电力市场中发电厂商的竞价策略

1、电力市场基础电力市场基础2第九章第九章 电力市场中发电厂商的竞价策略电力市场中发电厂商的竞价策略n电力市场概述电力市场概述n电力市场中的报价规约电力市场中的报价规约n电力市场中的报价策略电力市场中的报价策略n主要研究工作主要研究工作n计及网络阻塞影响的发电公司的最优报价策略计及网络阻塞影响的发电公司的最优报价策略n计及风险的发电公司的最优报价策略计及风险的发电公司的最优报价策略n结论结论3 4电力市场的特征电力市场的特征n有限数目的发电公司；有限数目的发电公司；n输配电系统具有自然的垄断特征；输配电系统具有自然的垄断特征；n大的投资规模大的投资规模( (市场进入壁垒市场进入壁垒) )；n很低的

2、用电需求弹性；很低的用电需求弹性；n很高的存储成本；很高的存储成本；n电力很难大量存储电力很难大量存储n严格的发电容量约束。严格的发电容量约束。5电力市场的特征电力市场的特征( (续续) )n存在输电约束存在输电约束n有些交易可能因此无法实现，从而限制用户选择有些交易可能因此无法实现，从而限制用户选择发电公司发电公司n存在输电损耗存在输电损耗n在一定程度和范围上打击大用户远距离购售电的在一定程度和范围上打击大用户远距离购售电的积极性积极性6 电力市场电力市场: : 寡头垄断市场？寡头垄断市场？n电力市场肯定不是完全竞争的市场，也不再电力市场肯定不是完全竞争的市场，也不再是垄断市场。是垄断市场。

3、n上述特征决定了在电力市场中，某些地区可上述特征决定了在电力市场中，某些地区可能只有少数的发电公司提供电力，这与寡头能只有少数的发电公司提供电力，这与寡头垄断市场最为接近。垄断市场最为接近。n在寡头垄断市场中，发电公司可以采用一些在寡头垄断市场中，发电公司可以采用一些策略性的报价行为来最大化获利。策略性的报价行为来最大化获利。7现行的电力市场模式现行的电力市场模式n电力联营体市场电力联营体市场(pool market)n得到普遍应用；得到普遍应用；n采用暗标拍卖采用暗标拍卖(sealed auction)；n大多数采用统一的市场清除价大多数采用统一的市场清除价(market clearing

4、price-MCP)结算，也有一些按发电公司的实际报价结算，也有一些按发电公司的实际报价(pay as bid PAB)结算；结算；n发电公司和用户通过发电公司和用户通过pool进行交易；进行交易；n报价策略方面的研究是针对电力联营体市场的。报价策略方面的研究是针对电力联营体市场的。8现行的电力市场模式现行的电力市场模式( (续续) )n双向合同市场(Bilateral contract)n在有些市场中同时存在联营体市场和双向合同市场。n在双向合同市场中，通过谈判的方式确定价格和电量9 10 发电报价模型 -发电成本曲线Ci(千元千元/h)C0i(千元千元/MW h)Ci(千元千元/MW h)

5、Pi minPi maxPi(MW)C0iiiiii0ipdbpaC发电成本单价曲线为：(2)Ciiiiiiibpa2dpdcC发电微增成本曲线为：(3)Ci(1)iii2iiidPbPaC1.发电成本是二次曲线 11biCiCiC0iCiC0iCidibiPi 2. 发电成本是一次曲线 (4)iiiidPbC(5)发电成本单价曲线为：iii0ipdbC( 6)发电微增成本曲线为：iiiibdpdcC12C0i = aipi + bi (9） 发电成本曲线应该是：Ci = aipi2 + bipi (10) 其成本微增率为： Ci = 2aipi + bi (11) 报价用单价曲线 1- 报价

6、为线性曲线C0iCiCiC0iCi Ci0Pibi13 2- 报价曲线为常数biCiC0i= CiC0i Ci Cibi0PiC0i = bi (12) 发电成本曲线应该是：Ci = bipi (13) 其成本微增率为： Ci = bi (14) 14 报价用微增曲线报价为线性曲线报价曲线为常数iiiiiibpadpdcCiii2iiidPbPaCiiiii0ipdbpaCiiiidPbCiii0ipdbCiiiibdpdcC15 建 议1.研究发电成本曲线和微增率曲线；2.建议采用分段上升的报价曲线。（算法简单，解唯一，发电随负荷共涨落）16MW50100150200250300350400

