（电力系统及其自动化专业论文）输配分开电力市场环境下供电公司竞价策略的研究.pdf

博士学位论文输配分开电力市场环境下供电公刊竞价策略的研究 a b s t r a c t g e n e r a t i o ns i d ec o m p e t i t i o ni st h ep r e l i m i n a r ys t a g eo fe 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 na n d d i s t r i b u t i o ns e p a r a t i o ni st h ei n e v i t a b l ec o u r s eo fe l e c t r i c i t yi n d u s t r yd e r e g u l a t i o n i nc o m p e t i t i v e t r a n s m i s s i o na n dd i s t r i b u t i o ns e p a r a t e de l e c t r i c i t ym a r k e t s ，d i s t r i b u t i o nc o m p a n i e s ( d i s t c o s ) w i l b ed e r e g u l a t e df r o mt h et r a d i t i o n a lm o n o p o l yp o w e ri n d u s t r ya n dt a k ep a r ti nm a r k e tc o m p e t i t i o n a sa ni n d e p e n d e n tm a r k e tp a r t i c i p a n t a sar e s u l li t i se s s e n t i a lf o rd i s t c o st oa d o p to p t i m a l b i d d i n gs t r a t e g i e s t h et h e s i sc a r r yo u tr e s e a r c hd i r e c t l yt o w a r d sb i d d i n gs t r a t e g i e so fd i s t c o si n t r a n s m i s s i o na n dd i s t r i b u t i o ns e p a r a t e de l e c t r i c i t ym a r k e t s t h em a i nc o n t e n t so ft h et h e s i sa r ea s f o l l o w s ， ( 1 ) u s i n gs t o c h a s t i co p t i m i z a t i o nm e t h o d ，o p t i m a lb i d d i n gs t r a t e g i e sf o rd i s t c o si ns t e p - w i s e b i d d i n gp r o t o c o le m p l o y e dt r a n s m i s s i o n a n dd i s t r i b u t i o ns e p a r a t e d e l e c t r i c i t y m a r k e t s o p t i m a lb i d d i n gs t r a t e g i e sf o rd i s t c o si ns i n g l e - - s e l l e ra n dm u l t i - - s e l l e re l e c t r i c i t ym a r k e t s r e s p e c t i v e l y , a n dt h ep r o b l e mo f “t m b a l a n c ee l e c t r i c i t yp r i c e i sc o n s i d e r e d ( 2 ) b a s e do ns t o c h a s t i co p t i m i z a t i o nt h e o r y , o p t i m a lb i d d i n gs t r a t e g i e sf o rd i s t c o si nl i n e a r b i d d i n gp r o t o c o le m p l o y e dt r a n s m i s s i o na n dd i s t r i b u t i o ns e p a r a t e de l e c t r i c i t ym a r k e t s f i r s t l y o p t i m a lb i d d i n gs t r a t e g i e sf o rd i s t c o sb a s e do nm a r k e tc l e a r i n gp r i c ef o r e c a s t i n g ，a n