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基于决策树技术的日前市场清算电价预测 摘要 电力市场中电价是关系到资源流动和利益分配的核心因素，电价的确定也 是电力市场中最本质、最关健的部分，合理的根据市场需求确定相应的电价直 接影响到电力市场能否正常的运营。 电价预测具有十分重要的意义，目前己提出了时间序列法、人工神经网络、 混沌理论等预测方法，但由于电价预测不仅需要考虑电价本身作为时间序列的 特性，还需要考虑各种非电价因素( 如负荷需求、节假日、供求关系等因素) 对电价的影响，特别是人为因素的干扰，这都进一步加大了电价预测的难度和 深度。 本文以澳大利亚昆士兰州电力市场( p o o l 交易模式) 为背景，采用决策树 技术，建立了提前日的电力市场清算电价预测模型。文中详细介绍了决策树技 术的原理及其在电价预测中的实现方法，重点考虑负荷、历史清算价等相关因 素对未来电价的重要影响，利用微软a n a l y s i ss e r v i c e s 提供的数据挖掘功能 对不同的预测时段构建了不同决策树形式的市场清算电价( m a r k e tc l e a r i n g p r i c e ，m c p ) 预测模型，能直观的以“树”的形式将预测过程及结果显示出来， 同时预测人员可以根据自己的专家知识和实践经验，对“决策树”进行修正， 预测过程简单、结果可视可理解、准确率高、易于推广。 关健词：电力市场；决策树；市场清算电价；电价预测 m a r k e t - c l e a r i n gp r i c ef b r e c a s t i n gi nd a y - a h e a dm a r k e tb a s e d o nd e c i s i o n t r e ea p p r o a c h a b s t r a c t e l e c t n c l t yp r l c e1 st h ek e yt a c t o r o rr e s o u r c et l o wa 1 1 db e n e n ta 儿o c a t l o nm t h e p o w e rm a r k e t e l e c t r i c i t yp r i c ei s s u e sa r ea l s ot h ek e yp r o b l e m sa n dh o wt op r i c et h e s p e c i a lc o m m o d i t y e l e c t r i c i t yi se s s e n t i a lf o rt h es m o o m m a r k e to p e r a t i o n f o r e c a s t i n gt h e f u t u r ee l e c t r i c i t yp r i c ei s av e r ym e a n j n g f u lw o r ka i l dp e o p l e h a v ep u tf o r w a r ds o m ef o r e c a s t i n gm e t h o d ss u c ha st i m es e r i e sm e t h o d ，n e u r a l n e t w o r k ，c h a o s 。t h e o r ) ，e t c b u te l e c t r i c i t ) rp r i c ef o r e c a s t i l l gn e e d sc o n s i d e r i n gn o t 0 1 1 1 y 吐1 ec h a r a c t e “s t i c so ft i m es e r i e so fe l e c t r i cp r i c eb u ta l s ot h en o n - p r i c ef a c t o r s i n n u e n c e ss u c ha sl o a dc o m m a n d ，肌o m a l o u sd a y s ， s u p p l ya n dd e m a n de t c ， e s p e c i a l l yf o ra r t i f i c i a l 弓1 e m e m s t h e s ef a c t o r sr e s u l ti nt h em o r eh a r d n e s sa n d d e e p n e s s t h i s p a p e rp r e s e m s as u c c e s s 如l a p p l i c a t i o n o f ad e c i s i o n 一仃e et ot h e m a r k e t c l e a r i n gp r i c ef o r e c a s t i n gf o rq u e e n s l a n dd a y - a h e a de l e c t r i c i t ym a r k e ti n a u