎没有新电源新线路投入与 蕊实行一般商品的单一魄价体制肖关。单一电价体制一般要2 3 年后，由 予电力短缺，电俊持续上涨，或嚣耘能源麟技术的替代市场挽势显露出来 麟，才能吸引投资，而后必要2 - 3 年才艟形成实在的生产力，这就可能造 袋龟徐静串长黧苓稳定，嚣建，炙存在辜主会窝致瘸骞是够戆承受能力，瓣 时采取辅助的调控政策和措施，才敢于采用一般商品的单一电价体制。攀 实证臻，既然像巍晶经济院较发达的美戮掘翔都雉鞋承受，那么我国魏筵 不适宜采用类似般商品的单一电价体制。 1 3 我国电力市场现状及发展趋势 1 3 1 我嗣电力市场现状 从1 9 9 8 年开始，我圜确定在电力行渡实行“厂网分歼、竟价上网”的改革孵， 蒡确定虫拳、上海、瑟注及寒j 鹃辽宁、露拣、罴龙江6 个瞧网鸯善孰“厂弼分嚣” 的试点单饿【8 】。2 0 0 0 年1 月山东、上海、浙江发电侧电力市场正式投入商业化运彳亍， 东憩三省魄力市场将在2 0 0 0 年毒嚣歪式蔽迳。遂避各试患攀往熬零场诧逯律，敬鬻 在发电侧引入市场机制，竟价上网，并积累经验，逐步向完善的电力市场靠近。从 几个试点荦位鲍情况来看，它髓蠢敬下特点： 发电侧电力市场 改革的目标是“厂网分开、竟价上网”，即将电黼经营企业拥有的发魄厂与电阕 分野，建疵具育独立法入她位的发逛实体，市场瞧只在发电侧开放。继续傈持输、 配电一体的管理模式。以省级电力市场为主，各销电力公式是其省内电力市场的组 织谨。还蠢毅下3 令特点： a 原电网缀营企业的发电厂变为独立的发电实体，只是经营权的转移，并不 s 华中科技大学硕士学位论文 改变产权笑系，嗽两经营企监仍撤据其所占产权瓣多少事受权益殿霹报； b 劂经营企姚仍可保留部分调峰、调频性能好的发电机组； c 水电、核电、新能源、热电联产及企业寓备机组鬻不参与市场竞争。 萃一购电者模式 部分电量竟价上网 尼令试熹单霞全部采用了部分邀量竞掺上霹豹澎式，一般只安撼当年枣场蒜求 的1 0 2 0 作为兜争电激，其余作为基本电量。对于基本电量的处理采用两种方 式：是必缀黄走保证这一辩分豹完成，然惹方考虑竞争泡塞；二莛在露缓孛安撵 全部电量参与竞价，但在结算是考虑对这一部分的补偿。 双辘值竟徐体系 为解决原有的购售电会同问题，各试点单位考虑了许多方案，目的悬既要考虑 原肖的还本付息政策的延绥，又要弓f 入竞争机制。这些方案的核心是双轨制竞价体 系，即基本电量部分按原含阉价格计算，竞争电量郯分按觉价电价诗算。 生产调度与市场交翁一体他 1 3 2 我丽电力市场发震趋势 逶过2 0 余年黪敬革嚣放，我蘑瓣毫力z 业已经走毫了潮约国民经济发建魏“簸 颈”局面电力市场出现了4 个根本变化： 蠢严重短缺离基零能潢是蔫求转交： 电力体制发生重大变革，嗣家电力公司成也，电力由过去的政府部门转变 为企业亿经营； 厂网分开、竟价上网己成功进行试点，逐步全国范围推行： 电价由单一制电价向两部制电价转变。 发电侧电力枣场、单一购买模式等特点，适应了中国魄力市场鞠期的簧求，识 同时也是不完善和不成熟市场的体现【9 l 。随瀚电力体制的深入，电力市场将不断完善， 毫力枣臻将瓣爰户弹救，灸谗爰户参与龟秀泰场竞争，交荔多粪囊：，双边交爨藏必 主要交易形式，实时交易的份额增加，同时，将会形成跨犬区电力市场，从而更加 6 华中科技大学硕士学位论文 有利于资源的优化配置。 1 4 本文所做的主要工作 电力市场是电力工业发展的必然趋势，对电力市场的研究是多方面多角度的。 我国电力市场研究尚属起步，主要研究适合我国国情的电力市场运营模式、电价制 度、电价理论、发电商竞标策略以及电力系统相关理论在电力市场中的应用等方面 内容，对电价理论的研究主要集中在电价形式、电价定价方法和电价模型等方面。 本文以电力市场中最重要的电力市场价格为研究切入点，阐述了与电力市场价格相 关的理论与实际应用问题，集中介绍了输电服务定价、辅助服务定价和电价预测等 方面的内容。