（电力系统及其自动化专业论文）电力市场中竞标策略与市场力研究.pdf

华南理工大学工学硕士学位论文 a b s t r a c t i na ne l e c t r i c i t ym a r k e t ，b i d d i n gi sam a i nm e a n sb yw h i c hp o w e rs u p p l i e rc a n s e l le l e c t r i ce n e r g y p o w e rs u p p l i e rm u s tb i dp r o p e r l yi no r d e rt or e c l a i mp r o d u c t i o n c o s t sa n de a r np r o f i t s w h i l ei ti sa l s on e c e s s a r yf o rm a r k e tr e g u l a t o r st oi n v e s t i g a t e t h ep o w e rs u p p l i e r sb i d d i n gb e h a v i o rs oa st oi d e n t i f yp o s s i b l em a r k e tp o w e ra b u s e a n dt o p r e v e n te x c e s s i v em o n o p o l i z a t i o n ，k e e ps t r o n gc o m p e t i t i o ni n t h em a r k e tb y i n t r o d u c i n ga p p r o p r i a t em a r k e tm a n a g e m e n tr u l e s a sar e s u l t ，b i d d i n gs t r a t e g ya n d t h e c o r r e s p o n d i n g m a r k e t p o w e r i n c u r r e d b y i th a v er e c e i v e dm o r ea n dm o r e c o n c e r n s t h et h e s i sf i r s ti n t r o d u c e st h eb a c k g r o u n do ft h er e f o r mo fp o w e ri n d u s t r y ，t h e t r a d i n gm e t h o d si ne l e c t r i c i t ym a r k e t ，t w ot y p i c a lr e s t r u c t u r i n gc a s e sa n dt h ec o u r s e o fp o w e r i n d u s t r yr e f o r m i nc h i n a p o w e r s u p p l i e r sb i d d i n gs t r a t e g y i n m u l t i p l e m a r k e t si ss t u d i e d a b i d d i n g c o m b i n a t i o ns t r a t e g yw i t ht h eo b j e c t i v eo fd e c r e a s i n gt r a d i n gr i s k si sa l s op r e s e n t e d t h i st h e s i s e x p l o r e sp o w e rs u p p l i e r sb i d d i n g c o m b i n a t i o n s t r a t e g yu s i n g a m a t h e m a t i c a lm o d e l ，w h i c hi s s u p p o s e dt om i n i m i z et r a d i n gr i s k sa n dt og u a r a n t e e p o w e rs u p p l i e r s r e v e n u e t h ed e r i v e dc o n c l u s i o ni ss o m e w h a tu s e f u lt o p o w e r s u p p l i e rw h e na l l o c a t i n gi t sb i d d i n gg e n e r a t i o nc a p a c i t yi ne a c hm a r k e t p l a c e i nap o w e rp o o ll i k e e l e c t r i c i t ym a r k e t ，p o w e rs u p p l i e rc a nm a x i m i z ep r o f i t t h r o u g hs t r a t e g i cb i d d i n gt h a tw i l lg i v er i s et om a r k e