s t r a l i a ( p 0 0 1t r a d e sm o d e l ) 1 酞i n gl o a d 柚dh i s t o r i c a lm c pi n t om l la c c o u n t ， p r i n c i p l e so fm ed e c i s i o n t r e et e c h n i q u ea i l d i t si v o l v e m e mi ne l e c 嘶c i t ) rp r i c c f b r e c a s t i n ga r es u m m a r i z e di nd e t a i l w ec o n s n u c tm c pp r e d i c tm o d e l su s i n gd a t a m i n i n g c t i o nm o d u l eo fm i c r o s o ra n a l y s i ss e 嘶c e o u rm o d e l sw i l lp r e s e m d i f f e r e n td e c i s i o nt r e ef o m sf o rd i 毹r e mt h n ei a l l g e sa n dd i s p l a yp r e d i c t i o n p r o c e s s e sa n dr e s u l t si na ne a s yu n d e r s t a n m n g t r c e - l i k er e p r e s e n t a t i o n f i l r m e m o r e ， u s e rc o u l de a s i l yr e f i n e 吐1 em o d e li n t r o d u c i n gt h e i ro w ne x p e r th l o w l e d g ea n d p r a c t i c “e x p e r i e n c e s a sac o n c i u s i o n ，o u rm o d e lh a st h ef o l l o w i l l ga d v a n t a g e s ： r e l a t i 寸e l ys i m p l e rp r e d i c tp r o c e s s ，v i s u a l i z e d a n dl l n d e r s t a n d a b l e o m p u t ，h i g h a c c u r a c ya n db r o a da p p i i c a t i o nf i e l d s k e y w o r d s ：p o w e rm a r k e t ；d e c i s i o n t r e e ；d a t am i i l i n g ；m a r k e t c l e a 血gp r i c e ( m c p ) e l e c t r i cp r i c ef o r e c a s t i n g 插图清单 图2 1电力市场的运行 图3 1 商品价格的形成 图3 2日前市场中某时段电力价格的形成 图3 3 澳大利亚昆士兰州2 0 0 4 年9 月6 ，2 5 日电力市场负荷 图3 4 澳大利亚昆士兰州2 0 0 4 年9 月6 ，2 5 日电力市场电价 图4 1 信道模型一 图4 2i d 3 算法主算法流程一 图5 1 负荷对电价的作用 图5 2 澳大利亚昆士兰州2 0 0 4 年9 月负荷与市场清算电价 图5 3 决策树建模与预测流程图 图5 4 模型数据挖掘列 图5 5 系统工作流程图 图5 6 选择“d i s c r e t e ”形成的决策树= 图5 7 选择“d i s c r e t i z e d ( ) ”形成的决策树： 图5 87 ：3 0 时段决策树模型 图5 91 5 ：0 0 时段决策树模型j 图5 1 0 日预测误差最小的日( 9 月2 0 日) 电价实际值与预测值 图5 1 1 日预测误差最大的日( 9 月7 日) 电价实际值与预测值 5 加 如 他 心 殂 拍 巧 蕊 m 挪 舶 挪 m m 一 一 表 表 表 表 表格清单 m 点输入与期望输出关系 数据挖掘事实数据表结构 清算电价变化率时段分布概率 预测误差 1 7 3 0 3 1 4 1 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研 究成果a 据我所知，除了文中特别加蚍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 盒卫_ i 些盍堂 或其他 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谢意。 学位论文作者签名 签字日期2 觑矿叫j 月加日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解佥肥工些盘堂有关保留、使用学位论文的规 定，有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文 被查阅和借阅。