（动力机械及工程专业论文）基于预测的电力市场报价方案评估与决策.pdf

摘要 摘要 题名：基于预测的电力市场报价方案评估与决策 姓名：楼可炜 导师：王培红( 教授) 学校：东南大学 正文： 论文以国家自然科学基金热力设备实时数据中知识学习与挖掘算法研究( 编号 5 0 3 7 6 0 1 1 ) 和合作项目“发电公司竞价决策系统”为背景，围绕我国电力市场改革下发电 企业如何根据自身热力漫备的性能选择最优报价策略，以实现竞价方案的最大利润和风险 规避等目标。 全文的主要内容、应用方法及仓新成果如下所示： 1 作为国家自然科学基金研究的一部分，本文研究并改进了灰色预测模型，井用于 预测各时段系统边际电价。预测结果表明改进后的灰色预测模型可以满足发电企业竞价交 易的实时快速应用，并且预测结果比较准确可靠。 2 灰色预测模型对于发电企业竞价中信息获知贫乏和需要快速计算的特点具有很好 的适应性。本文重点研究了g m ( 1 ，1 ) 和g m ( 1 ，n ) 两种预测模型，验证了带有残差 模型时对于模型精度的修正，实现了两种预测方法的统一模型，给出了推导过程。提出了 g m ( 1 ，1 ) 和g m ( 1 ，n ) 预测模型结合应用的方法，加入了影响因子的预测序列，改 进了预测精度。并且根据所得预澳4 值，给出了随机生成批量报价方案的方法。 3 根据发电企业的收入形式和成本支山，得到了竞价方案的收益评估算法。以微观 经济学原理为指导，探讨了传统会计成本计算不全面、实效性著的缺点，并借鉴经济成本 的分析理论，深入分析了发电企业从事电力生产过程中实际发生的成本，分别从边际运行 成本和边际容量成本两方面分析了成本的边际趋势，给出了发电企业在任一时间轴上真实 动态成本的分析方法，发现了不同时期、不同负荷率下机组的发电成本变化规律。并据此 求得发电机组在最小运行成本及最人利润指标下的虽优负荷值。最后在考虑发电企业投资 回收周期及当前运营情况的前提下，建立了竞价方案的收益评估方法。 4 借鉴经济领域对风险的理解，详细探讨了发电企业电力交易过程中的风险类型及 处理方式，重点研究了发电企业的生产风险及报价风险。其中对于生产风险的衡量，提出 了基于机组日常运行状况考评的故障分析方法，给出了机组生产风险的量化算法：在报价 方案的风险评估中，提出了一种参照历史已有数据的概率统计和对当前市场预测精度区间 分析相结合的方法，分别从历史发生的状况和当前新的可能趋势两方面考虑，来对报价方 案的中标风险做出综合测算。结合发电企业的生产风险和报价风险的度量方法，形成了竟 价交易过程的综台风险评估。 5 提出了发电侧报价方案优劣的评价指标，分别从方案的期望利润、平均风险度量、 竞价利润增茸、方案电价电量的设置合理度对报价方案进行综合评估。并结合灰色决策算 法本身对贫信息不确定状态的适用性，首次将灰色局势决策算法应用于发电企业竞价方案 的决策研究中，得到了比较满意的实践结果。 关键词：电力市场竞价上网灰色预测成本分析风险决策 a b s l r a c t a b s t r a c t t i t l e ：e v a l u a t i o na n dd e c i s i o n - m a k i n go fb i d d i n gp r o j e c ti ne l e c t r i c i t ym a r k e ts u p p o r t e db y f o r e c a s t n a m e ：l o uk e w e i s u p e r v i s o r ：p r o f w a n gp e i h o n g s c h o o l ：s o u t h e a s tu n i v e r s i t y t e x t ： t h e s i sw i t hn a t i o n a ln a t u r a ls c i e n c ef u n d ( ( t h et h e r m o d y n a m i ce n e r g ye q u i p m e n t st h e k n o w l e d g es t u d ya n dt h ee x c a v a t i o nc a l c u l a t ew a yr e s e a r c hi nn es o l i dh o u rd a t a f s e r i a l n u m b e r5 0 3 7 6 0 1 a n dt h ec o o p e r a t i o ni t e m ”g e n e r a t o rb i d d i n gs y s t e m ( g b s 8 0 0 0 ) ”f o r b a c k g r o u n d ，a r o u n do u rc o u n t r ye l e c t r i cp o w e rm a r k e tr e f o r mb o t t o m ，p o w e rp l a n te n t e r p r i s e h o wt oc h o o s et h es u p e r i o rb i d d i n gs t r a