当量电价自动抑制厂商不良持留行为的自律新机制.pdf

第 2 8卷 第 l l 期 2 0 0 4 年 6月 电网技术 Po we r S y s t e m Te c h n o l o g y Vb 1 2 8NO 1 l J u n 2 0 o 4 文章编号 1 0 0 0 3 6 7 3 2 0 0 4 l 1 0 0 0 1 0 6 中图分类号 T M7 3 F 1 2 3 9 文献标识码 A 当量电价 自动抑制厂商不 良持留行为的自律新机制 李晓刚 言茂松 谢贤亚 1 华东电力培训 中心 上海 2 0 0 4 3 8 2 上海大学 自 动化 系 上海 2 0 0 0 7 2 EL ECT RI CI T Y V A LUE EQUI V A LE NT P RI CI NG MET HoD S I NT ERNAL AUT oNoMY M ECHANI S M To RES TRAI N M ARKET PoW ER LI Xi a o g a n g Y AN M a o s o n g XI E Xi an y a 1 Ea s t Ch i n a Gr i d Tr a i n i n g Ce n t e r S h ang h ai 2 0 0 4 3 8 Ch i n a 2 De p t o f Au t o ma t i o n S h an g h ai Un i v e r s i t y S h ang h ai 2 0 0 0 7 2 C hin a ABS TRACT Ge n e r a t i o n c a p a c i t y wi t h ho l d i n g i s t h e mo s t u s u a l a p p r o a c h f o r a p o we r s u p p l i e r t o e x e r c i s e h i s ma r k e t p o we r I t i s mo r e d a n g e r o u s t o the mark e t b e c a u s e i t i s h i d d e n f r o m v i e w o f the mark r e g u l a ti o n Un d e r e i the r u n i f o r m c l e a r i n g o r t wo p a r t t a r i ffs p ric ing me tho d s s u p p l i e r s o f t e n wi t h ho l d g e n e r a ti o n c a p a c i t y t o ma x i mi z e the i r p r o fit s Un d e r P A B p a y a s b i d p ri c i n g me thod p o we r s u p p l i e rs wi t h h o l d g e n e r a ti o n c a p a c i t y t o r e s u l t i n p o we r s ho r t a g e i n the mark e t an d the n ma k e p r o fit s b y b i d d i n g hig h p ri c e So the e x t e n o r reme d i al me thod s h a v e alwa y s t o be u s e d i n the mark e t t o r e s t r a i n p o we r s u p p l i e rs mark e t po we r u n d e r tho s e t r a d i t i o n al p ric i n g me thod s Ho we v e r all the s e e x t e r i o r mi ti g a t i o n me thod s c a n no t s o l v e the p r o b l e m tho r o u g h l y El ect r i c i t y Valu e E q u i v ale n t E VE p ri c i n g me thod