本人授权盒卫工些盍堂可以将学位论文的全部或部分| i 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、汇编 学位论文。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权书) 撇姗虢彦面 铈繇匠 签字日期：旖j j 月沙日 学位论文作者毕业后去向 工作单位 通讯地址 鎏嬲蝴么每 锄嘶榔 期 游鹏 签字日期：o f 年7 ，月幻日 电话：! 岁7 缎眵 邮编：乃 致谢 在本文的撰写过程中，我要特别感谢导师丁明教授和高夏生高级工程师， 感谢他们在毕业论文设计过程中给予我的指导与帮助，在他们的精心指点和启 发之下，我能够顺利完成此篇毕业论文，并得到许多思想上的收获。值此论文 完成之际，谨向导师丁教授和高工致以最诚挚的感谢，祝愿老师桃李满天下， 永葆事业青春。 我还要感谢合肥工业大学，感谢她给我们提供了一个学习的机遇和环境， 使我们能够在人生中得以鞭策自己，奋发向上，能圆一个大学的梦。 最后，忠心感谢评审论文的各位专家、教授为论文提出的宝贵意见和建议， 您们辛苦了。 第一章绪论 11 选题背景和研究意义 当前，我国正在建设发电侧电力市场，其方向是要打破垄断、引入竞争， 发电企业竞价上网。2 0 0 4 年5 月1 8 日，华东区域电力市场经过长期准备正式 启动，省电力公司作为华东电力市场的组成部分，需要积极参与电力市场的建 设。 华东电力市场的开展将对电网生产运行的各个环节产生深刻影响，电网的 生产运行模式将从以计划为主导的模式逐步过渡到全网范围内以电力市场为主 导的模式，这必然存在着市场风险。在这种形势下，省电力公司急待需要加强 有关电网在市场条件下如何运营的研究，研究工作不仅具有现实的经济意义， 而且面对改革所可能导致的不确定性未来，可以在技术上、策略上有所准备。 电价已成为关系到资源流动和利益分配的核心因素，发电企业需要准确预 测电价来决定其最优竞价策略，电网公司需要根据电价信息来决定其电能需求 现货交易和期货交易( 合约交易) 的最优分配方案，监管机构则通过掌握电价 趋势来制定政策规定，而投资方则需要了解电价分布来进行长期投资规划。如 果市场参与者能够事先较为准确地预测到电力价格，那么他就在激烈的市场竞 争中处于有利地位，能够谋取更多的利益。因此怎样根据电力市场的相关历史 数据准确的预测出电价预测具有十分重要的意义。 1 2 当前研究现状 电力市场电价包括市场的统清算电价、节点边际电价、辅助服务电价、 输配电电价等，电力市场电价预测按时间分可提前小时、日、周、月预测，甚 至季度、年预测，预测周期越长难度就越大。本文所研究的是发电侧市场中提 前日的市场统一清算电价预测。 所谓的电价预测就是在一些己知信息的基础上，利用数学工具对未来电力 市场中的电力交易价格进行预测。预测的对象可以是市场的统一清算价、各个 地区清算价或节点清算价等。通常是预测市场的统一清算价，在系统不发生联 络线阻塞的情况下，各个地区的清算价和市场统一清算价是相同的。 市场清算电价( m a r k e tc l e a r i n gp r i c e ，m c p ) 是指在发电侧市场中，为 降低市场成本，发电企业参与竞价上网，市场交易中心按照其报价由高至低排 列，安排满足系统预测负荷需求和系统安全稳定性的前n 个发电企业发电，最 后一个被安排发电的发电企业报价即为市场清算电价。 电价预测难点在于，它不仅需要考虑电价本身作为时间序列的特性，还需 要考虑各种非电价因素( 如负荷需求、节假日、供求关系等因素) 对电价的影 响，另外与负荷预测等显著不同的是，电价很容易受到人为因素的影响，与其 他商品价格预测等不同的是，电力不能存储，是瞬时平衡的，这都进一步加大 了电价预测的难度和深度。目前，国内外众多研究者在这一领域做了大量工作， 参考负荷预测和其他商品价格预测的方法提出了许多预测模型和方法，就其预 测机理而言，有直接应用电价变化的时间特征进行预测的，如时间序列法l i 儿“、 混沌理论 3 4 等：有在详细分析电价特点的基础上，并考虑电价与负荷及其他 因素的强相关性之后，利用相关预测技术进行电价预测，如数据挖掘p j 、神经 网络川7 1 、模糊推理嘲等9 1 。其中时间序列法、混沌理论没有考虑非电价因素对 电价的影响，神经网络法、模糊推理法虽然考虑了非电价因素的影响，但这种 考虑是“黑箱( b l a c k _ b o x p r o b l e m ) ”的，预测人员对非电价因素如何影响电价并 不清楚，也谈不上在负荷预测有误差时如何根据分析结果对电价预测结果进行 修正。 1 3 本文研究的主要内容 数据挖掘( d a t am i n i n g ，简称d m ) ，又称为数据库中的知识发现，它是从 数据集中识别出有效的、新颖的、潜在有用的，以及最终可理解的模式的非平 凡过程( f a y y a d 定义，1 9 9 6 ) 【2 1 】。