tp o w e r a b u s e t h i st h e s i sa l s o i n v e s t i g a t e st h e s ep h e n o m e n o n i no r d e rt od os o ，t h ec o n c e p to fp o w e rp o o la n dt h e u s eo fd cf l o wb a s e do p fi np o w e r p o o lp r i c i n gi sf i r s ti n t r o d u c e d t h e n ，t h en e w t o n i t e r a t i o ni su s e dt os o l v et h ep o w e r s u p p l i e r so p t i m a lb i d d i n gs t r a t e g yp r o b l e m ，a n da m a t h e m a t i c a la l g o r i t h mi su s e dt os i m u l a t et h en a s h e q u i l i b r i u mi nap o w e rp o o l m a r k e t t h ee f f e c t so fp o w e rs u p p l i e r s s t r a t e g i cb i d d i n go nm a r k e tc l e a r i n gp r i c e ， m a r k e te q u i l i b r i u ma n ds o c i a lw e l f a r e sa r es t u d i e d m a r k e tp o w e ra b u s et h r o u g h p o w e rs u p p l i e r 。ss t r a t e g i cb i d d i n gi s a l s oa n a l y z e d s o m ei m p o r t a n tc o n c l u s i o n sa r e t h e nm a d eb a s e do nc o m p u t e rs i m u l a t i o nr e s u l t s f i n a l l y , a ni n d e xb a s e do np o w e rf l o wt r a c i n gf o rm e a s u r i n gm a r k e tp o w e ri n e l e c t r i c i t ym a r k e t i sp r e s e n t e d t h i si n d e xd e r i v e sf r o mh h ii d e ao fe c o n o m i c t h e o r y ， a n di s p r o p e r l ym o d i f i e dt or e f l e c tt h eo p e r a t i o ns t a t eo fp o w e rn e t w o r k ，e s p e c i a l l y t h ee f f e c t so ft r a n s m i s s i o n c o n g e s t i o n t h es i m u l a t i o n r e s u l t ss h o wt h a tt h ei n d e x p r e s e n t e di sb o t hr e a s o n a b l ea n de f f e c t i v e 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 gs t r a t e g y ；m a r k e tp o w e r 华南理工大学 学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研 究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文 不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研 究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完 全意识到本声明的法律后果由本人承担。 作者签名：兹夺易金 日期：2 - 口，年厂月。日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定， 同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版， 允许论文被查阅和借阅。本人授权华南理工大学可以将本学位论文的 全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫 描等复制手段保存和汇编本学位论文。 保密口，在 年解密后适用本授权书。 本学位论文属于， 不保密彭 ( 请在以上相应方框内打“”) 作者签名：青栖金 刷醛孙圃 e t 期：沙口，年月加日 日期：，。