（系统工程专业论文）电力市场下电价问题研究.pdf

西南交通大学硕士研究生学位论文第1 页 摘要 随着电力市场改革的进行，作为其核心内容的电价，成为主要的改革目标 和研究对象。电力市场从整体结构上可分为发、输、配、售四个环节。在不同 环节当中，电价的形式及受影响因素都不相同。因此，本文对电价进行了分段 研究，针对不同环节中的主要问题，如发电侧中的上网竞价问题，输电环节中 的输电电价制定与网损分摊问题，以及需求侧中的销售电价问题，进行了具体 分析，并给出相应的解决办法。主要研究工作如下： 在发电侧中，考虑电力联营模式下的竞价过程，就发电厂商之间竟价利益 冲突问题，结合经济学中博弈论，建立了完全信息和不完全信息条件下的竞价 模型。通过i e e e - 1 4 节点系统和基于统一暗标拍卖模式下的仿真计算，分别求 出了两种情况下的发电商最优策略组合，即纳什均衡与贝叶斯纳什均衡。计算 结果表明博弈论方法能有效地解决电能商品市场化后，竞价过程中各发电厂商 利益冲突问题，具有很好应用前景。 在输电侧中，就输电电价制定问题，提出了一种基于潮流追踪的两部制输 电电价新方法。在容量电价计算方面，对线路年度固定成本计算进行了改进， 引入加权数口。采用基于复功率形式的双向潮流追踪对线路年度固定成本进行 分摊，从而克服了基于有功与无功解耦的传统潮流方法中忽略无功影响的问题。 通过4 节点系统仿真结果表明该方法具有较好的经济信号，很好地做到在回收 期限内实现对固定成本投资的完全回收。 在网损分摊方面，从已有的分摊方法入手，较为全面地分析了不同方法的 不同特点。给出了基于电流实部与虚部双向追踪的面向电网全部用户的网损分 摊法，并通过算例验证了该方法能较好反映系统无功部分的影响和各用户对线 路的利用程度，对网损做到公平合理的分摊。 在需求侧中，针对销售电价特点，给出了具体的可行的销售电价定价策略。 最后对本次研究内容的发展方向进行了展望。 关键词：电力市场上网竟价博弈论两部制输电电价潮流追踪 网损分摊销售电价 西南交通大学硕士研究生学位论文第页 a b s t r a c t w i t ht h er e f o r m a t i o no fp o w e rm a r k e tc a r r y i n gt h r o u g h , e l e c t r o v a l e n c ea st h e c e n t r a lm a t t e rh a sb e e nt h em a i nt a r g e to fi t p o w e rm a r k e t , f i - o mt h ew h o l e p r o c e s s i n gs t n l c t u r e ，c a n b ed i v i d e di n t of o u r p a r t s w h i c h 毗g e n e r a t i o n , t m n s m i s s i o n , d i s t r i b u t i o na n dv e n d i t i o n i nt h ed i f f e r e n t p a r t , t h es h a p e o f e l e c t r o v a l e n c ea n di t si n f l u e n c ef a c t o r sa r ed i s t i n c t t h e r e f o r e ，t h ep a p e rr e s e a r c h e s i ns e p a r a t e l ya n dp r o p o s e sas e r i e sc o r r e s p o n d i n gc o n c r e t e l ys o l v i n gm e t h o d st ot h e p r i n 豫巧q u e s t i o ni ne v e r yp a r t , f o rh 3 s t a n c c ，t h ep 酊c eb i d d i n gp r o b l e mi nt h e g e n e r a t i o ns i d e , t h et r a n s m i s s i o nt a r i f fa n dl o s sa l l o c a t i o np r o b l e mi nt h e n 猢n i s s i o ns i d ea n dt h ed i s t r i b u t i o np r o b l e mi nt h ed e m a n ds i d e t h ec h i e fs t u d y w o r ka sf o l l o w s ： i nt h eg e n e r a t i o ns i d e ，c o n c o r n i n gt h ei n t e r e s tc o n f l i c ta m o n g g e n e r a t o r si nt h e p r i c eb i d d i n gp i o c e s sw i t h i np o w e rp o o lm a r k e t , t h ep a p e rp r o p o s