从目前我们应用的角度来讲，它就是一种从 大量的、不完全的、有噪声的、模糊的、随机的实际应用数据中，提取隐含在 其中的、人们事先不知道的信息和知识的过程，其目的是从大量数据中寻找有 用的信息。 决策树技术( d e c i s i o nt r e e ) 是数据挖掘( d a t am i n i n g ) 中的一个重要 分支，可用于解决高维数据的分类问题，具有分类速度快、精度高、生成的模 式简单、过程透明等优点。本文基于对实际短期电力市场电价的分析，以澳大 利亚昆士兰州电力市场为背景，提出了一种基于决策树技术的短期电价预测方 法，重点考虑负荷、历史清算价、预测日类型等相关因素对未来电价的重要影 响，利用微软a n a l y s i ss e r v i c e s 提供的数据挖掘功能对不同的预测时段构建 了不同决策树形式的m c p 预测模型，能直观的以“树”的形式将预测过程及结 果显示出来，同时预测人员可以根据自己的专家知识和实践经验，对“决策树” 进行修正，预测过程简单、结果可视可理解、准确率高、易于推广。 2 第二章电力市场概况 2 1 世界范围内的电力改革 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。智利、阿根廷、英国、美国、澳大利亚等国的电力市场改革给 其电力工业带来了活力，并激励了世界上其他各国的市场化发展过程。 在世界电力工业改革浪潮的背景下，我国也放松了对电力工业的管制，逐 步建立起了适应有中国特色的社会主义市场经济的电力市场，近年来的电力体 制改革可以概括为四个阶段： 1 9 8 5 年至2 0 世纪9 0 年代初期的集资办电阶段，目的在于根除缺电和拉闸 限电现象，解决最基本的电力短缺问题。 9 0 年代初至1 9 9 z 年，成立国家电力公司，实行企业改制和现代企业管理。 1 9 9 8 年撤销电力工业部至2 0 0 1 年，实行“网厂分开、竞价上网”，确定选 择了上海、浙江、山东、辽宁、吉林、黑龙江六省( 直辖市) 进行厂网分开、 竞价上网的试点。 2 0 0 2 年，中国电力新组建并成立了2 家电网公司、5 家发电集团公司、4 家辅业集团公司和国家电力监管委员会，标志着中国初级电力市场正式启动和 实施。 2 0 0 4 年1 月1 5 日，东北区域电力市场进入模拟运行，5 月1 8 日华东区域 电力市场进入模拟运行，1 0 月2 8 日华东电力市场进入综合模拟运行。 2 。2 电力市场的基本概念 22 1 电力市场的定义 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。 狭义的电力市场一般是指发电市场、输配电市场、供电市场、用电市场、 电建市场等。广义的电力市场，可以根据商品的属性和电力商品的特殊性加以 说明，但目前还没有统一的定义。目前比较流行的几种定义如下： ( 1 ) 电力市场是采用法律、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【l o 】。电力市场管理机 制是指，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。 ( 2 )电力市场是电力买主和卖主相互作用，以决定其电价和电量的过 程。 ( 3 )电力市场是电网商业化运营的规范化的环境和场所。 ( 4 )电力市场是电力供方和需方分别以利润最大化和成本最小化为目 标，按照约定的规则并以输电网为媒介联系起来，通过自主竞争 和经济合同的形式，进行电能交易的一种组织体系和电能配置方 式。 2 2 2 电力市场的基本特征 开放性、竞争性、计划性和协调性是电力市场的基本特征。与传统的垄断 电力系统相比，电力市场的最大的特征是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调性1 8 】。电力系统是相互紧密联系的，任 一成员的操作，均将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、交换具有计划性。同时由于电力系统要求随时做到供需平衡，所以要求 电力市场中的供应者之间、供应者与用户之间相互协调。 我国竞争性电力市场具有二个本质特征，一是国有经济要占控制地位，这 是我国社会主义性质的特殊性所决定的；二是市场的竞争性，这是市场的共同 性所决定的。我国电力市场的竞争性包括竞争、有序和开放三方面的内容，是 三者的有机体，因而是竞争有序开放的电力市场。竞争是指有效竞争，是电力 市场的各个主体按照共同的市场规则，无歧视地进行“三公”( 即公开、公平、 公正) 竞争，也就是有序和开放的竞争。 2 2 3 电力市场的目标 电力市场化建设的总体目标是：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，推进全国联网，构建政府 监管下的政企分开、公平竞争、开放有序、健康发展的电力市场体系【l ”。 2 2 4 构成电力市场的要素 ( 1 ) 市场主体。主要包括商品生产者、消费者、经营者和市场管理者。 ( 2 ) 市场客体。主要包括电力( 电量) 、辅助服务或期权等。 ( 3 ) 市场载体。电力市场的载体就是电网。 ( 4 ) 市场电价。