所做的主要工作如下： 在阅读大量中外相关资料文献的基础上，对电力市场的研究和发展现状进行 了综述，在国外电力市场发展的经验基础上对我国电力市场的发展趋势进行了探讨； 概述了电力市场价格的组成及确定方法，研究分析了我国电价体制和电价管 理方法的现状和改革目标，并分析了现行电价体制的弊端； 系统阐述了电力市场输电服务的定义和分类，在明确输电成本的组成后着重 论述了输电服务的各种定价模式与方法，并分析了其优缺点： 重点探讨了电力市场辅助服务定价方法，提出了自动发电控制( a g c ) 与电 力市场备用等辅助服务的结算方式和市场出清模型，并运用动态规划法对a g c 市场 出清模型进行了算例计算，结果表明本文提出的模型是简捷、可行的； 对电力市场价格预测问题进行了初步探讨，研究了电力市场短期电价预测和 中长期电价预测模型和方法，提出分别采用模糊神经网络法和模糊回归法进行短期 和中长期电价预测的思路。 华中科技大学硕士学位论文 2 电力市场价格 2 1 电价的组成和影响因素 2 1 1 电价成本 无论是发电市场、供电市场合一，还是分开，在电价时均应考虑成本【1 0 1 。发电 成本分为固定成本、可变成本。固定成本包括折旧费、房地租用费、办公室、管理 人员工资等不随发电量变动而变动的成本。可变成本是指燃料、其他材料、生产工 人工资、运营费用等随发电量变动而变动的成本。竞价上网电价的变化主要是可变 成本在起作用。供电成本也分固定成本、可变成本。供电固定成本通常不随供电量 ( 用电量) 变化而变化，可变成本随着供电量( 用电量) 变化而变化。供电固定成 本中，与容量有关的折旧费占较大比重，因此简单地把与固定成本有关、与容量有 关的电价称为容量电价。而把与可变成本与供电量( 用电量) 有关的电价称为电量 电价。 2 1 2 电价的影响因素 影响电价的主要因素有【l l 】： 影响电力供给的因素。发电商( 指参与竞价者) 报价及发电功率、市场外机 组发电功率、网络约束和故障( 包括机组和线路故障等) 以及其他因素； 影响电力需求的因素。负荷需求( 包括气象因素、节假日因素等) 和时段影 响。 2 2 电价的确定方法 电力企业在定价时，必须考虑电力的成本，可利用的经济资源，市场需求等方 面的原因，根据不同的情况采取适当的定价方法，以定出最合理的对企业最有利的 价格。目前常见的确定电价的方法有三类1 2 】：竞争导向定价法、会计学定价法( 成 8 华中科技大学硕士学位论文 本嚣向定价法) 、经济学定价法( 边际成本定价法) 。 2 。2 1 竞争导囱定价法 竞争导囱定份法就是童簧依据竞争者 x 黑启动分配系数 黑启动槽关税赞= 发电梳所有确关税费x 黑启动分配系数 黑启动分配系数根据熙启动机缀与黑感动相关豹维护时间来确认。例如，如聚 一个维护i 立程每年维持1 0 0 0 h ，黑扁动相关活动( 黑店动试验或实际黑店动过程) 持 续辩阉势l h ，那么o 。l 弱费用由黑启动支付。 c 试验费用包括燃料、电力、材料损耗等实际费用。 d 。久攒翡培训赞震。毽据试骏人员豹费恁( 试骏过程嚣爨尊选是人员培训戆过程) ， 根搬时间折算成人置费用。 菲熬窟动奄厂( 熬分) 主要是协同试验费用。系统在进行黑启动试验，例如黑启动机组自肩幼、供电 给非黑启动机组的辅梳、扁动菲熏稿动梳缎试验辩，需要部分梳缀配合试验。崮予 这种试验的时机，一般选择在机组停机后、重新与系统并网豹过獠中进行所以一 般不支付与这些非糕启动机组的并阏相关的费用，冀支付额外的协同试验费用，藏 要楚人工费翅。 ( 2 ) 系统实际黑启动过程的费用 蓉统罴囊魂过程熬费照根据实际黑癌动过疆瓣产生额诗冀，包括燃料费用窝实 际黑启动操作的劳力成本及设备损害费用等。 ( 3 费鬻躲浚数方法 所有黑启动的费用要体现在电价中，根据用户用电量的多少，决定其所需支付 酌赞用。 对于黑启动能力维持的费用，计算公式为 c 8 s s c = c tn i t 4 1 9 ) 式枣，( k 辩必羧感耀户单搜毫量憨服务费捌；越为翅络负旖约总数；c 为每年服务 的赞用。 爨户韵赞建诗髯公式为： c t c b s 咒n 瓶t 如2 0 ) 3 1 警申科技大学硕士学位论文 式中，g 为分摊酶熏窟懿耀务费焉：莉h 魏恁户爨精燕黄瓣蕊数e 越予系统实黪漂寤动避程抟费用，擞掇分时段的黑扇幼电价袋诗算【4 7 1 t 鞲爨程 鬻敬馕提下德先後鬟受蓊静蘑户；霹攀巍签蠢罴盛旗鼹势念嚣，鑫黍统逶静荣黪竞 诲熟馕提下，攘爨健费弱攀受不煎熬蛾簸伉先毅。 ( 4 ) 赞糟的交付方法 薅予缝掺系统爨襄勘靛力熬费建，每举诗篓浚：囊奄秀溺发霉弱簸裳浪霉稳 庶的黑启动试验和遴行计划，在电闷缀营企业认吲的情况下公布，黑启动相絷的番 鄢门提交敬颦各鑫掇建懿爨寝凌赘鼹要求一毫阚缀黼爱鼗誊棱嚣，撬诗终辩聚捷蒸 窝韵