電力市場中發(fā)電廠商的競價策略

1、電力市場基礎(chǔ)電力市場基礎(chǔ)2第九章第九章 電力市場中發(fā)電廠商的競價策略電力市場中發(fā)電廠商的競價策略n電力市場概述電力市場概述n電力市場中的報價規(guī)約電力市場中的報價規(guī)約n電力市場中的報價策略電力市場中的報價策略n主要研究工作主要研究工作n計(jì)及網(wǎng)絡(luò)阻塞影響的發(fā)電公司的最優(yōu)報價策略計(jì)及網(wǎng)絡(luò)阻塞影響的發(fā)電公司的最優(yōu)報價策略n計(jì)及風(fēng)險的發(fā)電公司的最優(yōu)報價策略計(jì)及風(fēng)險的發(fā)電公司的最優(yōu)報價策略n結(jié)論結(jié)論3 4電力市場的特征電力市場的特征n有限數(shù)目的發(fā)電公司；有限數(shù)目的發(fā)電公司；n輸配電系統(tǒng)具有自然的壟斷特征；輸配電系統(tǒng)具有自然的壟斷特征；n大的投資規(guī)模大的投資規(guī)模( (市場進(jìn)入壁壘市場進(jìn)入壁壘) )；n很低的

2、用電需求彈性；很低的用電需求彈性；n很高的存儲成本；很高的存儲成本；n電力很難大量存儲電力很難大量存儲n嚴(yán)格的發(fā)電容量約束。嚴(yán)格的發(fā)電容量約束。5電力市場的特征電力市場的特征( (續(xù)續(xù)) )n存在輸電約束存在輸電約束n有些交易可能因此無法實(shí)現(xiàn)，從而限制用戶選擇有些交易可能因此無法實(shí)現(xiàn)，從而限制用戶選擇發(fā)電公司發(fā)電公司n存在輸電損耗存在輸電損耗n在一定程度和范圍上打擊大用戶遠(yuǎn)距離購售電的在一定程度和范圍上打擊大用戶遠(yuǎn)距離購售電的積極性積極性6 電力市場電力市場: : 寡頭壟斷市場？寡頭壟斷市場？n電力市場肯定不是完全競爭的市場，也不再電力市場肯定不是完全競爭的市場，也不再是壟斷市場。是壟斷市場。

3、n上述特征決定了在電力市場中，某些地區(qū)可上述特征決定了在電力市場中，某些地區(qū)可能只有少數(shù)的發(fā)電公司提供電力，這與寡頭能只有少數(shù)的發(fā)電公司提供電力，這與寡頭壟斷市場最為接近。壟斷市場最為接近。n在寡頭壟斷市場中，發(fā)電公司可以采用一些在寡頭壟斷市場中，發(fā)電公司可以采用一些策略性的報價行為來最大化獲利。策略性的報價行為來最大化獲利。7現(xiàn)行的電力市場模式現(xiàn)行的電力市場模式n電力聯(lián)營體市場電力聯(lián)營體市場(pool market)n得到普遍應(yīng)用；得到普遍應(yīng)用；n采用暗標(biāo)拍賣采用暗標(biāo)拍賣(sealed auction)；n大多數(shù)采用統(tǒng)一的市場清除價大多數(shù)采用統(tǒng)一的市場清除價(market clearing

