（电力系统及其自动化专业论文）联营市场模式下发电商最优竞价策略.pdf

浙江大学硕士学位论文 a b s t r a c t t h i sd i s s e r t a t i o np r i n c i p a l l y p e r f o r m sar e s e a r c ho no p t i m a lb i d d i n gs t r a t e g y p r o b l e mo fp o w e rp r o d u c e r si np o o le l e c t r i c a lm a r k e tm o d e la n db r i n g sf o r w a r dan e w b i d d i n gs t r a t e g yb a s e do nf u z z yg a m et h e o r yo fi n c o m p l e t ei n f o r m a t i o n m a i nc o n t e n to ft h i so n ei st or e s o l v et h e b i d d i n gs t r a t e g yp r o b l e mo fp o w e r p r o d u c e r si na ne l e c t r i c i t ym a r k e t ，e s p e c i a l l yp o o lm o d e l ，i no r d e rt oi n s t i t u t eo p t i m a l b i d d i n gs t r a t e g y f o rp o w e rp r o d u c e r sm a x i m i z i n gp r o f i t s i na ne l e c t r i c i t y m a r k e t ， p o w e rp r o d u c e r sh a v e t od e a lw i t hn o to n l yt h et r a d i t i o n a ls e l f - s c h e d u l i n gq u e s t i o n ，b u t a l s op a r t i c i p a t ei na ne l e c t r i c i t ym a r k e to nt h e i ro w ni n i t i a t i o na n di n s t i t u t eo p t i m a l b i d d i n gs t r a t e g yf o rm a x i m i z i n gp r o f i t s t h u s h o wt oi n s t i t u t eo p t i m a lb i d d i n g s t r a t e g y o fp o w e rp r o d u c e r si na l l e l e c t r i c i t y m a r k e ti s q u i t e a a e n t i v e q u e s t i o n o fp o w e r p r o d u c e r s ，i t sr e s u l tp r o d u c i n gf a r - r e a c h i n gi n f l u e n c ef o re c o n o m i c sa n dc r e d i b i l i t yo f p o w e rs y s t e m i nc h i n a m u c h p a r t i c u l a r i t yi np o w e ri n d u s t r y ，s u c ha sl i m i t e dp o w e rp r o d u c e r s ，l a r g es c a l e o fi n v e s t m e n t ，t r a n s m i s s i o nc o n s t r a i n t sa n dt r a n s m i s s i o nl o s s e s ，d e c i d e st h a t a n e l e c t r i c i t ym a r k e ti s m o tac o m p l e t e l yc o m p e t i t i v em a r k e t ，b u tc l o s et oa no l i g o p o l y m a r k e t b e s i d e sb i d d i n go fp o w e rp r o d u c e r s ，t h a ti s ，b i d d i n gc u r v e sk e e ps e c r e ti nt h e m a r k e t t h e r e f o r eb i d d i n go f p o w e r m a r k e t sb e l o n gt oai n c o m p l e t ei n f o r m a t i o ng a m e t h e