t e g yt oe v a d et h er i s ka n dt og a i nm o r ep r o f i t t h em a i n c o n t e n t s t h ea p p l i c a t i o nm e t h o da n dc r e a t i v er e s u l to f t h ef u l lt e x ts h o wa sf o l l o w s ： 1 b eo n ep a r to f t h en a t i o n a ln a t u r a ls c i e n c ef u n dr e s e a r c h ，t h i sp a p e ri m p r o v e dg r a ya n e s t i m a t em o d e l ，a n da p p l yi ns m pf o r e c a s t t h ep r e d i c tr e s u l ti n d i c a t et h a ti m p r o v e m e n te m p r e s s o f g r a ye s t i m a t em o d e lc a ns a t i s f yt og e n e r a t ee l e c t r i c i t yi nb i d d i n gb a r g a i no fs o l i dh o u rq u i c k l y a p p l i e d a n dt h ee s t i m a t er e s u l tm o r ea c c u r a t ec r e d i b i l i t y 2 a c c o r d i n gt op o w e rp l a n te n t e r p r i s ei sf e w t og e tt h ei n f o r m a t i o n ，a d o p t i o nt h eg r e y f o r e c a s tm o d e lt ot h es y s t e ml i m i tg i v eo rg e ts m pc a r r yo na l le s t i m a t ea p p l i c a t i o n a n a l y z e dt o c o m p a r eg m ( 1 ，1 ) a n dg m ( 1 ，n ) t h ec h a r a c t e r i s t i c so f t w ok i n d so f e s t i m a t em o d e l sa n da p p l i e d r e s u l t ，v e r i f yt ot h ei m p r o v e m e n to f t h em o d e la c c u r a c yw i t hr e s i d u l ec o r r e c t i o n ，p u tf o r w a r dt h e a p p l i c a t i o no ft h ef u r t h e ri m p r o v e m e n tp r o b l e mi nt h ee l e c t r i cp o w e rm a r k e t a n da c c o r d i n gt o t h ef o r e c a s tv a l u e , c a r r yo u tam e t h o do f m a k i n gr a n d o mb a t c hq u a n t i t yb i d d i n gp r o j e c t s 3 a n a l y z e dt h ei n c o m ef o r ma n dc o s ti nt h eg e n e r a t i o ne n t e r p r i s e ，b u i l d i n gu pt h e i n c o m ev a l u a t i o ns y s t e mo ft h eb i d d i n g t a k et h et i n yv i e we c o n o m i c sp r i n c i p l ea st og u i d e ， a n a l y z e dt r a d i t i o n a la c c o u n t i n gc o s t sn o to v e r a l l ，t h er e a lr e s u l t sd i f f e ro fw e a k n e s s ，a n da d o p t e c o n o m i cc o s t so fa n a l y t i c a lm e t h o d ，t h o r o u g hs t u d yg e n e r a t ee l e c t r i c i t yab u s i n e s se n t e r p r i s et o b ee n g a g e di na l lc o s ti