（水利水电工程专业论文）电力市场中的电价、调度及风险研究.pdf

华 中 科 技 大 学 博 士 学 位 论 文 关健词: 电 力 市 场 多边调度 / 实 时 电 价 / 系 统 边 际 电 你 电 力 今 双 边 调 鸟 / ” 层 双 恻“ 风 险 识 礼 ” 险 管 ” 1 】 华 中 科 技 大 学 博 士 学 位 论 文 abs tract t h e e l e c t r i c it y p r i c e , d i s p a t c h a n d r i s k a r e v e ry i m p o r ta n t t o e l e c t r i c i t y p o w e r m a r k e t s . b a s e d o n m a r k e t s f e a t u r e s , o p e r a t i o n a l r e s e a r c h a n d g r e y s y s t e m m e t h o d s , t h i s d i s s e r ta t io n s t u d i e s th e r e a l - t im e p r i c i n g o n a c t iv e a n d r e a c t iv e p o w e r , s y s te m m a r g i n a l p r ic e a n d i t s s h o rt - te r m f o r e c a s t i n g m e t h o d s i n p o w e r p o o l , a n a l y s e s d i s p a t c h t h e o ry a n d m e t h o d s , a n d g iv e s t h e m e th o d o f r is k id e n t i fi c a t io n a n d m a n a g e m e n t . t h e m a j o r w o r k o f t h i s d i s s e r ta t io n i s o u t lin e d a s f o l l o w i n g : 1 . i t c l a r i fi e s t h e n e c e s s it y o f m a r k e t f o r e le c t r i c i t y p o w e r i n d u s t ry , re v i e w s a n d c o m m e n t s t h e t h e o ry a n d p r a c t i c e o f e l e c t r i c it y p o w e r m a r k e t s ; 2 . i t i n t r o d u c e s t h e c o n c e p t s o f t h e s p o t p r i c e , d i s c u s s e s t h e o p t i m a l r e a l - t i r e p r i c i n g o f a c t iv e a n d r e a c t iv e p o w e r . t r a d it i o n a l re s e a r c h e s c o n s i d e r o n l y th e o b j e c t o f t h e o p e r a t io n c o s t m i n i m i z a t i o n , a n d i g n o re t h e c o s t o f t h e r e a c t i v e p o w e r . h o w e v e r , c o n s u m e r s a re i m p o rt a n t , a n d t h e ir b e n e fi t m u s t b e c o n s i d e r e d i n t h e o p t im a l o b j e c t iv e . c o m b in e d , t h e c o n s u m e r s b e n e fi t w it h g e n e r a t o r s a c t i v e a n d re a c t i v e p o w e r c o s t , it i s p o s s i b l e t o m a x i m i z e t h e t o t a l s o c i a l b e n e fi t o f p a r t i c ip a n t s . u n d e r t h e c o n s t r a in t s o f l o a d fl o w e q u a t i o n s , g e n e r a t i o n l i m it s , t r a n s m is s i o n l i m i t s