o r yo fn o n - c o o p e r a t i o n b u t t h ee x i s t i n gm o d e l so fb i d d i n gs t r a t e g yd o n tc o n s i d e r i n c o m p l e t ei n f o r m a t i o no fo p p o n e n t ，e s p e c i a l l yb i d d i n gp r e f e r e n c ea n db i d d i n g s t r a t e g y v i o l a t i n gt h ec h a r a c t e r i s t i co f b i d d i n g i na ne l e c t r i c i t ym a r k e t t h i sp a p e rd i s c u s s e st h ec o r r e l a t i v eq u e s t i o n so f b i d d i n gs t r a t e g yi np o o lm o d e la n d a p p l i e sf u z z y s e tt h e o r yt ob r i n gi n c o m p l e t ei n f o r m a t i o no fb i d d i n gp r e f e r e n c ea n d b i d d i n gs t r a t e g ym a k i n gb i d d i n gd e c i s i o ni n t on o n - c o o p e r a t i v eg a m e t h e o r y , v e r i t a b l y r e f l e c t i n gb i d d i n gs t r a t e g y o fm a k i n gb i d d i n gd e c i s i o ni nt h ea c t u a lp o w e rm a r k e t s t t h i so n ei n t r o d u c e ss o m eb i d d i n gs t r a t e g ym o d e l so fd o m e s t i cl i t e r a t u r e a n a l y s i s0 1 1 a ne x a m p l es h o w st h a tt h eb i d d i n gs t r a t e g yi sr a t i o n a l i t ya n de f f e c t i v e n e s s o fo u r m e t h o d k e yw o r d s ：e l e c t r i c i t ym a r k e t ；p o o l ；b i d d i n g s t r a t e g y ；g a m et h 。o 。y ； f u z z y s e tt h e o r y ；n o n c o o p e r a t i o n ；i n c o m p l e t ei n f o r m a t i o n 2 浙江大学硕士学位论文 1 1 电力改革综述 第一章引言 目前，电力工业在全世界范围内发生着深刻的变化。电力工业由原来的纵向 一体化的整体体系被分解成为由发电、输电、配电和售电几个独立的市场环节。 电力工业的改革目标在于提高电力生产效率，使电价形成合理化，从而为社会提 供更高质量、更经济、更安全的电力产品，在电力工业内部建立良好的市场竞争 机制，促进电力工业本身的良性发展，并使全社会在电力改革中获得更好的经济 效益和社会效率。 美国、英国等国家率先开始电力体制的改革，将市场机制引入了电力工业， 改革的进程虽然并不一帆风顺，但是体制的变化毕竟给电力工业带来了活力，并 且在进行电力改革的国家和地区获得了一定的成功，从而也激励了世界上其他国 家和地区电力工业的市场化进程。 从国际发展形势来看，电力走向市场是历史的必然。电力走向市场，就是要 将电力工业纳入到市场经济的框架中，通过市场竞争资源，达到资源的最优配置。 但是，电力的生产、运输又有其独立的特点。首先，电能不能大量储存，生产、 运输、消费过程必须同时实现；其次，电力系统作为统一的、不可分割的系统， 需要维持电压、频率的稳定。并保证在各种扰动下满足系统安全性要求。所以电 力市场建设具有其独特性和复杂性，有许多问题在世界各国都还没有很好的解决， 正处在一个探索完善的过程中。 市场的本质是竞争，通过竞争来提高整个电力工业的资源优化。竞争的前提 是公平，公平是市场机制的基本原则。电力市场机制的引入对电力工业的经济性 提出了更高的要求，需要在统一协调安全性和经济性的前提下，切实保证市场规 则对所有成员公平、公正、公开。 深刻的体制变革给电力系统运行和规划带来了巨大的挑战。在电力市场环境 中，发电商与电网公司成为公平买卖、进行电力交易的平等市场成员；电力及其 浙江大学硕士学位论文 服务成为商品。