地區(qū)間電力市場(chǎng)互聯(lián)互通相關(guān)問(wèn)題 - 二 - 基于雙向差價(jià)合約

1、地區(qū)間電力市場(chǎng)互聯(lián)互通相關(guān)問(wèn)題(二基于雙向差價(jià)合約的互聯(lián)互通市場(chǎng)的納什均衡分析方陳1,李瑞慶2,夏清1,魏學(xué)好2,3(1.清華大學(xué)電機(jī)系電力系統(tǒng)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,北京市100084;2.華東電網(wǎng)有限公司,上海市200002;3.上海交通大學(xué)電子信息與電氣工程學(xué)院,上海市200240摘要:電力市場(chǎng)互聯(lián)互通是拓展資源優(yōu)化配置空間的有效方式。在互聯(lián)互通電力市場(chǎng)模型研究的基礎(chǔ)上,通過(guò)分析基于雙向差價(jià)合約的互聯(lián)互通市場(chǎng)成員的報(bào)價(jià)策略和博弈行為,發(fā)現(xiàn)當(dāng)市場(chǎng)成員能夠較準(zhǔn)確預(yù)測(cè)互聯(lián)互通區(qū)域市場(chǎng)出清價(jià)格時(shí),其在分地區(qū)市場(chǎng)中的最優(yōu)報(bào)價(jià)策略將轉(zhuǎn)化為按互聯(lián)互通市場(chǎng)出清價(jià)格報(bào)價(jià),從而達(dá)到納什均衡,互聯(lián)互通電力市場(chǎng)最終將趨

2、于統(tǒng)一電力市場(chǎng)。在此基礎(chǔ)上,提出了逐步開(kāi)放互聯(lián)互通市場(chǎng)的政策建議,并用實(shí)際算例驗(yàn)證了其可行性和優(yōu)越性。關(guān)鍵詞:電力市場(chǎng);互聯(lián)互通;博弈論;社會(huì)福利;納什均衡;雙向差價(jià)合約中圖分類號(hào):TM73;F123.9收稿日期:2009203203;修回日期:2009206203。0引言在中國(guó)區(qū)域電力市場(chǎng)改革中,建設(shè)區(qū)域統(tǒng)一市場(chǎng)還是共同電力市場(chǎng)是一個(gè)研究的熱點(diǎn)。已有研究成果表明,在電力市場(chǎng)建設(shè)初期,如果地區(qū)間經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平相近,則適宜建設(shè)區(qū)域統(tǒng)一市場(chǎng);如果地區(qū)間經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平差距較大,則適宜建設(shè)區(qū)域共同市場(chǎng)1。那么,隨著市場(chǎng)建設(shè)的不斷完善,當(dāng)市場(chǎng)逐步走向成熟時(shí),上述的結(jié)論是否依然成立;隨著市場(chǎng)成員對(duì)市場(chǎng)認(rèn)識(shí)的不

3、斷深入,其博弈行為將產(chǎn)生哪些改變,這些改變又將對(duì)市場(chǎng)造成什么樣的影響:回答這些問(wèn)題是本文研究的初衷。相比于區(qū)域共同市場(chǎng),互聯(lián)互通電力市場(chǎng)是一個(gè)更寬泛的概念,它由2層市場(chǎng)結(jié)構(gòu)組成。在底層是各互聯(lián)互通地區(qū)原有的電力市場(chǎng),這些市場(chǎng)可以有不同的市場(chǎng)規(guī)則和交易方式,通過(guò)各地區(qū)獨(dú)立的市場(chǎng)交易,完成電力資源在各地區(qū)的初始分配。在此基礎(chǔ)上,在上層通過(guò)合理的制度設(shè)計(jì)在不同地區(qū)的電力市場(chǎng)間建立接口,使電力資源能夠在價(jià)格信號(hào)的引導(dǎo)下自由地在電力市場(chǎng)間流動(dòng),實(shí)現(xiàn)電力資源的進(jìn)一步優(yōu)化配置。電力市場(chǎng)互聯(lián)互通存在多種形式。其中,在各地區(qū)電力市場(chǎng)交易的基礎(chǔ)上,在日前將全部的交易結(jié)果轉(zhuǎn)化為雙向差價(jià)合約,再重新組織全區(qū)域的統(tǒng)一市

