（电力系统及其自动化专业论文）电力需求侧市场运营的若干问题研究.pdf

摘要 a b s t r a c t t h ed e r e g u l a t i o nt op o w e ri n d u s t r i e sa r o u n dt h ew o r l dh a sb e e nu n d e r g o i n gm o r e t h a nt w e n t yy e a r sw i t hl a r g ea m o u n to fe x p e r i e n c ea c h i e v e d d u et ot h ei m p o r t a n c ea n d p a r t i c u l a r i t yo fp o w e ri n d u s t r i e s ，k e e p i n gp o w e rs y s t e m se f f i c i e n t ，e c o n o m i c ，s a f ea n d r e l i a b l er e a l t i m e o p e r a t i o n ，a n dl o n g t e r m r e s o u r c e a d e q u a c y a n ds u s t a i n a b l e d e v e l o p m e n ta r et h eo b j e c t i v e so fs u c c e s s f u lp o w e rm a r k e t so p e r a t i o n w h i l ei t i s e m p h a s i z e di ng e n e r a t i o nc o m p e t i t i o na n dt r a n s m i s s i o no p e na c c e s s ，t h ed e r e g u l a t i o nt o e l e c t r i c i t yd e m a n d i se s s e n t i a lt op o w e rm a r k e t s f u r t h e rd e v e l o p m e n t f r o mt h et e c h n i c a la n de c o n o m i c a lp o i n t so fv i e w ，t h ed i s s e r t a t i o nf o c u s e so n d e e p l yr e s e a r c h i n gs o m eo ft h e s et e c h n i c a la n de c o n o m i c a lp r o b l e m sf a c i n ge l e c t r i c i t y d e m a n ds i d e si np o w e rm a r k e t s e l e c t r i c i t yp r i c e sa r et h ef o c u so fp o w e rm a r k e t s a c c u r a t ef o r e c a s t i n ge l e c t r i c i t y p r i c eh a sl a r g ee f f e c t so na l lp a r t i c i p a n t s b e n e f i t s a f t e ra na n a l y s i st ot h ef o r m a t i o n m e c h a n i s mo fe l e c t r i c i t yp r i c e s ，e s p e c i a lm a r k e tc l e a r i n gp r i c e ( m c p ) i np o w e rm a r k e t s ， a n dt ot h ec o n v e n t i o n a l f o r e c a s t i n gm c pa p p r o a c h e s ，t h e t h e s i sp r o p o s e san o v e l a p p r o a c hf o rt h ef i r s tt i m et h a tt h er e s i d u a le r r o ro ft h ec o n v e n t i o n a lf o r e c a s t i n gm o d e l i sa l s om o d e l e df o rf o r e c a s t i n g ，a n dt h ef o r e c a s t e dm o d e le r r o r sa r et h e nu s e dt om o d i f y t h ef o r e c a s t e dp r i c e si no r d e rt oi m p r o v et h ea c c u r a c yo ff o r e c a s t i n g t h ef o r e c a s t e d e r r o r sa r ea l s oa p