（电力系统及其自动化专业论文）电力市场价格竞争均衡分析及稳定性研究.pdf

浙江大学博二 ：学位论文 有一个纯策略n a s h 均衡点时，均衡是全局稳定的；当市场中存在多个纯策略n a s h 均衡 点时，均衡是局部稳定的，即市场运行并不一定能达到均衡点，很有可能处于振荡中， 局部稳定区域由市场成员的发电容量必须运行率( m u s tr u nr a t i o ，m r r ) 、初始报价状 态等共同决定 ( 5 ) 建立了m c p 机制下的b e r t r a n d 动态博弈模型，用于分析电力市场各博弈方的 动态决策过程，以及市场在各种运行条件下的稳定性将市场约束条件所确定的优化问 题解的可行集区间转换成为两个便于研究应用的市场参数：m r r 和最小理性利润 ( r a t i o n a lm i n i m u mp r o f i t ，r m p ) ，在此基础上以价格为决策变量建立了具有自我约束能 力的差分动态博弈模型。对各种参数条件下的市场稳定性进行了研究。用一个考虑线路 传输容量约束的系统验证了该模型的有效性，结果表明用本模型分析比静态博弈分析所 得到的结果更深入，能有效的反映市场实际运行的情况，为市场成员的实时竞价策略提 供参考意见。 关键词：价格竞争；优化；博弈均衡；临界约束；爬坡约束；混合策略纳什均衡；动态 博弈；稳定；发电容量必须运行率；自我约束 i v a b st r a c t a st h ew o r l d w i d er e s t r u c t u r i n ga n dd e r e g u l a t i o no fe l e c t r i cp o w e ri n d u s t r yp r o c e e d s ，a t i m e l yt o p i ci sh o wt op r e d i c to ra n a l y z et h ep e r f o r m a n c eo fag i v e nm a r k e td e s i g n t h e r e a s o ni st h a te xp o s ta n a l y s i so ft h em a r k e to p e r a t i o nc a nb et o oe x p e n s i v e t h ec h a r a c t e r i s t i c o f t h ee l e c t r i cp o w e ri n d u s t r ym a k e st h ee l e c t r i c i t ym a r k e t sm o r el i k ea no l i g o p o l y s ov a r i o u s k i n d so fo l i g o p o l i s t i cg a m em o d e l sa r eu s e dt oe x a m i n et h es t r a t e g i cb e h a v i o r so fm a r k e t p a r t i c i p a n t sa n dt h e i ri m p a c t so nt h ew h o l em a r k e t t h i si sb e c o m i n gam a i n s t r e a ma p p r o a c h t h em a i nc o n t r i b u t i o no ft h i sp a p e ri n c l u d e sn a s he q u i l i b r i u ma n a l y s i so ft h eb e r t r a n ds t a t i c g a m em o d e lu n d e rd i f f e r e n tc o n d i t i o n so ft h em a r k e t ，a n dr e s e a r c ho ns t a b i l i t yo ft h em a r k e t s i nb e r t r a n dd y n a m i cg a m em o d e l t h ec o n t r i b u t i o n sa r es u m m a r i z e da sf o l l o w s ： f i r s t l y , t h eb e r t r a n dp r i c ec o m p e t i t i o ng a m em o d e lc o n s i d e r i n gt r a n s m i s s i o nl i n el i m i t s ( n e t w o r kc o n s t r a i n t s ) i np o o l b a s e de l e c t r i c i t ym a r k e t si sp r e s e n t e d t h el i n ei sd i v i d e di