發電側電力市場結算方法

發電側電力市場結算方法是指按系統邊際電價進行結算或者按機組的實際申報價格進行結算。

基本介紹

• 中文名：發電側電力市場結算方法
• 外文名：Method for settlement of power generation side market
• 學科：電力系統自動化
• 方法1：按系統邊際電價進行結算
• 方法2：按機組的實際申報價格進行結算
• 原則：購電費用最小等

背景

電力工業的市場改革已在全世界範圍內展開,我國也正處在“廠網分開, 競價上網”這一改革的進程之中: 上海、遼寧、浙江等6 省市已經成功地在發電側引入了市場競爭機制。目前我國在建立電力市場的過程中, 急需澄清、解決的問題較多, 結算方式就是其中之一。雖然國內有些文獻對這一問題進行了研究, 但大都是將注意力集中在發電商的市場力上。如通過比較在購電費用目標函式最小時按照系統邊際電價和按照機組實際申報價格進行結算的兩種方法的優劣, 認為在降低市場力這一方面按機組實際申報價格結算有一定優勢; 也可以在採用系統邊際電價結算的方式下,邊際電價為最後一台機組的報價決定, 易被投機行為所左右。

但是就世界範圍內看, 絕大多數電力市場化改革的國家採用市場邊際出清價(MCP) 進行結算。

雖然按照發電商實際報價結算可以從一定程度上降低發電商藉助市場力操縱市場清算價的可能性, 但是由於在這種結算方式下, 發電商提高報價會使得市場均衡量下降, 造成社會福利的淨損失。

發電商競價模型分析

1、問題的描述和基本假定

一級密封價格拍賣( The First2price2sealed Auc2tion) 是許多拍賣形式中的一種。在這種拍賣中,投標人同時將自己的出價寫下來裝入一個信封, 密封后交給拍賣人, 拍賣人打開信封, 出價最高者為贏者, 按他的出價支付價格, 拿走被拍賣的物品。投標人是否能夠成功由它自己的出價和其他投標人的出價共同決定。當該投標人的出價大於其他人的出價時, 支付為他對物品的評價減去他的出價; 當該投標人的出價小於任何其他1 個投標人的出價時,支付為零。使得該投標人的期望支付最大化的出價即為該投標人的最優出價策略。

我國目前6 省市試行的電力市場中, 發電商競價上網, 交易中心(電網公司) 按各個負荷時段發電商的報價從低到高排序, 然後根據各時段預測的負荷需求按此排序確定各發電商的上網電量。這種發電商的競價與一級密封價格拍賣相似。若將滿足某一時段負荷需求的最後1 台機組的報價對交易中心所購買的電量進行統一結算, 即是按照MCP 結算法; 而按照各機組不同的實際報價對各發電商的上網電量進行分別結算則是屬於按照實際申報價格結算法。

2、模型構建

發電商參與實時市場競價, 有3 種可能的結果。

(1) 發電商競價成功, 其報價低於市場出清價。用H (·) 來表示這種情況的機率。不難得出H ( ·) 是該發電商成本ck 的函式, 又因為b_k=B (ck) , 故可將機率函式表示為H( B^-1( bk) ) 。

(2) 發電商競價成功, 其報價恰好等於市場出清價。我們用R(B^-1 ( bk) ) 表示這種情況的機率。

(3) 發電商競價失敗, 用F(B^-1(bk ) ) 表示這種情況的機率。

那么, 發電商在以上3 種情況下的支付分別為:

a.在按MCP 結算的條件下發電商競價成功, 其報價小於市場出清價：

q_k (ω- ck)

式中:q_k 為上網電量; ω為市場出清價; c_k為其成本。

b.發電商競價成功, 且報價等於市場出清價：

q_k(b_k-c_k)

式中:b_k為發電商的報價; q_k,c_k意義同上。

c.發電商競價失敗, 其報價大於市場出清價, 此時支付為0 。

經濟學分析

1、電力市場供需模型

在我國試行的基於電力庫(交易中心) 的電力市場運行機制中,發電商、交易中心(電網公司) 、用戶構成了一個特殊的交易市場。在發電側市場作為供給者的發電商面對的是作為購買者的交易中心;而在配電側市場交易中心又作為電能供給者面對終端電力用戶。

右圖表示在某一時刻的2 個市場的供求均衡。

圖(a) : P為價格; Q為電量; P₀為均衡價格;Q₀為均衡電量; S 為發電商的供給; D′為交易中心的需求; P_cap為市場交易最高限價; Q_max為最大可供電量。在發電側電力市場中,電力公司在預測到某一時刻的負荷水平後,必須在交易市場中購進同樣數值的電量以滿足系統出力與負荷的實時平衡約束,所以需求線D′在圖中表現為一價格彈性為0 的垂線。

圖(b) : P, Q , P0 , Q₀ 意義同(a) , D 為用戶需求;S′為交易中心的供給; Qmax為通過輔助服務所能提供的最大電量。無論是按照MCP 結算還是按照機組實際申報價格結算,對於某一時刻用戶的電價都是固定不變的,所以供給線S′在圖中表現為一條水平線。