；年夕月纱曰 第一章绪论 第一章绪论 1 1 电力市场概况 1 1 1 电力工业市场化改革的背景 在2 0 世纪的上叶，随着大容量高参数高效率发电机组的山现，以及超高压 交流输电技术的发展，电力系统充分显示了规模经济的优越性。扩大电力公司的 规模可以大大地降低电力生产成本、提高电力系统可靠性。因此一个覆盖广大地 区的集发电、输电、配电于一身的垂直一体化垄断式电力工业结构几乎成了电力 系统的自然属性。第二次世界大战结束后，为了恢复经济和获取规模经济效益， 许多国家的电力工业已经发展到国家垄断的地步，几乎所有的市场经济国家的电 力工业都采取发、输、配一体化的区域性垄断经营模式。 然而，2 0 世纪6 0 年代以后，在一些西方经济发达国家，电力工业的规模经 济已经逐渐饱和，发电机组的效率几乎到了兰金( r a n k i n e ) 循环的极限，建造更 大的发电机组已经不能够再大幅度地降低成本，输电网络规模的简单扩展也不能 够保持需求的增长。相反地，高度垄断的某些负面影响显露出来了，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。因此，电力工业进行改革与重组逼在眉睫。 智利和英国在二十世纪八十年代初首先拉开了世界电力工业市场化改革的 序幕，随后阿根廷等拉丁美洲国家也加入了这个行列。到二十世纪九十年代电力 市场得到了更加j 。泛和迅速的发展，美国、澳大利亚、挪威和亚洲的一些国家相 继对其电力工业进行了市场化改革。截至2 0 0 0 年底，已经投入实际运行的电力市 场有英国、挪威、瑞典、西班牙、澳大利亚、新西兰、阿根廷、智利，以及美国 的加州、新英格兰、纽约州、p j m ( 宾夕法尼亚新泽西一马里兰) 互联系统等 国家和地区的电力市场。 这一场轰轰烈烈、席转全球的电力工业市场化改革运动，其动力主要来自以 下几个方面： 1 各国政府都认识到在电力供应商之间引入竞争和提供用户更自由的选择 权会给整个社会带来更大的利益。 2 二十世纪八十年代电力生产的规模效应的改变是一个重要因素。由于汽 轮机技术的发展，小型发电机( 尤其是那些使用天然气的发电机) 的效 率获得了很大的改善并接近以往大机组才有的性能，从而逐渐出现了大 量的独立发电厂。电力市场的出现可以提供给这些独立发电厂参与发电 市场竞争的机会。 。芦南理工大学工学硕士学位论义 3 虽然民营化并不是电力工业改革的必要条件，但是改革促进了电力工业 的私有化进程。这是因为一些两方国家认为私营企业有较高的效率和较 低的成本，因此私有化对电力工业有利。 4 竞争可以促进新的技术和经营模式的应用，加速电力工业技术革新并改 善服务质嚣。相反地，传统的垄断型电力企业的利润由政府保证，导致 企业没有自我改革的动力，不能积极降低生产成本和提高服务质量。 1 1 2 电力市场交易模式 电力市场的交易模式一般可以分为电力库模式( p o w e rp o o l ，又称为联营模 式) 、双边合同( b i l a t e r a lc o n t r a c t ) 模式和多边合同( m u l t i l a t e r a lc o n t r a c t ) 模式等三种。 电力库模式的电力市场如图卜1 所示，主要开放发电市场，在发电厂商之间 引入竞争。在电力库市场模式下，独立系统调度员( i n d e p e n d e n ts y s t e m o p e r a t o r ，i s o ) 负责集中管理输电网，并确定系统电价和实现输电交易。这种电 力库模式的市场形式被英国、智利、澳大利亚、阿根廷等国家，以及美国部分地 区采用。 图1 1 电力库模式的电力市场 f i g 1 1e l e c t r i c i t ym a r k e to fp o w e rp o o lm o d e 双边合同模式的电力市场如图l + 2 所示，其中除了i s o 负责管理的p o w e r p o o l 市场外，还包括由调度协调者( s c h e d u l ec o o r d i n a t o r ，s c ) 负责的双边合同 市场。双边合同市场允许发电厂商和电力用户通过s c 进行电能交易，然后由s c 将交易内容提交给i s o 审核。i s o 对双边合同市场只是简单地负责实现交易，而 不在电网调度过程中考虑发电厂商的电价因素。虽然双边合同模式中的电力库市 场不是必须的，但在大多数此类模式的电力市场中都还保留了这个部分。由于发 电厂商不仅可以通过竞价的方式向p o w e r p o o l 售电，而且也可以直接和用电户签 订贸易合同，因此双边合同模式比电力库模式更具灵活性。 图1 2 双边合同模式的电力市场 f i g i - 2e l e c t r i c i t ym a r k e to f b i l a t e r a lc o n t r a c tm o d e 多边合同模式的电力市场通常是电力库模式、双边合同市场和多边合同市场 的组合体。多边和双边合同市场由市场经纪人( s c 或b r o k e r ) 进行协调，在发电 厂商和用电户之间实现电力交易，其一笔电能交易可能涉及到多个发电厂商和多 个用电户。