（电气工程专业论文）基于博弈论的电厂报价的自适应模型研究.pdf

摘要 在电力市场中，发电厂商在获利因素的影响下，生产目的和生产决策发生了 本质的变化，从由传统的计划发电到多个发电厂商竞价上网。因此发电厂商如何 利用市场中的公共信息，制定合理的发电上网价格，使自己的收益最大化，成为 发电厂商在竞价过程中急需解决的问题之一。 电力市场是一个多寡头垄断的市场，博弈论中的古诺模型是分析寡占竞争市 场中各生产厂商生产行为策略的应用最广的模型之一，本文采用古诺模型建立多 寡头垄断的电力市场发电侧的发电厂商动态模型，假设市场反需求曲线及所有电 厂的总出力对所有电厂来说是已知信息，通过引入机组自适应期望出力的概念， 建立电厂机组出力优化的自适应动态古诺模型，并由此导出了机组最佳出力竞价 报价系数的动态模型，理论上这些动态模型总是稳定的。动态仿真结果表明，机 组出力报价系数动态模型的稳定值总趋于或等于机组出力报价系数的纳什均衡 解。机组出力报价系数动态模型是发电厂商对其竞争者的最佳反应。该模型的建 立为发电厂商对机组出力优化和合理报价提供了一些理论指导。 关键词；电力市场；竟标；古诺模型；发电机组；动态模型 h lt h ee l e c t r i c p o w e rm a r k e t g e n e r a t i n gc o m p a n i e sc h a n g ef r o mc o n v e n t i o b a l a c c o m p l i s h i n gt a s k st os u b m i t t i n gb i d st o s e l l e l e c t r i c i t yb e c a u s eo ft h ep r o f i t a b l e f a c t o r , a n dt h ep u r p o s ea n d t h es t r a t e g yf o rp r o d u c i n g e l e c t r i c i t ya l s oc h a n g es oh o w t ou s e p u b l i c i n f o r m a t i o nt om a k et h er e a s o n a b l e e l e c t r i c i t yp r i c et om a k et h e m a x i m i z i n gp r o f i t si st h eo n eo f t h ek e y p r o b l e m st h a tg e n e r a t i n gc o m p a n i e ss h o u l d s o l v e t h ee l e c t r i cp o w e rm a r k e ti st h eo l i g o p o l ym a r k e t ；t h eg o u m o tm o d e li so n eo f t h em o d e l so f g a m et h e o r yw h i c h a r ee x t e n s i v eu s e dt oa n a l y z et h ep r o d u c e s t r a t e g y o fp r o d u c e r si nt l l e o l i g o p o l ym a r k e t t h eg o u m o tm o d e li su s e dt op r e s e n t e da n a d a p t i v ed y n a m i c m o d e li nt h eo l i g o p o l ye l e e t r i c i t ym a r k e t ，a n ds u p p o s et h ea n t in e e d c u r v eo ft h em a r k e ta n dt h et o t a l o u t p u t o fa l l e l e c t r i c i t yc o m p a n i e sa r ep u b l i c i n f o r m a t i o n b yi n t r o d u c i n gt h ec o n c e p to fa d a p t i v ee x p e c t e do u t p u t ，a l la d a p t i v e d y n a m i c g o u r n o tm o d e lf o rg e n e r a t i n gu n k p o w e ro u t p u t i sp r e s e n t e d t h e s ed y n a m i c m o d e l sa r ea l w a y ss t a b l ei nt h e o r y s i m u l a t i o n sa r ep r o v i d e dt os h o wt h es t a b l ev a l u e s o ft h em o d e li fb i d d i n gf o rg e n e r a t i n gu n ki st h eb e s tr e