（电力系统及其自动化专业论文）基于不同行为决策的电力市场演化博弈及其混沌控制.pdf

a bs t r a c t t h em a r k e th a sg r a d u a l l ye s t a b l i s h e dt h ep o w e rm a r k e to p e r a t i o nr u l e sa n d g o v e r n m e n tr e g u l a t o r ys y s t e ma l o n gw i t ht h ef u r t h e rr e f o r mo fe l e c t r i c i t ys y s t e m h o w e v e r , t h er e s e a r c ho nt h ed y n a m i ce v o l u t i o no ft h ep o w e rm a r k e tb a s e d0 1 1 h e t e r o g e n e o u sb e h a v i o r a ld e c i s i o n - m a k i n g si sm u c hm o r eu r g e n ta n dn e c e s s a r yf o r t h ei m p e r f e c tp o w e rm a r k e t b a s e do nt h es u m m a r i z eo ft h er e s e a r c hr e s u l t so n d y n a m i ce v o l u t i o na n dc h a o sc o n t r o lo ft h ep o w e rm a r k e t ，t h i sp a p e r w o u l de s t a b l i s h t h ep o w e rm a r k e t e v o l u t i o n a r yg a m em o d e l ，w h i c h c o n s i d e r st h et r a n s m i s s i o n n e t w o r kc o n s t r a i n t sa n di sb a s e do nt h eh e t e r o g e n e o u sb e h a v i o r a ld e c i s i o n - m a k i n g so f t w o - d i m e n s i o n a ld i s c r e t ed y n a m i cs y s t e m s t h i sp a p e rh a sa n a l y z e dt h ee q u i l i b r i u m a n dc y c l eo ft h ep o w e rm a r k e ta sw e l la st h ee v o l u t i o nm e c h a n i s mo fi t sc h a o t i cs t a t e f o rt h em a r k e ti su n d e rt h es t a t eo fp e r i o d i co rc h a o t i c ，t h ep a p e rp u tu pt h ef e e d b a c k c e n t r e lm e t h o dt or e a l i z et h ec o n t r o lo ft h ep o w e rm a r k e tf r o mac y c l eo rc h a o t i cs t a t e t oan a s he q u i l i b r i u ms t a t e ，a n di m p r o v i n gg e n e r a t o r so w nc o m p e t i t i v ea d v a n t a g ea n d s y s t e ms t a b i l i t y s ot h em a r k e te f f i c i e n c yi si m p r o v e d i no r d e rt o a c c u r a t e l ys i m u l a t et h ed y n a m i cb e h a v i o r a ld e c i s i o n m a k i n go f e l e c t r i c i t ys u p p l i e r s q u o t a t i o n a n dc o n s i d e r i n gt h ec o n s t r a i n t so ft r a n s m i s s i o n n e t w o r k ，t h i st h e s i sw i l lp r o p o s et h ep o w e rm a r k e tm o d e lb a s e do nt h eh e t e r o g e n e o u s b e h a v i o r a ld e c i s i o n m a k i n g so