a n d v o lt a g e l i m i t s , t h e e l e c t r i c i t y p r i c e c a n b e d e t e r m i n e d a t e a c h b u s , w h e r e l a g r a n g e m e t h o d i s a p p l i e d . t h e p r i c e s i g n a l c a n b e s u p p l i e d f o r s m o o t h a n d e f fi c i e n t o p e r a t i o n o f e le c t r i c it y p o w e r m a r k e t s ; 3 . i t in t ro d u c e s t h e c o n c e p t s a n d f o r m i n g p r o c e s s o f s y s t e m m a r g i n a l p r i c e i n p o w e r p o o l , g i v e s t h e p r o p o s a l t h a t f o re c a s t s h o rt - t im e s y s t e m m a r g i n a l p r i c e b y u s i n g g re y s y s t e m m e th o d . t h e t e s t re s u lt s h o w s t h a t p r o p o s a l m e t h o d i s s a t is 助n g ; 4 . i t d i s c u s s e s t h e d i s p a t c h p r o b l e m o f e l e c t ri c i t y p o w e r m a r k e t s , g iv e s t h e m a t h e m a t ic a l f o r m u l a t i o n o f p o o l d i s p a t c h a n d b il a t e r a l / m u l t il a t e r a l d i s p a t c h . o n t h e b a s i s o f c o n s u m e r p a y m e n t m i n i m iz a t i o n , it d i s c u s s e s t h e p o o l d is p a t c h i n p o w e r p o o l a u c t i o n , a n d p o i n t s o u t t h e m i s t a k e s o f t h e c p m m e t h o d , p u t s f o r w a r d t h e s t r a t i fi e d b i - o b j e c t i v e o p t i m a l d i s p a t c h m e t h o d . u s i n g s im p l e e x a m p l e , it c o m p a r e s t h e e ff e c t o f c o n v e n t i o n a l u c m e t h o d w i t h t h a t o f t h e s t r a t i fi e d b i - o b j e c t i v e o p t i m a l m e t h o d a n d p r o v e s t h a t t h e p r o p o s a l m e t h o d i s f e a s i b l e ; 5 . i t i l l u s t r a t e s t h e c o n c e p t s , c l a s s i fi c a t i o n a n d f e a t u re s o f ri s k s th a t e x i s t i n e le c tri c i ty p o w e r m a r k e t s , g i v e s t h e m e t h o d o f ri s k i d e n t ifi c a t i o n a n d m a n a g e m e n t - 一一一一一一 - - 一 - 一 一 - - 一 - 一 一 一 - - 一 一 一 一 - - 叮一一一一 i i i 华 中 科 技 大 学 博 士 学 位 论 文 f i n a l l y , i t s u m m ar r i 7 m t h e w h o l e d is s e rt a t i o n , a n d p re d ic t s t h e d i re c t i o n s i n t h e fi n t h e r res e a r c h . k e y w o r d s : e l e c tr i c i t y p o w e r s p o t p r i c e ; s y s t e m m a r g i n a l p r i c e ; mu lt i l a t e r a l d i s p a t c h ; p o w e r p o o l ; b i - o b j e c t iv e o p ti m i z a t io n ; r i s k i d e n ti fi c a t io n ; r i s k ma n a g e m e n t . . . . 