（电力系统及其自动化专业论文）电能定价模型及成本的补偿探讨.pdf

山东大学硕士学位论文 摘要 电力工业改革的目的在于解除管制，打破垄断，通过引入竞争实现社会资 源的优化配置和社会效益最大化。实施发电侧市场是多数国家电力工业改革中 第一步，市场模式是初步的电力联营体模式。 电力市场是否良好有序发展对国民经济的方方面面影响深远，这一影响的 核心因素是电价。本文从资源优化配置并追求社会效益最大化的角度出发，研 究电力短期交易价格形成的机制问题。 价格的制定离不开成本分析，文中首先运用供求原理分析了边际成本定价 的理论基础及其在定价中的作用；并阐述了数学规划中原问题与对偶问题的经 济意义在此基础上，分析了最小成本和最小用户付费两种定价方法的特点和 差异，由于对运行中机组固定成本的分摊方式不同，导致了这两种方法得出截 然不同的结果 在联营方式下，以成本最小购电可以实现资源优化配置，但出现成本难以 补偿的现象对此，本文在最小成本购电基础上，着重研究了成本补偿问题， 建立了最小成本购电下成本补偿的模型和算法，详细分析了成本补偿实现资源 优化配置的机理，使所有的市场参与者均参与成本补偿过程，并确保计及补偿 函数的自我调度结果与统一调度结果相同，最终实现卖方买方自动的均衡，符 合公正、公开、公平的市场原则 关键词：电力市场、电价、平均成本、边际成本、成本补偿 山东大学硕士学位论文 a b s t r a c t t h eg o a lo fr e f o r m i n ge l e c t r i c i t yi n d u s t r yi sf o rd e r e g u l a t i n g ，i e ，i n t r o d u c i n g t h ec o m p e t i t i o nt oa l l o c a t et h er e s o u r c e so p t i m a l l ya n df i n dm a x i m a ls o c i a lw e l f a r e n l ef a s tf o r mf o rr e f o r m i n ge l e c t r i c i t yi n d u s t r yi nm a n yc o u n t r i e si st h eg e n e r a t i o n s i d em a r k e t , w h i c hi st h ep o w e rp o o lt r a d em o d e l t h eo r d e r l ya n df a v o r a b l ed e v e l o p m e n to fe l e c t r i c i t ym a r k e th a saf a r - r e a c h i n g i n f l u e n c eo nn a t i o n a le c o n o m i c s ，w h i c ht h ec e n t r a lf a c t o ri se l e c t r i c i t yp r i c e nt h i s t h e s i s ，t h ep r i c em e c h a n i s mo f s h o r tp e r i e dp o w e rt r a d ei ss t u d i e db a s e do nt h ep o i n t o f a l l o c a t i n gr e s o u r c e so p t i m a l l ya n dp u r s u i n gm a x i m a ls o c i a lw e l f a r e p r i c i n gd e p e n d so nt h ec o s ta n a l y s i s f r o mt h ep o i n to fs u p p l y d e m a n dt h e o r y , t h et h e o r e t i cb a s i sa n di t sf u n c t i o n so fm a r g i n a lc o s tp r i c i n ga r ea n a l y z e df i r s t l yi n t h i st h e s i s ，a n dt h ee c o n o m i cm e a n i n g so fp r i m a lp r o b l e ma n dd u a lp r o b l e mi n m a t h e m a t i cp r o g r a m m i n ga r ed e s c r i b e d b a s e do nt h i s ，t h em e t h o d so f f o r m i n gp r i c e a r ep r e s e n t e dw h i c ha r cc o s tm i n i m i z a t i o na n dp a y m e n tm i n i m i z a t i o n i tf i n d st h a t