s p o n s eo fo n eg e n e r a t i n g c o m p a n yt oi t sr i v a l s t h ea i mo f t h i sp a p e ri st oo f f e rat h e o r yg u i d ef o rg e n e r a t i n g c o m p a n i e s t om a k et h e i rb i d d i n gd e c i s i o n s k e yw o r d s ：e l e c t r i c i t ym a r k e t ；b i d d i n g ；g o u r n o tm o d e l ；g e n e r a t i n gu n i t ；d y n a m i c m o d e l 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的 研究成果，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发表 或撰写过的研究成果，也不包含为获得蠢注盘鲎或其他教育机构的学位或证 书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所傲的任何贡献均已在论文中 作了明确的说明并表示了谢意。 学位论文作者签名：砸孚签字日期：耖哆年扩月f 艿日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解叁壅盘茎有关保留、使用学位论文的规定。 特授权墨注盘生可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检 索，并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学校 向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权说明) 学位论文作者签名：豸侈也 签字日期：2 ，哆年箩月f 墨日 导师签名：孝杯卅 签字日期：) 口d 弓年艿月莎曰 一 。 第一章绪论 第一章绪论 第一节课题研究的背景及其意义 在2 0 世纪8 0 年代以前，世界各国的电力工业基本上都采取发、输、供一 体化的区域性垄断经营模式。进入8 0 年代以来，智利，英格兰，阿根廷，澳大 利亚，美国等许多国家陆续在电力工业中引进竞争机制，打破垄断，走向电力生 产市场化。它的目的是引入竞争机制达到节省资源，提高效率，降低电价，改善 服务和取得更大的社会效益的目的。 我国在传统的计划经济体制模式下，在电力行业实行的是完全的计划管理， 加之我国长期缺电的历史，更加使电力产品完全变成了卖方垄断市场，和所有的 垄断性的市场一样，电力市场也存在各种诸如效益低下、经营者获取不合理的垄 断利益等弊端，这些弊端不利于电力行业的发展，又进一步使的电力企业失去了 活力，在很大程度上也阻碍了整个国民经济的发展。因此我国开始在电力行业逐 步进行改革，引入公平的竞争机制，以期建立完善、开放的电力运行管理体制。 然而由于电力市场的实行是一个十分复杂的问题，一个完善的电力市场需要有许 多复杂的条件，主要是：供应方的产品成本随着需求量而改变；需求方的需 求量随着商品价格而改变；自由买卖的市场机制；买方无垄断行为：卖方 无垄断行为。发达的资本主义国家的电力工业己基本上满足了前4 个条件，唯独 第5 个条件尚不能满足，这是因为电力工业的发展历史使之在世界各国成为垄断 行业。我国电力工业的运营和那5 个条件差距很大，因而市场改革的任务更加艰 巨复杂，任重道远。为了推动电力市场改革，我国在第十个五年计划期间电力行 业改革的主要任务是：实施厂网分开，重组发电和电网企业；实行竟价上网，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；制定发电排放的环保折价标准，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。为了实现这个任务，我国对电力工业实行了重组，分成了两大电网公司，j 家发电公司以及电力建设公司和电力监管委员会。这对发电侧市场化的实行创造 第一章绪论 了条件。发电侧市场化主要是厂网分开，竞价上网，这种在发电侧引入竞争，电 厂发电机组竞价上网，使电力企业可以结合自身特点制定合理电价，降低电力成 本，增强电力企业活力，同时也为电力用户提供合理的电价和高质量的服务。 在电力市场下，发电厂最为关心的是发电计划和上网电价。电价是电力市场 的支点，电价影响着每一个发电厂的切身利益。在电力市场下，发电厂的经济收 益都来源于它的发电量，而发电厂收益的大小，在很大程度上取决于它所报出的 上网电价。无论是制定短期的发电报价策略、发电计划、还是长期的电力交易的 双边合同，都需要对未来的电价进行预测。但各个机组属于不同的厂家，各厂家 是以获取最大利润为目标。机组竞价是一个博弈行为，上网电价太高就会在其他 电厂面前失去优势，但如果太低，就会造成自己的经济损失。因此，可以说上网 电价的预测是电力市场下发电厂经济活动中最为重要的一环，发电机组如何报价 就成为能否提高其电厂利润的关键，同时对其电价预测的精度程度，也同样会影 响发电厂计划的制定以及发电厂的经济收益。 