叫 ， . . . 加 . . . . . . . . . . . . . . ， 一一一. ， . . ， . . . ， . . . . i v 华 中 科 技 大 学 博 士 学 位 论 文 第一章电力市场概述 本章阐述了引入电力市场的意义和重要性，对电力市场的有关理论和实践情况进 行了 全面总 结， 介绍了电 力市 场在国 外的 进展 情况以 及国 内 的电 力市 场研究 和 运行 现 状。 9 1 . 1引言 2 0世纪 8 0年代以前，电力系统通常被看作是一个统一的整体，电力工业则被看 作是自 然的垄断行业.它有五个不同的功能，即发电、输电、系统控制 ( 包括调度、 平衡和组织运营) 、配电和供电。不可否认，输电、系统控制和配电这几个领域具有 自 然的垄断特征， 而发电和供电这两个领域则可以 形成市场竞争。但是，长期以 来， 人们并没有认识到这一点，电力工业一直保持着上述五个功能垂直一体化运营的格 局， 即具有自 然垄断的功能和可以 形成市场竞争的功能被 “ 捆” 在一起。 然而，随着社会的发展和技术的进步，传统的自 上而下、垄断式的电力系统管理 模式受到了挑战。引入竞争机制，增加活力，己经成为世界各国电力工业发展的趋势; 建立电 力市场、 进行公平自由的电 力贸易越来越受到人们的重视。 1 .2电 力市场的 棍 念 和墓 本特征 1 .2 . 1 电 力 市 场 的 棍 念 及构 成 电力市场是采用法律、经济等手段， 本着公平竞争、自 愿互利的原则，对电力系 统中发电、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。 电力市场以发电商、配电商、终端用户及市场和系统操作者为主体，通过电网这 个市场载体而构成。按照交易的电能数量，电力市场可分为夏售 ( 或称为批发)市场 ( w h o le s a le m a r k e t )和零售市场 ( r e t a i 卫 m a r k e t ) ，实行现货 ( 市场) 交易和金融合约 交易， 如图1 - 1 所示。 在图 1 - 1中，发电 商把发出的电 力卖给电 力交易中心，电力交易中心再把电 力夏 华 中 科 技 大 学 博 士 学 位 论 文 二 巴 二 竺 竺 竺 巴 二 竺 巴 竺 二 二 巴 巴 竺 二 巴 巴 巴 二 二 ， 竺 竺 二 巴 竺 售 ( 批 发) 给 配电 商 ( 通 过市 场 及系 统 操作 者 来 运作) . 终 端的 大 用 户 也 可以 通过 合 约的 形式 从电 力市 场的 发电 商 手中 直 接购电 ， 而 不 必通过配电 商。 配电 商 从电 力交 易 中 心购得电 力，再将其卖给大小终端用户， 构成了 零售市 场。 在零售市场中， 大的 用 户可以自 行选择配电商。 图1 - 1电 力市场的构成 1 .2 .2电 力 市 场 的 羞 本 特征 与传统的垄断电力系统相比，电 力市场具有开放性和竞争性.与普通的商品市场 相比，电 力市场具有计划性和协调性。电力系统的各成员之间是相互紧密联系的， 任 一成员的行为，均将对整个电力系统产生影响。所以要求电力市场中的电力生产、使 用、交换具有计划性。同时，由于电 力系统要求随时做到供需平衡，所以要求电 力市 场中的供应者之间、供应者与用户之间相互协调。因此， 电力市场具有开放性、竟争 性、计划性和协调性的特征。 1 .2 .3电 力 市 场 的 羞 本 原侧 建立电力市场的目的是在电力系统中引进竞争机制。在一个充满竞争的电力市场 中，参与者之间都是平等的，所以电力市场最基本的原则是公平。对于发电厂，平等 的环境能够促进竞争，激励各发电厂提高生产效率，降低成本，增加活力。对于用户， z 华 中 科 技 大 学 博 士 学 位 论 文 按真实的供电成本收费，尽量减少补贴是保证用户间平等的根本点。 为了 保证电力市场公平竞争原则的执行，必须做到以下几点:( 1 )电力市场要有 公开性 ( 包括成本、定价、计量、计划等) ，以便监督:( 2 )扩大自由选择权利，保 证电网的开放;( 3 ) 必须制定有关法令、规约，以 使竞争规范化。 舀 1 .3 国 外电 力 市场的 兴起与 实践 1 3 . 1电 力 市场 设 立的 历史 必 然性 电力作为一种重要的能源，在国民经济和人类社会生活中起着非常重要的作用。 由 于电 力工业本身投资规模大、 安全要求高、电 力不易储存等特点， 使得多年以 来一 直处于垄断经营中。