nt h ee l e c t r i c i t yq u a n t i t yp r o d u c t i o nl i n e ，d i f f e r e n c ef r o mc i r c u l a t e dt h e c o s ta n dc a p a c i t yc o s tb o t i ls i d et oa n a l y z et h el i m i tt r e n do fc o s t ，b u i l d 叩a n yt i m es t a l ku pt h e a n a l y t i c a lm e t h o do ft r u ed y n a m i cs t a t ec o s t ，g o tad i f f e r e n tt y p et i m e ，d i f f e r e n tb u r d e nr a t et o d e s c e n dt h em a c h i n es e tt og e n e r a t ee l e c t r i c i t yc o s tv a r i e t yr e g u l a t i o n c o m b i n e dt ot a l l yu pt h e g e n e r a t o rs e tad i f f e r e n c eo nt h e s eg r o u n d st oc i r c u l a t et h ec o s ta n dt h eb i g g e s tp r o f i t si n d e xs i g n i nt h el e a s tu n d e r o f t h es u p e r i o rb u r d e nv a l u e 4 i n q u i d e di nt og e n e r a t i o ne n t e r p r i s et oc a r r yo nt h er i s kt y p ea n dt h ep r o c e s s i n g m e t h o dt h a tp r o d u c e sb a r g a i ni nd e t a i l l a ye q u a ls t r e s so nt oo r d e ra r i a l y t i c a lt h em e d i m nm a r k o f t h eo f f e r p r o j e c tr i s k ，p u t f o r w a r dak i n do f n e wa m o u n to fr i s k t o t u r n t h ev a l u a t i o n m e t h o d ， m a k eu s eo ft ot h eh i s t o r yd a t aa l lt h er a t es t a t i s t i c sa n dt oc u r r e n tt h em a r k e tp r e d i c tt h e a c c u r a c yz o n ea n a l y s i s ，t oo f f e rp r o j e c to fm e d i u mm a r kt h er i s kd oag e n e r o u sc h a r a c t e r a b s t r a c t 5 e s t a b l i s h e dt h ee v a l u a t i o ni n d e xt o j u d g et h eb i d d i n gp r o j e c tg o o do rb a d ，a n da p p r a i s e t h eb i d d i n go f f e r ss y n t h e t i c a l l yf r o mt h ee x p e c t a t i o np r o f i t s ，a v e r a g er i s kg e n e r o u sc h a r a c t e r , p r o j e c to ft h ep r o j e c tt h er e a s o n a b l ed e g r e ec a l t yo nc o m p r e h e n s i v ev a l u a t i o nt o w a r d sq u o t i n ga p r o j e c t c o m b i n et h eg r e ys i t u a t i o nm o d e la p p l i c a b i l i t yf o rt h ep o o ri n f o r m a t i o ni n d e t e r m i n a t i o n a p p e a r a n c ea l s o ，m a k et h eg r e ys i t u a t i o nm o d e lf o r t h ev e r yf i r s tt i m ea p p