（电力系统及其自动化专业论文）电力市场购电侧报价策略的研究.pdf

a s t u d yo nb u y e r sb i d d i n gs t r a t e g i e si np o w e r m a r k e t a b s t r a c t w i t ht h er e f o r mo fn a t i o n a lw i d ep o w e ri n d u s t r y , t h ed e m a n ds i d eo fp o w e rm a r k e tw i l l d e f m i t e l yc h a n g ef r o ms i n g l eb u y e rm o d et ot h ew h o l e s a l ec o m p e t i t i o nm o d e u n d e rt h e w h o l e s a l ec o m p e t i t i o nm o d e ，t h eb u y e r si nt h em 目k e ta l s on e e dt os u b m i tt h ep r e f e r r e dq u a n t i t y a n dp r i c eo ft h e i rc o n s u m p t i o n i nam a r k e tw h e r ec o m p e t i t i o ni sn o tp u r e l yd e t e r m i n e db yt h e p r i c e ，b u y e r sn e e dt os o l v et h ep r o b l e mo fh o wt oo b t a i nb e t t e rp r o f i t sb yu s i n gp r o p e rb i d d i n g s t r a t e g y t h u st h es t u d yo f b u y e r sb i d d i n gs t r a t e g i e si si m p e r a t i v e f i r s to fa l l 。t h es t u d yi sb a s e do nt h ea s s u m e dd e f i n i t i o no ft h es u b j e c tp o w e rm a r k e tm o d e a n di t sr u l e s i nt h et h e s i s ，1 i n e a rc o m p l e m e n t a r i t ym o d e i sw e r ec o n s t r u c t e df o re a c ht y p eo f b u y e r si nt h em a r k e t , i n c l u d i n gd i s t r i b u t i o nc o m p a n i e sa n dl a r g ea n d - u s e r s t h ee x i s t e n c eo ft h e n a s he q u i l i b r i u mp o i n to fe a c hm o d e li sp r o v e d s e c o n d l y , t h et h e s i sp r o v i d e st h ed e t a i l e d s o l u t i o na l g o r i t h mt oo b t a i nb u y e r sb e s tb i d d i n gp a r a m e t e r s t h i r d l y , t h er e l a t e dn u m e r i c a l e x a m p l e sa r es h o w nt op r o v et h ef e a s i b i l i t yo ft h ep r o p o s e df o r m u l a m o r e o v e r , t h et h e s i s a n a l y z e st h ee f f e o t so fs e v e r a lf a c t o r so nt h em a r k e to p e r a t i o n , i n c l u d i n gd i f f e r e n ts c o p e so f b u y e r s ，d i f f e r e n td e m a n ds i d es t r u c t u r e s ，a n dt h ec o m p e t i t i o nd e g r e eb e t w e nt h eg e n e r a t i o ns i d e a n dt h ed e m a n ds i d e b a s e do nt h eb u y e r sl i n e a rc o m p l e m e n t a r i t ym o d e l s 。