这种垄断行为在电力工业的早期确实有其可取之处，但随着社会 的日 益发展， 垄断经营的弊端也日 益显露出 来:效率低下， 缺乏活力， 缺乏技术革新 与扩张的动力， 服务意识差，本位主义严重，经常损害消费者利益， 影响相关行业的 发展从而影响整个国民 经济的发展等。越来越多的人们强烈要求限 制这种垄断，呼吁 引进竞争。 在这种背景下，电力工业市场化变革也就应运而生了。 1 3 .2电 力 市场 在 关国 的 实 映 美国的电 力市场是自 发形成的。 早在7 0 年代， 美国 佛罗里达电 力联合集团f c g ( f lo ri d a e le c t ri c p o w e r c o o r d i n a t i o n g r o u p ) 就 有了 经 济 功 率 交 换形 式 的 市 场。 为了 促 进经济功率交换， f c g建立了电力经纪人系统。 在这一系统中，各电力公司提出每小 时报价及欲买卖的电童，由电力经纪人系统在全局最优的基础上进行贸易匹配，这给 f c g带来了很大收益，大大推动了电 力市场在全美国的发展。1 9 7 8 年，美国颁布了公 共事业公司管制法 ( p u r p a ) ,要求公共电力公司以它的可免成本作为价格，从有合 格证的 独立发电 者 ( 主要是新能源发电者和热电 联产者) 那里购电。1 9 8 4年， 缅因州 首先采用发电 侧竞争招标， 按电 力公司 装机可免成本确定 标价， 只对新增发电 容量公 开招标。 此后， 又有3 0 多个州采用强制型或自 愿型竞争招标方式。1 9 9 2 年1 0 月，由 总统批准的能源法 ( e p a c t )颁布， 对发电解除管制，允许发电公司和配电公司之间 进行夏售转供。1 9 9 3年，零售转供问题开始引 起各州的探讨。1 9 9 4年，墨西哥州开 始进行零售转供试点， 加利福尼亚州则提出了 为零售电力完全实现竟争的改革建议。 1 9 9 6年，联邦能源管理委员会 ( f e r c ) 进一步采取措施以加速实现夏售竞争，要求 电 力公司提出在保证电网公平开放条件下的使用电网的价格 ( 费用) ，假定能完全回 3 华 中 科 技 大 学 博 士 学 位 论 文 以分享可用输电 容量的信息 ( 见f e r c o r d e r n o . 8 8 9 ) ;确定了 备用容量价格， 要求使 用电网输送电力的各市场主体有规定的备用 ( 按备用容量价格付费) ，才能获得使用 电网的权力 ( 从上网点到下网点的特定输电 路径) 。1 9 9 6年，加利福尼亚州制定出电 力工业结构重组的决策，并己 于1 9 9 8 年4 月1 日 起开始 采用自 愿型电 力库 ( v o l u n t a ry p o o l ) 模式实施，在零售电 力上实现了完全竞争。 1 3 .3电 力市 场 在 英国 的实 践 英国的电 力市场与美国的不同， 它是在有指导的过程中 形成的。 在1 9 9 0 年3 月3 1 日 私 有 化 之 前， 圣 英电 力 工 业 按 行 政区 域 划 分 为 三 大部 分， 受辖 于 不 同 的 政 府 部门 ， 即能源部、苏格兰自治政府及北爱尔兰自治政府。在英格兰和威尔士，发、输电工业 是由 中央 发电 局 ( c e g b ) 统管的， 它经4 0 0 k v及2 7 5 k v高压电网向1 2 个地区 供电 局批送电力， 这些地区供电局又经1 3 2 k v以 下的 配电网将电 力输送到用户。 c e g b向 这1 2 个地区供电 局发布统一的“ 批发电 价” ， 而地区供电 局在加入自己的配电费 用后， 发布本地区的电价。各个地区的电价互不相同. c e g b同时负贵发、输电 规划。它根 据电 力工业内部制定并由 能源部批准的“ 发电 安全规则” 来决定是否新建发电厂，并 对不同嫌料及新、老电厂适当组合等方面进行统筹安排。 在苏格兰和北爱尔兰， 发、 输及配电则是由 南苏格兰电力局、北苏格兰电 力局和北爱尔兰电力供应局分片独家负 责的。1 9 7 9年保守党政府开始推行主要国有企业的 私有化，目 的在于使有关 行业更加 商业化，更好地响应用户要求和市场规律。 有关电力私有化提案的国会白皮书发表于 1 9 8 8年2月，经各方论证后， 电力法于 1 9 8 9年正式公布。 电力法提出了电力 工业私有化的步骤，并为其结构改革提供了 法制框架。根据 电力法 ，在英格兰及 威尔 士将使发、 输、配、 供各环节分离， 在这个大电 力市场的发、 供两领域中引 入竞 争， 并对所有环节设置明 确的激励来提高效率和改善对用户需求的响应。1 9 9 0 年3 月 3 1日 是 电力法规定的私有化授权日。在这一天， 英格兰及威尔士和苏格兰的国营 电力工业由 1 9个分立的法人所取代。英格兰和威尔士的新格局是 3个发电公司 ( 国 家电 力公司n a t i o n a l p o w e r 、国家发电公司p o w e r g e n 、核电公司n u c l e a r e l e c t r i c ) . 