l y i n gi np o w e rp l a n t e n t e r p r i s eb i d d i n gb u s i n e s sa n dg o tam o r es a t l s f i e df u l f i l l m e n tr e s u l ti nt h ed e c i s i o n m a k i n g r e s e a r c h k e y w o r d s ：e l e c t r i c i t ym a r k e t ；b i d d i n gs y s t e m ；g r e yf o r e c a s t ；c o s ta n a l y s i s ；r i s kd e c i s i o n l i l 东南大学学位论文独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是我个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，也不包含为获得东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 的说明并表示了谢意。 东南大学学位论文使用授权声明 东南大学、中国科学技术信息研究所、国家图书馆有权保留本人所送交学位论文 的复印件和电子文档，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。本人电子文档 的内容和纸质论文的内容相一致。除在保密期内的保密论文外，允许论文被查阅和借 阅，可以公布( 包括刊登) 论文的全部或部分内容。论文的公布( 包括刊登) 授权东 南大学研究生院办理。 研究生签名：刍睦望型导师签名：至皇塑兰日期：翌兰：! 东南大学预士学位论文 第一章绪论 1 1 电力市场的特征含义及发展状况 当前，电力工业在全世界范围内发生着深刻的变化。电力工业的改革目标在于提高电力 生产效率，使电价形成机制合理化，提供高质量、更安全的电力产品，促进电力工业本身的 良性发展并使全社会从改革中得到更好的经济效益和社会效益。 从国际、国内的发展形势看，电力走向市场是历史的必然。电力走向市场，就是要将电 力上业纳入到市场经济的框架中，通过市场竞争资源，达到资源的最优配置。但是电力市场 的建设是一个长期复杂的工程，虽然已经进行了二十年左右的时间，依然没有一种模式认为 是非常成功的，世界各国都还处于探索完善的过程中。 1 1 1 电力市场的定义和特征 电力市场是有别于传统的垄断型电力t 业，是在实现结构性重组，引入商业竞争机制后 新型的电力工业组织结构、经营管理和运行规划的总称。是屯力商品交换关系的总和”1 。具 体的来讲，电力市场是采用经济、法律等手段，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。 根据以上定义，电力市场首先是一种管理机制。这种机制与传统的行政命令机制不同， 而使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。 电力市场一般具有开放性、竞争性、计划性和协调性的基本特征。与传统的垄断电力工 业相比。电力市场具有开放性和竞争性：与普通的商品市场相比，电力市场具有计划性和协 凋性”。电力系统的各个环节是紧密相关的各组织成员的操作均对电力系统产生影响，所 以要求电力市场中的电力生产、使用、交换要有计划性，同时由于供、用平衡性，要求电力 成员之间相互协调。 电力市场是以货币为媒介，以电力及其相关产品的交换为目的的场所，它包括狭义的市 场和广义的市场“1 。狭义的电力市场仅仅是电力商品的交换，而广义的电力市场则包括了一 切与电有关的产品交换，可从以下方面认识它”。： 1 电力市场是以货币手段实现商品交换的市场； 2 电力市场是电力商品交易为主，包括了与电力商品相关的非物化服务交易的市场； 3 电力市场不一定具有固定的交易场所，也可以通过合同的签订标志交易的实现： 4 电力市场是一个多元化、多样化的市场，具有比较完善的市场结构体系及公平、公 正、公开的市场竞争规则；健全的市场监督管理及有效的法律、法规保障措施； 5 电力市场是现代高新技术应用密集的市场。 1 1 2 电力市场的交易模式 从上世纪八十年代中期开始，以英国为首的发达资本主义国家开始对电力上业进行改 第一章绪论 革，主要措旌是打破传统电力工业发、输、配、售垂直一体化管理模式，引入竞争机制实 行厂网分开、输配分开、发电企业竞价上网。以便降低成本、增加效益、提高服务水平。这 一方案的实施，对电力工业的发展和电力经营管理起到了巨火的推动作用。随后，澳大利 亚、新西兰、阿根廷、美国及欧洲等国家和地区纷起效仿，开始了电力工业的改革和建立电 力市场的工作。到目前为止。世界各国的市场交易模式大致分为以下几种基本类型。： 1 电力联营体( p 0 0 1 ) 模式 电力联营体模型也称总量市场化模型。在这种模式下，一切电力交易必须在p o o l 内进行，发电商和用户必须通过电网运营中心发生经济关系，电力联营体实际上承担了 单一的电力购买任务，从各发电商购得电力然后销售给各用户。