（电力电子与电力传动专业论文）电力市场环境下发电厂商的报价策略研究.pdf

指导。同时该方法仅以发电厂商的最大利润为目标而没有考虑风险的因数，因而也 存在一定的局限性。 2 、其次，在预测电价服从对数正态分布的条件下，推导出特定报价方案下利润 的概率密度函数，在此基础上利用发电厂商至少获得某指定利润的思想得到获利概 率公式，并可获得竞价策略的利润一概率曲线，该曲线为竟价策略的风险分析提供 了一个有效的分析工具。利用这个工具，本文还提供了期望利润最大化竞价策略模 型的解的风险分析，结果表明，期望利润最大化的竞价策略通常存在较大的风险。 而本文给出的利润的概率密度函数为风险分析提供了基础。 3 、最后，针对电价在电力市场中具有内在的不确定性，而这种不确定性将导致 发电厂商在报价时面临不同程度的风险。基于获利概率公式提出了一种新的发电厂 商风险决策方法，并建立了决策模型。该方法能够准确地计算的不同报价方案在决 策者给出的获利概率下的利润。算例分析表明，该方法能快速、准确地根据决策者 的风险态度得出最优风险决策方案。这种考虑风险的发电厂商报价决策研究是目前 国内外在这一研究领域的主流方向。 4 、本文中对发电厂商报价模型的优化实现都是采用粒子群优化算法，该算法是 一种基于群体智能的进化计算方法。这种算法的优点在于简单且容易实现，并且没 有许多参数需要调整。目前已经有不少的学者将粒子群算法应用于电力系统中问题 的求解。我们的研究实践也表明该算法可以实现快速的全局收敛，并且结果完全可 以满足寻优的精度。 关键词：电力市场电价预测市场出清电价分布最大利润期望报价策略风险决策 机会约束规划粒子群算法 论文类型：应用研究 a b s t r a c t a b s t r a c t t h e m e ：r e s e a r c ho fb i d d i n gs t r a t e g yf o rg e n e r a t o r si ne l e c t r i c i t ym a r k e t a u t h o r ：c h e n x i s h e n g s u p e r v i s o r ： z o ub i n s p e c i a l t y ：p o w e re l e c t r o n i c sa n de l e c t r i cd r i v e a tt h ee n do ft w e n t yc e n t u r ye i g h t yy e a r s ，i na m e r i c a na n dm a n yw e s t e r nc o u n t r i e s ， ap r o f o u n dr e f o r mi np o w e rs y s t e mh a sb e g u n t h ek e yo ft h er e f o r mi st os m a s h m o n o p o l ya n dt ol e a di n t oc o m p e t i t i o ni np o w e rs y s t e m t h eg o a lo ft h er e f o r mi st o i m p r o v et h ee f f i c i e n c ya n dt oo p t i m i z er e s o u r c e sd i s p o s i t i o n r e p l a c i n ga d m i n i s t r a t i v e m e t h o dw i t hm a r k e tm e t h o dr u l e st h er u n n i n go fp o w e rs y s t e m i nc h i n a ，t h ef o r m e r n a t i o n a lp o w e rc o m p a n yw a sv e r t i c a l l ys p l i ts i n c e1 9 9 8 ，s ot h eg e n e r a t i o np a r ta n d t r a n s m i t t i n gp a r tw e r es e p a r a t e d a tt h es a m et i m e ，s h a n d o n g ，s h a n g h a i ，z h e j i a n g , l i a o n i n g ，j i l i na n dh e i l o n g i i a n gw e r es e l e c t e d a sf i r s t6e x p e r i m e n t a lu n i t sw h i c h i n v o l v e di nt h eg e n e r a t i o ns i d ec o m p e t i t i o n t h em a r k e t r e s t r u c t u r i n go fp o w e ri n d u s t r y i nc h i n aw a ss t a r t e d i nt h ee l e c t r i c i t ym a r k e te n v i r o n m