7、450出价($/MWh)26.227.127.828.529.329.529.931.2 33.5成本($/MWh)27.527.752828.25 28.5 28.75293032发电公司竞价策略发电公司竞价策略- 发电公司的竞价曲线和成本曲线发电公司的竞价曲线和成本曲线50100150200250300350400450262728293031323334发电 机 出 力 （ M W ）成 本 或 报价 （ $/MW h）17联营体市场中的报价方式联营体市场中的报价方式n多部分报价n多部分报价可包括能量价格、启动费用和停机费用等，以反映发电机组的成本结构和运行约束。n电力联营体所采用的拍卖

8、清除算法必须同时计及能量价格和发电机组的运行约束，这需要用机组最优组合程序来完成。n这种方法可以保证所得到的发电调度计划在技术上是可行的。18联营体市场中的报价方式联营体市场中的报价方式( (续续) )：多部分报价n机组最优组合问题是一个非凸的、非线性混合整数规划问题。n对于大规模机组最优组合问题，并不存在可以保证求得该问题的全局最优解的有效算法。n由于局部最优解不能保证在发电公司间进行公平的负荷分配，这种报价方法曾受到不少批评。19n多部分报价方法的一个典型例子是英格兰和威尔士多部分报价方法的一个典型例子是英格兰和威尔士电力市场，该市场的报价规约要求发电公司的报价电力市场，该市场的报价规约要

9、求发电公司的报价中包括很多分量。中包括很多分量。n能量段及报价价格能量段及报价价格(最多最多3段段)n机组启动价格和无负荷价格机组启动价格和无负荷价格n机组最小运行时间机组最小运行时间n发电公司向发电公司向Pool提交发电机的运行参数提交发电机的运行参数n电力联营体电力联营体(pool)利用机组组合优化程序确定下一天利用机组组合优化程序确定下一天48个个时段时段(每半小时一个时段每半小时一个时段)市场切除价市场切除价(Market Clearing Price-MCP)和发电调度和发电调度联营体市场中的报价方式联营体市场中的报价方式( (续续) )：多部分报价20联营体市场中的报价方式联营体市

10、场中的报价方式( (续续) )n单部分报价单部分报价n发电公司只投下一个交易时段发电公司只投下一个交易时段(如第如第2天的每小时天的每小时)的能量价的能量价格。格。n市场清除算法非常简单，只需要根据预报的负荷、发电公市场清除算法非常简单，只需要根据预报的负荷、发电公司的标价及可供电量按照价格从低到高的次序确定各个发司的标价及可供电量按照价格从低到高的次序确定各个发电公司在第电公司在第2天的每小时的调度计划。天的每小时的调度计划。n市场操作员并不作机组组合优化，发电公司在构造报价策市场操作员并不作机组组合优化，发电公司在构造报价策略时需要计及所有的费用以及运行约束，并将这些因素隐略时需要计及所有

11、的费用以及运行约束，并将这些因素隐含在能量标价中，因为这种报价结构不能保证恢复启停费含在能量标价中，因为这种报价结构不能保证恢复启停费用等非能量成本。用等非能量成本。21联营体市场中的报价方式联营体市场中的报价方式( (续续) )：单部分报价n这种报价方法不能保证发电机组运行的可行性。这种报价方法不能保证发电机组运行的可行性。n当列入调度计划中的发电机组受到运行约束限当列入调度计划中的发电机组受到运行约束限制时，需要一种机制来修改调度计划，例如设制时，需要一种机制来修改调度计划，例如设立短期平衡市场。立短期平衡市场。n加利福尼亚和澳大利亚等电力市场采用这种报加利福尼亚和澳大利亚等电力市场采用这

12、种报价方法。价方法。n西班牙基本上也采用了这种方法，但略有不同，西班牙基本上也采用了这种方法，但略有不同，报价时允许附加少量运行约束，但市场清除价报价时允许附加少量运行约束，但市场清除价仍然只按能量标价确定。仍然只按能量标价确定。22报价函数形式$MW$/MWMWci(pi)mci= dci/dpi分段线性成本函数分段线性成本函数阶梯型边际成本函数阶梯型边际成本函数23 24发电公司报价策略的种类发电公司报价策略的种类n发电公司在电力市场中的报价策略包括：发电公司在电力市场中的报价策略包括：n现货（日前）市场的报价策略现货（日前）市场的报价策略n实时市场的报价策略实时市场的报价策略n各种辅助服