1 2 个地区配供电 公司 ( r e c ) 和 1 个高压输电公司， 组成国家电网公司 ( n g c ) 。当 时 n g c属下还有2 个抽水蓄能电站 ( 它们于 1 9 9 5 年 1 2 月n g c证券上市后从n g c分 离出 去， 随 后 被 美国的m i s s i o n e n e r g y 公司 所 购买) 。电 力 库开 始运作， 零售竞争 机制 开始引入，电力的买卖交易通过一个电力库 ( p o o l ) 来进行， 尽管n g c自己 不是p o o l 的成员，但受p o o l 的委托负责其运行.苏格兰的新格局是2 个发、配、输电 纵向兼并 4 华 中 科 技 大 学 博 士 学 位 论 文 丽 二 体 花 公 司( 苏 格 兰 电 力 公 司 和 苏 格 兰 水 电 公 司 分 别 在 划 定 的 区 域 内 各 自 负 责 ) 及 1 个苏格兰核电公司，零售电力开始实施竞争。在发电市场，苏格兰的发电商通过与 供电商签订合同来售电而不是通过电力库开展发电竞争上网。至 1 9 9 5年，除核电 外， 英国私有化体制构建基本完成。1 9 9 7年 1 0月，电力监管机构受政府之命，联合 p o o l 管理委员会、电 力工业各方面以 及消费者代表，开始对现行电力市场p o o l 模式进行重 新审定。在此基础上，英国能源部长j . b a t t l e于1 9 9 8 年 1 0月宣布推行电力市场根本 性变革的总体方案，其要求是:去除电 力市场中的不合理现象;对电价施加压力 ( 政 府估计批发电价大约可以 下降 1 0 %) :必须保障即时及长期供电的可靠性;提高价格 透明 度， 使 用 户 参 与 价 格 制 定 过 程; 进 一 步 促 进 市 场 章 争 ， 尤 其 是 要 给 各 种 不 同 燃 料 以公平机会;鼓励有利于环境保护的发电 项目 . 其贸易机制由以下一些主要因 素构成: a .远 期 合同 市 场( f o r w a r d m a r k e t ) ; b .相 关 的 衍 生 市 场， 如“ 期 货 市 场” ( f u t u r e m a r k e t ) 和“ 期 权市 场” ( o p t i o n s m a r k e t ) ; c . “ 短 期 双 边市 场” ( s h o rt t e r m b il a t e r a l m a r k e t ) ; d . “ 平 衡 市 场” ( b a l a n c i n g m a r k e t ) 。目 前改 革 方 案正 在实 施中. 1 .3 .4 娜 成 和 劝 典 的 电 力 市 场 实 践 娜威自 1 9 7 1年开始就部分地放开了发电市场，建立了 一个以 边际电价销售的电 力市场，允许年发电 量不小于1 0 0 g w-h 的电 力公司参加，市场由 前挪威电力联合组织 n o r w e g i a n p o w e r p o o l 负 责 运行. 1 98 年， 娜 威第一次 解制 ( d e r e g u l a t io n ) 改 革 建 议 提出 通过竞争优先投资行为。1 9 9 0年，挪威国 家能源法颁布，其主要内 容是: 允许自 由办电厂，开放第三方参与通道 ( t h i r d p a rt a c c e s s ) ，即任何人都可以平等地通过输 配电网 络传递电 能。1 9 9 1 年， 能源法开始实施， 发电 库对外开 放， 供电 商和用户开始 进入发电 库。1 9 9 2 年，将输电功能从s t a t k r a t 分离出 来， 成立一新的输电 公司s t a t n e t , 形成通用的点费率 ( p o i n t r a t e )电网 输电 价格。1 9 9 3 年挪威电力库重组，发电 商通过 每日向电力库竞争报价来向电力库售电。 此外，发电商还可通过与供电 商签订财务类 合同来竞争售电。在瑞典，1 9 9 1年第一次电力工业管制改革方案建议开始提出，具体 内容由国家管制机构n u t e k决定。1 9 9 2 年电力工业开始结构重组和股份化，输电领 域分离出去后，剩余领域成立了两个公共有限责任公司.同年瑞典颁布了电力市场竞 争法，为电力工业改革确定了总体战略。从 1 9 9 3年起， 瑞典开始研究夏售市场改革 问题，提出了建立一个自 愿型电力库的方案。与此同时，有关的法律法规开始变革。 1 9 9 4年，开始拟定电力交易竞争法案，以确立管制框架和设计改革方案。1 9 9 5年， 保证电力市场公平竞争的电 力交易竟争法正式公布。1 9 % 年电 力工业改革正式开始， 零 售竞争和自 愿型电 力库投入运作， 并与挪威电 力库联网， 形成n o r d p o o l . 5 华 中 科 技 大 学 博 士 学 位 论 文 1 .3 .5 澳大利亚的电 力市场实践 澳大利亚自1 9 9 0年开始对电 力工业进行改革.1 9 9 1年， 澳大利亚工业委员会提 出了电力工业解制改革的建议，其目 的在于提高电 力工业效率。