因此p o o l 模式也称为“1 + n ”模式，“l ”指电网运营机构；n 指参与竞争的发电商。此9 b p o o f 模式还允许 少量大用户签订纯金融性的差价合同，以降低市场风险，不过数量十分有限，自由度也 很小。 p o o l 模式f ，电网运营机构直接制定符合安全要求的交易计划，比较容易实现安全 与经济的协调。但是对于发电商而言，报价和价格制定步骡都太复杂，不易根据透明价 格信息做出合理的决策。它还限制了需求侧的参与，电力库中的竞争只有发电商的竞价， 供电商和用户无法参与，定价缺乏竞争力度。随着改革的深入，应该逐步将市场交易业 务分离，建立专门的市场交易机构。 目前，英国、智利、阿根廷以及美国p j m 电力市场、澳大利亚的v i c t o r i a 电力市场都 属于此类市场模式。 2 烈边交易模式 双边交易模式也叫非管制型电力联营体( p 0 0 1 ) 模型或净量市场化模型。分为p o o l 外的双边合同市场、期货市场以及p o o l 内的小时市场、日前市场和平衡市场。 双边交易模式的最大特点是交易双方为发电商与最终电力用户或者双方各自的代理中 介机构。该模式一般不单独存在而是与p o o l 模式共存，且双边交易所占份额较人。与 p o o l 模式相比，双边交易模式下的竞争更加充分。它的市场交易与调度运行船 能一般被 分离。市场交易由p o w e re x c h a n g e ( p x ) 或s c h e d u l i n gc o o r d i n a t o r ( s c ) 负责确定交 易量和价格。其中p x 负责p o o l 市场的运营，s c 负责般边交易的协调。i s o ( i n d e p e n d e n t s y s t e mo p e r a t o r ) 负责调度运行职能，确保全系统安全、可靠运行。一旦电网出现阻 塞或其他安全隐患，i s o 负责启动输电阻塞管理程序，协调各市场的交易。此# b i s 0 还负 责辅助服务市场的运行，并制定输电电价和辅助服务价格。 美国加州电力市场以及北欧电力市场、新西兰等国部属于该电力市场模式。 3 协调多边交易模式 协调多边交易模式是由吴复立( f f w u ) 等人提出的一种新的电力市场交易模式，在 国内又被称为分散优化理论，与集中优化理论( 即现货电价理论) 并称为电力市场两大 学派。该模式中完全不存在p o o l 市场或p x 机构，而是考虑了经纪人( b r o k e r ) 、零售商 ( r e t a i l e r ) 等市场中间环节，是在双边交易模式基础上发展起来的一种基于分布协调式 的、更广泛的市场模式。它将市场交易与调度运行彻底分离，把传统的集中协调功能设 计到信息结构中，市场交易与凋度运行完全分离。该模式体现了电力市场部分管制下竞 争的真实特点，并且可以与其他两种基本模式共存于同一市场框架中。 协嘲多边交易模式从理论上而言是比较合理的，但是只适用于充分竞争状态f 的市 场环境，目前各国的电力市场发展尚未达到那种程度。 2 东南人学硕上学位论文 1 1 3 我国电力市场的发展现状 9 9 7 年1 爿1 6 日中国国家电力公司的成立，标志着“公司化改组、商业化运营、法制化 管理”为指导原则的电力1 业改革的正式启动。1 9 9 7 年1 1 月，国家电力公司召开会议，正式 启动建立模拟电力市场。1 9 9 8 年，国家电力公司提出了“实行网厂分开。建立发电侧电力市 场的实施方案框架”，并将山尔、上海、浙江、辽宁、占林和黑龙江列为试点单位。这标志 着政府积极推进建立发电侧电力市场工作的正式启动和电力工业继续深化改革，以期打破垄 断，形成统一、开放、有序的电力市场的开始”1 。在发电侧引入市场机制，竞价上网，以此 作为实施电力行业市场化运营的一个重要步骤。通过部分试点单位的市场化运行，积累经验， 逐步发展成完善的电力市场。 2 0 0 1 年国务院明确了我国电力改革的总体目标：打破垄断，引入竞争，提高效率，降低 成本，健全电价机制，优化资源配置，促进电力发展。推动全国联网，构建政府监督下的政 企分开、公平竞争、开放有序、健康发展的电力市场体系。并指出“十五”期间电力体制改 革的主要任务是实行厂网分开，重组发电和电网企业：实行竞价上网建立电力市场运行规 则和政府监管体系，初步建立竞争、开放的区域性电力市场，实行新的电价机制；制定发电 排放的环境折价标准，形成激励清洁电源发展的新机制；开展发电企业向大用户直接供电的 试点工作，改变电网企业独家购买电力的格局；继续推进农村电力管理体制的改革。这意 味着我国进入w t o 后，为顺应市场发展规律，融入全球经济一体化，电力工业必然要打破垄 断，引入竞争逐步实现发电、输电、配电和售电四个环节分离，打破省间壁垒，实现全国 联网，两电东送，建立规范有序的电力市场，在最大范围内进行资源优化。 2 0 0 1 年1 月，山东、上海、浙江的发电侧电力市场相继投入商业化试远营，2 0 0 1 年6 月， 东北三省发电市场也正式启动。现阶段，我国电力市场发展的基本现状如下： i 电力市场层次结构 我国目前主要以省网电力市场为主，是电力市场中具有重要地位的一级电力市场。