e n t ，t h eb i d d i n gs t r a t e g yo fg e n e r a t o r sa l w a y sb e a l li m p o r t a n tr e s e a r c hf i e l di nt h ee l e c t r i c i t ym a r k e t t h eg e n e r a t i o nc o m p a n i e sa st h e p r o v i d e r so fp o w e rm u s tb i db a s e do nt h er e g u l a t i o no fe l e c t r i c i t ym a r k e t t ot h e m ，t h e l a s tg o a li st oa c c o m p l i s ht h ep r o f i tm a x i m i z a t i o na n dr i s km i n i m i z a t i o n i nt h ep a s tt i m e ， m a n yr e s e a r c ha b o u tt h i sp r o b l e mo n l yf o c u so nt h ep r o f i tm a x i m i z a t i o n h e n c e ，p r i c e h a si n h e r e n tu n c e r t a i n t i e si n e l e c t r i c i t ym a r k e t c o n s e q u e n t l y , t h ep l a n t s w i l lt h e n e n c o u n t e rw i t hs o m ee x t e n to fr i s k t h i sr e v e a l so b v i o u s l yt h el i m i t a t i o n so ft h eb i d d i n g s t r a t e g yf o rp u r s u i n gt h ep r o f i tm a x i m i z a t i o ns i m p l y , a n di ta l s os h o w st h a tt h ep r o f i ta n d r i s ki sap a i ro fm u t u a l l yc o n t r a d i c t o r yi n d e x h i g hp r o f i tc a u s e su s u a l l yh i g hr i s k h o w t oa c c o m p l i s ht h ep r o f i tm a x i m i z a t i o nu n d e rc o n t r o l l i n gt h er i s ki sat y p i c a lr i s kd e c i s i o n m a k i n gp r o b l e m t h i sd i s s e r t a t i o nh a sc o n d u c t e das e r i e so fr e s e a r c ha b o u tt h eb i d d i n gs t r a t e g yo f g e n e r a t i o nc o m p a n i e s ，f r o mb u i l d i n gu pt h eb i d d i n gm o d e lt or i s ka n a l y s i sa n db i d d i n g r i s kd e c i s i o na n do p t i m i z a t i o na l g o r i t h me t c t h eb u i l tb i d d i n gm o d e l sa l lb a s e do np r i c e p r e d i c t i o ni nt h i sp a p e ra n ds u p p o s ea ut h eg e n e r a t i o nc o m p a n i e sa r ep r i c et a k e r s t h e c o m p a n i e sh a v en om a r k e tp o w e r t h em a i nc o n t e n t so ft h i sd i s s e r t a t i o ni n c l u d i n g ： i 江南人学顾i + 学位论史 1 f i r s t l y , t h i sp a p e rp r e s e n t sap o w e rp l a n tb i d d i n gm o d e lb a s e do nm a r k e t - c l e a r i n g p r i c e d i s t r i b u t i o n b a s e do n f o r e c a s t i n gp r i c e w i t h l o g n o r m a ld i s