（电力系统及其自动化专业论文）基于多标度分形理论的发电商竞价策略.pdf

a b s t r a c t u n d e rt r a d l t l o n a lp o w e ri n d u s t r y ，t h e r ei sn ob i d d i n gs t r a t e g y b i d d i n g s t r a t e g y 1 san e wp r o b l e m e m e r g e di np o w e rm a r k e ta s g e n e r a t i o nc o m p a n i e sw i l lb e d e r e g u l a t e df r o mt h et r a d i t i o n a lm o n o p o l yp o w e ri n d u s t r ya n dt a k ep a r t i nm a r k e t c o m p e t l t l o na sa ni n d e p e n d e n tm a r k e tp a r t i c i p a n t t h ee l e c t r i c i t ym a r k e ti s n o ta p e r t e c tc o m p e t i t i v eo n eb u tr a t h e rt h e0 1 i g a r c hm a r k e t ，s ot h eg a m eb e h a v i o ra n d u n k n o w n u n c 耐a i nf a c t o r se x i s ti nt h ep o w e rm a r k e t t h ep o w e rs u p p l i e r sc a n m a x l m l z et h e l ro w np r o f i t sb yb i d d i n gs t r a t e g y t h eg e n e r a t i o nc o m p a n i e sc o n c e m a b o u th o wt og a i nm o r ep r o f i t sa n dt r yt or e d u c ea n yu n n e c e s s a r y 1 0 s s e s g e n e r a t i o n c o m p a n l e sm u s tb u i l do p t i m a lb i d d i n gs t r a t e g i e st om a x i m i z ep r 0 6 t sa tf i e r c em a r k e t c o m p e t l t l o n i i h ep a p e rf o c u s e so nt h er i s ko f g e n e r a t i o nc o m p a n i e sb i d d i n g m u l t i f r a c t a lt h e o r i e sa n dan e wr i s k m e a s u r e m e n tr ， t h a ti se s t a b l i s h e do n 士1 n 肋c l a lf l e l da r ei n t r o d u c e di n t h i s p a p e r ， a n dt h en e wm e a s u r e m e n ti s t e s t e d e t t e c t l v eb yac o n c r e t ee x a m p l e m u l t i f r a c t a lc h a r a c t e r i s t i c sa r e d i s c o v e r e di np o w e r m a r k e ta st h e 毋a r k e tp r i c ei np j m a n dt h ep r o f i td a t e so fg e n e r a t i o nc o m p a n i e sa r e a n a l y z e d 。i h e r e f o r et h en e wr i s km e a s u r e m e n t 尺厂 i si n t r o d u c e di n t op o w e rm a r k e t t 1 n a l j y ，as l m u l a t i o ne x a n l p l ei sa n a l y z e d a tf i r s t ，m a r k e tp r i c ei ss i m u l a t e da n d t n ep r o t no tg e n e r a t i o nc o m p a n i e si s c a l 9 u l a t e db a s e do nt h r e ed i f f e r e n tb i d d i n g s t r a t e 9 1 e s b yc