p l i e dt oe s t i m a t et h ec o n f i d e n c ei n t e r v a lo ft h er e a lp r i c e s f o rt h o s e p r i c es p i k e st h a ta r ed i f f i c u l tt ob ed e a l tw i t hb yt h ec o n v e n t i o n a la p p r o a c h e s ，w a v e l e t a n a l y s i s w i t h g o o d l o c a l i z e dc h a r a c t e r i s t i ci si n t r o d u c e dt of o r e c a s tt h e s e v e r y c h a n g e a b l ep r i c e si n t e g r a t e dw i t ht h ec o n v e n t i o n a la p p r o a c h t h en u m e r i c a lt e s t ss h o w t h ep r o p o s e da p p r o a c hi se a s yf o rm o d e l i n gw i t hm e r i t si ni m p r o v i n gt h ea c c u r a c yo f f o r e c a s t i n g ，a n dp r o v i d i n gs u f f i c i e n ti n f o r m a t i o n t h et h e s i ss y s t e m a t i c a l l yd i s c u s s e st h en e w l ye m e r g i n gd e c i s i o n m a k i n gp r o b l e m s o ft h el o a ds e r v i c ee n t i t i e s ( l s e s ) p r o c u r i n ge l e c t r i ce n e r g yi np o w e rm a r k e t s b a s e do n m o d e r np o r t f o l i ot h e o r nt h ep r o c u r e m e n td e c i s i o n m a k i n gf r a m e w o r kc o n s i s t e do f t h r e e s u b p r o b l e m s ：m a r k e ta n a l y s i s ，p o r t f o l i oa n a l y s i s a n dp o r t f o l i os e l e c t i o n ，i s p r o p o s e d ，a n dt h eg e n e r a lp r o c u r e m e n tm o d e lf o rp o r t f o l i os e l e c t i o n i ss e t u p t h e q u a l i t a t i v ea n a l y s i si sd i s c u s s e do nb o t hs p o tm a r k e t sa n db i l a t e r a lc o n t r a c t st or e v e a l t h ec o r r e l a t i o na m o n gb i l a t e r a lc o n t r a c tp r i c e sa n dp r o c u r e m e n tc o s ta n dd i f f e r e n t a l l o c a t i o ns c h e m e s ，s o m ei n s t r u c t i v ec o n c l u s i o n sa r ed e r i v e do u t t h en u m e r i c a lt e s t s a r eb a s e do nt h ee l e c t r i ce n e r g yp r o c u r e m e n ts e l e c t i o no ft h el s ew i t hs m a l l s i z e d g e n e r a t i o nc a p a c i t ya n dr e s e r v eo b l i g a t i o n ，a n dt h er e s u l t ss h o wt h ep r o p o s e da p p r o a c h t 华北电力大学博士学位论文 r e a s o n a b l ea n de f f e c t i v e r i s ki np o w e rm a r k e t s ，e s p e c i a lo n ef a c e db yl s e si ss u r v e y e d r i s km a n a g e m e