dt h e p r e c i s i o no fm a r k e tc l e a r i n gp r i c ef o r e c a s t i n gi sc o n s i d e r e d t h e n ，b a s e do nr i v a l s b i d d i n g p a r a m e t e r s e s t i m a t i n g ，r i s k - c o n s t r a i n e do p t i m a lb i d d i n gs t r a t e g i e sf o rd i s t c o si sp r o p o s e d ( 3 ) o p t i m a lb i d d i n gs t r a t e g i e sf o rd i s t c o sw i t hl o a dm a n a g e m e n tc o n s i d e r e d ，t h es t r a t e g i e so f i n t e r r u p t i b l el o a dc u s t o m e r sa r ee v a l u a t e du s i n ga g e n t b a s e ds i m u l a t i o n o p t i m a lb i d d i n g s t r a t e g i e s f o rd i s t c o sw i t h t i m e o f - u s ea n di n t e r r u p t i b l el o a dc o n s i d e r e d f u r t h e r m o r e ， o p t i m a l b i d d i n gs t r a t e g i e s f o rd i s t c o sw i t hd i f f e r e n tc o n t r a c t so fi n t e r r u p t i b l el o a d m a n a g e m e n tc o n s i d e r e d ，a n dt h es t r a t e g i e so fi n t e r r u p t i b l el o a dc u s t o m e r sa r et a k e ni n t o a c c o u n t ( 4 ) t a k i n gt h ec o n d i t i o n a lv a l u ea tr i s k ( c v a r ) a sr i s km a n a g e m e n ti n d e x ，d i s t c o sp u r c h a s e a l l o c a t i o na m o n gm u l t ie l e c t r i c i t yt r a d i n gm a r k e t si ss t u d i e d am e a n - c v a ro p t i m a lp u r c h a s e a l l o c a t i o ns t r a t e g yi sb u i l tf o rd i s t c o sb yc o n s i d e r i n gt h ec o m p e t i t i o no fl o n g - t e r mc o n t r a c t m a r k e t s ，s p o tm a r k e t s ，s e l f _ e o n t a i n e dp o w e rp l a n ta n de v e nr e s e r v em a r k e t s ( 5 ) ap r e l i m i n a r ys t u d yi sm a d eo np r i c i n gm e c h a n i s mf o rt r a n s m i s s i o na n dd i s t r i b u t i o ns e p a r a t e d i i i a b s t r a c t e l e c t r i c i t ym a r k e t sb a s e do nm e c h a n i s md e s i g nt h e o r y u s i n gm e c h a n i s md e s i g nt h e o r y ，a n i n c e n t i v ep r i c i n gm e c h a n i s mf o rt r a n s m i s s i o na n dd i s t r i b u t i o ns e p a r a t e de l e c t r i c i t ym a r k e ti s p r o p o s e d ，t h ei n d u c i n gm e c h a n i s mo f t h ep r o p o s e dp r i c i n gm e c h a n i s mt om a r k e tp a r t i c i p a n t s s t r a