t r i b u t i o n ，t h e p r o b a b i l i t yd e n s i t yf u n c t i o n so fn e x t d a yh o u r l ym a r k e t c l e a r i n gp r i c e s a r eo b t a i n e d d e p e n d i n go nt h ep r o b a b i l i t yd e n s i t yf u n c t i o n s ，t h e a u t h o r sg e tt h eb i da c c e p t a n c e p r o b a b i l i t yf u n c t i o n s b a s e do nt h eb i da c c e p t a n c ep r o b a b i l i t yf u n c t i o n s ，t h ep o w e rp l a n t b i d d i n gm o d e li sb u i l tu pt h a ti s u s e dt oa c c o m p l i s ht h ep r o f i tm a x i m i z a t i o n a tl a s t ， r e s u l t sf r o mar e a l i s t i cc a s es t u d ya r ed i s c u s s e di nd e t a i l t h i sm o d e lc a ng i v et h ep l a n t s s o m eg u i d a n c ei nt h er e a l i s t i cb i d d i n gp r o c e s s h e n c e ，t h em e t h o dd i dn o tc o n s i d e r a t et h e f a c t o r so fr i s k ，s ot h e r ea r es o m el i m i t a t i o n si ni t 2 t h ep r o f i t sp r o b a b i l i t yd e n s i t yf u n c t i o no fab i d d i n gs t r a t e g yw a sd e v e l o p e d b a s e do nf o r e c a s t i n gp r i c ew i t hl o g n o r m a ld i s t r i b u t i o n ，s ot h a tt h ep r o b a b i l i t yo ft h e o b t a i n i n gs p e c i f i e dp r o f i tu n d e rt h es c e n a r i oc a nb ek n o w n ，ap r o f i t - p r o b a b i l i t yc u r v ec a n b ed r a w n t h er i s kc u r v ep r o v i d e sa ne f f e c t i v et o o lf o rr i s ka n a l y s i s t h er i s ko ft h e b i d d i n gs t r a t e g yo b t a i n e db yt h ee x p e c t e dp r o f i tm a x i m i z a t i o nw a sd i s c u s s e du s i n gt h e p r o f i t p r o b a b i l i t yc u r v cp r e s e n t e di nt h i sp a p e r i ts h o w e dt h a tr i s kw a si m p l i e di nt h i s b i d d i n gs t r a t e g y , t h er i s ka n a l y s i si sn e c e s s a r y 3 p r i c eh a si n h e r e n tu n c e r t a i n t i e si ne l e c t r i c i t ym a r k e t c o n s e q u e n t l y , t h ep l a n t s w i l lt h e ne n c o u n t e rw i t hs o m ee x t e n to fr i s k t h i sp a p e rp r e s e n t e dan e wr i s kd e c i s i o n m a k i n gm e t h o do fs u p p l i e r sb a s e do np r o f i tp r o b a b i l i t yf o r m u l a t h ep r o p o s e da l g o r i t h m c a ne x a c t l yc a l c u l a t et h ep r o f