n t o t w og r o u p sa c c o r d i n gt ot h ed i f f e r e n c eo ft h en o d e s t h ec h a r a c t e r i z a t i o no fe q u i l i b r i u mw i t h t r a n s m i s s i o nl i m i t si sp r o v i d e dc o m b i n e dw i t ht h et o t a ld e m a n da n dt h ep o w e rd i s t r i b u t i o n f a c t o r c r i t i c a lc o n s t r a i n ti sg i v e nt od e s c r i b et h ee x i s t e n c eo f t h ee q u i l i b r i u ma n de q u i l i b r i u m p r i c e t h eg a m em o d e li sv e r i f i e db yat h r e e n o d es y s t e m a sa na p p l i c a t i o n ，w ed e r i v e n u m e r i c a li n d i c e st h a tc a nb eu s e dt op r o v i d eo p t i m a l b i d d i n gs t r a t e g i e su n d e rc e r t a i nm a r k e t c o n d i t i o n s s e c o n d l y , ag a m em o d e lc o n s i d e r i n gr a m p i n gs t r a t e g yo f t h eu n i t si sp r e s e n t e d ，f o rt h a t t h ec a p a b i l i t i e so ft h eu n i t sw i t hr a p i dr a m p i n gc a nb ef u l l ya p p l i e d t h ed i s a d v a n t a g e so ft h e t r a d i t i o n a lm a r k e tm o d e lw i t hf i x e db i d d i n gr a m p i n ga n dt h ec o s to ft h ei n c r e a s e db i d d i n g r a m p i n g a r ed i s c u s s e d t h ep o s s i b i l i t y , c o n s e q u e n c e sa n dr e s t r i c t i v em e a s u r e so ft h e d e c r e m e n to fb i d d i n gr a m p i n go f t h eb i gg e n c oa r ea n a l y z e d t h ec o n d i t i o n sa n dr e s u l t so f t h ei n c r e a s e dr a m p i n gs t r a t e g ya r eo b t a i n e db yr e p l a c e m e n tm e t h o dc o m b i n i n gg r a p h i c a n a l y s i sw i t hn o n l i n e a rm a r g i n a lc o s t t h en a s he q u i l i b r i u ms h o w st h a t ，t h eu n i t sw i t hl o w c o s to rl o w o p e r a t i n gc a p a c i t yh a v es t r o n gm o t i v a t i o nt oi n c r e a s et h eb i d d i n gr a m p i n g t h i si s b e n e f i c i a lt od e c r e a s et h ec l e a r i n gp r i c e ，a n dt or e d u c et h eo p e r a t i o no ft h eu n i t sw i t hh i g h c o s ta n du n n e c e s s a r yu n i t sc o m m i t m e n t ，a sw e l la st oe n h a n c et h es t a b i l i t yo ft h em a r k e t s t h i r d l y , ac o n t