t e g i cb i d d i n gi sa n a l y z e d k e yw 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 na n dd i s t r i b u t i o ns e p a r a t i o n ，d i s t r i b u t i o nc o m p a n i e s ( d i s t c o s ) ，b i d d i n gs t r a t e g i e s ，p u r c h a s ea l l o c a t i o ns t r a t e g i e s ，l o a dm a n a g e m e n t ，r i s k m a n a g e m e n t ，p r i c i n gm e c h a n i s m 博十学位论文输d 分开电力市场环境下供电公司竞价策略的研究 月i j 舀 我国国民经济和社会发展的十一五规划纲要对电力工业明确提出要稳步推进输配分 开的市场运营机制。当前开展输配分开的电力市场理论研究，能够为我国输配分开的电力改 革实践提供理论支撑。 在输配分开电力市场环境r ，供电公州被从荸断的运营体制中解捆并作为一个独立的经 济实体参与市场竞争，需要“竞价购电”。与垄断时期或发电侧电力市场时期相比其运营 方式和经济策略有了很人的不同，面临着前所未有的机遇和挑战。本文致力于输配分开电力 市场环境f 供电公司竞价策略的研究，全文创新点总结如f ： ( i ) 采用随机优化方法研究不同市场条件下的供屯公司日前市场报价策略 针对采用分段报价规则的输配电分开力市场，研究了单一卖方市场和多卖方市场两种输 配分开电力市场运营模式下的供电公司最优报价策略，考虑了供电公司在竞价购电时面临的 “不对称电价”问题。针对采用线性报价规则的输配分开电力市场基于预测的市场出清电 价给山供电公司最优报价策略：基于估计的竞争对手报价参数研究了供电公司的最优报价策 略，并计及供电公司的风险约束。 ( 2 ) 考虑负荷管理的供电公司日前市场报价策略研究，并采用智能代理仿真技术评 估可中断负荷用户的互动策略 提出考虑分时电价联动机制与考虑可中断负荷管理的供电公司最优报价策略，在此基础 上进一步考虑供电公司采用不同可中断负荷管理合同时的最优报价策略，并计及可中断负荷 川户的互动策略。 ( 3 ) 采用条件风险价值理论研究考虑风险管理的供电公司多交易市场购电分再己策略 考虑供电公司在远期市场、日前市场、各削市场与白备电厂的购电分配策略问题，在“均 值一c v a r ”方法框架下给出基丁c v a r 的供电公司最优购电分配策略。 ( 4 ) 采用机制设计理论研究输配分开电力市场对供电公司等市场成员的新型定价机 制 应用机制设计理论，探讨输配分开电力市场对供电公司等市场成员的新型定价机制，构 造了该定价机制的数学模型，实现了对所有市场成员( 发电公司、供电公司和人_ j 户) 的激 励相容特性，并且满足了市场成员的个人理性要求。 学位论文独创性声明： 本人所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究t 作 及取得的研究成果。尽我所知，除1 r 文中特别加以标沣和致洌 构地乃 外，论文中f i 包含其他人已经发表或撰写过的研究成果。与我同j 二 作的同事对本研究所做的贡献均已在论文中作了明确的说明并表示 了洌意。如不实，本人负全部责任。 沦文作者( 签名) ：亟! ! 墼2 0 0 7 年叶月 一同 学位论文使用授权说明： 河海大学、中国科学技术信息研究所、国家图书馆、中国学术期 刊( 光盘版) 电子杂志社有权保留本人所送交学位论文的复印件或电 子文档，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存沦文。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以外， 允许论文被查阅和借阅。论文全部或部分内容的公布( 包括刊登) 授 权河海大学研究生院办理。 论文作者( 签名) ：墨! ! 兰2 0 0 7 主 z 十月。日 博十学位论文输配分开电力市场环境下供电公司竟价策略的研究 第1 章绪论 本章阐述了论文的选题背景和研究意义，重点叙述了输配分开电力市场环境 下供电公司竞价策略的研究内容和研究动态，介绍了论文的研究工作所基于的输 配分开电力市场结构，给出了论文的研究路线、研究内容和章节安排。 1 1 论文的选题背景与研究意义 白2 0 世纪8 0 年代以来，世界上许多国家开始了电力工业的市场化改革， 建立公平竞争的电力市场f ”1 口1 ，增加电力工业的活力。智利于1 9 7 8 年丌始了其 电力工业解除管制的改革，并于1 9 8 2 年颁稚了新的电力法 4 l 。以新自由主义经 济理论为导向的英国于1 9 9 0 年进行了电力工业改革，有效地控制了电力投资成 本，其成功的电力改革经验在全球范围内产生了重大影响5 1 。阿根廷于1 9 9 1 年 进行了发电、输电、配电系统的全面改革，建立了电力竞争市场，吸收大量外资 建设电厂，迅速缓解了缺电的状况【4 】。