a n dc o n s i d e r i n gt h eu n c e r t a i n p a r a m e t e r so ft h ec o m p e t i t o r s ，t h er i s k - c o n s i d e r e db i d d i n gm o d e lo ft h eb u y e ri nt h em a r k e ti s c o i l s t r u c t e da n dt h em o n t ec a r l om e t h o di su s e dt os o l v et h ep r o p o s e dm o d e l ，w h i c hc a nc o n s i d e r b o t ht h ee x p e c t a t i o na n dd e v i a t i o no fb u y e r sp r o f i t t h es u b e e t i o nb - s p l i n ef i t t i n gm e t h o di s p r o p o s e dt or e f i n et h eg o o d n e s so ft h er e s u l tc u r v ea n dt h en u m e r i c a lr e s u l t sd e m m l s h a l et h e f e a s i b i l i t ya n de f f e c t i v a n e s so f t b ep r o p o s e dm e t h o d k e yw o r d s ：p o w e rm a r k e t , b u y e r sb i d d i n gs t r a t e g i 部，n a s he q u i l i b r i u m , d e c i s i o nm 蜘w i t h 黜s k 符号说明 符号说明 市场中配电公司总数 第f 个配电公司的竟标价格函数 第f 个配电公司竞标电量 第f 个配电公司报价函数在坐标轴y 上的截距 第f 个配电公司报价函数的斜率 第f 个配电公司所需电量上限 发电汇总报价函数 发电汇总报价函数在坐标轴y 上的截距 发电汇总报价函数的斜率 发电汇总报价函数的竞标电量 市场出清价 第f 个配电公司的零售电价 第f 个配电公司所辖用户的成本斜率 第f 个配电公司的收益 所有配电公司报价斜率倒数之和 y 的定义域 市场中电力用户的总数 第- ，个电力用户的竞标价格函数 第，个电力用户报价函数在坐标轴y 上的截距 第_ ，个电力用户报价函数的斜率 第_ ，个电力用户电能效用求导后的一次项系数 第_ ，个电力用户竞标电量 第_ ，个电力用户的供电功率上限 v 一 “ 一 圪 虬 名 o 露 k 帆y s m o 吻 岛 东南大学硕士学位论文 第，个电力用户的电能效用 第_ ，个电力用户的消费者剩余 市场中发电公司的总数 第，个发电公司的竟标价格函数 第_ ，个发电公司报价函数在坐标轴y 上的截距 第_ ，个发电公司报价函数的斜率 第_ ，个发电公司的竞标电量 配电公司的期望效用函数 配电公司收益的期望 配电公司收益的方差 配电公司的风险回避因子 心工 o 弓 x e d 力 学位论文独创性声明 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，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含 其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得东南大学或其它教育机构 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。 研究生签名：嗽谱渤 日期：型z j 7 关于学位论文使用授权的说明 东南大学、中国科学技术信息研究所、国家图书馆有权保留本人所送交学位 论文的复印件和电子文档，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。本人 电子文档的内容和纸质论文的内容相一致。除在保密期内的保密论文外，允许论 文被查阅和借阅，可以公布( 包括刊登) 论文的全部或部分内容。论文的公布( 包 括刊登) 授权东南大学研究生院办理。- 研究生签名：毽蕴擅导师签名： + 乏乒 第一章绪论 1 1 引言 第一章绪论 多年以来由于电力的特殊性质，世界各国的电力行业都是传统的垄断性行业。无一例外 地实行发、输、配，售垂直一体化的垄断型结构。随着现代科技和经济理论的发展，自2 0 世纪8 0 年代末以来，电力行业改革的浪潮席卷全球。电力改革的重点是建立竞争性的电力 市场，打破传统的垂直一体化的行业垄断组织结构，引入竞争机制。电力改革的目标在于提 高电力生产效率，降低电价，优化资源配置，达到社会效益最优。国际上已经有数十个电力 市场处于运行之中。智利、阿根廷，英国，美国、澳大利亚等国的电力市场改革给其电力工 业带来了活力，并激励了世界上其他各国的市场化发展过程。尽管有美国加州电力市场失败 的教训，但更多的是成功的经验“j 。 放松管制、引入竞争、实现电力工业市场化是不可逆转的历史趋势，也是电力工业发展 进程中的一次深刻的革命。