i n u o u ss t r a t e g yb e r t r a n dg a m em o d e lf o rm s n ew h i c hi s b a s e do n p r o b a b i l i t yd i s t r i b u t i o ni sp r e s e n t e d ，a c c o r d i n gt ot h es i t u a t i o nt h a tt h e r ec a ne x i s tn op u r e s t r a t e g yn a s he q u i l i b r i u mi nt h ep a bm a r k e t s t h ef o c u so ft h es t u d yi st h ee x p o n e n t i a l d i s t r i b u t i o ni nt h es t a n d a r d i z e di n t e r v a lo fb i d d i n gs t r a t e g i e s t h ea n a l y t i ce x p r e s s i o no ft h e m s n ei sv a l u a b l ef o rs t r a t e g ym a k i n go ft h eg e n - c o t h ef e a s i b ili t yo ft h i sm o d e li s v 浙江人学博：l ：学位论文 v e r i f i e db yas i m p l ee x a m p l e ，t h er e s u l t si n d i c a t et h a t ，t h eg e n - c ow i t hl a r g em a r k e ts h a r e w a n t st ob i dh i g hp r i c e ，b ep r i c em a k e ra n du p l i f tt h ec l e a r i n gp r i c e b yt h ew a y , d i v i s i o nc a n r e d u c et h em a r k e ts h a r ea n dd e c r e a s et h ec l e a r i n gp r i c e ，e q u a ld i v i s i o nw o r k sm o r ee f f e c t i v e f o u r t h l y , t h es t a b i l i t yo ft h em a r k e t si sa n a l y z e d aq u a l i t a t i v ea n a l y s i sd y n a m i cg a m e m o d e li sp r e s e n t e d ，c o m b i n e dw i t hg r a p h i ca n a l y s i s ，t h ec l o s er e l a t i o n s h i po ft h es t a b i l i t ya n d t h en u m b e ro f e q u i l i b r i u mi sp r o v i d e d w h e nt h e r ei so n l yo n ep u r es t r a t e g yn a s he q u i l i b r i u m ， t h ee q u i l i b r i u mi sg l o b a l l ys t a b l e ，i f t h e r ee x i s tm u l t ip u r es t r a t e g yn a s he q u i l i b r i u m ，t h e nt h e e q u i l i b r i u mi sl o c a l l ys t a b l e i tm e a n s t h a tt h em a r k e tc a n to p e r a t eo nt h ee q u i l i b r i u ma l lt h e t i m e s ，m a y b eo nt h eo s c i l l a t i o n t h es t a b l er e g i o ni sd e t e r m i n e db yt h em r r a n di n i t i a ls t a t e f i n a l l y , ab e r t r a n dd y n a m i cg a m em o d e lf o rm c pe l e c t r i c i t ym a r k e t si sp r e s e n t e d ，f o r a n a l y z i n gt h ed y n a m i cd e c i s i o n m a k i n gp r