e sm o d e l d e s c r i b i n gt h eb i d d i n gp r o c e s sb a s e do i lg a m et h e o r yu n d e rc o m p l e t ei n f o r m a t i o n s i t u a t i o na n di n c o m p l e t ei n f o r m a t i o ns i t u a t i o n t h r o u g he m u l a t i o n a lc o m p u t a t i o no f i e e e - 1 4n o d e ss y s t e ma n du n i f i e d - h i d d e n - a u c t i o n p a t t e r n , i t f i n d so u tt h e g e n e r a t o r s so p t i m a ls 眦e g i e s ，n a m e l yn a s he q l l i l i b r i u ma n db a y e s i a n - n a s h f _ q u m b n u mu n d e rt h et w od i f f e r e n ts i t u a t i o n s n u m e r i c a le x a m p l er e s u l ts h o w st h a t g - r n et h e o r yc a ne f f e c t i v e l ya c c o u n tf o rt h ei n t e r e s tc o n f l i c ta m o n gt h eg e n e r a t o r s i nt h eb i d d i n gp r o c e s sa f t e re l e c t r i cp o w e rm a r k e t i z a t i o na n dh a v ea g o o da p p l i c a t i o n f u t u r e i nt h et r a n s m i s s i o ns i d e ，c o n c e r n i n gt h ew a n s m i s s i o nt a r i f fp r o b l e m , t h ep a p e r p r o p o s e san e wa p p r o a c hf o rt w os y s t e mt r a n s m i s s i o np r i c eb a s e do np o w e rf l o w t r a c i n g a tt h ea s p t ，c to fc a p a c i t yp o w e rp 打c e ，i tf i r s t l yi m p r o v e so i lt h ea n n u a lf i x e d c o s tc o m p u t a t i o nb yi n t r o d u c i n gp a r a m e t e r - a ，t h e nu s i n gb i d i r e c t i o n a la l l o c a t i o n m e t h o db a s e d0 1 1c o m p l e xp o w e rt r a c i n g , w h i c hc a na v o i dt h ep r o b l e mt h a ti g n o r i n g t h ee f f e c t so fr e a c t i v ep o w e rb yu s i n gt h ea c t i v ea n dr e a c t i v ep o w e rd c c o u p l e d t r a c i n gm e t h o d , t oa l l o c a t et h ec o s t t h r o u g hs i m u l a t i o no f4n o d es y s t e m , t h er e s u l t 西南交通大学硕士研究生学位论文第m 页 s h o w st h a tt h en e wa p p r o a c hc o u l d a v a l l a b l yr e c l a i mt h et r a n s m i s s i o n c o s t c o m p l e t e l yw i t h i nt h et e r mo f p a y m e n ta n dh a v eg o o de c o n o m i cs i g n a l s a tt h ea s p e c to fl o s sa u o e a t i o n , d i f f e r e n tm e t h o d so fl o s sa l l o c a t i o na n dt h e i r t r a i t s 矾a n a l y z e da n dc o m p a r e s n ep a p e rp r