4、price-MCP)結(jié)算，也有一些按發(fā)電公司的實(shí)際報價結(jié)算，也有一些按發(fā)電公司的實(shí)際報價(pay as bid PAB)結(jié)算；結(jié)算；n發(fā)電公司和用戶通過發(fā)電公司和用戶通過pool進(jìn)行交易；進(jìn)行交易；n報價策略方面的研究是針對電力聯(lián)營體市場的。報價策略方面的研究是針對電力聯(lián)營體市場的。8現(xiàn)行的電力市場模式現(xiàn)行的電力市場模式( (續(xù)續(xù)) )n雙向合同市場(Bilateral contract)n在有些市場中同時存在聯(lián)營體市場和雙向合同市場。n在雙向合同市場中，通過談判的方式確定價格和電量9 10 發(fā)電報價模型 -發(fā)電成本曲線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發(fā)電成本單價曲線為：(2)Ciiiiiiibpa2dpdcC發(fā)電微增成本曲線為：(3)Ci(1)iii2iiidPbPaC1.發(fā)電成本是二次曲線 11biCiCiC0iCiC0iCidibiPi 2. 發(fā)電成本是一次曲線 (4)iiiidPbC(5)發(fā)電成本單價曲線為：iii0ipdbC( 6)發(fā)電微增成本曲線為：iiiibdpdcC12C0i = aipi + bi (9） 發(fā)電成本曲線應(yīng)該是：Ci = aipi2 + bipi (10) 其成本微增率為： Ci = 2aipi + bi (11) 報價用單價曲線 1- 報價

6、為線性曲線C0iCiCiC0iCi Ci0Pibi13 2- 報價曲線為常數(shù)biCiC0i= CiC0i Ci Cibi0PiC0i = bi (12) 發(fā)電成本曲線應(yīng)該是：Ci = bipi (13) 其成本微增率為： Ci = bi (14) 14 報價用微增曲線報價為線性曲線報價曲線為常數(shù)iiiiiibpadpdcCiii2iiidPbPaCiiiii0ipdbpaCiiiidPbCiii0ipdbCiiiibdpdcC15 建 議1.研究發(fā)電成本曲線和微增率曲線；2.建議采用分段上升的報價曲線。（算法簡單，解唯一，發(fā)電隨負(fù)荷共漲落）16MW50100150200250300350400

7、450出價($/MWh)26.227.127.828.529.329.529.931.2 33.5成本($/MWh)27.527.752828.25 28.5 28.75293032發(fā)電公司競價策略發(fā)電公司競價策略- 發(fā)電公司的競價曲線和成本曲線發(fā)電公司的競價曲線和成本曲線50100150200250300350400450262728293031323334發(fā)電 機(jī) 出 力 （ M W ）成 本 或 報價 （ $/MW h）17聯(lián)營體市場中的報價方式聯(lián)營體市場中的報價方式n多部分報價n多部分報價可包括能量價格、啟動費(fèi)用和停機(jī)費(fèi)用等，以反映發(fā)電機(jī)組的成本結(jié)構(gòu)和運(yùn)行約束。n電力聯(lián)營體所采用的拍賣

8、清除算法必須同時計(jì)及能量價格和發(fā)電機(jī)組的運(yùn)行約束，這需要用機(jī)組最優(yōu)組合程序來完成。n這種方法可以保證所得到的發(fā)電調(diào)度計(jì)劃在技術(shù)上是可行的。18聯(lián)營體市場中的報價方式聯(lián)營體市場中的報價方式( (續(xù)續(xù)) )：多部分報價n機(jī)組最優(yōu)組合問題是一個非凸的、非線性混合整數(shù)規(guī)劃問題。n對于大規(guī)模機(jī)組最優(yōu)組合問題，并不存在可以保證求得該問題的全局最優(yōu)解的有效算法。n由于局部最優(yōu)解不能保證在發(fā)電公司間進(jìn)行公平的負(fù)荷分配，這種報價方法曾受到不少批評。19n多部分報價方法的一個典型例子是英格蘭和威爾士多部分報價方法的一個典型例子是英格蘭和威爾士電力市場，該市場的報價規(guī)約要求發(fā)電公司的報價電力市場，該市場的報價規(guī)約要