i s p r o v e d t o p r e s e n t an i n t e rnal a u t o n o mymech a n i s m t ores trainmark e tpo we r I nt h i s p a p e r the a c tio n o f c a p a c i t y wi t h h o l d i n g b y the po we r s u p p l i e r wi th s e v e r a l u nits i s analy z e d whic h i s s i mi l ar t o the c o l l u s i o n o f po we r s u p p l i e rs I t i s p mv od tha t the re i s n o inc e n tiv e for p o we r s u p p l i e r s t o wi t h h o l d c a p a c i ty i mp l y ing tha t E VE p ric i n g me thod h a s i n t e r n al a u t o n o my mec h a n i s m t o res tra i n mark p o we r KEY W OR DS E l ect r i c i ty mark e t Mark e t po we r Wi t h h o l d i n g P r i c i n g me thod E l ect r i c i t y v alu e e q u i v ale n t E VE 摘要 持留发 电容量 囤积居奇 获利是发电厂商行使市 场力的最常用手段 由于极具隐蔽性 其危害也最大 在 统一出清和两部制 电价下 发 电厂商从 自身利益 出发会采 取持 留容量策略 在 P A B电价下 发电厂商可先持 留容量 造成供应紧张 然后通过报高价获利 在上述传统定价机 制下 只能采用外置的补救性措旆来抑制 市场力 无法从 根本上解决问题 实用 当量电价为抑制市场力提 供了全新 基金项目 国家 自 然科学基金重点资助项目 5 9 9 3 7 1 5 0 的机制 使抑制市场力措旆在定价机制 中内部 自律化 作 者首次分析了实用当量电价下 发电厂商拥有 多个发电单 元 的持留容量行为 发电厂商勾结的情况与此类似 结果 表 明 即使在这种情况下发电厂 商仍没有持 留容量的利益 驱动 体现了当量 电价抑制市场力的内在 自律新机制 关键词 电力市场 市场力 持留 定价机制 当量电价 1 引言 电力工业市场化改革 的 目标是要通过竞争实 现资源 的优化配置 提高 电力工业 的生产效率 并最终降低用户用电费用 即实现 电力工业的社 会福利最大化 然而 由于电力工业初始投资很大 建设周期长 电能不能大规模 长时间储存 供 求需要随时平衡 输 电网存在阻塞 短期用户需 求缺乏弹性等特点 实际的电力市场往往不是完 全竞争的理想市场 而更接近于区域寡头市场 发电厂商可通过策略性报价 行使其市场 力来影 响市场 的电价水平 从而获取超额利润 这与 电 力市场 改革 的初衷背道而驰 因而有必要研究 电 力市场 中的市场力 以及发电厂商如何行使市场 力 并最终找出一些抑制发电厂商行使市场力的 措施 1 2 1 发 电厂商行使市场力的行为通常有两大类 报高价和持 留发电容量 通俗地讲就是 哄抬物 价 和 囤积居奇 与报高价相比 持留容量策 略更具隐蔽性 市场监管机构很难对其进行有效 监管 因而其对市场 的危害也更大 持留容量会 人为造成 电力供应紧张 电价飞升等诸 多严重危 害 2 0 0 0年至 2 0 0 1 年美国加州电力危机在某种程 度上就是由发电厂商 的持 留容量策略造成 的 3 4 1 维普资讯 2 Po we r S y s t e m Te c h n o l o g y Vl0 1 2 8No 1 1 从广义上讲 报高价也可视作一种持留 即经济 持留 E c o n o m i c Wi t h h o l d i n g 狭义的持留仅指物 理持留 P h y s i c a l Wi t h h o l d i n g 所谓物理持留是 指发 电厂商在报 价 时有 意少报部 分可用发 电容 量 其主要表现形式包括 