它的 交易主体是省电力公司、独立发电公司、配电公司、直供大用户，各省的电网交易中心不但 是单一的购买者，而且还是本省发电商进行大区卖电的代理商。初期在浙江、上海、山东、 东北三省进行竞价上网的试运行，并逐步过渡剑华东、东北、南方电力市场大区级电力市场， 最终过渡到国家和大区的两级电力市场。 2 发电侧电力市场 目前，我国电力市场的改革取向是“网厂分开、竞价上网”，即将电网经营企业拥有的 发电厂与电网分开，建立规范的、具有独立法人地位的发电实体，市场也只对发电侧开放。 发电侧电力市场的市场主体是各独立发电企业和电网经营企业，电网经营企业负责组织各发 电公司间的竞争，政府负责对电力市场进行监督管理。根据“省为实体”的方针，我国的电 力市场以省级电力市场为主各省电力公司是其省内电力市场竞争的组织者。 3 单一购买者模式 上节介绍的电力联营体p o o l 模式其实是“l + n ”模式，那么我国目前电力市场也是如此。 用户不能直接与发电厂签订购电合同，只能由电网公司向各发电企业购电然后再向用户供 电。在这种模式下，电网公司必须时刻做到供需平衡，保证片j 户的州电需要。 4 限量竞争模式 限量竞争模式是上网电量的一部分由购电合同包销。价格仍执行政府批准的上网电价； 其余部分电量由发电公司报价，实行竞价上网。因此机组在报价的时候按照全屯量进行报价， 竞争所得中标电量在结算的时候分为合约电量和竞价电量两部分：合约电量按照合约电价来 结算，竞价电量按照市场出清价结算。所以真正意义上的竞价屯量人概只有1 0 2 0 左右， 是一种“合约交易为主、现货交易为辅”的竞价模式，绝大部分批发电量都应以合约形式完 第一章绪论 成上网竞价交易。其优点：1 ) 可以防止电力批发价格的大幅波动；2 ) 可以大大减少市场操 纵现象；3 ) 增大批发交易双方全年交易电量和交易价格的可预见性，有效的减少交易双方 的风险；4 ) 使电源投资者减少风险感，提高投资的积极性，从而减少系统的缺电风险。 5 交易类型 目前我国现行的电力市场主要采用了k = 期合同、现货交易、实时交易等三种交易方式”。 长期合同的存在是冈为在单一购买者模式f 的发电侧电力市场，组织发屯公司竞争的电网经 营企业担负着保证向用户供电的义务。所以电网经营企业为了防止严重缺电或电价急剧升 高的风险，必须与发电公司签订一定数量的长期合同。目前，各发电公司保留原有合同8 0 左右的电量作为电力市场的长期合同。 现货交易是指按照发电机组的报价。提前l 天确定第2 天的发电计划。现货交易主要采用 两种方式：一种是将长期合同看作是一个经济合同而非物理合同，在编制第2 天的发电计划 时，按照各发电厂的申报数据，编制交易计划，如果现货市场的发电计划与k 期合同不一致， 采用经济手段进行补偿；另一种方式是将长期合同看作是物理合同长划合同确定的电量在 现货市场首先安排，其余部分作为交易电量编制计划。 实时交易是指在交易日当天确定的发电计划，由丁- 电力工业的特点，要求发电与负荷实 时平衡。不管采用什么方式，由于存在负荷预测误差及系统运行状况的变化，提前i 天制定 的发电计划与实际的负荷需求间存在差别，需要实时调整发电计划，所以必须建立实时交易 市场。在我国，由于处于由传统的管理方式向市场经济转变的初始阶段，同时受电力市场技 术支持系统的制约，实时交易基本上是作为长划合同和现货交易的小量补充。 1 2 电力市场研究的主要内容和现状 上世纪八十年代初，美国麻省理工学院的著名专家f c s c h w e p p e 教授等人提出了实时电 价( s p o tp r i c i n go fe l e c t r i c i t y ) 理论，这标志着电力市场这一完整概念的基本形成j 。 随后在电力市场改革的背景r ，电力市场研究随之兴起，近几年来更是成为电力领域研究热 点。迄今为i t ，有关电力市场的研究主要集中在以下几个方面： 1 政策环境和市场结构 电力市场运营需要良好的政策环境、合理的市场结构框架和实施方案“。 改革要进行就需要一整套相关的法令、法规和电力市场规则。还要根据自身的国情、各 地区的实际情况，选择不同的市场模式，根据电力工业的实际情况制定大致的原则方案，并 指导其他相关领域的研究。 2 电价体系 电价是电力市场的杠杆，是管理电力市场组织成员的重要经济手段。确定电价原则、计 算交易屯价( 包括上网电价、销售电价、输电电价、辅助服务电价等) 是电力市场的重要内 容。 从发展最为成熟的实时电债理论开始，各个国家在具体实践的同时，对现有的电价体制 不断的深入研究，必须针对各种实际情况相应的制定具体的电价方案。定价的原则是否合理 是影响电力改革成败的关键因素。美国加州电力市场就是因为放开了发电侧批发价格而控制 了销售电价导致批发电价猛升，造成电网公司破产，引发用电危机1 。因此电价制定是一个 复杂的、长期变化的学科问题也是政策问题。 3 交易机制 交易机制是电力市场理论的核心，由此形成的交易规则是市场运营的操作指南。交易规 则必须反映商品或服务的特点，并对供需信息发布、价格申报和审核、交易计划的制定、商 品交割或合同履行、结算和奖惩等各环节进行规范。 