（电力系统及其自动化专业论文）pab与mcp电价机制下的市场均衡分析.pdf

塑垩查兰堡主兰垫堡苎 a b s t r a c t a se l e a l r i c i t ym a r k e t sa r er a p l m ye m e r g i l l ga r d u n dm ew o r l d ，at i l n e l yt 叩l ca r i s e s ， m a ti s ，h o wt op r e d i c to ra n a l y z e 血ep e 触a 1 1 c e0 fag i v e nm a r k e td e s i 鲫t h e a n s w e ro fm eq u e s t i o nc a l ls i 弘i f i c a n t l yi l l f l u e n c ep o l i c y m a 虹g t h em a i n 姗a m a p p r o a c hi s 也a to fg 蛐e 也e o r y t h ei d e ao f t l l i sa p p r o a c hi s 协p r e d i c tm a r k e t p e 晌m a n c ea s s 岫i n gt h a tm a r k e tp l a y e r sw i l lt a k en a s he q l l i i i b r i 哪s h 啦e g i e s i nm i sp 印e r w ef 曲m u l a t eab i l e v c lp r o g r a u n 1 1 l i n gp r i c ec o i n p e t i t i o ng a m ef o r m o d e l i n g0 1 i g o p 0 1 i s t i cc o m p c t i t i o ni nas i n g l e - p e r i o de l e c m c 时t n a r k e ta u c t i o n ，诵也 m ea s s u n l p t i o nt l l a tg e n e r a 士o rm a r g i n a lc o s t sa r ei d e n d c a l w ea l s oc h a r a c t e r i z en a s h e q u i l i b d 啪u n d e rt i g h ta n dw e a kc a p a c 酊c o r l s 订a i n t sb o 也i nm c p ( m a r k e tc l e a r i n g p r i 嘞锄d p a b ( p a ya s b i d ) 两c 洫g i n 也e o m w e ( 1 e d u c e t h a t p a bp r i c i n gr e d u c e s p r i c ev o l a t i l i 哆u n d e rt i g h tc a p a c 毋c o n s t r a i n t s 谢也c o s to ft l l el l i g h e ra v e r a g em a r k e t p r i c e a n da na u 【c t i o ne 埘椭e n ti sd e s i 掣1 e da n dc o n d l 烈e dt ot e s tag 锄e - 也e o r e t i cr e 乳d t i m m d u c e db yt h ea u t h o r s t h er e s u l t ss h o w 也a t 也ep r e s e n t e de x p e r i m e mi s r e a s o n a b l ea n de 丘b c t i v c 1 磅啊o r d s ：e l e c t r i c 坶m a f k e t ；m a r k e tp o w e r ；g a m et h e o r y ；n a s he q u n i b r i l 皿 浙江大学硕士学位论文 第一章绪论 1 1 发展中的电力市场 l 。1 。l 世葬各国淑力市场化进纛豳颞 电力行业在世界各国都是自然垄断行业。电力市场化的茸标在于打破垄断， 提高电力生产效率，提供高质爨、更安全的电力产品，使电价形成机制台理化， 箕最终器的是社会效益最大化。 智利是世界上最早实行电力市场化改革的国家。1 9 8 2 年，智利正式颁布了 新电力法，以法律的形式确立了输电系统向所有发电厂商和用户开放的原则，打 破了舞区垄瑟，难式启动了合网电力交易和实辩电力交易的方式。 英国电力市场化改革开始于1 9 8 7 年7 月颁布的电力法，并予1 9 9 0 年4 月撤销了垄断经营的中央发电局( c e 锄) ，把发电，输电，配售电的功能分开， 按莺家电网公司，3 个发电公司耱1 2 个遗区售电公司的模式运作。葵匿静电力 市场化改革模式，打破了电力行业垂直一体化垄断结构，建立了竞价上网的市场 机制，并将国有电力资产私有化。英国的改革经验，后来被许多国家所借鉴1 一。 