t h et w om e t h o d sh a v ed i f f e r e n tr e s u l t sb e c a u s eo ft h ed i f f e r e n td i s t r i b u t i o nm o d eo f f i x e do p e r a t i o n a lc o s tf o rr u n n i n g g e n e r a t o r s i np o w e rp o o lm o d e l ，p r i c i n gb a s e do nc o s tm i n i m i z a t i o nc a i lr e a l i z et h e o p t i m a la l l o c a t i o no fr e s o u r c e s , b u tt h ec o s tc o n s u m e db yg e n e r a t o r sc a l l tb e r e c o v e r e df u l l y s o ，e m p h a s i si sp u to nt h i sp r o b l e mi nt h et h e s i s mp r i e i n g m e t h o do fc o s tm i n i m i z a t i o ni nw h i c hc o s tr e c o v e r yh a sb e e nt a k e ni n t oa c c o u n ti s s e tu p mm e c h a n i s mo fh o wa d d i t i v ec o s tf u n c t i o nw o r k si na l l o c a t i n gr e s o n l c e s o p t i m a l l yi sa n a l y z e di nd e t a i l a l lm a r k e tp a r t i c i p a n t sp a r t i c i p a t ei nt h ep r o c e s so f c o s tr e c o v e r yw h i c ha c c o r d sw i 山t h ep r i n c i p l e so fe q u i t y i ti se n s u r e dt h a tt h e r e s u l t so fs e l f - d i s p a t c hw h i c hh a sc o n s i d e r e du p l i f tc o s tf u n c t i o na r et h es a m et ot h e r e s u l t so fc e n t r a l - d i s p a t c h , f i n a l l yt h es u p p l ys i d ea n dt h ed e m a n ds i d er e a c ha n e q u i l i b r i u ma u t o m a t i c a l l y 山东大学硕士学位论文 k e y w 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 e ；a v e r a g ec o s t ；m a r g i n a lc o s t ； c o s tr e c o v e r y 4 山东大学硕士学位论文 1 1 课题的背景与意义 第1 章绪论 高度集中垄断的管理体制使电力工业运营效率降低或发展缓慢，从而越来 越不适应箕发展要求，因此，自上世纪8 0 年代末9 0 年代初，由于航空、电信 等工业改革的成功，逐渐促使世界各国政府纷纷开始对电力工业进行改组，其目 标都是开放电力市场，引入竞争机制，降低发电成本，合理利用资源，并最终 使参与者收益，全社会受益“棚从世界各国电力工业改革的情况来看，由于各 国政治经济体制的不同，自然情况的差异，其电力市场化改革也采取了各种不 同的发展道路，并没有一个统一的模式，但也有许多的经验和教训值得我们借 鉴和吸取 从1 9 4 9 年到改革开放，我国电力工业的发展在大部分时间里一直都是制约 国民经济发展的瓶颈，再加上地域问发展的不平衡与产权的多元化，都促使了 国内电力工业的改革。白上世纪8 0 年代中期实行集资办电以来，多家办电已成 定局。在电力工业以。公司制改组、商业化运营、法制化管理”为基本取向的 改革目标指引下，我国电力工业在持续，健康、快速发展的同时，在发电领域 逐步引入竞争机制，发展独立法人的发电公司，并实行各发电公司按电价竞争 上网，即按同类发电厂最低电价顺序上网的政策。这对促进电力企业加强管理、 降低成本，具有重要意义在电网建设管理方面，除坚持电网主网架由国家统 一规划、统一建设、统一调度、统一管理外，随着大量独立法入的发电公司的 出现，介于发电厂与用户之间的电网将成为电力交换的场所，市场运行机制将 成为今后电网运营的基础这样以发电厂竞争上网和输电网开放使用为主要形 态的电力市场就形成了。 