4 东南大学硕十学位论文 目前对丁电能市场、发电辅助服务、输电服务市场的研究已经比较深入，尤其是 | j 货形 式和现货形式的电能市场以及输电服务市场的组织，已经有不少论述，并获得了一些成功的 实用方案“。交易计划的建模和求解是交易机制研究的主要内容，以往的研究多集中在电网 侧。现在研究的焦点在发电侧如何选择更好的报价策略来使得自身利益最大。这部分的研究 难度相比网侧要大很多，因为对丁单个发电企业而言，网侧购电方的很多信息是不确定的 竞争对手的运行状况和竞价簧略也是模糊的”，在这样信息贫乏的：状态下，选择制定自身的 报价策略来赢得市场利润是非常具有挑战性的研究课题。本文也将在这方面做一些讨论。 4 实时系统 随着自动化水平的不断提高，具体的电力市场应当建立在发达的自动化实时系统的基础 上，一方面建好计量及通信系统，另一方面加强预测及分析功能，在硬件和软件上均要大力 发展。经过有组织的开发，不少国家主要电能量管理系统( e m s ) 的电力市场实时系统己经初 步研究成功，并投入运行。同时还出现了一些为配合这项工作而研制的模拟仿真系统。 5 负荷管理 负荷管理的目的是最佳地满足人民生产、生活用电需求的根本问题在市场化改革中， 它不仅对电力供应有着举足轻重的影响，而且直接关系到市场的发育完善。因此，用户负荷 需求响应成了电力市场研究的重点之一，目的是在制定市场控制策略以形成各方共同合作的 良性循环“”。 对丁二电力市场中处于卖方的发电企业而言，得到一个能够实现最大利润的竞价策略无疑 是他 j 最新面临又最为迫切想解决的问题。近年来国内外关于竞价策略和竞价交易的研究方 法层出不穷，己经成为当今电力系统研究中最为热门的一个方向。 构造最佳竞价策略的途径大致有4 种： 1 市场优化方法 首先估计预测竞价交易时段的市场出清电价，然后以略低于此出清电价的价格报价。其 中包括最优潮流和市场模拟方法。此类方法原理比较简单，但是它要求发电公司对电两的 负荷需求、其他发电公司的报价行为以及电网的输电拥挤状况有较全面的了解，才能够较准 确地预测市场出清价格。 2 基于博弈论的方法 一是基于矩阵博弈模型，首先将侯选的投标策略表示为离散量，以迎合这种模型的特征。 当投标策略略为几个离散点时，可以构造各个发电公司采用不同策略组合时的收益矩阵，进 而找到一个平衡的投标策略组合，该平衡点对应_ 最优的投标策略。二是基于寡头博弈模型， 主要包括c o u m o t 模型、s t a c k e l b e r g 模型和供给函数模型。从原理上讲，这些模型的平衡对 应于发电公司的最优投标策略，但这些模型更适合于分析电力市场中潜在的市场力，而不是 构造投标策略“”。这是由丁在用这些模型时做了很多简化假设，得到的平衡点对确定最住策 略实际意义不大。此外，博弈论方法的共同缺点是假设所有发电机组的成本信息是公共信息， 而在电力市场环境下，生产成本是发电公司的内部信息，一般不会公布丁众，而且各个发电 公司的生产成本各不相同。 3 估计竞争对手彳为 一般采用概率分析模型或者模糊集方法来估计竞争对手的竞价行为。由于目前电力市场 为了防止出现发电企业联合哄抬电价，冈此对于单个发电企业而言，其他竞争对手的信息量 得知非常有限，应用此类方法的准确程度和可靠性不是很高。 4 其他优化方法 例如m a r k o v 决策链、模糊聚类分析和神经网络、依次优化法、蒙特 罗法等。这些方法 均是确定性优化方法，在其进行优化决策前，依然必须对各种信息进行简化处理或者需要事 先假设，所以它的实用性打了折扣。 第一章绪论 1 3 本文的选题意义和主要内容 电力市场的改革正在逐步深入，进行当中必然出现新的问题。现代先进算法的引入为解 决这些问题增加了途径，但如何更好地与实际情况结合，仍然有一些关键性问题需要解决。 1 3 1 本文的选题意义 竞价策略的研究以往大多从电网侧购电方的角度来进行的，对发电企业白身的生产规律 认识不够深刻，更多的是从市场的角度来分析问题。本文将从发电侧的角度讨论发电企业在 上网竞价的交易过程中，如何根据自身的状况选择最优竞价策略，实现利润最大风险最小的 目标。这对处于电力市场改革中的发电企业如何面对市场竞争来更好的实现自身的运作有着 重大意义。 1 )发电企业竞价上网的成功关键在于能够事先准确的预测市场山清电价即系统边际 电价。目前对系统边际电价的预测算法研究是一大热点，国内外学者提出了不少算法模型， 主要有神经网络预测算法、时间序列、回归模型等“。由丁上文提到对于发电侧企业而 言，所能获知的信息量非常之少，网侧的负荷需求、其他竞争对手的状况以及可能会采取的 策略都是未知数。而神经网络算法需要大量样本数据对模型进行训练，因此在实用性上有了 很大缺陷。而时间序列和回归模型一般只基。r 对单数列的预测，没有影响因子的关联分析， 这样对结果的准确性造成一些影响。本文采用了基于贫信息、不确定状态f 应用的灰色预测 模型来预测系统边际电价，一方面弥补了样本信息不足的缺陷，另一方面又能够充分利用已 有的其他影响因子的信息，尽可能的提高预测结果的准确度。 2 )企业自身的成本分析是竞价策略的基础。传统的会计成本核算只能针对发电企业记 录在帐的显性财务支出，而无法核算包括隐性成本在内的实际所有成本费用，并且随着电力 交易方式的更一步改革，目前市场和实时市场启用之后，对发电企业评估成本的实效性提山 了更高的要求，显然会计成本核算方式并不能提供实时成本“”。