4、場(chǎng)交易,是電力市場(chǎng)互聯(lián)互通的一種可行方式。國(guó)內(nèi)學(xué)者在區(qū)域共同電力市場(chǎng)的研究中,曾提出過(guò)與此類似的市場(chǎng)模式225。中國(guó)的華東區(qū)域電力市場(chǎng)在現(xiàn)階段也采用與此類似的方式開(kāi)展交易。由于該模式在中國(guó)已經(jīng)有所應(yīng)用,因此,在下文的分析中,將基于此模式分析互聯(lián)互通市場(chǎng)的競(jìng)爭(zhēng)狀況。1市場(chǎng)結(jié)構(gòu)與數(shù)學(xué)模型1.1市場(chǎng)結(jié)構(gòu)與交易流程基于雙向差價(jià)合約的日前互聯(lián)互通市場(chǎng)由分地區(qū)市場(chǎng)、接口層和互聯(lián)互通電力市場(chǎng)3層結(jié)構(gòu)組成(見(jiàn)圖1 。圖1互聯(lián)互通市場(chǎng)交易結(jié)構(gòu)Fig.1T rading structure of interconnection market交易流程如下:1各分地區(qū)電力市場(chǎng)按照本地區(qū)的市場(chǎng)規(guī)則,完成由年度至日前市場(chǎng)

5、的全部電量交易,達(dá)到地區(qū)電力的日前供需平衡;2在所有地區(qū)的市場(chǎng)交易結(jié)束后,通過(guò)接口層,將由年度至日前的所有分地區(qū)市場(chǎng)交易結(jié)果轉(zhuǎn)化為雙向差價(jià)合約,差價(jià)合約的約定合約電價(jià)為分地區(qū)市場(chǎng)中各交易品種的原定結(jié)算價(jià)格,例如:年度合約24第33卷第23期2009年12月10 日Vol.33No.23Dec.10,2009電價(jià)、日前出清電價(jià)等,差價(jià)合約的合約電量為分地區(qū)市場(chǎng)的成交電量;3在全區(qū)域內(nèi)重新組織所有市場(chǎng)成員報(bào)價(jià),需求為全區(qū)域總負(fù)荷,按照一部制電價(jià)、全電量報(bào)價(jià)、按邊際價(jià)格出清的市場(chǎng)規(guī)則完成互聯(lián)互通區(qū)域市場(chǎng)的交易。1.2優(yōu)化數(shù)學(xué)模型根據(jù)互聯(lián)互通市場(chǎng)的定義可知,分地區(qū)市場(chǎng)交易存在多種模式。為簡(jiǎn)化分析,本文

6、重點(diǎn)研究純市場(chǎng)交易和純計(jì)劃交易這2種模式。純市場(chǎng)交易模式,即分地區(qū)采用日前市場(chǎng)集中競(jìng)價(jià)模式;純計(jì)劃交易模式,即分地區(qū)采用年度計(jì)劃合約電量模式。1.2.1分地區(qū)采用日前市場(chǎng)集中競(jìng)價(jià)模式假設(shè)各分地區(qū)和互聯(lián)互通市場(chǎng)都采用一部制電價(jià)、全電量報(bào)價(jià)、按邊際電價(jià)出清的市場(chǎng)規(guī)則。模型1:分地區(qū)市場(chǎng)交易的數(shù)學(xué)模型。min(MCP,Dj P DjD jD(1MCP,Dj =max f i,Dj(S i,Dj,P i,DjD jD(2式中:MCP,Dj 為地區(qū)D j邊際出清價(jià)格;P Dj為地區(qū)D j的負(fù)荷需求;D為分地區(qū)集合;f i,Dj為市場(chǎng)成員i 的報(bào)價(jià)函數(shù);S i,Dj為市場(chǎng)成員i報(bào)價(jià)策略,亦即市場(chǎng)成員的決策

7、變量;P i,Dj為市場(chǎng)成員i在分地區(qū)市場(chǎng)的中標(biāo)電量,在互聯(lián)互通市場(chǎng)交易前,該電量將轉(zhuǎn)化為雙向差價(jià)合約。在分地區(qū)市場(chǎng)交易結(jié)束后,將所有交易結(jié)果轉(zhuǎn)化為雙向差價(jià)合約,開(kāi)始互聯(lián)互通市場(chǎng)交易。模型2:互聯(lián)互通市場(chǎng)交易的數(shù)學(xué)模型。min(MCP,R P R(3MCP,R=max f i,R(S i,R,P i,R(4式中:MCP,R為區(qū)域邊際出清價(jià)格;P R為區(qū)域總負(fù)荷需求;P i,R為市場(chǎng)成員i在互聯(lián)互通區(qū)域市場(chǎng)的中標(biāo)電量。模型3:市場(chǎng)成員i在2個(gè)市場(chǎng)中的決策模型。maxU i=MCP,R P i,R-C i(P i,R+(MCP,Dj -MCP,RP i,DjiG Dj,D jD(5式中:C i(P

