（电力系统及其自动化专业论文）电力市场运营模式研究及其市场出清电价预测.pdf

电力市场运营模式研究及其 f ；清电价预测 a b s t r a c t i nt o d a y sw o r l d ，ap r o f o u n dt r a l l s f o m lo fe l e c t r i cp o w e ri n d u s 时m e c h a n i s m si s t a k i n gp l a c e i t s i n e v i t a l b l en n di s b r e a k i n gm o n o p 0 1 y ，i n d u c i n gc o m p e t i t i o na n d s e t t i n gu pau n i f o m ，n o m a t i v e ，o p e n ，o r d e r da 1 1 dc o m p e t i t i v ee l e c t r i c i t ym a r k e t c i l i n a a t t e l l l p t e dt 0h a v ear e f o n n a t i o no fe l e c t r i cp o w e rm a 成e ti n 19 9 0 s ，b r e a k i n gm e 仕a d i t i o n a li m e 黟a t i v em a n a g e m e n tm o d e ，a 1 1 dc a r 巧i n go u ts 印a r a t i o no fn e ta n d p l a n t ，t 啪s i t i o n 锄dd i s t r i b u t i o n h o wt oe s t a b l i s hc o r r e s p o n d i n ge l e c r i c i t ym a r k e t o p e r a t i o nm o d er a t i o n a l l ya n dh o wt ou s et h er e l a t i v eh i s t o r i cd a t at of o r e c a s tn l e 向t u r cm 破e tc l e a n g e l e c t r i c i t yp r i c e i sav e r ym e a n i n g 凡1w o r kf o re v e r y p a n i c i p a t o ri nm ep o w e rm a r k e t f i r s t l y ，t h ep r o b l e mo fe s t a b l i s h i n gr e 西o n a le l e c t r i cp o w e rm a r k e te x c h a n g e p a t t e n li s r e s e a r c h e dt h o r o u 曲l yi nt h ep 印e r a r e rc o n l p a r e do fs e v e r a lt ) ，p i c a l e l e c t r i cp o w e rm a 出e te x c h a n g ep a t t e m sw o r l d w i d e ，m ep r i n c i p l eo fr e 西o n a lp o w e r m a r k e t t r a d i n gm o d e i s p u t f o n v a r d i nt h i s p a p c h i n a p o w e rm a r k e t s o r i e n t a t i o n ，s t m c t u r ea i l dp o s s i b l eb i l a t e r a le x d l a n g em 锄e ra r ea n a l y z e da n d d i s c u s s e d a n dt h er e 西o n a lp o w c rm a r k e t so fw h o l e s a l ec o m p e t i t i o nm o d e li nc h i n a i s d e s i 印e di nm ep 叩e r t h ep u 叩o s eo ft h i sp a p e ri st oe x p l o r a t o r yr e s e a r c ht h e r e f o r m a t i o n a lo r i e n t a t i o na n dt h eo p e r a t i o n a lm 锄e ro fc h i n ap o w e rm a r k e ta n d o p t i m a lb i d d i n gs t r a t e 百e sf o rp a n i c i p a n t si n 如t u r em a r k e t s e c o n d l y ；t h ee l e c t r i cp o w e rm a r k e tp r i