谎称设备不能或部 分不能使用 有意不恰当地安排检修 不 申 报发电或不发 电 所谓经济持 留是指发 电厂商将 部分容量 不合理地 报高价 远 远高 于其边 际成 本 导致该部分发电容量不发电 其中物理持留 更隐蔽 更难以监管 现有的电力市场定价机制 如统一出清和 P AB 电价都不能从根本上避免发电厂商的持留容量行 为 只能通过外置的补救性措施来抑制 发电厂商 行使市场力 无法从根本上解决问题 而当量电 价定价机制提供 了抑制厂商不 良持 留行为的全新 机制 使抑制市场力的措施在定价机制 中实现 内 部 自律 I n t e rnal A u t o n o my 本文在介绍了传统 定价机制无法有效解决厂商持留行为之后 将着 重分析在实用 当量 电价下 拥有多个发 电单元的 厂商的持 留容量行 为 结果表明 厂商的不 良持 留行为被 自动有效抑制 展现了一类全新的电力 市场 自律新机制 2 传统定价机制无法有效解决厂商不 良持 留行为 2 1 统一出清电价下严重危害市场安全的持留容 量行为 目前 国内外实际运营的电力市场大多采用统 一 出清 电价 U n i f o r m C l e a r i n g P ri c e 定价方式 两部制 电价中的竞争性电量电价通常也由统一出清 方式确定 在统一出清电价下 发电厂商行使市场 力的最常见方式是持留 Wit h h o l d i n g 发电容量 即在边际机组以下的发电厂商可持留一部分发电容 量 使原先在最优发电序列以外的高价发 电单元进 入发电序列 并抬高边际电价 当通过持留容量获 得的超额利润大于因持留容量而少发电所损失的利 润时 发电厂商就会采取持留容量策略口 1 当发电厂商 i 的发电成本为c i 负荷水平为 D 时 发电容量为 设其上报发电容量为 时的 市场出清电价为 P 当其持留发电容量 时 市 场 出清 电价上升为 P a p 则其持留发 电容量的 额外收益为电价上升带来的收益 p 一 当 额外收益大于少发电而减少的收益 c i 即 A p P 一 p c i 1 时 发电厂商会选择持留容量策略 式 1 即为发 电厂商是否会采取持留容量策略 的条件 持留容量的实质是 囤积居奇 即通过持留 人为造成电力供应的紧张 甚至短缺 一旦造成电 力的相对短缺 发电市场变为卖方市场 发电厂商 就可偏离成本报高价 特别是原先边际机组以外的 发电单元 由于电力短缺而使其竞价失败的风险大 为降低 从而可报 出高 电价并获得上 网机会 使 p变得很大 此时式 1 极易满足 这将进一步激 励所有发 电厂商持留容量 由此形成恶性循环 造 成容量进 步短缺 电价进一步飞升 如不加限制 则市场将失控 考查持留容量对市场影响的一个重 要指标是持留容量后 整个市场剩余容量相对于负 荷需求的充裕程度 一项研究表明 5 1 当负荷 占总 的可用容量的 8 0 以下时 发电厂商通常会按成本 报价 当负荷 占总的可用容量的 8 0 8 5 时 发 电厂商的报价至少会比成本高 6 0 当负荷占总的 可用容量的 8 5 以上时 发电厂商的报价可高达其 成本的 3 8倍 2 2 P A B电价下发电厂商的持留容量行为 采用 P A B P a y a s B i d 电价方法 即按报价支 付 竞价成功的发电机组的上网电价即为其报价 在 P A B 电价方法下 发电厂商持留发电容量之后 虽然高成本的发电机组会进入发电序列 但是对该 厂商的支付电价仍然是其报价 在考虑产量决策时 暂不同时考虑价格决策 即发电厂商持留容量前后 报价不变 由于其上网电价未变 而持留容量之后 发电量减少 发电厂商的利润反而下降 故在 P A B 电价下 仅考虑产量决策时 发电厂商没有持留发 电容量的利益驱动 因而在加州 电力危机之后 有 部分学者和政府官员建议采用 P A B定价方法 但进一步深入研究后 笔者发现 上述 结论 是在假设发电厂商持 留容量前后报价不变的情况 下得到的 在 P A B电价下 当市场供应较紧张时 发 电厂商持留容量后 同样导致发 电市场 由买方 市场变成卖方市场 这样一来 发 电厂商仍可通 过报高价谋取额外利润 而且市场供应越紧张 发 电厂商越有可能持留发电容量 这表 明 在抑 制发电厂商持留容量方面 P A B 电价并非如一些 人所认为的那样有效 2 3 外置的补救性措施无法从根本上解决问题 由于上述传统定价方法都不能抑制发 