这样，传统的基于粗放管理和行政手段的一系列规划、调度和控 制方案，势必无法适应充满竞争的市场环境，必须用全新的视角重新审视电力系 统运行控制及规划工作的各个环节，引入市场调节手段。 1 2 我国的电力工业改革 在我国，改革开放以来，电力工业得到了很大的发展。经过近二十年的努力， 至1 9 9 7 年初步扭转了全国主要电网缺电的局面，大部分电网实现电力供需基本平 衡。东北、川渝等少数电网由于用电增长速度低于预测水平较多，出现暂时富裕。 过去二十多年的实践证明，电力体制改革以加快发展和向市场经济转变为目 标，解决了连续二十多年的电力危机，形成了比较开放的电力市场和适合当时国 情的电价机制，初步实现了电力工业由计划经济向市场经济的转变。因此，2 0 0 2 年 底，以厂网分开，竞价上网，打破垄断，引入竞争为目标，中国的电力工业开始 了新一轮电力体制改革。 根据新的改革方案，我国电力体制将实施厂网分开，重组发电和电网企业； 实行竞价上网，建立电力市场运行规则和政府监管体系，初步建立竞争、开放的 区域电力市场，实行新的电价机制；制定发电排放的环境折价标准，形成激励清 洁电源发展的新机制；开展发电企业向大用户直接供电的试点工作，改变电网企 业独家购买电力的格局；继续推进农村电力管理体制的改革。 所谓“厂网分开”，主要指将国家电力公司管理的资产按照发电和电网两类业 务划分，并分别进行资产重组。厂网分开后，原国家电力公司拥有的发电资产， 分割成5 个全国性的独立发电企业，由国务院分别授权经营。 在电网方面，成立国家电网公司和南方电网公司。国家电网公司作为原国家 电力公司管理的电网资产出资人代表，按国有独资形式设置，在国家计划中实行 单列。由国家电网公司负责组建华北( 含山东) 、东北( 含内蒙古东部) 、西北、 华东( 含福建) 和华中( 含重庆、四川) 五个区域电网有限责任公司或股份有限 公司。话藏电力企业由国家电网公司代管。 6 浙江大学硕士学位论文 南方电网公司由广东、海南和原国家电力公司在云南、贵州、广西的电网资 产组成，按各方拥有的电网净资产比例，由控股方负责组建南方电网公司。 理顺电价机制是中国电力体制改革的核心内容，新的电价体系将划分为上网 电价，输、配电价和终端销售电价。首先在发电环节引入竞争机制。对于仍处于 垄断经营地位的电网公司的输、配电价，要在严格的效率原则、成本约束和激励 机制的条件下，由政府确定定价原则，最终形成比较科学、合理的销售电价。 随着改革的深入和电力市场供求状况的变化，现行的电力体制已难以适应社 会主义市场经济体制的要求。此次电力体制改革的总体目标就是，打破垄断，b i 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 3 电力市场基本概念与我国国情 电力市场是电力的买方和卖方相互作用以决定电价和电量的过程。更具体来 讲，电力市场是采取经济等手段，本着公平竞争、自愿互利的原则，对电力系统 中的发电、输电、配电、用户等个成员组织协调运行的管理机制和执行系统的总 和。 开放性、竞争性、网络性、协调性以及安全性是电力市场的基本特征。与传 统的垄断电力系统相比，电力市场具有独特的开放性与竞争性。与普通的商品市 场相比，网络性、协调性和安全性是电力市场独有的特征。 电力市场要采用经济手段管理各成员，电价是体现这种管理思想的重要工具。 所以确定电价原则、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) 是电力市场的重要内容。定价原则是否合理是影响电力改革成败的 关键因素之一。美i s n j + i 电力市场的例子就说明了这一点。因为不恰当地限定了 销售电价而放开发电批发价，又由于加州电量供不应求而导致批发电价猛升，这 浙江大学硕士学位论文 一升幅不能反映到供应侧，造成了两个电网公司破产，发生了严重危机。电力市 场除了需要正确的、适合市场经济规则和电力工业特点的指导思想外，还必须具 备一定的技术经济条件。这些条件包括： a ，系统必须有足够的规模( 容量) ，系统中耍有若干个竞争主体，每一主体 都能达到其经济规模，且不能操纵市场。这样既能发挥电力工业中的规模 效应，又鼓励了市场中的竞争。在我国的部分地区，电力工业现在已经 具备了这样的规模。五大发电公司和两大电网公司的成立为电力市场的良 好运行作了物质上的准备。 b 对系统安全性的考虑，系统要有足够的备用容量。电力系统的安全不仅是 经济闻题，更是社会问题。 c 要有高质量的输配电网络系统。这一条件保证了电力生产者( 发电公司) 能够顺利将其产品输送出去，同时也是为减少市场中地方能源提供者操纵 电价现象提供了保证。改革开放以来，为适应经济的迅速发展，我国的电 网扩建与改造始终良好的进行着，这也为电力改革作了必要的物质准备。 d 要有与市场化改革相配套的电力法规与完善的监管机制。由于市场的无序 性，需要法规和监管机制对市场中的不良竞争现象( 例如市场力) 进行控 制与惩罚。在我国电力体制改革中，2 0 0 2 年1 2 月，中国电力监管委员会 正式挂牌成立。 e 要有健全合理的电价形成机制，制订输电配电网过网费的计算原则和办 法，在进行交易时，有关电价、赔偿、分配等问题要做到有法可依，有章 可循。这一领域历来是电力研究的热点与难点，也是我国今后的电力改革 的重中之重。 