继而，电力工业的市场化改革席卷全球， 欧洲n 北美【7 】、南判”、澳大利亚【9 1 和亚洲的一些国家和地区都开展了类似 的电力改革，形成了一股世界性的电力工业改革浪潮。 在各国电力工业市场化的初级阶段，一般首先将发电系统解捆，在较易实现 竞争的发电环节初步实现竞争，形成发电侧自负盈亏的市场竞争实体发电公 司；而输电、配电、售电环节仍然实行垄断运营，构成电力市场的单一买方 电网公司。这种市场结构具有以下特点【“】：发电公司售电不具备自由选择的机 会，其电力电量只能卖给电网公司，别无选择；消费者和用户只能从电网公 司买电，消费者和用户也没有选择的机会，割裂了需求侧对市场电价的响应能力； 单纯重视发电侧而忽略了需求侧参与市场竞争的潜力，这不利于需求侧提高效 率与资源的优化配置。在这种市场结构中，电网公司的特殊地位使其具有较强的 控制市场的能力，很容易利用自己在市场中的特殊地位，将其管理与运营风险转 嫁给消费者和用户。 输电与配电的分开，可打破电网公司作为单一购买者的垄断地位，各大用户 以及作为所在地区用户代表的各供电公司参与市场竞争购电，不但可形成发电公 司“竟价上网”的竞争格局，还可形成供电公司和大用户“竞价购电”的竞争关 系，优化用户的用电行为，使电力市场的竞争更加富有活力】，真正达到市场优 第1 章绪论 化资源配置的目的。 展望我国电力工业的改革与发展之路，根据国务院关于印发电力体制改革 方案的通知( 国发 2 0 0 2 1 5 号) 以及国家电力监管委员会关于区域电力市场建 设的指导意见( 电监市场 2 0 0 3 1 2 1 号) ，我国电力工业改革力求打破发、输、配、 售一体的行业垄断，在适当时机推行输配分开；我国国民经济和社会发展的十 一五规划纲要对电力体制改革明确提出要稳步推进输配分丌的电力市场运营机 制。因此开展输配分开的电力市场理论研究，能够为我国输配分开的电力改革实 践提供理论支撑。 输配分丌电力市场作为一个新的研究领域，主要研究方面有以下五个：输配 分开电力市场的运营模式”1 、电价与负荷需求的关系1 2 1 ， 1 3 1 、供电公司的竞价策 吲1 1 、供电公司的负荷管理【1 4 1 以及供电公司监管1 5 h 1 9 1 等。陈星莺1 1 在文献 1 】中 国内首次系统地研究了输配分开电力市场运营模式和供电公司运营策略的相关 理论，并提出了一套较为完整的供电公司运营策略。 同发电侧电力市场一样，输配分开电力市场也不是一个完全竞争市场，而更 接近于区域寡头( o l i g o p o l y ) 垄断市场，这是由电力工业的特殊性决定的，如电 能难以大规模的经济存储、电力需求的价格弹性较低、系统运行要求供需实时平 衡以及输电线路容量约束等，诸多因素使得各市场参与方拥有很大的市场力 ( m a r k e tp o w e r ) 2 0 1 ，【2 1 1 。另外，市场运营部门与市场参与者之间存在着信息不对 称问题，如发电公司和大用户知道自己的真实发电成本和电能效用，但是市场运 营部门不知道这些数据，这就有可能导致发电公司滥用其拥有的市场力从而引起 价格的频繁波动；供电公司和大用户也有可能利用其在市场上占有较大市场份额 的优势压低报价，通过策略性的交易手段而非降低运营成本来达到利润最大化， 从而损害发电公司的利益。 在输配分开电力市场环境下，供电公司作为一个独立的经济实体参与市场竞 争，需要“竞价购电”。与垄断时期或发电侧电力市场时期相比，其运营方式和 经济策略有了很大的不同，面临着前所未有的机遇和挑战。对供电公司而言，它 们需要完善的竞价策略理论指导其在市场竞争中上报的购电电量和电价，决定自 己最优的竞价策略以获得最大的利润。因此，研究供电公司的竞价策略，对供电 公司合理报价、优化分配各交易市场的分配量、降低市场运营风险具有不可或缺 博士学位论文 输配分开电力市场环境下供电公司竞价策略的研究 的作用。 目前，已有大量文章对发电公司的竞价策略问题进行了研究，但有关研究供 电公司竞价策略的文章还不多，【翻，基本上是将发电竞价的有关思想和方法延伸 到购电竞价中，涉及了不同报价规则( 分段报价【2 2 】，【2 3 1 与线性报价 2 4 】，【2 5 】) 下的供 电公司报价策略、不同市场模式( 单一卖方与多卖方2 3 1 ) 下的供电公司报价 策略以及考虑风险管理的供电公司报价策略1 _ 2 5 1 与购电分配策略口6 1 ，【2 7 1 ，【2 8 i 。但是， 这些工作均不同程度的存在一定的局限性，如在构造报价策略时没有计及“不对 称电价”、没有考虑报价策略与负荷管理措施的协调、度量竞价风险的风险度量 指标不能全面反映供电公司的市场风险等，所有这些问题均需要深入研究并加以 解决。 另外，从市场监管的角度来看，在输配分开电力市场环境下，各市场参与者 ( 发电公司、供电公司、大用户) 的目标是利润最大化，而市场运营的目标是社 会福利最大化，如何在这两者间达成一致，定价机制是关键所在，而同前市场的 定价机制更是其中的核心问题。目前世界各国实际运行的电力市场中采用的定价 机制【2 9 】均不具备使所有市场成员显露真实信息的激励特性，而人们的研究工 作也仅仅实现了对发电公司的激励特性【3 l j 。 