我国电力工业管理体制的改革与当前国际上全球范围的电力体制逐步打破 垄断、解除管制、引入竞争机制、形成有限的电力市场的总体趋势是一致的 其根本目的在于更合理地配置能源资源，提高资源利用率，促进电力工业与社 会、经济、环境的协调发展 毫无疑问，放松对电力工业的管制，科学、合理电价机制的建立成为核心， 山东大学硕士学位论文 而完善的电价体系对调控电力供需平衡起关键作用。这已经逐渐成为人们的共 识。如实行峰谷电价，引导电力用户调整负荷，进而调整产业结构；实行峰谷 电价，鼓励发展有调节能力的水电；实行分类销售电价，按国家产业政策引导 电力消费等，已在部分地区实施。因此，在当前国际国内电力工业发展、改革 的大环境中，电价的研究无疑具有极为重要的意义。 电价是一个体系，是指电力生产、输送、分配和销售等各环节电价。从电 能生产、消费的流通过程来看，电价可以分为发电上网电价、输电电价、配电 电价和终端销售电价本文所研究的电价仅限于发电上网电价部分事实上， 发电成本一般占发、输、配电的总成本的绝大多数，例如7 0 8 5 ，因此发电 上网电价的形成机制更应给予足够的重视。发电上网电价是指：发电企业与购 电商之间进行上网电量结算的价格。在竞争的电力市场中，上网电价通过竞价 或交易双方协商形成。在我国电力市场发展初期，现货市场交易的电量电价由 市场竞价方式确定；而远期合同电量的电价则由买卖双方充分协商的方式确定。 本文主要研究日前现货市场的定价问题。日前现货交易的初步运营模式普遍是 电力联营体，该模式中电网公司肩负着系统运行及市场运营的双重功能，在负 责整个电力系统调度和安全运行的同时，要为发电企业提供一个公平竞争的交 易平台，它根据负荷预测和发电公司竞争报价决定向发电公司的购电计划，以 此出清市场并给出市场出清价格可见，电网公司成为整个电力工业的运行中 枢，其进行交易所依据的产生购电计划和出清价格的算法模型，能否确保在“公 平、公正、公开”的原则下，正确处理各方之问的利益关系，并确保资源的合 理配置，引导市场良性发展，是该市场模式能否健康运作的首要前提。本文正 是在此背景下，从资源优化配置并追求社会效益最大化的角度出发，研究电力 短期交易的电能定价模型，并对定价过程中产生的成本补偿问题进行着重探讨， 试图均衡各方的利益关系，达到市场良性均衡 1 2 课题的研究现状 在全球电力工业进行体制改革的大环境下，电价问题越来越受到关注，近 些年有关这方面的学术论文也在不断涌现。研究电价问题大体上存在两大类方 法，即会计方法和经济学方法会计方法着眼于账面上的收支平衡，而经济学 6 山东大学硕士学位论文 方法则注重于电力资源的充分利用。现代经济学家大多认为，像电力系统这样 资金与资产高度密集、与社会经济生活息息相关的公用事业性企业，应当采用 经济学方法，其中最著名的是边际成本理论和方法而且在世界银行能源处的 报告中也明确指出，在发展中国家推荐采用边际成本方法定价”。 在电价理论的研究中，基于边际成本原理定价的最早研究是美国麻省理工 学院以e c s c h w e p p e 为首的六位学者在1 9 8 0 年提出的实时电价理论 ( h o m e o - s t a t i cu t i l i t yc o n t r 0 1 ) ，这是首次提出要改变传统的供与求的模式并建立 电力市场，主张像电力系统的电压和频率一样计算与控制电能的现价，即s p o t 电价( 实时电价) 。实时电价有时间和空间两种属性，即不同时间、不同母线上 都有不同的价格，但是一般更强调它的时变性实时电价理论提出后，引起了 学术界对这方面的研究。并得到不断发展。 实时电价一般指供电方与用户之间的，然而它的概念和方法同样可适用于 其它方面，例如发电公司与发电公司之间的应当特别提到的是英国在1 9 9 0 年 为建立电力市场而进行的一次意义深远的改组，英国中央发电局( c e g b ) - - 分为 四，三个发电公司和一个电网公司，为促进发电方的竞争，电力的销售交易通 过一个电力联营体( p o w e r p 0 0 1 ) 来实现，它像一个电力经纪人那样在各发电厂商 报价的基础上制定次日的两个系统电价：联营体购入电价和联营体销售电价， 其中后者是在前者的基础上再加上一个反映输电成本的附加量，由于这涉及到 输电定价，不予讨论，只讨论联营体购入电价，因为联营体购入电价也就是发 电上网电价其投标过程是上午l o ：o o 要求各发电公司提供各发电机组的各种 成本( 增量成本、起动成本和无载运行成本) 和可用性参数( 最小上下时间、 爬坡速率、最小技术出力等) ，下午3 ：o o 由电网公司发布次日的每半小时或一 小时的系统边际价格，即上网分时电价基于我国电力改革的初期，也采用了 这种首先开放发电侧的电力联营体模式联营体根据预测的次日负荷曲线和各 发电厂商的报价，求解一个机组组合( u 血c o m m i t m e n t ) 模型，得到各机组的调 度运行值和系统的边际清除价格此模型以发电总成本最小为目标函数，可以 得到消耗资源最少的发电模式，提供的边际价格的信号，在完全竞争的市场中 可引导最优市场效率和社会效益但由于不变( 固定) 成本不反映在边际成本 中，故采用基于微观经济学的边际成本定价难以做到收支平衡 7 山东大学硕士学位论文 在市场运营中，独立发电公司至少要保证运行成本的回收，包括固定成本 和可变成本。