c i n gm e c h a n i s mi si n t r o d u c e d ，a n dt h e e s t a b l i s h m e n t 锄dt h ei n f l u e n c ef a c t o r so ft h ee l e c 伍c i t y 皿c ea r ed i s c u s s e d a c c o r d i n gt oa c t u a lm a r k e tc l e 撕n gp n c e sd a t a ，v a 叫a n dd i s t d b u t i n gc h a r a c t e ro f m c pd a t ai sr e s e a r c h e d w eo b t a i n e dm a td i f 衔e n tp 舐o dd a t ao fm c ph a v ed i 虢r e n t t i m es 嘶e sc h a r a c t e r i s t i c ，t h ec h a n g eo fm c ph a v ed i 虢r e n tt r e n d s ot h ef o r e c a s t i n g m c pi d e ab a s e do np e r i o do ft i m ei sp u tf o n v a r d t h e n ，a n a l y z e da n dc o m p a n ：dt h e a d v e n t a g e sa n dd i s a d v e n t a g e so fs o m ec u r r e n tf o r e c a s t i n gm e t h o d s ，t h ef o r e c a s t i n g m o d e l s o fm a r k e tc l e 撕n gp d c ei s p r o p o s e d t b i n l p r o v et h ea c c u r a r yo fp r i c e f o r e c a s t i n g ，t w oa s p e c t so fi m p r o v 锄e n t sa r ep r o p o s e d ：( 1 ) s e l e c t o ro ft h ef a c t o r sw h i c h c a ns h o wt h ec h a n g eo ft h ep n c es e q u e n c ea c c u r a t e i y ；( 2 ) t h ep r e t r e a t m e n to ft h ei n p u t v 州a b l e s 7 i 、v o p r i c ef o r e c a s t i n gm o d e lu s i n gs u p p o r tv e c t o rm a c h i n ei sp r o p o s e d ： ( 1 ) s i m i l a r i t ys e a r c h i n gt e c h n i q u ei s 印p l i e dt ob u i l d i n gt h et r a i n i n gs e ta n di n p u t v a r i l b l e s t h ee l e c t r i c i t yp r i c eo fn e x td a yi sf o r e c a s t e ds u c c e s s 如n yb yt h i sm o d e l t h ep r e c i s i o no ff o r e c a s t i n gb a s e do ns i m i l a r i t ys e a r c h i n gt e c h n i q u ei sh i 曲e rt h a n 硕上学位论文 昀d i t i o n a lm e t h o d s ( 2 ) t h ef o r e c a s t i n gp r i c em o d e lb a s e do nw a v e l e tt r a n s f o ma n d s u p p o r tv e c t o rm a c h i n ei sp r o p o s e d s e l e c t e do f 印p r o p r i a t ew a v e l e tb a s i sa n d d e c o m p o s i t i o ns c a l e ， t h em a r k e tc l e a r i n gp r i c es e r i e si s d e c o m p o s e di n t o o n e 1 0 w 仔e q u e n c ya n ds o m eh i 曲珩e q u e n c ys u b - s 嘶e si nt h ew a v e l e td o m a i n ，s om c p f e a t u r ei se x t r a c t e df o 彻t h em a r k e tc l e a