i s o 每隔一定的时间公布输电网运行信息，从而经纪人可以确定哪些 交易可以实现，哪些无法实现。然后，经纪人再将需要进行的交易提交给i s o 审 核，并由i s o 实现可行的电力交易。 1 2 国内外电力市场发展状况 近十年来，在国际经济环境自由竞争、自由贸易与私有化发展下，尤其是在 世界贸易组织( w t o ) 的压力下，各国的传统电力工业模式受到了很大的冲击，并 发生了一系列的旨在解除管制，引入自由竞争的市场化改革。英国、新两兰、澳 大利亚、阿根廷和巴西等国先后将其各自的发电行业开放并转为民营。美国、日 本解除了国家对发电行业的部分管制。意大利、挪威等国家也改组了其发电行业。 下面将介绍世界上两个较有代表性的电力市场：英国电力市场和澳大利亚电力市 场，并初步探讨了我国电力市场的发展历程。 1 2 1 英国电力市场 英国电力市场建立于1 9 9 3 年3 月3 1 日，采取单一的电力库模式进行电力交 易，国家电网公司( n g c ) 作为市场管理者负责整个市场的运营。其市场的大致结 构图如图1 3 所示。 华南胖工大学工学硕士学位论文 图卜3 英国电力市场组织结构 f i g 1 3 t h eo r g a n i z a t i o n a ls t r u c t u r eo fi j k e l e c t r i c i t ym a r k e t 改革后的英国电力工业把原中央发电局( c e n t r a le l e c t r i cg e n e r a t i o n b u r e a u ，c e g b ) 分解为国家电网公司( n a t i o n a lg r i dc o m p a n y ) 、国家电力公司 ( n a t i o n a lp o w e rc o m p a n y ) 、国家发电厂商( p o w e rg e nc o m p a n y ) 、国家核电公 司( n u c l e a re 1 e c t r i c ) 。其中，国家电网公司拥有所有的高压输电系统，主要示 2 7 5 k v 和4 0 0 k v 的输电网，控制与法国电网和苏格兰电网的互联工程，同时国家 电网公司还肩负起组织和管理电力市场的运作，执行i s o 的职能。国家电力公司 和国家发电公司分别拥有约占总装机容量5 0 和3 0 的火力发电厂。核电公司拥 有约占总装机容最2 0 的核电站。1 2 个地区电力公司( r e g i o n a le l e c t r i c c o m p a n y ，r e c ) ，已经完全私有化，拥有1 3 2 k v 及以下的输配电网络，负责将电能 出售给最终用户。另外，1 m w 及以上的大用电户也可以自由选择供电商( 地区电 力公司、电力库或独立电厂) 。 上网的发电厂商每天将次日的竞标价格曲线报给i s o ，然后i s o 在对次日负 荷的预测的基础上制定发电计划并确定未来一天的上网电价。第二天i s o 按照制 定的发电计划对发电厂商进行实时调度，并根据实际情况( 负荷改变或系统故障) 对发电计划做必要的修改。电网最终支付给发电厂商的费用根据一个结算系统计 算得到。 英国电力市场中的交易价格是根据“最后成交竞标( l a s ta c c e p t e db i d ) 价 格”而修改得到的统一市场价格。p o w e rp o o l 将所有发电厂商和用电户的竞标数 据分别按照价格上升和下降的次序排列并累计画山相应的供需曲线，供需曲线的 4 第一章绪论 交点就是市场的出清价格( m a r k e tc l e a r i n gp r i c e ，m c p ) ，如图l 一4 所示。所 有在供需曲线交点左边的竞标都会以统一的m c p 实现交易，这种定价原则称为均 一定价( u n i f o r mp r ic e ) 。也有一些国家或地区的电力市场是按照供需各自的竟 标价格进行结算，称为差别定价( d i s c r i m i n a t o r yp r i c e ) 。 图1 4 市场出清 f i g 1 4m a r k e tc l e a r i n g 线 出力负荷 上图所确定的市场成交价格没有考虑系统安全和其它运行约束，称为无约束 调度。有些交易可能在实际情况中是不能完成的，因此m c p 还需要进行修正后才 能确定最后的市场交易价格。 经过一段时间的运行，英国政府发现现行的市场有很多需要关注的问题，特 别是发电竞标的电价通常不能够反映真实的成本。国家电力公司和国家发电公司 荜断了绝大多数的发电容量，因此在发电侧缺乏足够的竞争。虽然自1 9 9 0 年以来 英国的发电成本逐步降低了大约一半，但是却没有引起相应电价的下降。其中一 个很重要的原因就是现行竞标模式使用统一的市场成交价格。在这种模式下，少 数大发电厂商很容易实施市场力，从而操纵价格。 1 2 2 澳大利亚国家电力市场 1 9 9 8 年澳大利亚国家电力市场在维多利亚电力市场、新南威尔士电力市场和 昆士兰电力市场的基础上正式成立，其范围包括澳大利亚首都地区、新威尔士、 昆士兰、南澳大利亚和维多利亚地区。 澳大利亚国家电力市场采用与英国电力市场类似的电力库模式，其结构如图 卜5 所示。国家电力市场管理公司负责集中的电网管理和短期电力供需的平衡， 并以半个小时为单位计算一次电价。 