文献 1 7 提出了以用户付费最小的优化模型，该模型自动解决了 成本完全回收的问题，并得到的价格比由上述发电成本最小优化模型得到的价 格低，由于目标不同，使这两种模型得到的机组运行计划产生偏移。其差异最 早是j o n a t h a nm j a c o b s 在1 9 9 6 年i e e e p e s 的夏季会议上提出的，到底哪种模 型更合理也是一个有争议的问题i i6 j ，之后有很多的文章对此进行了探讨和论证 “龆】 这两种模型得到的不同结果是针对复合报价形式而言的。机组的报价形式 分简单报价( s i m p l eb i d s ) 和复合报价( c o m p l e xb i d s ) 。简单报价只有变动成本部分 或者说固定成本在机组“内部处理化”后上报一个与发电量有关的成本量；复 合报价则包括电能增量成本、无载成本和起动成本，其中后两种属固定成本性 质。在以边际机组的报价为清除规则下，简单报价的交易方式不会出现成本回 收不完全的情况，但这种将许多复杂信息简单等效的做法会导致更高的运行成 本以及交叉补贴的现象例，所以本文的研究仅针对复合报价形式。发电成本最 小优化模型和用户付费最小优化模型这两种方法之所以得出截然不同的结果是 由于机组成本特性的差异，而这种差异主要是处理运行中机组固定成本的理念 不同所致，也就是此成本的分摊方式文献 1 7 中将以用户付费最小为目标 函数的数学模型详细地表达了出来，将发电调度和价格决定由一个算法程序得 出，使无负荷费用和起动费用在整个调度周期内优化分配后取边际机组的平均 成本作为清除价格，保证了固定成本的完全回收，但对于这种以边际机组的平 均成本定价对长远产生的经济影响和市场反应，并没有给出论证。在文献e 2 1 中作者从长期经济的角度论证了由用户付费最小模型所得到的较低价格( 与发 电成本最小模型相比较而言) 是以牺牲投资回报不充分为代价的，从长远经济 来看，反而通常会对用户造成更高的购买价；同时也指出如果能够基于成本最 小调度模型找到一种合适的价格规则将是行之有效的方法。 文献 1 4 。1 8 - 2 0 对目前电力市场中两种不同的电价结算规则“一机一 价”结算和按“全网统一电价”结算，进行了对比分析，研究表明，采用“一 机一价”的结算方式可以体现出不同机组之间结算电价的差别，实现总购电费 用的最小化；采用按“全网统一电价”结算方式能够更好的满足市场公平性的 8 山东大学硕士学位论文 要求，且其结算电价可更好地反映资源的真实成本 文献 2 4 总结最小成本购电和最小用户付费两种模型的同时，详细分析了 它们之间的差异，即前者促使社会效益最大化，但成本不能完全补偿；后者促 使成本得以回收，但未必使社会效益最大化前者出现的情况，是由于固定成 本不反映在边际成本中，故采用基于微观经济学的边际成本定价难以做到收支 平衡。对此，也有许多的文献试图寻找解决的途径。 文献 2 5 - 2 6 j 通过数学优化原理分析卖方( 对偶闯题) 和买方( 原问题) 形 成的原对偶间隙，在计算出边际成本的基础上，通过提升买方电价、降低卖方 电价，从而使供给侧与需求侧的价格不同，即采用非统一的市场清除价使成本 得以补偿该法虽简单易行，但难以体现市场的三公原则协1 。 文献 2 1 基于边际成本，通过试探的方法寻找促使成本得到补偿的清除价 格此法虽操作简单，但无论从理论上和实际实施上难免产生价格制定的不合 理性 文献 2 7 为解决成本补偿问题，在前人研究、实践基础上，提出附加成本 函数概念，并给予较详尽的论证，提出较系统的方法，在边际成本定价机制下， 在解决成本补偿问题研究上有明显进展文献 2 9 进一步丰富了文献 2 7 的理 论，达到自动实现边际成本机制下市场交易的均衡，且刚好解决成本补偿的问 题。 、 文献 3 0 ，3 1 是系列篇，文 3 0 阐述了算法过程，文 3 1 是对前者的算例证 明此文献在不考虑网络约束和价格弹性下，对单时段的电力联营体模式下交 易模型的市场平衡协调问题提出了新的算法，该算法在满足负荷平衡约束和机 组的各种技术约束条件下，通过加入经济约束条件( f i n a n c i a lc o n s t r a i n t s ) ，保证一 了运行机组成本的完全回收，同时得到的电价为系统的边际成本 文献 3 2 1 是a l e x i sl m o t t o 和f r a n c i s c od g a l i a n a 在文 3 0 ，3 1 后相继发表 的，该文中提出竞争市场下新的机组组合模型在市场环境下，报价者( 发电 商) 被给予报送技术标和经济标的权力传统的机组组合模型仅考虑了技术性 约束( 机组出力的上下限、最小运行时间、最小停运时间等) ，在利益驱使的竞 争环境下，显然不能满足运营要求实际此篇文章的思想与文 3 0 ，3 1 是基本一 致的，只是在转化求解的过程中有所不同新的机组组合模型可以产生系统的 9 山东大学硕士学位论文 ! ! , i i g 边际成本电价，而无需任何的附加处理或交叉补贴过程。