n t m e t h o d s ：d i v e r s i f i c a t i o na n dh e d g i n g ，c o m m o n l yu s e di nf i n a n c i a lb u s i n e s s e s ，a r et h e n i n t r o d u c e df o rt h el s e st om a n a g ee n e r g yp r o c u r e m e n tr i s k r i s ka s s e s s m e n ta p p r o a c h ： v a l u ea tr i s k ( v a r ) i sa p p l i e dt oa s s e s st h er i s ko fe n e r g yp r o c u r e m e n tp o r t f o l i o s e l e c t i o nb e t w e e nl o n g t e r mc o n t r a c t sa n ds p o tm a r k e t s t h er a t i oo fp r o f i to v e rv a ri s p r e s e n t e d t oc o m p a r ed i f f e r e n tp r o c u r e m e n tp o r t f o l i os e l e c t i o n s w h e nt h el s e s a t t i t u d e st o w a r dr i s ka r ec o n s i d e r e d ，t h ec o m b i n a t i o no fu t i l i t yf u n c t i o na n dv a ri su s e d t od e t e r m i n et h eo p t i m a lp r o c u r e m e n tp o r t f o l i o ，a n dt oa s s e s sr i s kl e v e lo fp r o c u r e m e n t s c h e m e s n u m e r i c a lt e s t si l l u s t r a t et h a tt h ep r e s e n t e da p p r o a c hp r o v i d e st h el s e sa m e t h o d o l o g ys o l v i n gl o n g - t e r m e l e c t r i c e n e r g yp r o c u r e m e n t s e l e c t i o na n dr i s k m a n a g e m e n t t h eo p e r a t i o nm e c h a n i s ma n de v a l u a t i o nm e t h o d st od e m a n ds i d em a n a g e m e n t ( d s m ) i np o w e rm a r k e t sa r ed i s c u s s e d m u l t i a u c t i o nm e c h a n i s mi sd e s i g n e dt om a n a g e i n t e r r u p t i b l el o a df o ri m c o m p l e t ec o m p e t i t i v ep o w e rm a r k e t s ，a n dd e m a n ds i d eb i d d i n g i sd i s c u s s e di nd e t a i lf o rc o m p e t i t i v ep o w e rm a r k e t s t h ee v a l u a t i o nm e t h o d st od s m s e f f e c t so nt h eg e n e r a t i o na n dt r a n s m i s s i o ns y s t e mr e l i a b i l i t ya r ea n a l y z e db yn u m e r i c a l e x a m p l e s f i n a l l y , t h ed s mr e a l i z a t i o nm e c h a n i s ms u i t a b l ef o rt h ec h i n e s ep o w e r m a r k e ti ss u g g e s t e d k e yw o r d s ：p o w e rm a r k e t s ：e l e c t r i c i t yp r i c e p o r t f o l i o ：d e m a n ds i d eb i d d i n g ； i i f o r e c a s t i n g ；e l e c t r i ce n e r g yp u r c h a s e r i s km a n a g e m e n t ；d s m 声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师指导下，独立进行研究工作所取 得的成果。