o c e s so f m a r k e tp a r t i c i p a n t s ，a sw e l la st h es t a b i l i t y o fe l e c t r i c i t ym a r k e t s a c c o r d i n gt ot h ec o n s t r a i n t so ft h em a r k e t s ，t w om a r k e ti n d i c e sa r e p r o p o s e d ，n a m e l y , m r ra n dr m ew i t ht h ee l e c t r i c i t yp r i c eb et h ed e c i s i o nv a r i a b l e ，a d i f f e r e n c ed y n a m i cg a m em o d e lw i t hs e l f - r e s t r i c t i o ni se s t a b l i s h e d t h eg l o b a ls t a b i l i t ya n d c o n d i t i o n a ls t a b i l i t yo fe l e c t r i c i t ym a r k e tu n d e rd i f f e r e n tp a r a m e t e r si sa n a l y z e d ，a n dt h e s t a b l er e g i o no ft h ec o n d i t i o n a ls t a b i l i t yi sp r o v i d e d s i m u l a t i o nr e s u l t ss h o wt h a t ，t h e o p e r a t i o no fe l e c t r i c i t ym a r k e t sc a nb ee f f e c t i v e l yr e f l e c t e db yt h ep r o p o s e dd y n a m i cg a m e m o d e l k e yw o r d s ：p r i c ec o m p e t i t i o n ；o p t i m i z a t i o n ；e q u i l i b r i u m ；c r i t i c a lc o n s t r a i n t ；r a m p i n g ；m i x e d s t r a t e g yn a s he q u i l i b r i u m ；d y n a m i cg a m e ；s t a b i l i t y ；m u s tr u nr a t i o ；s e l f - r e s t r i c t i o n v i 浙汀人学博：i ：学位论文 插图清单 图1 1 世界各国电力市场主要机构构成8 图1 2 国内电力市场机构构成8 图2 13 节点系统2 5 图2 2g l 约束解集示意图。2 5 图2 3g g 约束解集示意图2 8 图2 4g l 负荷分区图3 0 图2 5g g 负荷分区图3 0 图3 1 各种爬坡时闻下的爬坡成本3 4 图3 2 市场统一出清图3 5 图3 3 发电商提高爬坡申报值示意图3 8 图3 4 单个发电商提高爬坡申报值拟合图3 8 图4 1 力= 1 线性分布图2 4 8 图4 2 力= 2 二次分布4 8 图4 3 四节点系统5 l 图4 4 两机系统反应响应曲线及策略调整示意图5 4 图5 1 稳定区域及随机调整示意图( i ) 6 2 图5 2 稳定区域及随机调整示意图( i i ) 6 4 图5 3 案例分析6 6 图6 1 单机组报价调整图7 4 图6 2 三机调整报价简图k 7 5 图6 3 三节点系统7 6 x i 浙汀人学博：i j 学位论文 图6 4 条件稳定示意图。7 7 图6 5 l 微与x 的函数关系图7 8 附表清单 表3 1 机组参数。3 6 表3 2 出清结果3 7 表3 3 机组参数与初次调度结果4 l 表3 4 采用爬坡策略后的调度结果进4 l 表4 1 系统参数5 2 表4 2 线性分布m s n e 5 2 表4 3 非线性分布m s n e 5 2 表6 1 两机系统，枷尺值6 9 x h 浙江大学研究生学位论文独创性声明 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及取得的研究成 果。除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的 研究成果，也不包含为获得逝姿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做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示 谢意。 