综上三篇文献 3 0 - 3 2 ， 数学求解的过程非常复杂，要求处理的约束条件也非常多，与交易算法的简洁 明朗的要求还是有所相悖的，但其中表达的思想是非常值得借鉴的，可以从机 理的论证上来深入理解并加以发展，这也是正是本文努力的方向。 1 3 本文所做工作 本文围绕“电能定价模型及成本补偿”这主题，完成了如下几个方面的 工作： ( 1 ) 总结和分析了两种确定市场清除价格的算法购电成本最小优化模 型和用户最小付费优化模型，并通过算例给予了对照分析； ( 2 ) 分析了英国电力市场中处理固定运行成本的方法，并通过算例说明其存 在的不足； ( 3 ) 在已有研究成果的基础上，建立最小购电成本及相应下的成本补偿模型 和算法，分析补偿函数实现资源优化配置的机理，并通过算例进行了验 证： ( 4 ) 给出了计及成本补偿的最小成本购电机制的求解思路框图 i o 山东大学硕士学位论文 2 1 引言 第2 章定价的基础理论 电价作为市场机制中调节电力资源优化配置的有力杠杆，在电力市场甚至 整个国民经济中有着举足轻重的作用。研究电价问题大体上存在两大类方法， 即会计方法和经济学方法。会计方法着眼于账面上的收支平衡，而经济学方法 则注重于电力资源的充分利用。现代经济学家大多认为，像电力系统这样资金 与资产高度密集、与社会经济生活息息相关的公用事业性企业，应当采用经济 学方法，其中最著名的是边际成本定价理论和方法。 首先运用供给与需求的基本原理分析了以边际成本定价时出清市场价格的 形成：进而从数学规划角度分析优化模型中提供的边际信息，解释了原问题与 对偶问题的经济意义，为电能定价模型的分析作了理论准备。 2 2 电价的基本功能与制定原则 2 2 1 电价的基本功能 在市场经济中，价格作为联系供求双方和引导消费的桥梁，起调节作用， 是市场机制的核心。电能和一般商品一样都是计量和有价交换的。但是电能不 能大规模长时问存储，产供销一次完成，基本上是瞬时平衡的电力行业是一 个资金和资产高度密集的产业，电能应当在有效经营的基础上为用户提供良好 的服务，电能价格的制定应根据客观的标准明确地计算，同时接受政府的监督， 并保证公平对待用户，而不能由企业任意决定因此，电价应当具备下述基本功 能： 1 ) 实现资源的优化配置这意味着基于成本来制定电价，使电价能维持简单再 生产，然后利用电价的杠杆作用，优先让发电电量成本低的电厂( 机组) 上网 发电，迫使发电厂提高生产效率，降低生产成本，在上网电价一定时，获取 更多的收益总之，在竞争过程中，最终使用户电价降低 山东大学硕士学位论文 i i 2 ) 满足扩大再生产要求。发电企业是资金、技术高度密集的行业，为了满足不 断增长的电能需要，发电企业应有一定的利润，以累集资金扩大再生产。另 一方面，又要发电企业不能有过高的垄断利润。 3 ) 实现公平、公正原则。对发电企业就是同网、同质、同价；对用户而言，要 公平地分担容量和电量成本，分时计价。对于不能承担全部电费的用户( 如 低收入者) ，应考虑提供社会保障 4 ) 具有调节作用。即电价能起到削峰填谷作用，其中包括引导用户合理用电和 引导发电厂顶峰压谷。在峰时段应有高电价，一方面抑制用电负荷，另一方 面鼓励发电顶峰；而在谷时段应有低电价，以便一方面鼓励用电，另一方面 引导发电厂压负荷，从而更有效地利用电力资源。 2 2 2 电价的制定原则 制定电价的四条原则是： 1 ) 成本补偿原则：即电价应补偿电力生产、经营全过程发生的符合国家规定的 成本、费用支出以维持电力企业的正常经营。 2 ) 合理赢利原则：在电力企业正常生产、合理经营条件下，电价应保证电力投 资者能够获得合理收益，并使电力企业具有一定的自我发展能力 3 ) 公平负担原则：电价结构根据电力生产及其商品的特点，区别用户的用电特 性，结合国家的产业政策和节约能源方针来安排，以促进社会资源优化配置 4 ) 社会承受原则：根据国民经济发展、用电企业经济效益和城乡居民的承受能 力适时调整电价 制定电价时应避免的行为包括： 1 ) 电厂与电厂间共谋后的价格协定为非法 2 ) 禁止掠夺性定价，不得开展毁灭性的竞争低于成本的定价 3 ) 禁止价格差别销售方对相同交易组中的不同人报不同的价格 上述规定严格限制了电厂之间的价格联盟与恶性价格竞争，同时为电厂报价 制定了最低的底线即发电成本。在了解了上述各项定价规定之后，制定合理 的电价就成为了可能。 1 2 山东大学硕士学位论文 2 3 会计学与经济学的电力定价模式 传统的电力企业计算总成本的会计学方法包括四个方面：固定资产的折旧 费、营运费、各种税收和利润折旧费是其固定资产在其经济寿命内合理地分 配、回收，作为固定资产重置的费用营运费包括燃料费、维修费、人工服务 费、员工的工资以及区外购电等有效经营所必需的费用。税收包括各级政府规 定的各种税和捐。而利润是电力事业真实有效资产价值乘以利润率所得的数值， 作为总成本的构成要素，列入电价成本中 由此可见，会计学的定价模式的特点是：首先，它着眼于账面上的年度平 衡，和一般商品的定价没有本质上的区别，即会计成本( 折旧、营运、税收) 加上利润。