1 9 9 1 年5 月，澳大利 亚成 立了国 家电网管理委员 会n g m c ( n a t i o n a l g ri d m a n a g e m e n t c o u n c i l ) ，以 研究电 网和培育市场的问题。1 9 9 2年， n g mc制定出国家电力工业战略，确定了电 力工业 解制目 标和方案，其原则是在发电 和供电中引入竞争机制，开放国家电网，允许私营 电厂、国有公司及公有、私有用户在电力系统中进行公开交易，增加市场成员的选择 范围。 为确保解制成功， 1 9 9 2 年至1 9 9 3 年， 先在新南威尔士( n s w) 和维多利亚 例1 c ) 进行试点 工作， 确定相应的利润中 心， 待时机成熟后， 再 在全国 展开。1 9 9 3年， 政府 电力改革决策委员会成立，国家电力市场的竟争目 的和电力市场实施时间表随之公 布。 按照计划，1 9 9 3至 1 9 9 4年， 开始国 家电 力市场的试点工作， 为电 力市场设计和 电 力工业重组做准备。在1 9 9 3 年到1 9 9 5 年间， v i c州对s e c v进行重组和改 革， 将 s e c v分成1 个输电公司、 1 个电力库、 5 个发电 公司和5 个配电公司， 引入零售竞争， 发电 和配电逐步私有化。1 9 9 5 年， n s w州对p a c i fi c p o w e r 进行电 力工业重组， 将输 电 职能从中分离出 来。1 9 9 6年，国家电网管理委员会制定出国家电力市场运作规则， 经各州及联邦政府审定后颁布实施，澳大利亚国家电力市场正式开始运作.到目 前为 止，己取得了巨额的经济效益和巨大的社会效益。 1 .3 .6其 他国 家 和 地区 的电 力 市 场实 吸 近年来，许多国家都非常关注电 力工业解制所可能带来的经济和社会效益， 并为 此进行了行之有效的电力市场实践。在南美，阿根廷于 1 9 9 2年开始实行电力工业私 有化并进行了相应的机构重组，巴 西、智利和哥伦比 亚等国家也进行了 类似的改革。 在西欧，欧共体能源部长顾问委员会于 1 9 9 2年提出了 第一个电力市场法规草案并于 1 9 9 6年正式通过。在新西兰， 通过实施股份制改造，重构电 力工业，颁布能源政策法 等法规，逐步建立了新的电 力工业体制并于 1 9 % 年正式开始运作。 芬兰也于1 9 9 2 年 确立了电力工业自由化目 标，1 9 9 4年形成电力库，1 9 9 5年开始实施电力市场机制， 并于1 9 9 7 年加入s c a n d i n a v i a n 电力库. 荷兰、 葡萄牙、西班牙、加拿大、日 本等国也 依据本国国情正在实施或完善国内的电力工业改制方案，以逐步形成充满活力、自由 竟争的电力市场。 . - 一一一一一一一一. 6 华 中 科 技 大 学 博 士 学 位 论 文 1 .4国 外的电 力市 场理论 研究 电力市场的实践离不开电力市场理论的指导，电力市场的实践反过来又极大地促 进了电力市场理论的研究。十多年来特别是近几年中，电力市场理论的研究空前活跃， 新理论、新方法不断涌现，主要体现在电 力市场运行方式、电 力定价与报价问 题、调 度问题、转运、传输及辅助服务理论等几个方面: 1 . 4 . 1电 力市场运行方式 目 前国 际 上电 力 市场 的 运 行 有 两 种 方 式， 一 种是 美国 加 利 福 尼亚 州 独 立系 统 运 行 员i s o ( i n d e p e n d e n t s y s t e m o p e r a t o r ) 与电 力交易中 心p x ( p o w e r e x c h a n g e ) ，即电 网 运 行与市场交易分立11 . 3 1 ;另一种是大多数电力市场所采用的调度与市场交易一体化形 式. 在第一种运行方式中，i s o对保持系统可靠性、提供无歧视传输及负荷与发电资 源的实时平衡负有责任， 而 p x则是一个与任意发电资源无经济利益的机构， 它具有 为能源供需提供透明的竞价的功能，为所有的市场参与者提供随时间变化的价格信 号。 而第二种方式则将调度与交易权力归为一个机构拥有，它既要负责电力市场的调 度问 题，又要负责市场参与者竞价上网的过程。相对来说第一种方式更能体现电力市 场的公平、公正和公开的原则。 但是，由 于电力系统安全的 特殊要求， 在目 前情况下， 第二种方式则能更好地管理市场，保证市场电力的可靠性、安全性，故大多数国家采 用这种方式。随着电力工业技术的 进步及管理体制的变革，第一种方式将更具有生命 力。 1 . 4 .2电 力 定 价 与 报价间 瓜 价格是市场的基础，是竞争的起点。电力市场要求采用经济手段管理市场参与者， 必须首先确定体现市场特征的电价。换句话说，确定电价原则，计算贸易电价是电力 市 场 的 主 要内 容闭 . 一 般 情 况 下， 影 响电 价的 因 素 有: (1) 发电 燃 料费 、 输、 配电 损 失费，( 2 )管理费，( 3 )发、输、 配电维修费、设备更新费，( 4 ) 发、输、配电 发展 费用等。这些因素将影响基础电价。