2、社會剩餘分析

上述通過對博弈模型的分析,得出了在按照機組實際報價結算中機組會提高報價的結論。

右圖表示在按照機組實際申報價格結算下發電商提高報價, 將使得原來在按照MCP 結算下的供給線S 垂直上移Δb_ca(c) ,變為在按照機組實際申報價格結算的S′,結果使均衡點E 變為E′, 均衡價格變為Pd ,均衡量變為Q0′,

P_d-P_s =Δb_ca(c)。此時消費者獲得部分的生產者剩餘:即消費者剩餘為ΔDE′P_d + ΔPd E′S′,生產者剩餘為S′E′GS ,而社會總剩餘從在MCP 結算方式下的ΔDES減為DE′GS ,使ΔE′EG 成為無謂損失(Dead WeightLoss) 。因此按照機組實際報價結算不僅是剩餘在生產者與消費者之間轉換,重要的是結算方式的改變會造成社會總剩餘(即社會福利) 的減少。

方法

目前,電力市場主要有兩種結算方法:

方法1按系統邊際電價進行結算;

方法2 按機組的實際申報價格進行結算。

為此,電力市場的目標函式也分為兩種

1、一種是按系統邊際電價進行結算的購電費用最小的目標函式:

式中:F_m表示電網購電費用;

P_i 為發電商(或發電機組)i競價獲得的發電功率;

i 表示發電商的序號,

I 表示發電商總數;

C_om表示系統邊際電價。

2、另一種是按照機組的實際申報價格進行結算的購電費用最小的目標函式:

式中：C_i(P_i) 表示發電商i 發電費用曲線(由報價曲線C_oi ( P_i ) 得到) ,是發電功率P_i 的函式。

兩種目標函式有相同的約束 ,其中系統功率平衡約束為:

式中：P_D為用於競價的電網總負荷功率。

原則

1、購電費用最小原則

購電費用最小原則約束公式和系統邊際電價的目標函式的極值問題,因為邊際價格C_om對全網來說是一個值,所以可以從公式中提出來:

這樣滿足約束條件系統邊際電價的目標函式的極值問題,實際上變成為滿足 約束條件下使邊際價格C_om最低的問題。

2、經濟原則

系統邊際價格的主要作用是:只有當商品的價格等於其邊際成本價格時,該經濟才能從各種稀缺資源的利用中獲得最大的滿足。即只有當每一個企業使得它自己的邊際成本(MC) 等於其他企業的MC ——正如每一個MC 都等於共同的價格的情況——該行業才能以最低成本來實現它的總產量。也只有當價格等於所有企業的邊際成本時,社會才處於它的生產可能性邊界之上。就電力市場而言,最終應該發展成一個完全市場,即對任何一個發電商來說,不應存在超額利潤的現象。

所以兩種結算方式在這方面應是一致的,但是電力市場是否可以及如何發展成一個完全市場,並不是一個樂觀的問題。所以不應該用經濟原則作為選擇那種結算方法的決定原則。

3、公平競爭原則

從公平競爭的原則出發,商品應該享受“同質同價”的原則 ,電力也是商品,所以不應該例外。顯然從這一點上講按系統邊際電價進行結算的方法更合理一些。但是,目前也有人對此提出了疑問,認為既然峰谷電價有差別已被大家所公認,且峰荷時所有發電商的發電質量是否一定一樣尚無定論,所以簡單地將“同質同價”原則作為電力市場結算方法的選擇原則同樣不合適。

4、市場行為原則

由於基於系統邊際電價的購電費用最小的結算方式,具有最佳化算法簡單、便於市場運行的優點,所以最初被各國所採納,如英國電力市場,美國加州的電力市場實際上也是這種結算方式。但是,隨著電力市場的不斷發展,英國電力市場發現這種結算方式存在的缺點,即很難控制電力公司的投機行為:對於市場份額較大的發電商,可能在這種結算方式下,降低發電量,尤其降低峰時發電量,這樣就導致邊際成本更高的電廠被調度,儘管這個發電商的發電量小了,但由於結算價提高了,仍能獲得超額利潤。

為此,英國已修改了這種結算方式。但這並不是說,按第二種結算方式就不存在類似的投機行為,而是對發電商來說,風險可能大一些,則對電力市場而言,投機行為就少一些。

由以上可以看到,很難明確區分兩種結算方法的優劣,具體採用哪種結算方法,要根據各個國家各個地區具體電力系統的實際情況以及相應的法規制度而定,從減少市場投機行為角度上講,按機組的實際報價進行結算的方法要好一些。

結論

通過構建、求解在兩種結算方式下的發電商的競價博弈模型, 得到不同的報價策略, 並在此基礎上比較兩個不同的報價策略的社會總福利, 得出在按照機組實際報價結算方式下, 由於發電商提高報價從而導致社會總福利減少的結論。故本文認為, 雖然按照機組實際報價結算有可能降低有市場力的發電商操縱市場清算價的可能性, 但是在加強電力市場交易監管下, 還是採用經濟學的競爭市場中的一般交易結算方式———統一市場出清價為好。世界上大多數電力市場化改革的國家均採用這種結算方式也從客觀上說明了其合理性。