其次，总成本中占比例很大的折旧费和利润及其相应的折旧率和利 润率将受到政府人为的严格控制，例如我国的折旧率偏低，低于用电增长率， 如果没有其他资金补充，永远不能满足扩大再生产的资金要求况且为了社会 的稳定，政府对电价的控制使电价水平偏低在电力生产成本不断提高的情况 下，不断牺牲电力企业的利润率，甚至在1 9 9 0 年前后有许多地区电力部门发生 了亏损，连简单再生产也难以维持第三，即使排除这些人为的干预，会计学 的定价模式是静态的平衡和向后看的( 即基于历史数据的简单统计平均) ，它也 无法排除历史上巨额固定资产投入中的畸变。最后，会计学的定价模式无法产 生分时电价结构，因为它是基于年平均总成本的概念，勉强产生分时电价结构， 往往是采用经验的估算方法，因而缺乏科学性。 不同于会计学模式，经济学的定价模式首先着眼于电力资源的充分利用 区别于会计学模式，经济学的电价取决于经济学成本加上效益其次，它是利 用一个以电力资源最有效利用为目标的系统优化模型严格计算的，因此模型化 是它的一大特点。因而，至少在原理设计阶段，最大限度地排除了人为的影响， 加强了它的科学性。第三，采用了边际成本原理，也就是应用增量成本方法代 替平均成本方法，因而它是向前看的( 即基于需求增加后的成本变化分析) ，也 就是在现有供求条件下，向前增加一个单位用电量，所需生产成本的增量，因 此电价中包含了引导供求动态平衡的信息最后，经济学的定价方法能导出分 时电价结构，并大大扩展了它的应用领域。可见，经济学的定价模式比较适合 于电力企业这类公用事业的定价 1 3 山东大学硕士学位论文 按照经济学原理，在完全竞争的市场类型下，市场会自动在“边际上”实现 生产( 或其他经济活动) 成本与收益的平衡。成本相对高时，生产活动就会缩减： 成本相对较低时，生产活动就会扩张。无论哪种情况出现，结果都会提高资源配 置的效率，实现了这种平衡，就等于实现了现代经济学意义上的边际成本定价， 即p = m c 。此时市场的价格正好等于该项生产活动的边际成本，这也就意味着资 源实现了最优配置。这种成本分摊方式较财务成本的简单平均法的分摊方式更为 合理、更为准确，同时，它更适合于资源的合理配置。 在完全竞争条件下，企业的供给原则是：将产量确定在边际成本等于价格 的水平上，以实现最大利润，这是因为：只要最后一单位的价格高于边际成本， 竞争企业往往就能够获得额外的利润，而当出售额外的产量再也不能获得任何 额外的利润时，总利润达到最高点。在最大利润点处，生产最后一单位产品带 来的收入正好等于该单位的成本。 2 4 供求原理与边际成本 2 4 1 供求原理 在经济学中，均衡意味着市场中运作的不同力量处于平衡，从而价格和数 量使购买者和供应商的愿望达到致。价格太低意味着各种力量尚未平衡 吸引需求的因素比吸引供给的因素更有力，因而存在超额需求或短缺。竞争机 制是一种形成均衡的机制，如果价格太低，需求者会争购哄抬价格，直至达到 均衡。 供给方和需求方调整各自的行为以达到市场平衡在竞争经济中，更多的 关注供给方，同时又由于目前发电侧市场开放的背景，我们的问题就集中在发 电侧市场是如何形成竞争平衡的。平衡分短期平衡和长期平衡，长期平衡要涉 及到投资成本回报的问题，在此不讨论，仅讨论短期平衡 在竞争市场机制中，供给商是价格的接受者，他们不能按其利益所使改变 价格，因此对供给商来说，价格是既定的。反映在电力市场中，发电商是响应 市场价格做出决策的 市场平衡点处决定了市场出清的价格和交易的数量在趋于市场平衡时， 山东大学硕士学位论文 始终存在两个动态调整过程：1 ) 价格的调整；2 ) 数量的调整。在大多数市场中， 供给商对价格和数量均进行调整，仅在某些场合中，如买方市场，购买者确定 价格。 数量的调整：作为价格接受者的供给商，对应一定价格时，当边际成本比市场 价格低时，其会增加产量，反之，当边际成本比市场价格高时， 其会降低产量。 价格的调整j 当需求大于供给时，供给商会提升价格；当供给大于需求时，供 给商又会降低价格。 用图形2 4 1 表示上述过程为：( 价格的调整表现在水平方向的移动：数量的调 整则表现在沿曲线向焦点方向的移动) 价格p 均衡点 数星q 图2 4 1 供求原理图 f i g 2 4 1 t h ef i g u r eo f s u p p l y - d e m a n dt h e o r y 市场均衡：数量调整的过程使得边际成本等于价格；价格调整的过程使得总供 给量等于总需求量当供给与需求相等时，我们说市场清除了，此时对应的价 格称为市场清除价格或者均衡价格。价格和数量的双重调整使市场达到平衡状 态。 在上述的两个调整过程中，供给商作为价格的接受者，还要调整价格，这 是否自我矛盾呢? 就像我们平时到超市里买东西，销售商( 供给商) 都是将标 价贴在物品上，购买者( 需求方) 以此付费怎么供给商反而又成了价格接受 者呢? 因为这个“价格接受者”有着特殊的含义，供给商可以同时是价格的接 受者和调整者当决定生产多少的时候( 数量调整过程) ，供给商将价格视为既 定，以此计算使自己获得最大利益的产出值；而当供给商意识到市场中供需力 量并不平衡时，他又会调聱价格，促进市场平衡可见，供给商作为价格接受 1 5 山东大学硕士学位论文 者发生在数量调整过程中，而不是价格调整过程中 2 4 2 边际成本的确定 边际成本的一般定义为：增加一个单位产出而额外增加的成本或者减少一 个单位产出而节约的成本m c ：笺罢，m 为边际成本，龙为总成本，q 为 扣 一 产量。