在上述背景下，本文在前人研究工作的基础上，深入系统地研究了供电公司 在输配分开电力市场环境下的竞价策略问题，在构造供电公司报价策略时进一步 计及“不对称电价”、考虑报价策略与负荷管理措施的协调、采用新的风险度量 指标度量供电公司竞价策略风险等，并在此基础上提出了一种新的输配分开电力 市场定价机制，实现了对所有市场成员的激励特性。 1 2 输配分开电力市场环境下供电公司竞价策略的研究现状 1 2 1 供电公司竞价策略的研究内容 ( 1 ) 供电公司竞价策略的构成 本文中的供电公司是指在输配分开电力市场中，拥有配电网络和供电专营区 并从发电公司和电力交易中心批发购电后向终端用户提供供电服务的独立供电 商【22 1 。 供电公司的竞价策略是指供电公司根据市场规则在特定市场中进行报价决 第1 章绪论 策以及在各级市场间进行购电量分配决策时所采取的一整套策略。输配分开电力 市场中有日前市场、实时市场以及合同市场等不同性质与功能的交易市场，在成 熟的输配分开电力市场中还有期货及期权交易市场。因此，供电公司的一整套竞 价策略也相应的包括日前市场的报价策略、实时市场的报价策略以及合同市场的 报价策略。此外，合理分配终端用户的负荷需求在各交易市场中的比例也很重要， 这可以起到分散风险、提高总利润的作用。 ( 2 ) 供电公司构造竟价策略的过程与难点 供电公司构造竞价策略的过程是： 根据市场信息和供电专营区内终端用户的负荷需求，结合公司的情况，制 定购电策略； 向市场运营部门提交购电数据； 交易结束时，从市场运营部门获取不同交易市场的电价和成交量； 履行合同，与市场运营部门结算在各交易市场的购电费用。 在这一过程中，供电公司主要关心市场交易规则、市场信息及市场中其他竞 争对手的竞价策略。要处理的问题有报价策略问题、终端用户负荷需求的预测问 题、各个市场电价的预测问题以及终端用户负荷需求在多个交易市场中的购电分 配问题等。 作为输配分开电力市场的参与者，每个供电公司都需要通过提交自己的竞标 数据进入市场参与竞标，以实现自身的营运目标，这使得竞标问题是市场参与者 要处理的核心问题之一。每个供电公司在构造竞价策略时面临着以下几个难点： a 构造竞价策略时需要很多信息，但决策时只能得到部分信息，而且得到 的信息可能不够准确，时间上滞后等。 b 输电与配电分丌后，不仅发电公司的竞价策略会对市场运行产生影响， 而且供电公司和大用户的竞价策略也会对市场运行带来不确定性，从而导致市场 行情的复杂多变，预测的难度加大。 c 电力系统本身存在很多的不确定性，如终端用户负荷需求、燃料价格以 及传输损耗等，这些不确定性增加了供电公司构造竞价策略的难度和复杂度。 如何处理和解决以上这些难点问题，是每个供电公司构造竞价箴略时必须解 决的重要课题。不同的供电公司有不同的解决办法，相应的会有不同的结果弛】。 4 博士学位论文输配分开电力市场环境下供电公司竞价策珞的研究 这些结果直接影响着供电公司的经济利益，甚至直接决定供电公司所代表的经济 实体在输配分开电力市场中的存亡。 1 2 2 供电公司竞价策略的研究方法 1 2 2 1 报价策略问题的研究方法 近年来，国内外学者在最优报价策略方面做了相当多的工作，但这些工作基 本上集中在发电公司方面，涉及购电公司( 供电公司、电力零售商、大用户) 的 很少，其中涉及供电公司的少之又少。 供电公司构造报价策略与发电公司构造报价策略既有相同的地方又有差异 之处。相同的地方在于它们构造报价策略的目标是利润尽可能多( 费用尽可能少) 同时风险尽可能小：差异之处在于发电公司需要处理机组运行约束，而供电公司 需要处理的约束是终端用户的负荷需求。 虽然供电公司的成本构成与发电公司有很大的不同，但是它们所面临的市场 交易平台是共同的，能够得到的市场信息是公共的，“他山之石，可以攻玉”，有 关发电公司报价策略的理论和方法对研究供电公司的报价策略具有重要的参考 价值。 文福拴等人在文献【3 3 ， 3 4 中对2 0 0 0 年以前的有关文献做了详细的综述。 但是，随着电力改革的不断推进，新问题不断出现，有关最优报价策略问题的研 究更加活跃，新方法、n n , n n 出不n 。本文借鉴文献 3 2 ， 3 5 的分类方式， 结合最新文献对最优报价策略的研究方法进行分类综述，将最优报价策略的构造 方法分为5 大类：基于成本分析的方法；基于最优化方法；博弈论方法； 人工智能方法；其他方法。 ( 1 ) 基于成本分析的方法 这种方法的核心思想是将发电公司的电能生产成本加上合理利润( 由发电公 司自己确定) 作为自己的上报电价。此方法具有原理简单、操作方便、易于掌握， 并可与发电公司现有管理信息系统( m i s ，m a n a g ei n f o r m a t i o ns y s t e m ) 结合使用 的优点，缺点是没有把竞争对手的报价行为考虑进去，很难达到利润最大化的目 的【3 。不过，成本分析是发电公司进行报价的基础，发电公司需要计算出机组的 发电成本，在报价时做到对成本“心中有数”。文献 3 6 1 以实时成本为基础制定 发电厂商的报价策略，其报价为在实时成本的基础上加上利润和税会，并考虑在 第l 章绪论 不同负荷时段设置不同的利润率。 ( 2 ) 基于最优化方法 发电公司追求利润最大化是一个优化问题，最优化方法理所当然成了构造报 价策略问题最适合、最常用的方法，这也是目前构造报价策略问题的主流方法。 