f 要有切合实际的长期电力规划，明确组织实旋规划的责任主体及办法。与 计划经济时代不同，由于市场参与者的信息分散，电力市场下的长期电力 规划的制定更需要市场参与者之间的信息交流与制定者对市场发展态势的 正确预测。 g 要明确系统运营机构负责发、输、配电间的运行调度工作，确保系统运行 r 浙江大学硕士学位论文 安全。在新一轮的体制改革后，电网公司将担负起这样的工作。 h 建立完善的电力市场运营规则，明确现货市场和长期、中期、短期合同的 关系及管理办法。要求电力市场在进行供求匹配交易的同时，还要确保电 网的安全稳定运行。在我国，电力市场的发展必然引起交易方式的多样性 3 ，如何制定合理的运营规则来引导市场参与者以各种交易方式在市场中 良性竞争是其中的关键。 i 制定保证发、输、配电设施发展的措施办法，处理改革过程中原有电厂的 搁浅成本，补偿新能源与再生环保能源发电，以及给市场提供成熟的技术 系统支持，培育成熟的资本市场与灵活的进入退出机制都是保证电力市场 良好运行所必须的技术经济条件。 电力市场化改革的总体目标是引入市场竞争、使电价形成机制合理化、优化 资源配置、提供优质服务、促进电力工业的可持续发展。在我国，由于电力市场 改革刚刚开始，因此，需要根据我国的国情确立改革的主要目标与次要目标。 我国当前电力工业的特点是：在电价方面交叉补贴现象较为普遍；用电客户 对电价上调的承受能力有限；对建设和扩充电力设施所需的成本具有很大的要求。 部分地区的电力工业情况尚未达到实行市场化的要求。 因此，对于现阶段我国，由于电力工业发展的不平衡，不同地方的改革的主 次目标不同。在电力工业不发达的地区，电力工业的改革的焦点是电力设施的扩 建，改革的目标是吸引电力投资，建设充足的发电容量，基础设施扩建和升级， 系统的安全性与可靠性。而降低电价、提高效率和为客户提供更多的选择则成为 次要目标。而在电力工业相对发达的东部沿海地区，这两个目标的主次关系就会 翻转过来。改革的主要目标就成为在保证系统安全性和可靠性的前提下，降低电 价、提高效率，为客户提供更多的选择和高质量的电能。 最后，在改革过程所需坚持的电力市场的最基本的原则就是公平。对于发电 厂，平等的环境有利于竞争，激励发电厂提高生产效率，降低成本，增强活力。 对于用户，按真实的供电成本收费，尽量减少用户间交叉补贴是保证用户间平等 的根本点。 浙江大学硕士学位论文 1 4 本文所研究的主要问题 本文将重点研究电力市场环境下特别是联营市场模型下的发电商最优竟价策 略。 由于电力工业存在许多特殊性，如有限数目的发电公司、大的投资规模、输 电约束和输电损耗，决定了电力市场不是完全竞争的市场，而是更接近于寡头垄 断市场。因此，在电力市场环境下，为某些地区提供电力的少数发电公司可以通 过策略性的竞价来获取最大利润。另一方面，市场调节或监管机构需要评估发电 公司的策略性竞价行为，考察滥用市场力的可能性，以确定适当的市场结构和管 理规则，确保市场的竞争。为此研究目的，本文将探讨在机组成本分析的基础上， 考虑其他发电商的竞价策略和偏好等不完全信息，建立模糊博弈决策模型，为追 求最大化收益的发电商制定最优竞价策略。 1 4 1 市场模型 当前世界各国的市场交易模式大致可分为三个基本模型：联营体( p 0 0 1 ) 模 式、双边交易模式( b i l a t e r a lt r a d e sm o d e l ) 和混和模式( p o o l 【+ b i l a t e r a lt r a d e s ) 。 所谓联营体模式就是一个短期电力市场，发电商、配电商和终端用户均可进入这 个市场。该模式的调度复杂程度低，系统的稳定性比较高，不足是要把发电、输 电、配电分开，变化相当剧烈，而且发电企业与用户之间必须经过电力库进行电力 交易，影响了用户自主选择发电商的权利，影响了发电企业之间的竞争。它适用 于具有独立且受管制的输电系统，完善的市场结构，强大的技术支持系统，政策 和法律完善的发达国家，或拥有政府财力支持、能够吸引大量投资的发展中国家。 联营体模式 1 是电力工业初步改革所可以采取的一种比较理想化的市场结 构。这种交易的最大特点是将电网看作电能交易的中心，所有发电商以及所有用 户只与电网运营中心发生经济关系。英国的电力市场就是采用这种典型的电力联 营体的运营模式，图1 1 表示了它的组织运营模式。在这种模式中，发电、输电、 配电完全分离，除签订直接合同外，只参与电力联合运营中心进行电力交易。电 沂江大学硕士学位论文 力联营中心的作用是购买电能，同时也是辅助性服务的唯一购买者。也有在市场初 期只开放发电侧，如2 0 0 0 年元月开始的浙江电力市场 4 试点就是采用首先开放发 电侧的联营体模型。本文方法所基于的市场模式就是联营体交易市场模式。 发电公司li 发电公司i - - - 发电公司 输电公司 电力库( p o o l ) 配电公司( 1 2 ) 供电公司ii 供电公司卜“ 供电公司 图1 1 英国电力市场的组织运营模式 由于电力市场波动性较大而且电力的不可存储性，为了保证其稳定性，电力 市场同时存在目前市场、实时市场、辅助服务市场和合同市场等四类市场。