e s e n t st h em e t h o db a s e do n b i d i r e c t i o n a lt r a c eu s i n gt h er e a la n di m a g i n a r yc u l t e n ta n dp r o p o f t i o n st h el o s so f w h o l en e t w o r kt 0a l lp a r t i c i p a n t s a n da t t e s t st h a ti tc o u l dr e f l e c tt h ei n f l u e n c eo f t h e r e a c t i v ep o w e ra n dc i r c u i n yu s i n gd e g r e eo fe v e r yp a r t i c i p a n tb e t t e rt h r o u g h e m u l a t i o n a lc a l c u l a t i o n , s oa st om a k ei ti m p a r t i a lf o rl o s sa l l o c a t i o n i nt h ed e m a n ds i d e ，t h ep a p e rp u tf o r w a r das e r i e si d i o g r a p h i ea n da v a i l a b l e t a c t i c si na l l u s i o nt ot h ec h a r a c t e r i s t i co f e l e c t r i c i t yp r i c e f i n a l l y , t h ep a p e rm a k e sap r o s p e c tf o rt h ed e v e l o p m e n to f t h e s er e s e a r c h e s k e yw o r d ：p o w e rm a r k e tp r i c eb i d d i n g g 锄et h e o r y t w os y s t e m t r a n s m i s s i o np r i c e p o w e rf l o w l o s sa l l o c a t i o n e l e c t r i c i t yp r i c e 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 页 第一章绪论 1 1 电力市场下电价问题研究的背景及意义 随着全球电力工业的迅速发展，电力工业市场化已经成为一个势不可挡的 世界潮流 1 】。 当今社会，对电力的使用已渗透到社会经济、生活的各个领域。由于电力 具有便于转换能源型式，能高度集中和无限划分，清洁干净和易于控制，可大 规模生产和远距离输送等特性，使电力发展和应用的程度，即一个国家的电气 化程度，成了衡量其社会现代化水平高低以及物质文明和精神文明高低的重要 标志之一。 在我国，自改革开放以来，国民经济的快速发展使得过去的发、输、配实 行一体化垄断经营的传统电力体制阻碍了资源合理配置的要求，已经适应不了 社会主义市场经济发展的需要，管理体制和电力工业发展要求之间的矛盾日益 突出，电力工业改革势在必行。 ， 电价作为电力市场改革核心内容，不仅是电力市场供求关系的信号灯，具 有引导资源合理配置的作用；也是控制电力市场交易的经济杠杆，促使电力工 业经济效益社会的最大化。因此，电价问题成为电力市场改革的重点研究对象 【2 】。 整个电力工业可以划分为发电、输电、配电和供电四大领域不同领域中， 电能成本费用及相关影响因素都有所不同，而电力工业市场化改革也是沿着先 发电，再输电，后用电循序进行的。由此，对电价进行分阶段研究是科学合理 的。 ， 、 电能商品具有无储存性的特点，影响电价的因素多种多样，使得电力市场 中电价具有多层次性：分地区性，分季节性，分时段性等等。因此，电价制定 应该因地制宜。 综上所述，在电力市场环境下，合理的电价理论和计算方法对促进电力工 业市场化改革的健康发展具有重要作用 3 】。 西南交通大学硕士研究生学位论文第2 页 1 2 课题相关内容的国内外现状分析 目前，电价改革是中国电力体制改革的重要组成部分，对建立和培育电力 市场、优化电力资源配置意义重大。中国政府先后颁布了电力体制改革方案 和电价改革方案，明确了电价的改革目标是将电价划分为上网电价、输电价 格、配电价格和终端销售电价；发电、售电价格由市场竞争形成；输电、配电 价格由政府制定，同时建立公平、规范、透明的电价监督管理机制。“十一五” 深化电力体制改革实施意见通知指出：加快电力市场建设，优化调度方式， 着力构建符合国情、开放有序的电力市场体系。认真总结区域电力市场建设试 点经验，因地制宜，加快区域电力市场平台建设。完善市场运营规则和监管办 法，处理好电源、调度、售电之间的关系，逐步实现发电企业竞价上网，推进 大用户与发电企业直接交易，逐步建立公平竞争的市场机制。加强区域网架建 设和跨区联网，进一步推动跨省、跨区电能交易，规范交易秩序。抓紧研究调 度与交易机构关系问题，按照有利于公平竞争的要求完善交易与调度机构组织 体制。 