基于发电商地理位置的金融输电权与市场力分析.pdf

第 3 9 卷 第 2期 2 0 1 1 年 1 月 1 6曰 电 力 系 统 保 护 与 控 制 P o we r S ys t e m P r o t e ct io n a n d Co n t r o l 、 ， 0 l _ 39 NO 2 J a n 1 6 2 01 1 基于发电商地理位置的金融输 电权与市场力分析 郭兴磊 ，张宗益 ，汪 锋 ( 1 重庆大学经济与工商管理学院，重庆 4 0 0 0 4 4 ；2 重庆大学电力能源技术经济研究院，重庆 4 0 0 0 4 4 ) 摘要：金融输电权可以规避由于输电阻塞导致的区域价格风险，但同时也带来了一系列新的纵向市场力问题。介绍了金融输 电权理论， 重点应用博弈论研究了发电商与负荷地理位置相同和不同两种情况下， 金融输电权对发电商市场力的影响度问题。 分析 了输电容量、输电份额、需求弹性、发电成本等与这种影响度的关系。结果表明：金融输电权可以大幅度降低电力出口 区发电商的市场力，略微提高电力进口区发电商的市场力。 关键词：金融输电权；市场权力；地理位置；电力市场；博弈论 Fina ncia l t r ans mis s ion r ig h t s a nd m a r ke t po we r ba s e d o n g e n e r a t or S ge o gr ap hic l oca t io n GUO Xin g l e i1 ，ZHANG Zong yi ， - ，WANG Fe ng ( 1 S ch o o l o f Eco n o mi c s a n d Bu s i n e s s Ad mi n is t r a t i o n ， Ch o n g q in g Un iv e r s i t y，Ch o n g q i n g 4 0 0 0 4 4，Ch i n a ； 2 E l e ct r ic En e r g y T e ch n o l o g y a n d E co n o my I n s t i t u t e ，Ch o n g q i n g Un iv e r s i ty，Ch o n g q i n g 4 0 0 0 4 4 ，Ch i n a ) Ab s t r a ct ：F i n a n ci a l t r a n s mi s s i o n r i g h t s ( F T R )p r o v i d e a fin a n ci a l t o o l f o r ma r k e t p a r t i cip a n t s t o h e d g e a g a i n s t p r i ce r is k s d u e t o t r an s mis s io n co n g e s t io n Bu t a t t h e s a me t ime ，it g iv e s r is e t o p r o b l e ms o f v e r t ic a l ma r k e t p o we r F ir s t l y， t h e co n c e p t o f F T R is in t r od u ce d Th e n， b a s e d o n g a me t he o r y， t h e influ e nce s o f FTR on in t r ins ic ma r k e t po we r a r e r e s e arch e d in t h e t w o s it u a t io ns t hat t h e l o catio n s o f g e n e r a t o r s a n d l o a d a r e the s a me o r n o t F in a l l y，t h e r e l ati o n s h i p s b e t we e n t he i n fl u e n ce s a n d t he t r ans mi s s i o n ca p a ci t y，e l a s t i ci ty o f d e ma n d，co s t f u n ct i o nco e f fi ci e n t s a r ed i s cu s s e d Th e r e s u l t s s h o wt h atthe F TRca l l mi t i g a t ethema r k e t p o we r o f g e n e r a t o r s in a n e x p o r t in g r e