尽我所知，除文中已经注明引用的内容外，本学位论文的研究成果不包含任 何他人享有著作权的内容。对本论文所涉及的研究工作做出贡献的其他个人和集体，均 已在文中以明确方式标明。 特此申明。 签名： 日期 关于学位论文使用授权的说明 本人完全了解华北电力大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保管、 并向有关部门送交学位论文的原件与复印件：学校可以采用影印、缩印或其它复 制手段复制并保存学位论文；学校可允许学位论文被查阅或借阅；学校可以学 术交流为目的，复制赠送和交换学位论文；同意学校可以用不同方式在不同媒体上 发表、传播学位论文的全部或部分内容。 ( 涉密的学位论文在解密后遵守此规定) 作者签名： 日期： 导师签名： 日期： 宅仍穰 & 曲丐f p 6 第一章绪论 1 1课题背景 第一章绪论 规模经济和输电系统制约使得电力生产趋向“自然垄断”，因此，在电力t 业 近百年的发展历史中，几乎一直是采用垄断和管制运行管理机制。这种垄断运行模 式有2 个根本问题需要改进1 ：( 1 ) 需要有效的激励机制刺激电能生产者提供廉价 电能；( 2 ) 刺激管理者更好管理电力工业的外部管理机制。一个非常明显的例子是： 望断运行时出现错误的投资，是由消费者为此付出额外的支出；而解除管制后出现 错误的投资则要由投资者自己承担风险。垄断运行的管制机制已被证明是低效的。 因此，解除管制、实行市场化运营是促进电力工业高效持续发展的必然趋势。电力 工业解除管制的目的是：打破垄断，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，构建公平竞争、开放有序、健康持续发展的屯 力市场体系。 从最早的智利( 1 9 8 2 ) 把电力工业推向市场竞争，到大家熟知的1 9 9 0 年英国 电力工业市场化改革，以及第一个国际性的电力市场一北欧电力市场( 1 9 9 6 ) 的建 立至今，澳大利亚( 1 9 9 4 ) 、瑞典( 1 9 9 6 ) 、美国( 加州( 1 9 9 8 ) 、纽约卅i ( 1 9 9 8 ) 和p j m 电力市场( 1 9 9 9 ) ) 、德国( 1 9 9 8 ) 、新加坡( 1 9 9 8 ) 、法国( 2 0 0 0 ) 等许多国 家的电力工业都已经或正在解除管制，进行市场化改革。 我国从2 0 世纪8 0 年代集资办电，培育了独立发电公司( i p p ) 开始，到1 9 9 5 启动省级模拟电力市场，2 0 0 0 年启动省级电力市场试点，到2 0 0 4 年开始区域电力 市场的试运行，目前我国已经有东北、华中2 个区域电力市场开始试运行，预计到 “i 五”米期，将初步形成华北、东北、华东、华中、西北、南方六大区域电力市 场，基本建立电力市场运营的法规体系和电力监管组织体系，全国大部分地区大部 分发电企业实行竞价上网，有条件的大用户( 含独立配售电企业) 可以直接向发电 企业购电。 世界范围内电力工业市场化改革在电力系统规划、运行和管理各领域催生了大 量新课题，亟需新的理论和方法的指导。 1 2 问题的提出 下面从电力系统运行、市场设计及市场效率的角度阐述电力工业市场化运营的 本质要求以及进行电力需求侧市场化改革的必然性。 电能是一种特殊的产品电力不能储存，生产必须时刻与消费保持平衡，而用 户的电力消费有极大的波动性和随机性。供需之间的不平衡难以通过观察功率量或 户的电力消费有极大的波动性和随机性。供需之间的不平衡难以通过观察功率量或 i 华北电力大学博士学位论文 其流动来判断，更不能用供需合同来衡量，而是直接通过电能质量，如系统频率和 电压来反映的。另外，电能传输需要经过输电网，输电电流和功率的分布要服从电 路定律，而非人为确定的路径，因此，电网的发展在给电能交换提供可能的同时， 也制约着电能的输送和交换。而且，电力市场运营不仅要提高经济性还要保证可靠 性，否则重负荷的系统可能在扰动下失去稳定，甚至崩溃，造成大面积停电和严重 经济损失。因此，电力市场不仅有和其它商品市场相似的特性( 共性) ，也有其特 殊性( 个性) ，电力市场在设计时需要认真考虑这些特殊的物理特性，否则将会造 成严重后果。 一个成功的电力市场设计应该达到”，2 】：( i ) 协调好经济性和可靠性；( 2 ) 保 证长期的资源充足和系统可持续发展；( 3 ) 具有有效的风险管理机制；( 4 ) 有一个 独立的市场监督机构来识别市场设计与运营的漏洞，提出不断完善的措施，确保电 力市场健康稳定发展。 竞争能够实现市场的高效经济运行，提供实现成本最小化的强有力的刺激，促 使生产者寻求各种降低成本的革新技术和管理手段，刺激价格趋向边际成本p 。 在电力系统运行中引入竞争，首先需要解除管制。电力系统解除管制包括发电、 输电、配电、频率控制和电压支持等多方面解除管制。发电环节旨在提供电能和可 靠性服务( 属发电竞争范畴) ，输、配电环节旨在传输和分配电能( 属输电服务范 畴) ，而频率和电压支持则为维持电能质量( 属辅助服务范畴) 。