ft w o - d i m e n s i o n a ld i s c r e t ed y n a m i cs y s t e m s ，w h i c h c o n s i d e r st h et r a n s m i s s i o nn e t w o r kc o n s t r a i n t sa n di se m b e d d e di nt h em a t h e m a t i c a l o p t i m i z a t i o np r o b l e mc h a r a c t e r i z e db yd i f f e r e n t i a ld y n a m i cs y s t e m t h em o d e lh a s t w oa d v a n t a g e s ： t h ef i r s to n ei st h a t ：g e n e r a t o r sc o n s i d e r e dt w ob e h a v i o r a ld e c i s i o n - m a k i n gt y p e s ： t h eb o u n d e dr a t i o n a l i t yb e h a v i o r a ld e c i s i o n - m a k i n ga n dt h eb e s t - r e p l yb e h a v i o r a l d e c i s i o n m a k i n g e a c hg e n e r a t o rp r o b a b i l i t yo fb e h a v i o r a ld e c i s i o n - m a k i n g i s d e p e n d i n go nt h ep r o f i t so fg e n e r a t o rt h e m s e l v e sa n da v e r a g ep r o f i to fa l lg e n e r a t i o n c o m p a n i e sc o m p a r i s o n ，w h i c hd e t e r m i n e st h ei n c r e a s ea n dd e c r e a s ei np r o p o r t i o no f t h eo n eg e n e r a t o rb e h a v i o ri na l lt h eg e n e r a t o r sd e c i s i o n m a k i n gb e h a v i o r t h e p r o p o r t i o ni st h es e l e c t i o np r o b a b i l i t yo f t h eb e h a v i o r o fp o w e r s u p p l i e r s a n dt h el a s to n ei st h a tt h em a r k e tw i l le s t a b l i s hc l e a r i n go p t i m i z a t i o nm o d e l a u n i f i e dm a r k e t c l e a r i n gp r o c e s so fi n d e p e n d e n ts y s t e md i s p a t c h e rb yi s oc o u l dh e l p m a r k e tt r a n s a c t i o n s s a t i s f yt h ed e m a n do fp h y s i c a l i n h e r e n tc o n s t r a i n t si nt h e h t r a n s m i s s i o nn e t w o r k t h i sp a p e ra n a l y z e sn o to n l yt h ed y n a m i ce v o l u t i o no fp o w e rm a r k e tb a s e do n h e t e r o g e n e o u sb e h a v i o r a ld e c i s i o n - m a k i n g s ，b u ta l s ot h en a s he q u i l i b r i u ma n di t s s t a b i l i t y t h i ss h o w st h a tt h em a r k e tp a r a m e t e r si n f l u e n c et h es t a b i l i t yo fm a r k e t ，i n t h ed i f f e r e n tp a r a m e t e r so ft h em a r k e t t h ep a p e ra d o p t st h ea v e r a g e p r o f i ta s e e o n o m i ee v a