9、求發(fā)電公司的報價中包括很多分量。中包括很多分量。n能量段及報價價格能量段及報價價格(最多最多3段段)n機(jī)組啟動價格和無負(fù)荷價格機(jī)組啟動價格和無負(fù)荷價格n機(jī)組最小運(yùn)行時間機(jī)組最小運(yùn)行時間n發(fā)電公司向發(fā)電公司向Pool提交發(fā)電機(jī)的運(yùn)行參數(shù)提交發(fā)電機(jī)的運(yùn)行參數(shù)n電力聯(lián)營體電力聯(lián)營體(pool)利用機(jī)組組合優(yōu)化程序確定下一天利用機(jī)組組合優(yōu)化程序確定下一天48個個時段時段(每半小時一個時段每半小時一個時段)市場切除價市場切除價(Market Clearing Price-MCP)和發(fā)電調(diào)度和發(fā)電調(diào)度聯(lián)營體市場中的報價方式聯(lián)營體市場中的報價方式( (續(xù)續(xù)) )：多部分報價20聯(lián)營體市場中的報價方式聯(lián)營體市

10、場中的報價方式( (續(xù)續(xù)) )n單部分報價單部分報價n發(fā)電公司只投下一個交易時段發(fā)電公司只投下一個交易時段(如第如第2天的每小時天的每小時)的能量價的能量價格。格。n市場清除算法非常簡單，只需要根據(jù)預(yù)報的負(fù)荷、發(fā)電公市場清除算法非常簡單，只需要根據(jù)預(yù)報的負(fù)荷、發(fā)電公司的標(biāo)價及可供電量按照價格從低到高的次序確定各個發(fā)司的標(biāo)價及可供電量按照價格從低到高的次序確定各個發(fā)電公司在第電公司在第2天的每小時的調(diào)度計(jì)劃。天的每小時的調(diào)度計(jì)劃。n市場操作員并不作機(jī)組組合優(yōu)化，發(fā)電公司在構(gòu)造報價策市場操作員并不作機(jī)組組合優(yōu)化，發(fā)電公司在構(gòu)造報價策略時需要計(jì)及所有的費(fèi)用以及運(yùn)行約束，并將這些因素隱略時需要計(jì)及所有

11、的費(fèi)用以及運(yùn)行約束，并將這些因素隱含在能量標(biāo)價中，因?yàn)檫@種報價結(jié)構(gòu)不能保證恢復(fù)啟停費(fèi)含在能量標(biāo)價中，因?yàn)檫@種報價結(jié)構(gòu)不能保證恢復(fù)啟停費(fèi)用等非能量成本。用等非能量成本。21聯(lián)營體市場中的報價方式聯(lián)營體市場中的報價方式( (續(xù)續(xù)) )：單部分報價n這種報價方法不能保證發(fā)電機(jī)組運(yùn)行的可行性。這種報價方法不能保證發(fā)電機(jī)組運(yùn)行的可行性。n當(dāng)列入調(diào)度計(jì)劃中的發(fā)電機(jī)組受到運(yùn)行約束限當(dāng)列入調(diào)度計(jì)劃中的發(fā)電機(jī)組受到運(yùn)行約束限制時，需要一種機(jī)制來修改調(diào)度計(jì)劃，例如設(shè)制時，需要一種機(jī)制來修改調(diào)度計(jì)劃，例如設(shè)立短期平衡市場。立短期平衡市場。n加利福尼亞和澳大利亞等電力市場采用這種報加利福尼亞和澳大利亞等電力市場采用這

12、種報價方法。價方法。n西班牙基本上也采用了這種方法，但略有不同，西班牙基本上也采用了這種方法，但略有不同，報價時允許附加少量運(yùn)行約束，但市場清除價報價時允許附加少量運(yùn)行約束，但市場清除價仍然只按能量標(biāo)價確定。仍然只按能量標(biāo)價確定。22報價函數(shù)形式$MW$/MWMWci(pi)mci= dci/dpi分段線性成本函數(shù)分段線性成本函數(shù)階梯型邊際成本函數(shù)階梯型邊際成本函數(shù)23 24發(fā)電公司報價策略的種類發(fā)電公司報價策略的種類n發(fā)電公司在電力市場中的報價策略包括：發(fā)電公司在電力市場中的報價策略包括：n現(xiàn)貨（日前）市場的報價策略現(xiàn)貨（日前）市場的報價策略n實(shí)時市場的報價策略實(shí)時市場的報價策略n各種輔助服