挪威于1 9 9 1 年建立了电力市场，瑞典、芬兰和丹麦箍后加入，形成了首个 竞争性跨国电力市场北欧电力市场( n o r dp 0 0 1 ) 1 3 一。 澳丈稠亚政麝在1 9 9 1 年7 月成立了国家电网局以推动电力市场。居来正式 建立了国家电网管理委员会来监管电网运营。1 9 9 2 年1 2 月该委员会颁布了国家 电网规约，规定了3 万k w 以上的发电厂和1 万k w 以上的用户都可以作为规约 的成员单位自由她在国家电网交易。 9 0 年代中期，美国联邦能源娄员会陆续颁布了一系列法令( f e r co r d e r8 8 8 ， 8 8 9 ， 2 0 0 0 ) ，各州实行放松管制的改革，其中以加州、宾州的改革最具代表性 【5 ，胡。 综上所述，备圈电力市场的推动者都是各国的政府或者议会而不是电力行业 本身。我国电力工业属于国有，现在的国家电力公司属于国有企业，与国外的私 有奄力公司性质霄繇不同，但楚作为一个企效，其主要封标是盈穗，弗不其各市 浙江大学硕士学位论文 场监管的职能。因此，我国的电力市场化进程同样必须有政府来推动，主要包括 立法和重组电力工业并建立有效的市场监管体系。 1 1 2 我国的电力工业改革7 】 当前，实行商业化运营、走向市场已成为我国电力工业改革的大趋势，其总 体目标是：打破了垄断，引入竞争，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，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。 提高电力工业效益包括合理利用和分配资源，降低电能成本，增加企业收入。 所有这些目标都和提高供电质量与可靠性紧密联系在一起，并且电力部门应向用 户提供更多的选择，从而使整个社会效益最大化。企业效益的改善可以吸引更多 的投资者参与电力工业的建设，使之走上健康发展和良性循环的道路。 中国的改革开放使电力工业出现了产权多元化的局面。外资、合资、地方集 资等多种办电形式的出现，一方面对缓解电力供需矛盾起到了积极的作用，另外 一方面也形成了利益主体多元化的局面。如何协调好各方面的利益已经成为一个 非常重要的问题。如果没有健全的市场机制和监管体系，对待不同产权的电厂， 往往会出现两种倾向。一种是对系统内的电厂采取保护主义，不管电厂的效率如 何，优先保证其发电量，这样一来无疑会降低社会总效益：另一种是为了吸引外 资，给予其电厂种种优惠待遇，使其不承担风险就可以获得利润，这样必然会损 害国家利益。只有走向电力市场才能平等互利协调好现有各投资方的利益，使投 资者在承担一定风险的情况下有利可图。只有健康的电力市场才能进一步吸引投 资，增加产出，从而有助于提高经济效益。 一个完善的市场应满足以下条件： 1 ) 供应方的产品成本随着需求量而改变； 2 ) 需求方的需求量随着商品价格而改变； 3 ) 自由买卖的市场机制； 4 ) 买方无垄断行为； 5 ) 卖方无垄断行为。 2 浙程大学硕士学能论文 我国电力工妲的运营和以上条件有很大的差距，而发达国家的电力工业已基 本上满足以上前面4 个条件，第5 个条件尚不满足。这是因为电力工业的发展历 史搜之在世界各瀑成为鑫然垄甑舞、韭。一般每个建区至少有个电力公司垄酝着 该地区的发电、输电、配电和售电业务。然而正是这种挚断损害了电力工业的效 益，限制了电力工业的竞争，使其逐渐失去了活力。因此，从2 0 世纪8 0 年代以 来，在世爨范强肉歼始了垂上谣下的电力市场改革，其曩的是打酸垄断，键进蠡 由竞争。目前，各国还在探索适合本国国情的电力改革之路，但是也积累了一些 成功的经验，并取得了很好的效益。 虑力改革意味着打破传统耄力工业的发电、输电、配电的级彝一体化结梅， 使发电、输电、配电分离，使发电及配电都能在个开放的电网上进行自由竞争。 这种改革对电力工业带来强烈的冲击，对电力系统规划、运行、管理有深远的影 响，不仅涉及电力工韭本身的逐营，还涉及捌政治、法制、经济、管理等诸多领 域。 髫前，我国的电力体制主要毒在如下闽题： 1 ) 垄断经嚣管理的体制性缺陷日益明摄。电力行业目前存在成本高、人员 多、效率低等问题，服务质量有待进一步提高；厂网不分使发电环节难 以形成公平竞争匏巧境，其饱投资主体对发电协调不公的放映目麓强烈； 供电垄断使用户没有选择权，不利于改进服务质量。 2 ) 省间市场壁垒阻碍电力资源的优化鼯己置。鼓励各省自行解决缺电问题的 方针曾经调动了地方办电豹积极性，毽在现行财税体制下，魄力资源的 配置出现了“分省平衡”和“地方保护”等问题，不利于跨省电力市场 的形成和电力资源的优化配置，阻碍了国家“西电东送”战略的实施。 3 ) 现行的蟹鸳方式不适废发展要求。政府对电力工数的篮管体系不健全， 政企不分现象仍在一定程度存在；现行的以单个项目成本为基础的定价 方式，脱离了市场供需关系，不利于控制工程造价：农村电价过高，不 利于农树生产生活条彳孛斡改善；电力环保法攘不健全，不程于激励清洁 电源的发展和污染的减排。 4 ) 我国经济发展不平衡，学致了负荷分布不均匀。另外我国的能滋分布也 浙江大学硕士学位论文 极不均匀。水电基地集中在西南，火电基地集中在华北和西北。即使在 一个大区，通常也存在着不同省份的电力能量交换，如西北地区，水电 集中于青海、甘肃，火电集中于陕西、宁夏，每年水火电交换能量很多。 