r i n gp r i c es e r i e s u s i n ge a c hn e w c o m p o n e n t o ft h eo r i 西n a le l e 嘶c i t y 砸c es i 龋a l ，l s s v mf o r e c a s t i n gm o d e l sf o re a c hs u b s 嘶e s i si n d 印e n d e n t l ys e tl 二p ，t h e na d d i n gu pt om ef o r e c a s t i n gr e s u l t so fa l ls u b s 舐e s ，t h e w h o l ef o r e c a s t e de i e c 砸c i t yp r i c es 甜e sa r eo b t a i n e d t h er e s u l t so ff o r e c a s t i n gs h o w t h a tt h i sm o d e l i m p o v et h ef o r e c a s t i n ga c c u r a t eo fm c p 确n a r k a b l l y k e yw o r d s ：e l e c r i c i t ym a t k e to p e r a t i o nm o d e ； 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 ； s i m i l 撕t ys e a r c h ；w a v e l e tt r 柚s f o 肌；s u p p o r tv e c t o rm a c h i n e ； 电力市场运营模式研究及其f j 清电价预测 兰州理工大学学位论文原创性声明和使用授权说明 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：宙邑 日期哆年 月、，日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，即： 学校有权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。本人授权兰州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。同时授权中国科学技术信息研究所将本学位论文 收录到中国学位论文全文数据库，并通过网络向社会公众提供信息服 务。 作者签名： 导师签名： 乃寸色 俨 日期：婿 月l 日 日期：尹g 浑月1 日 i v 硕士学位论文 第1 章绪论 电力市场化发展趋势开始于南美和欧洲，目前已经席卷世界。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、用户等各成员组织协调运行的管理机制和执行系统的总和。电力市场首先是 一种管理机制，主要采用市场手段进行管理，达到资流优化配置的目的。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、计费系统、计算机 系统、通信系统等。开放性、竞争性、协调性和网络性是电力市场的四大墓本特 征。与传统的垄断电力系统相比，电力市场具有开放性和竞争性。与普通的商品 市场相比，电力市场具有协调性和网络性，必须满足自身的物理约束。电作为一 种产品，它的第一属性是公用和服务。 这一变革对电力工业的传统运营模式带来了深刻的影响。在新的模式下建立 了区域性的统一电力交易市场，通过市场的拍卖过程确定各相互竞争的电力企业 的发电量。作为电力市场的参与者，其利益最终是通过电能的交易实现的，提前 知道电价的信息就可以在电力市场的交易中获得更大的利益，对此各企业需要在 如下两个方面寻求平衡：适当提高投标价格，这可以得到更丰厚的利润但也可能 失去发电权；适当降低投标价格，这可以有更大的机会赢得拍卖但利润会降低甚 至会变为负值。因此，电价预测就成了电力市场中亟待研究和解决的课题之一。 1 1 选题背景及意义 电力市场是电力工业随社会发展的必然产物，是电力工业重构和市场化运营 的必然结果。从英国率先实行对电力工业的改革至今，电力市场得到了突飞猛进 的发展。不同国家在不同的电力管理体制下，电力市场有着不同的结构模式。世 界各国，包括中国，都在不同程度的探索电力工业产权结构的重构。在电力工业 的重构的过程中又产生了许多新的实体，不同的电力市场具有不一样的实体组合 方式和结构模式。一个电力市场模式要适合该国国情，一般来说，应该满足以下 三个方面：能满足市场的需求。比如，确保电力市场的有效监管，有利于市场 的公平竞争和维护用户的根本利益。从电力商品的特殊性出发。比如，有利于 电力系统安全、可靠地运行。有利于电力行业和国民经济的发展。比如，按电 力市场改革的既定目标实现电力市场化改革，资源是否合理利用，鼓励绿色电力 的发展，有足够的适应能力且留有足够的发展余地。在中国特有的国情条件下， 我国电力市场的结构模式不能照搬照抄国外一些国家现有的模式，只有在参考国 外模式的前提下，寻求一种更适合中国国情的市场结构模式。 