第二节发电厂商竞价方法概述 在电力市场环境下，发电厂商除了要解决传统的机组组合问题外，还必须制 定优化可行的竞价策略，才能使自身利益最大化。这既给发电厂商注入了新的活 力，也带来了前所未有的挑战。电力市场是不完全的垄断市场，有其自身的特点， 如有限的商品( 电力) 提供者，很大的投资规模( 市场进入障碍) ，电力网络传 输限制了用户有效的面向更多的发电厂等。这些决定了在同一个地方只有有限的 几个发电厂商参与竞争，厂商或多或少都具有市场力，其报价对市场价格是有影 响的，这使得发电厂商通过策略竟价增加自身利益成为可能。发电厂商的竞价实 质上是一种博弈问题。 对于发电一商而言，它的竞价策略或报价方法，总是实行一种利用电力市场 的非完美性不按边际成本报价而增加自身利益的报价行为，它的重要目标是在考 虑电力运行的各种规则和限制条件的基础上，通过合法的操纵市场力，合理选择 报价曲线，谋求自身利益最大化。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 2 第一章绪论 握自身机组的成本特性。 对竞争对手的估计是竟价的关键，因为竞争对手的行为间接影响了发电商自 身的获利。对竞争对手的估计分为两个方面：一是估计竞争对手的生产成本，二 是估计竞争对手的竞价策略。由于竞争对手的竞价策略是保密的，所以从已知的 市场出清信息中是不能直接得到竞争对手的报价的，因而只有通过对竞争对手的 机组类型和燃料市场进行分析，估计其生产成本，然后在此基础上，结合市场分 析，估计其竞价策略。 优化、合理的报价是竟价的虽终目的，目前主要有以下四种方法： 第一种是基于预测市场出清价( n i c p ) 的策略性报价方法，它利用历史和当前 的市场出清价，多阶段动态投标策略。如果一个发电商可以准确预测出市场的出 清价，那么他只要报出稍微低于市场出清价的价格即可获利。由于在大多数的电 力市场中可供查询的公开数据十分有限，因而精确地预测出清价十分困难。它需 要进行市场模拟以及最优潮流的计算等。 第二种是基于预测其他竞争对手的报价行为的方法，一般采用概率密度函数 来模拟竞争对手的生产成本函数，构造次最优的投标策略。这种方法需要对整个 市场中所有竞争对手的报价策略和费用两数的分布函数的各项参数进行预测，然 后利用概率论或者模糊数学的方法得到报价曲线和收益函数的期望值。最终决定 己方的报价策略。 第三种是基于一种反馈机制和人工神经元网络，提出了一种异步迭代投标方 法，允许投标者修改他们的投标。 第四种是基于博弈论的策略性报价方法。博弈论是研究市场经济的重要工具， 由于电力市场采用的封闭式拍卖交易方式可以被描述成一个近似的不完全信息 非合作博弈过程，所以用博弈论来进行策略性报价，其模拟的结果可能更加接近 实际。它基于博弈论的得益矩阵或者基于各种非完全竞争博弈模型。 第三节本文的工作 本文正是在前人研究成果的基础上，只对电力市场中发电厂商在竞价上网和 3 第一章绪论 电力报价这些方面作了些工作： 1 、简要介绍在发电侧电力市场下电厂报价问题以及报价模型。 2 、介绍博弈论基本概念，论证在电力市场中发电公司竞价上网行为是博弈 行为。 3 、本文采用博弈论中的古诺模型来建立多寡头垄断的电力市场发电侧的动 态市场模型，假设市场反需求曲线及所有电厂的总出力对所有电厂来说是已知信 息。每一电厂结合各个电厂的各个机组历史出力，通过数学模型预测各个电厂的 发电机组出力，对现期其它所有电厂的总出力给出一个自适应期望值，由此建立 了发电市场中各机组出力的动态自适应古诺模型，并且由该模型导出了电价及电 厂报价的自适应动态模型，得到现期电厂的最佳报价及出力，从而使电厂的收益 最大化。 4 、通过算例分析，得出机组出力报价系数动态模型的稳定总是趋近或等于 机组出力报价系数的纳什均衡解结论。模型能够对机组优化出力报价进行合理描 述，真正具有动态自适应能力，是电厂机组报价曲线的有力工具。 4 第二章电力市场概述与发电厂商的竞价策略 第二章电力市场概述与发电厂商的竞价策略 第一节电力市场的提出 在2 0 世纪的中叶，随着大容量高参数高效发电机组的出现，以及超高压交、 直流输变电技术的发展，电力系统充分显示了规模经济的优越性。扩大电力公司 的规模可以大大降低电力生产成本，提高电力系统的可靠性，因此一个广大地区 的垄断性电力工业几乎成为电力系统的自然属性。“二战”后为了恢复经济和获 取规模经济效益，各国加速电力行业的垄断，到8 0 年代，许多国家的电力工业 已经发展到国家垄断的地步，几乎所有市场经济国家的电力工业都采取发、输、 供一体化的区域性垄断经营模式。 然而7 0 年代以后，在一些西方发达国家，电力工业的规模经济性已经逐步 饱和，发电机组的效率几乎已经达到极限，建造特大的发电机组不再能大幅度地 降低成本，输电网络规模的简单扩张也不能保持需求的增长，相反地，高度垄断 的某些负面影响显露了出来，主要表现为非生产性成本的增加以及在电价受到管 制的情况下，政府要为此承受巨大的财政负担以及电力行业本身的腐败等。电力 工业正在面临着改革的压力和挑战。 进入2 0 世纪8 0 年代以后，在世界范围内逐渐兴起了一场电力工业市场化改 革之风。在电力市场的发展过程中，发达国家以英国和美国为代表，发展中国家 以智利和阿根廷为代表。 