学位论文作者签名：签字日期：年月日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解迸婆盘堂有权保留并向国家有关部门或机构送交 本论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借测。本人授权逝江盘堂可以将学位论 文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索和传播，可以采用影印、缩印或扫描等复 制手段保存、汇编学位论文。 学位论文作者签名： 导师签名： 签字日期：年月日 签字h 期：年月日 致谢 致谢 在攻读博士学位期间，我的导师甘德强教授在学习和生活上都给予我大量的指导和 帮助，使我得以顺利完成学业。甘老师渊博的学识、严谨的治学态度使我受益无穷；甘 老师在科研上孜孜不倦的钻研精神，日以继夜的工作态度是我终生学习的榜样，在此谨 向甘老师致以最诚挚的感谢和崇高的敬意! 感谢杨莉老师在学 - - j 方面悉心的指导感谢我所在实验室的谢俊博士、辛焕海博士、 陈建华博士，在论文写作、修改和投稿等各个方面都给予了巨大的帮助，在此表示由衷 的谢意! 感谢廖迎晨、庄晓丹、刘梅招、王康、雷金勇、卢永、赵一琰和阎博、屠竟哲 等同门，不仅在学 - - j 中给予了我很多的支持，同时在生活中给予了更多的帮助，在此表 示最真诚的感谢! 感谢我的父母、女友、妹妹以及家人长期以来对我学业的支持和鼓励，感谢你们陪 我一起走过漫漫求学路! 感谢所有关心过我、帮助过我的人! 绪论 第一章绪论 1 1 电力市场发展概况 由于极低的用电需求弹性以及显著的规模效益，电力行业近百年来在世界各国都是 传统的垄断性行业。其基本特征是集发电、输电、配售电于一身，由政府部门进行管制。 与邮政服务、初级教育一样，都被称为“自然垄断”产业。如果监管得当，仍然会有较 高的效率f 但是经过多年的发展，电力行业逐渐暴露出一些缺点，诸如：效率低下； 服务意识落后；价格开始受到质疑；缺乏高效率运行的动机，在一定程度上延缓甚至阻 滞了电力工业技术创新的步伐；监管机构逐渐发现监管电力系统困难重重，希望能够有 一种新的手段或模式来管理电力系统的运行这就要求对传统的电力工业模式进行改 革，打破垄断，提高电力工业的活力 电力行业的技术进步大大推动了这种改革的进程，如： ( ”随着发电技术水平的上升，发电成本规模效益在逐渐减小且已经足够小f 2 1 ； ( 2 ) 高压、特高压、直流输电等输电技术方面的逐步提高，使得电网越来越强大， 而强大的电网则为竞争提供了必要的条件，减少了垄断的可能性； ( 3 ) 各种新的智能化电表，用电设备的出现，以及当今网络信息的迅猛发展，让用 户对电价的反应灵敏度不断提升，电力需求弹性也在逐步提高； ( 4 ) 太阳能、天然气等分布式发电技术促成了能源的多样性，给用户带来更多的选 择，导致电力供应和销售竞争加剧，有助于改善服务，提高竞争质量【3 】 1 1 1 国外电力市场发展历程 从2 0 世纪8 0 年代开始，世界各国逐渐对电力行业放松管制，尝试以市场方式进行 电力生产【4 1 ，电力行业的改革浪潮开始席卷全球，以英副5 _ 】、智利等国家为首，并逐渐 波及到欧洲和澳大利亚【8 1 ，北美【9 】、南美【l o l 以及亚洲各个国家f m l 钔 国外电力市场发展过程一些重要事件小结如下1 1 1 ： 1 9 7 8 一美国通过立法，允许独立发电商合法经营，联网发电 1 9 8 0 一美国里根总统经济顾问主任，麻省理工学院ej o s k o w 发表发电技术规模 效益分析报告 1 9 8 2 一智利在世界上首次建立实时电力市场；麻省理工学院es c h w e p p e 等人 提出分时电价理论【1 5 】 1 9 8 7 一英国进行电力私有化改革 浙江人学博一l ：学位论文 1 9 9 0 一英国作为世界上第一个发达国家建立联营电力市场 1 9 9 2 一哈佛大学w h o g a n 提出财务输电权理论1 6 1 1 9 9 4 一挪威和瑞典、芬兰、丹麦等国家建立了世界上第一个竞争性的跨国电力 市场一一北欧电力市场( n o r d i cp 0 0 1 ) 1 1 7 1 1 9 9 5 一新西兰c a n t b u r y 大学学者和新西兰国家电力公司提出后来广泛使用的事 后电价理论 1 9 9 6 一澳大利亚和新西兰建立基于事后节点电价的联营电力市场1 8 ，旧1 ；美国加 州建立基于区域电价体系的联营电力市场；美国f e r c 发表f e r co r d e r8 8 8 ； 1 9 9 7 一加拿大阿尔伯他省建立类似英国联营电力市场的电力市场 1 9 9 8 一美国p j m 地区建立基于事后节点电价的联营电力市场 1 9 9 9 一美国新英格兰地区建立基于联合优化的电力市场；纽约州建立基于联合 优化和节点电价的联营电力市场 2 0 0 0 一加拿大安大略省建立基于联合优化和节点电价的联营电力市场；加州爆 发电力危机 2 0 0 1 一英国实现第二次改革，建立双边交易电力市场；美国德克萨斯州建立基 