i to fd i f f e r e n ts c e n a r i o sw h e nt h ed e c i s i o n - m a k e rg a v et h e p r o f i tp r o b a b i l i t y s o m ee x a m p l e ss h o w st h a tt h ep r o p o s e dm e t h o dc a np i c ko u tt h eb e s t d e c i s i o nq u i c k l ya n de x a c t l yb a s e do nt h ed e c i s i o n m a k e r sr i s ka t t i t u d e t h i sk i n do f r e s e a r c hm e t h o do fb i d d i n gs t r a t e g yi st h em a i nd i r e c t i o na tp r e s e n t 4 i nt h i sp a p e r , t h eo p t i m i z a t i o nm e t h o do fb i d d i n gm o d e li s p a r t i c l es w a r m o p t i m i z a t i o n t h ea l g o r i t h mi sa k i n do fe v o l u t i o nc o m p u t a t i o n a lm e t h o db a s e do ns w a r m i n t e l l i g e n c e t h em e r i to ft h i sa l g o r i t h mi ss i m p l ea n de a s yt oa c c o m p l i s h ，a n dt h e r ea r e n o tm a n yp a r a m e t e rt ob ea d j u s t e d a tp r e s e n t ，m a n ys c h o l a r sa p p l i e dp a r t i c l es w a r m o p t i m i z a t i o nt ot h es o l u t i o no fe l e c t r i c i t yp o w e rs y s t e mp r o b l e m a n dt h er e s e a r c ho ft h i s p a p e ra l s os h o w st h a tt h ea l g o r i t h mc a ng e tt ot h eo v e r a l ls i t u a t i o nr e s t r a i n s t h e c o n c l u s i o ni sa l s ov e r yp r e c i s e k e yw o r d s ：e l e c t r i c i t ym a r k e t ；e l e c t r i c i t yp r i c ef o r e c a s t i n g ；m a r k e t c l e a r i n gp r i c e d i s t r i b u t i o n ；p r o f i tm a x i m i z a t i o n ；b i d d i n gs t r a t e g y ；r i s km a k i n g d e c i s i o n ； c h a n c e c o n s t r a i n e dp r o g r a m m i n g ；p a r t i c l es w a r mo p t i m i z a t i o n 耐p eo ft h e s i s ：a p p l i e dr e s e a r c h i v 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。尽我所知，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 本人为获得江南大学或其它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。 签名：监差兰日期：词年p 6 月眢日 关于论文使用授权的说明 本学位论文作者完全了解江南大学有关保留、使用学位论文的规 定：江南大学有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和 磁盘，允许论文被查阅和借阅，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，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、 汇编学位论文，并且本人电子文档的内容和纸质论文的内容相一致。 保密的学位论文在解密后也遵守此规定。 签名：硒矗竺 导师签 e t 期： 第一章绪论 1 1 引言 第一章绪论 从上世纪九十年代末开始，我国就已经开始进行电力工业改革的尝试，而建立 发电侧电力市场则是第一步，随着这场改革的推行，竞争机制已经初步地引入到了 电力工业中。