13、務(wù)市場的報價策略各種輔助服務(wù)市場的報價策略n視不同的市場模式而定視不同的市場模式而定25發(fā)電公司報價策略的種類（續(xù)）發(fā)電公司報價策略的種類（續(xù)）n發(fā)電公司在各類市場中報價策略的協(xié)調(diào)發(fā)電公司在各類市場中報價策略的協(xié)調(diào)n在各類市場中適當(dāng)分配發(fā)電容量在各類市場中適當(dāng)分配發(fā)電容量n可以用投資學(xué)中的組合投資理論來研究可以用投資學(xué)中的組合投資理論來研究n需要考慮各類市場的價格風(fēng)險需要考慮各類市場的價格風(fēng)險n困難：困難：n如何準(zhǔn)確預(yù)測各市場的價格風(fēng)險？如何準(zhǔn)確預(yù)測各市場的價格風(fēng)險？n如何量化這些風(fēng)險？如何量化這些風(fēng)險？26不同報價規(guī)則下的發(fā)電公司報價策略不同報價規(guī)則下的發(fā)電公司報價策略q單時段靜態(tài)報價與多時

14、段統(tǒng)籌報價單時段靜態(tài)報價與多時段統(tǒng)籌報價q單部分報價與多部分報價單部分報價與多部分報價q分段報價函數(shù)與線性報價函數(shù)分段報價函數(shù)與線性報價函數(shù)qMCP結(jié)算方式與結(jié)算方式與PAB結(jié)算方式結(jié)算方式q同一發(fā)電公司內(nèi)部的火電廠、水電廠、同一發(fā)電公司內(nèi)部的火電廠、水電廠、核電廠、抽水蓄能電廠等的協(xié)調(diào)報價核電廠、抽水蓄能電廠等的協(xié)調(diào)報價q發(fā)電公司內(nèi)部的機(jī)組組合和機(jī)組檢修的發(fā)電公司內(nèi)部的機(jī)組組合和機(jī)組檢修的協(xié)調(diào)協(xié)調(diào)27構(gòu)造報價策略的方法構(gòu)造報價策略的方法n主要有三種方法主要有三種方法n估計(jì)下一個交易時段的市場清除價估計(jì)下一個交易時段的市場清除價(MCP)n估計(jì)其它發(fā)電公司的報價行為估計(jì)其它發(fā)電公司的報價行為n

15、基于博弈論基于博弈論(game theory)的市場平衡分的市場平衡分析析28 3.1估計(jì)下一個交易時段的市場清除價估計(jì)下一個交易時段的市場清除價29預(yù)測MCP的可用方法n計(jì)量經(jīng)濟(jì)學(xué)模型計(jì)量經(jīng)濟(jì)學(xué)模型n時間序列分析時間序列分析n回歸分析和人工神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)回歸分析和人工神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)n專家系統(tǒng)或模糊集方法專家系統(tǒng)或模糊集方法n組合預(yù)測組合預(yù)測n小波分析小波分析n等等等等30預(yù)測MCP的主要困難nMCP 不容易預(yù)測，比負(fù)荷預(yù)測要困難得不容易預(yù)測，比負(fù)荷預(yù)測要困難得多。多。n大多數(shù)電力市場運(yùn)行時間較短，數(shù)據(jù)不大多數(shù)電力市場運(yùn)行時間較短，數(shù)據(jù)不充分。充分。n有些影響電價的因素難以描述，如報價有些影響電價的因

16、素難以描述，如報價策略。策略。n市場電價波動很大。市場電價波動很大。n時間序列分析模型相對來講比較合適。時間序列分析模型相對來講比較合適。31如何報價？n發(fā)電公司只需要報一個比發(fā)電公司只需要報一個比MCP略為便宜的價略為便宜的價格。格。n隱含地假設(shè)了市場是完全競爭的。隱含地假設(shè)了市場是完全競爭的。n在報價的歷史數(shù)據(jù)不公布的電力市場在報價的歷史數(shù)據(jù)不公布的電力市場(如加利如加利福尼亞福尼亞)，也許只能采用這種方法。，也許只能采用這種方法。n對于占市場份額很小的發(fā)電公司，也可以采對于占市場份額很小的發(fā)電公司，也可以采用這種方法。用這種方法。32 3.2 估計(jì)其它發(fā)電公司的報價行為估計(jì)其它發(fā)電公司的