8、 i,R為市場(chǎng)成員i所擁有機(jī)組的生產(chǎn)成本;G Dj為地區(qū)D j所有擁有機(jī)組的市場(chǎng)成員的集合。所有交易都需滿足的約束條件為:f(P=0(6g(P0(7式中:P為機(jī)組出力的向量。式(1表示在分地區(qū)市場(chǎng)中,優(yōu)化目標(biāo)為地區(qū)購(gòu)電成本最低;式(3表示互聯(lián)互通區(qū)域市場(chǎng)的優(yōu)化目標(biāo)為區(qū)域購(gòu)電成本最低;對(duì)市場(chǎng)成員i而言,則需綜合考慮先后交易的地區(qū)市場(chǎng)和區(qū)域互聯(lián)互通市場(chǎng),實(shí)現(xiàn)自身利益最大化。式(5表示在差價(jià)合約機(jī)制下,市場(chǎng)成員i在區(qū)域市場(chǎng)中的獲利和因地區(qū)市場(chǎng)交易而簽訂的雙向差價(jià)合約收益之和最大;式(6是互聯(lián)互通區(qū)域和分地區(qū)市場(chǎng)中等式約束,主要為供需平衡的潮流方程;式(7是互聯(lián)互通區(qū)域和分地區(qū)市場(chǎng)中的安全不等式約束,

9、包括機(jī)組的出力上下限、線路傳輸容量極限等約束條件。由于2個(gè)市場(chǎng)僅通過(guò)雙向差價(jià)合約存在金融上的聯(lián)系,因此,式(6、式(7在2個(gè)市場(chǎng)中各自獨(dú)立考慮。1.2.2分地區(qū)采用年度計(jì)劃合約電量模式假設(shè)各分地區(qū)采用計(jì)劃方式下簽訂年度合約電量的交易模式,各發(fā)電機(jī)組的合約電量和電價(jià)(假設(shè)采用批復(fù)電價(jià)已經(jīng)確定。此時(shí),僅有互聯(lián)互通市場(chǎng),優(yōu)化模型僅由模型2和模型3組成。在模型3中,MCP,Dj將轉(zhuǎn)變?yōu)槭袌?chǎng)成員i的合約電價(jià);P i,Dj將轉(zhuǎn)變?yōu)槭袌?chǎng)成員i的合約電量。2分地區(qū)采用日前市場(chǎng)競(jìng)價(jià)模式的納什均衡分析在互聯(lián)互通市場(chǎng)中,當(dāng)分地區(qū)采用市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)模式時(shí),其分地區(qū)市場(chǎng)的納什均衡不是馬上達(dá)到的,而是隨著時(shí)間的推移在市場(chǎng)成員的

10、反復(fù)博弈中逐漸演進(jìn)而成。最終的均衡狀態(tài)即為純市場(chǎng)交易模式的數(shù)學(xué)模型的最優(yōu)解。由于納什均衡是市場(chǎng)博弈的結(jié)果,其最優(yōu)解的求解相對(duì)復(fù)雜,因此下文嘗試從定性的角度,通過(guò)分析市場(chǎng)成員的博弈行為,發(fā)現(xiàn)市場(chǎng)的演進(jìn)過(guò)程,找到分地區(qū)市場(chǎng)的納什均衡解。在市場(chǎng)建設(shè)初期,由于市場(chǎng)成員對(duì)市場(chǎng)環(huán)境、規(guī)則和競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手不熟悉,互聯(lián)互通市場(chǎng)的出清價(jià)格MCP,R較難預(yù)測(cè)。此時(shí),大多數(shù)市場(chǎng)成員的報(bào)價(jià)行為偏保守,在假設(shè)各市場(chǎng)成員在地區(qū)市場(chǎng)和互聯(lián)互通區(qū)域市場(chǎng)都按邊際成本報(bào)價(jià)的條件下,由福利經(jīng)濟(jì)學(xué)第一定理和第二定理可知,相比于原來(lái)各地區(qū)獨(dú)立的電力市場(chǎng),基于雙向差價(jià)合約的互聯(lián)互通市場(chǎng)將和統(tǒng)一市場(chǎng)具有相同的社會(huì)福利增量,達(dá)到電力資源的最優(yōu)配置

11、;而且互聯(lián)互通市場(chǎng)是一種帕累托改進(jìn),市場(chǎng)化改革較易推行。當(dāng)電力市場(chǎng)經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的競(jìng)爭(zhēng),市場(chǎng)成員能夠較準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)市場(chǎng)價(jià)格MCP,R時(shí),原有的平衡將被打破,市場(chǎng)成員將通過(guò)博弈競(jìng)爭(zhēng)建立新的平衡。根據(jù)互聯(lián)互通市場(chǎng)定義可知,分地區(qū)的交易結(jié)果僅作為一種金融合約,并非實(shí)際發(fā)電量的交割。因此,互聯(lián)互通市場(chǎng)的區(qū)域集中競(jìng)價(jià)環(huán)節(jié)將不受分34學(xué)術(shù)研究方陳,等地區(qū)間電力市場(chǎng)互聯(lián)互通相關(guān)問(wèn)題:(二基于雙向差價(jià)合約的互聯(lián)互通市場(chǎng)的納什均衡分析地區(qū)市場(chǎng)出清結(jié)果的影響,其納什均衡將與直接實(shí)行統(tǒng)一市場(chǎng)的結(jié)果一致,在此不再贅述。此時(shí),分地區(qū)市場(chǎng)交易將與區(qū)域互聯(lián)互通交易解耦。對(duì)分地區(qū)市場(chǎng)交易,市場(chǎng)成員i 獲得的收益U i為:U i