长期以来，我国电力工业实行的是垄断经营模式，由国家对其生产经营进行 管理。随着社会经济的不断发展，这种管理体制己不适应形势，导致电力工业生 电力市场运营模式研究及其出清电价预测 产效率低下。鉴于此，我国也从上世纪9 0 年代开始，进行了电力市场化改革的 探索。但迄今为止，这种改革基本局限于发电产业，而有效的发电市场也尚待形 成。合理的市场结构是电力市场成功的前提。因此，首先面临的是如何建立电力 市场的问题。2 0 0 2 年底开始，经过对原国家电力公司的重组后，在原国家电力 公司拥有的发电资产基础上，形成包括：中国大唐集团公司、中国国电集团公司、 中国华电集团公司、中国华能集团公司及中国电力投资集团公司。这5 家电源公 司与非国家电力之外的公司，如国华电力、华润电力、国投电力、长江电力及以 深能源、申能源、粤电力等为代表的发电公司共同组成中国的发电产业，形成具 有一定竞争实力的电力体系。另一方面，目前我国正迅速发展输电系统，西电东 送的北、中南三个通道已初具雏形，其最终目标是建造连接不同省份或地区的统 一国家输电网，在全国范围内实现资源的优化配置，因而建立和发展全国和区域 电力市场的好处是显而易见的。很明显，由于输电系统在经济、技术、地理上的 自然垄断，使得它在电力市场的整体技术和总体设计中显得非常关键。加之，我 国地域广阔，网架薄弱，电力工业长期以来归国家或当地政府所有，因此，在我 国高速发展的输电系统中，有必要将传统调度自动化和输电网规划、投资结合起 来，根据实情设计出合理的电力市场结构来保证输电系统的整体性和良性发展。 我国已有6 个区域电网和一个独立电网，形成了国家、大区、省、地和县的 五级电网调度体系，实行纵向分层和分区控制。区域电力市场作为我国电力市场 体系中的一级，对其交易模式的研究有着十分重要的意义。建立一个设计合理的 市场交易模式不但可以可有效打破省间壁垒，实现区域资源优化配置，更可以取 得巨大的经济效益和社会效益。因此，本文以对区域电力市场交易模式进行研究。 希望通过对现有电力市场的比较研究，提出我国区域电力市场交易模式，为我国 电力市场化改革的研究尽一份微薄之力。 市场是商品交易关系的总和。换句话说，市场是进行商品交易的场所，是商 品交易的全过程。就经济学意义而言，市场是由供给和需求两个基本要素构成， 供求双方相互作用、相互协调，使市场趋于均衡。健康市场的共同特征应该是： 价格随需求变化，价格变化影响需求量；买卖市场机制，买方或卖方无垄断行为。 电价对电力商品的生产、供应和消费各方面都有很重要的作用，是电力企业 获取资金维持简单再生产或扩大再生产的手段。由市场决定电价，可以促进电价 在商品交换中趋于合理，能正确反映电力在生产和流通过程中的实际价值，调整 电力的供求关系，提高电力企业的经济效益，调动各方面投资办电的积极性。促 进电力企业的健康发展。 具体来说，可以起到如下作用： ( 1 ) 能吸引社会资金向电力工业流动，促进电力工业的发展，这对于像我国这种 发展中国家，电力建设普遍比较落后的条件下有重要意义。 ( 2 ) 能使电能生产结构更合理。可以避免重复投资，充分开发和利用各种再生能 2 硕 二学位论文 源和新能源，降低电力成本，节约资源。 ( 3 ) 增强企业活力、加快电力工业的发展。由市场决定电价，能促进电力企业之 间的竞争，促使电力企业不断提高自我积累、自我改造、自我发展的能力。 ( 4 ) 促进节约用电。由市场决定电价，可促使电力消费者采用调荷节电措施，自 动地削峰填谷，使电力消费结构趋于合理，减少浪费。 电价是电力市场的杠杆和核心，市场参与者均以不断变化的市场电价作为参 考进行电力交易和结算，电价直接影响着市场参与者的收益，所以如果参与者能 够事先较为准确地预测到电能价格，那么它就在激烈的市场竞争中处于有利地 位，能够获得更多的利益。电价预测按预测时间长短可分为中长期电价预测和短 期电价预测。 准确的中长期电价预测，能够为市场参与者的中长期交易如双边合同价格 的谈判、合同的最优合同电量等提供依据；对于电力投资者来说，可以利用其辅 助投资决策，以减少投资风险，这对于引导投资，自发的配置市场资源以达到电 力供求基本平衡将起到重要的作用；对于市场监管者来说，可以为其提供市场监 管的客观依据。 准确的短期电价预测，对于发电商来说，准确地电价预测可以为其竞价策 略提供指导、优化报价，最终能够中标并获得最大利润；对于电力系统管理者来 说，可以利用电价预测进行安全经济的系统调度，确保电力市场的正常运行；对 于电力用户来说，可以利用电价预测制定合理的购电计划，可以将电价较高时段 的负荷转移到电价较低的时段，降低了生产成本，增加了利润。 从现有的研究来看，电价预测的精度远低于负荷预测的精度，用负荷预测的 方法来进行电价预测是不科学的，需要从电价的形成机理、电价特点和电价的影 响因素出发，结合各种预测工具，提出更为有效的电价预测方法，这对电力市场 改革的成功与否具有重大的意义。 1 2 国内外研究现状 目前，许多国家和地区都在相继进行电力体制改革，结构重组，建立电力市 场，以此提高运营效率和效益。世界上主要的电力市场有英国电力市场，美国加 州、p j m 电力市场，澳大利亚电力市场，新西兰电力市场，阿根廷电力市场，北 欧电力市场等。 不同国家电力市场的运营模式可以归纳为两大类： ( 1 ) 发、供、用电沿用垂直一体化管理，只是进行有限和局部的改革。