l u a t i o ni n d i c a t o r s ，a n da n a l y s e sd y n a m i ce v o l u t i o no ft h ep o w e rm a r k e t b a s e do nh e t e r o g e n e o u sb e h a v i o r a ld e c i s i o n m a k i n g si nt h en a s he q u i l i b r i u m ，a n dt h e d y n a m i c so ft h ee c o n o m i cp e r f o r m a n c eo ft h ee c o n o m yi nt h ec y c l ea n dc h a o s w h e n t h em a r k e ti si nn a s he q u i l i b r i u mt h ee c o n o m i cp e r f o r m a n c ei st h eb e s t t h et i m e - d e l a y e df e e d b a c kc o n t r o li sp r o p o s e d t h ec u r r e n ta n dp r e v i o u sb i d d i n g b e h a v i o ro ft h ed i f f e r e n c eb e t w e e nd e c i s i o n m a k i n gi ss e l e c t e da saf e e d b a c kc o n t r o l s i g n a l ，a n dt h ec o n t r o lo ft h em a r k e tc h a o sh a sb e e na c h i e v e db ya d j u s tt h es y s t e m s t a t ea p p r o a c h t h es y s t e mb i d d i n gd e c i s i o n - m a k i n go u t p u ts i g n a lo fd y n a m i cm o d e l i sd e l a y e da n ds e tb a c kt ot h ec h a o t i cs y s t e ma st h ec o n t r o ls i g n a l w h e nt h eb e h a v i o r o fd y n a m i ce v o l u t i o ni nt h em a r k e tr e a c h e dc h a o t i c ，t h ec o n t r o lo ft h ep e r i o d i ca n d c h a o t i cb e h a v i o r so ft h em a r k e ti sa c h i e v e db ya d j u s t i n gt h es i z eo ft h eb e h a v i o r a l d e c i s i o nf e e d b a c kc o n t r o ls i g n a l ，a n dt h ee c o n o m i cp r o f i t ，t h ec y c l ea n dt h ec h a o t i c s t a t ea n dt h eb e h a v i o ro ft h eu n c e r t a i n t yo ft h ed e c i s i o n - m a k i n gw i l lr e a c ht h e o r i g i n a le q u i l i b r i u ms t a t e i nt h a tc a s e ，t h eo v e r a l le c o n o m i cb e n e f i t sa r ei m p r o v e d t h ed y n a m i ce v o l u t i o na n dc h a o sc o n t r o lo ft h r e e n o d ea n df o u r t e e n n o d em o d e l a r ea c h i e v e db yt h ep r o g r a mo fm a t l a b s ot h ev a l i d i t ya n df e a s i b i l i t yo ft h i s p r o p o s e dm o d e la n da l g o r i t h ma r et e s t i f i e db yc a l c u l a t e dr e s u l t s k e y w o r d s ：t r a n s m i s s i o nc o n s t r a i n t s ；d i f f e r e n tb e h a v i o r a ld e c i s i o n - m a k i n g s ； e