在原有的发、输、配垂直一体化的管理模式中，电网调度中心根据电 网安全运行的要求，以全网生产成本最小或社会福利最大为目标来安排各发电厂的 发电计划和机组出力。而在新的市场环境下，发电厂商则是通过投标竞价获得发电 的机会，成为真正的市场参与者。发电厂商要根据市场的信息，自主决定发电安排， 竞价上网，以求获得较多的利润。同时由于现实市场中信息的不完全性，对于发电 厂商而言，报价问题变得非常复杂，如何制定有效的报价策略现己成为发电厂商迫 切需要解决的问题。 1 2 课题的研究意义与价值 近年来，电力工业的市场化改革已经成为全球范围内不可逆转的潮流与趋势， 这种改革的主要内容就是要将传统电力工业的垂直一体化的垄断经营模式向市场化 模式转变，用市场的工具来规范电力行业的运行。传统的电力工业管制模式在规模 经济高速发展的年代是正确的，但是随着电力工业的规模经济性越来越小，这种模 式的优越性已经慢慢在消失，因此，从二十世纪八十年代开始，世界上很多国家都 在探索用市场的方法来取代它，总之，搞电力市场的目的是为了引入竞争、提高效 率、降低成本和优化资源配置。电力市场改革的核心内容是将发电、输电、配电的 主要功能分解成在商业运营方面相互独立的实体，将电力、电量、输电服务、辅助 服务等商品尽可能精确地表示为电价，将电力系统的各种操作以经济尺度加以衡量， 在所有市场参与者之间公平、公正地分摊相关费用。我国于1 9 9 8 年开始“厂网分开、 竞价上网”试点，当前我国已初步完成电网公司、独立发电商及其他相关市场主体 的重构工作，全面改革调度机制、交易机制、运营机制和利益分配机制，逐步实现 从发电竞争、趸售竞争到零售竞争的电力市场运营模式i l l 。 在电力市场环境下，发电厂商的行为模式也要发生转变，企业必须准确及时地 了解当i j 的生产成本状况。同时也要全面地了解市场供求信息，根据自己的生产成 本和市场信息采用最有效的竞价策略，及时调整自己的竞价方案以达到自身的利润 最大化。在特定的成本状态和一定的市场信息条件下，采用何种竞价策略就成为企 业收益的决定性因数。合理的竞价策略是发电厂商在电力市场竞争中立于不败之地 的基础，是发电厂商获取经济利益的根本保证。同时，为了最大限度地优化企业资 源配置、降低运营成本、掌握电力市场运行规律，发电厂商迫切需要一套有效的发 电报价辅助决策系统【2 1 ，以协助报价人员和决策者及时、准确、全面地了解电网运 行情况，掌握成本变动的规律和成本走势，更好地预测边际电价，加强对电厂的经 济及技术管理，促进电厂的高效运作，在电力市场商业化运营的环境下争取最大的 利益。因此发电厂商竞价策略的研究是一个非常有意义的研究课题，不但在理论上 具有重要的研究价值，而且在实践上具有满意的可行性和现实性。 综上所述，发电厂商报价策略研究的意义和价值有以下几点： 1 、报价策略的研究是发电厂商参与市场竞争的前提。电力市场环境下，发 电厂商必需要有一套报价策略来实现它的报价行为。 2 、报价策略的研究是发电厂商在市场竞争中获得更多利润的有效保证和基 本工具。目前国内外的各种报价策略的研究尽管使用了不同的理论和方 法，但归根结底是为了实现发电厂商的利润最大化。 3 、报价策略的研究是发电厂商规避和减小其在市场竞争中风险的必然选 择。发电厂商在掌握市场规律后，采用一定的风险分析和管理工具可以 使其最大程度地规避风险。 4 、报价策略的研究也是其形成市场力和行使市场力的有效途径。它可以帮 助具有一定规模和垄断实力的发电商在具有市场控制力的时候通过行使 市场力来增加其利润。 5 、 报价策略的研究还是市场监管部门监管发电市场的重点。市场监管部门 必需通过监管各个发电厂商的报价策略来避免竞争中可能出现的不公平 行为。 1 3 发电厂商报价策略的研究状况 发电厂商报价策略是电力市场环境下的发电厂商参与市场竞价上网各种方法的 总称，是指发电厂商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【3 1 。其主要目标是在考虑电力系统运行的各种规则和限制条件的基础上， 通过合法地操纵市场力，合理选择报价曲线，谋求自身利益的最大化。 在中国，建立发电侧电力市场是电力工业改革的第一步1 4 j 。发电侧电力市场主 要包括发电厂内部资源的优化配置、竞价上网策略等。针对电力市场结构中不同的 电力交易市场，发电厂可以针对每种交易市场的运行特点制定不同的报价策略。在 市场竞争环境下，发电厂必须准确、及时地了解当前的生产成本状态并努力地降低 生产成本，同时也要根据企业生产成本、市场供求信息，采取合理的报价策略，实 2 第辛绪论 现发电厂经济效益最大化。 电力市场环境下发电厂商的报价策略是一个重要的研究内容【5 j - i 【9 i 。很多学者已 经通过各种不同的途径研究了报价策略。这一内容的到目酊为止研究大致可以分为 两个阶段：第一阶段中，发电厂商报价策略的优化目标主要考虑其自身的利润最大 化。第二阶段中，随着人们对竞价模型研究的深入，人们在两个方向进一步进行了 深入的讨论。其一是发电厂商的竞价模型越来越接近于实际的规则，从而使得竞价 模型变得越来越复杂，其求解也就变得更加困难。