日前 市场是电力市场的最主要的特色之一，通过它可以保持电力商品的供求竞争，有 利于提高电厂的生产效率。实时市场作为日前市场的补充，以保证市场供需平衡 为宗旨。辅助服务市场的目的是保证在供需出现突然变故时能使系统恢复平衡， 其中包括无功补偿和各种不同的有功备用。合同市场的目的是规避电力价格波动 的风险，既可以是与交易中心签订的，也可以是与大用户签订的；既有远期合同 也有近期合同。对于发电商而言，这四类市场都是其参与竞争的舞台，所以为了 保证年度收益最大并且风险最低，发电商必须在各个市场上合理分配参与竞价的 电量和容量。本文将着重探讨发电商在日前市场的最优竟价策略。 1 4 2 竞价规则 a 竞价协议 竞价协议大致分为双边合同和拍卖两类，本文将探讨基于拍卖协议的电力市 l i 浙 工犬学硕士学位论文 场。拍卖是一种将负荷分配给发电商的有效机制。不同的市场形式有不同的拍卖 规则。按照不同的分类标准可以分为静态拍卖和动态拍卖( 也称迭代拍卖) ；开放 式拍卖和密封式拍卖等。静态拍卖时发电商只有一次投标机会：动态拍卖时发电 商可以在观察市场出清价和其他对手的出清情况后修改自己的报价。从结算的角 度分为有区别拍卖和无区别拍卖，前者是指赢得了投标的发电商按其报价付给报 酬，后者是指按市场统一价付给其报酬。目前大多数电力市场都是采用密封无区 别拍卖的形式。 b 报价协议 报价协议对于竞价来说是一个至关重要的基础。报价主要有两种形式：单一 报价和复合报价。前者只要求发电商给出它将来每时段的电价曲线，系统调度 中心不负责机组启停安排，由发电商考虑投标策略时计及机组的所有费用及运行 约束，并将这些因素隐含在电价曲线中；后者要求发电商除了上报电价曲线之外， 还要上报机组爬坡率、启停费用以及无负荷运转费用等参数，以反映发电机组成本 结构和运行约束。前者基于分散管理，在市场出清后很难保证其可行性，所以需 要超短期平衡市场的支持；后者基于集中管理，在市场出清后能保证其可行性， 但它在一定程度上限制了发电商的灵活性，难以保证其可行解的最优性。 报价曲线大致可分为两类：分段报价和连续报价。分段报价要求发电商根据 自己的机组构成情况按阶梯报价，其中又分为上升阶梯报价和下降阶梯报价，例 如英格兰电力市场属于前者，荷兰电力市场属于后者。 c 市场出清 日前市场要求参与竞价的发电商按照报价协议向市场组织者( 例如调度中一l 、 或者交易中心) ，上报自己所属机组次日每时段( 般为0 5h ) 的电价和电量曲线： 然后由市场组织者按照竞价协议计算处理得到系统合成供给曲线，与系统合成需 求曲线进行匹配，得到市场出清价和出清负荷；最后根据各个参与者的报价情况 决定每个发电商的出清电量。 浙江大学硕士学位论文 1 4 3 发电成本 准确的成本分析是进行策略竞价的先决条件，即报价仍然必须基于成本曲线 所以为了制定报价策略，发电商首先必须准确掌握机组的成本特性。 a _ 发电成本 就发电站而言，发电成本是由以下四部分组成的，即：总投资费用的折旧成 本c a ：燃料成本c ，；运行维护成本c 。；财务成本c 。 总投资费用的折旧成本 按年限平均折算法计算的折旧成本c 。可写为； 巳= ( 1 4 1 )“ r t ( 1 一曲 、 7 式( 1 4 1 ) 中：c ，一总投资费用的折旧成本，元m 骱；t 发电设备的年 运行利用小时数，h a ；t 电站的经济使用寿命，也就是电站的折旧年限，a ， 国外一般取t 为2 5 3 0a ，我国取t 为2 0 3 0a ；s 发电机终端到售电结算点 之问的线损率，一般取3 7 ，现有火电厂一般取s = 0 ；t 5 7 ( 相对于电站净 功率折算的动态投资费用，元m w 。 由上式可知：为了降低发电成本中的折旧成本，应力求减少电站的动态比投 资费用k 和线损率s ，同时应尽量增加发电设备的年利用时数t 和折旧年限t 。 由于没有考虑电站设备折旧后的残值，因而计算获得的折旧成本会略高一些。 现在电力企业的折旧成本是通过综合折1 日率计算出来的，综合折旧率反映的是整 个企业运行和生产情况。随着电力体制改革的深入和中国加入w t o ，财务计算和经 济分析将会逐渐与国际接轨，也就是说火电机组生产运行情况将直接影响发电折 旧成本。 燃料成本 燃料成本c ，可以按下式计算 浙江大学硕士学位论文 c ，：兽( 1 舭4 ) r ( 1 一曲 、7 式( 1 4 2 ) 中：c 一燃料成本，元m w h ；c ，一燃料价格，元g i ；7 7 机组每年的平均效率。 由此可见，为了降低发电成本中的燃料成本，应力求降低燃料的价格，即尽 可能选用品质适宜价格低廉的燃料，对入场煤品质严格把关，采用科学和先进的 检测手段和管理方法提高入场煤检测的准确性和精度。同时应提高机组的效率， 尽可能使机组优化运行，减低机组的供电煤耗。 运行维护成本 运行维护成本c 。与每年内发电厂所耗的水费、材料费、职工工资与福利基金， 大修预提基金、流动资金的贷款利息和其他费用等有关。但据统计，这项成本在 发电成本c 。中所占的份额一般为1 t 4 7 1 5 3 6 。 财务成本 发电财务成本c 。是指电厂在营运期间的长期借款及流动负债的利息支出费用。 有些电厂是通过银行和财团贷款筹集建设资金，财务成本在发电成本中占了相当 大的份额。