v o l u t i o n a r y g a m et h e o r y ；n a s h e q u i l i b r i u m ；t i m e - d e l a y e d f e e d b a c kc o n t r o l i i i 长沙理工大学 学位论文原创性声明 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：1 ：7 芽，f 丑雾次日期：渺哗j ，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，同意 学校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。本人授权长沙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。 本学位论文属于 l 、保密口，在年解密后适用本授权书。 2 、不保密豳。 ( 请在以上相应方框内打“4 ) 作者签名：石，c f 习车疋日期：山夕年j ，月加日 导师虢柘1 场、畔吼驯p 年罗月枷 第一章绪论 本章主要阐述了基于不同行为决策的电力市场演化博弈及其混沌控制问题研 究的重要意义，综述了基于不同行为决策的电力市场演化博弈及其混沌控制的研 究现状，简要的介绍了本文研究的主要内容。 1 1 选题背景及意义 电力行业使用发、输、配、售的垄断方式有了很久的历史。以前，人们普遍 认为，电力行业是具有天然的垄断性。同时，电力行业发、输、配的设备在物理 上就是一个不可分开的整体，而安全稳定运行就需要这些整体的却各个环节的紧 密合作。在人们看来采用垂直一体的方法好像是一种很顺其自然的结果。所以， 电力行业一直以来就是在垄断模式下发展和壮大以及成熟的。可是，由于英国在 1 9 9 0 年推行改革电力市场以来，许多国家群起效仿，例如美国、新西兰、澳大利 亚、挪威、阿根廷、瑞典、泰国、新加坡以及我国等已开始行动，沉寂多年的电 力行业，市场化改革一时风生云起，成为无法抗拒的时代潮流。各国的改革方案 各具特色，但改革的核心都是打破垄断引入竞争，目标都是为了在电力行业引入 市场机制来进行资源的优化配置和利用，从而为社会提供更加廉价而又可靠的电 力，促进社会经济效益的进一步提高【l 】。 电力工业的改革重点是在发售电的业务中解除管制，建立竞争性的电力市场。 早期应用于电力市场的经济学分析方法是传统的，基本上是围绕供求关系分析的 供求均衡分析。这种分析方法将不同需求个体或者不同的供给个体强制性地“捆 绑 在一起，“集合为统一的供给者和统一的需求者，只讨论这些“集合供给 者和“集合需求者之间的均衡关系，以决定市场价格、产量，分析经济关系 和经济效率等等。它完全忽略了供给个体相互间和需求个体相互间的影响与制约 2 】 o 在我国为了促进电力行业的发展，提高国民经济整体竞争的实力，国务院组 织开展了电力体制改革。我国电力体制改革目标主要是：打破现有的垄断状态， 引入竞争机制，提高电力行业效率，降低生产成本，健全电价系统，合理配置资 源，促进电力行业的健康有序发展，促进全国电力联网，建立在政府监管下的符 合我国国情的健康有序发展的电力行业市场体系。这次改革的主要趋势是逐步实 施厂网分开，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、开放的区域电力市场，实行新的电价机制；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。 我国的电力市场化改革可以分成如下三个阶段： 第一阶段从1 9 4 9 年到1 9 9 8 年。电力市场在全国城乡逐步建立起来。其特点 是政府统一管理，自上而下垄断经营，实行计划建设，计划发电，计划供电的体 制。电力的买卖关系虽然仍然存在，但卖方和买方都没有选择权，电力价格掌握 在政府手中。 第二阶段是我国从1 9 9 8 年开始就建立了“厂网分开、竞价上网 的改革方 针，标志着中国正式走上了电力市场化改革的道路。并批准了上海、山东、浙江 及东北部的吉林、辽宁、黑龙江六个试点省级电网单位，这些试点单位的市场化 运作为我国的电力市场进一步改革积累了珍贵的经验。 第三阶段是从2 0 0 2 年电力体制的改革开始，三月份我国正式批准了电力体 制改革方案。实施“厂网分开”，重组发电和电网企业；打破省间壁垒，建立区 域电力市场；制定发电排放的环保折价标准，形成激励清洁电源发展的新机制； 设立国家电力监管委员会，向区域电网公司派驻分支机构。按照电力体制改革 方案要求，逐步实施了发电和电网企业分开，对我国原有电力资产按照电网和 发电两类业务来划分。与此同时国家电力公司管理的发电资产在发电环节中被重 组或改组成为规模比较相当的五个独立的发电企业，并同其它的主体发电企业， 在电力市场上逐步实施“竞价上网 ，进行公平竞争。 2 0 0 3 年，我国成立了电力监管委员会及其派出机构，并在六个试点单位逐步 开始电力市场区域建设，创造健康的市场环境。我国区域电力市场于2 0 0 4 年在东 北的沈阳正式启动，被称为第一个区域电力市场。区域电力市场的试运行及其发 电资产的重组和挂牌成立，意味着我国的电力改革进入了崭新的阶段。 