我国的电力系统目前通过省网或跨省电网的互联，已经形成了具有不同 特点的大规模电力系统。因而互联电网的功率交换和电能交易已经势在 必行。互联电网的功率交换必然会涉及各省的经济利益。传统的计划经 济采用行政命令的手段规定省间的功率交换，往往不能兼顾各方的利益， 挫伤了各方的积极性。为此，只有在电力市场化的基础上，遵循平等互 利的原则，按照经济准则实行电力电量交易，才能充分发挥各方的积极 性。 5 ) 近年来随着电力工业的发展和国民经济结构的调整，我国的电力供需形 势发生了新的变化，电力供需矛盾趋于缓和。虽然目前这种供需平衡还 很脆弱，是一种低用电水平下的饱和。电力企业由电力和用户的管理者， 转变为电力经营者和用户的服务者。其职能已由分配电力和限制用电转 变为搞好需求侧管理和鼓励用户用电上来。为了促进电力销售，一些供 电企业自觉不自觉地开始探索市场经济条件下供电企业的工作模式，不 断转变思想，按市场经济规律来加强电力调度、检修工作，加快城乡电 网的建设和改造，提高服务水平。电力企业的这种促销行为，在客观上 加快了电力市场的步伐。因此，电力供需形式的新变化为电力市场化的 到来起到了推波助澜的作用。 6 ) 互联电网的不同区域在不同时间的发电成本有所差异，让边际成本低的 区域向边际成本高的区域供电，不仅可以节约现有资源，还能使参与交 易的区域从中获得经济效益。电力市场的运行机制又可以促进联网效益 的实现，公平竞争的环境有利于市场成员在电力市场交易环境中进行自 由交易，以获得较高的经济效益。交易计划的制定关系到能否实现全网 的经济效益最优，而利益能否合理分配会影响到交易的积极性。 我国电力体制改革的目标是：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 4 浙江大学硕士学位论文 电力市场，实行新的电价机制；制定发电排放的环保折价标准，形成激励清洁能 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 家买电的格局，继续推进农村电力管理体制的改革。2 0 0 2 年底，国家电力公司 已重组为两家电网公司和5 家发电公司，标志着我国电力市场化改革已进入到实 质性阶段。 1 2 电力市场的本质、原则和基本特征 电力市场的本质是竞争。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，通过竞争来达到资源的优化配置。电力工业纵向“松绑”，实行“厂 网分离，竞价上网，输配分开，竞争售电”，集中体现了电力市场竞争的本质。 竞争的前提是公平，公平是市场机制的基本原则。在一个充满竞争的电力市 场中，市场参与者之间是平等的，所以电力市场最基本的原则是公平。对于发电 厂商，平等的环境能够促进竞争，激励各发电厂商降低成本，提高效率；对于消 费者，按真实供电成本支付，尽量减少用户间补贴是保证用户间平等的根本。电 力市场的成功运行，需要公平、公正、公开的环境。 开放性、竞争性、网络性和协调性是电力市场的基本特征。与传统的垄断电 力系统相比，电力市场具有开放性和竞争性。与普通的商品市场相比，电力市场 具有网络性和协调性。 1 3 电力市场研究的问题 目前，电力工业的改革席卷全球。改革有许多模式，且这些模式也处在不断 改进之中。我国处于社会主义初级阶段，改革的起点和国外不同。因此，我国电 力工业改革的终点和国外也不会完全相同，照搬任何现成的外国模式都是不可取 的。 近几年我国一些地区在电力市场化方面做了一些有益的尝试，并获得了一定 的经济效益。但是在电力市场的结构方面，在电价体系和交易机制方面缺乏必要 的理论基础。这就阻碍了改革的进一步深入。 s 浙江大学硕士学位论文 以下是电力市场研究中的热点问题： 1 3 1 电力市场结构 目前各国电力工业改革的相同之处是厂网分开，但输电网服务这一部分的商 业化运营机制各不相同，而这正是各国电力市场最具特色的部分，也是电力市场 不同于其他商品市场的关键部分嗍。输电网服务要素主要包括电能交易中心p x ( p o w e re x c h a i l g e ) ，独立调度i s o ( k d 印e n d e n ts y s t e m0 p e r a t i o n ) ，输电设备拥 有者p 0 ( t r 懿m i s s i o n0 、j l m e r ) ，辅助服务a s ( a n c i l l a r ys e r v i c e ) 和发电协调 s c ( s c h e d u l e r c o o r d i n a c o r ) 。这些要素的不同组合就形成了不同的电力市场结构。 以下对这5 个组成要素进行简单介绍。 1 ) 电能交易p x p x 的主要职能是提供一个电能供求双方交易的场所。交易期限可以涉及1 小时到1 2 个月。最常见的是日前的电能交易，但应辅以1 2 h 的交易和几个月 的交易。p x 的最简单的形式可能是用信息板的形式使电能的供求方签订双边合 同。但p x 也可以作为一个交易竞价中心，按供求曲线确定市场出清价，并以出 清价作为电能交易结算的依据。采取这种方法可促使竞价者在市场上报价以接近 其边际费用。 2 ) 独立调度i s o i s 0 对电力系统进行操作并对所有输电系统用户提供服务。