于区域电价体系的联营电力市场；美国f e r c 发表f e r co r d e r2 0 0 0 2 0 0 2 一美国f e r c 发表“标准市场设计草案”( “w o r k i n gp a p e ro ns t a n d a r d m a r k e td e s i g n ”，s m d ) 2 0 0 3 年，尽管f e r c 根据各电力公司的意见对s m d 进行了修改并发表了白皮 书，但很多单位仍反对f e r c 的基本目标 2 0 0 5 年，f e r c 修改8 8 8 号命令，决定中止执行s m d ，各州按照自己的经济发 展水平选择市场模式【2 0 1 ；英国在全国推行统一电力交易与输送制度( b e t t a ) 模 式，以消除垄断，促进竞争，扩大电力交易范围【2 1 1 。 1 1 2 国内电力市场发展历程 国内电力建设和电力供需形势呈现一种周期性的变化2 0 世纪8 0 年代，随着改革 开放的不断深化，电力短缺成为制约我国经济发展的“瓶颈”国家有关部门制定了包 括开征能源交通基金在内的一系列加快电力建设的政策措施1 9 9 7 年开始，电力供应在 总体上存在一定过剩。但自2 0 0 3 年起，由于经济快速发展，电力负荷急增而导致全国 出现大面积的电力短缺，进而引发了规模大而无序的电力投资2 0 0 7 年电力供需在总体 2 绪论 上趋于平衡，预期不久将出现电力装机过剩局面【2 2 1 。国内电力市场发展过程中的一些重 要事件小结如下： 1 9 8 4 年，最早的集资电厂投产发电，电力市场萌芽 1 9 8 8 年，国务院明确了“政企分开、省为实体、联合电网、统一调度、集资办 电”的二十字方针，我国电力行业首先在发电环节上逐渐放开 1 9 9 5 年，电力工业逐渐从“卖方市场”转为“买方市场”，集资建厂负面影响 扩大，浙江和安徽电网进入模拟电力市场 1 9 9 7 年1 1 月，国家电力公司开始正式启动内部模拟市场 1 9 9 8 年下半年，政府先后批准山东、上海、浙江、辽宁吉林和黑龙江等六省、 市为“厂网分开、竞价上网”的试点单位 2 0 0 0 年，六省、市电力市场正式运行，浙江省建立类似英国联营电力市场的电 力市场并使用差价合约技术 2 0 0 2 年，3 月，国务院印发电力体制改革方案对新一轮的电力改革进行整 体部署，设立国家电力监管委员会，向区域电网公司派驻分支机构；1 2 月，电 力行业新组建的两大电网公司、五大发电集团公司和四大辅业集团公司等l l 家公司和国家电力监管委员会在北京挂牌成立，基本实现了厂网分开 2 0 0 3 年6 月，电监会印发关于建立东北区域电力市场的意见，东北电力市 场作为第一个区域力市场的试点工作开始启动。2 0 0 4 年1 月开始部分电量竞争 模拟运行，2 0 0 4 年1 2 月式试运行 2 0 0 3 年6 月，电监会印发关于开展华东电力市场试点工作的通知( 电监市 场 2 0 0 3 1 3 号) ，华东电力市场试点工作启动。2 0 0 4 年5 月华东电力市场进入 月竟价模拟运行。2 0 0 5 年l o 月份华东电力市场开始综合模拟运行，并于2 0 0 6 年4 月转入试运行。 2 0 0 4 年3 月，电监会启动南方电力市场建设工作同年1 2 月，国家电监会出 台了南方电力市场建设方案，2 0 0 5 年1 1 月，南方电力市场模拟运行另外， 华中、华北等几个区域电力市场的建设也正在进行当中。在区域市场试点中， 各个区域的市场规则也各不相同，试点取得的效果也不一样 2 0 0 7 年4 月，国务院办公厅转发了电力体制改革工作小组关于“十一五”深化 电力体制改革实施意见，确定了节能降耗2 0 左右的目标，各级地区政府开始 制定节能降耗的具体措施 3 浙汀人学博l j 学位论文 2 0 0 8 年，发改委将全国销售电价平均提高2 5 分( k w h ) t 2 3 1 ；受美国次贷危机 的影响，全球经济放缓，同时原材料价格上涨，人民币升值，国家节能减排， 产业结构调整，电力需求有所回落。 从各国电力市场化改革的案例中，可以看到电力市场改革并不能完全按照设计者的 思路发展，其发展过程可能会带来一系列的经济、社会问题，如加州的电力危机导致太 平洋煤气及电力公司( p g & e ) 和南加州爱迪生公司( s c e ) 负债累累，濒临破产边缘； 而美国的s m d 则浪费了大量的人力物力。这说明我们需要对电力市场进行深入的了解 和研究，以掌握其发展规律，控制市场改革朝有利于社会的方向发展。 尽管1 9 8 0 年左右就出现了研究电力市场的论文，且随后每年都有大量的文献和报 告对电力市场进行研究分析，但是可以看到，人们对电力市场的了解还是远远不够。同 时电力市场许多重要的、高层次的决策都是基于微观经济分析的结论，因而对电力市场 进行理论研究、经济分析是一个非常重要的领域。 1 2 电力市场理论研究的主要内容 对于整个电力系统的理论研究，6 0 年代以前是经典理论阶段；6 0 8 0 年代由于计算 机的应用，引入了控制理论而发展到现代理论阶段；9 0 年代后，引入竞争理论发展到电 力市场理论阶段。