电力的市场化改革的成败对整个社会经济和人民生活将产生重大的影响。美 国加州电力市场改革在世界上有较大影响，加州电力市场模式被认为是一种先进 的电力市场模式，然而，电力市场改革后发电公司奇货可居，电力批发市场电价 居高不下，由于零售电价由政府管制，供电公司入不敷出，负债累累，无奈之下 加州议会在2 0 0 1 年二月决定将零售电价大幅度上涨，虽然说“冰冻三尺非一日之 寒”，出现这一局面主要原因是市场演化及其调控政策研究不到位，最终导致供 求关系严重失衡。由此可见，从理论上讲系统的建立大规模垄断输电网络的电力 市场演化博弈模型，探究电力系统的合理调控策略，以引导电力市场形成健康的 演化博弈过程，从实际上讲具有重大的意义。 然而，对于考虑输电网约束的网络特性就会致使传统的经济学动态理论无法 有效解决具有大型垄断网络和电力系统固有物理特性的电力市场的演化博弈问 题。所以，本文考虑输电网约束的网络复杂技术特性和电力系统物理规律，对不 同行为决策的电力市场动态演化博弈及其控制问题进行了系统、全面的深入研究。 2 1 2 国内外研究现状 1 2 1 电力市场研究动态 随着电力工业市场的加快，电力系统内形成了开放电力市场下的竞争机制成 为必然趋势。专家们通过对传统电力系统经济数学建模方法和解法的研究，建立 了开放电力市场下新型经济数学模型，并对其解法进行了一般优化方法和启发式 智能化优化方法的分析和阐述。 经济学理论是电力市场研究的研究基础。电力工业的市场化让经济学前所未 有的在电力系统中得到具体应用，经济学理论中的名词及概念像需求弹性和边际 成本以及消费者剩余和社会利润最大化等走进了有关电力市场的研究论文中，经 济学研究常用的数学理论也走进了有关电力市场的研究论文中，例如：数学规划， 博弈论( g p 对策论g a m et h e o r y ) 等等。从另一个角度来说，电力市场理论的出现 也开拓和完善了经济学的应用研究范围。从另一方面来看，电力市场研究离不开 专业的电力系统知识。这是因为电力生产和流通等特殊性所引起的。电力是一种 特殊的商品，电的输送遵循物理规律，为了使电力系统安全运行以及供应和需求 的实时平衡得以保证，要求在所有的电力系统范围内和在不同的时刻上对电力市 场交易进行协调。也就是说，假如不对电力系统的特殊性彻底的理解，例如不理 解暂态稳定、潮流计算、有功和无功、自动发电控制等电力专业名词，就很难以 对电力市场开展实全面研究。很多有名的专家深刻指出，虽然电力系统生产的方 式变了，但决定电力系统遵守物理规律的性质并没有发生改变，保证电力系统的 安全稳定还是电力系统很重要的问题。 对我国来说电力市场无论是理论还是实践都尚处于初级阶段，我国从1 9 9 8 年开始逐步实施厂网分开，竞价上网，发电企业和电网企业重组，慢慢的建立和 不断完善政府监管和电力市场运行体系，培育我国电力市场，发展区域电力市场， 开放省级电力市场。但是美国加州爆发的电力危机迫使人们更注意到电力改革安 全性的重要性以及发电市场的非完全竞争性，在这种特殊形式下有必要研究电力 系统的市场演化博弈行为以便用来判断市场的稳定性，从而达到社会经济利润的 最大化。为了保证电力市场运作的健康有序发展，在借鉴和吸收国际电力市场成 功经验的同时，丰富本身电力市场的理论的创新性研究是不可少的。但是，对于 电力的生产、运输具有其自身的特殊性等因素，作为一特殊商品，电力与其他商 品相比有其自身固有的物理性质，这使对电力市场的研究也具有其复杂性和特殊 特性【3 1 。 目前，电力市场演化博弈主要研究在电力市场n a s h 均衡稳定性分析等方面。 a l v a r a d of l 等人【4 ，5 j 就以用户的用电量和发电商的发电量为变量建立了电力市场 的一阶微分方程，并分析了用电量和发电量的演化过程趋于n a s h 均衡点的条件。 杨志辉等【6 】针对电力市场动态模型的市场稳定充分条件的判断进行了深入的研 究。以上研究都是在假设电力市场完全竞争的前提下做出的，没有考虑发电商的 市场演化博弈行为以及对市场电价的影响。文献【7 】以市场电价为变量建立了差分 方程，分析了市场电价趋于n a s h 均衡点的稳定条件。为了考虑市场参与者的演 化博弈行为，m a i o r a n oa 等人【8 】采用古诺模型模拟了电力市场的演化博弈行为， 建立了古诺动态微分方程，研究了给定需求函数时发电商古诺演化博弈的市场 n a s h 均衡点的变化。以上方法没有考虑在输电网约束情况下的n a s h 均衡点的稳 定性分析。文献【9 】将电力市场系统看做一个闭环控制系统，文献【1 0 结合了经济 学动态研究模型考虑了发电商在完全竞争和古诺博弈以及s t a c k c l b c r g 博弈下的电 力市场差分模型，对市场均衡点进行了稳定性分析。学者薛禹胜与尹逊和借助微 增响应猜测法【1 1 , 1 2 】建立了发电商动态学习型的投标策略模型。上述研究没有考虑 输电网约束对电力市场演化博弈的影响。文献【1 3 】考虑了演化博弈理论，建立了 竞争策略的发电企业均衡点和稳定的条件。但是该研究未考虑输电网络约束对电 力市场动态的影响能力，特别是没有考虑发电商对行为决策的选取，且演化博弈 方法注重研究群体结构的变化，它要想有效地反映市场电价和电量相关因素的变 化还是有不小的难度。 