a l c u l a t i n gt h em u n i 行a c t a l s p e c t r u m ， e x p e c tp r o f i ta n dr ，w i t h m a t l a b 7 o ，t h eg e n e r a t o rr i s ku n d e rd i f - f c r e n tb i d d i n gs t r a t e g yi s a n a l y z e d ，a n di t s t e a s lb l l l t yl sa l s ot e s t e d a n dt h e n ，t h en e wr i s km e a s u r e m e n ti s c o m p a r e dw i t ht h e t r a d l t l o n a ln s km e a s u r e m e n t ，t h en e wr i s km e a s u r e m e n ts h o w s h i g hs e n s i t i v i t i e sf o r s t r o n g 士l u c t u a t i o no fp r o 矗td a t e ，i ti sm o r es u p e r i o ro ne x t r e m er i s kp r e d i c t i o n i t d o n t d e p e n do ne f 矗c i e n tm a r k e t h y p o t h e s i s ， t h el i m i t a t i o no ft r a d i t i o n a l r i s k m e a s u r e m e n ti sr e m e d i e de f - f e c t i v e l y k e yw 。r d s ：p 。w e rm a r k e t ；r i s km a n a g e m e n t ；b i d d i n gs t r a t e g y ；r i s km e a s u r e m e n t ； m u l t i f r a c t a l h l 湖南大学 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： 剀氧 日期：幻护7 年字月2 多日 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。本人授权湖南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 、不保密回。 ( 请在以上相应方框内打“”) 作者签名：剀荻 导师签名：彰建蠢 日期：2 护矿? 年芎月2 日 日期：刎了年扩月2 6 日 硕上学位论文 第1 章绪论 1 1 课题的背景和意义 电力是国民经济发展的基础。改革开放以来，电力工业取得了巨大的成就， 基本满足了国民经济发展的需求。电力工业由国家垄断经营，电力发展的资金由 政府筹措，电价由政府制定，这种传统的自上而下的管理体制，对集中财力，避 免重复投资，促进电力工业的发展，提高电力系统安全可靠运行水平，对稳定物 价，保障人民生活的基本供给无疑起了重要作用。但随着经济的发展，科学技术 水平的提高，用电负荷急剧增大，电力系统的规模迅速扩展，政府财政已不堪电 力发展资金的重荷，为了吸引资金，必须建立公正公平的电力市场。传统的电力 管理体制使电力缺乏市场竞争，导致效率低下，只有引入市场竞争机制，才能提 高资源利用效率，使人民获得低价电力的实惠。 1 9 9 0 年英国电力全面走向市场化并取得成效，引起世界许多国家群起效仿， 美国、日本、澳大利亚、挪威、瑞典、新西兰、印度、阿根廷、巴西、智利以及 东欧国家都先后卷入了这股电力工业改革的洪流。在我国电力工业面临着同样的 问题。 随着现代科技和经济理论的发展，特别是二十世纪7 0 年代末和8 0 年代初美国 网络开放理论研究的突破，电力部门自然垄断的观念受到欧美等发达国家电力产 业结构调整实践的挑战。改革的前锋是新自由主义经济理论为导向的英国，继而 改革的浪潮波及欧洲、北美、南美、澳洲和亚洲的一些国家和地区，形成了一场 电力产业市场化改革的国际潮流。电力产业市场化改革的重点是建立竞争性电力 市场，将发电、输电、配电和售电分解成独立的业务，在发电和售电环节引入竞 争机制，适当放松政府的管制，建立市场竞争规则和市场交易制度；而输电和配 电环节继续被视做垄断领域，政府实施更为有效的干预监管方式。目前，英国、 阿根廷、澳大利亚等国的电力市场化改革在不断成熟和完善。 英国的电力市场是一种典型的电力联营体的运营模式，国家电网公司拥有所 有的高压输电系统，并且电力市场的交易机构电力联合运营中心，也由国家电网 公司负责运行。其他三个公司( 国家电力公司、国家发电公司、核电公司) 则分别 拥有一定份额的火力发电厂和核电厂。地区电力公司也全部私有化，拥有1 3 2 k v 以下的输、配电网络，负责将电能卖给最终用户。英国电力市场中发、输、配电 完全分离，除签订直接合同外，只参与电力联合运营中心进行电力交易。