我国的电力改革在世界改革大潮的推动下也正在逐步深化。2 0 0 2 年初国务院颁发的关于电力体制改革方案的文件，拉开了新一轮电力改革的序幕。该轮 电力工业改革的主要内容是在发电环节引入竞争机制，文件提出要在。十五”期间实行厂网 分开、竟价上网，“初步建立竞争、开放的区域电力市场，实行新的电价机制”。2 0 0 2 年1 2 月2 9 日，中国电力工业进行了重组，新成立了1 1 家电力公司，包括：国家电网公司、中国 南方电网有限公司，中国华能集团公司、中国大唐集团公司、中国华电集团公司、中国国电 集团公司、中国电力投资集团公司等五家发电公司，以及中国电力工程顾问集团公司、中国 水电工程顾问集团公司、中国水利水电建设集团公司和中国葛洲坝集团公司等四家辅业公 司。1 1 家电力公司的成立实现了厂网分开，引入了竞争机制，这是我国电力工业改革的重 大成果。其后三年多时间，以东北、华东、华北、华中、西北、南方为代表的电网公司均进 行了不同程度的电力系统市场化改革的试点，总结了国外电力市场的经验和教训，探索了不 同的电力市场结构与运行机制，为我国电力市场的积累了许多宝贵经验删。 1 2 问题的提出 电力市场的模式是多种多样的。各国电力工业根据自己的国情对发、输、配、售四个环 节的开放程度不同，其电力市场模式也不尽相同。根据电力市场逐步开放的原则和我国电力 工业的实际情况，我国电力市场的初期模式是发电侧开放竞争，电网为单一买电方的发电竞 争模式。与发、输、配、售垂直一体化的垄断经营相比，单一买方的发电竞争模式，在发电 侧引入了竞争，打破了垄断，有利于提高市场效率，这是电力市场改革进程中迈出的坚实的 一步。 但是也应该看到，单一买方的发电竞争模式只是电力市场改革的初级模式，在这种交易 模式中，购电侧的配电公司和电力用户无法参与市场竟价与交易，市场的价格由发电侧决定。 这样的交易模式说到底还不是一个真正意义上开放与平等的电力市场。下一步电力市场的改 革目标应当是有购电侧参与报价的双侧报价的批发竞争模式，继而最终形成输配分离，配售 分离的零售竞争模式。 图1 1 给出了双侧报价电力市场的结构。从图中我们可以看出，与垄断模式或单纯发电 侧报价的发电竞争模式不同，在双侧报价的电力批发以及零售市场中，购电侧的市场成员( 包 括配电公司，电力用户) 都将作为独立的市场主体，参与到市场竞争中来。在市场中，一方 面售电侧的发电公司向电力联营体申报自己的发电出力与销售电价；另一方面购电侧的配电 东南大学硕士学位论文 公司以及某些电力用户也需要申报其意愿购买电量与电价。在输配分离的电力市场环境中， 若购电侧( 包括配电公司及电力用户) 的报价过低，配电公司就会因购电量不足，而导致向 终端用户供电所得的售电收入大幅减少；电力用户则会因为购得电量不足，而导致总电能效 用过低。若购电侧报价过高，配电公司和电力用户则均会因为购电量过多，而需要支付高额 购电费用。因此，购电侧如何参与市场竞争，如何报价使其获益最大，购电侧的报价策略对 电力市场有何影响，均需要认真研究。但是从国内外的研究状况看，由于发电侧的市场开放 比较充分，所以发电侧的报价策略研究的也相对较多，而购电侧的报价策略则研究的相对较 少。鉴于发电侧和购电侧双侧报价是电力市场发展的必然进程，因此本文主要研究购电侧的 报价策略。 嘉 购 电 侧 图1 1 双侧电力批发市场结构图 具体而言，需要解决如下几个问题： 1 构建包括不同市场成员( 例如配电公司和电力用户) 的购电侧策略报价模型。因为 不同的市场成员，购买电能的目的不同，其利润函数也不相同，故应区别对待与建 模。 2 由于实际市场出清的电价不仅取决于购电侧自身的报价，还受到其他市场成员报价 的影响，故此问题实际上是一个多人博弈的问题。应采用经济学中的博弈论解决此 问题。 3 运用博弈论研究所构建的购电侧策略报价模型是否具有纳什均衡解。因为根据纳什 均衡解的特性，只有当所有市场参与者的策略是纳什均衡的，市场参与者才没有单 独改变自身策略的动机，换言之。市场的出清结果才具有相对的稳定性。同时纳什 均衡解的唯一存在性也是求解购电侧策略报价模型的前提。 4 研究求解购电侧策略报价模型的具体算法。只有能够具体求解出模型的解，才能具 2 第一章绪论 体指导购电侧的配电公司和电力用户科学报价。 5 应用购电侧策略报价模型分析不同市场规模、不同购电侧结构以及不同市场竞争程 度对购电侧的最优报价策略和对电力市场运行的影响。 6 考虑到购电侧策略报价模型所依赖的各种市场参数的不确定性，决策带有一定风 险。因此如何在决策时同时考虑风险因素，也是一个需要解决的问题。 总之，研究购电侧报价策略，一方面有助于双侧报价的电力市场中的购电侧( 包括电力 公司和电力用户) 构建合理市场报价模型，科学决策，获得较大收益。另一方面有助于我们 研究和考察双侧报价的电力市场的市场规则和市场结构，促进电力市场不断完善。 1 3 国内外研究现状 1 3 1 购电侧报价策略的研究现状 文献【3 】分析了单侧市场电价机制存在的问题，并根据我国情况，提出了一种在区域电 力市场中采用的需求侧参与批发定价的双侧市场模式。其认为该模式是一种更加有效的集中 批发市场模式 文献 4 】将买电集团和卖电集团的竞价交易看成是一个2 人非零和博弈问题t 在分析p x 市场d p m c p 和m c q 形成原理的基础上，探讨了买电代理商的买电经济模型，并进行了利润 分析，给出了相应的竟标策略。 