与英国不同的是，澳大利亚国家电力市场采用实时电价( s p o tp r i c e ) 的方 式制定电价。这种电价模式要求发电厂商和用电户都向电网提交各自的竞标曲线， 华南弹工大学工学硕士学位论文 然后i s o 通过优化结果得到最后的调度安排，而电价则根据最优结果中的边际成 本得到。 蝌卜5 澳人利亚国家电力市场组织结构 f i g 1 5t h eo r g a n i z a t i o n a ls t r u c t u r eo fa u s t r a lj a nn a t i o n a le l e c t r i c i t ym a r k e t 澳大利亚国家电力市场由几个地区电网组成，如果网间联络线达到传输极限， 则国家电力市场必须使用更加昂贵的本地发电机满足负荷需求。因此，为了以最 经济的形式平衡区域间的供需关系，计算实时电价时必须考虑网络传输极限和网 络损耗的影响。国家电力市场根据联络线的情况将整个电网划分为若干区域，在 每个区域内取一个参考节点代表该区域。然后，国家电力市场需要根据各个区域 之间的传输损耗系数，并根据这个系数调整相应区域的发电机和用户竞标曲线。 另外，国家电力市场也根据历史数据分析设定各个区域内的网络损耗系数。这些 系数一般是给定的常数。然后，区域内的发电机和用电竞标曲线也需要按照这些 系数进行调整。根据调整后的发电机和用户的竞标曲线，市场中每半小时的电价 通过分别计算六次五分钟的实时电价并最后取平均值得到。 1 2 3 中国电力工业市场化改革 我国的电力工业市场化改革比起其他国家起步得要慢。从目前的情况来看， 打破电力行业的荜断也成为大势所趋，“二滩”事件更是引发了人们对电力行业挚 断的不满。我国电力工业体制改革的基本思路是：厂网分开、产权重组、输配分 离、完善法律、强化结构、配套实旌、稳步推进。但是，由于中国发电企业产权 6 第一章绪论 成分复杂，以及政策和国情的特殊性，目前电力工业市场化改革方案仍未达成一 致认识。具体的设想方案主要有三个，即“1 + 6 ”、“0 + 4 ”和“n + 1 ”方案。 “1 + 6 ”方案主张保留和加强国电公司，再在其下组建6 大电网公司，然后 实行厂网分开，竟价上网。很明显，这是基本维持现状明显保护部门既得利益的 反市场化方案。经济学界认为它既不可能实现政企分开，也不可能实现厂网分开。 “0 + 4 ”方案主张取消国电公司，按照国家电力资源优化配置和“西电东送” 的格局，组建四大电网公司，直属电厂与电网公司脱离隶属关系，与独立电厂一 样，实行厂网分开，然后将全部发电厂( 站) 组建几个电源公司，实行竞价上网。 但是，美国加州能源危机的出现，导致“0 + 4 ”方案倍受质疑。 “n + 1 ”方案主张彻底剥离国家电力公司的发电资产，将其重组为中国唯一 保持自然垄断地位的电网运营商，并且在日后条件成熟的时候，继续剥离其配电、 供电资产，最终在发、配、供电领域引入自由竞争，而在输电领域保持国家的自 然垄断性质。“n + l ”方案从根本上触动了电力行业的垄断根基，在体制改革上 迈出了一大步。然而，在中国究竟如何建设电力市场，仍然需要在实际工作不断 地探索和总结。 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2 0 字方针，为独立电厂的发展提供了依据。1 9 9 8 年6 月，国家电力公 司提出了“实行厂网分开，建立发电侧电力市场的实施方案框架”，明确了山东、 上海、浙江3 个省市为试点单位；同年1 1 月，国务院转发了国家经贸委“关于深 化电力工业体制改革有关问题的意见”，并将辽宁、吉林、黑龙江三省与山东、上 海、浙江同时列为“厂网分开、竞价上网”的试点单位。这也标志着政府积极推 进建立发电竞争市场工作的正式启动和电力工业继续深化改革，以期打破垄断， 形成统一、开放、有序的电力市场的开始。 我国6 个试点单位电力市场的改革取向是“厂网分开，竞价上网”，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， 市场也只是对发电侧开放。发电侧电力市场的市场主体是各独立发电企业与电网 经营企业，电网经营企业负责组织各发电厂商之间的竞争，政府负责对电力市场 进行监督管理。与英国、澳大利亚等国家的电力市场不同，我国电力市场继续保 持着输电、配电一体化的管理模式，保留供电营业区，每个供电营业区只有一个 特定的供电机构向终端用户供电。同时，根据“省为实体”的方针，我国的电力 市场以省级电力市场为主，各省电力公司是其省内电力市场竞争的组织者。 1 3 电力市场中竞标问题的提出 较早开展电力工业改革，建立电力市场的国家大多数都组建了电力库作为电 能买卖双方进行交易的平台。而电力库基本上都采用竞标作为撮合电力交易的基 本手段。因此，竞标问题是随着电力市场的产生而出现的新鲜事物，无论是对发 华南理工大学工学硕士学位论文 电厂商还是对市场凋节和管制机构来说，都是饶有兴趣的研究课题。因为，一方 面，发电厂商要通过制定最优的竞标策略来达到以有限的生产资源获取最大的利 润的目的；另一方面，市场调节和管制机构需要评估在特定的交易模式、市场规 则和管理规约下，发电厂商( 或可以参与竞标的大用户) 的竞标行为，考察滥用 市场力( m a r k e tp o w e r ) 的可能性，从而及时地堵塞市场漏洞，防患于未然，确 保市场的公平竞争m 。