12、=(MCP ,D j -MCP ,R P i ,D j(8由式(8可知,市場(chǎng)成員i 在分地區(qū)市場(chǎng)的收益將受3方面因素的影響:未來(lái)互聯(lián)互通區(qū)域市場(chǎng)的出清價(jià)格MCP ,R 、地區(qū)市場(chǎng)博弈競(jìng)爭(zhēng)形成的地區(qū)市場(chǎng)出清價(jià)格MCP ,D j 、市場(chǎng)成員i 在地區(qū)市場(chǎng)的成交電量P i ,D j 。其中,在市場(chǎng)相對(duì)成熟時(shí),MCP ,R 通過(guò)預(yù)測(cè)可假設(shè)為已知量。下面將分析其他2方面因素對(duì)市場(chǎng)博弈的影響。2.1電能外送地區(qū)的市場(chǎng)博弈與演進(jìn)分析圖2是某電能外送地區(qū)市場(chǎng)成員i 的邊際成本曲線 。圖2電能外送地區(qū)市場(chǎng)交易圖Fig.2Market trading chart of electricity export are

13、a在分地區(qū)市場(chǎng)中,該成員有以下報(bào)價(jià)策略。策略1:按真實(shí)邊際成本報(bào)價(jià)。當(dāng)所有市場(chǎng)成員按邊際成本報(bào)價(jià)時(shí),地區(qū)市場(chǎng)出清價(jià)格MCP ,D 將低于互聯(lián)互通市場(chǎng)的出清價(jià)格MCP ,R 。此時(shí),市場(chǎng)成員i 簽訂差價(jià)合約的收益為負(fù),中標(biāo)電量為P i ,init ,其損失如圖中陰影部分面積所示。策略2:高于地區(qū)市場(chǎng)出清價(jià)格MCP ,D 報(bào)價(jià)。在利益的驅(qū)動(dòng)下,在未來(lái)的相似日(指負(fù)荷需求、發(fā)電能力等基本相同的市場(chǎng)交易中,市場(chǎng)成員i 將抬高報(bào)價(jià),選擇報(bào)價(jià)策略f (S i ,使之高于市場(chǎng)出清價(jià)格MCP ,D ,此時(shí)市場(chǎng)成員中標(biāo)電量為P i ,min (最小技術(shù)出力,簽訂的差價(jià)合約損失最小,為U i =(MCP ,D -

14、MCP ,R P i ,min 。隨著時(shí)間的推移,當(dāng)多數(shù)市場(chǎng)成員在市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中選擇抬高其在地區(qū)市場(chǎng)中的報(bào)價(jià)時(shí),MCP ,D 也將隨之升高。此時(shí),原先在地區(qū)市場(chǎng)未中標(biāo)的部分機(jī)組,將隨著MCP ,D 的升高而中標(biāo),其收益為負(fù)。為此,這部分市場(chǎng)成員也將抬高自己的報(bào)價(jià),直至其價(jià)格高于MCP ,D 。在每次分地區(qū)市場(chǎng)交易市場(chǎng)成員i 和其他市場(chǎng)成員博弈的過(guò)程中,f (S i 和MCP ,D 將不斷升高,直至f (S i =MCP ,D =MCP ,R 。此時(shí),對(duì)電能外送地區(qū),市場(chǎng)成員i 的損失為0。那么,是否會(huì)存在MCP ,D >MCP ,R 的可能呢?2.2電能受入地區(qū)的市場(chǎng)博弈與演進(jìn)分析對(duì)電能受入

15、地區(qū),當(dāng)所有市場(chǎng)成員按其真實(shí)邊際成本報(bào)價(jià)時(shí),初始的MCP ,D >MCP ,R ,某市場(chǎng)成員i 的邊際成本曲線如圖3所示。圖3電能受入地區(qū)市場(chǎng)交易圖Fig.3Market trading chart of electricity import area對(duì)市場(chǎng)成員i ,有以下報(bào)價(jià)策略。策略1:按真實(shí)邊際成本報(bào)價(jià)。此時(shí),中標(biāo)電量為P i ,init ,其金融合約收益為圖中陰影部分面積。策略2:全部電量以低于地區(qū)市場(chǎng)出清價(jià)格MCP ,D 報(bào)價(jià)。此時(shí),市場(chǎng)成員i 中標(biāo)電量為P i ,max ,收益U i =(MCP ,D -MCP ,R P i ,max ,為圖3中陰影和斜條紋面積之和,達(dá)到最大