中国的电价改革正伴随区域电力市场的建设而稳步实施，并已经确定在东 北、华东和广东实行输配电价和销售电价改革的试点。在东北，结合区域电力 市场建设，已经实施了两部制上网电价改革试点，电监会提出了有关容量电价、 市场限价等相关配套政策的建议和意见。近期电价改革的基本考虑是，逐步取 消上网电价审批和上网电量计划分配制度，实现竞价上网，逐步确定合理的输 电和配电价格。加大销售电价结构性调整，建立销售电价与上网电价的联动机 制，形成政府宏观调控和监管机构依法监管相结合的电价管理体制。 国外电力行业的市场化改革开始的较早，到目前为止，已经形成了较为成 熟的市场模式。其中，最具代表性的电力市场模式主要有美国电力市场( 基于 实时交易的电力市场) ，英国电力市场( 基于交易合同的电力市场) 【4 】。上世纪 9 0 年代开始的英、美电力市场在实际运行中，出现了一些始料未及的情况，如 英国电力库( p 0 0 1 ) 交易模式中发电厂商利用市场势力规避竞争、美国加州电力产 业放松管制后出现了能源危机等。为克服原有市场设计中的缺陷，英、美在本世 纪开展了新一轮电力市场体系改革, 2 0 0 1 年3 月，英国的新电力交易制度( n e t a ) 正式启动运行，把苏格兰也包括进来的不列颠电力交易与输电制度( b e t t a ) 已经 西南交通大学硕士研究生学位论文第3 页 在2 0 0 5 年4 月运行。2 0 0 2 年7 月，美国联邦能源监管委员会( f e r c ) 提出了 “标准市场设计”( s m d ：s t a n d a r dm a r k e td e s i g n ) ，2 0 0 3 年3 月，美国新英格兰 ( n e we n g l a n d ) 力市场率先正式采用s m d 标准运行。 1 3 本文研究目的与意义 本文旨在以电价为中心，就发、输、配、售各环节中的电价制定及相关内 容中存在的问题，结合当前国内电力体制改革措施和目标，对其进行分段研究。 从而找到电力市场化下更为准确，更为灵活，更能合理反映市场经济因素地电 价制定方法和理论。 首先分析电价理论基础和制定原则。根据电价的形成过程，可以分为上网 电价、输电电价、配电电价和销售电价。其中，上网电价是指电力生产企业向 电网输送电能的结算价格，它是电价的源头，关系到发电厂的生存与发展，在 电价中有着非常重要的地位。输电电价除了输电服务成本( 是指承担输电业务 的输配电网在提供输电服务时花费的费用，主要包括电网使用费、辅助设施费 和管理费。) 外，还应该考虑环境与经济效率的因素。因此，输电费用的计算应 遵循电力法的定价原则，使电网运行获得最大的经济效益，计算方法和过程力 求简单、合理、透明度高，为用户提供事实合理的经济消息，保持计价的连续 性。销售电价是供电企业向电力用户销售电能的结算价格，是电价实现的最终 环节。由于销售电价直接面对的是各行各业、千家万户的电能价格，因此销售 电价的制定与前两种电价相比，它更为敏感和复杂。 其次，通过具体分析电价形成过程中，影响电价的各种主要因素和计算方 法，结合当前电力市场改革目标及措施加以分析对比，给出可行的方法建议。 如在发电侧，采用博弈论方法对各厂商竞价策略进行分析研究；在输电侧中， 建议采用两部制输电电价法进行定价和基于电流实部与虚部双向追踪的网损分 摊法；在需求侧中，就销售电价的制定进行了全面分析，给出了相应的建议。 最后，对未来电力市场下的电价研究方向和研究重点做出了展望分析。 西南交通大学硕士研究生学位论文第4 页 第二章电力市场中的电价 2 1 电力市场基本概念 1 电力市场的定义 广义上讲，电力市场是指采用法律、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、供电、用电等各环节的成员，组织协调 运行的管理机制和执行系统的总和。电力市场的管理机制主要借助经济手段进 行管理，不同于传统的行政管理机制。电力市场的执行系统包括贸易场所、计 量系统、计算机系统、通信系统等 5 】。 电力市场是电力生产、传输、分配、转换通信和计算机系统的综合体，也 是技术与管理的综合体。电力市场具有交换和买卖电力，提供信息，融通资金 的功能。 2 电力市场的目的 打破垄断，引入竞争，提高效率，降低成本，健全电价机制，实现资源优 化配置，形成健康发展的电力市场体系。 3 电力市场的基本特征 1 ) 开放性和竞争性 与传统垄断的电力系统相比，电力市场最大的特征是具有开放性和竞争性。 2 ) 计划性与协调往 与普通的商品市场相比，电力市场则具有计划性和协调性。 4 + 电力市场改革的必然性 一方面，改革开放以来，我国电力工业迅速发展，有力地支持了国民经济 的快速发展。反过来国民经济的快速发展使得过去的发、输、配实行一体化垄 断经营的传统电力体制越来越不适应社会主义市场经济体制的要求，矛盾日盏 突出【6 】。 另一方面，从经济学角度上讲电能本身具有价值和使用价值，并且参与了 市场交易，那么电能就是一种商品，它应该具有商品的一般性，有需求就有市 西南交通大学硕士研究生学位论文第5 页 场，有市场就有竞争。过去计划经济下的垂直一体化垄断经营模式( 图2 1 ) ， 导致政企不分和政府直接干预，电力企业毫无市场主体地位而逐渐失去活力。 