从电力市场研究的初期开始，竞标问题一直都是电力研究 领域的热点，这方面的研究成果非常浩瀚。 目前，竞标问题主要是针对电力库模式的市场，并且着重研究在一定的市场 规则下，发电厂商如何制定所谓最优的竞标策略，或者是从市场管制者的角度出 发，分析发电厂商的竞标策略对电力市场的效率、市场价格，乃至包括发电和用 电双方在内的整个电能生产和消费系统的社会福利的影响，评价发电厂商能否通 过竞标来干预或垄断市场。文献【3 研究了两个发电厂商竞争供电的情况，采用了 概率密度函数来模拟竞争对手的生产成本函数，构造了次最优的竞标策略。但这 种方法无法直接推广应用到有多个发电厂商参与竞争的电力市场。文献 4 】提出了 采用遗传算法、遗传编程来构造自适应的、进化的竞标策略，其基本思想是先给 定一些候选的离散竞标策略，然后用这些智能方法从中搜索出最优的竞标策略。 文献 5 】采用概率估计的方法研究了基于市场出清价格的发电厂商竞标行为。研究 结果表明，发电厂商将有竞标价格抬高的动力。文献 6 讨论了p x 市场机制，并 分析了电力公司改变竞标策略对p x 市场的影响。文献【7 】研究了发电厂拥有差价 合同的情况下，如何制定最优竞标策略的问题。文献【8 对电力市场的竞标问题进 行了系统的、深入的研究。该文献研究了竞标价格的优化及其影响因素，构造了 发电厂商竟标函数的形式，研究了发电厂商机组输出量的调节方式，以及机组调 节方式对系统、用电户和发电厂商本身的影响，分析了发电厂商在各种机组和市 场条件下实现竟标目标的最优策略。 电力市场竞标问题的另一个关注要点是发电厂商的策略性的 竟标。在理想的、完美竞争的电力市场中，发电厂商的最优竞标策略是将竞标 价格设定在边际成本。如果一个发电厂商没有以边际成本作为竞标价格，而试图 通过利用市场结构的不完美、市场规则的漏洞来增加利润，这种行为就是策略性 的竞标。文献 9 研究了电力市场中策略性的竞标问题，构建了一个概念性的最优 竟标模型，采用动态规划算法来求解最优的竞标策略。文献 1 0 研究了在非完全 竞争的p o w e r p o o l 中，发电厂商的策略性的竞标行为。研究结果表明，发电厂商 可以作为一个价格接受者，也可以利用其市场势力操纵市场价格。作为价格接受 者时将基于边际成本曲线设定竟标价格，但其最低价格必须随市场行情变化而变 化；利用市场势力时将采取限制产量、抬高电价的策略，以获取更高的利润。一 个发电厂商是选择作为价格接受者，还是选择利用其市场势力操纵市场主要取决 第一章绪论 于其市场势力的大小。 此外，也有学者研究了用户侧的竞标策略。文献【l l 】研究了包括发电厂商和 用电户双方竞标的最优潮流算法问题，从最优潮流计算的海赛矩阵获得实时电价、 发电机出力、用户负荷的灵敏度参数，以求解发电厂商和用户的最优竞标策略。 文献【1 2 研究了用户侧竞标对市场价格的影响，指出如果发电调度是基于生产成 本最小，发电侧竞标和其它形式的灵活发电方式能够引起较大的电价上涨，并且 难以合理地解释这种电价上涨现象。文献 1 3 基于线性竞标函数，同时研究了发 电厂商和大用户地竞标策略，用联合正态分布表示竞争对手的竞标行为。采用蒙 特卡罗法来求解这个随机优化问题。 1 4 电力市场中市场力问题的提出 1 4 1 概述 发电厂商的策略性的竞标还会导致一个新问题一市场力一的山现。所谓市场 力，又称为市场势力，就电力市场范畴而言，它是指发电厂商能够持续地影响或 操纵市场的价格，使之一直高于完全竞争情况下的市场价格的能力”，。英国、澳 大利亚，以及美国加州和新英格兰电力市场的实际运行经验都表明，电力市场确 实存在较为严重的发电厂商滥用市场力的情况 15 2 8 1 ，特别是在系统负荷高峰期间， 发电厂商通过采取报出比其真实边际成本高出很多的竟标价格的手段，哄抬市场 价格，以牟取高额利润。因此，现阶段在电力市场开展得较早的国家，电力市场 研究领域的重点已经从初期的市场模式的设计、运行规则的制定、竞标策略的分 析等基础问题，转移到市场竞争力度的评价，即市场力，这一较深层次的问题上 来。由于在电力市场中，用电户是处于被动的地位，因此电力市场中的市场力研 究主要是集中在发电侧市场力。 1 4 2 市场力产生的原因 由于电力生产的特殊性，电力市场的市场力比起其他普通商品市场的市场力 有很多不同之处，其产生的主要原因有： 1 某些发电厂商与其它发电厂商相比，其所占的市场份额太大。这些发电 厂商往往可以通过策略性的竞标来操纵市场。其中，最明显的例子就是 英国电力市场。在英国电力市场成立的初期，国家电力公司和国家发电 公司两个发电公司的装机容量占了英国电力市场总装机容量的8 0 ，具 有相当的市场主导地位。因此，英国电力市场基本上是寡头垄断市场睢9 1 。 实际运行经验也表明，国家电力公司和国家发电公司在很大程度上控制 了市场价格。所以，有学者建议进一步拆分这两个发电公司的资产，以 获得更大的竞争 3 0 j 。 2 参与发电竞争的发电公司数目太少，使其有合谋控制市场的可能。发电 厂商在日复一日的相同的竞标活动中，很容易达成不成文的默契( t a c t i c 9 o # 南弹工大学工学硕士学位论文 c o l l u s i o n ) ，实施市场力。