电力市场理论研究的主要内容包括以下几个部分【2 4 1 ：电价理论；市场 机构设置；交易类型和形式；竞价策略；市场可靠性、稳定性及风险研究；市场监管等。 1 2 1 电价理论 电价作为联系供电、用电双方的桥梁，是电力市场的杠杆、传递供求变化最敏感的 信号。正确的电价信号，可以促使市场双方自主调节供、用电量以获得最优的社会效益。 因而电价理论是电力市场的核心理论，其研究应分成三个部分：电能成本分析( 电价预 测) 、电价制定和公共费用分摊。电能成本分析是电价预测的基础，对电力市场的宏观 控制、优化电力资源配置有决定性的影响。电价制定与公共费用分摊直接影响到市场成 员的经济利益，它的合理性、可操作性直接影响到市场的健康。从建立市场的初衷来看， 在一个理想的市场中，市场出清电价应与电能的边际成本相对应，能兼顾发电与用电双 方的利益，保证市场的健康、持续运营。 l 211 电能成本分析 电能成本分析从时间跨度上可以分为长期电能成本分析和短期电能成本分析。短期 分析的核心是系统优化调度、开停机计划和随机生产模拟等问题然而考虑这些因素的 电能成本分析理论和算法目前还不成熟长期分析除运行方式和开停机计划之外，还需 4 绪论 考虑新建电厂与输电网络的优化规划目前随着全球环境保护意识的加强，绿色能源、 c 0 2 气体排放等因素也成了电能成本分析所必须考虑的问题。 1 2 1 2 市场定价机制 电力市场的定价机制是电力市场最重要的规则，按照市场类型的不同，可分为能量 市场( e n e r g ym a r k e t ) 定价及辅助服务市场( a n c i l l a r ys e r v i c em a r k e t ) 定价，这是电力 市场研究的热点之一： ( a ) 能量市场定价： 目前能量市场主要采用两种电价机制，一种是按市场统一出清价结算，印 m c p ( m a r k e tc l e a r i n gp r i c e ) ；另一种是按各企业实际报价结算，即p a b ( p a ya sb i d ) m c p 机制：对于一个完全竞争的市场，微观经济学证明，采用m c p 机制可以在市 场成员追求自身利益最大化，达到市场均衡的同时，也达到社会效益的最大化电力市 场在其开始进行理论讨论的初期，就是按照完全竞争的市场条件进行的，所以能量市场 通常也采用m c p 电价机制。m c p 机制具有一定的优点，如： 价格信息非常清晰，可提供有效的市场经济信号，有利于实现资源的优化配置； 促使没有市场力的机组尽量报低价，容量充裕时市场价格较低。 但是实际运行的电力市场并不是一个完全竞争市场，主要表现在： 电力需求在短期内其价格弹性系数几乎为零 在一个区域市场内，发电厂商的数目不多，通常拥有较大的市场份额，具有潜 在的市场力 电力系统要求实时的供需平衡，电能储存成本过高导致以存储作为市场缓冲不 现实 电力设备的建设周期长，且规模经济性并没有完全消失 这使得具有一定市场份额的发电厂商容易通过一定手段实施市场力，如经济持留、 物理持留2 5 - 2 9 1 等，当发电容量比较紧张时，很容易造成电价飞升【3 0 1 ，从而使发电厂商获 得超额利润，对市场造成极大的危害针对这种情况，人们采取了一些措施来抑制市场 力实施，如设置价格上限、建立长期双边交易合同或期货市场等但是市场运行结果表 明，这些措施可以在一定程度上缓解问题，并不能够完全解决上述问题。 p a b 机制：p a b 电价机制作为另一种在电力市场中实施的定价方法。与m c p 机制 相比【3 1 粕】，其优点为： 浙江人学博：l ：学位论文 在p a b 机制下，市场价格的波动幅度较小，有利于积极稳妥地推进电力工业的 市场化进程； p a b 机制能够较好地抑制发电企业持留容量。因为在这种机制下，发电厂商实 施持留后，中标电价不变而发电量减少，显然会降低发电企业的利润，使发电 企业没有动力持留容量。 但也存在一定的缺点： 价格信息不清晰，不能体现“同网、同质、同价”的市场竞争公平性，不能提 供有效的市场经济信号； 在p a b 机制下，报价直接关系到企业的利润，发电企业更倾向于申报较高价格。 在成交的前提下，报价越高利润也越高，这使得p a b 机制下的总体报价水平高 于m c p 机制下的报价 两种电价机制各有利弊，因此各国在具体运用时都应根据自身情况来进行选择。如： 2 0 0 1 年3 月英国进行了新的电力市场改革，以p a b 机制取代m c p 机制，用来减少市场 投机行为并取得了一定成效；美国加州市场采用p a b 机制却在2 0 0 1 年4 月因电价飙升 而崩溃；上海电力市场曾在2 0 0 2 年4 月后实行过p a b 机制，东北区域电力市场采用的 也是p a b 机制。 