电价是电力市场的核心和杠杆，是电力市场中传递供求变 化最敏感的信号，也是体现管理思想的重要工具。 ( 5 ) 市场规则。电力市场应该具备各种详细的规则，如市场准入规则、交 易规则、竞争规则和运行规则。 ( 6 ) 市场监管。市场监管是指依靠行政组织、司法组织、经济组织、新闻 媒体等，按照市场规则，对市场行为和市场运行过程进行监督的全过程。 4 2 2 ，5 电力市场的运行 电力市场的运营可以参见图2 1 。其中i s o ( i n d e p e n d e n ts y s t e m o p e r a t o r ) 称为独立系统操作员( 国内即为调度部门) ，主要负责电网的安全调度和安排发 电计划等，是电力市场中的一个核心部门。从图中可以看到：各个发电商根据 自己收集到的信息对未来的市场进行预测后通过市场上报自己的竞价曲线，i s o 根据全网发电商的报价情况和负荷情况以及一定的调度算法安排电网运行计 划，各个发电商根据i s o 下达的计划运行【i “。 图2 1 电力市场的运行 2 3 澳大利亚电力市场 本文研究是以澳大利亚昆士兰州电力市场为背景的。澳大利亚电力市场于 1 9 9 8 年开始运作，它在大范围供应和购买电力方面引进竞争机制，它包括澳大 利亚首都地区( a u s t r a l i a nc a p i t a lt e r r i t o r y ) 、新南威尔士( n e ws o u t h w a l e s ) 、昆士兰( q u e e n s l a n d ) 、南澳大利亚( s o u t ha u s t r a l i a ) 和维多利亚 ( v i c t o r i a ) 地区电力市场。澳大利亚主要以火电为主，电力消费主要是工业、 商业和居民用电，电力生产者和消费者之间通过电力库( p 0 0 1 ) 进行交易，每 年交易额达到7 0 亿澳元。 联营( p 0 0 1 ) 模式，也叫总量市场化模型。它的一切电力交易必须在p 0 0 1 内进行，竞争在发电侧和供电侧分别展开。其最大的特点就是将电网看作电能 交易中心，所有发电商和用户与电网运营中心发生经济关系。英国、智利、阿 根廷等国以及美国p j m 电力市场、澳大利亚电力市场都属于这一类市场模式， 我国的华东区域电力市场也属于此市场模式。 国家电力市场的运行依赖于期望负荷预测。各州的负荷需求因各州的人口、 气温以及工、商业发展的状况的不同而不同。同时，一天中的负荷也因时段的 不同而不同。平均气温下，澳大利亚国家电力市场一个营业日的负荷约为2 0 g w 。 澳大利亚国家电力市场供电很充裕，一年之中只有少数几天因负荷较高而使供 电相对比较紧张，这主要是发生在冬夏季用电高峰时期。 澳大利亚国家电力批发交易以现货市场的方式进行，现货市场为电力供需 瞬时平衡提供了良好的环境。市场运作按交易日进行。每个交易日为一个日历 日，分为4 8 个交易时段。每个交易时段为3 0 m i n ，从交易日o ：o o 开始，第一 个交易时段为o ：0 0 o ：3 0 ，最后一个时段为2 3 ：3 0 次日o ：0 0 ，即4 8 个清算电 价。市场要求参与市场的机组向n e m m c 0 ( 国家电力市场管理有限公司) 提交报 价。目前有三种类型的报价：1 ) 日报价：每天1 2 ：3 0 之前提交，主要用于预调 度：2 ) 再报价：可在调度前5 m i n 提交，可修改原报价的详细信息；3 ) 默认报 价：是没有日报价时采用的一种常备的报价。n e m m c o 根据发电公司提交的报价 按报价从低到高的顺序加载机组，直到满足负荷为止。这也意味着随着负荷的 增大，就要调度更多更昂贵的机组投入发电。同时区域间联络线的限制也会导 致为了满足当地负荷而不按照电价顺序来调度一些价格稍高的当地机组。 n e 埘c o 每隔5 m i n 发布一次调度指令来指导发电机发电，市场按每5 m i n 的调度 间隔计算一次电价，半小时内的6 次调度价格的平均值就决定了这个交易时段 的现货电价。国家电力市场规约中规定最大现货价格为1 0 0 0 0 澳元m w h ，这是 发电商在现货市场中能报出的最高电价【1 3 。 2 4 电力市场中电价的核心作用 电价是电力市场的支点，无论对供应电力的一方还是需求电力的一方，电 价都是直接关系到各市场参与者的最直接和最敏感的因素。电价作为电力市场 的指针能够自动引导资源的配置，它的导向力是直接和有力的【1 4 】f 1 5 】。 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，具备下述 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，这是电力企业获取资金维持 简单再生产的手段。 ( 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。电价和电 量不仅应当满足短期电能简单再生产的需要，而且应当满足长期电能扩大再生 产的资金需要，以便保证电力工业持续稳定地发展。 ( 3 ) 具有调节功能。电价应当具有调节功能，引导用户合理用电和引导发 电厂顶峰压谷。