从数学意义上讲，边际成本即表示总成本曲线各点的斜率此定义适于 供给曲线( 总成本曲线) 连续的情况，不适于非连续点处。如图2 4 2 和图2 4 3 ： c c 匕q m c ( $ m w h ) 7 0 3 0 1 01 4 ，图2 4 2 成本曲线末端 不连续的情况 f i g 2 4 2 t h ec a s co f d i s c o n t i n u i t ya tt h ec o s tc u r v ct e r m i n a l q ( g w ) q ( g w ) 图2 4 3 成本曲线拐点处不连续的情况 f i g 2 4 3 t h ec a s co f d i s c o n t i n u i t y 砒t h ec o s tc t l l v ci n f l e x i o n 此两种特殊情况的处理将对基于成本模型的交易中价格的确定提供指导性 思路图2 4 2 对应机组的成本特性通常在接近最大出力时比较陡峭，极端的情 况就是与横轴垂直，此点对应的边际成本由某一数值跳到无穷大；图2 4 3 的成 k 一 二 一匕 山东大学硕士学位论文 本曲线中有一拐点，对应的边际成本出现了阶跃，实际上，此非连续点也可看 成机组容量的不连续性。上述两种情况，增加一个单位产出而增加的成本要远 大于减少一个单位产出而节约的成本，所以通常的关于边际成本的定义并不能 用来解释此现象这也意味着确定非连续点处的清除价格是很困难的。 对于图2 4 2 的情况，若价格定为$ 3 0 枷砌，则需求大于供给4 g w ，从而 用户愿以高于$ 3 0 m w h 的价格购买另外的电量，而发电商也愿意接受，可见竞 争价格要高于$ 3 0 m w h 这个过程会以高于$ 3 0 m w k 的价格重复多次，直到 $ 7 0 m w h 在价格$ 7 0 m w h 下，每个发电商处于最大出力，供给量等于需求 量i o g w 如果价格比$ 7 0 m w h 高，则供大于求，价格将回落；如果价格比 $ 7 0 m w h 低，则供不应求，价格将回升。可见，均衡价格即为$ 7 0 m w h 所 以对于此种特殊情况也是可以用供需原理来解释的。图2 4 3 中，价格定为 $ 2 0 m w h 或$ 4 0 ，肘聊j 都不能获得供需平衡点，只有将价格定在$ 3 0 m 砌时 才能获取平衡 对于上述非连续点处以边际成本确定价格的情况，我们可以借鉴数学中左 导数和右导数的概念来定义左边际成本( j i l 纪。) 和右边际成本( 纪。) 所谓左 边际成本指少生产一个单位而节约的成本，右边际成本指多生产一个单位而增 加的成本，如果不存在则定义为无穷大( 如图2 4 2 中朋c 。= m ) 。这样，非 连续点处的边际成本所在范围( 纪r ) 就表示为( 纪0 m c r 4 c 矗) 从而， 供给者在调整产量过程中，当p 时增加出力， 就是使该点的边际成本范围包含价格p ，即j j l 犯坍p 纪m 这样，通过对 非连续点处引入左、右边际的概念，很好地完善了边际成本的定义，而连续的 情况则是左、右边际相等的特例 上述的分析可以由单个机组( 供给者) 延伸到整个市场，从而左、右边际 的定义也有所变化：= r 磐峨) ，= r 警 埘m ) ，其中，f 表示 第f 台机组，g 表示机组总数这样均衡价格由系统边际成本确定的理论就仍然 成立了当然此时只是确定了一个价格的范围，具体的清除价格应由供需原理 中的交点来确定。 1 7 山东大学硕士学位论文 2 5 数学优化与影子价格 上述供求原理用于理论上的分析，实际操作起来比较困难，通常通过优化 模型的求解来获取边际成本与价格的信息。 2 5 1 原问题与对偶问题的阐述 1 生产收益最大化的线性规划例子 设一个生产系统有两类产品，每单位产品l 的售价是2 0 元，每单位产品2 的售价是3 0 元，设产品l 的产量决策变量为而，设产品2 的产量决策变量为x ：， 则该系统的总收益为2 0 x 。+ 3 0 x ：，优化的目标是确定 和x ：，使系统的总收益z 最大，即： m a x z = 2 0 x i + 3 0 x 2( 2 5 - 1 ) 又设该系统生产上述两类产品需要消耗两类资源。每生产1 个单位产品1 ，需 要消耗6 个单位资源l ；每生产1 个单位产品2 ，需要消耗1 个单位资源l 。而 资源l 是有限的，资源l 的最大允许消耗量为1 0 0 ，则资源l 的不等式约束为： 6 x i + x 2 1 0 0 同理，每生产1 个单位产品l ，需要消耗2 个单位的资源2 ；每生产1 个单 位产品2 ，需要消耗7 个单位的资源2 。而资源2 也是有限的，资源2 的最大允 许消耗量为1 4 0 ，则资源2 的不等式约束为：2 x , + 7 x 2s 1 4 0 进而，考虑产量决策变x i 、而不能为负值，则其优化模型为： m a x z = 2 0 x j + 3 0 x 2 s j ：6 x l + x 2 1 0 0 2 x , + 7 x 2 1 4 0( 2 - 5 2 ) 耳0 矗0 这是一个典型的线性规划问题，用向量表示的典型形式是： m a x z = c t x s i ：a x b ( 2 - 5 - 3 ) x 0 l 矗 山东大学硕士学位论文 式中：c ，x 为h 维向量；b 为r , 维向量；a 为m x n 维矩阵( m s 行) 。