建立一个充满竞争和选择的电力工业运营环境( 图2 - 2 ) 是电力市场改革的目标。 发电侧 输电侧 配电侧 图2 - 1 垂直一体化垄断经营模式 图2 - 2 完全竞争下的电力市场模型( 零售型) 竞争 竞争 西南交通大学硕士研究生学位论文第6 页 2 2 电价 2 2 1 电价的本质 电价即电能商品的价格，它是电能商品价值的货币表现形式。 电价受供求关系的影响，围绕着电能商品价值上下波动，决定和影响电价 的因素有很多。价格既要以价值为基础，又要以供求交化因素为转移，而且价 格的变化反过来影响供求关系的变化，因此价格是调节资源配置的重要经济杠 杆之一。 2 2 2 电价的功能 在市场经济里，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 规模长时间存储，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，为保证公 平对待用户。因此，电价一般来说具备以下三个最基本的功能： 1 正确反映生产成本，以维护简单再生产。 2 具有筹资和投资功能以扩大再生产，满足用户发展的需要。 3 具有调节供需平衡和资源配置的功能。 2 2 3 电价制定的基本原则 根据中华人民基和国电力法第3 6 条规定：制定电价应坚持“合理补偿 成本，合理确定收益，依法计入税金，公平负担”的原则，同时还应有利于促 进合理用电及合理利用资源。 西南交通大学硕士研究生学位论文第7 页 2 2 2 实时电价 实时电价是在考虑运行和基本投资的情况下，在给定的极短时段( o 5 h 或 更短) 内向用户提供电能的边际成本【刀。 - z 实时电价能够反映短期内由负荷变化引起的生产成本的变化及用户用电信 息，指导用户正确用电。除此以外，在电力市场中，实时电价与节点的位置密 切相关。在同一时间刻度上，不同节点的电价具有明显的差异，这种差异既能 体现电能交易的传输趋势，又能反映出输电资源的利用和堵塞状况。因此，实 时电价又被称为节点电价( s p o _ t l a i e 2 ) 数学模型： 几= 急 s t = + 睨 + s 尼。 l 匿菪 ( 2 1 ) ( 2 2 ) ( 2 3 ) ( 2 4 ) 其中：几是用户( 节点) 七的实时电价，c 0 为系统运行成本，为用户七在 t 时段的用电量；式( 2 - 2 ) 为系统电量平衡约束，吸，为发出的总电能，呒为 用户消耗的电能，彤，为系统的电能损耗；式( 2 - 3 ) 为发电容量不等式约束，丑。 为系统总负荷，气为系统总网损，圪一为系统发电总出力；式( 2 - 4 ) 为线路 潮流不等式约束，气为线路实际潮流，丑：为线路允许最大传输容量。 1 实时电价理论的提出 早在1 9 8 0 年，美国m i t 的f qs c h w e p p e 教授就提出了这样的构想：要 改变传统的供求模式，并建立电力市场 就应像计算电压和频率那样，计算和 控制电能的价格，即采用s p o tp r i c e ，它不仅随时间变化，而且区分节点位子、 事故和可靠性电价。2 0 世纪8 0 年中后期，正式提出并建立了实时电价理论。 根据s c h w c p p c 教授建立的数学模型，实时电价表达式为： n ( r ) = 阼( 力+ ( f ) + 7 ，o s ( f ) + 几( r ) + 吼( r ) + ，7 m ( r ) + ，7 q s ( ，) + 7 7 r p ) ( 2 - 1 ) 其中：砖为第i 个用户在t 时段的实时电价；t o ) 为发电分量；露( f ) 为输电分 量。r d t ) 为边际发电燃料成本；( f ) 为边际发电维护成本；。( ，) 为发电质量 分量；y a ( t ) 为发电收支平衡项；玑( r ) 为边际网损成本；( f ) 为边际网络维护 成本：，( f ) 为网络供电质量分量；( ，) 为网络收支平衡项。 西南交通大学硕士研究生学位论文第8 页 由于时代的局限性，该算法仍然是以“厂网一家”的垂直垄断经营模式为 前提，依据传统经济调度( e d ) 和直流潮流( d cf l o w ) 建立数学模型。模型 中的各项费用不仅计算复杂、不便于理解，而且简化了电网模型，忽略了无功 的影响，更没有考虑输电服务费用等问题。因此，早期的实时电价理论已经不 能适合当前和未来电力市场改革的需要，必须对其改进和完善，以适应不同阶 段、不同性质的电力市场运营模式的需要。 2 实时电价理论的发展 1 1 理论的发展 目前比较流行的是将无功服务与有功服务分开，进行单独分析与结算，并 考虑无功电价与有功电价的相互影响。由此引出了两种思路：一种是计算无功 实时电价，类似有功实时电价，目标函数为最小化相应的无功生产费用，建立 起各种无功源( 发电机、无功补偿器、调相机等) 的相应无功生产费用曲线， 在满足电压和无功源出力约束或变压器分接头约束的情况下，得到相应的无功 电价，进一步可以得出潮流方程满足时相应的网络灵敏度来计算出无功调整对 有功电价的影响。另一种是在有功优化中同时考虑无功平衡及电压约束，同时 得到有功电价与无功电价。 2 ) 模型的发展 。 由于实时电价理论是基于经典经济调度模型，在资源配置和满足约束情况 下得出的边际电价，所以它与经济调度和最优潮流( o p f ) 有密切联系。