16、。由U i =(MCP ,D -MCP ,R P i ,S i 可知,只要MCP ,D -MCP ,R >0,電能受入地區(qū)就存在套利空間。對(duì)任何市場(chǎng)成員,不管其真實(shí)的電能生產(chǎn)成本是否高于MCP ,D ,只要其在地區(qū)市場(chǎng)中報(bào)價(jià)低于MCP ,D ,就能中標(biāo),從而獲得地區(qū)市場(chǎng)與互聯(lián)互通區(qū)域市場(chǎng)間的利益差,且中標(biāo)電量P i ,S i 越多,則獲利越大。因此,任何發(fā)現(xiàn)套利空間的市場(chǎng)成員i 的最優(yōu)報(bào)價(jià)策略為:MCP ,R f (S i MCP ,D 。隨著相似日互聯(lián)互通市場(chǎng)交易的開(kāi)展,在大量的市場(chǎng)成員按上述策略報(bào)價(jià)后,原有的市場(chǎng)供求平衡將被打破,供大于求的局面將使MCP ,D 不斷下降,導(dǎo)致市場(chǎng)成員

17、的報(bào)價(jià)不斷降低,直至博弈競(jìng)爭(zhēng)的結(jié)果滿足f (S i =MCP ,D j =MCP ,R 。通過(guò)上述分析可知,對(duì)于基于雙向差價(jià)合約的互聯(lián)互通日前市場(chǎng),不管是電能送出地區(qū)還是受入地區(qū),只要地區(qū)市場(chǎng)的交易價(jià)格與互聯(lián)互通市場(chǎng)的44 2009,33(23出清價(jià)格不一致,市場(chǎng)間就存在套利空間,市場(chǎng)成員在利益驅(qū)動(dòng)下將有動(dòng)力平抑2種市場(chǎng)間的價(jià)差,最終各地區(qū)的市場(chǎng)出清價(jià)格將與互聯(lián)互通市場(chǎng)的出清價(jià)格保持一致,即MCP ,D j =MCP R ,達(dá)到地區(qū)市場(chǎng)的納什均衡。此時(shí),差價(jià)合約收益為0,互聯(lián)互通市場(chǎng)將與統(tǒng)一市場(chǎng)趨同,即互聯(lián)互通市場(chǎng)與統(tǒng)一市場(chǎng)將具有相同的社會(huì)福利,達(dá)到帕累托最優(yōu)。3互聯(lián)互通市場(chǎng)的逐步開(kāi)放設(shè)計(jì)互聯(lián)

18、互通市場(chǎng)的初衷是希望通過(guò)地區(qū)一級(jí)的市場(chǎng)完成社會(huì)福利的初始分配,維持原有的利益分配格局,從而保證電力市場(chǎng)改革的漸進(jìn)性。但在實(shí)際市場(chǎng)運(yùn)行中,隨著市場(chǎng)的開(kāi)展,只要市場(chǎng)成員能夠較準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)互聯(lián)互通區(qū)域市場(chǎng)的出清價(jià)格MCP ,R ,就能發(fā)現(xiàn)地區(qū)和區(qū)域市場(chǎng)間的套利空間,并在利益的驅(qū)動(dòng)下,通過(guò)套利行為平抑兩端的價(jià)差。這種情況下,互聯(lián)互通市場(chǎng)的競(jìng)爭(zhēng)將與統(tǒng)一市場(chǎng)趨同,在較短的時(shí)間內(nèi),各市場(chǎng)成員的利益將有較大的調(diào)整,無(wú)法達(dá)到保護(hù)經(jīng)濟(jì)欠發(fā)達(dá)地區(qū)的目的。對(duì)于電力體制改革而言,需要本著積極穩(wěn)妥、循序漸進(jìn)的原則,推動(dòng)改革的前進(jìn)。因此,在電力市場(chǎng)互聯(lián)互通的過(guò)程中,也應(yīng)循序漸進(jìn),逐步開(kāi)放。前文所述的純計(jì)劃交易模式,即分地區(qū)簽