g io n ma r k e d l y， wh il e the F TR ca n in cr e a s e t h e mark e t p o we r o f g e n e r a t o r s in a n imp o rtin g r e g io n s l i 曲t l y T h is wo r k is s u p p o s e d b y Nati o n a l Na t u r a l S ci e n ce F o u n d a t i o n o f C h in a( No 7 0 9 4 1 0 2 9 ) Ke y wo r d s ： fi n an cia l t r an s mis s io n r ig h t s ； ma r k e t p o we r ； g e o g r a p h ica l l o catio n ； e l e ct r icit y mark e t ； g a me t h o ry 中 图分类号： T M7 3 4 ；F 1 2 3 9 文献标识码 ：A 文章编号： 1 6 7 4 3 4 1 5 ( 2 0 1 1 ) 0 2 - 0 0 0 8 0 5 0 引言 我国电网结构薄弱 ，电力资源与负荷分配不均 衡，发 电商规模参差不起 ，壁垒问题严重等因素决 定了我国电力交易市场化后会 出现较大程度的输电 阻塞现象【 l l 。在输电容量不足的情况下发 电商 由于 所处地理位置的不 同会具有不同的市场力 J 。同时 输 电阻塞造成的电价区域不确定对市场形成了 “ 分 裂 ” ，相应的电价机制称为 “ 区域 电价 ” 。由区域边 际电价( L o ca t io n a l Ma r g i n a l P r ice ， L MP ) 论 知， 当 输 电网出现阻塞时，各区域边际电价将 出现大幅差 异。Ho g a n( 1 9 9 2年) 首次提出金融输 电权( F i n a n ci a l T r a n s mis s io n R ig h t s ， F T R ) 的概念 l ，规避这种区域 基金项 目：国家自然科学基金资助项目 ( 7 0 9 4 1 0 2 9) 价格风险。利用金融输电权还可 以公平合理的分配 阻塞成本 。 金融输电权引入 电力市场后，给发电商带来 了 一 系列新的纵向市场力问题L 6 J 。关于市场力的研究 主要集中在大发 电商的横向联合 问题上，金融输 电 权与发电商原有市场力关系研究还不多，主要有 ： B u s h n e l l最早研究发现金融输 电权的引入会使阻塞 租金在发 电商与输 电公司两者之 间发生转移 j 。 J o s k o w和 S a r k a r 从发电商的市场结构的角度研究了 金融输电权对发电商市场力的影响L 8 。 9 J 。 P r it ch a r d和 S t o ff 则研 究了金融输 电权对发 电商的最优投标 曲 线的影响【 1 0 - 1 1 。与以上研究角度不同，本文从发电 商与负荷需求相对位置的角度 ，研究金融输电权对 发电商原有市场力的影响。 首先介绍 了金融输电权的基本理论，接着重点 郭兴磊 ，等 基于发 电商地理位置 的金 融输 电权 与市场力分析 一 9 一 研究了由于发电商与负荷需求所处地理位置的差异 导致的金融输电权对发电商原有市场力的影响，最 后分析其与输电容量、输 电权份额、发 电成本系数 及需求弹性等之间的关系 。 1 金 融输 电权 金融输电权作为一种金融工具可 以规避区域价 格风险。基于实时电价理论 的金融输 电权是定义在 节点与节点之间的，节点边际价格 已经包含了阻塞 费用 ，隐含考虑了阻塞的机会成本。结合图 1 进一 步解释金融输 电权 的基本原理。 图 1两节点示例阻塞费用与阻塞成本 Fig 1 Con ge s t ion r e n t s a nd co s t in 2 - no de ne t wo r k 假设节点 1 为完全竞争的发电商供应市场 ，发 电边际成本 曲线为 。节点 2只有负荷为电力需求 市场，负荷需求 曲线为 J ) 。连接两节点的输 电线路 可用容量为 。为简化 问题 ，本文忽略线路损耗且 不考虑无功功率。如果两节点问没有传输约束 ，市 场在价格 P和数量 p处出清， 社会福利最大。 但是， 由于发生了输 电阻塞电力交易量只能为 。此时节 点 2处的消费者支付为 P， ， 节点 1 处的发 电商收益 为 P 。电力交易量为 K MW 时发 电商需向 I S O支 付阻塞费用( 一P ) 。如果发电商预先购买到两 节点问 Mw 的 F T R，那么交易结算这 Mw 电 力时发电商会获得( P ， 一P ， ) 尼的金融补偿，正好抵 消了其支付的阻塞费用 。 