13、务市场的报价策略各种辅助服务市场的报价策略n视不同的市场模式而定视不同的市场模式而定25发电公司报价策略的种类（续）发电公司报价策略的种类（续）n发电公司在各类市场中报价策略的协调发电公司在各类市场中报价策略的协调n在各类市场中适当分配发电容量在各类市场中适当分配发电容量n可以用投资学中的组合投资理论来研究可以用投资学中的组合投资理论来研究n需要考虑各类市场的价格风险需要考虑各类市场的价格风险n困难：困难：n如何准确预测各市场的价格风险？如何准确预测各市场的价格风险？n如何量化这些风险？如何量化这些风险？26不同报价规则下的发电公司报价策略不同报价规则下的发电公司报价策略q单时段静态报价与多时

14、段统筹报价单时段静态报价与多时段统筹报价q单部分报价与多部分报价单部分报价与多部分报价q分段报价函数与线性报价函数分段报价函数与线性报价函数qMCP结算方式与结算方式与PAB结算方式结算方式q同一发电公司内部的火电厂、水电厂、同一发电公司内部的火电厂、水电厂、核电厂、抽水蓄能电厂等的协调报价核电厂、抽水蓄能电厂等的协调报价q发电公司内部的机组组合和机组检修的发电公司内部的机组组合和机组检修的协调协调27构造报价策略的方法构造报价策略的方法n主要有三种方法主要有三种方法n估计下一个交易时段的市场清除价估计下一个交易时段的市场清除价(MCP)n估计其它发电公司的报价行为估计其它发电公司的报价行为n

15、基于博弈论基于博弈论(game theory)的市场平衡分的市场平衡分析析28 3.1估计下一个交易时段的市场清除价估计下一个交易时段的市场清除价29预测MCP的可用方法n计量经济学模型计量经济学模型n时间序列分析时间序列分析n回归分析和人工神经元网络回归分析和人工神经元网络n专家系统或模糊集方法专家系统或模糊集方法n组合预测组合预测n小波分析小波分析n等等等等30预测MCP的主要困难nMCP 不容易预测，比负荷预测要困难得不容易预测，比负荷预测要困难得多。多。n大多数电力市场运行时间较短，数据不大多数电力市场运行时间较短，数据不充分。充分。n有些影响电价的因素难以描述，如报价有些影响电价的因

16、素难以描述，如报价策略。策略。n市场电价波动很大。市场电价波动很大。n时间序列分析模型相对来讲比较合适。时间序列分析模型相对来讲比较合适。31如何报价？n发电公司只需要报一个比发电公司只需要报一个比MCP略为便宜的价略为便宜的价格。格。n隐含地假设了市场是完全竞争的。隐含地假设了市场是完全竞争的。n在报价的历史数据不公布的电力市场在报价的历史数据不公布的电力市场(如加利如加利福尼亚福尼亚)，也许只能采用这种方法。，也许只能采用这种方法。n对于占市场份额很小的发电公司，也可以采对于占市场份额很小的发电公司，也可以采用这种方法。用这种方法。32 3.2 估计其它发电公司的报价行为估计其它发电公司的

17、报价行为33原理与主要困难原理与主要困难n原理：原理：n首先用概率方法或模糊集方法可能性理论来估计竞首先用概率方法或模糊集方法可能性理论来估计竞争对手的报价行为争对手的报价行为n然后建立数学模型（优化问题）然后建立数学模型（优化问题）n采用有效的方法求解此优化问题采用有效的方法求解此优化问题n大多数研究工作采用了这种方法大多数研究工作采用了这种方法n主要困难主要困难: 如何准确估计竞争对手的报价行为如何准确估计竞争对手的报价行为n有些研究工作将所有竞争对手模拟为一个以简化分析有些研究工作将所有竞争对手模拟为一个以简化分析34现有方法现有方法n主要有两种方法主要有两种方法n概率方法概率方法n模糊

18、逻辑方法可能性理论模糊逻辑方法可能性理论n概率方法概率方法(包括离散概率分布和连续概率分包括离散概率分布和连续概率分布布)n连续概率分布模型更为合理连续概率分布模型更为合理35现有方法现有方法( (续续) )：概率方法概率方法n适用于已经稳定运行了一段时间的电力市适用于已经稳定运行了一段时间的电力市场。市场数据可以用来估计竞争对手报价场。市场数据可以用来估计竞争对手报价参数的概率分布。参数的概率分布。n对于刚开始运行的电力市场，由于发电商对于刚开始运行的电力市场，由于发电商的报价一般波动较大的报价一般波动较大(试验之中试验之中)，利用这些，利用这些数据来估计竞争对手的报价行为并不可靠。数据来估