对i s 0 的基本要 求是不从发电和负荷市场获得经济利益。在大多数情况下，独立调度也包含不拥 有输变电设备，和不从这些设备中获得经济利益。i s o 的主要职责包括：运行方 式制定，适时调度，系统监控，在线安全分析，市场管理以及经营辅助服务。 3 ) 输变电设备拥有者1 0 电力市场条件下输变电设备应对所有用户开放。为了形成公平透明的竞争市 场，应有独立的i s o 来调度输电系统并向所有用户提供输电服务。但输变电设 备的维修、操作仍属于输变电设备拥有者的业务。输变电拥有者主要考虑输变电 规划和在新的环境下进行市场分析。后者包括输电系统阻塞的收入、一次和二次 输变电设备使用权以及输变电基础设备在通讯等其他市场的收入。 浙江大学硕士学位论文 4 ) 辅助服务a s a s 提供输电系统支持服务以保证电力系统的可靠运行。实际上，a s 主要 提供有功和无功电源，使输电系统安全稳定运行。 根据市场结构的不同，辅助服务的交易可在p x 或i s o 中进行。辅助服务 可捆绑在一起成套提供，也可以分开提供。英国的国家电网公司n g c 属于前一 种类型，而美国电力市场多属于后一种类型，即辅助服务可以由用户自己提供或 由i s o 提供。 由输电用户自己提供的辅助服务包括：调节备用、旋转备用、辅助备用( 非 旋转备用) 及电能不平衡消除等。如果用户自己不能保证，则必须向i s o 购买。 以下两种辅助服务必须向i s o 购买：无功电压支持和系统控制再调度。 5 ) 发电协调s c s c 把电能供求双方撮合在一起，而不必遵从p x 的规则。p x 可以看作是一 个受管制的s c 。s c 以分散的方式促进电能供求进行交易。发电协调者通常需要 传统的开停机优化软件和市场分析、竞价策略以及合同优化等配备的分析软件。 根据上述5 项职能，可以在电力市场形成5 种类型的机构，比如美国的加州 电力市场：但也可以将其中的一些职能结合起来形成较少类型的机构，比如挪威 将i s o 和1 o 结合；英国将p x ，i s o 和t o 结合，由n g c 负责等等。 一般来说，输电网职能分类愈细对电力市场的竞争、透明度和公平性愈有利。 但在管理、硬件和软件方面都会带来一些问题。如何构成适合我国情况的电力市 场，使之适于过渡、易于操作、利于竞争、便于监督，这个问题是电力企业改革 需要论证的关键问题。为了我国电力工业改革的顺利进行，尽快开展这一领域的 研究具有重要的现实意义。 1 3 2 交易形式和竟价上网 电力交易可采取双边合同和竞价上网的形式。一般电力市场都包含这两种形 式的交易。但是电力市场以何种形式为主，或这两种形式各占多大份额，应根据 具体情况进行分析。英国电力市场在这方面的经验对我们有一定的参考价值。 1 9 9 0 年4 月英国电力工业私有化开始了电力市场化的进程，其特点是主要电力 浙江太学硬士学位论文 交易通过n g c 的p 0 0 1 以竟价的形式进行。1 9 9 7 年1 0 月电力监管机构遵从政府 的要球，对上述p 0 0 l 的经营模妓进行了审尝。1 9 9 8 年1 0 月英国能源部长宣布将 进程根本豹市场变革，支持滚鬻褫l 梅提出的凝交易体系方案。新方案将促使电力 交易与其他商品交易有更多的共同之处，尽可能剔除电力市场中的不合理现象。 根据新方案，电力交易将主要在“远期合同市场”和“期货市场”中进行。而接 近实际运行蛇“簸期双边商场”将提前一天滚动开市，公开交易。在耨方案中， n g c 的作用仅限于占交易份额很小的“平衡市场”。 美国电力市场中竞价上网是电力交易的主要形式。最近我国电力工业的“厂 阙分开，竞价上网”的呼声很离，僵是“老电老价，薪电新价”以及发、输电设 备差异极大的还贷状况使以竟价上网作为主要的电力交易形式有一定困难。因 此，在我国这两种交易形式应务占多大比例是电力市场规划值得研究鲍问题。 竞价上网的方式和竟价策略是电力市场理论的一个重要研究课题，肖很强的 随机性和实时性要求。该问题不仅与电力市场的经济效蠡有关，而且盥接影响电 力系统的安全性葶曩可靠性。对个发电厂商来说，竞价策略和其运行优化有密切 关系，其竞争目标是要获取最大利润。发电厂商如果制定最优竞价策略，以及 p x 如何模拟和选择发电厂商以使用户的电能费用最小的问题将涉及到随机优化 的模型和算法。从君翦的研究情况着，无论扶理论上还是算法上邦远没有满足实 际魄力市场竞价上阏的需要，急需要开发新型高效的模型和算法。 1 3 3 电徐理论 电价理论是电力市场理论的核心理论之一。国外电力市场的理论研究起源于 2 0 世纪8 0 年代对实时电价的研究嗍，从理论上证明了实时电价对合理配置资源 的蠢效性。电价褒论的研究应分为两个部分，即电能成本分努亍帮电力帮场中豹电 价形成机制。电能成本分析是电价预测的基础，对于电力市场的宏观控制、优化 电力资源配置有决定性的影响。但电价的形成最终要通过市场机制形成。从理想 市场运行来看，电力市场鹩出瀵电价应与赣办系统电能懿边际成本相对应。 电能成本的研究可分为短期电能成本分析与长期电能成本分析。电能短期成 本分析的核心是电力系统优化调度、随机生产模拟及开停机计划的闯题。在我国， 燃煤火奄桩组占憩装极容量熬7 0 以上，茭寤停不仅需癸几小对，蔼且需要很 8 浙江大学硕士学位论文 高的启停费用。