文献 1 4 1 8 】在考虑电力系统输电网约束特性情况，分别考虑了动态供应函数 和古诺模型，提出了考虑输电网约束和市场清算的电力市场动态博弈模型，并在 该基础上深入地研究了电力市场演化的n a s h 均衡点及其稳定性，结果表明不同 的市场参数状态以及对应不同的输电网状态，电力市场会呈现不同的n a s h 均衡 点，周期以及混沌的状况；讨论了市场参数对于市场稳定的影响因素。然而他们 忽略了发电商对行为决策的选取问题，而事实上，当一个行为决策对发电商的运 行更有利时，发电商是会放弃不利的行为决策，而选择更为有利的行为决策。 1 2 2 混沌控制 混沌：是指一个系统在演化过程中，基于自身非线性特征和外界影响，就会 使系统演化变得不可预测。往往经过几个周期后就和原来的确定的轨道产生偏离。 我们称之为混沌。一个精密以及复杂系统特别容易产生混沌现象。这就是著名的 “蝴蝶效应 在日积月累中要起重要作用的原因，用微分方程来描述就是： “系 统对初值极度的敏感性，一个极小的偏离随着时间的演化会慢慢造成极大偏离， 而且通常是以指数形式偏离。 混沌表明，复杂的系统均衡是暂时的和短期的，在均衡中存在着诸多变化的 因素及有可能使原来的市场发生本质性改变，直至产生混沌现象【l9 1 。当市场达到 混沌态时，对短暂的预测也是可能的和有效的，对市场吸引子的改变，市场就可 以得到不同的运动状态和方式，这就对混沌实现了控制。在电力市场中，当市场 4 进入混沌状态时，选择有限理性的发电公司不断的需要审视本公司所处的环境并 调整本公司的经营要求，市场监督者需要不停的修改自身运营情况，并不断地改 变市场的混沌吸引子，以达到对市场环境的不断变化得以适应或者控n t 2 0 1 。 混沌控制就是人为的并有效的控制混沌系统，使之达到人们所需要的情况。 对其进行控制有害的混沌态；进行利用和发展有益的混沌态。控制混沌与经典的 控制有明显不相同的地方，总体上来说对于共同理论结构没有达到_ 致的认同， 但是控制混沌的共同特点是对混沌运动的各种特性尽可能的控制，将原来的正的 l y a p u n o v 指数变为负值，从不稳定变为稳定是最基本的控制。 随着混沌不断的变化，长期的控制混沌系统是不可能的。可是一个系统发生 混沌是有条件的，可以对混沌进行短期的较为精确的控制。控制混沌的方法有很 多，各具特色，对于学科领域的不同，应用的范围不相同，根据具体实际的情况 可以采用不相同的混沌控制方法。 1 2 2 1o g y 控制 1 9 9 0 年o t t 、g r e b o g i 、y o r k e 提出的利用参数反馈镇定构成混沌吸引子的任 意不稳定周期性轨道的方法，被称为o g y 方法。 o g y 方法是基于混沌奇怪吸引子具有极其稠密不稳定周期。混沌控制的基本 任务是设法把其中任一条轨道挑选出来，进行稳定控制。o g y 方法是非常不错的 控制方法，不仅可以控制混沌的有害效应，而且可以利用混沌的特有性质，如初 值敏感性和各态历经性以及周期态特性，利用参数的微调将系统在尽可能短的时 间内驱动到预定标态领域，然后利用微小控制信号将系统控制到目标轨道上，不 断地使用微小信号将系统保持在目标态上，并用一样是微小信号使系统在大量的 周期态之间自由灵活转变，以适应环境变化的要求。1 9 8 4 年美国国家航空航天局 ( n a s a ) 科学家们利用i s e e 3 i c e 探测器运载火箭中残存的少量燃料，巧妙地将 探测器送出八千多万公里穿过太阳系首次进入星际之间遨游，这一技术利用了混 沌轨道对微小驱动的初值极度敏感性，这在非混沌系统中是不可能实现的。 o g y 方法的另一个就是镇定控制。混沌系统的镇定控制是研究和应用较多的 一种控制方法。它基于混沌系统吸引子几何结构。采用镇定控制，控制目标必须 是稠密嵌入混沌吸引子无穷多个不稳定周期轨道之一，通过系统可控参数的反馈 摄动使某个所需的轨道由不稳定变为稳定。针对o g y 方法存在的缺陷，许多研 究者提出了改进控制方法。o g y 方法的控制区在文献 2 1 】中进行了改进，纠正了 原先o g y 方法无法控制的情形。 总而言之，o g y 方法有两个的优点：对系统数学方程要求不严格，要想得到 明显的控制效果只需要微小的控制信号。缺点在于人为因素占据主导地位，参数 的调整特别巧妙，并且没有固定的方式可以遵守。 1 2 2 2o p f 控制法 o g y 方法要求系统的参数不能超过某个允许范围，否则经微扰后系统的局部 将发生畸变，微扰量比较小才能稳定控制较低的周期，只能控制到周期三，更高 周期的受到噪声的影响而难以控制。为了达到对吸引子中更高周期轨道的有效控 制，p e n g 、p e t r o v 、s h o w a l t e r 分别提出了偶然正比反馈( o p f 技术) 对于高周期轨 道的控制。o p f 技术具有很大的优点，它只需要很小微扰就可以很容易控制低周 期态，而且通过调整信号限制窗口的宽度及反馈信号的增益量，能够有效地控制 很高周期。 1 2 2 3 外力反馈控制法及延迟自反馈控制法 1 9 9 3 年p o r y g a s 提出的两种控制连续系统方法：外力反馈控制法及延迟自反 馈控制法。