由于目前实施的m c p 和p a b 机制都有一定缺陷，有不少学者针对这些不足提出了 一些新的电价机制理论，例3 5 1 3 ：上海大学言茂松教授提出了“当量价格结算机制”，其核 心思想是将容量电价和电量电价按照一定原则结合起来，形成“当量电价”，竟价按照 电量报价，结算按照当量电价 3 7 - 4 1 1 ；清华大学段刚博士提出“系统边际价格- 9 报价价格 混合拍卖机制”，通过制定系统价格权和多价格限的办法将m c p 和p a b 电价机制有效 地结合起来，加强了对发电企业报低价的经济激励，从而有效地抑制电价飞升【4 2 1 ；此外， 还有将m c p 和p a b 电价机制优点相结合形成的“混合价格结算机制”、根据市场特点 灵活选择的“灵活价格结算机制”f 4 3 1 等等 ( b ) 辅助服务市场定价0 4 “8 ： 电力系统运行离不开无功支持，备用配置和a g c 配置。机组提供这些服务都需要 一定的设备投资和运行费用。因此，应该给这些辅助服务制定一个合理的补偿价格。不 过目前辅助服务市场的价格制定是电力市场理论研究中比较薄弱的环节，只有一些框架 式的分析，相应的定价原则还没有成熟的理论 6 绪论 1 213 公共费用、盈余分摊1 4 9 - 5 7 i 在电力市场环境下，有许多费用( 如市场运营的收支不平衡部分) 是电量的非线性 函数。一般情况下，这些费用是不可解耦的也就是说，谁对哪些费用负责是未知的 而对于不以赢利为目标的电力市场运营者而言，这些费用必须完全分摊给市场成员。因 此随着我国电力市场的逐步建立，公共费用的公平分摊问题将日益引起电力市场运营者 和各市场成员的关注和重视。 最明显的，输电系统运行和扩建费用的分摊是个必须解决的问题将输电系统运行 费用按负荷大小成比例分摊不一定是公正的。这个问题在电力市场领域引起了众多的关 注再如，在节点电价体系中，市场运营的收支不平衡应当分摊回用户。怎样分摊是个 著名问题。 此外，在联营市场方式下的发电机机组启停费用的分摊也存在同样的问题。为满足 系统负荷需要和电网安全运行而产生的机组启停费用必须完全分摊给市场成员然而， 各机组的启停和具体的电力负荷并不存在明确的对应关系换句话说，所有的电力负荷 应该对所有的机组启停费用负责。理论上分析，根据谁引起，谁负责的原则，机组启停 费用应该根据各电力负荷对机组启停费用的责任大小进行分摊。目前，各国电力市场通 用的按负荷比例分摊显然不是一个好方法，因为这将产生明显的交叉补贴问题，破坏了 电力市场公平公正的市场原则。 另外，网损是在所有电力交易共同使用电网的情况下产生的。在系统总网损中，既 有各交易单独作用产生的网损部分，也有各交易之间的交互作用产生的交叉网损如何 在网损分摊中体现公平，公开和公正的原则，不仅直接关系到各市场成员的切身经济利 益，而且在某种程度上会影响到系统的潮流分布进而对系统的安全稳定运行产生影响。 网损分摊中最关键部分就是交叉网损的公平分摊，目前国内外还没有比较好的分摊方法 的报道。 因此，怎样将公共费用公平合理地分摊到市场成员是个必须解决的问题。相关的公 共费用分摊理论也是电力市场理论的重要组成部分。 1 2 2 市场机构设置 电力市场的机构设置特点是发电侧为完全的竞争市场，输电和配电侧仍按照固定回 报率的理论运营并由政府监管基本的职能机构包括： ( 1 ) 电力交易中心p x ( p o w e re x c h a n g e ) ，负责接受报价、制定电力交易方案，也 称为市场运行员( m a r k e to p e r a t o r ，m o ) 7 浙江大学博士学位论文 ( 2 ) 系统调度员( s y s t e mo p e r a t o r ，s o ) 负责调度，维护电网安全运行。如果系统 调度员独立于发电企业和用户，可称为i s o 。 ( 3 ) 电网公司( t r a n s m i s s i o no w n e r ，t o ) ，负责修建和维护输电网络，向所有电力 交易方公平的提供输电设备，并获取相应的过网费。 8 下面两幅图描绘了国内外一些电力市场的机构组成1 1 ： g e n e r a t i o n i m o s o t o l d i s t r i b u t i o n e n g l a n d & w a l e s 图1 1 世界各国电力市场主要机构构成 图1 2 国内电力市场机构构成 绪论 1 2 3 交易类型和交易模式鼹l 1 2 3 1 交易类型 电力市场中能量交易市场的交易量最大，受关注度最高，关于他的研究也最多，通 常所称的电力市场就是指能量市场能量市场按照交易时间的先后通常包含有合同交 易、现货交易和实时交易三种。 ( 1 ) 合同交易 目前大部分电力市场仅开放发电侧，因而采取的都是“n + i ”的单一买方交易模式 而电网企业作为单一的买方，需要承担电力实时平衡的任务，为了减少电价剧烈波动所 带来的风险，一般与发电公司签订较大数量的长期合同，如浙江市场的合同交易量占交 易总量的8 0 以上。 ( 2 ) 现货交易 现货交易一般指日前市场( d a y a h e a d ) 的电力交易，既按照发电机组的报价，由i s o 提前一天确定的第二天的发电计划。许多电力市场研究文献对电力市场建模时考虑的都 是现货交易市场。 ( 3 ) 实时交易 由于负荷预测的误差及系统运行状况的变化，合同交易与现货交易的电量与实际负 荷需求之