电厂商 的持 留容量行为 因而在 以上述传统定价方法为 维普资讯 第 2 8 卷 第 1 1 期 电网技术 3 核心的电力市场 中 将不得不外置抑制发 电厂商 市场力的补救性措施 设置价格帽 P r i c e C a p 是 目前国内外电力市 场 中应用最为广泛的抑制发电厂商行使市场力的措 施 价格帽有 申报 电价价格帽和出清 电价价格帽两 种形式 在西方国家 由于认为价格帽一旦起作用 就相当于关闭市场 因此价格帽通常设置得很高 由于它是一种外置 的措施 必然存在先天的局 限 性 在统一出清电价下 当持留容量前市场 出清电 价远低于价格帽时 则在持留容量 后 出清 电 价仍将低于价格帽 发电厂商仍有可能通过持留容 量策略获利 这表明 价格帽并不是一种始终有效 的抑制市场力的措施 设置价格帽只能在出清电价 很高时起到抑制发电厂商持留容量策略的作用 若 价格帽设置太高 会出现价格帽不起作用的情况 但设置太低 又会出现过度管制的问题 此外 由于价格帽是一种硬性的价格管制措 施 因此在某种程度上相 当于关闭市场 相应地 会产生一些负面的影响 在短期 内 价格帽将造 成供需的不平衡 并导致供应配给现象 从长期 来看 价格帽会减少 电力 的投资激励 并有可能 将短期的供需不平衡累积成长期的供应短缺 相 对于基机组而言 价格帽对峰机组的影响更大 由于价格帽的存在 很可能会导致峰机组的收益 不足 长此 以往将可能导致系统的调峰容量不足 引入负荷弹性 或称 需求侧价格响应 也是 抑制市场力措施 的一个重要部分 由于短期 电力 需求弹性通常很小 因而在实际电力交易中都鼓 励用户通过远期的双边合同 包括金融性的差价 合 同和物理合 同 或电力期货购电 以引入 电力 的长期需求弹性 但需要指出的是 长期合同 包 括期货 的价格是受现货市场价格影响的 当现 货价格严重背离 电力生产成本时 合 同市场的价 格也很难保持在合理的水平 3 当量电价下单个发电单元不良持留行为 被抑制的机理 当量电价嘲 提供了抑制厂商不 良持留行为的全 新机制 即抑制市场力措施在定价机制 中的内部 自律化 在实用当量 电价法中 发 电单元 上报电量成 本 发 电容量 电力交易中心分三步确定机 组的加载位置和支付 电价 第一步 在 日负荷持 续 曲线上 将 按 由小到大排序 直到与 日峰 荷平衡 得到各机组的加载位 置和 日利用小时数 第二步 在成本特性图 图 1 上 从峰机组 开始 经过原点 作最小成本折线 需要指出的 是在成本平面上 机组的加载顺序是从右向左 即在图 1中的基机组 1最先加载 峰机组 m 最后 加载 第三步 在政府给出容量成本参考 系的条 件下 将最小成本折线整体向上平移 直到与成 本参考系相切 为止 例如图 l中的切点 C 最后 将平移后的各机组线段延长 如图 1中虚线所示 与成本平面纵坐标轴的交点即为各机组的影子容 量成本 机组 f 所得的上网电价为 鲁 2 图 1 实用当量 电价法的说明 F i g 1 I l l u s t r a t i o n o f EVE pr i c i ng me t ho d 文献 6 提出了实用当量 电价法的右端点原理 即机组的上网电价等于平移后最终成本折线上该机 组成本线段的右端点与原点连线的斜率 例如图 1 中机组 f l的上网电价等于点 A 与原点联线的斜 率 下文就用右端点原理来分析只有一个发电单元 的发电厂商的持留容量行为 首先讨论切点 c以左 的发电单元 由于在成本平面上机组是从右向左加 载 则切点 C 以左的任一发 电单元持留部分容量 后 因其 右端点 位置不会变化 按 右端点原 理 它的上网电价不变 但 同时持留容量还要付 出上网容量减少的代价 因此这类机组没有持留容 量激励 再讨论切点 C 以右的发电单元 见图 2 设其中基机组 1持留部分容量 其切点向右上方移 动至 C 处 同时其成本线段的 右端点 少量上移 按 右端点原理 它的上网电价也将少量增加 但 它决不会像统一出清定价法那样大幅上扬 容量成 本参考系起到了管束作用 同时由于持留容量还要 付出上网容量减少的代价 使增减大体相抵 文献 7 用解析法证明了上述结论 并指出在实用当量 电 价法下 任一机组要靠 持留容量 获利必需满足 维普资讯 4 P o we r S y s t e m Te c h n o l o g y Vl0 1 2 8NO 