英国的 电力市场很显著的特点是将高压电网全部归国家所有，由联营公司负责经营管理， 基于多标度分形理论的发电商竞价策略 并在电力法中规定，必须向所有电力市场成员开放。 国家电网公司拥有全部输电网，并负责电网的调度和运行，起独立系统运行 人的作用。所有电厂都需要投标，竞价上网，所有区域配电公司和大用户都向国 家电网公司购电。 加州是美国电力市场改革中的先锋。1 9 9 8 年3 月3 1 日加州电力市场正式运 行，是第一个允许电力用户选择发电商的州。市场结构中，建立了独立系统操作 员i s o 、电力交易所p x 以及多个计划协调员s c 。其中i s o 控制输电网络和电力 调度；p x 和s c 制定交易计划，该交易计划提交给i s o ，成为i s o 协调电网运行 的基础。 加州电力市场由日前市场、时前市场和实时市场组成。该模式具有如下特点： ( 1 ) 在电力市场中多个单独的电能提前市场并存，分别由p x 或s c 管理。 ( 2 ) 全州划分为2 0 多个区，以便于输电拥塞管理以及区域定价和制定拥塞管 理费用。 ( 3 ) 拥塞管理分为区内拥塞管理和区间拥塞管理。区间拥塞管理采用了调整 报价，是一个迭代的协调过程。 我国的电力市场改革起始于1 9 8 5 年实施的电厂投资开放政策，1 9 9 5 年国家 颁布中华人民共和国电力法，为电力工业的改革提供了法律依据。作为尝试， 浙江和安徽分别于19 9 4 年和19 9 5 年建立了模拟电力市场，模拟电力市场打破了 我国电力工业长期以来统一核算、利益均分的一体化经营模式，但是并未建立一 个完善的市场运营机制，主要还是由行政手段调整电价来平衡电能供需关系。同 时输电网还没有开放，发电厂和供电局都无权选择贸易伙伴。因此离实际的电力 市场还有很大的距离。从2 0 0 0 年起，浙江省、山东省、上海市等地区开始实行电 厂竞价上网，从而开放了发电市场的竞争。从几个试点单位的情况看，电力市场 现阶段的改革适应了我国电力市场初期阶段的要求，但同时也是不完善和不成熟 市场的体现。随着电力体制的深入，电力市场将不断完善，电力市场将对用户开 放，允许用户参与电力市场竞争，交易多样化，双边交易成为主要交易形式，实 时交易的份额增加，同时将会形成跨大区域电力市场，从而更加有利于资源的优 化配置。 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。从广义上定义电力市场是电力的买方和卖方相互作用以决定其电量和 电价的过程。更具体的来讲，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、用户等各环节的成员，组织 协调运行的管理机制和执行系统的总和【1 1 。 根据以上定义，电力市场首先是一种管理机制，这种管理机制与传统的行政 命令的机制不同，是采用经济手段而不是行政手段进行管理，从而达到优化资源 硕十学位论文 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。 电力市场由市场主体、市场客体、市场载体、市场电价、市场规则和市场监 管六个要素构成，具有开放性、竞争性、计划性和协调性的基本特征。电力市场 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。 目前，电力工业的改革席卷全球。不同的国家以不同的形式推动着电力商业 化的进程。虽然各国电力市场的结构互不相同，改革所处阶段及所遇到的问题也 不同，但他们都有一些共同的特点：电价改革是关键；规模效益日渐消失；发电 侧首先引入竞争，现货与合同交易并举；供电领域逐步开放，先从大用户再到所 有用户均可自由选择供电商；输电网垄断经营，挖掘和发挥其自然垄断的潜力； 用经济和法律手段管理市场，避免简单命令式的调度方式；实施有限但严格的监 管。 电力工业由传统模式走向电力市场引发了解除或放松管制、机构重组的复杂 过程，并衍生出许多新的实体。这些实体包括发电商g 、发电经济商p m 、电能交 易中心p x 、独立系统操作员i s o 、辅助服务供应商a s 、电网拥有者g c 、计划协调 者s c 、零售商r 、配电商d 【2 1 。这些要素的不同组合形成了不同的电力市场结构【3 1 。 电力市场的运行见图1 1 。 其中i s o ( i n d e p e n d e n ts y s t e mo p e r a t o r ) 称为独立系统操作员，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，然后上报自己的竞价 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。如图1 1 所示，电力系统运行的 一切问题都将在市场中去解决，并以价格为调控手段。市场环境下的电力系统面 临或将面临很多问题，如电力市场的结构、发电商的竞价策略、输电价格及网损 分配问题、辅助服务的定价及分配问题、区域间的功率交换问题、电力市场的投 资规划问题等等。在发电侧电力市场中，发电厂商成为独立的法人实体，形成了 电力市场的竞争主体。