采用该类方法构造发电公司最优报价策略主要有两种做法：一种是在预测出 市场电价( 在采用m c p 定价机制的市场中需要预测出m c p ，而在采用p a b 定 价机制的市场中需要预测发电侧市场参与者的最高成交电价) 的基础上，构造企 业的利润最大化模型口7 - 1 3 9 1 ；另一种做法是构造一个两层的优化模型，其中上层 优化问题是市场交易的出清模型，市场运营部门根据发电报价及负荷报价( 或预 测负荷) ，按照整个市场运行社会福利最大( 或总成本最小) 的原则，确定市场 调度计划及m c p ，下层优化问题的目标是发电公司利润最大化，两层之间通过 m c p 进行协调与联系h 0 1 l 4 4 1 。 由于实际电力市场中不可能确切知道竞争对手的报价参数，因此采用第二种 做法需要事先估计出竞争对手的报价行为，进而发电公司的最优报价问题成为一 个随机规划问题。描述竞争对手报价行为的形式有很多种，已经提出假设竞争对 手的报价服从离散概率分布4 5 l ， 4 6 1 、均匀分布和正态分布4 1 1 ，或者将其看作是 一个模糊集合4 7 1 _ 【5 2 1 。 文福拴等人在文献 4 1 1 q u 假设其他发电公司的报价服从连续正态分布，然后 通过m o n t e - - c a r l o 模拟法求解自身的最优报价策略。文献 4 5 m 4 6 假设其他发电 公司的报价只有有限种可能，即其报价服从一个有限的离散概率分布，然后利用 类似穷举的方法得到自身的最优报价策略。文献 4 7 1 采用模糊方法处理市场参数 的不确定性，建立了一个多层次的发电公司报价策略模型。文献【5 2 在两层优化 模型中采用了基于内点法的最优潮流模型作为电力市场出清模型，并分析了发电 出力、电厂收益及潮流对发电公司报价的灵敏度。 采用最优化方法，能够对影响报价策略的各种因素进行详细建模，是目前最 容易被接受的方法之一。 ( 3 ) 博弈论方法 博弈论是专门研究两个或两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3 8 。它与常规优化决策的不同之处在于： 6 博上学位论文输配分开电力市场环境下供电公司竞价策略的研究 a 博弈论中参与者在利益上有冲突： b 参与者各自做优化决策，并企图使个体利益最大化： c 个体的利益与其他个体的决策有关，即个体的决策会影响他人，他人的 决策会影响自身； d 博弈论中一般假定参与决策的个体均为“理性”的。 电力市场恰好具有这些特点。在电力市场下，市场调度的目标( 社会福利最 大化) 是给定的，即博弈的目标是给定的；博弈的参与者是有限的，属于寡头竞 争；各个参与者的投标即报价曲线是保密的。因此，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5 3 1 ，因此近年来有很多学者用博弈论的方法研究 市场参与者的报价策略。它的原理是根据电力交易先构造一个博弈模型( 包括矩 阵博弈模型 5 4 】、c o u r n o t 博弈模型【55 1 、b e r t r a n d 博弈模型、s t a c k e l b e r g 博弈模型 以及供应函数模型 5 6 】1 5 研) ，然后寻找这些模型的均衡点，这些均衡点就对应着市 场参与者的最优报价策略。 在实际运行的联营体模式电力市场中，定价机制复杂，竞争对手的成本信息 是未知的，采用博弈论构造报价策略的研究通常对实际问题做了许多简化和假 设，这直接影响到结论的可靠性，且目前理论上还不清楚电力市场是否存在博弈 均衡点。 ( g ) 人工智能方法 人工智能方法在发电公司报价策略方面的应用已有不少论文发表，如遗传算 法f 5 9 】、进化规划和有限状态自动机、进化规划、q 学习【吲等。文献【6 3 以新 西兰电力市场为背景，提出一种基于模糊聚类算法和b p 神经网络的发电公司 最优报价策略。其中，采用模糊聚类算法对交易时段和竞争对手进行分类，然后 根据不同类型的交易时段分别对b p 神经网络进行训练，神经网络的输出为发电 公司的报价及按该报价竞价时成功的概率。仿真结果表明采用模糊聚类算法分类 后，神经网络的训练时问将会大大减少，所得结果的准确性也是可接受的。 ( 5 ) 构造报价策略的其他方法 除了以上四种方法外，国内外学者还提出了一些其它方法。文献【6 4 】l 哿报价 过程描述为一个动态反馈系统，转换为经典控制问题来研究。文献 6 5 】基于经济 学上常用的蛛网理论，提出了一种发电公司报价策略模型，利用发电公司面临的 第l 章绪论 市场剩余需求曲线通过迭代求解得到发电公司的最优报价。文献1 6 6 针对电力市 场的动态和发电公司长期优化的行为，应用最优控制理论对发电公司最优竞价问 寇进行了概念性研究。其中系统负荷用周期性函数描述；从最大化利润的一阶最 优条件出发，发电出力竞争过程被描述成一个动态、非线性反馈系统。发电公司 的长期优化决策问题被描述成一个标准的最优控制问题。仿真结果表明发电公司 长期优化获得的利润多于短期优化获得的利润。 1 2 2 2 供电公司报价策略的研究方法 鉴于供电公司、大用户及电力零售商作为竞价市场竞争购电的市场成员，其 市场行为特性是相似的，都是寻求在购得一定电量的前提下使自己的购电费用最 小( 利润最大) ，因此本文把供电公司、大用户及电力零售商统称为购电公司。 