其基本思想都是考虑混沌输出与输入信号之间的自反馈耦合。前者从 外部注入周期信号，后者把系统本身输出的信号取出一部分并延迟一段时间后再 反馈到系统中去，两种方法都可以实现对混沌系统中的周期信号的连续控制。延 时反馈控制方法可以对欧拉动弯曲问题的混沌行为进行控制。得到稳定周期或者 准周期解。 1 2 2 4 时滞反馈控制 p y r a g a s 在1 9 9 2 年提出了时滞反馈混沌控制法。最重要的就是控制信号，控 制信号的基本思想就是将系统本身的输出信号通过时间延迟后再反馈到系统，通 过调节控制信号的大小来达到对控制混沌的目的。相对一般的控制方法来说这种 控制方法更有效，o g y 方法最主要的特点是不动点邻域内的线性化，只有将系统 状态落到这个范围内，控制混沌才能有效的进行，而且控制参数范围受到了限制。 而这种控制方法的优点是在系统状态处于任何时刻均可以达到控制目的，同时控 制信号的大小也不再受到限制，这比o g y 方法更方便更实用。 对于经济混沌系统而言，就是利用以前的某一期输出与上一期的输出之差的 一定比例反馈到混沌系统中去，对混沌系统进行微调后作为下期输出来以达到控 制的目标。 现在，对于时滞反馈控制方法的改进主要集中在经典控制理论方面，而对智 能控制理论结合进行时滞反馈控制的研究还有很多的不足之处，有待于以后进_ 步的研究【2 2 1 。 时滞反馈控制方法仅应用于简简单单的模拟装置，还用于工程领域，已成功 地应用到许多物理方面，例如电子系统、激光系统、磁机械系统等等。 1 2 2 5 其他控制方法 除了上面所说的控制方法以外，还有线性反馈控制方法【2 3 , 2 4 】，自适应控制方 6 法【2 5 , 2 6 】，变结构控制方法【2 7 , 2 8 】，滤波控制方法【2 9 1 ，智能控制方法【3 0 , 3 1 1 等等。 综上所述，针对在基于同行为决策的电力市场演化博弈及其混沌控制研究问 题，目前还是很少有研究者涉及到，对于本课题的研究将对电力工业的市场化改 革具有典型的学术研究价值和现实的实际应用意义。 1 3 本文的主要工作 本文工作的具体内容主要包括如下： ( 1 ) 基于不同行为决策的电力市场演化博弈模型的建立。在市场经济系统中 具有很多行为决策，发电商根据自己的利润情况和竞争对手的情况选取合适的行 为决策。演化博弈模型的建立由以下四个方面相结合：给出了选取不同行为决 策的概率模型。行为决策的动态模型传统上采用微分动态方程来描述。考虑 垄断网络市场中网络固有的特殊物理性质。结合了市场清算的优化模型。四者 的相互结合构成了基于不同行为决策的电力市场动态演化模型。本文将采用基于 非线性互补供应函数的电力市场动态模型来对电力市场的演化博弈进行描述。 ( 2 ) 基于不同行为决策的电力市场的动态演化博弈分析。本文将分析基于不 同的行为决策的电力市场动态行为决策如何选择，特别是当行为决策一旦确定后， 如何随着调整速度的不断变化而变化。动态演化分析主要集中在电力市场均衡的 稳定性分析和电力市场周期和混沌分析。以及社会效益的经济分析。 ( 3 ) 基于不同行为决策的电力市场动态行为的经济评价。发电商根据动态演 化博弈模型选取了行为决策。而行为决策的选取就是为了使得自己的利润最大化 以及市场获得均衡。行为决策选取是否合理，通过经济评价来得以验证和校正。 ( 4 ) 基于不同行为决策的电力市场的混沌控制。当市场动态演化行为达到混 沌时，即行为决策的选取处于不确定及发电商经济利润下降时，研究采用何种控 制策略，来实现发电商经济利润达到原有的均衡态，将周期和混沌状态重新回到 均衡状态以及行为决策选取的不确定性又回到原来均衡状态的行为决策。本文将 采用反馈控制方法对电力市场的混沌行为进行控制，并在电力市场动态行为的积 极评价体系基础上建立针对混沌控制模型的经济评价体系。通过积极评价体系的 比较，得到最佳经济利润的控制方法和得到最佳的行为决策。 7 第二章电力市场和行为决策基本理论 本章主要介绍电力市场和行为决策的相关理论知识。简单阐述电力市场的特 点和组成以及交易模式，以及行为决策的特点和要素。 2 1 电力市场简介 2 1 1 电力市场的定义和基本特征 电力市场含义分为广义和狭义两种。在广义上讲，电力市场是指电力生产、 使用、传输和销售等关系的总和。而电力市场在狭义上是指竞争性的电力市场， 价格和数量的机制是通过电能生产者和使用者通过协商、竞价等方式就电能及其 相关产品进行交易，通过市场竞争来确定的。开放性、竞争性、计划性和协调性 是竞争性的电力市场的四个基本特征。市场主体即售电者和购电者、市场客体即 买卖双方交易的对象，如电能、输电权、辅助服务、市场载体、市场价格、市场 规则等是竞争性电力市场的要素。 电力市场的基本特征是开放性和竞争性以及计划性和协调性。与传统垄 断的电力系统相比较时，电力市场最大特征是：开放性和竞争性。电力市场与普 通的商品市场相比具有的特点是：有计划性和协作性 2 1 2 电力市场的组成 电力市场的参与者是多元的利益主体包括各个独立经营的输电网、电厂、 用户和配电网。这些利益主体是互相平等的、自主的，在市场交易中允许买卖双 方的多方选择。电力市场的约束和目标都具有一定的柔性【3 2 1 。用户在不同的电力 系统中的地位是不同的，相对于传统电力系统，用户由被动的“负荷地位变成 了在电力市场中具有一定的选择性和能动性。