其中机组的利用小时数对财务成本有直接影响，利用小时数低，财务 成本就高。 b 发电成本分析 发电厂发电成本c ：的简化公式 c e = c a + c ，+ 巴= y l l 上r t ( 1 - s ) + 而3 6 c e l ( 1 1 4 - 3 ) 式( 1 4 3 ) 中：y 发电成本的运行维护因数，一般为1 1 3 1 1 8 2 。 对上式各变量求导后，就可以对影响火电厂发电成本的主要因素进行敏感性 分析，由此可得： 动态投资费用对发电成本的影响 浙江大学硕士学位论文 j 产2 l i (144)rt(1d _ s l cs 1 、“j 燃料价格对发电成本的影响 堕：羔 (145)dc r ，即( 1 一s ) ”7 机组年利用小时对发电成本的影响 拿：墨嗉 ( 1 4 - 46 ) j f r 2 f ( 1 一s ) ”。 机组年平均效率对发电成本的影响 等一- ”2 3 忆6 z c j _ 、l ( 1 删 d 7 7叩2 ( 1 一j ) 、。7 对于按年限平均折算法计算的发电成本呸而言，从上列式中可以看出： k 对发电成本的影响系数为正，t 和t 对发电成本的影响系数为负。投资费 用和机组使用寿命对发电成本的影响是非常直观的，对于新建项目需要重点考 虑，但对于已投入商业运行机组，k 和t 是个定数，则需要重点关注年利用 小时t 对折旧成本的影响。 燃料价格c 。对发电成本的影响系数为正，平均净效率玎对发电成本的影响系数 为负。一般而言，燃料成本这一块要占到燃煤电厂总的发电成本的6 0 以上， 燃料价格的控制和机组效率管理是发电企业经营管理的中心内容。同时，我们 也要看到燃料管理和效率管理的相关性和复杂性。选择最经济的煤种，需要细 致的工作，需要考虑锅炉性能、机组效率、燃料价格等多方面的因素，具体情 况具体分析。 火电厂发电成本由折旧成本、燃料成本、运行维护成本以及财务成本组成， 其中燃料成本和运行维护成本又称为可变成本，可变成本占到发电成本的绝大部 分，也是发电成本控制的重点。 浙扛大学硕士学位论文 c 成本曲线 5 发电成本与机组功率输出的关系曲线，一般为二次曲线，在经济负荷点取得极 小值，即 c = 口p 2 + 小p + c o( 1 4 8 ) 上式中：c 为机组发电成本；p 为机组发电功率；a ，b 分别为机组发电成本曲 线的系数，c 。为空载成本。 发电平均成本曲线为： 万= 口p + 6 + 罢 ( 1 4 9 ) d 。， 发电微增成本曲线为： c 7 = 2 a - p + b ( 1 4 1 0 ) 当发电成本曲线为二次函数时，发电平均成本曲线为下凹的曲线，发电成本 微增曲线则为直线。a 表示发电成本曲线的曲率，通常n 0 ；成本曲线下凹，微增 曲线是上升曲线。b 表示发电成本曲线的斜率，即发电成本随发电功率增加的速度。 c o , 表示发电成本曲线的截距，它与发电机组空载损失有关，一般为正值。如果发 电成本中包括不变成本的话，主要反映在中。 d 边际成本 5 电力生产的成本通常为平均成本和边际( 微增) 成本。平均成本是指生产单位产 品所需要的货币资源的平均量，其核算基于特定的热力系统运行状态，但不包含 其它运行状态的信息，不能体现运行状态变化的趋势。边际成本定义为单位产品 增量所需要追加的货币成本量。边际成本不仅是系统优化、负荷经济分配的重要 依据，也是企业制定竞价上网的重要参考指标。 在市场经济条件下，发电商需要尽可能详细地了解所辖机组的边际成本和平 均成本特性。平均成本的核算是企业成本核算的重要内容，和上网电价一起，是 计算企业利润的主要参数。而边际成本特性不仅是企业编制机组起停计划、优化 机组组合的依据，同时也是企业竟价的决定性的因素。 1 6 浙江大学硕士学位论文 1 4 4 竞价策略 在理想的、完美竞争的电力市场中，发电厂商的最优竞价策略是将电力价格设 定在边际成本。如果一个发电公司没有以边际成本作为竞价策略，而试图通过利 用市场结构的不完美来增加利润，这种行为就是策略性的竟价。由于电力工业存 在着许多特殊性，如有限数目的发电公司、大的投资规模、输电约束和输电损耗， 从而决定了电力市场不是完全竞争的市场，而是更接近于寡头垄断市场。随着我 国电力体制改革不断深入和发电侧电力市场的逐步建立，发电一商除要解决传统 的机组组合问题外，还必须主动参与市场，制定优化可行的竞价策略，以谋求自 身利益的最大化。 本文的主要内容是解决电力市场环境下( 主要是联营市场模型下) 的竟价策 略问题，其目的是为追求最大化收益的发电商制定最优竞价策略。 1 5 本文所作的工作 本文主要研究了在电力市场环境下特别是联营市场模型下的发电商最优竞价 策略问题，并基于不完全信息模糊博弈的概念提出了一种全新的联营市场模型下 的竞价策略。在第五章中，通过一些算例，将我们提出的方法与现有的联营市场 模型下的竞价策略做了比较，说明了我们所提出方法的合理性和可行性。另外， 在本文的第三章中还对己经提出的常见竟价策略方法做了一个相关的介绍，并在 每一方法的最后分析了这些方法的优缺点。 浙江大学硕士学位论文 第二章竟价策略建立中的相关问题 本章将陈述建立联营市场模式下竞价策略所面临的一些问题。这些问题是确 立竟价策略时所必须要注意和解决的，因此，对于这些问题彻底的分析将有助于 建立较为合理的发电商竟价策略。 