在进行电能成本分析时，不考虑启停问题，就不可能得到运行的 优化，也达不到优化资源的目的。不考虑机组带负荷的爬坡能力甚至不能保证供 电的可靠性。然而计及这些因素的电能成本分析理论和算法目前还未成熟。电能 长期成本分析除了运行方式及开停机计划优化之外，还要考虑电源的优化规划与 输电系统的优化规划。在电力市场条件下，电源规划与电网规划的目标发生了变 化。在可行性研究时必须增加投入产出分析，这又不能不涉及未来电价预测的问 题。此外，作为规划标准的可靠性指标也必须得到电力市场参与者的认可。这些 问题的研究在国内外都处于刚刚起步的阶段。 输电及其他辅助服务的度量和定价时电力市场理论研究中比较薄弱的环节， 目前只有一些框架式的分析。如何从资源配置和公平公开的原则上具体量化这些 服务，以及相应的定价原则还没有成熟的理论。输电或转运服务的分析给电力系 统分析乃至电路理论研究带来了新的挑战。这一领域的研究需要对潮流或电流的 追踪分析问题有突破性进展。 电价方面的研究主要有以下几方面的内容： 1 ) 电能成本：包括水火电调度、随机生产模拟、发电机组的开停机优化、 日运行方式优化； 2 ) 输电成本：包括输变电设备利用份额、网损分摊、带安全约束的最优潮 流、输电阻塞问题等； 3 ) 辅助服务的成本：主要包括各种备用容量、能量平衡、a g c 、无功及电 压调节等服务成本的量化研究j 4 ) 电力市场环境下的规划：包括确定系统可靠性指标的机理、电源的投入 产出分析、专项输电项目及扩容输电项目的论证及投资分摊等。 1 4 本文所做的工作 随着电力市场在全世界的迅速出现，一个重要的课题是如何预测和分析一个 给定市场设计的性能。对这个问题的回答将影响许多重要的电力市场决策，因为 对市场实施事后的分析是很昂贵的。目前更主流方法是博弈论。该法的思路是在 浙江大学硕士学位论文 假设市场的博弈者会采取n a s h 均衡策略的情况下预测和分析市场的行为。常见 的方法有供给函数模型，古诺模型和扩展伯川德模型。 供给函数模型被多次用来研究英国电力市场改革有关政策和社会效益，其 缺点是不能考虑电力市场投标曲线的阶梯性质。此外，这个模型也难以模拟输 电约束，备用约束等等对电力市场的影响。古诺模型是比较传统的经济分析模 型，其特点是适合于分析电力市场长期行为。而扩展伯川德模型则比较适合分 析短期电力市场行为。这些考虑促使我们为电力市场拍卖的寡头竞争建立了一 个价格竞争博弈模型。这个模型可以称为扩展伯川德模型。 本文在假设各机组边际成本相同的基础上，建立了电力市场价格竞争的双层 优化模型，分析了在p a b ( p a ya sb i d ) 电价机制容量强约束和弱约束条件下的n a s h 均衡。并进一步与m c p ( m a r k e tc l e a r i n gp d c e ) 电价机制进行对比，从理论上得到 在容量紧张时，p a b 机制下电价波动小，平均电价高，而m c p 机制下电价波动 大，平均电价低的结论。 我们还在m c p 报价实验的基础上进行了p a b 电价机制下的报价实验，取得 了较好的实验效果。并进一步验证了我们在理论上得出的结论。 浙江大学硕士学位论文 参考文献 【1 】王秀丽，宋永华，王锡凡( w a l l gx i u l i ，s o n gy o n 曲u a w a n gx i 加) 英国电 力市场新模式结构、成效及问题( o p e r a t i o ne x p e r i e n c e so f t h eu kn e w e l e c t r i c 蚵t r a d 沁山t a n g e m e n t ) 中国电力( e l e c 硒cp o w e f ) ，2 0 0 3 ，3 6 ( 6 ) ； 1 5 2 】国家经贸委电力司英国电力改革北京：中国电力出版社，2 0 0 1 3 c s t i erd ，w a n g e n s t e e ni n l ee n e 唱ym a r k c t i i l n o n a ya l l ds w e d e n ： i n t r o d u c t i o n i e e ep o w e re 蟛n e 嘶n gr e v i e w ，1 9 9 9 ，1 8 ( 2 ) ：4 4 4 5 4 c h i s t i erd ，w 缸g e n s t e e ni 1 ke n e r g ym a r k e ti nn o n v a ya n ds w e d e n ：吐l es p o t a 1 1 df u t u r e sm a r k e t s i e e ep o w e r e n g i n e 谢n gr e v i e w ，1 9 9 9 ，1 8 ( 3 ) ：5 5 5 6 【5 新耀中，韩放等( ny a o 丑l o n h 髓f 姐ge ta 1 ) 美国东部和西部电力市场 的比较分析( c o m p a r i s o na n da n a l y s i so ft h ce l e c t r i c 埘m a d t si nm ee a s t a n dw e s to f u s a ) 电力系统自动化( a