在峰时段应高电价，鼓励发电厂顶峰发电，引导用户转移部分 6 负荷；在谷时段应低电价，以便一方面鼓励用户用电，另一方面促使发电厂压 低负荷。从而更有效地来利用电力资源，降低系统的峰容量要求，并改善系统 的负荷率。 25 电价预测的意义 电价作为电力市场的支点，在电力市场中对促进市场竞争、提高电力系统 运行效率和实现资源优化配置起着十分重要的作用。在电力市场中，各个参与 者之间发生的交易和关系都是以电价为基础的，所以如果市场参与者能够事先 较为准确地预测到电力价格，那么他就在激烈的市场竞争中处于有利地位，能 够谋取更多的利益。 对发电商来说，可以利用电价预测制定报价策略、优化报价，以期能够中 标和获得最大的利润。从短期的角度看，电价是它的产品价格，其利润依赖于 成功的报价策略，而报价策略形成的基础是对短期电价进行准确预测。准确预 测电价，将有助于发电企业掌握市场先机，从而构造最优的电量、电价投标策 略，以获取最大利润。从长远的角度看，通过电价预测，发电方可以初步了解 未来一个时期内的电价发展走向，从而确定将来一定时期内竞价电量和合同电 量的分配比例，力争把企业自身参与市场竞争的风险降到最小。 对电力用户来说，可以利用电价预测制定合理的用电计划，比如可以将电 价较高时段的负荷转移到电价较低的时段( 峰谷电价) ，这样可以降低生产成本， 增加产品的竞争力和获得更多的利润。 对系统调度员来说，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。 对于电力监管机构，通过掌握电价趋势来制定政策规定，指引电力市场健 康发展。电价的预测为促使市场健康、稳定、有序地竞争和发展以及各种电价 政策的制定提供科学依据。国家电力监管委员会通过对边际电价的预测，可以 把握电力市场的电价总体发展变化情况，及时向政府价格部门提出调整电价的 建议( 如最高限价、最低限价的调整) ；各级地方电力监管机构可以借助边际电 价预测监管包括发电、输电、售电在内的所有电力企业的市场竞争行为，防止 具有市场操纵力的电力企业垄断或操纵电价，维护电力消费者的利益以及电力 市场竞争的公开、公平、公正。 对于电力投资者来说，可以利用长期电价预测辅助投资决策，以减少投资 风险。电力市场的长期电价预测对于引导投资，自发的配置市场资源以达到电 力供求基本平衡，各项服务满足要求的目标。 由上述可见，无论是短期电价预测还是长期电价预测都有着重要的意义。 本文所研究的主要是提前目的短期市场统一清算电价预测。 7 第三章电价和电价预测 31 电价的形成及其特点 311 电价的形成 电价作为电能商品的货币表现，应该说电价的形成贯穿于电力系统的始终。 电价作为行业价格，具有一般价格的共性，但作为重要的基础产业，电能的生 产和消费又具有不同于一般商品的特点，两种因素相互作用，使电价的形成既 具有一般价格形成的共性也具有特殊性。 电力法规定：“制定电价，应当合理补偿成本，合理确定收益，依法计 入税金，坚持公平负担，促进电力建设”。可以看出制定电价应遵循三条基本原 则：即成本为主，合理利润，公平负担。成本为主的原则要求供电企业依据发、 输、配、供电成本制定电价；合理利润的原则是既要保证电力企业的收入能够 满足其简单再生产和扩大再生产的需要，又要限制电力企业的利润不应过高， 使电力用户的利益得到保证；公平负担的原则要求对不同类型的用户，按各自 不同的供电成本制定电价，而对同一类型的用户应一视同仁。 我国传统的电价确定方法为：会计成本加上预算利润，主要包括固定资产 折旧、各类固定开支、税收及利润。这种方法的优点在于简单易行，便于企业 实现财务管理和年度结算。但是缺点也很多，如它是一种人为的价格，不符合 电能作为一种商品的价值基础，定价方式是静态的和统计性的等等。随着电价 理论研究的深人，人们提出了基于经济学的边际成本定价模式。边际成本定价 法是指根据增加单位千瓦而增加的发供电成本，按各类用户的受电电压、用电 时间，严格计算增加单位千瓦用电而引起的成本增加值，计算长期边际容量( 电 量) 成本。世界上不少国家( 法国、英国、德国、意大利、瑞典等) 己相继采 用这种定价方法。另外，理论上电厂的电价、用户的电价均是随时间、地点而 变化的，因此有人提出了实时电价的概念，即随时间变化的电价，这需要更精 细的电价计算方法和更强的自动化技术系统来支持。 随着电力市场的发展，合同电价、期货电价、竞标电价等通过人们之间协 商或竞争而出现的电价形成方式业已成为电价体系的一个重要组成部分。 3 1 2 电价的影响因素 影响电价的因素概括起来有四大类，一是外部因素，包括政府政策、税收、 社会费用等；二是内部因素，包括经营目标、成本等。三是市场供需关系因素： 四是气象、突发事件等其它因素。 ( 1 ) 外部因素 a 政府政策。电力是一个相对垄断性的行业，电价不可能像有些产品的价 格那样完全可以由市场给予调节，政府往往从宏观经济角度给电力企业 确定适当的电价。 b 税收。根据目前的税收政策，发电厂发电上网，要征收电力生产增值税， 当进入销售环节时，也要征收电力产品增值税，还包括其他税种。 c 社会费用。常常终端用户支付的电费中，不仅包括了供电局的供电电费、 政府核定的电价，而且还包括了其他增量费用。