通过策略性投标追求利润的最大化是他们的目标。竞价策 略的研究不仅成为电力市场的热点也是一个难点，具有很强的随机性和实时性。 该问题不仅与电力市场的经济效益有关，而且直接影响电力系统的安全性和可靠 性。随着发电侧电力市场的初步形成，发电公司不再是在垄断模式下按计划发电， 按政府规定的价格定价。而要在电力市场中作为独立的经济实体，通过“竞价上网 参与市场竞争，要自己决定发电出力和电价。因此，发电公司面临的关键问题是 如何采用最优的报价策略以获得最大的发电收益。 图1 1 电力市场的运行 发电公司的竞价策略是指发电公司在电力市场进行电力交易时根据市场规则 进行报价决策所采取的一整套策略。发电商为了追求利润最大风险最小，会采取 不同的竞价策略。在竞价过程中，发电成本、市场需求、竞价对手的报价情况都 将影响发电商的报价策略。对发电商来说，竞价的一般目标是获取最大的利润以 及最小的风险，因此，如何构造最优的竞价模型，从而形成最优的竞价策略，是 市场环境下发电商生存最为关键的问题。 发电商希望获取其电能输出的全部价值，然而发电商从运行中所获取的利润 取决于电力市场价格、机组发电成本、发电量、燃料价格等诸多因素。由于这些 因素都存在着不确定性，导致发电商面临着市场风险。电力市场中发电商面临着 电力价格风险、发电量风险、燃料价格风险以及机组可用率的风险。风险管理对 政府和法律法规实体制定能源政策有重要意义，同时对发电商来说也是非常重要 的。因此本文致力于研究发电商在电力市场环境下的竞价策略和风险度量问题。 硕士学位论文 1 2 电力市场风险度量研究综述 目前，传统的金融风险度量研究工作已经比较成熟【4 】，较早的对风险进行度 量研究的当数5 0 年代马克维兹提出的方差、标准差度量法，他在投资组合选择 中提出：风险可理解为投资收益的不确定性，这种不确定性可用统计学里的方差 和标准差来度量用方差来度量风险这种思想在提出没多久就受到了各方的质疑， 众多的学者提出了批评，主要的分歧是在风险的概念上，有学者指出正负离差的 平等处理有违投资者对风险的真实感受。因此有人提出利用半方差法，它以面临 损失的可能性作为风险的定义。随着大家对风险的认识不断加深，相续产生了很 多种不同的度量方法。其中最主要的是基于这样一种思想：风险反映投资组合价 值损失超过某一基准点的可能性大小。基于这种思想，在九十年代中期，摩根银 行提出了一种新的风险度量方法v a r 【5 - 6 】，在它提出不久，便得到了广泛的应用， 目前v a r 方法已经成为国际上最主流的风险度量工具。目前，针对传统金融市场 的特点，特别是市场因子的分布特点，提出了很多改进的v a r 方法，比如c v a r j ， 基于极值理论【8 。9 】的v a r 和基于c o p u l a 技术的v a r 计算【i o 】等。 电力市场的金融风险和传统的金融风险有很多相似之处，同时由于电力金融 市场有其自身的特点，不能完全照搬金融工程学所开发出来的风险度量工具。也 正是由于这个原因，目前电力市场的金融风险度量研究发展还比较缓慢，很多工 作也都是刚刚开始。在过去几年的研究中，。研究人员对电价的高度波动性作了定 量研究【1 1 。1 2 1 ，取得了一定的成果。文献【1 3 1 5 】对电力市场金融风险的分析和计算 作了初步的探讨，主要是分析如何运用电力期货来规避电力市场的金融风险，较 为成功的将传统的金融风险理论和电力市场结合了起来。但是，这些方法并没有 从根本上解决电力市场的金融风险度量问题，无法对电力市场的金融风险进行有 效的量化。文献【16 18 讨论了将金融领域目前主流的v a r 指标用于电力市场中的 金融风险评估。文献 1 8 】采用v a r 中的历史模拟法，结合浙江省电力市场的具体情 况，对电力公司的短期金融风险进行了实际计算，并对其有效性进行了验证。文 献 1 9 2 0 介绍了c v a r 指标在电力市场风险度量中的应用。文献 1 9 分析了日前市 场的运作模式，并计算分析了意大利电力市场中某一发电商在未来一天内面临的 风险。文献 2 0 】借鉴金融学的风险管理理论，建立了p o o l 模式和b i l a t e r a l 模式下发 电商的收益模型，并通过对v a r 、c v a r 值的计算，分析了不同报价策略下发电商 的风险。总体来说，当前的电力市场金融风险度量研究还处于一个比较初级的阶 段，尽管将传统的v a r 模型引入了其中，也取得较好的研究成果，但电力金融市 场毕竟不同于一般金融市场。基于传统模型的v a r 计算通常都是将电力企业的收 益率假定为正态分布，正态分布固然能较好的对分布函数的中间部位即正常温和 的波动进行预测，但对分布的极端情形提供的信息极其有限，根本不能准确刻画 基于多标度分形理论的发电商竞价策略 具有高度波动性的电力市场的金融风险。 1 3 本文的主要研究内容 在电力市场中，发电商不同的报价策略会带来不同的利润和风险，如何衡量 发电商的风险是本文探讨的问题。传统的方差和v a r 指标建立的前提条件是要求 市场本身要满足的“有效市场假说 条件，为了弥补了传统风险测度指标在非有 效市场条件下的不足，本文建立了双边模式下发电商的收益模型，利用基于多标 度分形谱【2 1 】两个主要参数的市场风险测度指标尺，分析了不同报价策略下的发电 商风险。 