u t o m a t i o no f e l e c 砸cp o 、懈s y s t e 粥) ， 2 0 0 l ，2 5 ( 8 ) ：1 2 1 5 【6 】p j m l m pp r i m e lp e i m s y l v a i l i ao f u s a ：p j mi n t e r c o n r l c c t i o i l ，l l c 1 9 9 9 7 】王锡凡( w 抽gx i f h ) 有关当前我国电力市场若干问题探讨( p o w e r m a r k e t a n dp o w e rh d l l s 拄yr e s 缸u c 咖) 中国电力( e l e c t r i cp o w e r ) ，2 0 0 1 ( 1 0 ) 嘲s c h w e p p e f c ，c 缸m a n i s m c ，r r 曲o r s r d ，b o h n r e s p o t p r i c i n g o f e l e c t r i c i t y k l u w e r a c a d e m i cp u b i s h e r s 1 9 8 8 浙江大学硕士学位论文 第二章m c p 电价机制和p a b 电价机制的比较分析 2 1 引言 中国正在进行电力市场化改革；改革的最终目的是为了实现社会资源的合理 配置和社会福利的最大化。在整个世界范围内，尤其在很多发达国家，电力市场 理论研究和电力市场化改革已经有二十几年的历史，无论在理论上还是实践上都 积累了宝贵的经验，这些都值得我们学习和借鉴。 正如价格理论是微观经济学的核心内容一样，电价理论也是电力市场理论最 核心的问题之一f l 一0 1 。目前各国电力市场有两种主要的电价机制，分别是按市场 统一出清价格结算的m c p 电价机制和按中标的报价结算的p a b 电价机制( p a ya s b i d ) 。 经济学已经证明了在市场经济中，只有当物品价格等于其边际成本时，该经 济才能从它的土地、劳动和资本等稀缺资源的利用中获得最大数量的产量和满 足，只有当每一个企业使得它自己的边际成本等于其他企业的边际成本，该行业 才能以最低总成本来实现它的总产量，只有当价格等于所有企业的边际成本时， 社会才处于它的生产可能性边界之上f i i 】。s c h 懈将经济学中的边际成本定价原 理引入到电力市场的定价理论之中，提出实时电价理论【1 2 】。因此，m c p 电价机 制是有严格的经济学理论依据的。在电力改革之初，世界各国基本都采用m c p 电价机制。 2 0 0 0 年美国加州的电力危机，促使很多学者和监管者开始思考如果采用p a b 电价机制是否就能避免类似的危机。但是遗憾的是，加州以p a b 电价机制取代 m c p 电价机制的实践最后还是以失败告终。相反，英国于1 9 9 0 年建立的采用m c p 电价机制的联营电力市场，在运行十一年之后，于2 0 0 1 年进行了第二次改革，建 立了采用p a b 电价机制的双边交易电力市场n e l a ，改革之后电价逐年下降。我 国的上海市电力市场在吸取加州电力市场失败的经验之后，也在2 0 0 2 年4 月1 日之 后改为p a b 电价机制。 本章从拍卖机制，电价模型，市场力，以及实际市场表现等方面对m c p 电价 浙江大学硕士学位论文 机制和p a b 电价机制进行了比较分析。 2 。2 拍卖机制比较 拍卖是一种实现商品买卖的经济而有效的形式。在很多国家，电力市场的形 成都是以拍卖为基础的 1 3 】。根据拍卖理论，m c p 电价机制属于统一价格拍卖 ( u i l i f o r n l a u c t i o i l s ) ，而队b 电价机制属于拍卖中的差别价格拍卖 ( d i s c i i m i n a t o r y a u c t i o n s ) 。在统一价格拍卖中，如果交易成功，不论报价多少， 都按统一出清价格成交；而在差别价格拍卖中，如果交易成功则按各自的报价成 交。 根据收益等价性原理【1 q ( r e v c n u ee q u i v a l e n c et h e o r e m ) ，两种拍卖方式收 益是相等的，但是收益等价性原理仅适用于单时段单物品拍卖，并不一定适用于 多物品拍卖。由于电力商品的特殊性，电力不能储存，电力生产是连续的，实时 平衡的，电力生产的成本构成复杂等等，因此也很难得出两种电价机制收益相等 的结论。 事实上，在经济学领域关于两种拍卖方式究竟孰优孰劣的争论由来已久，很 多学者对此进行了研究【” 2 5 】。有些学者认为，统一价格拍卖具有较低的优胜者 曲线因此拍卖者可以比差别价格拍卖获得更大的收益【1 5 ，1 6 1 ，但是这些研究工作是 建立在单物品拍卖理论的基础之上的，而且文献 1 7 】指出，前面的这些结论是建 立在拍卖商品不可分割的假设之上的。文献 17 】还得出统一价格拍卖未必普遍优 予差别价格拍卖。文献( 1 8 】认为在很多合理的情形下，统一价格拍卖和差别价格 拍卖相比经常意味着无效率，这是因为具有市场力的博弈者有动机采取策略性报 价去影响其下边际机组的利润。 很多政府和机构也在不断尝试差别价格拍卖和统一价格拍卖。