相应地在进行市场 化运营时，分别建立主能量交易市场、开放输电网和辅助服务市场。要保证电力市 场的正常高效运营，应该建立合理完善的市场规则和市场运营机制、以及有效的市 场监管和风险防范机制。 1 2 1 主能量交易市场 发电商和用户都希望签订长期供用电计划，以便于安排生产和保证收益，控制 风险，因而通过分散的双边交易形式交易的电能量占电能交易总量的绝大部分。 由于电能不能经济储存，并且电力生产需要计划和调度。在电力系统的实际运 行中，系统运行人员负责实时管理系统、维持系统安全运行，他需要一点提前时间 做规划或调度，一般是提前1 天，因此，有必要设置集中交易的目前市场( d a ya h e a d m a r k e t ) 。而电力系统的安全稳定运行及电能质量需要实时调节和平衡，因而需要实 时交易的平衡市场，即实时市场( r e a l t i m e m a r k e t ) 。因此，目前电力市场设计中存 在的一个争论焦点就是双边交易v s 集中交易。而集中交易是指由日前市场和实时 市场( 统称为现货市场s p o tm a r k e t ) 组成的2 市场交易机制，属于批发竞争。 双边交易能够充分提供主能量服务，但在提供系统可靠性必须的辅助服务：实 时平衡和输电安全2 方面是难以保证的。而且双边交易在制定机组组合计划时比较 困难，因为没有一个透明的价格信号。而集中的现货市场就能较好解决这些问题， 2 第一章绪论 而且能够较好解决机组组合与输电协调的问题，系统运行人员容易制定切实可行的 调度计划。集中交易因为有一个透明的价格信号，因此容易找到一个可行的交易计 划。但这并不意味着双边交易就要废弃，而是应该鼓励作为集中现货市场的补充。 由日前市场和实时市场组成的2 市场交易机制是目前普遍存在的电力市场交易 机制【j 2 + “。日前市场中发电商和用户通过竞价获得电量，系统交易机构清除市场确 定日前市场清除电价。实时市场弥补日前市场中申报的负荷和发电量的不准及发电 设备的临时停运带来的缺额，确定实时的市场价格。日前市场制定的价格一般不同 于对应时刻的实时价格，两者之间的差价是由于估计不准造成的。实时市场价格是 真正的边际成本价格，而日前的价格只是个估计。日前和实时两市场交易系统中， 实时市场是校正日前市场的预测误差。 这种2 市场运行机制使得目前市场具有1 4 】：( 1 ) 给所有市场参与者提供一种机 制，通过多种选择：选择通过双边合同、或参与日前现货市场买卖电能，使其有机 会在日前市场中保住能量交易的收益。这个市场给所有的市场参与者以同等的灵活 性，因此具有足够的竞争性。( 2 ) 协调日前经济调度与系统可靠性要求，保证日前 交易计划是物理可行的，并且满足系统的可靠性要求。因为日前交易可以经过潮流 计算，并且考虑n 1 紧急情况、系统各用、发电机的运行约束等。因此，日前市场 能够保证输电不过载、发电计划可行，也就是说这种物理一致性能够保证f 1 前市场 和实时市场一样是鲁棒的，在确保经济效率的基础上，减少博弈机会。( 3 ) 提供激 励机制给发电方和需求侧积极参与日前竞价，而使得实时市场只负责弥补日前市场 负荷预测误差及系统运行的随机变动。这种2 市场交易机制确保日前和实时2 市场 制定的交易和系统实时运行协调一致，刺激发电和用户积极披露其真实供给和需 求，最终驱使2 市场价格一致。 按照经济学的观点：竞争的市场价格应该是供给曲线和需求曲线的交点【5 】。依 此原理，日前市场和实时市场均采用竞价拍卖方式确定价格，即电能供应者和需求 者根据市场规则分别申报自己在各卜交易时刻的需求，系统交易中心按照社会效益 最大化的原则确定供给和需求的交点，即清除市场，确定每个交易时刻的清除电量 和价格。根据在具体清除市场过程中考虑的约束不同，目前存在2 种定价方式：区 域定价和节点定价。当采用节点定价方式时，由于考虑了发电约束、输电约束，所 得价格实时反映了系统运行的边际成本，即节点边际电价( l o c a t i o n a lm a r g i n a l p r i c e ，l m p ) ，也称为实时电价( s p o t p r i c e ) 。这种边际定价法可以证明能够取得社 会效益最大化f ”。目前，北欧电力市场、美国p j m 电力市场和加州电力市场、新英 格兰电力市场等均采用l m p 定价法。 如果电力市场是一个完全竞争的市场，实时定价法能够提供足够的刺激信号在 恰当的位置扩充电源和输电设施。这个完全竞争的假设要求电源和负荷具有完全的 弹性。但事实上负荷侧几乎完全缺乏弹性，这种不健全的竞争是目前电力市场设置 1 华北电力大学博士学位论文 价格限制的主要原因，以防止电价的异常攀升。而这种价格限制反过来又限制了对 发电和输电的投资吸引。实践证明l m p 定价法在提供社会效益最大化的同时，只 能够提供短期的发电投资和输电投资信号及刺激，但不足以引导出充足的长期发电 容量和输电投资市场i ”，因此，需要有效的维持长期电网稳定及电源充足的机制一一 构建容量市场是解决这一问题的有效手段 1 7 j 。 构建容量市场就是要通过下列方法正确引导长期投资：( 1 ) 给维持系统稳定运 行的现存容量资源提供额外的收益：( 2 ) 给发电和输电提供长期投资的价格信号： ( 3 ) 通过输电阻塞分析即时反映输电系统区域性紧张特点。 