有时候，某个发电厂商实施市场力，抬高电价， 不但对它臼己有利，而且对其它发电厂商也有利。因此，一个发电厂商 实施市场力的行为是可以得到其它发电厂商的默许和支持的。 3 某些发电厂商在一定时段内，在一定的负荷曲线上山主寻地位。由于窀 力系统的曰负荷是随时间而变化的，有时候为了满足负荷曲线的变化， 机组出力增减约束、和保证电网的安全运行，要求某些机组在特定的对 段必要提供相应的山力。这样，拥有这些优势机组的发电厂商就可以在 一定程度上，在适当的时段内垄断电力市场。 4 受输电容量制约的地区内发电厂商上网电价很高。输电约束在一定程度 或范围上跟制了某些大用电户选择发电公司的灵活性。在输电容量不充 裕的电网中，某些地区存在功率输入阻塞，使得区域外的远方廉价电能 不能够输送进来。这样，位于阻塞区内的发电厂商可以把其竞标价格设 定得很高，而又不会失去中标机会。甚至有些发电厂商可以利用其电厂 所在的独特的地位位置( s t r a t e g i el o c a t i o n ) 两故意引起输电阻塞， 以便利用节点电价的差值获得套利机会1 3 1 1 。因此，建造强健的输电网络 是抑制和削弱发电厂商市场力的有效手段m m ，。 5 对辅助服务的需求，尤其是对无功的需求和保证系统动态稳定。使得某 些发电厂成为必须运行的电厂m ，。拥有这些电厂的发电厂商有可能报很 高的价格，产生垄断。 6 ，用电户缺乏价格弹性。加州电力危机发生的一个原因就是用电户缺乏价 格弹性。由于开放了发电侧电力市场，经营掏最终用电户供电业务的电 力公司的购电价格完全由发电侧市场竞争决定，而电力公司向用电户售 电价格受政府管制。这样，当发电厂商哄抬电价的时候，电力公司只能 够被动地接受发电侧市场价格，而又不能相应地提高其售电价格，最终 导致了电力公司入不敷出，被迫宣布礁产。因此，允许用电户参与电力 市场竞标被广泛认为是限制发电厂商滥用市场力的可行措施之一。 1 4 3 市场力的分析方法 常用的市场力分析方法有三种：经济均衡模型分析法，博弈论分析法和试验 仿真法。 1 4 ，3 1 经济均衡模型分析法 在电力市场中，用得较多的两种经济均衡模型是卡诺( c o u t - n o t ) 模型和供应 函数均衡模型( s u p p l y f u n c t i o ne q u i l i b r i u m ) 。 1 卡诺模型 卡诺模型提供了一种用于分析寡头垄断市场的市场均衡状态的通用方法。在 该挨型中。假定各厂商独立地同时地做出市场决策，且不相互串通。文献 2 0 2 4 ， d 第一章绪论 3 5 ，3 6 采用卡诺模型对加州电力市场进行了大量的研究。研究结果表明，在目前 美国两部电力市场的机组所有权结构模式下，秋末以及早冬的用电高峰时期，电 力市场中存在严重的发电厂商滥用市场力的倾向。研究人员建议，拆分发电厂所 有权的做法可以在很大程度上削弱发电厂商的市场力。 诺模型也可以计及输电约束对市场均衡点的影响。文献 3 7 采用了卡诺模 型的思想模拟了双边和基于电力库的电力市场中的发电厂商之间的不完美竞争。 其数学模型为一个线性互补问题，并且考虑了输电阻塞定价方案。文献【3 8 给出 了一个发电厂商利润最大化的优化模型，该模型建立在直流潮流方程的基础上， 假定发电厂商的市场行为满足卡诺模型条件，并且考虑了系统运行约束条件。这 是一个典型的带均衡约束条件的数学规划模型。 2 供应函数均衡模型 供应函数均衡模型中的每个厂商都有一个成本函数。厂商可以找到其均衡竞 标曲线，即价格一产量曲线，该曲线最大化厂商利润。计算均衡点的基础是厂商 之间的非合作迭代博弈。该博弈假设厂商的供应函数是其生产成本、生产能力、 需求价格弹性，以及其他厂商对市场价格反应灵敏性的函数。就电力市场本本身 而言，供应函数均衡模型要比卡诺模型优越。 g r e e n 和n e w b e r y 最先把供应函数均衡模型引入到电力市场均衡分析，并用 该模型分析了英国电力市场1 3 9 1 。他们指出，在缺少市场进入威胁和双边合同的情 况下，英国电力市场中的两个主要发电厂商国家电力公司和国家发电公司，能够 把市场价格维持在比完全竞争情况下的价格高出很多的水平上( 5 0 ) 。 文献 2 7 】采用供应函数均衡模型研究北欧电力市场的潜在市场力，提出了一 个用于搜索均衡点的启发式算法。 1 4 3 2 博弈论分析法 博弈论又称为“对策论”，一种使用严谨数学模型来解决现实世界中的利害冲 突的理论。博弈论是研究市场经济的重要工具。 h o b b sb f 等人用博弈论分析了电力市场的寡头竞争。他们的方法是把单个 厂商的策略模型描述为一个带均衡约束的数学规划模型，而该均衡约束又是以一 个独立参数空间价格均衡问题为子问题的 4 0 1 。 文献 4 1 采用博弈论研究了一个简单的三节点网络中，发电厂商是如何利用 市场规则的漏洞而实施市场力的。文中阐述了一个均衡点，两个均衡点和混合策 略均衡三种情况，并指出即使是市场规则相当完善，不容易被投机，博弈论在分 析市场力方面仍然非常有用。 1 4 3 3 试验仿真法 分析市场竞争最直观最实用的方法是利用计算机强大的计算能力进行试验 仿真。