目前仅有可数的文献研究了需求侧的供电公司、电力零售商及大用户等购电 公司在日前市场中的报价策略问题。研究购电公司的报价策略，可以借鉴发电公 司报价策略的研究方法，结合购电公司的运营特点开展研究。已经提出了采用博 弈论【l 】【6 7 1 1 【6 9 1 、基于最优化方法【1 1 ，【7 0 l 1 7 1 】以及采用人工智能方法【7 2 】来构造购电公司 在日前市场最优报价策略的方法。 陈星莺在文献 1 中将参与竟价上网的所有发电公司等值为一家发电公司，将 参与竞价购电的所有其他供电公司等值为一家供电公司，进而供电公司自身的报 价策略问题被描述为三人博弈问题。 管晓宏等人在文献 6 7 】中根据p x ( p o w e r e x c h a n g e ) 市场中m c p 和市场出清 电量( m c q ，m a r k e tc l e a t i n gq u a n t i t y ) 的形成机理，探讨了买电代理商的买电经 济模型，并进行了利润分析。文中m 个买电代理商和n 个卖电代理公司的市场 行为实际上是m + n 非合作对策问题。该文把m 个买电代理商看成是一个买电 集团，把n 个卖电公司看成是一个卖电集团，则成为2 个非零和对策问题。买 方在考虑利润最大化时，将卖方的报价曲线看成是一个确定的函数，在此基础上 寻求利润最大化的策略。 段登伟等人在文献【6 8 】中对需求侧开放条件下的供电公司竞价问题进行了研 究，根据不完全信息静态博弈的基本理论，将市场中其他参与者等值为一个虚拟 的竞争对手，将供电公司的竟价问题简化为供电公司与市场间的博弈问题，并对 不完全信息下供电公司的报价策略进行了分析。 博士学位论文输配分开电力市场环境下供电公司竞价策略的研究 以上三篇文献都是将报价策略问题简化为两人对策或三人对策问题，因而所 得的结果只能是初步的。 文献 6 9 1 一 7 1 以北欧电力零售市场为背景，研究了电力零售商在日前市场的 报价策略问题。刘亚安等人在文献 7 0 1 q u 根据目前市场与实时平衡市场电价的正 态概率分布参数( 均值和标准方差) ，导出了电力零售商在r 前市场报价曲线的 一系列价格一一电量对；p e t t e r s e n 等人在文献 7 1 中指出降低购电费用是电力零 售商在市场竞争中立于不败之地的关键要素，进而以日前市场购电费用与实时平 衡市场再调度费用最小为目标函数，构造了电力零售商的分段线性报价策略模 型。 黄志伟在文献 2 3 1 0 0 假设市场交易中心采用分段报价规则，建立了供电公司 利润最大化的报价策略模型，得出了一些很有意义的结论，但该文献提出的求解 算法难以推广到供电公司拥有多个报价段的情形。并且，该文献没有考虑到输配 分开但配售尚没有分开的电力市场中存在的“不对称电价”问题【7 3 l ：由于配售尚 没有分丌，终端用户还没有选择供电对象的权利，在此情形下，供电公司对终端 用户供电的销售电价必须接受政府管制；对供电公司而言，其在电力库的购电电 价由市场竞争形成，而其向终端用户的销售电价却由政府制定。这样，在“不对 称电价”隋形下如何构造供电公司的报价策略是一个值得认真研究的课题【7 4 】。 陈星莺在文献 1 中建立了一种基于预测市场出清电价和终端用户负荷需求 的供电公司报价策略模型，但该报价策略模型并没有考虑到出清电价预测误差对 报价策略的影响。事实上，相比与发电侧电力市场，在输配分开电力市场中，由 于需求侧市场成员的报价将使市场出清电价的波动更加剧烈，从而准确的预测市 场出清电价将变得更加困难，这使得供电公司在构造报价策略时计及市场出清电 价预测的误差是很有必要的。 文福拴在文献 2 4 1 q u 以美国加州市场为背景研究了大用户的报价策略问题， 假设竞争对手的报价行为服从正态分布，然后根据给定的概率密度函数进行 m o n t e - - c a r l o 随机抽样模拟，若采用黄金分割法求解大用户的利润最大化报价策 略模型，从而得到大用户的最优报价策略。但是，该文献没有考虑到大用户构造 报价策略时所面临的风险：大用户在采取报价策略时面临着一定的风险，这种风 险来自于电力库下网电量不足而造成电能效用的大幅减少，或者电力库下网电量 9 第1 章绪论 过多使得大用户向电力库付出不必要的高额购电费用口5 4 1 。 t h o m a s 等人在文献 7 2 1 中基于智能多代理仿真技术研究了需求侧投标对市 场电价的影响，建立了负荷服务商( l s e ，l o a ds e r v i n ge n t i t i e s ) 的报价策略模型， 研究结果表明需求侧报价不仅降低了市场交易的平均电价而且大大减少了价格 尖峰( p r i c es q i k e s ) ；无独有偶，文献 7 6 1 的研究也得出了同样的结论。 总体而言，目前人们对供电公司报价策略的研究，基本上是将发电报价的有 关内容延伸到购电报价中，无一例外的把重心放在了竞价市场的策略性报价行为 上，忽略了供电公司的负荷管理措施与竞价市场上策略性报价行为的协调问题。 