文献 5 】针对目前电力市场竞价模式在电力短缺时期无法有效抑制电价剧升的问题，提 出了在此时期采用单一卖方竟价模式的设想。探讨了单一卖方模式的市场规则及交易机制， 提出了采用分段报价规则的竞价交易的数学模型，给出了基于蒙特卡罗方法的购电商最优竞 价策略，并推导了简化算法。 文献【6 讨论了在电力市场为单一购买者模式的情况下，由于销售电价固定及发电商上 网电价波动而产生的电网经营企业的购电风险。作者根据市场清算价的形成机制，按市场清 算价格服从一定分布和市场清算价由发电商报价形成这两种情况进行了讨论，进行了风险分 析，并给出了电网公司在长期合同市场下的购电模型，得到了相关的模型和结果。 文献 7 】基于预测市场出清价的方法，提出了购电商在信息不完全条件下参与竞价的最 优报价策略，并推导了购电商竞价的纯战略和混合战略。 文献【8 】在构造购电侧报价模型的时候考虑购电侧在报价时由于预测竞争对手报价参数 的不确定性所带来的风险，由于文献给出了代表每一个报价参数期望与方差的解析表达式， 故能够以报价斜率为自变量，解析的表达用户效用函数。因此能较好的处理报价过程中的风 险问题。 文献【9 】针对阻塞给用户带来的风险，构造了需求侧的购电策略模型。在假设阻塞发生 概率已知的情况下，该模型可根据各种购电方案下的收益期望值和收益标准差决定购电量。 文献【1 0 】提出通过分时电价方法，实现批发市场电价与零售市场电价的联动，从而减小 配电公司市场风险。并构造了相应的数学模型，给出了最优分时电价的表达式。 文献【1 l 】【1 3 】均是针对购电侧在考虑风险的情况下，如何在远期市场与实时市场或者 能量市场与备用市场之间分配购电量。分别使用了风险投资组合与动态规划法来解决上述问 题 3 东南大学硕士学位论文 文献 1 4 】【1 6 】探讨了电力合同市场中的购电侧报价模型。由于这在经济学中属于双侧 拍卖理论，故三篇文献均用不完全信息博弈中的贝叶斯拍卖定价方法来构造电力买卖双方交 易的数学模型。 文献 1 7 】介绍了远期合约和期货合约在电网企业价格风险规避中的应用。构建了电网企 业考虑电力交易远期合约、期货合约的优化模型。 1 3 2 发电侧报价策略的研究现状 近年来，国内外在发电公司报价策略方面作了大量的研究工作。因其与购电侧报价策略 有不少相似之处，故其对购电侧报价策略的研究有相当参考价值。 文献 1 8 】对2 0 0 0 年以前有关报价策略的文献进行了相当全面地综述。文献【1 9 】对文献【1 8 】 进行了补充，并对2 0 0 0 年以后相关文献进行了综述。文献【2 0 】也对2 0 0 0 年以后相关文献进 行了综述，并对策略的研究方法进行了分类，指出各类方法的特点，探讨了有待解决的问题 和研究方向。报价策略主要可以分为三类：预测下一个交易时段的市场出清价格、采用博弈 论求取市场运行的平衡点、估计其他发电公司的报价行为嗍。 博弈论是专门研究两个或两个以上利益有冲突的个体，在相互作用的情况下。如何进行 各自优化决策的理论。电力市场中的暗标拍卖交易属于一种不完全信息非合作博弈，因此近 年来有很多学者采用博弈论的方法研究发电公司的报价策略，一般是基于c o u m o t 模型、线 性报价均衡模型( b e r t r a n d 模型由于是基于价格的竞争模型，在电力市场中应用比较少) 或 收益矩阵。 文献 2 1 】给出了发电公司的线性均衡模型纳什均衡解的存在性，唯一性以及稳定性。文 献 2 2 】、【2 3 对博弈论在电力市场中的应用作了比较全面的综述，文献 2 4 卜一【2 6 则是近年的 研究成果。文献 2 4 】基于发电成本矩阵和负荷愿意支付向量，推导了在双边交易市场中纳什 均衡报价策略的充要条件，并分析了市场中纳什均衡的特点。文献 2 5 】以动态规划模型模拟 拥有火电和水电的市场。采用c o u m o t 模型分析发电厂的报价策略和市场力，以及市场规则 对发电厂报价行为的影响。文献 2 6 】纯粹从策略的角度研究了电力市场中的n a s h 平衡点， 提出一个均衡点存在引理，刻画了容量相对紧张情况下平衡点的性质，以及在容量相对充裕 情况下准平衡点的性质。 1 4 本文主要工作 研究双侧报价市场中的购电侧报价策略，理论和实际意义均很重大，且其中有很多问题 有待研究。由前面的综述可以看到，目前在此领域开展的研究还不是很多。大部分工作也还 只是从决策论的角度做的一些优化决策，而并没有从考虑各个竞争对手反应的角度，即博弈 论( 对策论) 的角度来考虑报价的最优策略。 故本论文在设定电力市场模式及规则的基础上，首先构造了计及购电侧其他竞价对手的 购电侧线性报价均衡模型，并求出了该模型的纳什均衡解。然后基于市场信息的不完全与不 确定性，构建了考虑风险的购电侧报价策略模型，并给出了求解方法。对上述模型进行了算 例分析，得出了一些有益的结论。 本文主要章节安排如下： 第一章：绪论 介绍了本文的研究背景、意义，相关问题的研究现状和存在的问题，以及本文的主要工 4 第一章绪论 作 第二章：电力市场与博弈论简介 介绍了电力市场的含义与特征、交易模式，成员结构、市场种类以及发展阶段。