19、訂合約電量的模式,通過(guò)在各地區(qū)采用計(jì)劃方式簽訂合約電量,維持了各地區(qū)已有利益分配格局;通過(guò)建立互聯(lián)互通電力市場(chǎng),根據(jù)福利經(jīng)濟(jì)學(xué)第一定理和第二定理可知,其實(shí)現(xiàn)了帕累托改進(jìn),增加了社會(huì)福利;進(jìn)而可通過(guò)控制計(jì)劃電量與市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)電量的比例,實(shí)現(xiàn)互聯(lián)互通電力市場(chǎng)的逐步開(kāi)放。當(dāng)在分地區(qū)市場(chǎng)中,計(jì)劃電量的比例降為0,完全開(kāi)放互聯(lián)互通市場(chǎng)時(shí),通過(guò)之前逐步開(kāi)放市場(chǎng)的過(guò)程,互聯(lián)互通市場(chǎng)本質(zhì)上已經(jīng)完成了向統(tǒng)一市場(chǎng)的過(guò)渡。此時(shí),如果繼續(xù)實(shí)行互聯(lián)互通市場(chǎng),則由于市場(chǎng)成員的博弈行為難免會(huì)造成無(wú)謂的損耗,將降低市場(chǎng)的運(yùn)作效率。因此,可取消互聯(lián)互通市場(chǎng),直 接進(jìn)入統(tǒng)一市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng),進(jìn)一步降低競(jìng)爭(zhēng)成本,提高市場(chǎng)效率。4算例分析算例1

20、:設(shè)有A ,B 這 2個(gè)地區(qū),有n 個(gè)相似日,在相似日兩地負(fù)荷需求均為150MW ,地區(qū)A 有市場(chǎng)成員A1和A2,地區(qū)B 有市場(chǎng)成員B1和B2,裝機(jī)容量皆為200MW ,市場(chǎng)成員A1,A2,B1,B2擁有機(jī)組的邊際生產(chǎn)成本分別為210元/(MW h ,230元/(MW h ,380元/(MW h 以及390元/(MW h 。假設(shè)各相似日互聯(lián)互通市場(chǎng)出清價(jià)格均為300元/(MW h ,市場(chǎng)成員可準(zhǔn)確預(yù)測(cè)此價(jià)格。在分地區(qū)市場(chǎng)中,假設(shè)采用一段式報(bào)價(jià),在市場(chǎng)初期(第1個(gè)相似日,市場(chǎng)成員按邊際成本報(bào)價(jià)。隨后,在各相似日,市場(chǎng)成員根據(jù)其自身在上一相似日的收益情況,逐步調(diào)整其報(bào)價(jià)策略。假設(shè)各市場(chǎng)成員采用相同

21、的報(bào)價(jià)調(diào)整策略。在本例中,對(duì)電能受入地區(qū),市場(chǎng)成員i 在第t 個(gè)相似日的報(bào)價(jià)策略f i ,D j ,t 為:f i ,D j ,t =f i ,D j ,t-1B i ,D j ,t-1>0f i ,D j ,t-1+MCP ,R2B i ,D j ,t-1=0(9式中:B i ,D j ,t -1為市場(chǎng)成員i 在第t -1個(gè)相似日在差價(jià)合約交易中所獲得的收益。對(duì)電能送出地區(qū),市場(chǎng)成員i 在第t 個(gè)相似日的報(bào)價(jià)策略f i ,D j ,t 為:f i ,D j ,t =f i ,D j ,t-1B i ,D j ,t-1=0f i ,D j ,t-1+MCP ,R2B i ,D j ,t-

22、1<0(10在上述報(bào)價(jià)策略下,其博弈過(guò)程和收益如圖4和圖5所示。其中,一次博弈在一次市場(chǎng)交易中完成,圖中的博弈次數(shù)代表了在時(shí)間序列上相似日的不同市場(chǎng)交易結(jié)果。圖4市場(chǎng)博弈競(jìng)爭(zhēng)的價(jià)格演進(jìn)Fig.4Price evolution ch art of m arket auction圖5市場(chǎng)博弈競(jìng)爭(zhēng)的收益演進(jìn)Fig.5Prof it evolution chart of market auction由圖4和圖5可知,隨著市場(chǎng)的博弈競(jìng)爭(zhēng),分地區(qū)市場(chǎng)的價(jià)格將與互聯(lián)互通區(qū)域市場(chǎng)價(jià)格趨同,不同市場(chǎng)間的套利空間將逐漸被填平,最終市場(chǎng)達(dá)到54學(xué)術(shù)研究方陳,等地區(qū)間電力市場(chǎng)互聯(lián)互通相關(guān)問(wèn)題:(二基于雙向差價(jià)合

23、約的互聯(lián)互通市場(chǎng)的納什均衡分析納什均衡。亦即對(duì)于在分地區(qū)采用市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的交易方式,在建立互聯(lián)互通市場(chǎng)后,在有限次市場(chǎng)交易博弈后,將趨近于統(tǒng)一市場(chǎng),實(shí)現(xiàn)帕累托最優(yōu)。算例2:設(shè)有A ,B 這2個(gè)地區(qū),兩地的負(fù)荷需求均為150MW ,假設(shè)電能給用戶帶來(lái)的福利感受折成電價(jià)為500元/(MW h ,地區(qū)A 有市場(chǎng)成員A1和A2,地區(qū)B 有市場(chǎng)成員B1和B2,其報(bào)價(jià)參數(shù)如表1所示。表1市場(chǎng)成員報(bào)價(jià)參數(shù)T able 1Bidding parameters of market players市場(chǎng)成員邊際生產(chǎn)成本/(元(MW h -1裝機(jī)容量/MW 合約電價(jià)/(元(MW h -1A1200100250A23001