在这个过程中大量的优化算法被 引进到竞价模型中【1 0 h ”1 ；其二是人们认识到仅仅用期望利润作为发电厂商竞价的 目标函数是不够的，需要进行风险分析。 第一阶段： 在电力市场刚开始发展的时期，对应于发电厂商报价策略的研究也得到了快速 的进展，各国的学者和研究人员从不同的角度和途径对这一领域进行了大量的研究。 文献【1 7 】中作者使用马尔可夫决策过程找到了一种优化报价模型，这是一种离散随 机的优化模型，在这个框架下，所有的发电厂商都必须根据它们的报价、报价电力 以及概率等报价参数建立数学模型。文献【1 8 】中作者假设竞争对手的报价是已知的， 再基于对手的报价灵敏度寻找到一个纳什均衡，并建立优化模型。文献1 1 9 1 设计了 一个遗传算法( g a ) 来发展发电厂商报价决策，这个模式中假设所有的发电厂商具 有相同的报价曲线和报价特性。在文献 2 0 1 为了优化一个给定的发电厂在能量市 场和旋转备用市场的供应函数。作者建立了一个随机优化模型和一个遗传算法来选 择报价函数系数。该文中是假设各参与者能够估计到对手的报价行为。文献 2 1 1 提 出一个报价模型框架，其中使用蒙特卡洛仿真提出随机优化，文中竞争者的期望是 用历史报价数据定义的概率分布来描述的。文献 2 2 1 中作者用非线性优化问题来获 得一个给定厂商的线性报价参数。文献1 2 3 1 提出一个完全竞争市场长期优化报价策 略，并假设每个参与者拥有自己的成本信息以及市场每小时报价的信息，通过这种 途径参与者可以从历史经验中不断总结。文献 2 4 1 作者使用模糊神经网络构造了一 个报价模型。文献 2 5 1 作者提出了一个概率优化工具，这个工具将厂商和竞争者的 行为用概率来描述，并使用剩余需求曲线来建立报价曲线。文献 2 6 1 根据各发电厂 的报价风险指数设计了一个优化报价模型。文献 2 7 1 建立了电厂报价的数学模型，提 出了混合遗传算法来求解最优报价方案。 文献1 2 8 1 认为发电厂报价数据能够反映出发电机组的可变成本。市场成员的报 价行为受以下几个因素影响，发电机组技术因素、保留的合同、双边交易合同、需 求预测、机组的备用、历史报价经验和策略取向。作者在文章中详细地分析了澳大 利亚国家电力联营库类型电力市场的典型报价数据。文献1 2 9 3 2 认为从发电机组成 本曲线来制定报价策略是最基本的，文献 3 3 1 在上述文献的研究成果基础上，预测 出系统合成曲线在满足负荷点处的斜率，然后将发电机组边际成本曲线的斜率改为 3 该斜率，即可得到发电机组的最优报价策略。 报价策略的准确性严重依赖于市场信息量和信息的准确性，最早由f i r e d m a n 提 出报价策略方法 3 “，即以估计报价赢得竞争对手可能性来确定最优报价策略。美国 的j o h nw 等人从提升独立发电厂经济效益角度出发建立了一套发电厂报价序列，他 认为发电厂报价提交一个简单次优的报价策略是非常重要的【3 5 】，因为对于自身而言 其他参与竟价发电厂的信息无法确定，这给报价带来诸多不确定因素，因此无法确 定哪一个才是最优竞价策略。这也正是这篇文献的缺陷所在。 文献 3 6 1 认为可以将系统中参与发电竞价的所有竞争对手视为一个整体，这些 竞争对手的整体作用效果对发电厂制定竞价策略具有绝对的影响，由此提出了基于 市场总体信息的发电竞价优化策略。但在实际运行的电力市场中，由于发电厂报价 数据等相关信息是非公开的或延期公开的，发电厂报价策略的制定只能建立在非完 全信息基础上 3 7 1 。而文献 3 8 1 在传统经济调度数学模型基础上，提出根据经济调度 的灵敏度分析来制定发电报价策略。文献1 3 9 从发电机组历史报价曲线和系统历史 负荷数据分析，从扩大发电厂竟价经济效益角度出发，制定出一系列的发电厂竞价 经济效益利润曲线，更直观方便地指导各发电机组制定竞价电价和竞价电量。 上述文献所提出的众多方法大致可以分为三种策略性报价的方法：一是基于预 测市场出清电价的报价策略，二是基于估计竞争对手的报价行为的方法，三是基于 博弈论的策略性报价方法。此外，还有市场仿真、经验分析及一些优化的方法。 第一种方法要求发电厂商能较准确地估计出市场出清电价或出清分布，发电厂 商只需要标一个稍微便宜的价格或者根据出清电价制定相关的报价策略。这种方法 一般都假定发电厂商为价格接受着，即发电厂商没有市场力。 第二种方法需要对电力市场中的其他电厂的报价行为作一个精确的估计，一般 采用概率方法或模糊集方法进行估计。根据其他竞争对手的报价策略来确定自身的 报价方法。 第三种方法应用了博弈论中的一些理论。它大体可分为两类。一是基于矩阵博 弈模型。二是基于寡头博弈模型，主要包括c o u r n o t 模型、s t a c k e l b e r g 模型和供给函 数模型。 第二阶段： 在这一阶段，一方面很多新的理论和方法被引入进来，如人工神经网络方法， 遗传算法，粒子群算法等等。同时，由于近年来针对发电厂商报价策略问题很多的 研究工作都是在形成竟价策略的过程中仅仅以追求利润最大化为目标。而由于电力 市场中电价的不确定性，导致市场实际运行中根据已经形成的报价策略报价来实现 对应的最大利润存在风险。这显然揭示了单纯以追求利润最大化报价策略的局限性， 也说明了利润与风险是一对相互矛盾的指标，利润较高时风险也往往较高。