英国电力市场的建立是伴随着2 0 世纪8 0 年代中后期英国电力工业的私有化 改革而进行的。通过对英国电力工业私有化的改革，使得原来垄断经营的中央发 电局分为四个公司：国家电网公司、国家发电公司、国家电力公司和国家核电公 司，从而打破了原来垄断经营的局面，同时将发电和输电分开管理，充分引进了 市场竞争，所有这些都是在政府直接指导下进行的。而美国的电力市场的形成则 具有自然发展的过程，其典型代表是佛罗里达电力联合集团( f l o r i d ae l e c t r i c p o w e rc o o r d i n a t i o ng r o u p ，以下简称fcg ) 的形成发展过程。其发展过程经历 了以下四个阶段：紧急功率交换阶段j 制定联合运行政策阶段斗经济功率交换 第二章电力市场概述与发电厂商的竞价簧略 阶段斗到现在建立了比较完善的电力经纪人系统，从而形成了电力市场。整个 过程没有政府的行政干预，是电力市场的巨大经济效益吸引了电力企业，使他们 逐步由垄断走向竞争。挪威和澳大利亚等国也都先后实行了电力市场，从而掀起 了改革传统垄断型电力工业的序幕。 南美的阿根廷是实行电力市场比较早的发展中国家，通过建立电力市场，在 电力工业中引进了竞争，从而吸引了大量外资，解决了本国由于建设电力工业资 金不足而缺电的局面，不仅满足了本国的用电需求，甚至达到了电力富裕的地步， 同时也提高了电网的运行水平。 电力市场改革的主要的推动力有三个方面：一是发电装机容量严重过剩，用 电负荷需求增长缓慢，在国家垄断体制下，政府的负担沉重；二是社会公众对长 期以来受政府保护的垄断行业的管理水平和经营效率不满意；三是网络经营理 论、信息及自动化技术的迅速发展促进了电网调度管理能力的提高。 电力市场改革的主要目的有：( 1 ) 促进电力工业产权的多元化，公平竞争达 到降低生产成本，提高生产效率，节省资源和降低电价的目的；( 2 ) 电力部门向 用户提供有多种选择的电能服务( 如自由选择卖方和供电可靠性要求) ，使用户 可以得到优质、灵活的电能服务；( 3 ) 采用符合市场规律的、合理的电价体系， 促进用户参与管理，减少高峰负荷，提高平均负荷率，达到减少装机容量，提高 电力容量利用率和效益的目的；( 4 ) 通过市场、经济信息促进电力系统合理规划 和发展；( 5 ) 形成合理的电力、电量商品市场，促进电力工业的经营管理，促进 电力工业持续良性发展，以创造最大的经济、社会效益。 国外电力市场化改革主要包括三个内容：( 1 ) 所有制结构改革，即从单一国 有制逐步过渡到各种所有制的改革；( 2 ) 组织机制改革，即从发电、输电、配电、 售电一体化到逐步分离的改革；( 3 ) 运行体制改革，即从全行业垄断经营到发电、 配电、售电环节引入竞争机制的改革。大部分国家和地区的电力工业市场化改革 都取得了很好的成效( 如英格兰、澳大利亚、阿根廷、美国的克萨斯州等) ，但 也有的地区遭到了挫折( 如美国加利福尼亚州) 。总的说来，目前为止世界各国 的电力工业市场化改革还没有一个固定的模式，各国都在根据自己的国情探索符 合本国的电力市场体制。 6 第二章电力市场概述与发电厂商的竞价策略 第二节电力市场的模式 一、电力市场的定义 通俗的说，电力市场就是电能买卖的场所。电能作为一种商品，具有许多普 通商品不具有的特殊性，电能的生产和消费除了管理和经济方面的因素之外，还 受到电磁物理特性的制约，并且电能不能大量储存，其生产和消费必须同时进行， 此外还应保证用户使用电能的安全性和可靠性。因此，电力市场是发电、输电、 配电、电能交换、通讯和自动化的总和，是电能经营管理和技术支持的统一体。 电力市场的基本原则是公平竞争，其本质是在电力工业内部引入竞争机制，扩大 用电市场，在保证电网安全稳定运行的前提下，优化利用资源，更大限度地提高 电网的经济效益和社会效益。 从电力行业的发展来看，电力管理体制和生产模式归纳起来有以下4 种： 1 、发电、输电、配电垄断经营。由一个电力企业对发、输、配电进行统一 管理，又称完全垄断型，这是曾被普遍采用的模式。 2 、允许在垄断经营的企业之外，存在独立发电企业，由垄断企业对独立发 电企业生产的电能实行买断，在输、配电系统中垄断经营，又称部分买电型。我 国近年基本上是采用这种模式。 3 、发电与输、配电分离，发电厂成为独立企业，只要规模在规定标准以上 的发电企业都可公平竞价上网，而且允许大的电力用户直接从发电厂买电，又称 完全买电型。这是我国目前要进行的“厂网分开”、实行发电竞价上网的电力市 场改革模式。 4 、实行发电、输电、配电企业分离，各自成为独立的实体，通过合同进行 相互约束，而且大用户和零售商都可以向网内的发电企业买电，零售用户可以自 主选择电力零售商，即实行发电竞价上网，用户公平选择。这是高度市场化的模 式，或者叫作完全竞争的电力市场。这种模式近年来在国际范围内引起了热烈讨 论和普遍的关注。英国、澳大利亚、挪威和智利等许多国家正通过改革实行这种 市场模式。 第二章电力市场概述与发电厂商的竞价策略 二、电力市场的模式 “企业组织结构”是决定整个电力体制的基本框架，是改革的核心部分。根 据竞争程序以及引入环节不同，可以把当前电力市场分为五种比较典型的电力市 场经营模式：垂直统一垄断、发电竞争上网、限制性趸售竞争、完全趸售竞争和 零售竞争。 