本文工作主要包括以下几个方面： ( 1 ) 概述了电力市场的基本内涵，分析了电力市场的交易模式和交易类型以 及发电商的成本问题。 ( 2 ) 运用风险及风险管理的基本理论，详细分析了电力市场风险管理，研究 了电力市场中的风险因素，风险类型，风险特点以及风险管理程序。 ( 3 ) 介绍了分形的诞生、定义以及分类，简单阐述了多标度分形理论、多标 度分形谱的计算方法以及在金融领域建立的基于多标度分形理论的新风险测度指 标尺厂，并对r f 的有效性进行验证。 ( 4 ) 对p j m 电力市场电价以及具体发电商利润数据进行深入剖析，结果表明 电价以及发电商利润都具有多标度分形特征。据此将金融风险测度新指标引入电 力市场风险测量。 ( 5 ) 模拟市场价格波动，对发电商3 个不同竞价策略进行利润分析，利用 m a t l a b 7 o 编制程序计算出发电商利润多标度分形谱以及利润期望和新风险测 度指标尺，_ ，研究了不同竞价策略下发电商的风险，并用具体算例检验了这一方法 的可行性。结果表明基于多标度分形理论的风险测度指标能够为发电商的竞价策 略提供有效的风险度量。 硕士学位论文 第2 章发电商的竞价策略 对发电厂商和购电商而言，交易决策的优劣与其自身利益直接相关，一个好 的决策将使发电厂商或购电商在竞争中处于优势地位，并且在某些情况下，通过 策略性报价可以获得与自身经营状况无关的超额利润。发电商的竞价策略与市场 模式，交易类型以及电价理论息息相关，因此本章先介绍了电力市场模式、交易 类型，然后阐述了与发电商竞价密切相关的生产成本问题，最后综述了发电商竞 价策略方法的研究现状。 2 1 电力市场模式与交易类型 2 1 1 电力市场的运营模式 根据市场结构、竞争和选择的不同程度，电力市场可以划分为多种运营模式。 从竞争角度来看，电力市场的运营模式可以分为以下4 种基本模式。 ( 1 ) 传统电力工业模式：发电、输电、配电和售电所有环节都垄断。 ( 2 ) 发电侧竞争的电力市场、单一购买者模式。单一购买者从许多不同的发 电商中选择，以鼓励发电阶段的竞争。发电商不允许直接进入输电网络卖电给最 终用户。购买中介在输电网和与最终用户的交易上有垄断权。这是将竞争引入到 电力工业的最初模式。 ( 3 ) 批发竞争、输电网开放、多个购买者模式：配电和零售公司可以从电力 生产者直接购买电力并通过输电网传送。这一阶段是电力市场的成长阶段，在发 电与电网分离后，输电与配电分开经营，发电竞争，输电网开放，并提供有偿的 服务，配电公司对最终用户仍然有垄断权。 ( 4 ) 零售竞争模式：在这种模式中，所有的电力用户都获得购电选择权。它 是电力市场发展较成熟的阶段，发电竞争，输电开放，配电被从完全竞争的零售 活动中分离出来。零售竞争通过将所有用户都带入市场来产生非常强大的竞争力。 这一阶段，不仅在发电环节，而且在零售环节，都展开较完全的竞争。 2 1 2 电力市场的交易模式 电力市场的交易模式通常按进行电力电能交易的主市场的组织形式来定义， 按市场开放程度不同，主要有三种模式： ( 1 ) 单一买方电力库( p 0 0 1 ) 模式： 在这种模式下，一切电力交易必须在p o o l 内进行，允许用户签订纯金融性差 基于多标度分形理论的发电商竞价策略 价合同，以降低市场风险。英国l9 9 1 年改革采用的模式就是典型的电力库模式， 该模式也称单一买方或“n + 1 模式，我国六个试点省市的发电侧电力市场均采 取该交易模式。该模式只要求“厂网分开”；在交易形式上，只有发电厂商报价， 由电力交易中心接受报价并按最小成本收购电力；交易计划通常在日前进行，属 于电力现货批发交易。该模式的优点是：模型简单，而且易于操作，由于p x 与i s o 同属于一个公司，系统操作与原来的垂直一体化的经济调度基本一致，利于平稳 过渡；发电厂商仍服从集中计划和调度，各种辅助服务一般在日前市场上同时计 划，利于系统安全稳定运行；采用暗标拍卖的方式，统一的市场清算价方法；发 电公司和用户通过p o o l 进行交易。缺点：由于电力交易中心p x ( p o w e re x c h a n g e ) 与系统操作员s o ( s y s t e mo p e r a t o r ) 同属于一个公司，使得电网的权力过大，市场 的透明程度不高，调度不公的问题依然存在；电力交易中心是唯一的买方，对用 户而言又是唯一的卖方，可能操纵市场，英国电力市场就曾出现过计及输电和辅 助服务的价格提升项居高不下的现象，而且用户没有选择权，市场竞争有限，必 须加强监管；输电网的运行费用及其它花费都由用户负担，很不合理。 ( 2 ) “电力库+ 双边交易 模式： 由于双边交易模式一般不单独存在，而是与p o o l 模式共同存在。因此，当前 实际应用的双边交易模式都应该称为“电力库+ 双边交易 模式。该模式在电 力库交易外，允许配电商和大、中电力用户直接与发电厂商进行双边交易，由买 卖双方通过协商确定价格；同时，要求在厂网分开的基础上进行“输配分开 ， 至少输电和配电独立核算，输电网的运营者为双边交易提供“过网 服务、并收 取过网费。