如何在 实现利润最大的同时考虑风险的因素进行报价决策是一个典型的风险决策问题。 4 目i j i 解决这一问题的常见方法是将预期利润的方差作为衡量风险的指标。如文 献1 4 0 1 1 4 1 1 都是建立基于方差或标准差的函数来衡量报价方案的优劣。这种利用利润 的方差束描述风险的方法存在不足，因为只有当实际利润低于预期的时候才存在风 险，而该方法无法区别这种情况1 4 2 1 。还有的方法利用经济学上的效用理论来处理风 险的问题，文献 4 3 1 采用利润期望值一标准差无差异曲线及相应的效用函数来描述决 策者的不同风险态度，再对不同方案的效益水平进行选择、评价，最终得出最优报 价方案，但该方法只能优化申报电价，同时效用函数的建立也比较难。文献 4 4 4 6 】 借用金融理论中风险价值的思想，提出以实际利润小于预期利润的概率作为风险的 度量指标。该方法避免了用方差度量风险所存在的问题，同时基于机会约束规划分 别建立了保证一定获利概率的利润最大化竞价模型，但是这三篇文献都没有给出具 体的概率计算公式，而是将遗传算法嵌入蒙特卡罗随机模拟方法来求解上述机会约 束规划问题。 考虑风险的发电厂商报价策略问题是近年来从金融领域引入的一种报价思想， 这种思想的引入是对应于电力市场中电价的不确定性而产生的，很多的金融风险分 析工具开始在电力市场的研究中发挥越来越重要的作用，而且取得了显著的成绩。 电力市场作为一个特殊的金融市场，这个思想的引入有它的必然性和有效性，它必 然将发电厂商报价策略问题的研究推向一个更高的阶段。因此，它也是目前众多学 者在该研究领域的一个主要方向。 1 4 本文的主要研究工作 本课题是针对电力市场环境下发电厂商急需解决竞价策略的问题而诞生的，对 发电厂商的竞价策略问题进行了一系列的研究。首先，通过分析发电厂商竞价策略 问题的研究历史，比较了不同方案的不同点和优劣性，得出了目前国内外在改领域 研究的主要方向和研究热点。其次，建立了一个考虑发电厂商为价格接受者情况下 以期望利润最大为优化目标的报价模型，该模型简单、实用性强，具有可实际操作 性，能为发电商在实际报价中提供指导。接着，在考虑预测电价服从对数正态分布 的条件下，推导出特定报价方案下利润的概率密度函数，在此基础上利用发电厂商 至少获得某指定利润的思想得到获利概率公式，该公式为发电厂商的报价风险分析 提供了一个有效的工具。最后，基于获利概率公式提出了一种新的发电厂商风险决 策方法，并建立了决策模型。这是一种考虑风险的报价模型，报价者可根据自己的 风险态度、市场预测电价分布以及发电厂的成本等因素而得到一个最优报价方案和 预计的利润值，为市场参与者提供了一个有效的报价决策工具。随着电力市场理论 的发展，各种优化的工具和算法被不断地引入到电力系统和电力市场的优化计算中， 如：遗传算法、人工神经网络、模糊理论、粒子群算法等，本文在实现发电厂商报 5 江南人学硕i 学化论文 价策略的优化计算时采用的是粒子群算法。 全文的具体安排如下： 第一章绪论。 第二章电力市场相关理论。 第三章粒子群优化算法。 第四章基于报价中标概率的发电厂商报价策略。 第五章基于获利概率的发电厂商报价策略及风险分析。 第六章基于获利概率和机会约束规划的发电厂商风险决策。 第七章结论与展望。 6 第：幸电，j 市场相关理论 2 1 引言 第二章电力市场相关理论 电力市场化改革在国外已经经历了十多年的实践，目前仍处在不断研究探索和 完善之中，电力市场的理论知识包括了很多方面，本章阐述了和本课题相关的一些 电力市场的基本理论知识，为后面的课题研究做知识准备和理论铺垫。 2 2 电力市场的定义 电力市场是电力的买方和卖方相互作用以决定其电价和电量的过程。更具体 的来讲，电力市场是采用经济等手段，本着公平竞争、自愿互利的原则，对电力系 统中发电、输电、配电、用户等成员组织协调运行的管理机制和执行系统的总和。 根据以上定义，电力市场首先是一种管理机制。这种机制于传统的行政命令的 机制不同，主要采用市场的手段进行管理，从而达到资源优化配置的目的。所以电 力市场的基本原则是公平竞争、自愿互利。同时，电力市场还是体现这种管理机制 的执行系统，包括交易场所、计量系统、计算机系统、通信系统等。 2 3 电力市场的基本要素 为保障电力市场的正常运行，电力市场需具备六大要素即市场主体、市场客体、 市场载体、市场价格、市场规则和市场监管【3 】。 电力市场中的市场主体是各级电力市场中进行电力交易( 购电和售电) 的发电公 司、输电公司( 电网公司) 、配电公司等电力企业和广大电力消费者。电力市场的客 体是电力商品一电能，它分为电力容量( k w ) 和电量( k w h ) 两类。电力市场的载体 是电力交易活动的物质基础，包括各种电力设备和场所设施等。电价是电力市场的 杠杆，是传输供求关系变化最敏感最直接的信号。它是电力生产者与广大电力用户 相互利益的调节体，是供求双方十分关心的焦点。因此，要建立一个完善的电力市 场，就必须确立合理的电力商品的价格形成机制、价格结构和价格管理体制。 市场规则可分为两个大类：体制性规则和运行规则。为了保证电力市场的有序运 营，必须制定严密的电力市场运行规则。其核心是引入竞争机制，保证电力市场开 展公平、有序的竞争。各级电力市场都必须设有专门的监管机构，其主要职能是监 管电力市场的交易行为和竞争行为，处理不公平的竞争和违反法律、法规的行为， 7 江南人学顾i 。