24、00350B1250100300B2350100400假設(shè)在此互聯(lián)互通市場(chǎng)中,100%的電能通過(guò)合約的方式先在地區(qū)市場(chǎng)中成交時(shí),市場(chǎng)成員的社會(huì)福利變化如表2所示。表2市場(chǎng)成員的社會(huì)福利T able 2Social w elfare of m arket players元市場(chǎng)成員100%合約電量市場(chǎng)方式福利互聯(lián)互通市場(chǎng)福利增量社會(huì)總福利A1375025006250A2375003750D A30000030000B1375012505000B2375037507500D B22500022500總福利67500750075000由表2可知,對(duì)于在分地區(qū)市場(chǎng)中采用批復(fù)價(jià)格合約交易的方式,其總福利為

25、67500元,通過(guò)建立采用雙向差價(jià)合約的互聯(lián)互通市場(chǎng),其社會(huì)總福利增量為7500元,任一市場(chǎng)成員的社會(huì)福利均未受損害,相比于原有的分地區(qū)市場(chǎng)而言,分地區(qū)合約電量模式下的互聯(lián)互通增加了社會(huì)總福利,實(shí)現(xiàn)了帕累托改進(jìn)。分地區(qū)完全市場(chǎng)化或一定比例市場(chǎng)化的結(jié)論與此類似,在此不再贅述?？梢?jiàn),基于雙向差價(jià)合約的互聯(lián)互通能夠優(yōu)化資源配置,增加社會(huì)福利。算例3 :數(shù)據(jù)同算例2,假設(shè)逐步開(kāi)放分地區(qū)市場(chǎng),簽訂不同比例的合約電量時(shí),市場(chǎng)成員的社會(huì)福利變化如表3所示。由表3可知,任何一種情況下,互聯(lián)互通后的社會(huì)總福利相等,也即逐步開(kāi)放的互聯(lián)互通市場(chǎng)在理想狀態(tài)下,可以取得與統(tǒng)一市場(chǎng)相同的社會(huì)福利,實(shí)現(xiàn)帕累托最優(yōu)。同時(shí),通

26、過(guò)逐步減少合約電量比例,互聯(lián)互通電力市場(chǎng)保證了利益調(diào)整的漸進(jìn)性。表3不同合約電量比例下市場(chǎng)成員的社會(huì)福利T able 3Social w elfare of m arket players underdifferent contract ratio市場(chǎng)成員不同合約電量比例下的福利/元100%75%50%25%0%A16250.07187.58125.09062.510000.0A23750.02812.51875.0937.50D A30000.030000.030000.030000.030000.0B15000.05000.05000.05000.05000.0B27500.05625.0

27、3750.01875.00D B22500.024375.026250.028125.030000.0總福利75000.075000.075000.075000.075000.05結(jié)論本文分析了基于雙向差價(jià)合約的互聯(lián)互通市場(chǎng)的納什均衡解,得到了以下有益的結(jié)論:1基于雙向差價(jià)合約的區(qū)域互聯(lián)互通市場(chǎng)是促進(jìn)分地區(qū)電力市場(chǎng)互聯(lián)互通的有效方式,相對(duì)于獨(dú)立的分地區(qū)電力市場(chǎng),能夠進(jìn)一步優(yōu)化地區(qū)間的電力資源配置,增加社會(huì)總福利。2當(dāng)市場(chǎng)成員能夠準(zhǔn)確預(yù)測(cè)互聯(lián)互通區(qū)域市場(chǎng)出清價(jià)格時(shí),在各分地區(qū)市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中,市場(chǎng)成員的最優(yōu)報(bào)價(jià)策略為按互聯(lián)互通區(qū)域市場(chǎng)出清價(jià)格報(bào)價(jià),達(dá)到納什均衡,此時(shí),互聯(lián)互通市場(chǎng)將和統(tǒng)一市場(chǎng)趨同,達(dá)到