2 基于发电商地理位置的解释 输 电线路 容量的 限制分割 了电力市场 的整 体 性 ，出现了电力出 口区与进 口区地理位置的划分。 本节从发电商所处不同地理位置的角度出发，分析 两节点下金融输 电权对发电商原有市场力的影响。 本文把这种影响称为输 电权市场力( Ma r k e t P o w e r o f R ig h t s ，MP R ) 。假设消费者位于节点 2 ，节 点 1 的均衡价格小于节点 2的均衡价格( P 。 设位于节点 i 的发电商具有相 同的成本函数 C ( g f ) =b q + C g ( 1 ，2 ) ( 1 ) 式中：b和 C为成本系数； 为发 电商 的发 电量。 节点 2处的市场逆需求函数为 P 2 =e -f D ( 2 ) 式中：P ， 为市场 电价 ；D为市场电量总需求；e和 厂为 电力逆需求曲线的截距和斜率。 2 1发 电商位于 电力出口区 如图 2 ， 设节点 l的发电商 “ US ”具有市场力， 其他边缘发电商的集合 G1为市场价格接受者。当 市场均衡 电价为 时，G1最大化利润原则为边际 成本等于电价，即P =C( q 1 ) “ 。 图 2 电力出口区发 电商拥有 市场 力 F ig 2 E x p o r t in g g e n e r a t o r s wit h ma r k e t p o we r 解得最优发电量为： ：旦 ( 3 ) C1 “ US ”最大化利润函数为 ma x ,rc：P 1 ( 七 一q 1 ) 一C( k q 1 ) ( 4 ) 式中：( kq ) 为市场领导者 “ US ”面临的剩余市 场需求。 由 ：0可得发电商 “ US ， ，的最优解 1 P ： ( 5 )l 2 k q+3 b P = 一 L 引入金融输电权后 ，由于 G1不拥有输电权 ， G1的最优解不变 。“ US ”拥有输电权，所 占输电权 份额为 ( 0 L 1 ) 。 “ US ”的最大化利润 函数为 m a x = ， 一 ) 一C ( k 一 ) + ， 2 一 届， ) 七 ( 6 ) 由 ：0得发 电商 “ US ， ，的最优解为 d l 价 P P 1 0 电力 系统保护 与控制 p。 ，= 2 k q+3 b 1 - 一Lk c 1 ( 7 ) 3 算例与模拟结果分析 电力进 口区的发电商输 电权市场力( 为 MP R： ! 二 ! ： 二 ! ! 竺 ( 8 ) P1 2 k cl +3 b l 2 2发 电商位于电力进 口区 图 3中节点 2的发电商 “ US ”具有市场力 ，发 电商 G2为市场价格接受者。G 2最优化策略是边际 成本等于市场 电价 。解得最优发 电量 ： ( 9) 一 c2 图 3 电力进 口区发电商拥有市场 力 F ig 3 I mp o r t in g g e n e r a t o r s wit h ma r k e r p o we r 将式 ( 9 )代入市场逆需求函数得 P 2 =e -f D=e f( k +q 2 +q ) ( 1 0 ) 式中：g为具有市场力的 “ US ”的发电量 ，易得 g e c2 一 2 +fl , 2 ( c2 + f) P 2 ： ： “ US ”的最大 化利 润 函数变 为 n n x z = p 2 q ag ) ( 1 2 ) 将式 ( 1 1 )代入式 ( 1 2 ) ，通过求解_ d K ：0， 得发电商 “ US ”的最优解为 P ： = (2 f b 2 ( f+ q) +( 2 f+q) ( e c2 - fl c c2 + f o 2 ) 1 3 ) ( + c2 ) ( 3 +c2 ) 当发电商 “ US ”拥有金融输 电权时，最大化利 润函数为 ma x z=P 2 ( ) 一 C( q ) +三 ( 2 ， 一 ) 尼 ( 1 4 ) 由 ：0得发 电商 “ US ， ，的最优解为 2 ， = ) 电力进 口区的发 电商输 电权市场力( MP R ) 为 ： ： ( 1 6) ( f+ cg + ( 2 f + ) ( 鹕 ) 市 场 逆 需 求 曲 线 参 数 取 为 e=5 0 ， 厂=0 O 1 5 2。不 同节 点发 电商成本 系数 相 同为 b W - - 2，C=0 0 2。输 电容量 为k=6 0 0，金融输 电权份额为L=1 。数据来源于同样是研究发电商 市场力的文献 1 2 1 。用上述博弈模型模拟 电力市场 的均衡结果见表 1 。 