17、報價行為33原理與主要困難原理與主要困難n原理：原理：n首先用概率方法或模糊集方法可能性理論來估計(jì)競首先用概率方法或模糊集方法可能性理論來估計(jì)競爭對手的報價行為爭對手的報價行為n然后建立數(shù)學(xué)模型（優(yōu)化問題）然后建立數(shù)學(xué)模型（優(yōu)化問題）n采用有效的方法求解此優(yōu)化問題采用有效的方法求解此優(yōu)化問題n大多數(shù)研究工作采用了這種方法大多數(shù)研究工作采用了這種方法n主要困難主要困難: 如何準(zhǔn)確估計(jì)競爭對手的報價行為如何準(zhǔn)確估計(jì)競爭對手的報價行為n有些研究工作將所有競爭對手模擬為一個以簡化分析有些研究工作將所有競爭對手模擬為一個以簡化分析34現(xiàn)有方法現(xiàn)有方法n主要有兩種方法主要有兩種方法n概率方法概率方法n模糊

18、邏輯方法可能性理論模糊邏輯方法可能性理論n概率方法概率方法(包括離散概率分布和連續(xù)概率分包括離散概率分布和連續(xù)概率分布布)n連續(xù)概率分布模型更為合理連續(xù)概率分布模型更為合理35現(xiàn)有方法現(xiàn)有方法( (續(xù)續(xù)) )：概率方法概率方法n適用于已經(jīng)穩(wěn)定運(yùn)行了一段時間的電力市適用于已經(jīng)穩(wěn)定運(yùn)行了一段時間的電力市場。市場數(shù)據(jù)可以用來估計(jì)競爭對手報價場。市場數(shù)據(jù)可以用來估計(jì)競爭對手報價參數(shù)的概率分布。參數(shù)的概率分布。n對于剛開始運(yùn)行的電力市場，由于發(fā)電商對于剛開始運(yùn)行的電力市場，由于發(fā)電商的報價一般波動較大的報價一般波動較大(試驗(yàn)之中試驗(yàn)之中)，利用這些，利用這些數(shù)據(jù)來估計(jì)競爭對手的報價行為并不可靠。數(shù)據(jù)來估

19、計(jì)競爭對手的報價行為并不可靠。36現(xiàn)有方法現(xiàn)有方法( (續(xù)續(xù)) )：模糊邏輯方法模糊邏輯方法n對于建立不久的或市場規(guī)則剛作過調(diào)整的對于建立不久的或市場規(guī)則剛作過調(diào)整的電力市場，電力市場，發(fā)電公司的報價仍處于試探之發(fā)電公司的報價仍處于試探之中。中。市場數(shù)據(jù)不成熟、不充分，市場數(shù)據(jù)不成熟、不充分，統(tǒng)計(jì)特性統(tǒng)計(jì)特性利用價值不高，利用價值不高，不適于應(yīng)用概率方法。不適于應(yīng)用概率方法。模模糊邏輯方法可能比較適合。糊邏輯方法可能比較適合。n模糊集方法在原理上更適合處理數(shù)據(jù)不成模糊集方法在原理上更適合處理數(shù)據(jù)不成熟、不充分、不準(zhǔn)確的情形，且可以模擬熟、不充分、不準(zhǔn)確的情形，且可以模擬專家的經(jīng)驗(yàn)知識。專家的經(jīng)