学位论文 并对电力市场运行中发生的纠纷、争议和投诉进行调节和仲裁。 2 4 电力市场的基本任务 表2 - 1 总结了电力市场必须完成的基本任务i 4 7 1 。这些任务几乎可以与目前电力 系统的运行对应，其中针对预测负荷进行的发电机组发电计划是电力系统运行所必 须的，原因非常简单，如果没有针对预测负荷的发电机组发电的预先安排，很难在 非常快速的电力系统运行中保证及时的平衡( 任务1 ) ，而预测负荷与实际负荷存在 差异是不可避免的，所以需要实时进行调整，以达到及时的平衡，由于已经有了预 测负荷的平衡，所以相对差异的平衡数量比较小，才有可能完成( 任务4 ) 。网损的 处理( 任务2 ) ，以及输电网络的约束的考虑( 任务3 ) 则是电力系统运行必须考虑 的事情，这些问题如何在市场机制中进行体现是电力市场机制设计中需要特别关注 的问题，事实上网损分摊以及输电线路的堵塞管理已经成为了电力市场设计中的标 表2 - 1 电力市场的基本任务 t a b l e2 1b a s i ct a s ko fe l e c t r i c i t ym a r k e t 任务序号任务说明 任务1针对预测负荷，按照运行成本最小化的目标，确 定发电机组的发电计划； 任务2合理分摊网损 任务3考虑输电网的各种约束，特别是输电线路的输电 容量限制； 任务4面对实时变化的负荷需求，保证合适地调整发电 机组的出力，达到及时平衡的目的 任务7保证系统中的装机容量以及输电容量能够满足未 来负荷变化的要求： 准的问题。有功平衡，备用等问题同样是电力系统不可缺少的内容，也是电力市场 机制中必须面对并想办法解决的问题。而要高可靠供电则必须首先保证充裕的发电 及输电容量。 表2 - 1 这个任务看起来与垄断体制下的电力系统的任务相差不大，但是在传统 体制下这些任务的完成是通过公司内部的协调机制完成的，而市场环境下，这些任 务是要按照市场的原则进行，而如何组织市场结构与规则完成这些任务则是电力市 场所面临的巨大挑战。如果电力市场不能够完成这些任务。电力市场将不能正常工 作。这些任务的完成是电力系统达到安全稳定运行所必要的，也是重要的基础。这 个任务清单给我们提供了一个考察电力交易市场的线索。 r 第一二帝i 乜j j 市场相关理论 2 5 电力市场的基本模式 电力工业市场化改革已经在不同的国家与地区实行的过程中形成了几种不同的 模式【4 ”。如果从全球的范围考察电力工业的实际组成，大体上可以分成四种工业组 织模式垂直一体化模式，单一买方模式，批发竞争模式和零售竞争1 5 】。 所谓垂直的一体化模式就是传统的垄断的电力工业模式。没有竞争性的发电商。电 力工业所有的环节都被捆绑在一起，并受到管制。几乎所有的电力市场的改革都从 这里开始。而单一买方模式，批发竞争模式和零售竞争则都在电力工业或多或少地 弓l 入了竞争。 单一买方模式的特点是：独立发电商只能够将电卖给依然具有垄断地位的电力 公司。独立发电厂商向电力公司销售电能的价格受到管制，但不是按照其成本购买， 而是举行某种方式的竞价决定最低售价，当管制者批准了竞价的过程和最后结果后， 电力公司与独立发电商签订长期的购销合同。合同价格作为捆绑电费的一部分。这 种模式中虽然引入了独立发电厂商进行竞争，但是由于这些竞争性的厂商占有的比 例非常有限，而且竞争还远不是自由竞争，其价格还是受到了管制，所以其引入的 竞争也非常有限。这种模式通常是一种过渡的形式，是电力工业最初引入竞争的一 种方式。这种模式中依然存在包含了发电，输电与配电一体化的电力公司，这个阶 段仅仅是给予了独立发电厂商向这种垄断公司销售电能的权利。 而批发竞争模式则在发电环节进行完全的竞争。发电价格不再按照成本管制。 配电公司和大用户成为买方，配电公司对于终端用户来说依然具有垄断性质。而第 四中模式就是所谓零售竞争模式，这种模式相对与批发竞争来说，进一步允许所有 用户选择供电商，所以竞争的发电商可以将电卖给任何人。 批发竞争的模式与零售竞争的模式在电力市场实践中都有许多国家分别采用。 在批发竞争的模式中最大的问题可能是配电公司面临着一个波动剧烈的批发电 价与被管制的零售电价所引起的矛盾。像美国加州电力市场的危机最直接的表现就 是批发市场电价高于零售电价，结果使得配电公司出现巨额的亏损。如何解决这个 矛盾是批发电力市场的难点之一。而引入零售竞争以后，也还有许多的工作要做， 例如，让许多的小用户参与竞争是否会引起过高的交易成本呢? 有关这类问题现在 还没有得到有效的回答。 2 6 电价在电力市场的作用和地位 电力市场要采用经济手段管理各成员，电价是体现管理思想的重要工具，它已 成为电力市场中影响所有参与者行为的焦点，市场中电价的值直接决定了各个参与 者的利益。所以，确定电价原则、计算交易电价( 包括上网电价、销售电价、输电电 9 价、辅助服务电价等) 是电力市场的主要内容。 电价受很多因素的影响，比如：季节气候变化、用户需求、燃料费用和传输费用 等。并且由于出于对自己利益最大化的目的，不同参与者对电价的确定有不同的指 标，所以电价的确定是十分复杂的。各国在电价核定中都能共同遵守一些基本原则： 1 、 成本补偿原则，电价能够补偿合理的成本支出； 2 、 合理报酬原则，电价能够让股东得到合理的汇报； 3 、公平负担原则，用户