具体计算基础电价的方法有综合成本方法 ( e m b e d d e d c o s t m e t h o d ) 、 长期边际 成本方法 ( l o n g r u n m a r g i n al c o s t ) 与实时定 价 理 论( s p o t p r ic e t h e o ry ) 三 种 s . 。 。 10 . ” ， 12 , 13 3综 合 成 本 方 法 就 是 计 算 在 未 来 给 定的电价计算期内为了 供电 所需的全部成本，并将其分摊到各个用户。长期边际成本 方法则首先预测未来给定的电价计算期间的负荷容量和用电量，然后制定系统发展规 7 华 中 科 技 大 学 博 士 学 位 论 文 玩瘫疵不骊绳蓉 量 成 本 及 供 电 电 量 成 本 ， 再 用 优 化 方 法 得 到 长 期 边 际 容 量 电 价 与 电量电 价。实时电价是在考虑运行和基本投资的情况下， 在给定时段向用户提供电能 的边际成本。采用综合成本方法及长期边际成本方法计算电价，反映的是一个较长时 期电 力生产成本及总体负荷水平，而不能反映负荷及供电能力在短期内变化时 ( 如负 荷的突然上升或发电机、 输电线的意外故障) 所引 起的生产成本的变化。随着经济的 发展，负荷的日曲线变化越来越大，从而造成系统供电成本在一天中的不同时段变化 较大。 人们为了反映这种变化， 采用了分时电价 ( u s e o f t i m e ) ， 较典型的就是峰、 谷、 平三段电价。分时电价能大致反映供电成本随时间的变化，但由于分时电 价的时段划 分是固 定的、 各时段电价之比 也是固定的， 这样只能反映一段时间 ( 一年或几年)内 日负荷及供电成本的统计规律，而不能精确反映每天各时段负荷及供电成本的变化n n 实 时 电 价 则 能 反 映 短 期( 0 .5 小 时 甚 至 更 短 时 段 ) 的 生 产 成 本 及 用 电 量 信 息 ， 从 而 能 够指导用户优化用电 15 . 16 . 17 . 18 1 。各发电厂在基本按照发电 计划发电的前提下， 可在一 定范围内依据上网电价调整自己的发电量1 19 1 。 然而，上述研究仅考虑了有功电 力的定 价问 题，对无功电力则未作讨论。尽管无功电力成本较小， 但在市场情况下也必须体 现其价格。 m.l .b a u g h m a n 与s .n . s i d d i g i 等人提出并 研究了 无功电力实时定 价问 题1 9 . 2 0 . 2 11 ， 并改 革了原有的实时定价理论121 。 但是， 这些 研究均没有考虑用户的利益， 而用 户却是电力市场的 重要参与者. r j .k a y e 与r e w 。 等人则对电 力市场中的安全性定价 问题给出了数学描述，并加以 探讨r u 实时电价理论尽管是电力市场理论研究的一大突破，但目前仍处于试验阶段，尚 未得到广泛的应用。在实际电力市场中，采用的则是其它形式的价格结算方法，如英 国电 力 库 ( p o w e r p o o l ) 模式下的系 统 边际 价格s w ( s y s t e m m a r g in a l p r i c e ) 、 美国 宾 夕 法 尼 亚 ( p e n n s y l v a n i a ) 、 新泽 西( n e w j e r s e y ) 、 马 里 兰 ( m a ry l a n d ) 及纽约 ( n e w y o r k ) 等 地i s o系 统的 位 置 边际 价 格l m p ( l o c a t io n a l m a r g in a l p r ic e ) 及澳 大 利 亚 等国 电 力 市 场 中的电 价确定方法。文献 2 5 介绍了 系统边际价格。它是指在所有参与报价的 发电方 中按照报价从低到高的顺序选择满足负荷需求时的最高报价作为最终的电力价格.该 价格 加 上容量费 用 就是电 力 库的 购买电 价p p p ( p o o l p u r c h a s e p ri c e ) . p p p 加上相 应的附 加费 用，即 构成电 力库的 销 售电 价p s p ( p o o l s a l e p r i c e ) 。 文 献 2 6 介绍了 位置 边际 价格 l mp 。由于传输线损和传输拥挤，造成了不同位置的实时电价也不相同，因而引入位 置边际 价格的概念很有必要。澳大利亚电力市场区分大用户和小用户。小用户必须参 加零售贸易，其所需电力由零售商供应.小用户可以选择不同的零售商，从而获得最 优的电价和供电方式。大用户则可进入批发电力市场中，经由电力库通过与供应商签 订长期 双边合同、或者进入短期提前电 力市场、 或者进入实时电 力市场等方式购电。 一一一-一一一. - 一 . a 学 博学 位 论 文 在短期提前交易市场中操作过程为 ( 1 ) 买方给出 报价 当市场电价低于此报价时， 买 方买电: ( 2 ) 卖方给出 报价，当 市场电 价高于此报价时， 卖方卖电; ( 3 ) 电 力市 场根据 买、 卖双方的报价， 绘出 梯形曲 线，交点即为结算电价. 所有报价高于结算电 价的买 方和报价低于结算电价的卖方将参与交易。