19、计竞争对手的报价行为并不可靠。36现有方法现有方法( (续续) )：模糊逻辑方法模糊逻辑方法n对于建立不久的或市场规则刚作过调整的对于建立不久的或市场规则刚作过调整的电力市场，电力市场，发电公司的报价仍处于试探之发电公司的报价仍处于试探之中。中。市场数据不成熟、不充分，市场数据不成熟、不充分，统计特性统计特性利用价值不高，利用价值不高，不适于应用概率方法。不适于应用概率方法。模模糊逻辑方法可能比较适合。糊逻辑方法可能比较适合。n模糊集方法在原理上更适合处理数据不成模糊集方法在原理上更适合处理数据不成熟、不充分、不准确的情形，且可以模拟熟、不充分、不准确的情形，且可以模拟专家的经验知识。专家的经

20、验知识。n研究工作刚刚开始。研究工作刚刚开始。373.3 基于博弈论的方法基于博弈论的方法n基本思想基本思想n基于博弈论模型如基于博弈论模型如Cournot模型、模型、Stackelberg模模型、和供给函数模型来描述发电公司报价策略型、和供给函数模型来描述发电公司报价策略问题；问题；n然后寻找这些模型的平衡点；然后寻找这些模型的平衡点；n这些平衡点对应发电公司的最优报价策略。这些平衡点对应发电公司的最优报价策略。38主要问题主要问题n主要问题：主要问题：n为迎合这些博弈论模型，对发电公司报价策略问题做了为迎合这些博弈论模型，对发电公司报价策略问题做了很多简化，这样得到的平衡点可能没有多大意义

21、；很多简化，这样得到的平衡点可能没有多大意义；n如产量竞争；价格竞争；线性供给函数竞争如产量竞争；价格竞争；线性供给函数竞争n电力市场中一般采用分段报价。在这种情况下是否存在所谓的电力市场中一般采用分段报价。在这种情况下是否存在所谓的平衡点理论上还不清楚。平衡点理论上还不清楚。n在信息不完全的情况下，理论上也还不清楚是否存在平在信息不完全的情况下，理论上也还不清楚是否存在平衡点。衡点。n不论采用线性报价还是分段报价都是如此。不论采用线性报价还是分段报价都是如此。39 第四部分：主要研究工作第四部分：主要研究工作40构造的报价策略模型和结果构造的报价策略模型和结果n模型框架n以单部分报价为基础n

22、报价函数为线性函数/分段线性函数n竞争对手的报价行为用概率分布/模糊集合模拟n采用随机优化方法确定报价策略,主要采用了Monte Carlo方法和专门发展的随机优化方法。41Monte Carlo SimulationMonte Carlo是一类通过随机变量的统计试验、随机模拟、求解数学物理、工程技术及经济管理近似解的数值方法。人为构造一种概率模型，使它的统计试验的某些特征数（如频率、样本均值等）作为所求量的估计值，这便是蒙特卡罗方法的思想。 42Monte Carlo Simulation例：用Monte Carlo计算积分 定积分计算，设0g(x)3；风险喜欢者时A3。 约束条件：maxm

23、in111, 2 , 1PPPPIiPPIiimax1maxmax1min, 20QQIiQQQQQIiii72算例分析n有五个发电公司的电力市场n最多可报个容量段nPAB结算方式n考虑某发电公司的最优报价策略，其有4个竞争对手：A, B, C和Dn机组出力上下限为300MW和10MWn生产成本参数 a0、b=6.75、c=0.02532 73算例分析（续）四个竞争对手的四个竞争对手的报报价价参数参数 发电公司 A （k=1） 发电公司 B （k=2） 发电公司 C （k=3） 发电公司 D （k=4） ak 0 0 0 0 成本参数 bk 6.0 5.25 7.0 9.0 ck 0.0112

24、5 0.0525 0.01125 0.075 kQ1(MW) 100 100 100 100 1k ($/MWh) 8.55 12.6 9.75 19.8 第 1 段 1k ($/MWh) 0.2672 0.3937 0.3047 0.6188 nQ2(MW) 100 100 100 100 2k ($/MWh) 11.25 25.2 12.45 37.8 第 2 段 2k ($/MWh) 0.3516 0.7875 0.3891 1.1812 nQ3(MW) 100 100 100 100 3k ($/MWh) 13.95 37.8 15.15 55.8 第 3 段 3k ($/MWh) 0.4359 1.1812 0.4734 1.7437 74算例分析（续） 最优报价策略 负荷（MW) 第 1段 第 2段 第 3段 期望利润($) 方差 效用函数值 期望发电出力(MW) 段价Pi ($/MW) 14 38.5 47 700 段量Qi (MW) 142.7 137.9 1