采用这 种模式的国家有法国、日本、印度、苏格兰、巴基斯坦，以及美国的一些州。 ( 2 ) 发、供、用电环节解除或放松管制。采用这种市场模式的国家和地区有英 国、美国加州、新西兰、澳大利亚、挪威、阿根廷、秘鲁、智利等。 虽然各国电力市场的结构互不相同，改革所处阶段和遇到的问题也不同，但 3 屯力市场运营模式研究及其出清电价预测 它们都有一些共同的特点： 电价改革是关键。 规模效益日渐消失。垄断导致规模效益越来越低，已无法补偿因低效益带 来的损失。同时，规模效益的下降已经影响到了输电电价的经济学理论基础。 发电侧首先引入竞争，现货与合同交易并举。 供电领域逐步开放，先从大用户再到所有用户均可自由选择供电商。 输电网垄断经营，挖掘和发挥其自然垄断的潜力。输电网的自然垄断特性 说明，电网不能重复建设，应该组建国家电网公司实行开放式的垄断经营。 用经济和法律手段管理市场，避免简单命令式的调度方式。充分发挥市场 经济这只“看不见的手”，充分运用经济手段调节和平衡电力市场。 实施有限但严格的监管。监管必不可少，且应具备实时反馈和灵活的调节 功能。为了保护公众的利益，必须对具有垄断性质的环节实行有限的管制，其最 终目的是用法律手段规范市场，保证市场竞争的公平和公正。 我国已经明确了分阶段实施电力市场的战略，确定了首先实行“厂网分开、 竞价上网”的方针。早在1 9 9 8 年就开始了电力市场的试点，先后指定山东、浙 江、上海、辽宁、吉林和黑龙江6 家电力公司作为模拟试点单位，由此迈出了市 场化运营的第一步。经过几年的市场培育和探索，国务院和原国家经贸委于2 0 0 2 年将最初确定的“省为实体 的改革方向调整为：完善现实的省级电力市场，加 快发展区域电力市场，逐步培育国家电力市场；形成以区域电力市场为主，国家 电力市场和省级电力市场为辅，统一开放、协调联动的电力市场体系。同时，围 绕四个核心进行改革：厂网分开；竞价上网；建立科学合理的电价形成机制；建 立国家级电力监督委员会。目前，除了电价机制外，其余三个目标都已基本实现。 因此，形成合理的电价机制成为研究的重点。 负荷预测多年来一直是电力系统中研究的热点之一，电价预测【l - 3 j 与负荷预测 具有相似性，可借鉴负荷预测的方法和经验进行电价预测，但适用于变化缓慢的 负荷预测的方法有些并不适用于波动剧烈的电价的预测，电价预测要比负荷预测 难得多。各国学者提出了多种电价预测方法，如回归分析法、时间序列法、模糊 建模法、人工神经网络法、灰色预测法等，而且随着小波、数据挖掘等数学方法 的应用，电价预测技术有了进一步发展。 ( 1 ) 回归分析方法 此方法是根据历史数据的变化规律寻找自变量与因变量之间的回归方程式， 然后用历史样本数据估计出模型参数，从而根据模型进行预测。由于这种方法受 人为因素的影响，收集和统计的历史数据不尽全面和准确；电价变化规律复杂， 很难完全反映变量间的关系。并且在回归分析中，选用何种因子和用何种表达式 有时只是一种推测，而且影响电价的因子的多样性和某些因子的不可测性，使得 回归分析在某些情况下受到限制。因此到目前为止，应用回归分析法预测电价的 4 硕士学位论文 方法很少，主要是将该方法与模糊【4 】、数据挖掘1 5 】相结合进行电价预测。 ( 2 ) 时间序列分析法 常用的时间序列法有自回归模型【6 ，7 】和自回归滑动平均模型【8 一。应用时间序 列方法【l o 】对西班牙电力市场和加州电力市场的电价进行预测，预测误差在5 左 右。这些方法的优点是所需历史数据少、工作量少、计算速度快；缺点是只对历 史数据进行建模分析，无法考虑非线性因素对电价变化的影响，电价序列不仅包 含趋势变化、周期性变化，还有一些不寻常的剧烈变化，在电价突变点附近误差 较大，因此存在一定的局限性。由于神经网络可以有效处理多变量和非线性问题， 因此更多的学者则倾向于采用神经网络来预测电价。 ( 3 ) 神经网络法 人工神经网络由于自适应强的特点被广泛地应用于预测领域，大多数文献采 用b p 神经网络【l 卜1 3 】预测短期电价。神经网络是利用训练样本实现从输入到输出 的任意非线性复杂函数的对应关系映射，通过建立这种映射关系来体现对象的内 在规律。但这种方法也有其缺点，其训练样本复杂、收敛速度慢、训练精度取决 于网络训练精度和局部极小值等问题。一般都采用优化后的神经网络如：回归神 经网络【1 4 】、径向基函数( r b f ) 神经网络15 1 、自适应神经网络【1 6 】、递归神经网络【1 7 】 和模糊神经网络【l8 】预测日前市场电价。从这些文献所用方法的预测结果看，大部 分的预测效果还是很好的，且训练速度快、不存在局部极小问题和过拟合现象。 但对于周末或者节假日( 尤其是高峰负荷时段) 的预测误差较大。采用改进算法优 化神经网络【1 9 瑚】可以确定神经网络最优拓扑结构，并预先在全局解空间中定位好 的搜索空间，然后发挥b p 网络局部搜索能力强的特点，快速地在子解空间中收 敛于最优解。 ( 4 ) 支持向量机 近来，在统计学习理论基础上发展了一种新的学习方法支持向量机( s u p p o r t v e c t o rm a c h i n e 或s v m ) ，它已初步表现出很多优于已有方法的性能。