构建正确的容量市场应该考虑：( 】) 需求侧管理资源；( 2 ) 可替代资源；( 3 ) 重视对系统可靠性的贡献：对系统可靠性贡献大的新增资源应该得到格外重视；输 电系统扩建时不能仅考虑经济性还要考虑可靠性价值；( 4 ) 平等对待发电和输电资 源扩张，因为他们都能提供资源充足性。 电力工业解除管制的焦点一直集中在发电领域和开放输电系统。而配电和电力 零售相对重视程度不够。发电领域解除管制引入竞争具有明显的降低成本的意义， 因为发电成本占了整个电力生产成本的一半左右，因此，加强批发竞争能够明显降 低成本。一般电力工业分析成本时，往往是分成3 大部分：发电、输电和配电，没 有提及零售，因为零售费用只占配电成本的一小部分。零售业务不参与分配电力， 只是进行简单的金融交易和结帐，或负责计量。因此，一般认为零售竞争并不能降 低供应侧的成本，但是开展零售竞争有着2 个主要动机：一是零售商、大的商业或 工业用户能够从零售竞争中获利；另一个是用户有了更好的选择、革新技术和促进 零售价格竞争。 零售竞争提供用户选择供电质量和供电可靠性的机会，甚至选择“绿色”电力 的机会。用户可以与供电商商定所需的电压质量、供电可靠性。开放零售竞争能促 进新的电气产品的发展，比如，新型的有线或无线计费系统。 带动零售价格竞争是推动零售竞争的最大动力 8 1 ，主要通过2 种途径：一是降 低零售成本；二是降低批发费用，因为更大的购买竞争可以降低供电的市场力，零 售商或用户可与发电商签订长期购电合同，以削减现货批发市场的市场力。 开放需求侧还有利于用户主动参与需求侧管理( d e m a n ds i d em a n a g e m e n t ， d s m ) ，通过主动改变用电方式，进而改变负荷曲线形状，提高电源的利用率，在 高峰或事故紧急情况下能够迅速提高系统的可靠性，对提高电力工业的整体效率具 有明显而长远的作用。 可见，一个健全发展的电力市场需要发电、输电、配电和用电全面开放，协调 发展。而目前由配电和用电组成的电力需求侧的市场化改革的进展相对比较缓慢， 不利于电力市场健康持久的发展，加州电力市场危机也证明了不完善的市场设计， 尤其是需求侧的不完善是影响市场运营的重要原因之一f9 “】。因此，系统研究由配 4 第一章绪论 电和用电组成的电力需求侧市场化运营的相关技术经济问题具有重要的理论和实 际指导意义。 1 2 2 辅助服务市场 一个鲁棒的、竞争的电力市场不光要有主能量市场，还要有保证系统安全可靠 运行的辅助服务市场。辅助服务市场负责频率调整和电压支持，以及可靠性和系统 的黑启动服务。辅助服务市场一般由系统运行人员运营。关于辅助服务市场与主能 量市场间的配合目前存在3 种形式：( 1 ) 独立的优先次序调度法：主能量和辅助服 务2 市场分开竞价和清除，忽略发电容量间的耦合关系；( 2 ) 顺序市场清除法：因 为主能量和辅助服务都是由发电容量提供，所以主能量和辅助服务分开按照成本最 小的优先次序确定发电计划，但兼顾发电容量的共用性；( 3 ) 联合优化法：联合优 化总的发电和辅助服务费用。合理设计辅助服务市场及与主能量市场之问的配合关 系对电力系统的可靠运行有着重要作用。 1 2 。3 开放输电系统 输电技术的发展使得远距离大功率交换成为可能，肖0 弱了电力工业天然垄断的 特性，使得垄断的发电运行被竞争的批发电力市场所代替成为可能。输电系统负责 将电能由发电厂出口输送到负荷或负荷中心，以完成电能交易服务。由于输电系统 投资大建设周期长，加之集中的电网调度运行的优势，目前世界各国的输电系统都 是“独一无二”的，没有可替代的。因此，丌放输电网允许市场参与者平等使用电 网是保证电能公平交易的必要手段。电力市场下电网肩负着市场运营和系统运行的 双重职责。市场运营包括主持安排现货市场交易、合同管理、安全校验、发布市场 信息等；系统运行包括实现电能交易、实时平衡电力电量、保证电能质量、保证系 统安全、可靠和经济运行，以及负责事故处理和系统恢复。输电系统在提供这些服 务的同时，还要完成输电系统规划、建设，收取合理的输电服务费用以回收成本和 运行费用。因为线路过负荷引起的“输电阻塞费用”是市场环境下的一项新收费，应 公平合理地处理好输电阻塞及阻塞费用，为电网的正常运行和发展，以及确保交易 的顺利实施提供指导。 1 2 4 市场监管和风险管理 市场监管就是要通过有效的分析手段分析和完善电力市场的运营。利用微观经 济学和统计学原理，采用对比分析、效率分析、相关度分析、各种静态和动态指标 分析等手段，综合地对电力市场效率进行评估 1 2 ，13 】；对发电市场力进行评估 1 4 - 1 6 】： 对电网调度的公平、公正和公开进行监督 1 7 - 1 9 】，以确保电力市场高效稳健地运行。 风险管理：风险指不确定性带来的损失，或遭受损失的可能性。电力系统运行 各个方面都存在大量的不确定性。电力工业进行市场化运营后，又出现了大量市场 华北电力大学博士学位论文 运营的不确定性和风险。风险管理就是通过有效的手段取得投资回报和风险之间平 衡的过程。从金融投资的角度，风险管理包括风险控制和风险评估2 个方面。在电 力市场设计过程中，集中的目前和实时批发市场竞争是控制风险的一个突出平台。 集中竞争使得发电方和用电方都尽可能地披露其真实意愿，锁住价格，稳定系统运 行，控制风险。