2 1 市场力 7 市场力是指市场中的某些参与者所具有的、使交易价格偏离完全竞争性市场 的市场价格的能力。在电力市场环境下，如果发电公司可以通过策略性投标而非 降低成本来成功地增加利润，则称该发电公司具有市场力。 广义地讲，市场力可以分为水平市场力和垂直市场力。一个公司拥有和操纵 从电力生产到传输各个过程的设施，就具有垂直市场力。通常说的市场力是指水 平市场力，具有水平市场力的企业通常对某类市场占有很大的市场份额，能够通 过控制产量来左右市场价格。水平市场力会因一个企业在市场中的市场份额的增 加而增加。因此，市场中的参与者往往通过联盟来扩大市场份额，从而加强其水 平市场力。水平市场力又可分为卖方市场力和买方市场力。目前，世界各国电力 工业主要是供电方市场开放，因此，本文中的“市场力”指卖方市场力。 市场力的实现主要通过下列途径：a ) 发电厂商利用自己在发电市场中占主导 地位，就可明显地抬高市场电价；b ) 发电厂商利用传输线路的拥挤或人为地制造 线路拥挤而使别的发电厂商无法向某些用户供电，只能由他们来供电，从而获得 高额电价；c ) 发电厂商利用自己机组在调峰或调频方面的优势，知道系统必须使 用自己的机组参与调节实时供需平衡，就可从辅助市场和实时市场中获得高额电 价。 一般而言，市场力总是或多或少地存在，因为实际的市场结构与理想的完全 竞争的市场结构总有一定差异，因而应追求的是如何使市场中的市场力影响尽可 lr 浙江大学硕士学位论文 能小，为此，要有市场力大小的度量准则和指标。度量市场参与者所具有的市场 力主要有2 类指标：一类是市场集中度指标；另一类是市场力的直接度量指标。 在此基础上，最近又提出了动态市场集中度指标。 市场集中度指标 以删i ( h e r h i n d a h l h i r a c h m a n i n d e x ) 指标为核心的表示市场集中度的指标， 肌i 指标表示为 = p ? ( 2 1 1 ) 式中p 。为公司i 的市场份额；n 为市场中公司总数。 此类指标的优点是简单，容易在实际市场中应用。但迄今为止并没有任何令 人信服的证据( 理论和实际的) 表明一个公司所占市场份额的大小与其所拥有的市 场力的大小有直接的必然的联系，只能说它们之间有联系而已。此类指标也并没 有反应市场参与者在市场中的策略行为、拥挤约束作用、负荷弹性作用等，只是 一静态的指标。一般只能用作市场力检测的粗略扫描工具。 市场力的直接度量指标 在市场中处于有利地位而拥有市场力的公司，实施市场力的目的就是要维持 高于竞争情况下的价格丽获取高额利润，因此若直接比较市场价格和市场参与者 的实际边际成本，即可反应市场中市场力的影响程度。因而有如下2 种指标： a ) l e r n e ri n d e x 即l e r n e r 指标 l e r n e r ，一p - m c ( 2 1 2 ) 尸 式中p 为市场价格；mc 为公司的边际生产成本。 b ) p c mi ( p r i c ec o s tm a r g i ni n d e x ) 即p c m 指标 p c m ，：f l - m c( 2 1 _ 3 ) m c 。 若p c m i 小于5 ，则可认为市场处于竞争条件下。不难看出，p c mi 与 l e r n e r ，指标是很相似的。 l e r n e ri 和p c mi 的优点是能直接反映价格的标高，从而客观地反映 浙江大学硕士学位论文 了该公司的市场力的大小，因而是度量市场力的真正合理的指标。但是， 在市场情况下各公司的边际生产成本( m c ) 是商业秘密，不易获取。因而 l e r n e ri 和p c m1 只有理论上的意义，在实际市场中很难应用。 c ) 动态市场集中度指标 动态指标是试图在市场集中度指标的基础上计及输电拥挤、市场的需求 弹性、竞争对手之间的竞争行为以及市场进入的壁垒等1 个或几个因素的 作用程度。 2 2 实时电价 6 长期以来我国的电价是基于会计成本或长期边际成本之上的，它们反映的是 长期的电力生产成本和总体负荷水平，并且大多只考虑了供应侧成本而没有考虑 需求侧的用电特性。随着我国电力改革的深入，放开发电侧市场，实行竞价上网， 就需要一种新的电价机制准确反映成本，从而平衡供需，正确引导投资。在这种 要求下，以会计成本和长期边际成本理论为基础的电价核算方法已不能适应将来 的电力市场，以短期边际成本为基础的实时电价被提了出来。公式为 p f = y f ，+ ，m ，r + y 口s ，。+ ，日，+ 叩l ， f + ，7 ，女+ 叩。s k f + y 月- ， ( 2 2 1 ) 其中n ，为第k 个用户在时段t 的实时电价。实时电价中主要包含了三个部分：边际 成本，质量成本和收支平衡项。 边际成本包括边际发电燃料成本y 。，边际发电维护成本边际网络维护 成本吼。，边际网损成本 ，；质量成本包括发电质量成本y ，和网络供电质量 成本。；收支平衡项包括发电收支平衡项，和网络平衡收支项。，实时电价 要以成本为主。 实时电价在实际计算对却不必一定都要考虑这些分量。因为在不同的情况下， 各分量的电价会相差很大，有时一些分量可以忽略不记。