20、驗(yàn)知識。n研究工作剛剛開始。研究工作剛剛開始。373.3 基于博弈論的方法基于博弈論的方法n基本思想基本思想n基于博弈論模型如基于博弈論模型如Cournot模型、模型、Stackelberg模模型、和供給函數(shù)模型來描述發(fā)電公司報價策略型、和供給函數(shù)模型來描述發(fā)電公司報價策略問題；問題；n然后尋找這些模型的平衡點(diǎn)；然后尋找這些模型的平衡點(diǎn)；n這些平衡點(diǎn)對應(yīng)發(fā)電公司的最優(yōu)報價策略。這些平衡點(diǎn)對應(yīng)發(fā)電公司的最優(yōu)報價策略。38主要問題主要問題n主要問題：主要問題：n為迎合這些博弈論模型，對發(fā)電公司報價策略問題做了為迎合這些博弈論模型，對發(fā)電公司報價策略問題做了很多簡化，這樣得到的平衡點(diǎn)可能沒有多大意義

21、；很多簡化，這樣得到的平衡點(diǎn)可能沒有多大意義；n如產(chǎn)量競爭；價格競爭；線性供給函數(shù)競爭如產(chǎn)量競爭；價格競爭；線性供給函數(shù)競爭n電力市場中一般采用分段報價。在這種情況下是否存在所謂的電力市場中一般采用分段報價。在這種情況下是否存在所謂的平衡點(diǎn)理論上還不清楚。平衡點(diǎn)理論上還不清楚。n在信息不完全的情況下，理論上也還不清楚是否存在平在信息不完全的情況下，理論上也還不清楚是否存在平衡點(diǎn)。衡點(diǎn)。n不論采用線性報價還是分段報價都是如此。不論采用線性報價還是分段報價都是如此。39 第四部分：主要研究工作第四部分：主要研究工作40構(gòu)造的報價策略模型和結(jié)果構(gòu)造的報價策略模型和結(jié)果n模型框架n以單部分報價為基礎(chǔ)n

22、報價函數(shù)為線性函數(shù)/分段線性函數(shù)n競爭對手的報價行為用概率分布/模糊集合模擬n采用隨機(jī)優(yōu)化方法確定報價策略,主要采用了Monte Carlo方法和專門發(fā)展的隨機(jī)優(yōu)化方法。41Monte Carlo SimulationMonte Carlo是一類通過隨機(jī)變量的統(tǒng)計(jì)試驗(yàn)、隨機(jī)模擬、求解數(shù)學(xué)物理、工程技術(shù)及經(jīng)濟(jì)管理近似解的數(shù)值方法。人為構(gòu)造一種概率模型，使它的統(tǒng)計(jì)試驗(yàn)的某些特征數(shù)（如頻率、樣本均值等）作為所求量的估計(jì)值，這便是蒙特卡羅方法的思想。 42Monte Carlo Simulation例：用Monte Carlo計(jì)算積分 定積分計(jì)算，設(shè)0g(x)3；風(fēng)險喜歡者時A3。 約束條件：maxm

23、in111, 2 , 1PPPPIiPPIiimax1maxmax1min, 20QQIiQQQQQIiii72算例分析n有五個發(fā)電公司的電力市場n最多可報個容量段nPAB結(jié)算方式n考慮某發(fā)電公司的最優(yōu)報價策略，其有4個競爭對手：A, B, C和Dn機(jī)組出力上下限為300MW和10MWn生產(chǎn)成本參數(shù) a0、b=6.75、c=0.02532 73算例分析（續(xù)）四個競爭對手的四個競爭對手的報報價價參數(shù)參數(shù) 發(fā)電公司 A （k=1） 發(fā)電公司 B （k=2） 發(fā)電公司 C （k=3） 發(fā)電公司 D （k=4） ak 0 0 0 0 成本參數(shù) 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（續(xù)） 最優(yōu)報價策略 負(fù)荷（MW) 第 1段 第 2段 第 3段 期望利潤($) 方差 效用函數(shù)值 期望發(fā)電出力(MW) 段價Pi ($/MW) 14 38.5 47 700 段量Qi (MW) 142.7 137.9 1