1 、垂直统一垄断模式 在垂直统一垄断( v e r t i c a li n t e g r a t e dm o n o p o l y ) 模式下，省或跨省电力公司 在电网覆盖范围内对发电、输电、配电和供电统一管理和垄断经营；并负责规划 与建设发电、输电和配电工程，协调所需燃料和其他能源；负责统一调度、组织 电厂、电网和供电的运行维护，包括电力分配，提出电力销售价格方案，交有关 部门审批。法国电力公司( e d f ) 和日本十大电力公司以此为模式，美国爱达荷 州、北达科州、加拿大魁北克省等部分地区因电价低廉，也直维持此模式。 2 、发电竞争上网模式 在发电竞争上网( c o m p e t k i v eg e n e r a t i o nb i d d i n g ) 模式下，输电、配电和 供电仍由一个电力公司统一管理和垄断经营，但各个发电企业公司化，新建电厂 为独立发电公司( i p p , n d e p e n d e n t p o w e r p r o d u c e r ) ，原电力公司所属发电企业也 改组为发电公司，具有独立经营资格，负责按合同向电力公司售电，按照行为标 准运行电厂。电力公司负责规划与建设输电、配电工程以及相关设备维护。负责 对电厂进行合同调度，维持电网安全稳定经济运行。独立经营的发电公司根据同 网同质同价的原则，相互间开展电量竞争上网。发电公司上网电价和电力公司销 售电价由有关部门审批。许多国家已经逐步采用此模式，如美国明尼苏达州、加 拿大大不列颠哥伦比亚省等。 3 、限制性趸售竞争模式 在限制性趸售竞争( l i m i t e d w h o l e s a l ec o m p e t i t i o n ) 模式下，电力公司进一 步分解为一个电网公司和多个供电公司。每个供电公司在其供电区域内具有垄 断供电性质。电网公司负责调度运行，从发电公司购买电力并向供电公司趸售， 其电价买卖均以合同形式确定双方的权利和义务。电网公司是电网覆盖范围内各 个发电公司电力的唯一购买商，也是各个供电公司电力的唯一供应商。电网公司 8 第二章电力市场概述与发电厂商的竞价策略 有责任预测负荷增长，规划电力发展，以满足电网覆盖范围内的用电需求：负责 主网工程建设，保证有足够的输电容量，满足电力交换的要求；负责组织电网调 度运行。发电公司的上网电价、电网公司的趸售电价随交易行情动态变化，一般 每3 0 分钟变化一次。但浮动幅度受管制机构严格约束。目前英国、西班牙、加 拿大安大略省、美国大多公司均为此模式。 4 、完全的趸售竞争模式 在完全的趸售竞争模式( c o m p l e t e w h o l e s a l e c o m p e t i t i o n ) 模式下，供电公 司直接向发电公司购电，向终端用户供电。电网公司仅仅提供输电渠道，负责将 电力从发电公司送到供电公司，收取过网费，向交通运输中的“公路网”一样。 电网的调度运行可由电网公司负责，如可成立拥有电力库( p o w e rp 0 0 1 ) 的机构 如运行局负责。所谓电力库就是专门用于调频、调峰以及事故备用的一批电厂， 享受特殊电价。供电公司仍然在其供电范围内垄断经营。这种模式要求有非常复 杂而先进的电力计量系统，以及很高的管理水平。瑞典、阿根廷、捷克等国家和 美国加利福尼亚州已经推行此模式。 5 、零售竞争模式 在零售竞争( r e t a i lc o m p e t i t i o n ) 模式下，撤销垄断经营供电的供电公司， 所辖电网移交电网公司，出现许多用电服务机构( c u a o m e rs e r v i c e ) ，这些机构 经营电力趸售和零售，没有固定的服务区域和服务对象，相互之间开展扩大用户 的竞争。经有关部门资格审查合格，领取电力经营许可证即可成立用电服务机构， 开展供电业务。一般来说，社区居民用户有经营零售的服务机构供电，大的电力 用户有经营趸售的机构供电，甚至直接由发电公司直接供电。销售电价执行分类 分时电价，同时分趸售和零售电价。同一类用户可以申请不同服务机构供电，但 享受基本相同的电价。服务机构运营收入主要取决于供电数量。这种模式已在挪 威、智利、美国纽约州等电力充足、电网完善的国家和地区逐步推行，旨在充分 降低电价、改善供电服务质量。 电力市场化的进程总是循环渐进的，从垄断到个别环节的竞争直到全方位 开展竞争，过程十分漫长。目前，世界上不同国家、不同地区的改革进程各不相 同，所采取的模式也差异很大，但总的趋势相同的，即在全方位引入竞争。推进 改革的主要动力是电价，从世界主要国家的改革进程看，电价越高的地区改革越 9 第二章电力市场概述与发电厂商的竞价策略 是深入，此现象在北荚地区表现得特别突出。需要说明的是，以上模式都是经过 典型化和理论化，实际情况往往是多种模式混合或并存的。 三、我国电力市场现状 在2 0 0 0 年1 月，山东、上海、浙江三个试点单位的发电侧电力市场正式投 入商业化运行，2 0 0 0 年4 月至9 月辽宁、吉林、黑龙江三省的发电侧电力市场 相继投入运行。 目前我国电力市场改革的趋向是“厂网分开，竟价上网”，即将电网经营企 业拥有的发电厂与电网分开，建立规范的具有独立法人地位的发电实体，市场只 对发电侧开放。电网经营企业负责组织各个发电公司间的竞争，政府负责对电力 市场进行监督管理。