双边交易通常采取远期合约交易的方式，它给用户以选择权，起到增 进市场竞争性、平抑电价的作用。在双边交易中，过网费的收取是一个相当复杂 的问题，它不仅涉及到输电网的投资回收和网损补偿，还涉及到为保证双边交易 实施所需的辅助服务获取和付费问题，此外，双边交易的具体实施和调度还涉及 到输电可用容量和系统安全性等一系列复杂问题。 ( 3 ) “双边+ 多边交易”模式： 该模式的主要优点是为用户提供了更多的选择权。首先，用户仍然可以保留 远期合约为主的双边交易方式，而现货市场采用经纪人系统，这是一种多边交易， 它不同于电力库的主要特点是同时接受发电厂商和用户的报价，以最小成本实现 最大效用为原则进行购售匹配。其次，该模式要求配售分开，允许更多的用户、 包括一些不具备配电网的电力零售商参与经纪人系统的报价和竞争；第三，多边 交易的形式可以用于电力远期和期货交易，这些交易可直接由多个交易谈判达成、 也可通过经纪人撮合成交，因此交易形式最为自由。然而，由于发、输、配、售 完全解捆，该模式下系统的安全稳定运行需要复杂的协调机制。英国自2 0 0 1 年3 月起就是从强制电力库模式改为采用“双边+ 多边交易”模式。在这种模式下， 硕上学位论文 双边交易与经纪人式现货交易的比例不尽相同，英国双边交易超过9 7 ，北欧约 占7 1 ，新西兰小于2 5 。 2 1 3 电力市场的交易类型 ( 1 ) 合同交易：从全球电力市场改革的经验来看，在市场开放初期，一般都 采用比较简单的单一买方的电力库市场模式，在该模式下，电网运营企业为避免 缺电时电价急剧上升的风险，必须与发电公司签订一定数量的长期合同。随着市 场的逐步开放，长期合同的比例将逐步减小，并最终为用户和电力供应商间可交 易的远期合同和期货所取代。我国电力市场初期的合同电量一般为8 0 左右，其 他各国也有类似做法。文献 2 2 】针对差价合同的发电商的竞价策略问题，建立了 一个能研究差价合同市场对发电商在现货市场中报价策略影响的市场决策模型， 其中各个发电厂以极大化自己的利润为目标，整个模型的均衡点包括各个发电厂 在现货市场中的均衡报价策略，以及在差价合同市场中的均衡合同电量。 ( 2 ) 现货交易：主要指日前市场的电能交易，电力交易中心公布次日的预测 负荷，发电厂商根据预测负荷和自身情况进行报价，电力交易中心根据发电厂商 报价高低按一定的优化原则确定次日发电计划。文献【2 3 综合分析了近几年来提 出的各种独立发电公司在日前市场中的竞价模型和算法，并指出了各类方法的特 点。 ( 3 ) 实时交易：由于电力系统运行过程中存在负荷预测误差及系统运行状况 的变化，提前一天制定的发电计划与实际负荷需求之间往往存在差别，需要实时 调整发电计划，所以，必须建立实时交易市场。作为长期合同和现货交易的补充， 实时交易在预测负荷与实际负荷出现偏差后，起到平衡发电与负荷的目的。 ( 4 ) 辅助服务交易：辅助服务包括有功频率控制( a g c ) 、旋转备用、非旋转备 用、替代备用、无功及电压支持、系统恢复及黑启动( 即调峰、调频、调压、黑启 动) 。辅助服务市场是电网的安全稳定运行所必需的。a g c 市场和旋转备用市场均 在中长期和约交易市场之后，与日前有功市场同时进行申报。辅助服务市场主要 决定了对各项辅助服务的购买，在系统的实际负荷与短期负荷预测出现偏差时， 具体如何调整则由实时市场来决定。在实时市场的调用顺序是：先调用a g c 机组 进行快速的自动发电频率调整，维持系统负荷平衡；调用旋转备用机组替换a g c 机组，维持系统a g c 容量；组织1 5 m i n 实时市场交易，通过在实时市场购买机组 的出力，替换旋转备用机组，维持系统的正常旋转备用。 发电商在辅助服务市场中的参与也非常重要，有时可以通过策略性的投标来 获得高额利润。对发电商而言，如何构造在辅助服务市场的投标策略以及与现货 市场、实时市场相协调仍是有待解决的一个重要问题。文献 2 4 给出了一种适合 中国国情的电力辅助服务市场运作机制，对其交易流程、需求预报和发布、数据 基于多标度分形理论的发电商竞价策略 申报、竞价规则、交易机制及发电与输电辅助服务的调度进行了详细的描述。文 献 2 5 】对国际电力辅助服务市场化运营，从市场的模式、交易的方式、定价机制、 调度方式等进行了比较分析与研究，并结合中国的国情，探讨了中国电力辅助服 务市场模式与交易方式等问题，为中国电力辅助服务市场化运营提供了合理的建 议。 2 2 发电商的成本分析 成本是指生产者为生产和销售一定量的产品或供给一定量劳务而支出的各种 金额的总和。发电商制定竞价策略，必须掌握自身机组的成本特性。准确的成本 分析是进行竞价策略的先决条件。 2 2 1 发电成本 发电商发电成本由固定成本和可变成本组成。固定成本包括固定的运行和维 护成本，以及投资在电厂、设备和其他固定资产的资本。可变成本包括可变的维 护成本和短期的从批发市场购买电能的成本以及燃料费用和厂用电损耗等。通常 对于运行控制自动化程度较高的机组，其发电成本可以表示为连续可微的二次曲 线，如式( 2 1 ) 所示： 1 c ：( q ) = 去q q z + 岛q + q ( 2 1 ) 二 式中：c ：f 为第f 个发电商的发电成本；q 为第f 个发电商的发电量；q 、岛、q 分 别为第f 个发电商的成本系数。