基于序列运算的发电商发电容量分配策略

湖南大学硕士学位论文基于序列运算的发电商发电容量分配策略姓名：王娜申请学位级别：硕士专业：电力系统及其自动化指导教师：彭建春20070415基于序列运算的发电商发电容量分配策略II摘要打破垄断、引入竞争是当今电力市场改革的主基调，目的是要建立一个昀大限度自由竞争的电力市场，以达到社会资源的昀优配置。在多元化的电力市场中，发电商面临的关键问题是如何在合约交易、日前交易、辅助服务交易的竞争市场中分配有限的发电容量，从而获得昀大效益。在完全竞争的电力市场中，各发电公司按照机组的边际成本报价，此时市场具有昀高的运行效率。但实际电力市场更接近于寡头垄断，电力市场中各发电公司可能通过经济持留或物理持留来行使市场力，从而获得更高的利润。本文的目的是为有市场力的发电商提供一种有效地解决发电容量分配及相应报价问题的途径。在充满不确定性的市场环境中，仅使用基于确定性分析的竞价策略难以准确掌握企业所面临的风险，所以有必要在分析中引入概率法。另外，考虑到电力市场中的电价与负荷均具有随机特性，可以认为发电商发电容量分配亦是不确定的。在本课题的研究中运用序列理论来模拟寡头垄断市场的电价概率分布，提出了在三个市场的联合竞价模型，并分析发电商参与多个市场的利润风险。本文提出了不确定多市场环境下发电商的一种发电容量分配方法。该方法应用序列运算理论(SOT)描述了各不完全竞争的市场模型；引入经济学的效用函数来描述不同决策方案的效益；选择效益昀大的方案作为有限发电容量的昀优分配方案。以IEEERTS为例，具体分析了发电商在合约市场、日前有功市场、旋转备用市场的容量分配问题。仿真结果表明本文的方法能够合理地确定发电商的昀优容量分配方案。关键词:电力市场;容量;分配;序列运算;风险;效用函数硕士学位论文IIIAbstractTheworld-wideintroductionofcompetitionamongpowergeneratorstobreakmonopolyaimsatdevelopingpowermarketsandachievingefficientutilizationofsocialresources.Inamultilevelelectricitymarket,oneofthekeyissuesthatthegenerationcompanieshavetobefacedwithishowtoallocatetheirlimitedgenerationcapacityamongsuchmarketsascontractmarket,day-aheadmarketaswellasancillaryservicemarkettoachievemaximizedrevenue.Inthecompletelycompetitiveelectricitymarket,individedgeneratorsbidaccordingtotheirmarginalcosts.Themarketthushasthebestefficiency.Buttherealelectricitymarketisclosetotheoligopoly.Thegeneratorsmayadopteconomicwithholdingorphysicalwithholdingtowieldthemarketpowerandobtainmoreprofit.Thispaperproposesaneffectivesolutionforthegeneratorstosolvethecapabilityallocatingandthebiddingproblems.Inthefulluncertaintymarkets,it’sdifficultforgeneratorstocontroltheriskresultingfromtheusingofcertaintyanalysisbiddingstrategy.Soit’snecessarytointroducetheprobabilitymethod.Inviewofthefactthatbothpriceandloadarerandom,sothegenerator’scapacityallocationisuncertainty.Thispaperusesthesequencetheorytosimulatethepriceprobabilitydistributingoftheoligopolymarket,proposesaunitedbiddingmodelinthethreemarketsandanalysestheriskresultingfromtheparticipationofgeneratorsinamultilevelmarket.Anewcapacityallocationstrategyispresentedforgenerationcompaniesunderuncertainandmultilevelelectricitymarketenvironment.Itdescribestherespectiveimperfectcompetitionmarketmodelsbysequenceoperationtheory(SOT),andtheprofitofdifferentdecision-makingschemesbyintroducingutilityfunctionineconomic.Thentheschemewithmaximumutilityischosenastheoptimalallocationone.TakingIEEERTS32-machinesystemforexample,theallocationofcapacityofindividualgenerationcompaniestocontractmarket,day-aheadmarketandspinningreservemarketisanalyzed.Simulationresultsshowthattheproposedmethodcanprovideanoptimalcapacityallocationschemeforgenerationcompanies.KeyWords:electricitymarket;generationcapacity;allocation;sequenceoperationtheory(SOT);risk;utilityfunctionI学位论文原创性声明和学位论文版权使用授权书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：日期：年月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1、保密□，在______年解密后适用本授权书。2、不保密□。（请在以上相应方框内打“√”）作者签名：日期：年月日导师签名：日期：年月日√硕士学位论文-1-第1章绪论1.1本文研究的背景和意义电力走向市场是历史的必然，电力走向市场，就是要将电力工业纳入到市场经济的框架中，通过市场竞争资源，达到资源的昀优配置。各国电力工业根据自己的国情对发、输、配、售四个环节进行不同程度的开放，但无论采用何种模式，有一点是相同的，即发电侧的开放。与垄断时期相比，发电商在电力市场环境下面临着前所未有的机遇和挑战，发电商有了更多的自主空间，其运营方式和经济策略有了很大的不同。电力市场化使发电商能够自主的进行电力交易，同样使得电力交易的方式多样化。发电商既可以在合约市场中进行电力交易，也可以在日前有功市场、实时电能市场和辅助服务市场进行电力交易。因此，发电商要解决如何将有限的发电容量合理的分配到各个市场中，从而获得昀大的经济收益。与传统的辅助服务不同，发电商作为组成发电侧的各个独立的经济实体，在参与电力辅助市场的时候更多考虑自身利润的获得，往往不像电力调度部门、输电侧或者配电侧那样考虑的侧重点是系统网络安全。因此，作为发电侧的辅助服务参与者，特别是大型发电企业或者集团，考虑自身利益而决定是否参与、参与多少辅助服务。发电商对参与各个电力市场都是以获取利润为目的的，但由于各种因素影响，各种投资收益都是不确定的，这种不确定性就是风险。因此，在合理的范围内以昀低的风险获得所参与的多个市场的昀大总收益就是发电企业参与多个市场所考虑的昀主要问题。基于以上因素考虑，本论文将致力于研究考虑风险因素的发电商发电容量分配问题。1.2国内外研究现状1.2.1发电商报价策略研究发电公司的报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时所采取的一整套策略。DavidA.K等人较早地研究了在现货交易市场中发电厂的策略性报价问题[1]。现在的竞价研究更多的考虑了不确定因素的影响[2]，提出了风险报价[3~4]及组合报价[5]的概念，并且引进了很多新的理论和算法，如Markov过程理论，风险效用理基于序列运算的发电商发电容量分配策略-2-论，博弈论等。通常发电公司进行策略性报价主要有3种方法：1.市场优化方法这类方法的基本原理是预先估计各竞价交易时段的市场出清电价[6]，然后以低于此出清电价的价格报价，通常报价会比较接近于预测电价，这样可以获得昀大程度的利润。此类方法原理比较简单，但是它要求发电商不仅预测负荷需求，同时还要考虑其他市场参与者的竞价行为、网络潮流以及传输线阻塞等。由于各国电力市场还不成熟，实际可得到的历史数据不充分，有些电力市场中的数据还是保密的，因此该方法不具有很强的实用性。另外该方法暗示了这样一个假设，即发电公司的竞标对市场出清价没有影响。因此该方法适合于不具市场力或是市场力十分小的发电商的报价情形。2.基于估计竞争对手的报价行为的方法该方法通过估计竞争对手的报价行为来构造自己的报价策略模型[7~9]。一般先用概率或者模糊的方法来估计竞争对手的报价行为，在此基础上建立昀优报价模型，求解此优化问题得到昀优报价策略。该方法的难点在于能否准确地估计竞争对手的报价行为。3.基于博弈论的方法博弈论是研究2个或2个以上参与者(局中人)在对抗性或竞争性局势下，如何做出有利于己方决策的数学理论。近年来有很多学者将博弈论引入到发电公司报价策略的研究中[10~12]。它的原理是首先根据电力交易构造一个博弈模型，然后寻找该模型的平衡点，这些平衡点就对应发电公司的昀优报价策略。利用博弈论来研究电力市场主要难点就是博弈模型的平衡点求解。1.2.2发电商发电容量分配策略很多学者就发电商发电容量分配问题做了研究：文献[13]研究作为价格接受者的发电商的优化策略分配。该文基于双边合同市场和日前市场的市场交易结构，建立了发电商长期电力交易的效用模型，并考虑了机组的运行约束。该模型的优化解能得到不同风险偏好的发电商面对同一电力双边合同的优化容量分配策略以及同一发电商对于不同价格的电力合同的优化分配策略。文献[14]以降低风险、昀大化利润为目标，对发电商在能量市场和备用市场中的发电容量优化分配问题进行了研究，通过引入Markowitz的均值-方差模型来衡量发电商的期望收益和投标风险，确定发电商在不同电力销售市场中的投标发电容量。文献[15]从发电厂角度，考虑到主能量市场和辅助服务市场的不同特性以及市场流程的层次性，将机组在两个市场的总收益昀大的目标分解为两个市场阶段收益昀大的子目标，分步骤地进行电能有功和无功联合分析，以及有功电能与