美国财政部在 1 9 9 2 年将2 年期和5 年期的中期国库券拍卖改为统一价格拍卖，但是后来的研究结 果 1 川表明，转变前后价格并没有明显的变化。文献 2 0 】也做了类似的研究工作， 在研究了瑞典1 9 9 0 1 9 9 4 年的国库券市场之后，认为政府应该从目前的差别价格 拍卖转变为统一价格拍卖。文献 2 l 】和文献 2 2 】分别研究了墨西哥国库券交易和 赞比亚外汇交易，认为统一价格拍卖会增加卖方的收益。但是1 9 5 9 年国际货币基 金组织在拍卖其储各的3 5 项差别价格拍卖和1 0 项统一价格拍卖中，差别价格拍卖 浙江大学硕士学位论文 的价格远远高于统一价格拍卖2 1 。因此，两种拍卖机制究竟孰优孰劣目前尚无定 论【2 6 】。 2 3 两种电价机制的定价模型 传统的经济调度中，以生产成本最小为目标函数。电力市场环境下，则是通 过机组提供报价曲线，市场交易机构以购电费用最小为目标函数。为了方便说明， 假设机组的报价曲线是一条高度为p 的直线。令向量p 代表所有机组的报价，则 购电费用为c ( ) = p r p g 。当不考虑网络约束时，调度模型1 8 愉化为： 訾 p 1p g s r e 。p g = 巳 曼g p g p g ( 1 ) ( 2 ) ( 3 ) 其中e 7 = n1 ，1 】，代表发电机出力，磊和岛分别为发电机出力上、下限： 如代表系统总负荷。此时拉格朗目乘子的表达式如下 r = ，p g + 旯f p g 一昂) + ( 一瓦) 一亏( 一) l l 由包络定理【1 9 ，2 0 】得： p = 乱= 剖易卅 c u 上式表明：在m c p 电价机制和p a b 电价机制下系统边际机组的报价都等于购电费 用微增率。 由于结算方式不同，在同样的报价情况下，m c p 结算方式比p a b 结算方式下 的购电费用多，但从长期看，p a b 电价机制的这种优势并不存在。因为将m c p 电 价机制转换为p a b 电价机制，并不能保证发电商的报价不变。事实上，由于发电 商目的是最大化自身利润，在p a b 下，处于边际以下机组将不是按自身成本报 价，而是按预测的系统边际成本报价。因此，在p a b 电价机制下，无法按最小 发电成本调度，影响了最大化社会效益。 1 4 浙江大学硕士学位论文 在p a b 结算方式下，预测市场电价对厂商收益有决定性作用，因此收集市 场信息更加重要。而为了预测系统电价，不仅需要厂商自身的运行成本信息，更 需要其他厂商的成本和策略信息。收集信息需要巨大的花费，而这种花费最终转 移到用户。收集信息的费用与厂商的规模基本上是无关的，因此大的发电商占有 信息优势，小厂商负担更重，造成电力市场的进入壁垒。此外，在p a b 结算方 式下，由于基荷机组固定成本比例较大，风险大，为规避风险，报价比其预测的 市场电价低很多，其收益减少；而峰荷机组固定成本较少，风险小。短期内，基 荷机组收益的减少可减少购电费用，但最终可能会导致电力行业的机组构成比例 的变化。 2 4 两种电价机制的市场力分析 2 4 1 市场力 市场力是指某一产品或服务的提供者能够在不显著影响其销售力的前提下， 使其产品或服务的价格高于完全竞争下的市场价格的能力。评估市场力的指标有 反映市场集中程度的集中指标胁i ( h e r f i n d a h l h i r s ch i i l a ni n d e x ) 。“，反映市场 竞争程度的价格一成本裕度指数l i ( l e r n e ri n d e x ) 啪1 以及加州电力市场采用的剩 余供给指数r s i ( r e s i d u a ls u p p l yi n d e x ) 。”和新英格兰电力市场采用的必须运 行率m r r ( m u s tr u nr a t i o ) o ”等。 2 4 2 两种电价机制的市场力分析 由于电力工业的特殊性，电力无法大规模存储，输电的网络限制，发电厂建 设投资规模大，以及电力需求的价格弹性较小等，电力市场更接近于不完全竞争 下的寡头垄断市场( o l i g 叩o l y m a r k e t ) ，因此发电商可以通过策略性报价来行使 市场力，从而实现利润最大化的目标。很多文献对此进行过研究【3 5 郴】。 一些研究结果表明“”1 ，m c p 电价机制使发电商更容易行使市场力。大发电 商通常拥有下边际机组，在m c p 电价机制下大发电商可以让其边际机组申报高价， 而下边际机组申报较低的价格，在这种情况下大发电商不中标的风险很小，通过 边际机组的报价抬高市场出清价格而使下边际机组享受高电价带来的超额利润 浙江大学硕士学位论文 ( 有学者认为下边际机组获得的超额利润并非是不合理的，因为发电商的成本包 括电厂建设的物理成本，那些运行成本低的机组所投入的建设成本高于运行成本 高的机组，因此在实时市场获得的净收益将用来回收电厂建设投资【4 1 ) ，这种现 象在高负荷时更为严重。即使在负荷较低的情况下，大发电商也可以通过让其部 分机组不参与报价( 即通过物理持留) 抬高系统出清价格获得较大收益。2 0 0 0 年5 月至1 1 月，加州的五家主要发电商平均在超过6 0 的时间里通过经济持有来抬 高市场出清电价，另外在3 0 9 6 左右的时间里采用了物理持留m 1 。