发电方与用户的未能由 长期双边合同和短 期提前交易完成的电力交换则可继续在实时电 力市场中进行交易，此时的价格则与英 国的 系统边际价格类似。网 络使用费则需另外计算。 由于电价在市场中和参与者收益方面的巨大作用，许多学者开始采用多种方法研 究竞价策略和预测电 价。 竞 价 投 标 问 题 主 要 针 对 电 力 库 模 式 。 在 该 模 式 下 ， 发 电 公 司( 声 有 些 电 力 市 场 中 ， 大用户也参与投标)向市场操作员提交下一个交易时段所能提供的电力以及要求的价 格。 市场操作员根据预报的负荷和所有发电公司的投标， 按照电力价格从低到高的次 序确定发电调度和系统边际电 价。 文献 2 刀 首次针对英格兰和威尔士电力市场研究了 发电公司的投标策略问题，构造了一个概念化的投标模型，提出了以动态规划为基础 的 方 法。 文献 2 8 ) 研究了2个发电 公司 竞 争供电 的 情 形， 采用了 概率 密 度函 数 来 模 拟 竞争对手的生产成本函数，构造了次最优的投标策略。但这种方法无法直接推广到有 多 个发电 公司 参与 竞争的电 力市场中 去. 文献 2 9 ,3 0 ) 提出 了 采 用一些 智能 方法， 如 遗 传算法、遗传编程和有限状态自 动机，来构造自 适应的、进化的投标策略，基本思想 是 先 给定 一 些候 选的离散 投 标策略， 然后 用这 些智能 方 法从中 搜索 最 优的 策略。 文献 3 1 讨论了 用l a g r a n g e 松弛法 ( l r ) 作为 竞 价方 法时 发 生的问 题， 并 提出 了 投标 修正的 建 议。 在电 力库模式下， 发电 公司 要每隔一定的时段向电 力库提供自己 的发电量和 报价， 因此系统边际电 价每隔一定的时段有一个确定的值，从而可视为一个时间序列。时间 序列法一般包括时序模型识别、模型参数估计、 模型定阶及预测等步骤。它首先根据 电 价的历史资料， 设法建 立一个合适的 数学模型， 然后用这个数学模型一方面 来描述 电 价这个随机变a变化过程的统计规律性，另一方面在该数学模型的基础上再确立电 价预报的数学表达式，对未来的电价进行预报.具体运用时，人们总是先去识别与实 际预测目 标序列相符合的一个随机模型，并估计出随机模型中的未知参数，再对随机 模型进行考核，当确认该随机模型具有适用价值后，再在此基础上建立预测表达式进 行预报。由于时间序列分析理论的不断发展和完善，随机时间序列预测技术目 前已 成 为电 力市场.,电价预报的较为成熟的方法。利用该模型及其改进算法，许多电 力库都 对电 价进行了 较为成功的预报。大量的事实表明，随机时间序列预测模型的建模依据 了 严格的统计基础， 预测的精度较高，比 较适用于中 短期预测问题。 但是，该方法的 计算过程比较复杂，要求的样本容盘较大，并且 s np毕竟不是一个按正常规律变化 一-一-一一一一-一 9 华 中 科 技 大 学 博 士 学 位 论 文 的量，它不直接取决于气象因素等众多随机变量，而是与负荷曲线 容量、发电商的报价模式、系统和机组的约束条件等因素密切相关 系统可用的发电 单纯从一般的时 间序列分析角度预报，可能会忽略问题的一些本质特征. 近十多年来，人工神经网络a n n ( a r t i fi c i a l n e u r a l n e t w o r k s )以 其独特的优势引 起了人们的极大关注。其基本思想是从仿生学的角度对人脑的神经系统进行模拟，使 机器具有人脑那样的感知、学习和推理等智能。对于系统边际电价，神经网络的吸引 力在于:( 1 )能够充分逼近任意复杂的非线性关系，因为电价与负荷需求、供应量、 输电能力及社会环境、人的心理因素都有关系，且这样的关系具有高度的复杂性;( 2 ) 能够学习与适应高度不确定系统的动态特性，而电价恰恰具备不确定性这一特征; ( 3 ) 所有定量或定 性的 信息都等势分 布储存于网 络内 的 各神经元， 故有很强的 普棒 性和容错性。这些特点显示了神经网络在解决高度非线性和不确定性的系统边际电价 预测方面的巨大潜力。 文 献【 3 2 将a n n首 先 应用于s n p 的 预测， 探索了a n n 技术 在该 领域的 应 用价 值。 在该文中，首先考虑了决定系统边际电价的系统电力备用 s p r ( s y s t e m p o w e r r e s e r v e s ) 和系统潜在需求s p d ( s y s te m p o t e n t i a l d e m a n d ) ， 定义了向 量x ( t) , x( t ) = s p d ( t 一 2 ) , s p d ( t 一 1 ) , s p d ( t ) , s p r ( t 一 2 ) , s p r ( t 一 1 ) , s p r ( t ) , s m p ( t 一 2 ) , s m p ( t 一 1 ) , s mp ( t ) ) , t = 3 , 4 , - . . ,4 8 . ( 这里 假设一天被分 成了4 8 个时段， 每个时 段为0 . 5 小时 ) 然后，构造一具有 巧 个输入节点、巧 个隐层节点和一个输出节点的三层前馈