如输电功率没有超过电 网的约束，网络维护成本会很小，可以忽略不记，实时电价主要是发电成本费用。 浙江大学硕士学位论文 一旦超过网络约束，实时电价中就会记入一个很大的网络维护电价。 实时电价是在电力市场条件下，着眼于电力的瞬时供需平衡，兼顾电力系统 的安全运行，以电能边际成本为定价依据的一种定价方法。它既反映各时刻供应 与需求的变化关系，又自动反馈调节用户负荷，由用户自行决定自己的用电时间， 达到削峰填谷的效果。同时也为电力企业的经济运行给出了定量的标准，最终使 社会效益获得最优。 2 3 分时报价 分时报价是逐时段( 小时、半小时) 地对负荷进行拍卖报价，如图2 1 所示。 喜 鞭 g 图2 1 分时竞价的负荷拍卖方式 从报价方式的角度看，分时报价有两种方式：单一报价和复合报价。 单一报价方式下，发电商只提交电能报价，机组启停方式由发电商自己确定， 启停费用分配到电能报价中。系统不负责机组运行方式的安排，仅按照报价采购 电能，市场出清简单透明。但是，在单一报价的方式下，机组实际的运行方式根 据发电商的报价由市场竞争来决定，而报价又要依赖于机组的运行方式，这给发 电商造成了报价决策的困难。市场竞争的不确定因素，导致了发电商发电曲线的 随机性。当发电曲线剧烈波动时，会导致发电商的机组频繁启停，造成非经济运 行；严重时，甚至会导致机组的运行方式无法满足其竞标电量。 浙江大学硕士学位论文 复合报价的方式下，发电商的投标包括电能报价、机组启停费用、机组运行 参数( 如晟小持续运行，停运时间等) 。市场出清以系统总发电费用最小为目标， 考虑机组的启停特性和启停费用优化机组运行。 复合报价的市场出清，类似传统管制环境下机组组合优化。这种报价方式集 中处理机组的启停优化，发电商可以得到可行的发电计划。这种运行方式的缺点 在于： 算法复杂复合报价的市场出清是一个高维、离散、非凸、非线性的优化问 题。数学上还没有有效的算法求得最优解。目前的对偶算法、动态规划等算法 都不得不引入了启发式的调整过程。 市场不透明复合报价的方式下，发电商不能决定自身机组的启停方式。机 组的运行由系统根据其电能报价、开停机费用以及机组运行参数综合优化确 定。市场环境下，发电商无法得到其他厂商的报价，单纯地由市场的电能出清 价确定，发电商也无法确定机组是否能够中标，竞价机制缺乏透明度。 公平性复合报价的市场出清是一个复杂的优化问题，当出现退化问题时， 会产生多个优化解。市场环境下，选择哪个解直接关系到发电商的切身利益， 多解的情况下，会导致市场的公平性纠纷。 分时报价方式比较直观，但是没有充分考虑电力生产的持续性特征，给电力 市场的运营造成一些负面影响。因此，采用分时报价的电力市场存在以下的弊端： ( a ) 发电厂商报价及系统确定运行方式比较困难：( b ) 没有体现电能同质同价的公 平原则，导致市场效率降低。 1 4 分段报价 分段报价是按照负荷的持续时间将负荷曲线分成若干持续的负荷分段，对各 持续的负荷分段进行拍卖。 在目前分时报价电力市场中，发电厂商是逐时段进行竟价和结算的。但是， 即使在同一时段，各发电厂的电能质量和电能成本可能相差甚远，因此按照同一 出清价进行结算并不公平。真正的公平竞争应该对同样质量的电能进行竞价。据 塑垩查堂堡主兰垡堡茎 此提出分段报价的概念：分段报价机制把电能按连续生产或连续消费的时间分段， 然后按段进行平衡和买卖，形成出清价。把预测的负荷曲线按连续生产或消费的 时间分为，厶，三，段，相应的持续时间为矗，岛，岛，坼，如图2 2 所示。 l p l l l i 图22 分段竞价的负荷拍卖方式 分段电价p ，是电能生产持续时间h 的函数 p 。= p s ( h ，) 根据电力生产和消费的特点，不同段的电能有不同的生产成本，也具有不同 的使用价值。当h ， hz ) h ， h p 时，相应的电价p 。应有如下关系： p ( h ，t ) p ( h - z ) ( p ( h ，) p ( h ”) 和分时竞价市场相比，分段竞价市场有以下突出特点： 符合电力系统的生产和消费特性，便于发电厂商竞价及系统安排运行方 式，便于解决机组启停问题； 在同样电能质量的条件下竟价，更能体现市场的公平性； 分段竞价市场购买电能的费用低于分时竞价市场，从而使用户获得更廉价 的电能； 分段竟价市场的供应曲线低于分时竟价市场的供应曲线，因而社会效益和 市场效率更高； 可利用类似于电力系统生产模拟方法，方便地确定次日的运行方式及购电 2 3 浙江大学硕士学位论文 计划。 2 5 约束条件 a 输电约束 9 在实际的电力系统中，交易计划的形成往往受到传输线路容量的限制。有可 能出现这样的情况，当各电厂按照不考虑输电约束得到的最优交易计划运行时， 网络中某一传输线路中传输的功率超过了其最大容量，这时就要从全局出发重新 考虑发电量的分配，使交易计划不仅达到经济利益最大还要满足安全性约束。 b 爬( 下) 坡约束 8 在各种约束条件中，爬( 下) 坡约束问题及其解决则是保证电力市场技术支持 系统安全、平稳运行不可或缺的重要一环。 所谓爬( 下) 坡约束是这样一类与时间相关的微分型约束问题：即发电机组( 或 发电公司) 在相邻2 个时段内的有功功率的差值应不大于该机组在此时段内所能升 ( 降) 功率