而在p a b 电价机 制下所有机组都是按实际报价支付的，报高价要承担不能中标的风险，因此相比 p a b 电价机制，在婀p 电价机制下大发电商更容易行使市场力。 另外，m c p 电价机制下的购电费用要高于p a b 电价机制下的购电费用1 8 1 。这 是因为在m c p 电价机制下存在所谓的“搭便车”现象。 有些学者认为，p a b 电价机制下发电商报价的风险增加，电价相对会比较平 稳，因此在短期可以作为一种控制市场力的力量非常有限的工具。但是从中长期 看，p a b 电价机制会加剧市场进入壁垒，增加市场集中度，因此可能会加剧市场 力问题o | 4 j 。 也有些学者认为，在竞争的环境下，m c p 定价方式一般有助于市场参与者上 报其边际生产成本，i s o 按生产成本从小到大地调度发电功率，从而实现社会 生产成本最小，而p a b 电价机制迫使发电厂商在报价中包括其固定成本及盈利( 即 使是通过搜集其他发电厂商的成本，研究其他发电厂商的报价策略，或者通过预 测市场价格，这些花费最后还是会转移到消费者身上) ，因此很难实现按总生产 成本最小的原则作优化调度，同时p a b 电价机制还赋予了生产成本低的市场参与 者很强的潜在的市场力，因为他可以大幅提高上报成本。因此究竟哪种电价机制 更有利于促进竞争，抑制市场力的作用尚需进一步研究。”。 2 5 两种电价机制在市场上的表现 2 0 0 0 年加州电力危机之后，一些学者对加州电力市场失败的原因进行了分 析。认为加州的m c p 电价机制是引起此次危机的主要原因之一f 6 】。加州州长戴维 斯称这种电价机制是疯狂的，他认为应该采用p a b 电价机制而不是m c p 电价机 1 6 浙江大学硕士学位论文 制。 文献【4 4 】认为将加州电力危机归咎于m c p 电价机制缺乏依据。而发电投资 不足，发电安装容量缺乏，输电容量不足，没有利用用户的用电弹性，以及市场 管制和决策失误等等才是这次危机的主要原因。 在m c p 电价机制下当系统供电紧张时发电商有持留的倾向 7 】。加州i s o 监管 机构的分析报告指出【4 3 1 ，2 0 0 0 年5 月至1 1 月，加州的五家主要发电商在9 8 时间 中有各种持留现象，平均在超过6 0 的时间和在3 0 左右的时间分别通过经济持留 和物理持留来抬高市场出清电价。而在p a b 电价机制下发电商没有持有容量的利 益驱动。这是否表明m c p 电价机制给发电商提供了通过两种方式的持留不断抬 高市场电价的机会从而造成了这次电力危机? 后来加州进行了以p a b 电价机制 取代m c p 电价机制的实践，但是最后的结果还是以失败告终【6 】。 英国电力市场从1 9 9 0 年启动基于m c p 电价机制的联营电力市场，但是在改 革之后电价一直居高不下，而同期新电厂的投资费用和燃料价格几乎下降了 5 0 。英国从1 9 9 7 年开始研究双边交易市场的方式和实现，并于2 0 0 1 年3 月进行 了第二次改革，正式启用双边交易市场，将原来的m c p 电价机制改为p a b 电价机 制。改革之后，电价逐年下降h 卯。相比加州的实践，英国的第二次电力改革无 疑是成功的，但是我们很难将英国模式成功的原因仅仅归结为采用了p a b 电价机 制，因为双边交易市场模式将负荷侧引入市场，真正发挥经济学中看不见的 手的作用，也许才是这次改革成功的真正原因。 2 6 小结 本章从拍卖机制，电价模型，市场力，以及实际市场表现等四方面对m c p 电价机制和p a b 电价机制进行了比较。在经济学领域，关于两种拍卖机制究竟孰 优孰劣的争论由来已久，目前尚无定论。从两者的电价模型看，当负荷一定时， 在m c p 电价机制和p a b 电价机制下系统边际价格都等于购电费用微增率。m c p 电 价机制价格信号清楚，可以诱导负荷和发电厂商正确消费和投资。p a b 电价机制 下市场价格波动较小，但是价格信号不清晰。相比m c p 电价机制，在p a b 电价 机制下发电商报价的风险增加了，因此能在一定程度上减少投机行为，在短期内 1 7 浙江大学硕士学位论文 可以作为控制市场力的一种工具，但是p a b 电价机制会增加行业进入壁垒，从长 期看并不利于市场竞争。从实际市场的表现来看，采用m c p 电价机制的加州电力 市场在2 0 0 0 年经历了一次严重的危机，而英国于2 0 0 1 年开始运行的基于p a b 电价机制的双边交易市场n e t a 迄今运行相对平稳。 塑垩盔堂堡圭堂堡垒塞 参考文献 【1 m o tt m 砌 p o w e r a 1 1 dp r i c ev o l a t i l i t ) ，i nr e s t m c t u r e dm a r k e t sf o r e 1 e c t r i c i t y d e c i s i o ns u p p o r ts y s t e m s ，2 0 0 1 ，3 0 ：3 1l 3 2 5 【2 】b o w e rj ，b u n nd e x j 圮血n e n t a la n a l y s i so f 也ee m c i e n c yo f u n i f o n i l p r i c e v e r s u sd i s c m i i l