发电成本曲线如图2 1 所示： 餐 - ， 将 键 脚 越 出力( m w ) 图2 1 发电成本曲线 2 2 2 平均成本 平均成本是平均生产一单位电能所需的成本额。它在数学上等于发电成本除 以对应的发电量： 硕士学位论文 删驴警= 知+ 6 ：f + 卺 ( 2 2 ) 式中：彳c 为第f 个发电商的平均成本。 2 2 3 边际成本 边际成本也称微增成本，是指增加一个单位电量时所需要增加的成本费用， 它在数学上等于发电成本对发电量的微分，即： 脚( 驴掣嘲+ 岛 ( 2 3 ) 式中：脱：为第f 个发电商的边际成本；平均成本和边际成本曲线如图2 2 ： 1 藿 将 镁 蜜 世 监 趔 出力( m w ) 图2 2 平均成本曲线和边际成本曲线 2 3 发电商竞价策略研究 电力市场中发电商的竞价决策过程是： ( 1 ) 根据市场运行情况及公司机组运行情况，制订报价策略，向市场管理者 提交报价数据； ( 2 ) 交易结束时，从市场管理者那里获取不同市场的电价和成交量； ( 3 ) 汇总指定时段的成交量，编制机组运行规划； ( 4 ) 履行合同，向市场提供所成交的电能。 在这一过程中，发电商主要关心市场规则、各种市场信息及市场中其他竞争 对手的报价策略。 在不允许用户参与投标的电力市场中，电力联营体应采取使用户支付的电价 最低的方法来确定市场出清价，以保护消费者的利益。当用户可以参与投标时， 电力联营体应采用使社会效益最大的方法来确定市场出清价。尽管有些电力市场 中允许用户参与报价，但由于目前电力市场的竞争主要是在发电侧，输电系统大 多仍处于垄断，因而报价策略的研究主要针对发电厂商。 按照微观经济学理论，在完美的市场条件下，边际成本是每一个市场参与者 基于多标度分形理论的发电商竞价策略 的最优报价。然而，实际的电力市场往往是一个不完全竞争的市场，这样发电厂 商就可以利用市场结构的不完美性，通过策略性报价获取超额利润。如果一个发 电厂商没有以边际成本作为报价策略，而试图通过利用市场结构的不完美来增加 利润，这种行为就是策略性的报价。 目前国内外研究者构造发电公司的最优报价策略所用的方法大体可归为5 大 类：第l 是基于成本分析的报价策略；第2 是基于电价预测的报价策略；第3 是基于 最优化方法的报价策略；第4 是基于博弈论的报价策略；第5 是基于人工智能方法 的报价策略。 2 3 1 基于成本分析的发电厂商报价策略 基于成本分析的方法是目前国内电力市场中发电厂商参与竞价上网应用最普 遍的一种竞价策略。其核心思想是首先明确本厂的实际发电成本，然后加上一定 的利润率作为其报价。此方法具有原理简单、操作方便、易于掌握，并可与发电 厂现有m i s 系统结合使用等特点。但由于该方法没有考虑其他发电厂商的报价情 况及系统中负荷的实时波动，因而很难达到利润最大化的目的，根据该方法制定 的报价只是一个可接受的报价而不是最优报价。 文献 2 6 以实时成本为基础制定发电厂商的报价策略，其报价为在实时成本 的基础上加上利润和税金作为其报价，并考虑在不同负荷时段设置不同的利润率。 文献 2 7 】将发电厂商的成本分为固定成本和变动成本两部分，指出只要上网电价 高于变动成本，就要尽可能多的争取上网容量，并给出了能快速制定报价的利润 曲线图。文献 2 8 提出了一种在竞争环境下计算和分解中期边际成本的方法，该 方法基于市场均衡模型，其目标是为发电厂提供一种管理其资源的有效方法，以 帮助电厂优化运行、报价决策、资产评估和合同管理。 2 3 2 基于预测市场出清电价的方法 在统一出清电力市场中，预测市场出清电价也是一种常用的手段，常见的方 法是采用神经网络、时间序列方法、m a r k o v 模型、灰色系统预测方法、回归分 析法和小波分析方法预测下一个交易时段的市场出清电价。一旦能较为准确预测 出市场出清电价，对于作为价格接受者的发电厂商只需报一个比出清电价略低的 电力报价即可确保竞价成功。 文献 2 9 3 0 】研究了电力市场中作为价格接受者的发电厂商的报价策略，其核 心思想是根据预测的市场出清电价，合理安排机组的运行计划，以获得最大利润。 2 3 3 基于最优化方法的发电厂商报价策略 基于最优化方法的发电厂商报价策略通常是构造一个两层的优化模型。上层 优化模型是发电市场的出清模型，电力市场运行机构根据发电厂商的报价及预测 硕上学位论文 负荷( 或负荷报价) ，按照整个电力市场运行成本最小( 或社会福利最大) 的原则，确 定发电调度计划及市场出清电价。下层优化的目标是发电厂商利润最大化，两层 优化之间通过市场出清电价进行协调与联系。最初的研究假设已知市场中其它发 电厂商的报价，但是在实际的电力市场当中几乎不可能确切知道竞争对手的报价 情况。因而进一步的研究假设其它发电厂商的报价服从某一个概率分布，并且通 过某种方法，可以估计出其它厂商报价的概率分布，进而发电厂商的最优报价问 题成为一个随机规划问题。 文献 31 研究了投标函数为线性时的投标策略，采用了离散概率分布来表示 竞争对手的投标行为。文献【3 2 】在一些简化的条件下，通过估计发电公司的投标 被选中的概率，构造了一个简单的投标模型。