另外，还可设计采用更多的风险防范手段，比如：多轮市场交易和 结算方案、期约交易、期货交易、期权交易等等都是有效的风险管理手段。 总之，一个成功的市场设计首先要满足系统的经济、安全可靠的高效实时运行： 其次，成功的市场设计还应该保证长期的资源充足和系统可持续发展：同时，风险 管理机制也是一个成功的市场设计所必须的；最后，一个成功的市场设计应该有一 个独立的市场监督机构来识别市场设计的漏洞，提出不断改进的措施。 1 3电力需求侧市场运营出现的问题及研究现状 本文所讨论的电力需求侧指除去发电和输电之外的配电和用电，研究着眼于电 力需求侧市场化运营的技术和经济问题。 由于电力工业的重要性和特殊性，各国对电力工业放松管制、实现市场化的进 程不同，但共同的是集中在发电领域打破垄断、引入竞争。有些国家的电力市场同 时还开放了输电、配电及零售市场，比如北欧电力市场、德国电力市场等。要充分 发挥市场竞争的潜力和效率，保证电力系统的高效持久发展，最终必然要全面开放 电力需求侧。事实也证明了单纯重视发电领域的竞争，忽视用电侧的弹性和负荷管 理潜力，不利于抑制市场力，不利于电力市场的健康有序发展【9 。“。市场化改革后 电力需求侧面临着大量技术经济问题，包括：负荷预测、电价预测、优化运行、需 求竞价、配电定价、电能质量、配电网规划、d s m 管理、风险管理、计费及交易管 理系统等。这些问题有的是市场环境下新出现的，有的是新增了许多内容。本文不 可能面面俱到地解决这些问题，拟就电价预测、需求竞价、d s m 的市场运营机制及 与需求侧市场运营有关的风险管理等几个关键的技术经济问题展开深入研究。下面 就这几个问题的研究现状进行简单概述。 电价是电力市场的核心内容，由市场竞争形成的电价随时都在变化，因此，电 价预测是电力市场下出现的新课题。准确的预测电价对市场参与各方做出正确的决 策具有重要的指导意义。发电商需要根据准确的电价预测做出竞标策略，以实现收 益最大而风险最小：同样，供电企业也需要准确的电价信息决定其电能需求在不同 时间市场上的最优购买分配方案；而投资者需要根据电价变化趋势做出正确的投资 决策。因此，电价预测已成为电力市场中各参与者亟待解决的新课题。 影响电价的因素很多。电价是市场供需平衡时形成的出清价，由于需求是随机 变化的，同时电力市场更倾向于一个寡头垄断市场，发电公司通过对市场需求和其 他发电厂商的估计，进行策略性报价，在负荷高峰期或一些特殊气候条件下，会存 6 第一章绪论 在通过持留容量或抬高价格的非正常手段报出偏离生产成本的价格。在电网出现阻 塞时，也会出现价格较大波动。另外，发电设备的运行检修计划，燃料或水资源的 供给都会影响电价。所有这些因素使得准确预测电价成为个复杂的难题。 目前电价预测的研究已经取得了一定的成果f 2 。2 “，文 2 0 】对电力市场下日负荷 预测和电价预测的方法和技术做了很好的综述，尤其是对新出现的特殊问题进行了 较全面的分析，指出需要新的解决方法。文 2 1 2 3 1 的作者都提出了用神经网络方法 进行短期电价预测。文 2 4 2 6 采用时间序列模型预测市场清除价，并有应用到实际 电力市场的例子。但总体在预测精度上还有提高的余地，还需要开拓新的研究方法。 电力市场下就像发电厂面临从计划经济转向市场经济后，需要适应市场，制定 最优竟价策略，实现自身利益最大化一样，需求侧同样需要适应市场，参与市场竟 价，根据预测的负荷需求和电价，规划购买所需电能，力求最大化收益。因此，需 求侧竟价是电力市场下电力需求侧面临的突出问题。供电商和用户如何将自身所需 的电能在长期合约市场和现货市场之间进行合理分配，以及如何制定长期购买合同 这些实际问题都需要科学的理论指导。目前电力需求侧竞价问题的研究还没有得到 足够的重视，取得的成果尚不多【27 。3 l 】。已有研究成果不同程度地将投资学、金融学 理论引入需求侧竞价的研究中，为需求侧竞价提出了科学合理的研究途径，也为电 力市场研究开拓了新的渠道。 起源于2 0 世纪7 0 年代，美国为了应对能源危机而采取的鼓励储能、抑制负荷 增长的电力d s m ，随后在世界各国也相继得以推广，实践证明了d s m 对提高电力 工业整体效率有着重要影响，对环境保护也有益处。在历经3 0 多年的变革，在电 力市场环境下，过去的d s m 模式已经不能完全适应当前的形势，因此，新形势下 d s m 的作用和地位、评估方法、实施方法、激励机制、技术支持系统等课题再次成 为研究的热点 ”3 。尤其是在我国目前出现严重电力短缺和世界范围能源紧张的情 况下，充分挖掘d s m 提高电源使用效率的潜能，合理评估d s m 对系统的贡献，探 索有效的d s m 实施机制具有重要的作用。 电力工业市场化改革在给市场参与者带来更多机遇的同时，也带来了大量的风 险。供电商和用户在市场环境下同样面临大量的来自市场设计、市场运营和管理的 风险，尤其是目前电力市场设计在需求侧的不完善给供电企业带来了更大的风险。 有效的风险管理手段和合理的风险评估方法对所有的市场参与者具有迫切的现实 意义，因此，电力市场中电能交易的风险评估和管理近年来得到了关注 3 6 3 ”。电力 需求侧市场运营涉及的问题也需要从投资优化和风险管理的角度展开研究，才能为 电力需求侧市场化运营提供更全面合理的理论指导。 