商品是普通的商品市场的客体，即 指买卖双方交易的对象。电力市场的客体与市场本身的发达程度有关，主要包括 辅助服务或期权、电力即电量等。普通商品市场的载体通常指通讯设施、网点设 施、运输设施、仓储设施、交易场所等。“电网”是电力市场的载体。 2 1 3 电力市场交易机制及其模式 ( 1 ) 电力市场交易机制 电力市场莅临的核心是交易机制，由此形成的交易规则已成为市场运营的操 作指南。各类市场的交易机制在同一环境下可以有所差别，比如提前电能市场可 以通过竞价事先确定市场份额并制定成交价格，而辅助服务可以通过时候分析按 照各成员作出的贡献予以奖惩。 可操作的交易规则是需要针对目标市场的具体特性设计的。交易规则必须反 映商品或服务的特点，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、争议解决和仲裁程序等各环节进行规范。市场 规则是在实践中不断检验和修正的，不断地趋于完善和合理。 目前对于各种类型的市场包括发电辅助服务、电能市场、输电服务市场的研 究已经很深入了，尤其是有关期货形式和现货形式的电能市场以及输电服务市场 的组织，已有不少论述，并且取得了一些成功的实用方案。发电辅助服务市场中 的无功定价和备用问题也在理论上获得比较满意的解决。双边交易模式中最值得 关注的转运问题是研究热点。 ( 2 ) 电力市场交易模式 当前世界各国的市场交易模式基本上可分为：双边交易模式( b i l a t e r a lt r a d e s m o d e l ) 、联营体( p 0 0 1 ) 模式和存在双边合同的联营体模式( p o o l b i l a t e r a l ) 以及多边 交易模式。 电力联营体( p 0 0 1 ) 模式也称为总量市场化模型。这种模式决定了一切电力交 易必须在联营体内进行。将电网看作电能交易中心是p o o l 模式最大的特点，与电 网运营中心发生经济关系的是所有发电商以及所有用户。因而发电商必须向p o o l 卖电，而用户必须从p o o l 购电。很多国家都实行这种市场模式，包括智利、英国、 阿根廷等国以及澳大利亚的v i c t o r i a 电力市场、美国p j m 电力市场。 而在双边模式下，发电商与用户之间可以不通过电力交易中心进行电能交易， 而是通过直接签订合同进行彼此价格及电量交易。在确保全网存在足够的输电容 量时，该i s o 收到合同所规定的电量信息后就会得以实施。如果发现合同中的电 能交易不能满足网络安全约束条件，则i s o 将信息反馈给合同双方，要求修改合 同内容。如果满足网络安全约束条件，i s o 负责进行调度运行。该交易模式的优 点在于能够按照交易双方的意愿，满足交易双方对于价格以及电量稳定性的要求。 相对于前两种模式而而言，双边合同的联营体模式( p o o l b i l a t e r a l ) 有效地运用 前两种模式的优势，避免现已存在的问题，是各国电力市场运营模式的趋势。在 双边合同的联营体模式下，用户与发电商之间的自由选择是通过电力交易中心进 行电能交易，或直接签订双边合同进行交易。 协调多边交易模式是f f w u 提出了一种新的模式，p o o l 市场或p x 机构完 全不存在于该模式中，并且考虑了经纪人、零售商等市场中间环节，因而协调多 边交易模式是在双边交易模式基础上发展起来的，双边交易模式的高级形式是一 种更广泛的、基于分布协调的市场模式。集中协调的传统功能已被设计到信息结 构之中，完全分离了市场交易与调度。该模式的电力市场真实特点是部分管制下 9 的竞争，还能够与现有的两种基本模式共存于同一市场体系之中，虽然协调多边 交易模式只适用于充分竞争的市场环境，但是从理论上讲还是比较完美的。 2 1 4 联营体中的拍卖和清算 ( 1 ) 拍卖规则 各发电厂的报价是根据各自的实际情况制定的，i s o 在遵循负荷预测或用户 的报价的前提下，依据成本最低的原则优先给报价低的发电厂发电。所有入围的 发电厂都按统一的清算价结算。 ( 2 ) 清算价格的确定以及确定时间 清算价的确定决定于供给曲线和负荷预测确定清算价，从而确定发电商的发 电量。对所有中标的发电公司均按统一清算价进行结算。时间的确定可以事前定 价、实时定价和事后定价。 事前定价：在实际运行前确定发电计划和清除价。 事后定价：不需设立专门的平衡市场来确定清算价。应用于澳大利亚和新西 兰的维多利亚电力联营体。大部分采用平均系统的边际价格。为了使市场成员能 够有机会调整其出力或负荷，市场操作员提前发布价格预测信息。对于调峰电厂， 可在平均边际价格的基础上增加一个补偿价格以反映其报价。 实时定价：决定下5 分钟的系统边际价格是通过每5 分钟运行一次计划软件。 通过辅助服务解决5 分钟内不平衡现象，比如旋转备用和调频等。为了结算的方 便，半小时为交易时间段，半小时内5 分钟电价的平均值为结算价格。这主要在 澳大利亚国家电力市场实行这种模式。 总之，实时电价理论作为经典电力系统优化运行理论的直接发展和延伸，其 本质上与无功优化、经济调度和最优潮流有着深刻的联系。 ( 3 ) 节点电价 节点定价就是根据输电网中、电力用户或者变电所所在输电网中的位置，制 定市