同时也 简单介绍了博弈论的相关概念、目的、表达方式、分类，纳什均衡的定义、求解、均衡的存 在性以及均衡的一致预测性。 第三章：基于纳什均衡博弈的购电侧报价策略研究 在确定所研究的电力市场的模式及其规则设定的基础上，分别构造了关于配电公司，电 力用户及包括这两者在内的整个购电侧的线性报价均衡模型。对每一个模型存在唯一纳什均 衡解进行了证明。给出了具体求解购电侧最优报价参数的数学算法，及七个相关算例。其中 前四个算例是验证配电公司，电力用户以及整个购电侧的策略报价模型可行性的实例计算。 后三个算例则分别分析了不同购电侧规模、不同购电侧结构以及不同市场竞争程度对购电侧 的最优报价策略和对电力市场运行的影响。得出了一些有益的结论。 第四章：考虑风险的购电侧报价策略研究 在第三章的基础上研究了购电侧考虑风险的报价策略。首先介绍了风险决策理论。然后 应用此理论构建了考虑风险的购电侧报价策略模型，并用蒙特卡罗法对模型进行了求解，其 后给出了算例。之后，在分析求解方法存在的问题的基础上，用b 样条分段拟合的方法对 模型的求解方法进行了改进，最后给出的数值算例，证明了改进方法的可行性和有效性。 第五章：结论与展望 对本文研究的内容进行了总结，并对购电侧报价策略的后续工作进行了展望。 5 第二章电力市场与博弈论简介 第二章电力市场与博弈论简介 2 1 电力市场 2 1 1 电力市场的含义与特征咖 一、 电力市场的概念 电力市场是相对于传统的垄断型电力工业，在实现结构性重组，引入商业竞争机制后的 新型电力工业组织结构、经营管理和运行规划的总称，是电力商品交换关系的总和。 所谓电力市场是指采用法律、经济的手段，本着公平竞争、自愿互利的原则，对电力系 统中的发电、输电、供电、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。根 据这一定义，电力市场是市场的概念、要素和功能的集中体现。其基本特征与一般商品市场 相比，更具有计划性和协作性，与传统的电力系统相比，又具有开放性和竞争性。 电力市场是以货币为媒介，以电力及其相关产品的交换为目的的场所，它包括狭义的市 场和广义的市场“。狭义的电力市场仅仅是电力商品的交换，而广义的电力市场则包 括了一切与电有关的产品交换，具体可从以下几个方面认识它： 1 电力市场是以货币的手段实现商品的交换； 2 电力市场以电力商品为主，包括了与电力商品相关的若干产品交换市场； 3 电力市场不仅仅是物质商品的交换场所，而且包含了具有商品属性的非物化的商品 要素的交易； 4 电力市场不一定具有固定的交易场所，也可以通过合同的签订标志交易的实现； 5 电力市场是一个多元化、多样化的市场： 6 具有完善的市场体系及公平、公正、公开的市场竞争规则； 7 健全的市场监督管理体系及有效的法律、法规保障措施； 8 电力市场是现代高新技术应用密集的市场。 二，电力市场的特征 电力市场的基本特征是：开放性、竞争性、计划性和协调性。与传统的垄断市场相比， 新型的电力市场具有开放性和竞争性，与普通商品市场相比，电力市场具有计划性和协调性。 电力系统的各个环节是紧密相关的，任一成员的操作，均对电力系统产生影响，所以要求电 力市场中的电力生产、使用、交换要有计划性，同时由于供、用平衡性，要求电力成员之间 相互协调。 2 1 2 电力市场的交易模式 按照市场集中的程度，电力市场模式可以划分为联营体模式、双边交易模式和混合模式 p 3 】m 。 一、联营体模式( p o o l 模式) 联营体模式是指：在一个区域，只有一个强制市场成员参与的、集中的，竞争的市场， 7 东南大学硕士学位论文 有时也被称为“电力库”。电力供需各方交易的全部电量及其电价都必须经由现货市场竞争 确定，发电商竞争获取发电的权力，但并不为特定的用户发电：同理，配电商也仅能在电力 库，而不是从特定的发电商那里购电。在电力联营模式下的市场中，电力市场运营、系统的 调度运行及输电网的管理等工作由统一的系统运行者或者几个分立的机构负责。 电力联营模式的强制性电力库只是针对物理交易即电量交易的，在此之外的金融交易不 一定强制性地经由电力库，如发电商与供电商、大用户之间可以签订财务合同一一差价合约 等金融性交易。 按照市场开放的程度，这种模式又可以细分为两种市场模式：非竞争购电模式和竞争购 电模式。 1 非竞争购电模式：即单一购电模式，仅在发电侧进行卖方之间的竞争投标，而所有 买方的购电权利是平等的，无需提交购电的投标、对购电价格的形成也没有影响。 英国早期的电力联营( p 0 0 1 ) 、美国加州和我国的几家内部模拟电力市场均属于这种 模式。在这种单一购电模式下，电网运营机构直接制定出符合安全要求的交易计划， 比较容易实现安全与经济之间的协调。但是它没有给用户选择的权利，没有体现用 户在市场中应有的地位。 2 竞争购电模式：竞争在发电侧和供电侧分别展开，买方也要提交购电的投标，报价 低的买方有可能购不到电，最终的系统价格由电力需求和电力供应的报价曲线共同 决定。澳大利亚的新南威尔士电力市场即为这种模式。在联营体模式下，由于各种 用户统一在交易中心购电，所处的地位是相同的，因此本文认为其所有用户都是平 等的。 二、 双边交易模式( b i l a t e r a lt r a d em o d e l ) 在这种模式下，不再有强制电力供购双方参与的电力库，绝大部分的物理交易都是由供 购双方协商完成的，交易量和交易价格不再由集中的市场统一确定。