研究结果表明，发电公司有将投标 价格抬高的动力。文献 3 3 】假设其他发电厂商的报价只有有限种可能，即其报价 服从一个有限的离散概率分布，然后利用类似穷举的方法得到自身的最优报价策 略。 2 3 4 基于博弈论的方法 博弈论是专门研究两个或两个以上利益有冲突的个体，在相互作用的情况下， 如何进行各自优化决策的理论，由于被认为能够较好的反映市场竞争的本质而被 引入到电力市场的研究中来的。这类方法通过估计其他发电商可能的投标行为， 采用博弈论的思想，寻找市场均衡点和己方最优竞价策略。由于这种方法需采用 简化假设的博弈模型，而模型距离正确、完整地描述电力市场中各博弈方还有一 定差距，且问题演化为完全信息博弈问题，即在博弈过程中假定发电机组的成本 曲线和报价策略都是公共信息，这在多数市场中是不允许的。所以，由此得到的 均衡点更适合于理论研究，对于指导机组构造具体的投标策略，还需要进行更加 深入、细致的研究。有很多文献研究了博弈论在发电厂商投标策略中的应用。文 献 3 4 】基于矩阵博弈模型，将候选的投标策略表示为离散量。当投标策略为几个 离散点时，可以构造各个发电厂商采用不同的策略组合时的收益矩阵( p a yo f f m a t r i x l ，进而找到一个平衡的投标策略组合，该平衡点对应于最优的投标策略。 文献 3 5 建立了多发电厂商参与投标的收益矩阵，并得到了一个混合策略均衡解。 文献 3 6 将在电力联营体中各竞争者的竞争描述成一个非合作博弈问题。每个参 与者均只具有不完全的信息。只知道自己的运行成本，却不知道其对手的运行成 本信息。问题的解决是通过应用纳什均衡思想，将其转化为完全但不完美的信息 的博弈。最优价格选择来源于纳什均衡点。 2 3 5 基于人工智能方法的发电厂商报价策略 随着人工智能技术的发展，人工神经网络与专家系统和模糊逻辑的综合对电 力市场这样一个复杂的动态大系统来说，将大有用武之地。人工神经网络的形象 基于多标度分形理论的发电商竞价策略 思维能力、专家系统的逻辑思维能力和模糊逻辑这二者的结合，可体现出各自的 优势，互相弥补各自的不足，这无疑能更有效地模拟智能的实现。针对发电厂商 报价策略这一具体问题，人工智能的应用有很多工作可作。人工智能在报价策略 方面的研究己有不少论文发表，如神经网络预测电价、遗传算法、遗传编程和有 限状态自动机、模糊聚类算法、自适应方法等。 2 4 本章小结 本章介绍了电力市场的运营模式以及交易模式和交易类型，对电力市场运行 方式做了整体的阐述。分析了发电商的成本问题，为下文发电商的成本计算提供 了理论依据。最后简单总结了发电商几种常用报价策略。 硕上学位论文 第3 章电力市场风险管理与度量 电力工业的市场化变革使电力工业体系发生了巨大的变化。市场机制的引 入，给电力系统带来了很多不确定的因素，导致了风险的产生。风险理论发源于 保险理论，发展于金融行业。电力系统中的风险管理在过去主要集中于生产领域， 面对充满竞争的电力市场环境，我们必须向保险企业和金融企业学习风险理论， 并将其贯穿于战略实施的过程之中。 3 1 风险的基本概念 风险是一个非常广泛、常用的词汇，但目前理论界还远未达成一致的认识。 i e e e 将“风险 定义为概率与后果的乘积，其两个因素是事故发生的概率和事故 产生的影响。风险可能源于自然、社会、政治、经济、技术等因素，而其最大特 征是损失发生的不确定性。根据这个定义，我们引申出风险的几个基本特征：首先， 风险是客观存在的，不以人的意志转移为条件；其次，风险是相对的、变化的， 即它要收到内、外部环境的影响；第三，风险始终伴随着收益和损失，风险具有 正负两面性，且风险越大，成功的收益也越高。 风险具有以下特性： ( 1 ) 普遍性：联系的普遍性导致风险的普遍性。 ( 2 ) 动态性：风险主体、风险客体和风险因素随着时间的推移、依据外界的 条件而不断的变化，从而显示风险的动态性。 ( 3 ) 不确定性：风险客体是多种多样的，风险因素也很复杂，条件不同，即 便是相同的风险客体也会产生不同的风险因素作用于风险主体，使风险表现出不 稳定性。 ( 4 ) 潜在性：风险是目前尚未发生，但有可能发生的损害。风险事件还未发 生时，损害只是具有可能性，是潜在的而不是现实的。 ( 5 ) 客观性与主观性：风险的客观性就是客观风险。客观风险表示风险的存 在不以人的意志为转移，无论人希望还是不希望它都存在，风险因素作用于风险 的主体有其内在的规律性。并且风险具有成本，风险成本则是为了减少和避免风 险主体遭受损失而付出的代价。风险的主观性就是主观风险。主观风险表示风险 主体、风险客体和风险因素可以为人们所认识。风险虽然表现为不确定性，但对 风险的这种不确定性人们也可以认识与评估。人们不但能认识风险主体与客体的 外部联系，还能认识风险主体与环境之间、风险主体与风险客体之间的内在联系。 通过这些认识，人们可以对风险因素进行分析，进而规避风险、控制风险。由于 幂于多标厦分彤理论的发电面霓价策略 价值观的不同，每个人甘愿冒多大风险要看风险规避给他带来的满足或有用程度 而定，所以每个人对待风险的效用是不同的。从而导致每个人对待风险因素的态 度和方法也不一样。 3 2 风险管理的基本概