a 的疗列中 存在肼个线性无关的列，即t r 个约束式是相互独立的，不重复的。由4 中线性 无关列组成的非奇异的脚x 肌维子矩阵称为a 的基a 。，则根据线性规划原理， 上述规划的基本可行解是： 工：= 爿 b( 2 - 5 - 4 ) 现在考虑当资源向量b 发生微变时，在系统目标z 中引起的微变。它反映 了资源在此优化系统中的边际价值，其量纲为单位资源的货币值，因此正是资 源的影子价格按上述定义，资源的影子价格为： y ：熹：攀：0 4 j 。，进b 却：爿勘r ( 2 - 5 5 ) 。曲8 b曲。 1 式中：c 口是对应于基变l , x 8 的c 向量，则 y = ( 爿；) “c f( 2 - 5 6 ) 在这个例子中由于 = c = ；习，么。= = ； ，a = 1 ：习 代入式( 2 - 5 4 ) ，得最优产量决策： i = 1 4 ，工：= 1 6 将x 0 e 的值代入式( 2 - 5 - 6 ) ，得资源的影子价格： y 2 ，以= 4 这个结果表明： 1 ) 在产品i 和产品2 的最优产量决策i = 1 4 ，x ；= 1 6 下，这时有最大的总收 益z = 2 0 x l + 3 0 x 2 = 2 0 x 1 4 4 - 3 0 x 1 6 = 7 6 0 ( 元) ； 2 ) 影子价格反映了该有限资源在这项优化了的生产系统中的价值。资源1 每单 位值2 元，资源2 每单位值4 元，则资源2 比资源l 更可贵； 3 ) 影子价格是通过资源约束条件( 起作用的) 上限的边界值b 微变后求得的， 因此影子价格本质上是一类边际信息； 1 9 山东大学硕士学位论文 。i 一1 巴! 鼍曼鼍量皇曼墨皇鼍! 蔓寡 4 ) 资源的影子价格可能不同于市场价格，如果资源l 的市场价格大于每单位2 元，或者资源2 的市场价格大于每单位4 元，则总收益z 将下降。 2 资源消耗最小化的对偶线性规划例子 在理想情况下，一个企业的生产系统：追求最大生产效益和追求最小资源 消耗的目的是一致的上述例子完全可以用另一种方式叙述，即设该生产系统 要消耗两类资源。资源l 的最大限量为1 0 0 ，它的影子价值为乃，资源2 的最 大限量为1 4 0 ，它的影子价值为y ：。如果两类资源都得到了充分利用，该系统 的总资源价值的消耗为1 0 0 y 。+ 1 4 0 y ：，优化的目标是总资源价值的消耗w 最小， 即： r a i n w = 1 0 0 y l + 1 4 0 y 2 ( 2 5 忉 又设该生产系统生产两类产品。产品i 的价值由两类资源在产品i 中形成 的影子价值度量，产品l 的价值中有6 个单位的资源l 的影子价值，2 个单位 的资源2 的影子价值。要求产品l 的价值大于市场价格，即大于每个单位产品 l 的2 0 元，才能赢利，则产品l 的不等式约束为6 y 。+ 2 y 2 2 2 0 同理，产品2 的价值也由两类资源在产品2 中形成的影子价值度量，产品 2 的价值中有1 个单位的资源l 的影子价值，7 个单位的资源2 的影子价值要 求产品2 的价值大于市场价格，即大于每个单位产品2 的3 0 元，才能获利，则 产品2 的不等式约束为y l + 7 y 2 3 0 进而考虑资源的影子价值不能为负值，则其优化模型为： r a i n w = 1 0 0 y i + 1 4 0 y 2 s l ：6 y l + 2 y 2 2 0 m + 7 儿2 3 0 ( 2 5 8 ) 儿0 儿0 这也是一个典型的线性规划，用向量表示的典型形式是： m i n w - - b r y s j ：a 7 y c ( 2 - 5 9 ) y 0 式中：c 为疗维向量；6 ，y 为m 维向量；彳为m x 月维矩阵彳的竹列中存在m 2 0 山东大学硕士学位论文 个线性无关的列，由彳中线性无关列组成的非奇异的历m 维子矩阵称为4 的基 如，将式( 2 5 8 ) 和式( 2 - 5 2 ) t t 较，将式( 2 5 9 ) 和式( 2 - 5 3 ) l t 较，发现存在对偶 关系，前者称为原规划，后者称为对偶规划。原规划通过一个变换可以直接写 出其对偶规划，即 m a x z _ r a i n w x j ， c 0 6 b c 斗4 7 根据线性规划原理，上述对偶规划的基本可行解是 ，= ( 爿；) 。 ( 2 5 一l o ) 式中：是对应于基变量y 。的c 向量。 现在考虑当产品的市场价格c 发生微变时，在系统目标w 中引起的微变。 它反映了单位产量的市场价格在此优化系统中的边际价值，其量纲正是产量的 量纲。则产量的边际信息，即最优产量为： 工：譬：譬：盟：阢抄- r 5 j出口 c 一9 c d _ t。2 - 1 1 ) 即 工：= 爿 6 ( 2 - 5 - 1 2 ) 比较式( 2 5 一l o ) 和式( 2 5 - 6 )