在双边交易模式下，系 统运行者仅负责双边交易匹配外的系统平衡、调度运行和输电网管理等工作。英国n e t a 下的 电力市场就属于这种双边交易模式。 对于签订了双边交易合同的用户，在实际运行中，如果用户的负荷高于双边交易确定的 负荷值，高出部分由现货市场按现货价格供电；如果用户的负荷低于双边交易确定的负荷值， 低出部分将按照双边交易的价格卖给电网公司在全网消化。 双边交易为需求侧提供了充分的参与机会，需求侧的参与会使需求侧管理和它的价格的 杠杆作用加强。但这种模式的弊端是不可回避的：各个供购双方进行交易协商和合同签订等 的交易成本很高；对合同双方而言，承受的交易对象的信用风险较大；而且在一个纯双边交 易的市场中，这种模式有一定的操作困难，因为有时很难全面和及时地掌握市场信息，这会 使得市场在短期内无法有效且有序地运行。 三、 混合模式( h y b r i dm o d e l ) 混合模式结合了以上两种模式的特点。在混合模式中，不一定要通过电力库。而是允许 用户直接同供应商谈判电能供给合同或者以现货市场价格购买电能。在这种模式中，电力库 向所有不选择签订双边合同的参与者( 买方和卖方) 提供服务。不管怎样。允许客户和供电 商谈判购买电能将使客户做出正确的选择，推动了多样化服务的建立，而且定价的可选性满 足了个别客户的需要。 8 第二章电力市场与博弈论简介 2 1 3 电力市场的成员结构舢 电力的重组改变了传统电力公司在垂直一体化策略中的角色，并产生了可以独立行使职 责的新实体。它主要包括独立系统操作员( i s o ) 、发电公司( g e n c o ) 、输电公司 ( t r a n s c o ) 、配电公司( d i s c o ) 和用户( c u s t o m e r ) 一， 独立系统操作员( i s o ) 竞争型的电力市场必须有一个独立运行控制的电网。没有i s o 的建立就不能确保对电 网的控制。i s o 管理输电价格、维持系统的安全、协调维护计划、调整长期计划。i s o 的功 能应独立于其他的市场参与者，如输电所有者、发电商、配电公司和终端用户，并且对输电 系统的所有客户都一视同仁的开放。 i $ o 有管理和分配部分或全部系统资源的权力，以及为了维护系统的安全而限制负荷 ( 即撤销违规传输，平衡供求和维护可接受的系统频率) 的权力。另外，i s o 还要确保把正 确的经济信号依次传给所有的市场参与者，以鼓励参与者有效利用电网和加大投资。 通常，i s o 有两种结构，这两种结构的选择取决于i s o 的目的和管理层。 第一种结构( m i n i s o ) 主要在电力市场运营中参与维持输电安全，在此意义上讲，i s o 能够在有约束的输电系统中安排输电。i s o 的这种结构是以协调多边贸易模式为基础的，并 且没有市场职责。其目的是限制安全，且权力是有限的。美国加州的i s o 就是这种结构。 第二种结构( m a x i s o ) 包括i s o 运行所必需的电力交易中心( p x ) 。p x 是独立的、非 官方的以及非盈利的实体，它通过管理电力贸易的拍卖来确保市场竞争。p x 根据市场中的 最高竞价来计算市场清算价格( m c p ) 。在一些市场结构中，尽管p x 与i s o 的功能包含在 相同的内部组织里，但i s o 和p x 都是独立的实体。i s o 的第二种结构是基于最优潮流分摊 模式的。市场参与者必须提供大量的数据，比如每台发电机的成本数据和每个用户的日需求 或者日负荷。根据这些数据。i s o 获得机组组合和分摊使社会利润达到最大，并制定输电的 阻塞价格( 当拉格朗日乘子或对偶变量符合于最优潮流程序中的输电容量约束时) 。美国p j m 电力市场的i s o 和( 大不列颠) 联合王国的国家电网公司( n g c ) 都是这种结构，它具有广泛 的权力。 二、发电公司( g e n c o ) 发电公司运行和维持现有的发电设备。一旦发电从现有的行业中分离出来就形成了电力 公司。发电公司既可以把电能卖给已经和他们签订交易合同的实体，也可以选择把电能卖给 p x ，像配电公司和代购公司这样的大用户为了满足需要可能会从p x 购买电能。发电公司除 交易有功外还可以交易无功和运行备用。发电公司并不隶属于i s o 或输电公司。一个发电 公司可以向几个地区提供电能，但最终要通过输电公司和配电公司输送到用户。 在重构的电力市场中，发电公司的目标是使利润最大。为了达到这个目标，发电公司可 以参与任何市场( 能源和辅助服务市场) 和采取任何行动( 套利交易和博弈) 。考虑可能的 风险是发电公司自己的责任。 三，输电公司( t r a n s c o ) 输电系统是电力市场中极其重要的组成部分。输电系统的安全和有效运行是电力市场效 率的关键。 输电公司采用高电压、整批输送系统把电能从发电公司输到配电公司来传送给用户。输 9 东南大学硕士学位论文 电系统组成了一个整体网络，这个网络被所有参与者和辐射连接到网络中的发电机组和大用 户所共享。尽管输电公司的使用资产被地区的i s o 控制，但所有权仍然由原来垂直一体化 结构中的所有者掌握。输电公司要提供无差别的连接和同等的服务来回收成本。 