表 1模拟电力市场均衡点计算结果 T a b 1 Re s u l t s o f e q u il ib r iu m in s imu l a t e d e l e ct r icit y ma r k e t 注：市场均衡单位( q MW h ， q MW h ， p 元) 由以上均衡结果可以看出：引入金融输电权可 以大幅度降低电力出口区发电商的市场力 ，降低幅 度约为 4 0 ；引入金融输 电权对 电力进 口区的发电 商市场力只有小幅提高，提高幅度约为 6 。本研 究发现不同地理位置的发 电商的输电权市场力的有 着巨大差异。 根据式 ( 8 )和式 ( 1 6 ) ，下面分别研究金融输 电权与各参数变化之间的关系 。 ( 1 )MP R与输电容量 和输 电权份额 L的关 系分析 由图 4可知， 输电容量 K和 与电力进 口区发 电商原有市场力为正向关系，与电力出口区发 电商 原有市场力为负向关系。进 口区发 电商通过提高电 价一方面从所售 电量 中获得更多的垄断利润，另一 方面可以从所拥有的金融输电权中获得更多的阻塞 租金 ；出口区发电商通过 降低 电价 ，从减少获得所 售电量利润与从提高获得阻塞租金两者中找到平衡 点，最大化 自身利润。值得注意的是虽然金融输电 权对进 口区与 出口区发 电商市场力的影响方 向相 反，但影响力度却不同。少量的金融输 电权份额就 可 以大大降低 出口区发电商市场力 。如何降低发电 商市场力一直是电力经济研究的热点与难点。对发 电商箴略行为进行监管一直是被认为有效降低发电 商市场力的方法，但 由于信息的不对称监管的社会 成本很大。如何对金融输电权 的分配机制进行有效 设计，引导出口区发电商去获得输 电权 以自动降低 发 电商市场力，是今后研 究的重点。本节的分析为 以后金融输 电权的有效分配机制设计提供了理论依 据 。 郭兴磊，等 基于发 电商地理位置的金融输 电权与市场力分析 一 1 1 一 图 4 与输 电容 量 K和输 电权份额 的关系 F ig 4 Re l a t io n s h ip s b e t we e n MP R a n d t r a n s m is s io n ca p a c it y a n d t r a n s mis s io n r ig h t s s h a r e ( 2 )MP R与生产成本系数 b和 C的关系分析 如图 5 ，引入金融输 电权后，发电成本系数 b 和 C的变化对电力进 口区发电商的输 电权市场力影 响不大。发电成本系数 b的增大提高出口区发 电商 的输 电权市场力，相反系数 C的增大可以降低 电力 出 口区发电商的输电权市场力 。综合来看，b和 C 的变化对输 电权市场力的影响较小，这与本文假设 发电商具有相同的发 电成本相关。市场出清价是发 电商博弈的纳什均衡解，只要各发电商的相对成本 不发生变化，纳什均衡解就不会发生大的变化。 图5 MP R与发电成本系数 b ，c 的关系 Fig 5 Re l a t io n s h ip s b e t we e n M P R an d e a ch co e f fi cie n t in co s t f u n ct io n ( 3 )MP R与电力逆需求系数 e和 厂 的关系分 析 如 图 6所示，此时如果发电商提高电价 ，金融 输电权租金的增加大于售电利润 的减少，所以发电 商有提高电价 的动机。e 为市场逆需求 曲线的截距。 通过计算需求电量等于传输容量时 ( D=K=6 0 0) 发电边际成本等于电价，P=C ( 6 0 0 1 ，得 e =2 3 1 2 时。即只有 e 2 3 1 2，假设电能从节点 1向节点 2 传输才满足。因此在满足假设条件下 ，e的变化对 输电权市场力不产生影响。 图6 MP R与需求曲线系数 P ， _厂的关系 F ig 6 Re l a t io n s h ip s b e t we e n MPR a n d e a ch co e ffi c ie n t in d e ma n d cu r v e 4 结论 本文采用博弈论的方法推导出引入金融输 电权 前后市场纳什均衡解，分析金融输电权对不同地理 位置发电商的市场力的影响( ) ， 并分析了 MP R 与各种因素的关系 。研究结果发现：电力需求弹性 系数对出口区发电商没有影 响，在需求弹性很小时 可以提高进 口区发 电商原有市场力；发 电成本系数 的变化对发电商原有市场力影响甚小 ；输 电容量和 输 电权份额与进 口区发 电商原有市场力有正 向关 系，最多可 以提高电价 1 0 左右；输 电容量与输电 权份额与 出口区发 电商原有市场力有负向关系 ，最 多可以降低 电价 4 0 左右 。本文对输 电阻塞管理及 金融输 电权分配机制 的建立与市场监管的引导具有 一 定的借鉴意义 。 