电力市场环境下输电服务定价机制分析与模拟

论文摘要

自20世纪90年代初,电力产业市场化改革在全球范围内陆续展开。发电环节与输电环节分离后,发电、输电成为相互独立的实体,必须为输电服务制定独立的价格。输电服务发挥核心作用的重要环节是准确定价。完善的输电服务定价是电力工业打破垄断、走向竞争的关键。输电系统不仅是电力传送的路径,更是电力交易的平台和电力市场的载体,输电价格涉及到发电侧、输电侧、需求侧及监管方,因此,输电服务定价是一项需要综合考虑的系统工程。传统的经济学模型在研究具有复杂规则的电力市场时,很难针对现实的电力系统构造符合实际情况的博弈模型,且构建的模型求解困难,而系统动力学作为一门研究复杂时变大系统问题的学科非常适合该问题的研究。本文结合经济理论,基于系统动力学方法研究了输电服务定价的形成过程与形成机制。研究指出,基于输电服务“电力市场交易平台”的特殊地位,完善的输电服务价格需要满足电力市场各主体的短期利益诉求和长期利益诉求,如实施有效的阻塞管理,促进电力市场的日常有效运营;能够给现有输电资产所有者提供补偿;能为输电系统投资提供信号;能为发电与负荷投资提供位置信号等,这是输电服务定价的主要目的。但输电服务的物理、经济特性,如规模经济性、网络外部性,使得输电成本与收益的分配变得复杂,这是输电服务难以定价的关键,也是输电服务定价的基本限制。由此论文导出了有效输电服务定价的基本要求。这三部分构成了输电服务定价的框架。在此基础上,从系统的角度研究输电服务价格的形成过程,即研究电力用户、发电商、输配电机构和市场监管机构基于输电服务及其价格的复杂反馈关系,并构建了输电服务定价的系统动力学模型(System Dynamics Model for Transmission Servies Pricing,SDMTSP),作为输电定价研究的仿真平台。SDMTSP包括一个输电网络子模型、三个区域电力市场子模型。输电网络子模型包括市场交易模块和输电网络扩展模块两块。区域电力市场子模型包括电力供给模块、电力需求,还有跟电力供给密切相关的发电容量建设和退役模块。模型实现了对最优化潮流,节点电价计算;发电商电力供给行为,包括市场力的实施;发电商新建发电容量的投资决策行为;用户需求的周期性变动行为,价格需求弹性行为;电力市场阻塞管理;输电成本回收,输电容量拓展决策行为等功能的仿真。利用SDMTSP模型平台,从整体市场运行效率、电力市场的短期、长期利益诉求等维度研究了节点定价模式的实施效果,分析了输电定价对阻塞管理、发电投资和输电扩展的影响,判断输电定价是否合理,并具体剖析了其中的影响因素,针对性的提出了政策建议。仿真结果显示,电力市场中输电阻塞管理效果显著;定价能有效促进发电容量建设的健康、协调发展,优化电源结构,引导电源选址;只要控制好输电投资补偿的幅度,在目前还不能引入输电权的情况下,管制和基于市场相结合的输电扩展机制基本能够胜任电力市场发展的需要。研究同时指出,有效互联的大电网市场效率比相对独立的区域电网市场效率高;缩短行政审批时间,加快建设速度,将能有效抑制电力市场长期波动问题。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 引言
• 1.1 选题背景
• 1.1.1 我国输电市场发展现状
• 1.1.2 我国现有输电定价模式对电力市场发展的影响
• 1.2 输电服务定价研究综述
• 1.3 研究目的和意义
• 1.4 主要内容与研究路线
• 1.4.1 主要研究内容
• 1.4.2 研究路线
• 第2章 电力市场系统动力学模型综述
• 2.1 系统动力学理论与应用
• 2.1.1 系统动力学的基本理论
• 2.1.2 系统模型的描述方法
• 2.1.3 系统动力学模型的构建
• 2.2 系统动力学在电力市场的应用综述
• 2.2.1 全球规模的模型
• 2.2.2 洲际范围的模型
• 2.2.3 国家规模的模型
• 2.2.4 地区性电力模拟系统
• 2.3 本章小结
• 第3章 输电服务定价机制框架构建及其经济分析
• 3.1 输电服务界定
• 3.1.1 输电网
• 3.1.2 输电服务组成
• 3.1.3 输电服务分类
• 3.2 输电服务定价的理论基础
• 3.2.1 输电电价结构
• 3.2.2 输电价格监管
• 3.3 输电服务价格承担的电力市场发展诉求
• 3.3.1 输电服务价格的经济地位
• 3.3.2 输电服务价格与电力市场的短期利益追求
• 3.3.3 输电服务价格与电力市场的长期利益追求
• 3.4 输电服务定价的约束
• 3.4.1 输电投资块性、规模经济性导致难以充分回收成本
• 3.4.2 自然垄断性要求对输电服务定价实施监管
• 3.4.3 网络外部性导致输电费用难以分摊
• 3.4.4 其他特性对输电服务定价设计的影响
• 3.5 有效输电服务定价的基本要求
• 3.6 本章小结
• 第4章 输电服务价格形成过程分析与输电服务定价系统动力学模型构建
• 4.1 输电服务定价系统动力学模型范围界定
• 4.1.1 输电系统相关主体构成
• 4.1.2 输电服务各相关主体间的反馈关系
• 4.2 输电服务定价系统动力学模型框架分析
• 4.2.1 模型构建总则
• 4.2.2 输电服务定价系统动力学模型框架
• 4.3 输电网络子系统构建
• 4.3.1 最优潮流理论与节点电价计算
• 4.3.3 最优潮流与节点电价模块的实现
• 4.3.3 输电扩展模块构建
• 4.4 区域电力市场子系统构建
• 4.4.1 区域电力市场子系统范围界定
• 4.4.2 电力供给模块构建
• 4.4.3 电力需求模块构建
• 4.4.4 电力交易模块构建
• 4.4.5 发电容量建设与退役模块构建
• 4.5 输电服务定价系统动力学模型检验
• 4.6 本章小结
• 第5章 输电服务定价系统动力学模型运行分析
• 5.1 电力市场整体运行效果分析
• 5.2 互联电网中电力市场效率分析
• 5.3 输电定价对阻塞管理的影响效果分析
• 5.3.1 阻塞管理的必要性
• 5.3.2 基于节点电价法的阻塞管理
• 5.3.3 节点电价下阻塞管理的仿真结果分析
• 5.4 输电定价对发电容量投资的影响效果分析
• 5.4.1 发电容量投资现状
• 5.4.2 输电定价对发电投资波动性的影响
• 5.4.3 输电定价对电源选址规划的影响效果
• 5.4.4 输电定价对优化电源结构的效果分析
• 5.5 输电定价对输电扩展的影响效果分析
• 5.5.1 输电投资不足现状的原因
• 5.5.2 输电扩展的复杂性分析
• 5.5.3 节点定价机制下的传输容量投资优化效果
• 5.6 政策建议
• 5.6.1 继续深入节点定价实践
• 5.6.2 加快电力市场行政审批速度
• 5.6.3 实施监管与基于市场机制的输电扩展
• 5.6.4 加大电力市场监管力度
• 5.7 本章小结
• 第6章 结论与研究展望
• 6.1 文章的主要结论
• 6.2 研究创新点
• 6.3 研究展望
• 附录1 输电定价系统动力学模型Powersim程序清单
• 附录2 COM Builder技术混合编程实现过程
• 附录3 Matlab节点电价计算函数代码
• 参考文献
• 致谢
• 攻读学位期间主要的研究成果