输电公司有建设、拥有、维护和运行输电系统的职责，在特定的地理区域提供维护整个 电力系统可靠性的服务。输电公司提供电能的批发输送的通道，与其他的市场参与者( 如发 电公司和零售公司) 间没有共同的所有权或者从属关系。输电公司采用接入费用( 在一个区 域地区通常由每个用户支付) 、输电使用费( 基于线路流量由每个用户分摊) 和由i s o 收取 的阻塞费用，来收回他们的投资和输电设备的运行成本。 四、配电公司( d i s c o ) 配电公司通过它的设备分配电能给特定地理区域的用户。配电公司是一个受管制的电能 行业，它负责建设和维护连接输电网到终端用户之间的配电线路。配电公司的责任是建设和 运行它的电力系统来维持一定程度的可靠性和可用性。配电公司有对配电网的开断和电能质 量的影响做出响应的责任，也有维护系统和保持电压以及提供辅助服务的责任。 五、用户( c u s t o m e r ) 用户是使用一定的设备，在小用户情况下，连接在配电系统中的终端使用者：在大批用 户情况下，连接在输电系统中的终端使用者。在垂直一体化结构中，用户可以从所在服务区 域内有提供电能服务的合法权利的企业中获得电能服务。在重构的系统中，用户不再有从他 们当地企业公司中购买任何一种服务的义务。用户可直接通过发电公司或与其他供电商签订 舍约，也可以选择合适于自己需要的服务包( 如可靠性水平) 。此情况下，用户可以选择供 应商，这将导致一种趋向，使用户负荷转移到了价格便宜的非高峰时段。 2 1 4 电力市场种类嗍 电力市场按照交易商品的种类可以分为能量市场、辅助服务市场和输电市场。按照交易 时间的长短可分为中长期电力交易、日前电力交易和实时电力交易。 一，能量市场 能量市场是产生竞争电力贸易的场所。它是促进买方和卖方之间能源贸易的一种集中机 构。能量市场的价格不仅对市场参与者来说是可靠的价格指标，而且对其他金融市场和电能 用户来讲也同样是可靠的价格指标。能量市场具有中立的和独立的整理和结算功能。通常， 由i s o 或p x 管理能量市场。 在m i n i s o 模式中，i s o ( 或p x ) 接受市场参与者的需求量和发电竟价( 一个价格和数 量对) ，并决定能源买进和售出的市场清算价格( m c p ) 。通常，决定市场清算价格的方法 如下：将供应竞价画出一条供应曲线，需求竞价画出一条需求曲线。供应曲线与需求曲线的 交叉点就是市场清算价格。阻塞时，要做相应的调整。在m i n i s o 模式中，对机组组合负责 的是发电公司，而不是i s o ( 或p x ) 。 在m a x i s o 模式中，市场参与者必须提交大量的信息，如能量报价、启动成本、空载成 本、爬坡率和最小开，停时间。根据这些数据，i s o 执行安全约束的机组组合来取得最大的 社会利润。 二、 辅助服务市场 辅助服务是电力系统可靠运行所必需的。在受管制的企业中，辅助服务与能量束缚在一 l o 第二章电力市场与博弈论简介 起。在重组的企业中，辅助服务被委托，以便从能源中分类交易。通过市场的竞争取得辅助 服务 市场参与者提交的辅助服务竞价一般包括两部分：容量竞价和能量竞价。通常辅助服务 竞价是根据容量竞价结算。如果实际上传输了能量，那么能量竞价表现为参与者自愿支付 市场中不同的辅助服务是顺次或同时结算的。在顺次结算方法中，质量最好的服务首先 结算，然后是质量次好的服务，依此类推。例如，假设交易中有四种辅助服务，其质量由高 到低为调节、熟备用、冷备用和运行备用。市场首先对调节结算，然后是热备用、冷备用和 运行备用。每次循环允许市场参与者把前一轮中无法使用的资源进行再次竞价。 在同时结算方法中，市场参与者将同时提交所有的辅助服务的竞价，i s o ( 或p x ) 通 过求解最优化问题来同时结算市场的辅助服务。最优化问题的目标取决于市场，应该包括社 会的成本最小、采购成本最小等等。优化过程中，i s o ( 或p x ) 可能也考虑可取代的辅助 服务，即用质量高的备用取代质量低的备用。 兰、输电市场 在电力系统的重组中，输电网是供电者之间为满足大用户和配电公司的要求而竞争的场 所。在输电市场中，交易的商品是输电权。这种权利可能是电能转让权、功率注入电网权或 从电网中吸收功率权。输电权的拥有者既可以通过电能转运自然地行使这项权利，也可以将 输电网的转运权转给其他用户来获得财政补偿。当输电市场发生阻塞时，输电权的重要性就 更明显了。参与者拥有一定的输电权，就可以通过阻塞信用来避免阻塞费用 输电权通过拍卖集中交易。拍卖由i s o 或者由i s o 委任的拍卖人来管理。他们的目标 是根据输电约束决定可行的竟价，并且该竞价对于输电网的使用要有最大的收益。输电权的 购买者除了提供购买价格及注入和输出节点外，还需要提供购买者愿意交易输电权的最大数 额。输电权的出售者需要提供出售者愿意交易输电权的最大输出额、出售价格以及注入和输 出节点。输电权最初主要是从每年的拍卖中获得。输电权二级拍卖市场的意义更重大，这是 由于它使得输电权市场更强健、更透明，也促进了能量交易市场。二级拍卖可能是每月、每 周或每天进行。 2 1 5 电力市场的发展阶段嘲 在电力行业中引入竞争机制主要是改变长期存在的发，输，配、用垂直一体化管理模式， 在发电环节和售电环节引入竞争。竞争和选择是电力市场的两个重要特征。