参考文献 1 周伟 ，郑丹丹 ，龚乐 年考虑 网络 约束 的市场 力判别 方法【 J 】 继 电器， 2 0 0 4 ， 3 2 ( 6 ) ： 9 - 1 2 ZHOU W e i， ZHENG Dan d a n ，GONG Le n ia n M a r k e t p o we r d e t e ct i o n b a s e d o n n e t wo r k co n s t r a i n J R e l a y ， 2 0 0 4 ， 3 2 ( 6 ) ： 9 - 1 2 2 王剑辉 ，刘伟 ，王 良友电力 市场 中市场 力与管 制 问 题 研究 J 继 电器， 2 0 0 4 ， 3 2 ( 5 ) ： 1 - 6 W ANG J ia n h u i， L I U W e i W ANG Lia n g y o u S t u d y o n ma r k e t p o w e r and s u r v e i l l a n ce in p o we r ma r k e t J R e l a y ， 2 0 0 4 ， 3 2 ( 5 ) ： 1 6 3 S ch w e p p e F C，C a r a ma n i s M CS p o t p r i ci n g o f e l e ct r ici ty【 M】 No r we l l US A： K l u w e r Aca d a mi c P u b l is h e r s ， 1 9 8 8 4 Ho g a n W W E l e ct r ici ty ma r k e t r e s t r u ct u r i n g ：r e f o r ms o f 一 l 2 一 电力 系统保护 与控制 ( 上接第 7页co n t in u e d f r o m p a g e 7) XI ONG Xin - y in W U Ya o wu T h e a p p l ica t io n o f t h e g e n e t i c a l g o r i t h mi c i n t h e p o w e r s y s t e m M Wu h a n ： Hu a z h o n g Un iv e r s it y o f S cie n ce a n d T e c h n o l o g y P r e s s ， 20 02 1 3 许仪勋，陆拯，郭志忠基于遗传算法的电力系统分 层 信息故障诊断方法【 J 】 继 电器 ， 2 0 0 0 ， 2 8 ( 1 0 ) ： 1 5 1 8 XU Yi x un ， LU Zh e ng ， GUO Zhi z h on g La ye r e d in f o r ma t io n f a u l t d i a g n o s is b a s e d o n g e n e t i c a l g o r it h m J R e l a y ， 2 0 0 0 ， 2 8 ( 1 0 ) ： 1 5 1 8 1 4 杨建军，战红，陈宪国基于遗传算法并避免不可行 解 的配 电 网络重 构优 化 J 1 电力系 统保 护与 控制 ， 2 0 0 8 ， 3 6 ( 1 7 ) ： 4 3 4 6 Y ANG J ia n - j u n ， Z HA N H o n g ， C H E N X i a n g u o Op t imiz a t io n o f d is t r ib u t io n n e t wo r k reco n fi g u r a t io n o f a v o id in g in f e a s ib l e s o l utio n s b a s e d o n g e n e t ic a l g o r i t h m J P o w e r S y s t e m P r o t e ct i o n a n d C o n t r o l ， 2 0 0 8 ， 3 6 ( 1 7 ) ： 4 3 4 6 1 5 殷人 昆数据 结构 【 M】 北京：清华大学出版 社，2 0 0 7 YI N R e n - k u n Da t a s t r u ct u r e M B e i j in g：T s i n g h u a Un iv e r s i ty P res s ， 2 0 0 7 1 6 张玮，潘贞存，李磊一种基于线路相关集的大 电网 继电保护隐藏故障算法 J 继电器，2 0 0 7 ，3 5( 2 2 ) ： 2 - 5， 22 ZHANG W e i， P AN Z h e n cu n ， LI L e i An a l y s is o f h id d e n f ail ur e s of p r