这是非电力企业( 用电 管理中间机构) 在电价外收取的其他费用。 ( 2 ) 内部因素 a 电力企业的经营目标。对发电企业而言，由于其建设的年限、设备的先 进程度、历史原因均不相同，在竞价上网时的经营目标也不相同。发电 企业的经营目标主要有：维持企业的生存、争取当期的利润最大化、争 取最大限度的市场占有率等。 b 成本。发电成本分为固定成本、可变成本。固定成本包括折旧费、办公 费、管理人员工资等不随发电量变动而变动的成本。可变成本是指燃料、 运营费用等随发电量变动而变动的成本。供电成本也分固定成本、可变 成本。 ( 3 ) 市场供需关系因素 市场供求情况市场供求关系的变动，直接影响产品价格的波动，这是市场 价值规律的必然。在电力市场中，电价的高低主要取决于系统的总需求。当系 统的总需求增加时，电价便会升高；否则降低。电力市场中用电方和供电方处 于平等双向交流的地位。用户的负荷曲线和用电量决定着各时段的电价；反过 来，供电方公布了各时段的预测电价，用户又会有所响应，主要反映在用电时 间安排和负荷曲线上。因此，电价既是电力生产者与电力消费者之间最重要的 交流信息，又是调节供需平衡的经济杠杆。 ( 4 ) 其它因素 前述电价的影响因素着重于各因素对电价总体水平的宏观的、较长期的影 响，而影响电价波动的因素则是指那些在较短时问内，甚至是每一个结算时段， 造成电价短期变化的因素。影响电价波动的因素是多方面的，但电价的短期波 动实质是受负荷的引导。般情况是系统负荷大时，边际结算电价就会高些， 反之亦然。所以，引起负荷短期波动的因素，也就是影响电价短期波动的因素。 影响负荷短期变化的因素如下：日分类( 正常日、国庆、春节等) ；星期类型( 星 期一至星期日) ；日天气类型( 晴、阴等) 、日最高温度、日平均温度、日最低 温度、日降雨量、湿度、风速等；突发事件( 发电厂事故、大用电量的庆典活 动等) ；用户对电价变化信号的心理反应以及用电行为的调整。 3 1 3 电力市场统一清算电价的形成 根据微观经济学原理，在市场的情况下，商品的价格是由该商品的供需双 方竞争过程中自发形成的。一般来说，商品的价格越高，商品的供给者就愿意 多供给商品，价格越低，就少供给商品( 供给曲线) ，而对于消费者则恰好相反， 商品的价格越低，他们就愿意多购买商品，价格越高，就少购买商品( 需求曲 9 线) 。供给曲线和需求曲线的交点就是商品的均衡价格( 市场价格) 及成交数量。 如图3 1 所示。 图3 1 商品价格的形成 电力作为一种特殊的商品，其价格在不同的时间、不同的地点都是不同的。 目前世界上很多电力市场采用的都是市场统一清算电价，如美国加州的电 力市场、澳大利亚电力市场、我国浙江省的电力市场。电力统一清算价的形成 过程和上述的一般商品的形成过程基本相似但也有其特殊性。如在华东区域电 力市场中，月度竞价市场的清算电价的形成是由供需双方共同竞争的结果，供 给方( 发电企业) 报出供给曲线( 包含电力、电价) ，用户方( 电网公司) 报出 需求曲线( 包含负荷、电价) ，双方曲线的交点就是无系统约束情况下的系统的 统一清算电价，即如图3 1 所示。而在日前市场中，由于电力瞬时平衡的特殊 性，为保障电网安全，供给方仍报供给电力和电价，但用户方只报负荷需求， 而不报价，即需求曲线是刚性的、平行于价格轴、不同时刻不同的直线。价格 形成如图3 2 所示。 p 价格 市弱 拚格 蔷求擞线供缭藏缱 l | ， ， _ _ p _ _ ， 糍龋 q 数量 图3 2 日前市场中某时段电力价格的形成 1 0 3 2 电价预测的基本概念 3 21 电价预测的定义 电力系统的安全性一直是电力系统和电力市场管理者首要考虑的，负荷预 测工作的精度直接关系到能否进行正确的、合理的电力资源调度，从而保证系 统的安全。因此对负荷预测的研究比较熟悉和深入。以前电价是由政府主管部 门指导定价的，不存在预测的问题。电力市场化以后，电力是以商品的形式出 现的，其价格开始由市场来决定，其价格的多变性使得电力市场充满着机遇和 风险，也成为各方手中的重要工具，人们开始将视线转移到电价预测的身上了。 所谓的电价预测就是在一些已知信息的基础上，利用数学工具对未来电力 市场中的电力交易价格进行预测。预测的对象可以是市场的统一清算电价、各 个地区清算电价或节点电价等。通常是预测市场的统一清算电价，在系统不发 生联络线阻塞的情况下，各个地区的清算电价和市场统一清算电价是相同的。 3 2 2 电价预测的分类 根据不同的分类标准，电价预测有不同的分类方法。 根据预测时间的长短，可以将电价预测分为提前一小时预测，提前一天预 测，提前一周预测，提前一月预测，以及季度、年度趋势预测等等，更加长期 的电价预测尚有较大的难度。本文主要着眼于澳大利亚电力市场次日4 8 点市场 清算电价预测。 根据预测点的类型，可以将电价预测分为市场统一清算电价( m a r k e t c l e a r i n gp r i c e ，m c p ) 预测、地区市场清算电价( z o n a lm a r k e tc l e a r i n gp r i c e ， z m c p ) 预测、节点边际价格( l o c a t i o n a lm a r g i n a lp r i c e ，l m p ) 预测。 