因此 在进行数学建模时，当目标函数一定时，关键在于各种约束方程确立。一般来 说，除了系统潮流方程必须满足k i r c h h o f f 定理外( 等式约束) ，还要满足杌组 约束和线路约束( 不等式约束) ，如发电机出力约束、线路的潮流和电压约束等。 根据实时电价理论定义有： p = 。 p = 其中： ，分别为节点i 的有功和无功价格； 为节点i 的有功和无功功率 8 】。 目标函数，为如下形式的优化问题求解： m i n f ( ：) s t g ( ：) = 0 ( 2 3 ) ，为目标函数；只，q 分别 ( 2 - 4 ) ( 2 5 ) 西南交通大学硕士研究生学位论文第9 页 s h ( z ) k ( 2 - 6 ) 其中：上为潮流计算中变量；式( 2 5 ) 为等式约束；式( 2 - 6 ) 为不等式约束。 不同类型实时电价对应不同的目标函数。实时有功电价的目标函数为有功 发电成本最小；实时无功电价的目标函数为社会总效益最大；而同时考虑实时 有功和无功电价的目标函数为有功发电费用和无功源生产费用总和最小 3 有功实时电价 确定目标函数一发电成本最小。 三 m i l l f = 艺g ( ) ( 2 - 7 ) l l l 其9 - 册为发电机台数，为发电机i 的有功出力，c 为成本函数。 等式约束系统有功平衡方程。 忍一岛一= o l d j 1 1 其中：为节点，的负荷有功功率，玎为系统负荷节点数， 不等式约束机组出力约束、线路容量约束。 学圪s 学 毋曰一 根据增广拉格朗日目标函数( l a g r a n g e ) - 工o ，五) = f ( y ) - 2 9 0 , ) 则有： ( 2 8 ) 为系统网损。 ( 2 9 ) ( 2 1 0 ) ( 2 1 1 ) 上( 吃，五，t , ，肼) = c f ( 圪) 一a ( 吃一一吃。) + 4 。“ ( 2 1 2 ) mm 矿( 掣一免) + 俨阮一学) 】+ 朋( 丑- e t ) l i = 1 其中：拉格朗日乘- j ：, z 是系统平衡方程；，掌、，乒分别是发电机i 出力约束因 子；肼为线路约束因子，m 为线路越限数。 根据极值原理，则有： 丝鱼：墨! 丝：出：0( 2 1 3 ) 拟 可得： 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 0 页 a 窆c f ( ) a ( 芝名一芝一)兰 苛“_ l 嚆l - 叫智旺以4 )就就“让 化简上式： 掣以掣一粪磋 沼 醒就智“艘 根据实时电价理论和边际成本理论( m a i 】五m lc o s t t h e o r y ) ，由上式( 2 1 5 ) 可得节点被e 的有功实时电价为： 日吩丑等一羔t - i 磋 对上式进行分析，第一项名称为系统的影子价警，第二项五鲁对应的是 a p 网损价格，m 器对应的是网络约束的短期边际成本( s r m c ) 。 1 1w f 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 1 页 第三章发电侧中的电价 3 1 发电竟价的概述 随着电力市场的兴起与发展，在发电领域引入竞争，通过“上网竞价”模 式实现电力资源优化配置是电力工业市场化改革的必然趋势。 这样以来，竞价则成为各发电厂商之间竞争的唯一手段在市场经济下， 追求利润最大化是生产厂家的最终目标。发电厂商除了要完成传统的生产管理 外，还必须要有合适的竞价策略，才能够使自己的利益最大化。一个科学、合 理的竟价策略不仅关系到发电厂商对电能成本的回收与利润的获取，更关系到 其将来的生存与发展。 竞价作为一种决策过程，与其他决策过程一样有着类似之处。 总体上讲，其过程可分为三个步骤：首先是对决策目标的确定；其次是确 定各决策组合及其评价指标；最后是优胜劣汰，选择最优策略。具体到竞价过 程来说则是：首先是预测交易价格，一般来说预测计算可采用相应的算法程序， 同时结合竞价人员的经验，确定可能的成交价格。其次是根据生成的竞价曲线 ( 离散时间价格的函数) 确定竞价的上限与下限。上限为可能的预测成交价格， 它是最优策略组合选择的结果；下限为满足系统约束条件下的短期边际成本价 格，原因在于竞价交易考虑的是一个短期的时间范围，在此期间，无论发电厂 商是否上网发电，固定成本的消耗都会发生，因而发电厂商竞价的收入应该至 少能够抵消可交资本的消耗，如不足以弥补可变资本的消耗，则可以考虑是否 参与竞价。最后是竞价人员根据可能的预测交易价格及相应的约束条件确定竞 价策略组合，上网竞价。 显而易见，以上过程的关键在于如何设计、制定竞价策略。制定完善的竞 价策略需要充分掌握市场、竞争对手及企业自身的相关信息，比较、分析企业 自身与竞争对手之间的优势与略势，从而因地制宜地制定竞价策略。 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 2 页 3 2 博弈论在上网竞价中的应用 3 2 1 引言 博弈论作为经济学中研究寡头垄断市场的常用决策工具，是专门研究两个 或两个以上有利益冲突的个体，在有相互作用的情况下，如何进行各自优化决 策的理论。 电力市场的诞生与发展为博弈论的应用与发展提供了一个良好的舞台。