事实上，供电公司的负荷管理能够让用户负荷积极响应于批发市场的购电电 价，实现“削峰填谷”，降低购电成本与运营风险，其能够给供电公司带来巨大 的经济效益，这使得供电公司参与市场竞争不同于发电公司：一方面需要找到优 化的购电策略，降低购电费用和风险；另一方面需要合理制定负荷管理措施，鼓 励用户优化用电方式，降低供电成本，提高总收益。因此，供电公司构造报价策 略时应该考虑其推行的负荷管理措施与策略性报价行为的协调。 1 2 2 3 供电公司购电分配策略的研究方法 输配分开电力市场中存在多种能量交易市场，如双边合同市场、日前市场以 及实时平衡市场等，各交易市场具有不同的性质与功能。交易市场不同，其能够 给市场参与者带来的期望利润与风险亦有差异。参与日前市场( 包括实时平衡市 场) 的交易可以获得较高的期望收益，但风险很大；参与双边合同市场的收益取 决于双边的协商，由于双边合同交易可以为发电公司提供稳定的电力需求，为供 电公司和大用户提供稳定的电力供应，所以该市场风险较小。市场参与者不仅要 进行单一市场报价策略的优化，而且在进行各市场交易前，还需要预先决策各市 场的交易量，即决策在哪些市场进行交易，以及如何分配不同市场的交易量。在 解决了多市场交易量分配的问题后，加上已被充分研究的单一市场报价策略，才 能完整的解决竞价决策问题【7 7 1 。 现有的研究工作均是在对竞价交易时段的市场清算电价做出预测的基础上 构造相应的购电分配策略。早期的研究，仅考虑两个电力交易市场的购电分 配、单个交易时段的情形，且没有考虑电能分配策略的风险问题；目前该领域的 研究已经拓展到两个以上电力交易市场的购电分配、多交易时段情形并考虑电能 博士学位论文输配分开电力市场环境下供屯公一j 竞价策略的研究 分配策略的风险管理问剧7 7 1 ，【7 8 】 7 9 】。 供电公司参与市场竞争时在多个交易市场进行购电分配，其根本目的是降低 风险，提高总利润，因此供电公司在构造购电分配策略时考虑风险管理是非常有 必要的。刘亚安等人在文献 2 7 中基于概率电价预测，给出两市场电价的概率分 布，分别为两市场电价独立和两市场电价相关两种情况建立考虑利润和风险的随 机优化模型，导出了其解析解，采用条件概率反映市场电价的不确定性，目标是 购电总费用及风险均较低。周明等人在文献【7 9 】中研究了供电公司在长期合同市 场、同前市场和旋转备用市场的能量分配以及自备电厂的能量优化利用问题。运 用现代投资理论，提出以购电费用最小为目标的优化模型，采用m o n t e c a r l o 方 法对模型进行求解。周明等人在文献 2 8 】中建立了供电公司长期购电分配策略的 方法论。 在现有的研究工作中，考虑风险管理的购电分配策略大多借鉴资产投资组合 理论中的均值一一方差模型，即风险是采用购电费用的方差来描述的，即认为实 际购电费用偏离期望购电费用( 均值) 时就存在风险，这隐含地采用了预期购电 费用与实际购电费用的差值来度量风险。严格而言，风险应该针对购电费用高于 预期的情况，因为实际购电费用低于预期购电费用时并没有带来风险，但基于方 差的风险度量方法无法区别这两种情况。另外，基于方差的风险度量方法依赖于 一系列的假设，其中最重要的假设“利润( 费用) 服从正态分布”有时难以满足。 因此，有必要研究采用新的风险度量指标来构造考虑风险管理的供电公司购电分 配策略问题8 0 】【8 2 1 。 1 3 论文的研究工作所基于的输配分开电力市场结构 供电公司的竞价策略与所在输配分开电力市场的运营模式、交易类型以及定 价机制密切联系。 ( 1 ) 输配分开电力市场的运营模式 按市场交易的集中程度，可将输配分开电力市场的运营模式划分为以下三种 【8 3 ) ，【8 4 ：电力联营体模式、双边交易模式以及混合模式。 依据我国目前的电力工业发展现状来看，电网还比较薄弱，而双边交易会使 电网的运行方式灵活多变，对于电网薄弱的地区，双边交易的份额不宜很大，因 此本文的研究工作主要针对第一、第三两种交易模式。 第1 章绪论 ( 2 ) 输配分开电力市场的交易类型 输配分开电力市场中的电能交易通常有以下三种类型 3 1 ：长期合同交易、日 前现货交易以及实时交易。对于供电公司来说，这三种类型的交易市场都是其参 与市场竞争的舞台。 ( 3 ) 输配分开电力市场的定价机制 供电公司构造报价策略时必须依据所在输配分开电力市场的定价机制，脱离 具体的定价机制来构造报价策略是没有意义的。 目前世界各国实际运行的电力市场较多的采用按市场出清电价( m c p ， m a r k e tc l e a t i n gp r i c e ) 结算的定价机制和按报价( p a b ，p a ya sb i d ) 结算的定价 机制。本文研究供电公司的报价策略也基于这两种定价机制。 基于上述考虑，以文献 1 】的研究工作为基础，结合当前我国电力工业改革与 发展的实际情况，本文进一步深入研究输配分开电力市场环境下的供电公司竞价 策略，基于以下输配分开电力市场结构”，如图1 1 所示： a 厂网分开，发电竞价上网。 b 输配分开，输电系统是电力商品的载体，输电系统为所有竞价市场成员 ( 发电公司、供电公司、大用户) 提供无歧视的电能输送服务。 e 配售尚不分开，供电公司拥有配电网络及相应的供电专营区，实行配售 电一体化经营。 d 供电公司和大用户竞价购电，它们是平等的参与竞价购电的市场竞争主 体。 e 供电公司( 大用户) 参与能量市场竞争的交易市场有