现实电力市场中边际电价结算和发电方报价价格结算竞价机制

现实电力市场中边际电价结算机制和市场竞价结算机制对比

Eric Gue rci and Mohammad Ali Rastegar

翻译：何晔 5130719026

【摘要】日前意大利批发电力市场的会议上一个基于代理计算模型被提出用以模拟对比市场在边际电价结算机制和市场竞价结算机制下不同的表现。宏计算结果我们通过检验它对过去情形模拟的准确性来提供理论支持。除了少数用电高峰时期，模拟得到的电价水平都很准确。至于考虑市场竞价结算机制时，数值实验表明这样会模拟得到相对于考虑边际电价结算机制时更高的市场电价。在市场竞价结算机制中，发电方为最大化利益所付出的成本更高因此电价更高。

12.1 前言

设计电力竞价机制的关键点之一与定价方式有关。通常我们采用统一价格（按边际价格结算SMP）或按报价结算（PAB）价格。在经济学中，那种价格结算方式更有效并没有定论，但SM -P（按边际价格结算）机制更加流行。如今所有欧洲主要的电力市场都采用这套机制。然而，P -AB（按报价价格结算）和SMP（按边际价格结算）各有优缺点，并且这些优势、劣势可能会在特定的市场环境中体现或加强。比如说，电力市场发展成“无限重复市场机制”的本质可能诱使竞标者默契合谋（暗中勾结）。竞标者之间频繁重复的“互动”拓展到了暗号和一套有效的惩罚机制使他们可以配合协作。

有几个作者已经分析了2001英国由OFGEM执行的电力市场改革。OFGEM认为SMP机制更容易受制于策略操纵且可能对某种不良的暗中勾结无能为力。相反地，OFGEM设想PAB机制可以降低暗中勾结获得的机会，因为此时出价将不再是不必付出代价的威胁。这些作者在某些情况下反对OFGEM提出的这项改革。比如，C.D.Wolfram声称考虑到英国电力市场结构的高度聚集——少数发电公司掌控着市场，转换为PAB体制并不能解决电价高的问题。J.Bower and D.W.Bunn 甚至认为改革事实上会提高市场电价。他们的分析是根据基于代理模拟模型。主要原理是：市场电价一般不公开，占有很大市场份额的代理商在PAB机制中可以获得重要的信息优势，因此他们面对的竞争压力更小。G.Federico和D.M.Rahman从两个极端的市场体制的角度（也就是说，完全竞争和垄断供需）来研究这两个定价法则，他们的结论与OFGEM一致，就是，PAB体制更可能减小市场权势的影响并且能降低平均电价，导致更低的行业利润。

本篇论文引出了这个引人关注的问题并提议使用日前意大利批发电力市场会议上的一个基于代理模拟模型来验证这个重组建议的有效性。一些构建复杂市场模型引人注意的角度，比如在电力市场中，一个自下而上的角度促进了一个计算方法在经济学中，特别是在批发电力市场研究中的应用。再这样一个人工计算环境中，自主的、自私的、适应的以及多元化的一些市场代理商可能会在彼此间重复地相互博弈，从而形成了一个现实的经济动态系统。A.Azadeh 等人已经提出过通过基于代理技术比较电力市场定价机制，但是他们是对一个简化的市场环境展开这种分析。同时，他们文章中的很多工作都是提出了国家批发电力市场的详尽模型，但很少提到实证验证模型预测能力的工作。我们的文章设法完成这两件工作：比较实证验证的市场机制和一个现实的市场模型。为了更好地复制意大利市场的真实特征，一个数据驱使的的计算模型将被用来在宏观层面实证验证考虑SMP机制而提出的模型。

本文结构如下：12.2介绍物理约束市场模型，意大利电网模型，基于代理计算模型和学习算法的采用。12.3介绍计算实验设定并展示讨论结果。结论在12.4中给出。

12.2 ACE Model

12.2.1 Market model

在下文中，DAM 扫清市场的过程被详尽给出，它是基于标准直流最优功率流（DCOPF ）。每

个第i （i=1,2，...,N ）个发电厂向DAM 分别递交由一对他愿意支付的限价i

P ˆ（欧元/兆瓦时）组成的投标价和他同意生产的最大电量i

Q ˆ（兆瓦）。我们假设每个发电单位有生产下限i Q 和生产上限i Q ，这就确定了该生产单位每小时实际产电量的可行区间：i

i i Q Q Q ≤≤ˆ（兆瓦）。 第i 个发电厂的总成本函数如下：

)()(i i i l i i b Q a FP Q TC +⋅⋅= （欧元/小时） （12.1）

其中l FP （欧元/吉焦）为第i 个发电厂所用燃料（l ）的价格，系数i a （吉焦/兆瓦时）和i b （吉焦/小时）设为常数。这组系数),(i i b a 随发电站的技术和效率而变化。常数项i l b FP ⋅对应空载成本，也就是发电厂保持产量为零时的固定成本。然而这些成本在电厂关闭时会消失。第i 个发电厂不变的边际成本很容易由相应的总成本函数)(i i Q TC 得到：

i l i a FP MC ⋅= （欧元/兆瓦时） （12.2）

在收到所有发电厂的投标价后，DAM 在考虑如下约束条件下：区域能量平衡（the zonal e nergy balance ）（基尔霍夫定律），每个发电厂的最大最小容量以及区域间传输限制，通过实行社会福利最大化来扫清市场。由于假定无价格弹性的需求，目标函数仅仅考虑了供应方面的市场份额。因此。社会福利的最大化可以转变为一个总报告生产成本的最小化，也就是说，对投标价格进行估计（见方程12.3）。这个以基于DCOPF 的清扫机制同时决定了每个发电厂的机组组合（unit commitment ）和每个生产线（bus ）节点边际价格（LMP ）。然而，意大利市场需要引进两处轻微的修正。第一，卖家以区域价格被支付，也就是LMP ，然而买家按市场中通常使用的全国统一价格（PUN ）支付，PUN 是通过按区域负载对区域价格进行加权平均计算得到的。第二，传输功率流约束随流向改变。准确的公式在下面给出：

∑=⋅N

i i

i Q P 1ˆmin （欧元/小时） （12.3） 受限于下面的约束条件：

● 有功功率限制（Active power generation constraints ）：

i

i i Q Q Q ˆ≤≤ （兆瓦） ● 对于每个区域z 的有功功率方程：

∑∈=-z i inject z load z i Q Q Q ,, （兆瓦）

load z Q ,：在区域z 的负载需求 inject z Q , ：在区域z 净功率输入