28、帕累托最優(yōu)。3在互聯(lián)互通市場(chǎng)中,當(dāng)市場(chǎng)成員在分地區(qū)市場(chǎng)中通過(guò)計(jì)劃方式簽訂合約電量時(shí),一方面各地區(qū)的經(jīng)濟(jì)利益得到了保障,另一方面通過(guò)互聯(lián)互通實(shí)現(xiàn)了帕累托改進(jìn)。4建立統(tǒng)一電力市場(chǎng)是市場(chǎng)化改革的理想目標(biāo)。但當(dāng)各地經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平差距較大時(shí),可考慮先建立逐步開(kāi)放分地區(qū)市場(chǎng)的互聯(lián)互通電力市場(chǎng),其中分地區(qū)市場(chǎng)中的合約電量交易實(shí)現(xiàn)了帕累托改進(jìn),市場(chǎng)交易達(dá)到了帕累托最優(yōu),最終實(shí)現(xiàn)利益調(diào)整漸進(jìn)性和資源配置最優(yōu)性的有機(jī)協(xié)調(diào)和統(tǒng)一。參考文獻(xiàn)1彭濤,夏清,江健健,等.區(qū)域電力市場(chǎng)交易模式的經(jīng)濟(jì)機(jī)理剖析.電力系統(tǒng)自動(dòng)化,2004,28(7:20223.PEN G Tao ,XIA Qing ,J IAN G Jianjia

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30、s ,2003,27(22:23226.3言茂松.謀劃我國(guó)區(qū)域電力市場(chǎng)由兩級(jí)過(guò)渡到一級(jí)之路.電力系642009,33(23 學(xué)術(shù)研究 ,等 方 陳 地區(qū)間電力市場(chǎng)互聯(lián)互通相關(guān)問(wèn)題 : ( 二 基于雙向差價(jià)合約的互聯(lián)互通市場(chǎng)的納什均衡分析 統(tǒng)自動(dòng)化 ,2004 ,28 (9 :124. elect ricit y market considering economical coordination and power grid securit y. Auto mation of Elect ric Power Systems , 2004 , 28 (19 : 125. Abstract : I

31、n t he p ropo sed risk assessment model , t he failure po ssibility of overhead lines is regarded as a rando m f uzzy variable. Based o n t he evidence t heory , t he failure po ssibility model fo r overhead lines is co nst ructed which can better reflect t he effect of t he surro undings o n t he f

32、ailure po ssibility. In t he risk assessment model , t he utility f unction is used to measure t he degree of dissatisfactio n induced by failures and t he p ropo sed risk indices can sensitively reflect t he t rends of risk indices and acco rd wit h t he act ual power system operation. Finally , t

33、he Beijing power grid is used as a research example to show t he feasibility and effectiveness of t he met hod p ropo sed. This wo rk is suppo rted by Natio nal Nat ural Science Foundation of China ( No . 50877026 , No . 70871036 and Beijing Educatio n Committee Const ructing Plan. Key words : risk

34、assessment ; evidence t heory ; rando m f uzzy variable ; severity of failures ; utility t heory accurate p rediction of t he market clearing p rice of t he regio nal market , market players optimal bidding st rategies in t he sub2regional market will be t he clearing p rice of t he regional market

35、, t he Nash equilibrium is t hus achieved. Finally , t he interconnectio n elect ricity market will evolve to t he unified elect ricity market . Based on t he analysis , a policy t hat open t he Key words : elect ricity market ; interconnection ; game t heo ry ; social welfare ; Nash equilibrium ; b

36、i2directio nal differential cont ract interconnectio n elect ricity market gradually is p ropo sed , and t he p ractical examples are employed to verif y t he feasibility and superiority of t he p ropo sed met hod. 張國(guó)華 (1979 ,男 ,通信作者 ,博士 ,主要研究方向 : 電 力系統(tǒng)安全和可靠性分析 。E2mail : tigerzhang2000 126. com 4 黎燦

37、兵 ,康重慶 ,夏清 ,等 . 區(qū)域電力市場(chǎng)交易機(jī)制的研究 . 電網(wǎng) 技術(shù) ,2004 ,28 (7 :34239. L I Canbing , KAN G Chongqing , XIA Qing , et al . St udy of t rading mechanism of elect ricit y Technology , 2004 , 28 (7 : 34239. market . Power 5 夏清 ,彭濤 ,江健健 . 兼顧經(jīng)濟(jì)協(xié)調(diào)發(fā)展和電網(wǎng)安全的區(qū)域共同 市場(chǎng) . 電力系統(tǒng)自動(dòng)化 ,2004 ,28 (19 :125. XIA Qing , PEN G Tao , J I

38、AN G Jianjian. Regional layered Abstract : Elect ricity market interco nnection is an effective app roach to optimize t he allocation of power resources. Based on t he research of t he elect ricity market interconnection model , and t hro ugh t he analysis of bidding st rategy and game behaviors of

39、market players in t he interconnection market wit h bi2directio nal differential cont ract s , it is found t hat if players can make an ( 上接第 4 頁(yè) ntinued f ro m page 4 co elect ricit y market of China. Auto mation of Elect ric Power Systems , 2004 , 28 (9 : 124. YAN Mao song. Roadmap f rom t wo2level to one2level regional System ( 1. State