因此本文将以微观经济学原 理为指导，在发电企业的成本评估中引入经济成本的分析方法，分别从边际运行成本和边际 容量成本两方面构成了发电企业任何时段的动态成本，为报价方案的制定提供准确的成本参 考。 3 )一个好的竞价策略不尽需要考虑利润指标，还必须顾及市场交易下的风险因素“。 任何利润的实现都是以承担一定风险作为代价的。在发电企业的竞价过程中，由于市场状况 的不确定因素干扰，造成了不同来由的风险。并且随着电力市场改革的进行，新的市场结构、 新的交易规则的出现都会形成新的竞价交易风险。因此准确的对这些风险进行辨识分析是竞 价成功的重要前提，风险的量化评估不仅能够防止主观报价倾向、更客观理性的选择报价策 略，还能够平衡电力交易市场，减少非理性报价而导致市场出现大的动荡。 4 )如何从一堆报价方案中挑选出最优方案无疑是发电企业决策者的一大难题。这不单 因为决策的后果直接关系到企业的经营状况，而且从技术层面上，最优和次优的报价方案用 人为土观决定的办法很难衡量“。所以建立一套客观有效的理性分析报价方案的决策算法是 十分有意义的，而且可以用计算机软件后台运行实现，减少了人工的主观性错误和劳动量。 本文根据发电企业掌握决策信息量少的特点，利用灰色决策算法在贫信息状态下的适用性， 建立了一套根据当前市场新息状况并参考历史信息的报价方案决策算法，为发电企业如何在 信息不确定性前提下选择报价方案做一些探讨。 综上所述，_ 二十多年来，电力市场尽管在不断完善和发展，但它还远未成熟，还处于初 级阶段”“。近年来，国 ；i ! | 外众多专家、学者从理论、实践等方面对电力市场进行了火量的研 6 东南大学硕士学位论文 究，尤其是在发电竞价策略方面取得了许多丰硕的成果。但无论是理论方法还是实际应用都 还不能满足实际需要，冈此进一步研究电力市场发电竞价策略和竞价交易理论具有重要的现 实意义。 1 3 2 本文的主要内容 本论文是结合国家自然科学基金热力设备实时数据中知识学习与挖掘算法研究( 编 号5 0 3 7 6 0 1 1 ) 以及国电南自公司与东南大学合作项目“发电公司竞价决策系统”所进行的。 总体思路是首先从系统边际电价的预测入手，根据预测结果。同时参考华东及南方电力市场 报价规则，采用随机函数的方法，生成大批量报价方案，以待评估决策；随后从微观经济学 原理出发，对发电企业的收入及发电成本进行r 深入分析，构成了报价方案的收益评估；进 而利用概率统计方法结合经济风险理论建立了电力市场报价方案的风险评估，给山了量化的 风险度值；最后根据灰色决策算法适应贫信息下有效性的特点采用灰色局势决策算法对各 评估后报价方案进行综台决策，得到符合当前状况下的最优报价策略。 本文的主要内容及创新点如r ： 1 在第二章中，主要介绍了灰色预测理论的预测机理，重点讨论了g m ( 1 ，1 ) 和 g m ( 1 ，n ) 两种预测模型的特点和详细算法，给出了这两种预测模型的统一形式，论证了 推导过程。并结合这两种预测模型的不同特点，进行了电力市场系统边际电价的预测应用。 根据这两种模型的预测结果分析了应用效果和适用条件，验证了带有残差修正时对于模型精 度的改进，并发现了灰色预测模型在电力市场应i = j 中有效提高预测精度的数据预处理方法。 提出了预测结果批量生成不同风险倾向报价方案的方法。 2 在第三章中，依据目前我国电力市场的运营规则，分析整理了发电企业的收入方式， 主要包括电能量交易和提供辅助服务这两种形式，其中电能交易主要通过中氏期合约的签订 以及中短期电量的竞价交易为实现手段。以微观经济学原理为指导，分析了传统的会计成本 在竞价决策中的不适用性，并且采用经济成本的分析方法，深入探讨了发电企业从事电景生 产过程中的所有成本，分别从运行成本和容量成本两方面分析了成本的边际趋势，建立了任 一时间轴上真实动态成本的分析方法，得到了不同类型时段、不同负荷率下机组的发电成本 变化规律。发现了发电机组在最小运行成本及最大利润指标下的不周的最优负荷值，并提出 了基于中标电量的报价方案成本分析算法。 3 在第四章中，依据经济学风险的本质含义，结合我国电力市场的运行状况，讨论了 电力市场发电企业电力交易过程中的风险类型及处理方法。重点研究了发电企业的生产风险 及报价中标风险。其中对于生产风险的衡量，提山了基于机组日常运行状况考评的故障分析 方法，给出了机组生产风险的度量算法；在报价方案的风险评估中，提出了一种结合历史数 据的概率统计和对当前市场预测精度区间分析的新方法，分别从历史发生的状况和当前新的 可能趋势两方面考虑，来对报价方案的中标风险做出测算。最终形成了对于发电企业竞价交 易过程中风险的完整评估。 4 在第五章中深入分析了电力市场的交易规则，在此基础上建立了发电侧报价方案优 劣的评价指标。分别从方案的期望利润、平均风险度量、竞价利润增量、方案电价电量的设 置合理度对方案整体上进行综合评价，并且考虑了各指标之间的互相平衡性，既追求了利润 晟大化义顾及了风险；既否定了非理性的冒险行为义摒弃了过分的保守报价。结合灰色决策 算法本身对贫信息、不确定状态的适用性，首次将灰色局势决策算法麻i j 于发