通过各试点单位的市场化运作以期在发电侧引入市场机制， 竞价上网并积累经验，逐步向完善的电力市场靠近。 晟近国家把中国电力进行了新组建，成立了十一家公司，即国家电网公司、 中国南方电网有限公司、中国华能集团公司、中国大唐集团公司、中国华电集团 公司、中国国电集团公司、中国电力投资集团公司、中国电力工程顾问集团公司、 中国水电工程顾问集团公司、中国水利水电建设集团公司和中国葛洲坝集团公 司。 由于电网和发电企业分开，发电企业又分为多个大集团，这无疑将引起相互 竞争的局面，为我国电力企业实行完全的电力市场创造了条件。但我国现行发电 侧电力市场的模式仍以单一购买者为主，即参与市场竞争者的各独立发电企业将 电能提供给电网经营企业，而用户不能与发电厂签订购电合同，只能由电网经营 企业采用趸售或零售的方式供电。电网经营企业可与发电公司签订一定数量的长 期合同以防供电不足或购电电价过高的风险。 随着我国电力行业市场化深入，改革的不断加速，我国电力市场化将进入了 一个新的发展肘期。 第二章电力市场概述与发电厂商的竞价策略 第三节发电厂商的竟价策略 在“厂网分开，竟价上网”的发电侧电力市场环境下，发电公司为获得最大 的收益，从传统的完成任务转变为报价竞标发电，其目标和行为发生了本质的变 化。如何利用自己掌握的信息合理进行报价，以获得最大的利润，是发电厂商报 价决策要解决的问题。 一、电厂报价问题的简介 随着电力工业改革的发展，我国目前已经允许多种投资成分进入发电领域， 经过多年的努力，我国的发电市场得到了长足的发展，到目前为止，电力供应短 缺的局面己经基本改变，近年来己出现了电力供大于求的情况，随着我国发电装 机容量的快速增加，对电能的卖方( 也就是电厂) 来说，竞争将会更加激烈，如 何根据自己的实际情况确定上网报价对电厂起着至关重要的作用。举一个简单的 例子来说明这个问题：例如某个时段的负荷需求是1 0 0 1 v l w ，某个电厂( 记为s ) 在此时段有1 0 0 m w 容量可出售，其生产成本2 0 0 元m w h ，将此时段其他竞 争电厂整合在一起，其可出售的容量及价格分别如表2 1 所示： 表2 1 整合机组容量和价格 整合机组编号整合容量( m w )报价( 元，m h ) 15 02 7 1 25 03 0 1 如果电厂s 知道了这些情况，它可以选择两种方案来确定报价：第一种，报 价为2 7 0 元m w h ，这样可以赢得全部1 0 0 m 3 7 r 的容量，收益为7 0 0 0 元；第二 中，报价为3 0 0 元，m w | i i ，这样可以赢得5 0 m w 的容量，收益为5 0 0 0 元，很明 显，s 应该报价2 7 0 元m w h ，这样可以获得最大的收益。假如整合机组2 的报 价为3 5 1 元m 矿h ，此时如果s 报价为3 5 0 元m 矿h ，虽然只能获得一半的发 电容量，但是收益为7 5 0 0 元，很显然，此时的报价应为3 5 0 元m w h ，这样获 第二章电力市场概述与发电厂商的竟价策略 得的收益才是最大的。 从上例可以看出，确定适当的报价对电厂来说具有重要的经济意义。同时电 能作为一种商品，与普通商品最大的不同就在于：电能的生产和消费必须同步进 行，因此电厂作为卖方只有在已经有买方时才能进行生产。那么在竞争的条件下， 电厂要么通过竞价上网发电，要么就要停机，当然还需要部分能够做调频和备用， 这就显得报价更加重要，因为如果报价适当，就可以竞争上网多发电，从而获得 最大的经济效益；相反，如果报价不当，就不能取得好的经济效益，甚至不能竞 争上网发电。 在市场条件下，报价完全是由电厂自己来决定的，同时它也受到本身许多因 素的影响，比如本身的生产效率、经营策略等等，还要考虑整个系统的运行情况 并估计竞争对手的报价情况，这样才能为自己带来最大的经济效益。电厂的报价 策略可以从下面几个方面来考虑： 1 、生产成本 这是报价的基本组成部分，各个电厂( 卖方) 可以根据自己的实际情况确定 自己的生产成本，这也是确定报价中最准确的一个因素，因为这部分的大小只与 本厂的情况有关，所以可以比较准确地计算出来。 2 、争对手的报价 在竞争的情况下，特别是随着我国发电装机容量的增大，在供大于求的情况 下，各个电厂都力求能够上网发电，争取早日收回投资和回报。而电网考虑的是 收购报价的电能，使得整个购电费用最低，这也是电力市场的必然要求。所以， 电厂报价是不仅要考虑自身的成本，还要考虑竞争对手的报价，因为如果自己的 报价相对于竞争对手过高，必然要在上网时失去竞争力，如果报价过低，虽然能 够上网发电，但过低的报价将会影响自身的收益。因此要根据全网的整体情况， 确定对自己最有利的报价。 3 、经营策略以及经济目标 每个电厂都有自己的经营策略以及长期和近期发展目标，这也是为了自身能 够更好地发展，因此有时为了长远的利益和目标，可能会牺牲当前的利益，以求 更大的发展，这些都将对报价产生影响。 电厂在确定自己的报价时，有许多的不确定因素，比如竞争对手的报价、系 第二章电力市场概述与发电厂商的竞价策略 统的负荷状态等等，这些都给电厂的报价带来了一定困难，需要着力解决。我国 最早的电力市场的运营模式就是发电竞争的运营模式，这也使得电厂的报价问题 显得重要和突出了。 二、竞价策略的种类 在实际电力市场运作中，报价是电力市场中电厂的基本行为。