根据竞争和选择 程度的不同，可以把电力工业从垄断型经营发展成为完全开放电力市场的过程分为四个阶 段。随着竞争力度的不断增加，电力市场将逐步由发电竞争型电力市场，过渡到批发竞争型 电力市场，最终建立发、输、配、用完全分离的零售竞争型电力市场。 一， 垄断经营阶段 在垄断经营阶段，电力行业的发电、输电、配电和用电都垄断经营。电力行业采用这种 垄断经营体系已经有一百年的历史了，目前世界上大部分地区仍继续沿用。在垄断经营体制 下，价格通常是捆绑式的，即不把各个环节的收费分开。政府对价格实行管制。垄断经营体 制的主要弊病表现为发电环节投资决策的效率低下以及决策的政治倾向性等问题。 二， 发电竞争阶段 在发电竞争阶段，发电环节引入竞争，输、配和用电垄断经营。在发电竞争体制下，只 东南大学硕士学位论文 允许独立发电商向现有的电网运行管理机构售电，而电网运行管理机构仍完全垄断所有的电 力最终用户。其实质是一种单一购买者的电力市场模式。 兰、 批发竞争阶段 在批发竞争阶段，发电环节和售电环节引入竞争，配电和用电垄断经营。独立发电商拥 有选择大用户的权利，不必将电能全部卖给市场运营机构；大用户( 通常为工业用户) 拥有 购电选择权，可以直接向发电商购电。但是在电力销售市场上一定程度地保持了配电和销售 地一体化经营。尽管引进了二级售电公司，并开放了大用户批发市场，但地区电力公司不仅 负责配电服务，还保留了一部分售电垄断权。对中小型最终用户仍然实行垄断供电。 四、零售竞争阶段 在零售竞争阶段，发电、输电、配电、和用电、全部开放，全面参与市场竞争。所有用 户都拥有购电选择权。他们可以直接向发电商购电。为了削弱输配用电一体化地垄断力量， 政府将继续进行电力工业改革，进一步分解一体化经营公司。零售竞争型电力市场地优点是 所有用户都有选择权。因为有众多地零售商参与竞争，使市场真正具有竞争性，降低成本， 提高效率。 2 2 博弈论删州 2 2 1 博弈论的定义及其历史发展 博弈论，英文为g a m e t h e o r y ，是研究决策主体的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的。具体的说，博弈就是指一些个人、队组或其他组织，面对一定的环 境条件，在一定的规则下，同时或先后，一次或多次，从各自允许选择的行为或策略中进行 选择并加以实施，从中各自取得相应结果的过程。简而言之，博弈论是专门研究机智又理性 的决策者之间相互冲突及合作的科学。故博弈论又称为“对策论”。 传统微观经济学谈到个人决策时，就是在给定一个价格参数和收入的条件下，最大化它 的效用。即个人效用函数只依赖于他自己的选择，而不依赖于其他人的选择，个人的最优选 择只是价格和收入的函数而不是其他人选择的函数。这里的经济被看作一个整体，人与人之 间的选择是相互作用的，但是对单个人来讲，所有其他人的行为都被总结在一个参数里，这 个参数就是价格。这样，一个人作决策时他面临的似乎是一个非人格化的东西，而不是面临 着另外一个人、另外一个决策主体。他既不考虑自身选择对别人选择的影响，也不考虑别人 选择对自己选择的影响。而在博弈论中，个人效用函数不仅依赖于他自己的选择，而且依赖 于他人的选择，个人的最优选择是其他人选择的函数。从这个意义上讲，博弈论研究的是在 存在相互外部经济条件下的个人选择问题。 对博弈论的研究可上溯到1 8 世纪初甚至更早，第一次世界大战期间，博弈的思想方法、 研究方法被运用到军事领域及其他活动之中，显示了它的威力。五六十年代是博弈论发展的 重要阶段，“纳什均衡”等重要理论就是这阶段发展起来的。不过，只是在近十几年来它才 得到真正的重视，现在，博弈论己运用到了几乎整个微观经济学，并己扩展到宏观经济学、 产业组织理论等研究领域。博弈论在西方己成为最热门的学科，用博弈论去研究经济生活中 的问题，已成为现代经济学最前沿的课题。 2 2 2 博弈论的基本概念 博弈论的基本概念包括参与人、策略( 或称战略) 、支付( 效用) 、行动、信息，结果和均 第二章电力市场与博弈论简介 街，其中，参与人、策略和支付是描述一个博弈所需要的最少的要素。参与人、行动和结果 统称为“博弈规则”博弈分析的目的是使用博弈规则预测均衡。 1 参与人( p l a y e r ) = 是一个博弈中的决策主体，他的目的是通过选择行动( 或策略) 以最大化自己的支付( 效用) 水平。参与人可能是自然人，也可能是团体，如企业、 国家等。并且博弈的规则确定以后，各参加方都是平等的，大家都必须严格按规定 办事参与人按对待不确定的态度，即期望效用水平的态度，可分为三种类型：一是 “风险中性”者，即认为1 单位的期望效用和1 单位确定的支付是等价的；二是“风 险偏好”者，持这种态度的人认为l 单位的期望效用要好于l 单位确定的支付。第三 种则相反，认为l 单位的期望效用不如1 单位的确定支付，称为“风险规避”者 2 策略( s t r a t e g i e s ) ：是参与人在给定信息集的情况下的行动规则，它规定参与人在 什么时候选择什么行动。策略告诉该参与人如何对其他参与人的行动作出反应，因 而策略是参与人的“相机行动方案” 3 支付( p a y o f f ) ：也称得益，在博弈论中，支付或者是指在一个特定的策略组合下参 与人得到的确定