电力市场定价机制及其博弈均衡市场特性研究

论文摘要

由于电力市场不具备完全竞争的市场条件,市场中的发电厂商数目不是足够的多,需求缺乏价格弹性等因素,采用边际定价机制的电力市场出现了许多的问题,其中比较有代表性且相互联系的两个问题是投资存在某种程度的萎缩,备用容量随着电力市场的运行从开始的过剩逐渐转变为短缺以及发电厂商利用其市场力抬高批发电力市场的价格谋取高额利润。因此,许多新的定价方法被提出来以便克服目前电力市场运行的困境。例如,按报价支付定价方法,当量电价机制就是其中被人们广泛谈论的不同于边际定价的电力市场定价机制。本文研究电力市场的定价机制的博弈均衡特性。对于寡头的电力市场而言,要评价一个定价机制是否合适仅仅基于成本的讨论是不够的,需要在博弈模型的框架下充分考虑市场成员的行为影响。评价一种市场机制的优劣通常采用的方法是构造这种市场机制的博弈模型,求解博弈模型的均衡解,分析其Nash均衡状态的市场特性。但是,针对电力市场的博弈模型在求解非常困难,理论博弈模型的应用受到了限制。本文采用最近十多年正蓬勃发展的智能代理仿真模型讨论定价机制的博弈均衡状态的市场性质。智能代理仿真模型用具有分散自主决策和智能学习的Agent表示发电厂商,在重复进行的报价博弈中,发电厂商通过利润高低按照生物的“条件反射”原理学习并改进报价策略,追求其利润最大化,随着迭代的进行,市场将逐步收敛于均衡位置。本文首先发展了一个电力拍卖市场的智能代理仿真的模型及其发电厂商的学习算法,并用一个算例阐述了学习算法的特点。在此基础上,本文具体讨论了电力市场如下的定价问题。首先,本文讨论了统一出清、按报价支付以及发电上网的当量电价等三种不包含输电约束的能量市场定价机制的市场特征。基于成本分析,本文证明了当量电价中最小成本折线的数学性质,即最小成本折线是日报一价时按照日购电费用最小优化模型的K-T条件的图形表示。基于这个基础,我们容易看出当量电价的容量补偿是以边际电价为基础,考虑发电机组容量投资的规模经济性,用平均容量成本进行补偿的机理。然后构造了这三种定价机制的电力拍卖市场的智能代理仿真模型,对这三种定价机制进行了博弈均衡状态的市场特性研究。研究表明:统一出清电价的定价机制能够正常运行的基本条件是每个发电厂商的市场分额要足够的小（一般要小于10%）,且市场中必须拥有足够的备用容量（一般要求至少10%的备用）。如果这些条件不满足,发电厂商会实施其市场力,并引起电价飞升。也即,目前的电力市场机制不能够在电力短缺的条件下有效运行。而按报价支付定价机制不可能有效抑制发电厂商的市场力实施;发电上网的当量电价即便在发电容量短缺的条件下,发电厂商具有较大的市场份额时都具有稳健的市场价格,具有优良的市场特性。

论文目录

• 摘要
• 英文摘要
• 第1章 电力市场定价方法及其市场特性研究概述
• 1.1 电力市场定价机制概述
• 1.2 电力市场定价机制市场博弈特性的研究方法概述
• 1.3 本文的主要工作
• 第2章 电力拍卖市场的智能代理仿真模型
• 2.1 电力拍卖市场的智能代理模型框架
• 2.2 发电厂商的学习算法
• 2.3 算例
• 小结
• 第3章 三类电价机制博弈市场特性的比较研究
• 3.1 统一出清电价，按报价支付以及实用电价简介
• 3.2 当量电价与统一出清电价基于成本报价的比较
• 3.3 三种定价方法的博弈均衡比较研究
• 小结
• 第4章 容量补偿方法的比较研究
• 4.1 电力市场容量补偿的原理
• 4.2 基于古诺博弈的智能代理仿真
• 小结
• 第5章 电力市场输电收费方法的博弈市场特性的初步研究
• 5.1 节点电价的博弈市场特性研究
• 5.2 输电固定成本分摊对发电厂商报价的影响
• 5.3 当量输电电价的特性
• 小结
• 第6章 总结与展望
• 附录A：命题的推导
• 参考文献
• 致谢
• 博士期间发表的论文清单
• 发表意见书
• 博硕士学位论文同意发表声明