一 方面，各个市场参与者要尽力应用博弈论使自己在和其它人竞争中取得的利益 最大化；另一方面，市场监督组织要用它来预测和判断在市场参与者各方的博 弈行为下是否发生操纵市场、哄抬价格等不合理的竞争现象。加之电能是一种 非常特殊的商品，电能交易形式又呈现多样化，用博弈论模拟电力市场，结果 可能更加接近实际，为市场模式设计提供依据。因此，博弈论在电力市场中的 应用研究具有很大的理论价值和实际意义。 3 2 2 博弈论 1 基本概念简介 博弈论 9 】又称对策论或竞赛论，其实质是一种方法论。它是一种使用严谨 数学模型来解决现实中厉害冲突的理论。 博弈论的基本概念包括：参与人( p l a y e c s ) ：行动( a c t i o no rm o v e s ) ；信息 ( i n f o r m a t i o n ) ；战略( s t r a t e g y ) ；支付( p a y o f f ) ；结果( o u t c o m e ) ；均衡 ( e q u i l i b r i u m ) 。 ， 2 博弈问题模型及分类 一 1 ) 模型简介 一个典型的博弈模型可以从五个方面来描述： 定义：g = ( p ，a ，s ，i ，u ( 3 1 ) 其中：p 是博弈的参与者，局中人，也称为博弈方。参与者能够独立决策、独 立承担责任的个人或组织，以最终实现自身利益最大化为目标；a 是各参与者 的所有可能的策略或行动的集合；s 是博弈的进程，也是博弈进行的次序；i 是 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 3 页 博弈信息，能够影响最后博弈结局的所有参与者的情报，如效用函数、响应函 数、策略空间等等；u 是为参与者获得的利益，也是博弈各方追求的最终目标。 2 ) 博弈问题分类 博弈问题有多种的分类方法，与之对应的求解方法也各不相同。 i 按参与者之间是否存在相互协作，博弈问题分为。非协作博弈”和 “协作博弈”。 i i 根据所参与者策略或行动的集合是否有限还是无限，可分为。有限 博弈”和“无限博弈”。 j j i 按参与者行动先后划分，可分为“静态博弈”( 无动作先后性) 和“动 态博弈”。 i v 按博弈信息的完美性划分，可分为“完全信息博弈”和“不完全信 息博弈” v 按参与者获利之和的特性划分，可分为“零和博弈”和“非零和博 弈”。 将、结合起来考虑，会得到四种不同类型的博弈，和与之相对的四个 均衡概念，如表3 1 所示： 表3 - l 博弈的分类和所对应的均衡 博弈类型行动顺序博弈信息对应的均衡 静态完整信息博弈无先后完全信息 n a s he q u i l i b r i u m ( 纳什均衡) 动态完整信息博弈有先后完全信息s u b - g a m ep e r f e c tn a s h e q u i l i b d u m 静态不完整信息博无先后不完全信息 b a y e s i a n - n a s he q l l i l i b r i u m 弈，( 贝叶斯纳什均衡) 动态不完整信息博有先后不完全信息 p e r f e c tb a y e s i a n - n a s h 弈 e q u i l i b r i u m 3 2 3 博弈论在上网竞价中的应用 上网竞价中发电商博弈过程的总体思路【1 0 】如图3 1 所示： 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 4 页 预测电价 笔墨嬲l 一生成报价曲线 略模型构造广。1 王风报研圆缓 发电商竞价策 略组合 电力交易中心经钶f 调度进行负荷最优 分配 计算所有策略组合 下的收益，得出支 付表 得出最优策略 ，竞价上网 图3 1 发电商博弈过程的流程图 3 2 3 1 发电商竞价原理与模型 首先，电力市场的初级阶段并非一个完全意义上的竞争市场，而是一个典 型的寡头垄断市场。因此，用博弈论方法来研究电力市场中主体的行为是比较 合适的。在“厂网分开，竞价上网”的前提下，发电商业已经成为各自独立的 经济实体，以谋求各自利益最大化为目标。发电商可以通过改变自己的竞价策 略，进而改变分配的发电计划，最终改变自身的收益。同时发电厂不仅要考虑 改变自身竞价策略对利润的影响，还要考虑其他发电厂的竞价策略的改变对自 身利润的影响，从而综合这些因素做出合理的竞价策略。 在电力市场中，发电商竞价问题应该表述成对各发电商的竞价策略模型的 优化问题求解。一方面，使发电商获得更大收益的报价会增加竞价成功的风险： 而另一方面，使发电商有更大可能性赢得交易的报价又会降低发电商的收益。 因此，一个好的竞价策略应该在这两者之间取一个最优的折衷。 竟价的目标是追求企业利润最大化，而决定利润大小的是成本与价格。成 本、价格、利润之间的关系在过去的计划体制下和改革当中的市场体制下有着 不同的表现形式。在计划体制下，价格= 成本+ 利润，利润是由国家确定的所谓 的“合理的利润”在成本一定的情况下，价格也是一定的，价格受制于成本和 利润，不能反映市场的供求关系。而在市场体制下，利润= 价格成本，利润是 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 5 页 变化的、不确定的。成本取决于企业的经营，价格由市场调节，利润是两者共 同决定的变量。 