九十年代 中期v a p l l i k 和他的同事在a t & t 贝尔实验室的一系列工作将这一理论上出色的 工作引入了实际应用的阶段。最初的支持向量机应用是文字识别( o c r - o p t i c a l c h a r a c t e rr e c o g i l i t i o n ) ，在经历很短的研究时间后，基于支持向量机的分类器无论 在文字识别还是在目标识别领域都表现出与已有系统相当的性能【2 1 1 ，特别是近年 来支持向量机在回归算法的研究方面也表现了极好的性能2 2 ，2 3 1 ，支持向量机回归 算法被成功地应用于时间序列的预测研究【2 4 】，以及其他诸如在非线性建模与预测 【2 5 矧、优化控制f 2 7 ，2 8 】等方面的研究。 一些学者认为，s v m 正在成为继神经网络研究之后新的研究热点，并将有 力地推动机器学习理论和技术的发展。 ( 5 ) 模糊建模法 由于模糊技术采用隶属度来表示模糊集合的关系，使得对数据的处理变得更 5 电力市场运营模式研究及其出清电价预测 为方便，而且有很强容错能力，自出现以来已在各个领域得到了广泛应用。文献 【2 9 。3 1 】将模糊技术和回归分析结合起来，建立模糊回归模型进行预测。但采用模糊 回归的方法预测电价，建立电价与负荷模糊回归关系，反映的关系过于简单，精 度也有限。文献【3 2 】贝f j 采用先将数据进行模糊处理，再把处理的结果作为神经网络 的输入的方法，其预测精度比单纯使用神经网络进行预测的精度有所提高。文献 【3 弼6 】则将模糊推理和神经网结合起来建立模糊神经网络预测模型，利用神经网络 来自动获取模糊规则，从而进行模糊推理。但是如何合理生成各模糊集合的隶属 度，另外模糊规则数的确定也有困难，模糊规则数过多则增加计算量和计算时间； 模糊规则数过少，则可能会导致规则的完整性，丢掉有用的模糊规则。 ( 6 ) 混沌理论 文献【37 3 8 】先分析了电价序列具有混沌特性，然后采用相空间重构的混沌预测 技术对电价进行预测，预测精度较好，但是相空间重构的相关参数的确定方法比 较困难且存在争议，有时甚至需要通过目测实际数据的图形形状来选择重构参 数，不利于实际应用。文献【3 州2 j 贝0 采用混沌神经网络用于预测，用相空间的维数 作为神经网络的输入维数，用相空间重构后的时间序列作为神经网络的输入，为 神经网络输入个数的确定提供了一种方法。 另外还有一些细节处理方法如：采用小波变换【4 3 4 5 】对英国电力市场的系统边 际电价进行了预测。将经小波分解去除细节后的电价序列作为输入参数；依据“重 近轻远”原则既考虑到电价具有周期性的特点，重新设计了神经网络拟合误差函 数。去除细节后的重构电价序列作为神经网络的输入，更加突出了电价序列的一 般规律。而把历史市场出清电价( m c p ) 序列作为输入因子，则又对价格序列的 细节在一定程度上做了保留，避免了由于一些规律性的细节信息的缺失而引起预 测误差的增大。基于数据挖掘【3 8 】中的相似搜索技术和加权回归技术的短期电价预 测方法，对临近日和相似搜索所得到的相似日的负荷电价数据用加权回归进行 电价预测。 各种方法各有其优缺点，有的方法考虑了电价变化的时间特征，有的方法在 详细分析电价特性的基础上，考虑了电价与负荷及其他因素的强相关性，不同的 预测方法【4 ”8 】利用的数据从不同的角度提供各方面有用的信息，有些方法之间甚 至是相互联系的，如果选择一种预测方法，弃用另一种预测方法，有可能会造成 部分有用的信息丢失。因此，应该综合考虑各单项预测方法的特点，将不同的单 项预测方法进行组合。 1 3 本文所做的主要工作 本文的工作主要有两方面： 一、电力市场运营模式 电力工业的市场化席卷全球，其改革的目的在于实现电力管理体制的转变， 6 硕士学位论文 通过引入市场竞争，优化资源配置，形成合理的电力市场机制。我国的电力市场 体制已经进入到厂网分开，竞价上网阶段，电力体制改革的最终目标是在发电、 输电、配电和售电各个环节打破垄断，引入竞争。为了改革的下一阶段能够顺利 进行，能够引导合理的电力资源。加强我国电力市场模式的研究具有现实意义。 二、电力市场中的电价 电力市场中的电价预测，特别是短期电价预测，随着电力体制向市场的转变 越来越具有重要的现实意义，并成为近几年来国外及国内学者们研究的热点。短 期电价预测的核心问题是利用现有历史数据( 历史电价数据和负荷数据等) ，采 用适当的数学模型对需预测的电价值进行估计，因此有效的进行短期电价预测须 具备两方面的条件：一是可靠的历史数据；二是预测中所用的方法和相应的数学 模型。由于美国的几个比较成熟的电力市场已经建立起成熟的电价竞标模式，所 以在其官方网站上都能得到历史负荷和历史电价数据，因此预测方法和数学模型 就变成了最核心的问题。本文对基于相似性原理结合支持向量机、以及小波分析 结合支持向量机在电力市场短期电价预测中的应用进行了研究。所作的工作主要 有以下几点： ( 1 ) 本文借鉴国外电力市场运营的成功经验与教训，并结合我国的实际，提出 适合我国国情的批发竞争区域电力市场的结构模式。 ( 2 ) 在阅读了大量外文、中文文献的基础上，全面了解了电力市场及电力市场 中电价预测的研究发展及现状，对应于电力市场中短期和中长期电价预测的各种 传统及现代方法进行了综述，并分析了各种方法的优缺点及适用范围，这些工作 是对电力市场中电价预测的一个比较完整的总结。 ( 3 ) 概述了电力市场的交易模式，分析了出清电价的形成机理、影响因素及出 清电价的特点，并对本文采用的数据源美国加州电力市场的出清电价数据进行了 预测前的统计分析，为选择预测工具做好准备。 ( 4 ) 在分析出清电价形成机理的基础上，提出了结合相似性原理及支持向量机 的网络预测模型，并根据其原理和特点编写程序对预测问题进行了计算。 ( 5 ) 采用小波分析和支持向量机工具对实际电力市场中的算例进行了仿真研 究，证明了上述模型可行而且实用，与单纯使用支持向量机相比，具有更快的计 算速度和预测精度，能更好的预测未来2 4 小时的电力市场出清电价( m c p ) 。 本文最后分析了我国电力市场电力市场机制中还需完善的方面以及电价预 测还存在的问题，并结合本人的研究心得提出了对此论题的个人观点及前景展 望，有待进一步研究及实现。 1 4 本文构思 全文共分五章： 第一章介绍了本文的研究背景、意义、现状及内容。 7 电力市场运营模式研究及其出清电价预测 第二章结合我国的实际，研究适合我国国情的电力市场结构模式。 第三章对电力市场交易模式及出清价结算机制进行了介绍，分析了出清电 价的影响因素及其特性。 第四章对电力市场短期出清电价建立了预测模型，并利用实际电力市场运 行的历史数据进行验证分析。 第五章全文总结，对电力市场中电价预测的发展和前景作了展望，指出了 未来电力市场中短期和中长期电价预测的发展方向。 8 硕士学位论文 第2 章批发竞争区域电力市场模式研究 2 1 引言 对电力市场结构及运营方式，世界各地专家已早有研究。如英国、美国、澳 大利亚、新西兰在电力市场运营模式和规则方面都具有成功的经验，但这些工业 发达国家的电力工业与我国的电力工业的差别很大，不但人均装机和人均用电量 远远大于我国，而且其供给能力远大于需求。而我国的供给与需求的平衡是暂时 的或季节性的，结构性的缺电将长期存在。本文借鉴国外电力市场运营的成功经 验与教训，并结合我国的实际，提出适合我国国情的批发竞争区域电力市场结构 模式。 2 2 国外电力市场运营模式概述 2 2 1 英国p o o l 模式 英国继电讯和天然气行业成功的进行私有化改革后，于1 9 9 0 年4 月1 日建 立英格兰一威尔士电力市场，成立国家电网公司( n a t i o n a lg i r dc o 印o m t i o n ，n g c ) 采用强制型电力库( p 0 0 1 ) 模式，如图2 1 所示。 图2 1 英国电力模式 这次改革将原来的发电、输电、配电统一经营的中央电力局( c e g b ) 分解成三 个部分：发电部分建立了国家电力公司( n p ) 、国家发电公司( p g ) 、国家核电公 司( n e ) 、三个独立经营的发电公司和一些独立的私人发电企业( i p p ) 。输电部分建 立了国家电网公司( n g c ) ，主要是掌握2 7 5 k v 、4 0 0 l 的输电网和调度中心， 并控制与法国、苏格兰电网的互联工程以及两个抽水蓄能电站。国家电网公司在 运行上完全独立，通过价格来协调供电的平衡：建立了一个电力市场交易机构， 称为电力联合运营中心( 称p o 、e r p o o l 或p o o l ) ，由国家电网公司负责运行；配 9 电力市场运营模式研究及其出清电价预测 电部分组建了十二个地区性独立经营的电力配电公司( r e g i o n a le i e c n i c c o m p a n y ，简称i 也c ) ，拥有1 3 2 k v 及以下的配电网络，并完全私有化，负责将 电卖给终端用户。 在电力市场中买卖双方均通过电力库进行交易，同时为了规避市场价格波动 带来的风险，允许供需双方签订长期的金融差价合同。电力联营市场模式在运作 过程中需求侧没有引入充分竞争，少数发电商对市场有过分的操纵力，n g c 权 利过于集中，p o o l 定价机制过于复杂，不能反映发电商的真实成本。这种电力 库的模式妨碍了电力联营体内部的改革。 2 0 0 1 年3 月2 7 日新的电力交易协议取代了电力联营市场模式，开始正式实 施【4 9 】，称之为n e t a 模式。它的基本原则是希望大宗购电和售电交易都能通过 自由谈判、签订双边和多边合同的形式完成，而剩余的少量电力交易再通过有组 织的市场p x 来进行。在双边合同交易和现货电力交易中，市场成员不仅包括发 电商和购电商，还有银行和其他商业机构，后者作为代理机构参与电力市场交易。 交易方式如图2 2 所示。 图2 2p o o l 模式新交易方式 采用的新的电力交易协议显示出更多的优越性：一是使得批发竞争电力市场 更加开放，竞争从发电商之间扩大到电力生产的各个环节；二是市场形式简单， 交易更加灵活。报价的形式比p o o l 简单，价格的透明度增加，价格报告次数增 加，同时费用和风险相应减少；三是市场参与者的自主权和选择权有了更进一步 的提高，双方自愿根据协商的价格以合同形式成交；四是市场为需求侧提供充分 的参与机会。通过需求侧的参与，使需求侧管理和反应性加强，市场效率提高。 最终使电力销售价格和终端用户的电价得以降低。 2 。