采用试验仿真分析市场力的原理是，假定市场参与者的生产成本已经知道 华南理工大学工学硕士学位论文 的前提下，通过模拟市场参与者在市场中的可能行为来发现市场结构中的各种因 素与市场力的关系1 4 2 。 文献 4 3 以i e e e 一9 机3 0 节点系统为例，提供了一个在均一电价定价原则下， 基于多代理商机制的仿真分析市场力的方法。他们得到的试验结论是：存在网络 约束时，市场参与者很容易操纵市场，且不仅存在有功市场力，还存在无功市场 力。 文献【2 3 模拟了一个3 节点的放射型网络，通过比较3 个待研究的发电厂商 和其他6 个发电厂商的竞价策略和收益，研究发电厂商实施市场力的问题。 文献【4 4 】仿真研究了在差别定价模式下，发电厂商的数目、容量的变化与其 所拥有的市场力的关系，以及市场效率问题。文中采用的方法是从以前竞价结果 所获得的信息指导下一次竞价的策略方法。 1 4 4 市场力的度量 在电力市场的市场力研究中，经常使用两类指标来度量市场力。一类是市场 集中度( m a r k e tc o n c e n t r a t i o n ) 指标；另一类是市场力的直接度量指标。 1 4 4 1 市场集中度指标 市场集中度主要由电力市场中发电厂商个数，以及各个发电厂商机组容量占 总容量比例体现。可以采用一个称作为h h i 指标( 英文原文为h e r f i n d a h l h i r s h m a m i n d e x ) 来度量市场集中程度。世界银行专家建议，中国采用h h i 来指导制定发 电公司重组方案。市场集中程度越高，市场垄断的可能性越大。一个发电市场的 h h i 定义为这个市场中每个发电厂商机组容量占总容量的百分比例的平方和。 文献 4 5 4 7 提出一种基于计算最优瞬间交换容量( s i m u l t a n e o u si n t e r c h a n g e c a p a b i l i t y ) ，考虑机组出力约束、线路输送极限的改进h h i 指标。他们首先选择 一个基本状态，然后在减少本区域内的机组出力的同时，计算可以从外部区域送 进来代替本区域发电出力的最大容量。最后由各个发电厂商在这个最大容量的贡 献比例计算h h i 指标。 文献 4 8 指出电力市场中的h h i 指标应该是动态的。文中根据输电线路阻塞 情况的不同，把全网划分为若干个区域内不存在阻塞的地方市场( l o c a l m a r k e t ) ， 然后按照一般的方法分别计算各个地方市场的h h i 指标。 文献4 9 1 提出了加权动态h h i 指标的概念，根据网络中线路阻塞的位置把网 络划分为若干个子网络，并分别计算各个子网络的h h i ，再将各个子网络的负荷 量在整个电网总负荷量中所占的比例作为加权系数，加权各个子网络的h h i 而得 到整个系统的h h i 指标。 1 4 4 2 市场力的直接度量指标 根据一个市场实际价格与理想的竞争市场价格( 即系统边际成本) 的偏差程 度量市场力，偏差越大，垄断程度越高，通常采用来纳( l e r n e r ) 指标来衡量。 2 第一章绪论 来纳指标一( p m c ) p ，p 为市场实际价格，m c 为系统边际成本。 l e r n e r 指标的优点是能商接反映价格高出边际成本的比例，从而客观地反映了厂 商的市场力的大小，因而是度量市场力的真正的合理的指标。但是，在开放性的 电力市场环境下，发电厂商的边际生产成本，是商业秘密，不为外界所知道。因 此，在实际市场中这个指标很难应用。一般的做法都是根据以往所掌握的关于机 组的生产成本的信息，计算山完全竞争情况的市场价格，再和某一段时间内的实 际市场价格相比较，以分析市场力的大小。文献3 ，1 2 ，3 7 1 采用的就是这种方法 市场力的分析方法。 1 5 本文的主要研究工作 本文来源于广东省自然科学资金资助项目( 0 0 0 3 9 7 ) ：广东省电力市场的运 营机制与生产成本研究。主要研究工作包括以下四个方面： 1 介绍了电力工业改革的基本概况，并对近十年来的电力市场竞标问题和 市场力问题进行了综述。 2 研究了发电厂商的多市场竞标组合策略，构建了基于现货市场和合同市 场，以风险率最低为目标的发电厂商竞标组合策略。 3 介绍了基于直流潮流方程的实时电价数学模型，研究了电力库市场模式 下发电厂商竞标策略对实时电价、市场清算和社会福利的影响。 4 研究了电力库市场模式下，发电厂商实施市场力的问题。 5 提出了采用潮流追踪方法计算电力市场的h h i 指标的概念，并通过仿真 算例分析了其有效性与合理性。 o # 南理工大学工学硕士学位论文 第二章发电厂商的多市场竞标组合策略 2 1引言 电力工业的市场化改革，使发电厂商成为了市场的主体，并为发电厂商提供 了多种市场选择。在这种新的市场环境下，发电厂商为了获得较多的利润，或者 是降低市场风险，有必要在多个市场中竞标发电，并合理地分配在各个市场的竟 标发电量。本章从竟标组合的角度出发，以降低风险，保证生产成本的回收为目 标，通过建立求解最低发电风险率的数学模型，对发电厂商的竞标组合策略进行 了理论上的探讨。得出的结论对发电厂商决定在各个市场中的竞标电量有一定的 指导意义。 2 2 多市场竞标组合策略的提出 电力市场的建立，电力系统中垂直一体化经营模式的瓦解，厂网分开的形成， 改变了发电厂商在电力系统运行中被动