根据内容划分，有市场竞标电价、输电服务电价、辅助服务电价等预测。 根据特性划分，有每小时电价、最高电价、最低电价、平均电价等等电价 性能指标的预测。 3 2 3 电价预测的特点 电价预测不同于负荷预测，有其自身的特点口“。下面以澳大利亚电力市场 的负荷和电价为例，分析说明电价预测的特点。 ( 1 ) 周期性 电价预测具有周期变化的特点，如一天之内、一周之内、季节变化等，和 时间具有明显的相关性，即在相似的时段出现电价的峰段、谷段。图3 3 和图 3 4 分别给出了连续两天系统的负荷和市场清算电价，从图可见，电价随着负 荷的周期变化而表现出一定的周期性。 女祷 ， 图3 3 澳大利亚昆士兰州2 0 0 4 年9 月6 l ， 以a 、。一- i 一 4 0 3 0 2 0 l o 囊宿胛 。一。，人 2 5 日电力市场负荷 $ ， 噼 k 八 _ i i 彬” 图3 4 澳大利亚昆士兰州2 0 0 4 年9 月6 ，2 5 日电力市场电价 ( 2 ) 非增长性 电价与负荷不同，它不具有总体上随时间增长的特点，今年的电价不一定 比去年的电价高。作为电能的价格，是随着各种社会、经济、天气、系统的运 行状况等因素而不断波动变化的。 ( 3 ) 难预测性 相对于传统的负荷预测，电价的变化规律更难以发现。电价预测不仅需要 考虑电价本身作为时间序列的特性，还需要考虑各种非电价因素( 如供求关系、 节假日等因素) 对电价的影响，另外与负荷预测显著不同的是，电力不能存储， 是瞬时平衡的，并且电价很容易受到人为因素的影响，这都进一步加大了电价 预测的难度和深度。 3 3 电价预测的方法及步骤 33 1 电价预测的方法 目前常见的预测方法主要有：时间序列澍1 】【2 】1 17 【1 8 】、混沌理论纠【4 】、人 工神经网络法7 【1 7 】【1 8 】和组合预测法【1 8 】【2 0 等。 3 3 1 1 时间序列法 一个随着变量f 变化的量y ，在f ， 屯 啊 处的观测值y p ，y p 2 j ， y 阳j ，组成的离散有序集合，称为一个序列，记作沙) 。如果变量t 表示时间， 则一组按时间顺序排列的观测数据就是一个时间序列。例如在电力系统中，按 时间顺序排列着的过去的负荷以每1 5 分钟取样，记作y ，扰，抛，y f + ， 这一组样就构成一个时问序列锄) ，其中，m 表示时间序列中第f 次取样值，儿 表示y ，以前的一次取样值，y f t 表示m 以后的一次取样值。 电价本身是一个时间序列，而时间序列法是分析离散点数据的一种有效方 1 2 法，该方法认为：实际数据的时问序列，展示了研究对象在一定时期内的发展 变化过程。一切事物过去随时间变化的趋势，也是该事物今后随时间变化的趋 势，以时间序列所反映的事物发展过程和规律性为依据，进行引申外推后，就 可以预测事物未来的发展趋势。其优点是：作为一种独立的预测方法，由于只 需利用过去的记录，具有数据易于收集，花费不大，计算较简便，容易执行等 特点，深受实际工作者的青睐，特别是在缺乏被研究对象的必要相关资料而无 法运用因子分析预测时，该方法是一个很有效的工具。但是现实中的时间序列 的变化受许多因素的影响，有些起着长期的、决定性的作用f 吏时间序列的变化呈 现出某种趋势和一定的规律性；有些则起着短期的、非决定性的作用，使时间序列 的变化呈现出某种不规则性。 时间序列一般是以上几种变化形式的叠加或组合。时间序列预测方法分为 两大类：一类是确定型的时间序列模型方法；另一类是随机型的时间序列分析方 法。确定型时间序列预测方法的基本思想是用一个确定的时间函数y = f ( f ) 来 拟合时间序列，不同的变化采取不同的函数形式来描述，不同变化的叠加采用不 同的函数叠加来描述。具体可分为趋势预测法、平滑预测法、分解分析法等。 随机型时间序列分析法的基本思想是通过分析不同时刻变量的相关关系，揭示 其相关结构，利用这种相关结构来对时间序列进行预测。如线性自回归( a r ) 模型，滑动平均( m a ) 模型，自回归滑动平均模型( a r m a ) 等。时间序列模 型的弱点在于，预测的步数越长，预测的精度越差。下面分别介绍确定性时间 序列模型方法一指数平滑法和随机型时间序列方法一线性自回归方法。 ( 1 ) 指数平滑法 指数平滑法认为，数据的重要程度按时间上的近远成非线性递减。指数平 滑法又称指数加权平均法，实际是加权的移动平均法，它是选取各时期权重数 值为递减指数数列的均值方法。该法合理地体现了重视近期数据的思想。常数 模型指数平滑法的一般公式： 毋= 麟，+ ( 1 一d ) 毋j( 3 _ 1 ) 其中，廿第f 期平滑值； 平滑系数( 取值范围o a 1 ) 个线性无关的可控变量( 影响因素) ，y 是随 机变量，它们之间的关系为： 尸4 0 叫，x ，叫2 托+ 叫p 却+ s( 3 6 ) n ( 0 矿) 这里，爿o ，爿，及铲都是与x j ，靶，b 无关的未知参数，苫是随 机误差。 对变量x ，x ：，昂和y 做”次独立观测，得到一个容量为n 的样本， 再根据最小二乘法得到未知参数的估计值