1 报价时需考虑的问题 1 ) 生产成本 ， 报价的基本组成部分，只与自身情况有关，可以比较准确的计算出来。 2 ) 竞争对手的报价 根据对手报价，及时改变自身竞价策略，从而占得市场先机。 3 ) 经营计划与发展目标 一个成功的企业或公司都应有自身的发展计划与目标，包括近期与长期的， 可能有时会牺牲当前利益以求长远更大的发展，这都将作为报价的考虑因素。 2 发电商的成本模型 1 ) 生产成本 在经济学中，生产成本( 总成本) 定义为固定成本与可变成本之和。即： c ( 力= c v ( 功+ r ( 3 2 ) 其中c v 为可变成本，t 为固定成本，x 为商品量。 对应到在电力市场中，发电商i 的成本函数为： g ( d 2 c w ( g ) + r ( 3 3 ) 其中：c v ，( g ) 为发电商f 发电时的可变成本，r 为固定成本，g 为发电量。 一般来说，发电商i 的可变成本函数可以看成是发电量g 的二次函数，其形 式可定义为： c v | ( q = n | q ? + b l q 。+ c i ( 3 - 4 ) 其中：q ，岛，q 为发电商i 的发电成本系数，吼为发电量。 合并( 3 3 ) ，( 3 - 4 ) 式，可得： c ( 吼) = a i 订+ b i q , + r ( 3 - 5 ) 2 ) 平均成本 、 、 在经济学中，平均成本被定义为每一单位产出分担的总成本。也可表示为 平均可变成本c 0 ( x ) 与平均固定成本互之和，既： c a ( 工) = 巳( 功+ 正 ( 3 - 6 ) 3 ) 边际成本 1 1 】 在经济学中，定义为生产成本与产量的变化率： 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 6 页 啪) = 訾= 掣= 警= 坐警型 ， 在对应到电力市场当中，既： c o ( 吼) ；掣：2 q g + 2 a q , + 6 。2 a , q + b j ( 3 8 ) 凸吼 边际成本与平均成本的关系如图3 - 2 所示。边际成本曲线与平均成本曲线 在原点处是重合的，在平均( 可变) 成本曲线的下降段，边际成本是小于平均 ( 可变) 成本的，在上升段则反之，且两者交点为平均( 可变) 成本的最小值 【1 2 】。 成 本 产量 v c 0 边际成本 c 平均成本 c 0 平均可变成本 图3 - 2 边际成本与平均成本的关系 3 发电商的利润模型 在经济学中，利润是指收入与成本之差，即： 万( 力= 五( 工) 一c ( 力 ( 3 9 ) 其中：x ( x ) 为商品的利润函数，r ( x ) 为收入函数，c ( x ) 为成本函数。 根据函数极值原理，利润最大化条件是利润函数万0 ) 对单位商品数的一阶 导数为零： 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 7 页 o t r ( x ) ：0j 丝盟：o c ( x ) 苏缸缸 在电力市场下，发电商利润模型为： 乃国) = 巩一c ( q ) ( 3 1 0 ) ( 3 1 1 ) 其中：万( g ) 是发电商所获的利润，p b 是发电商竞价时的中标价格，即成交价格， c ( g ) 为发电商的成本函数。 那么根据( 3 1 0 ) 有，发电商利润最大化的条件为 o t r ( q ) ：0j 监：o c ( q )( 3 1 2 ) 两田田 即： r = 2 a q + 6 = c m ( g ) ( 3 1 3 ) 从( 3 1 3 ) 式中可以看出，当中标价格p b ( 交易价格) 等于发电商的边际 成本价格时，发电商将获得最大利润，这符合经济学的一般规律。不过值得注 意的是，此时的最大利润只是数学意义上的极值点，根据电价等于边际成本计 算得出的机组出力受限于机组的最大、最小出力等约束条件；而且，此最大利 润不一定是正值，或者说，此最大利润可能是最小亏损点。 发电商上网竞价希望获得最大的利润，因而边际成本对确定竞价策略有着 重要的意义，报价人员可以根据边际成本特性确定一系列的价格、出力数据作 为报价的参考。 4 发电商的竞价模型 报价是指发电机组f 在t 时段申报的电价及相应的电量。一般来说，发电商f 在r 时段提交的报价曲线是申报电价与申报电量的单调增的离散函数，如图3 3 所示的是一个典型的机组分段线性报价曲线。 、 图3 - 3 发电商的报价曲线 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 8 页 可以看出，称发电商的报价是以发电机组为单位进行的更为准确，相当于 每个发电商拥有多个小型发电厂。那么，可设发电商的报价曲线如下形式： p b ( q j ) = c k ( 9 1 ) + 屏g 。 ( 3 - 1 4 ) 将( 3 - 8 ) 式代入上式可得： - 只( 吼) = 2 a ，q , + 龟+ 属g f ( 3 1 5 ) 其中：只臼，) 是发电厂机组i 出力时的报价曲线，属是机组i 的报价曲线参数。 上式可变为： 忍( 吼) = 包+ 乜 ( 3 - 1 6 ) 当然，我们也可以把报价曲线( 3 1 4 ) 转化为以下形式： 咒( g j ) = h c 。( g f ) ( 3 1 7 ) 其中：“为报价因子。 报价策略就是