电厂的报价反 映了电厂的运行成本和市场供求，决定着机组能否上网发电及其上网电量。从电 网的角度看，科学的报价可以为电网提供良好的运行条件，最大程度地优化安排 机组出力。因此，研究电厂报价策略是发电商和系统购电方一致的需求。 制定电厂报价策略要考虑以下两个因素：一是电厂的成本，成本加合理的利 润构成了电能这一商品的价值；二是市场的供求状况和电能资源的边际价格。 因此，严格核算成本和捕获市场中获利的商机是电厂报价系统的核心。从广 义说，发电商进行策略性报价共有以下4 种主要的方法。 第一种是基于预测市场出清价( m c p ) 的策略性报价方法，利用历史和当前的 市场出清价，多阶段动态投标策略。如果一个发电商可以准确预测出市场的出清 价，那么他只要报出稍微低于市场m c p 的价格即可获利。由于在大多数的电力 市场中可供查询的公开数据十分有限，因而精确地预测m c p 十分困难。 第二种是基于预测其他竞争对手的报价行为的方法，采用概率密度函数来模 拟竞争对手的生产成本函数，构造次最优的投标策略。这种方法需要对整个市场 中所有竞争对手的报价策略和费用函数的分布函数的各项参数进行预测，然后利 用概率论或者模糊数学的方法得到报价曲线和收益函数的期望值，最终决定已方 的报价策略。 第三种是基于一种反馈机制和人工神经元网络，提出了一种异步迭代投标方 法，允许投标者修改他们的投标。 第四种是基于博弈论的策略性报价方法。博弈论是研究市场经济的重要工 具，由于电力市场采用的封闭式拍卖交易方式可以被描述成一个近似的不完全信 息非合作博弈过程，所以用博弈论来进行策略性报价，其模拟的结果可能更加接 近实际。 第二章电力市场概述与发电厂商的竟价镱略 三、发电厂商按成本分析进行报价 这种报价的特定是根据自己的生产成本和获益确定应报的价格，比较容易掌 握，其缺点是不了解其他竞争对手的情况下，很难做到最大化自身利益。 按成本分析进行报价中较为简单的是平均报价法；较为复杂的方法是综合报 价法，包括按容量和电量综合报价和按运行时段综合报价。 1 、平均报价 按成本分析进行报价中最简单的是平均电价法，只给出一个上网电价的平均 值，其计算公式是： 上网电价= ( 发电成本+ 发电税金+ 发电利润) 厂供电量。 其中，发电成本包括燃料费、购入电力费用、材料费、工资及福利费、折旧、维 修费用以及其他费用；发电税金按国家规定提取；发电利润为还贷利润与企业留 利之和。 2 、容量和电量综合报价 这种方法在原理上是把上网电价分为两部分，即容量电价和电量电价，最后 合成统一报价。容量电价按设备的容量的固定成本部分确定，电量电价按照变动 成本( 如燃料、维修费等) 确定。 容量电价= 与容量电价有关的成本+ 与容量电价有关的利润+ 与容量有关 的税金 电量电价= 与电量电价有关的成本+ 与电量电价有关的利润+ 与电量有关 的税金 3 、运行时段综合报价 按运行时段计算上网电价时，将电价分为基本电价和电度电价。基本电价根 据部分固定成本和资本收益确定，而电度电价则由变动成本和另外一部分固定成 本和资本收益分摊到上网电量中得到。其分摊比例由机组运行方式确定。如果上 刚机组年发电利用小时数较高，则其运行成本绝大部分可由电度电价回收；相反， 如果年利用小时数较少，则其成本应只通过基本电价回收。为了方便实际操作， 按机组年利用小时数的多少，将机组划分为3 类：年利用小时数高于5 0 0 0 时的 为高利用小时机组，在3 5 0 0 5 0 0 0 之间的为中利用小时机组，低于3 5 0 0 的为低 第二章电力市场概述与发电厂商的竞价策略 利用小时机组。以下为计算步骤： ( 1 ) 计算边际发电容量成本： = 掣掣一只 - ， 式中：c m c 为边际发电容量成本；i 为单位千瓦的投资；c r 为投资回收系数， c 一= 吾譬茅备，j 为社会贴现率：t 为设备经济寿命；为调齄系数，主要与电 厂建设年限有关；o 。为运行维护费用；为厂用电率；匕为机组可用率：f 为 燃料的节约费用： 只= ( d ，一皿) 6 。8 7 6 0 1 0 。6( 2 - 2 ) 式中：d ，为电网高峰机组的平均折算标准煤耗，g k w h ；皿为投产机组的平均标 准煤耗，g k w h ；b 。为电网的标准煤耗影子价格，元t 。 ( 2 ) 计算边际电量成本：边际电量成本? 。是系统为满足用户用电增长而增 加的电厂运行成本，一般来说就是指变动成本，包括燃料成本、水费等等。 ：鲁( 2 - 3 ) 2 赢 式中：正为时段间隔；e l 为该时段的预计发电量；4 为该时段发电费用。 ( 3 ) 上网基本电价的测算：根据求得的边际发电容量成本和机组的年平均日负 荷率可求得基本电价为： p 6 = c ( 1 7 7 ) ( 2 - 4 ) 式中：叩为机组年平均日负荷率。 ( 4 ) 上网电度电价的测算：把负荷曲线划分为峰、腰和谷荷时段，根据其峰、 腰、谷发电量的比例分摊边际容量成本，求得电度电价。如果机组参加调峰，使 得成本增加的部分也计入电度电价中。峰、腰、谷的电度电价p 。，户。，p 。的 计算公式分j 5 l 为： 第二章电力市场概述与发电厂商的竟价策略 p 印= c m c ( 1 + ，) + c ，r l k l o o p p 。= ( 1 + ，) + ! 铲1 0 。 ( 2 5 ) ( 2 - 6 ) p 西= c 贮( 1 + ，) ( 2 7 ) 式中：l ，e 分别为峰和腰段的年利用小时数；r 为由于参加调峰而增加的变 动费用比率；k 为边际容量成本在电度电价中峰和腰段的分摊系数。 ( 5 ) 报价策略：在成本分析的基础上，可以得到相应时段的出厂电价p ，以， 成分别为： p ，= p b ，( 巧+ t + l ) + p 印， ( 2 8 ) 以= 见，( 0 + e + e ) + p d ， ( 2 9 ) a = 风( 乙+ e + 瓦) + p n ( 2 - 1 0 ) 式中：l 为低谷的年利用小时数。 1 6 第三章博弈论及其在电力市场中的应用 第三章博弈论及其在电力市场中的应用 第一节博弈问题演变历史及分类 博弈论是专门研究2 个或2 个以上利益有冲突的个体，在有相互作用 ( i n t e r a c t i o n ) 的情况下，如何进行各自优化决策的理论。对博弈问题的研究可 以追溯到1 9 世纪经济学中关于对策的研究，如经济学家古诺( c o u m o t ) 和伯特 兰德( b e r t r a n d ) 研究少数制造商操纵和控制市场( 寡头垄断) 问题的论文。以 后数学家b o r e l 和z e r m e l o 也做了大量工作。v o n n e u m a r m 及m o r g e n s t e r n 进一 步发展，并形成了专著博弈论与经济行为，它的出版标志着博弈论理论体系 的形成，并从此得到广泛的传播和应用。但是博弈论的许多深远和重大的发展则 是在5 0 年代和6 0 年代。其中最重要的就是1 9 5 0 年由纳什( n a s h ) 提出的n a s h 均衡点概念。以后博弈论在各个专业领域中迅速得到广泛应用，包括政治、经济、 生物进化、工程管理、文化娱乐领域等；其理论体系也在应用中不断发展，特别 是近2 0 年，其发展十分迅速。对博弈论的研究，最终在1 9 9 4 年获得诺贝尔经济 学奖殊荣。该奖在1 9 9 4 年被授予j o l l i l h a r s a n y i ，j o h n n a s h 和r i e n h a r ds e k e n ， 以表彰他们对分析非协作均衡点的杰出贡献。 博奔问题有多种不同的分类方法，相应的求解方法也有所不同。 博弈问题按照参与者获利之和的特性划分为“零和”( z e r o - s u m ，o rs t r i c t c o m p e t i t i o n ) 和“非零和”问题。“零和”问题中，一个参与者的获利直接等于 另一个参与者的损失，其由v o n n e u m a n n 在1 9 2 8 年首先提出零和解决。下棋、 扑克牌之类的博弈问题大多属于“零和”问题。而在“非零和”问题中，参与者 的获利和损失则不必相等，及其代数和不必为0 ，这是更大量的博弈问题，是数 学家n a s h 首先提出和解决的，即著名的n a s h 均衡点及相应求解方法。n a s h 均 衡点的概念及求解方法已成为博弈学家最重要的工具，并扩展适用于各种博弈问 题之中。 博弈问题还可以按照“静态”还是“动态”博弈以及对各方信息掌握完整与 否分为四大类，即静态的有完整信息的博弈问题；动态的有完整信息的博弈问题； 1 7 第三章博弈论及其在电力市场中的应用 静态的不完整信息的博弈和动态的不完整信息的博弈。其特征见表3 - 1 。 表3 1 四大类博弈问题的特征 注：每方的获利函数是所有各方决策的函数 博弈问题最主要的分类方法是按照参与者相互联合( 或协作) 与否将博弈问 题分为“协作博弈”( c o a l i t i o n , o rc o o p e r a t i v eg a m e ) 和“非协作博弈” ( n o n c o o p e r a t i v e , o rs t r a t e g i cg a m e ) 。“协作博弈”理论一般是指若干参与者结 成联合体( c o a l i t i o n ) 共同协作争取联合体的最大利益，再进行利益内部分配的 博弈。有关方法称为联合的或者协作的博弈方法。这种方法难度很大，大量的用 于“投标”( b i d i n g ) 和“分配”( a l l o c a t i o n ) 问题，并己在电力市场中发电竞争、 用户投标、输电与转运决策及相应成本分配以及研究m a r k e tp o w e r 中得到了进 一步开发和应用。非协作博弈论是指参与者相互独立( 不协作) ，各自争取自身 最大的利益的博弈。其中广泛采用n a s h 均衡点概念来求解。在n a s h 均衡点上， 如果一个人的策略变化而其他人的策略保持不变，会导致这个人的获利减少。非 协作博弈是研究少数制造商操控市场( o l i g o p o l y ) 的若干标准型问题的理论基础， 对于研究市场力有重大的意义。非协作博弈中有两个最经典的问题，即b e r t r a n d d u o p o l y 问题及c o u m o td u o p o l y 问题。前者又称为b e r t r a n d 模型，该问题中的 第三章博弈论及其在电力市场中的应用 两个生产同一产品的厂商要求各自独立选择商品的价格，以使获利最大。后者又 称c o u m o t 模型，问题中两个生产商生产同一种产品，每一个厂商必须在不知道 另