2 2 澳大利亚电力市场 与英国电力市场类似，澳大利亚国家电力市场属于强制型的电力市场，采用 p o o l 模式，不同之处在于供电方同时参与电力联营市场的竞争，用户可以自由 选择供应商，可以自由接入输配电网络，不论采用何种生产和交易方式，市场参 与者平等，零售环节引入了完全竞争。 电力市场内电价并不一定相同，除了输电距离的原因外，网络阻塞还会引发 额外附加的成本。出现阻塞时，根据阻塞线路将电网划分为不同的电价区域，分 别计算市场价格，每个区域的清算电价都是对这一区域内电力价值的一种简单、 1 0 硕士学位论文 透明的衡量指标。这一指标为未来投资提供经济信号。 澳大利亚电力市场中实物电力交易的方式为现货交易，金融电力交易以差价 合同为主。差价合同是发电商与供电商、大用户以规避风险为目的签订的。差价 合同不影响电力联营市场内电力交易的进行，并在电力联营市场之外进行差价结 算。根据合同规定，双方同意按照市场现货价格的变动相互补偿。当现货价格高 于合同价格时，发电商给用户一定的补偿，反之，用户给发电商一定补偿。通过 这种合约形式，可以有效控制市场现货价格风险。二是为了促进区域间交易，国 家电力市场管理有限公司专门组织节余拍卖。一个区域内卖出价格和另一区域的 卖出价格之差称为节余。参与拍卖的发电商、用户和交易商都将获得节余的一部 分，这就相当于为不同区域的电价风险买了一份保险。现货市场为电力供需瞬时 平衡提供了良好的环境。其市场的主体包括发电商、配电商、用户和电网公司， 澳大利亚的电力市场模式如图2 3 所示。 掣篡志 p o w e r p o o l ( 电力库) 磐誓 配电公司 ( 拥有电网) 丽 图2 3 澳大利亚电力市场结构 澳大利亚电力市场取得了很大成功。采用了统一电力市场，打破电力流通的 区域间壁垒，保障电力公平竞争，实现资源优化配置；澳洲电力市场中的“区域” 概念和电价差异机制成功解决电网阻塞问题，同时提供明确的投资和建设信号， 促进电网互联及主干网架的形成。这些都值得我国电力市场化改革学习和借鉴。 2 2 3 北欧电力市场 1 、北欧四国电力工业概况 随着世界电力工业市场化进程的不断深入，各国都在根据自己的实际情况探 索电力工业改革的模式。为达到电力供需平衡、提高电力工业的效率、减少终端 用户地区间电价的差异，北欧各国正积极探索新的电力市场运营模式。 北欧电力交易市场建于1 9 9 3 年1 月，是目前世界上唯一一个开展多国间电 力交易的电力市场。北欧电力市场覆盖的区域包括挪威、瑞典、丹麦和芬兰。北 欧四国的电力市场组织者包括：北欧电力交易所( n o i m p o o l ) 、挪威电网公司、 瑞典电网公司、芬兰电网公司和丹麦电网公司。挪威的发电装机全部是水电；瑞 电力市场运营模式研究及其l i j 清电价预测 典和芬兰则由水电、核电和火电组成；丹麦的电厂则全部是火电。由此可以看出， 北欧四国在电力构成上有很大的互补性，这就使得这四国间的国际电力交易非常 频繁。 2 、北欧四国电力交易运作模式 北欧四国的电力交易可以分为：期货交易、现货交易和实时交易。期货交易 和现货交易在北欧电力交易所进行，期货交易也可由交易双方签订。实时交易由 平衡市场负责组织运作，在保持全网平衡的前提下，根据市场成员报价确定。由 于北欧电力市场成员可以自由选择是否通过北欧电力交易所签订期货合同，所以 北欧电力交易所需通过降低交易成本，提高服务质量，不断满足客户需求，来扩 大交易规模。 现货交易是针对第二天确定的电力交易，以小时为时段，分为2 4 个时段。 现货价格一般高于合同电价，因此，电力公司均签订大量期货合同，来降低购电 成本。另外现货市场价格还是签订长期合同的参考价格。 北欧电力交易所的业务可分为两类：一是组织期货交易，签订长期合同；二 是组织现货交易，确定现货交易的数量和价格。 北欧各国还要求电网公司不能进行期货和现货电力交易，不能拥有发电厂及 向用户供电的权利，但没有实行厂网分开，各电力公司可以同时拥有输配电网络、 发电厂，并向用户供电。其引进竞争的方式是用户可以自由地选择电力公司供电。 3 、北欧电力交易市场的运行特点 北欧四国的电力市场运作模式是非常独特的，其特点可归纳为： ( 1 ) 各国没有建立自己的电力交易所，所有期货交易和现货交易都是在北欧电 力交易所完成的，北欧建立了一个统一的跨国电力交易市场。 ( 2 ) 北欧四国电力交易中的期货交易、现货交易与实时交易分别由不同的机构 完成。期货交易和现货交易在北欧电力交易所完成。各国电网公司负责组织实时 交易。 ( 3 ) 在发电侧没有实行厂网分开，电力公司可以同时拥有发电厂、网络和用户， 但用户可以自由选择电力公司供电。这样，电力公司的竞争压力会非常大。如果 发电成本很高，则对用户的供电成本就会很高，从而将失去用户。同时，用户自 由选择供电商的行为也会促进电力公司提高服务质量。 4 、对北欧电力市场交易模式的认识 通过上文研究，本文认为北欧电力市场作为世界上唯一一个跨国电力市场的 建设比较成功，不仅进行了国家间电量的余量交换，而且在该区域实现了电源互 补互供、互为备用，形成了巨大的效益，电力市场调节起到了很好的效果。北欧 电力市场的建立虽然晚于英国电力市场，但是到目前为止，它是世界上运营最稳 定、电力商品品种最丰富的电力市场 5 0 5