有关电力需求侧市场运营模式及需求侧市场运营涉及到的技术和经济问题，将 在第二章进行更详细的论述，相关问题的研究现状分别在第3 章到第6 章中有针对 性地进行详细评述。 7 华北电力大学博士学位论文 1 。4 论文的主要工作 论文以电力市场环境下电力需求侧面临的技术与经济问题为立足点，主要研究 内容包括： ( 1 ) 全面总结电力市场下电力需求侧市场化运营出现的主要技术经济问题及其 特点，并就电力需求侧市场化运营模式进行探讨。 ( 2 ) 就电力市场下新出现的电价预测问题展开深入系统地研究，研究提高预测 精度的新方法，为准确制定需求侧竞价创造条件。 ( 3 ) 系统研究购电商( 供电公司或用户) 的购电分配问题。通过分析电力市场 中购电商长期购电特点，按照现代投资组合理论建立购电组合问题的通用模型，并 进行定性和定量的分析，寻求最优的分配组合方案，建立购电组合的方法论。 ( 4 ) 研究电力需求侧竞价的风险管理手段和评估方法。探讨金融衍生工具：期 约合同、期货台同和期权合同在管理电力需求侧竞价风险中的应用。进一步研究将 金融领域的风险评估方法应用到电力需求侧竞价中，确定最佳竞价方案和定量评估 风险的方法。 ( 5 ) 综合探讨电力d s m 在市场环境下的综合评价方法和实施机制，研究需求侧 竞价机制，重点研究d s m 对系统可靠性的贡献及评估方法，结合国内外d s m 市场 运营经验，研究适合我国国情的d s m 实施方案。 8 第二章 电力需求侧市场运营 第二章电力需求侧市场运营 由于电力市场具有不同于其他商品市场的特性，单纯重视发电市场和输电服务， 而忽略需求侧参与竞争的潜力，容易诱发市场力，不利于电力市场的健康持续发展。 本章从介绍国内外电力需求侧市场化改革的现状出发，分析电力需求侧市场运营模 式，重点总结需求侧市场运营的关键技术和经济问题，最后对论文的工作和结构进 行规划。 2 1国内外电力需求侧市场改革现状 由于电力工业的重要性和特殊性，各国电力工业放松管制、实现市场化的进程 各不相同，但共同点是首先在发电领域打破垄断、引入竞争。有些国家的电力市场 还开放了需求侧竞争，如北欧电力市场和德国电力市场等。要充分发挥市场竞争的 潜力和效率，开放配电和零售环节是必要的。2 0 0 0 年底加州电力市场的失败也证明 了单纯重视发电领域的竞争，忽视用电侧的需求弹性和负荷管理潜力，不利于抑制 市场力，不利于电力市场的健康有序发展【i “。 在目前世界范围开展的电力工业市场化改革的2 0 多年里，在市场运营、提供 可靠的供电服务和稳定电价方面不同程度地出现了一些问题。主要原因是： ( i ) 少量市场占优的发电商滥用市场力( 尤其是在输电发生阻塞时) ： ( 2 ) 不完善的市场设计( 包括配电及零售市场的不完善) ； ( 3 ) 没有激发用户对电价的弹性： ( 4 ) 投资规划市场不充裕以及长期交易不足等。 世界各国在需求侧进行市场化改革的进程和所取得的成效不一。关于需求侧改 革目前还存在一些重要的政策性问题，例如是否要把配电从供电服务中分离出来， 存在不同的作法：有仍然垄断经营不分开的；有将经营和所有权与财务计费分开的。 从理论上讲有必要保持配电企业统一运行，以利于完成电能的可靠配送。但是，可 以把电能销售服务( 即电力零售) 业务完全开放，这样会出现大量电力零售商，用 户有自由选择供电商的机会，引入竞争、改善服务，通过零售竞争理顺电价。但在 需求侧改革具体实施过程中出现大量测量、计费、信息共享等技术问题。 新西兰电力工业改革初期，配电和零售环节仍然是垄断的，价格管制及公共服 务义务依然存在，小的用户没有动力去选择供电商；随后于1 9 9 2 年颁布能源公司 法，配电侧实施股份化和私有化，取消供电专营区。1 9 9 2 年1 9 9 4 年实现趸售电力 市场。1 9 9 6 年新的电力工业体制开始运行，电网对所有发电商和所有零售用户开放， 发电和售电领域可以自由进出公平竞争。在零售市场上，电力供应商直接竞争，或 者通过中间商和零售用户签订售电合同。 9 华北电力大学博士学位论文 澳大利亚于1 9 9 4 年进行电力市场试点，1 9 9 5 年新南威尔士州( n s w ) 进行电 力工业结构重组，1 9 9 6 年国家电力市场运营规则的颁布，标志着国家电力市场正式 开始运作。在发电领域实行完全竞争，在供电领域开展零售竞争。1 9 9 6 年，大用户 ( 年用电量大于1 6 0 m w h ) 可以自由选择供电商；2 0 0 1 年1 月，新南威尔士州的小 型零售用户也可以自由选择供电商。 在新加坡，已有约2 2 0 个用电大户可以选择电力供应商，而且已有约7 0 的用 户更换了电力供应商。在部分开放基础上，逐步扩大开放程度的新加坡电力市场已 经完成系统测试。2 0 0 3 年1 月1 日，新加坡改革后的新电力市场开始运作。随着新 电力市场投入运作，新加坡的电力市场继续开放。3 个月后有大约5 0 0 0 个电力用户 能够选择电力供应商，再过6 个月又有约5 0 0 0 个电力用户可以选择电力供应商， 到2 0 0 4 年初，新加坡的所有家庭用户都可任意选择电力供应商。 北欧( 挪威、瑞典和芬兰) 电力零售市场。挪威于1 9 9 0 年颁布能源法，对所 有发电商和所有零售用户开放电网，自由办电厂。1 9 9 1 年发电商、供电商和大用户 进入电力