1 l 一 个非常苛刻的条件 以至于几乎不可能获利 更 不用说获取暴利 所 以可以认为基本上没有持留容 量激励 容量成本参考系 图 2 切点 C以右基单元 1 持留容量情况 Fi g 2 W i t h h o l d i n gc a p a c i t yb yb a s eu n i t Il o c a t e d r i g h t o nC 4 当量电价下多个发电单元不良持留行为 被抑制的机理 上一节中仅对拥有单个发 电单元 的发电厂商 在实用当量 电价下 的持 留容量行为进行了分析 在实际的电力市场当中发 电厂商可能拥有多个发 电单元 此外 市场中还可能存在多个发 电厂商 勾结的情况 从本质上讲 发 电厂商勾结的情况 和 一个发 电厂商拥有 多个 发 电单元 的情 况相类 似 以下进一步分析拥有多个发 电单元的发 电厂 商的持留容量行为 如图 1 所示 设 1 发电单元的加载顺序为 1 2 3 l 1 f f l m 一 1 m 其中 m为边际机组 f 为切点 机 组 2 0 一1 1 一1 为最小成本折线与容量成本参考系切 点的 横坐标 即为切点机组的日利用小时数 则发电单元 的上网电价为 p 争 一 善 f r i 3 l T i I i l 1 一 T i 1 l I i k w 1 m 4 式中 分别是持留发电单元 W前后 发电 单元 k的利用小时数 另设发电厂商持留容量相对于总的负荷需求 较小 则切点机组保持不变 在统一出清 电价下 只要发 电厂商持留的容 量一样 其对出清 电价 的影响就一样 而与所持 留发 电单元 的发电成本无关 因而在统一出清 电 价下 发电厂商通常都选择持留成本最高的发 电 单元 因为这样节省的运行成本最多 而实用当 量电价下 由于各发电单元的支付电价不同 情 况要复杂得多 下面首先讨论发 电厂商持留发电 成本最高的发 电单元的情况 1 持留发电单元的加载顺序在切点机组以 后 该厂商剩余发电单元 以下简称剩余单元 的加载顺序也在切点机组以后 不妨设持 留发 电 单元的加载顺序为 W 剩余单元的加载顺序为 r 显然 w r l 由式 3 可知 持留容量后 P 无变化 即持留发电容量并不能使剩余单元 r 的上网电价提 高 反而 由于减少发 电量而导致利润下 降 故在 该情况下 发电厂商选择不持留 2 持留发电单元的加载顺序在切点机组以 后 剩余单元加载顺序在切点机组以前 即 w l r 由式 3 可知 持 留容量后 P 同样无变化 即在该 情况下 发 电厂商也选择不持留 3 持留发电单元的加载顺序在切点机组 以 前 剩余 单元加 载顺序也在 切点机 组 以前 即 l w r 发 电厂商持留容量后将造成切点机组 f的 利用小时数增加 即 r l r 持留发电容量只 后剩余单元的上网电价为 p 2 j b j T b一 r 1 1 W I l I 一 1 一 5 r k r l r w l 发电厂商持留容量的收益为 A n p 一 P P r r r 一 P 一 b w P w r w 6 式中 只 和 分别为持留发电单元和剩余单元的 发电容量 P 和 P 分别为持留容量前 持留发电 维普资讯 第 2 8卷 第 l 1 期 电网技术 5 单元和剩余单元的上网电价 1 p P 一 P 6 一 一 b w 1 1 f 一 一 7 r 万 b j 一 r w一 1 P r 一 8 式中 为持留发 电单元 W的影子容量成本 7 由实用当量电价的特性可知 b b 即式 8 右w 边第一项大于零 这项表示发 电厂商持留容量后 剩余单元增加 的收益 通常情况该项要小于持留 发 电单元不发电而减少的收益 P w 当持留发 电容 量 较 少 且 系统 中 发 电单 元 较 多 时 有 则 万 w l 持 留发电 容量后剩余单元的上网电价为 一 1 w I 一 毒 A一 1 发 电厂商持留容量的收益为 A i r p P 一 p 一 b w b w 一 一 A一 2 式 A 一 2 右边第 一项表示发电厂商持留容量后剩余单元 增加 的收益 第二项表示持 留发电单元不发电而减少的收 益 当持 留发 电容量较 少 且系统 中发 电单元较 多时 则 A l r l w 发电厂商持 留 容量后将造成切点机组 的利用 小时数增加 持 留发电容 量后剩余单元的上网电价为 一 r I A 3 发电厂商持 留容量的收益为 石 p P 一