袁 毅，張 鑫

（1.上海市南電力（集團(tuán)）有限公司，上海 201100；2.上海電力通信有限公司，上海 200002）

1 電力市場的形成和基本特征

由于電力市場的運(yùn)行機(jī)制引入了競爭，因此在電力市場中電力價格不再由國家行政部門制定，而是自律于電力市場。此時各電力公司必須妥善應(yīng)對電力市場化運(yùn)行所帶來的新問題和新挑戰(zhàn)，才能保持良好的經(jīng)營狀況［1］。

1.1 電力市場的形成

在電力工業(yè)發(fā)展初期，電力行業(yè)主要采用壟斷經(jīng)營模式，主要原因如下。

1）電力工業(yè)是規(guī)模效益明顯的行業(yè)，在達(dá)到最優(yōu)規(guī)模效益點(diǎn)之前，壟斷經(jīng)營方式有利于提高電力企業(yè)效益。因此，電力工業(yè)在達(dá)到相當(dāng)大的規(guī)模后仍然保持壟斷經(jīng)營。

2）電力行業(yè)是資本、技術(shù)密集型產(chǎn)業(yè)，必須投入巨額資金，導(dǎo)致中小投資者早已被排除在電力行業(yè)門檻之外。

3）電力工業(yè)是國民經(jīng)濟(jì)的基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)，對國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展和居民生活水平有巨大影響，各國政府為了促進(jìn)經(jīng)濟(jì)發(fā)展或者維護(hù)社會安全，對電力工業(yè)都采取了不同程度的管制。

4）電力不能儲存，電能生產(chǎn)必須時刻保持與消費(fèi)平衡，否則可能會導(dǎo)致停電，給國家?guī)砭薮蟮膿p失［2］。

1.2 電力市場的基本特征

根據(jù)電力市場發(fā)展的程度，可分為初級的電力市場和完善的電力市場兩類。電力市場往往被限制在發(fā)電側(cè)競爭，而在輸電、配電和用電側(cè)繼續(xù)實(shí)行壟斷。因此，調(diào)度和交易中心將只使用那些充裕的生產(chǎn)成本或價格低于電力市場價格和提供可靠的電力，并滿足系統(tǒng)負(fù)荷的要求。電力市場的基本特征是：開放性、競爭性、計劃性和協(xié)調(diào)性。與傳統(tǒng)壟斷的電力系統(tǒng)相比，電力市場最大的特征是具有開放性和競爭性。與普通的商品市場相比，電力市場則具有計劃性和協(xié)調(diào)性。

2 期貨交易市場與現(xiàn)貨交易市場

發(fā)電側(cè)電力市場的交易按時間可分為期貨交易、現(xiàn)貨交易、實(shí)時交易（實(shí)時電力電量平衡）3種模式。

期貨交易是一個過程，指在未來相當(dāng)長的一段時間后交割的電網(wǎng)企業(yè)與大容量的發(fā)電企業(yè)的合同。事實(shí)上，電力交易包括期貨合約和長期合約，期貨市場與商品期貨合約的流通代表著高度完善的市場形態(tài)，為建立規(guī)范的電力期貨市場需要投入大量的人力和物力；與此相反，長期合約并不需要規(guī)范電力期貨市場［2］，只要有當(dāng)事人簽署的合同，簡單而實(shí)用，這是目前電力期貨市場的主要途徑。在未來，隨著電力市場的發(fā)展和完善，長期合約的比例將逐步減少最終由期貨合約取代。

現(xiàn)貨交易更接近于實(shí)際運(yùn)行時間（1天或1h后），發(fā)電企業(yè)可以根據(jù)負(fù)荷預(yù)測和電網(wǎng)運(yùn)行實(shí)現(xiàn)更加準(zhǔn)確的交易［3］。在現(xiàn)貨交易市場中，各發(fā)電機(jī)組采取競價上網(wǎng)的方式，每臺發(fā)電機(jī)組向電力交易中心提供線性、非降現(xiàn)貨電量競價函數(shù)［3］ai（t）：

式中：Psi（t）為發(fā)電機(jī)組i在交易時段t所提交的競價電量；bi和ci為機(jī)組i的競價函數(shù)系數(shù)，滿足bi（t）＞0，ci（t）＞0。

由于現(xiàn)貨交易市場的結(jié)算電價為系統(tǒng)邊際電價，因此發(fā)電機(jī)組參與現(xiàn)貨電量競價的電價應(yīng)低于或等于系統(tǒng)邊際電價λs（t）。對于成功競價的發(fā)電機(jī)組i，其對應(yīng)時段的現(xiàn)貨交易上網(wǎng)電量表達(dá)式如下：

3 發(fā)電成本分析

發(fā)電成本包括燃料費(fèi)、管理費(fèi)、檢修費(fèi)和發(fā)展費(fèi)。參與競價的單位可以是機(jī)組、發(fā)電廠或發(fā)電公司，競價的周期可以是年、月、日或小時。下面先研究單時段發(fā)電成本曲線，包括二次成本曲線和線性成本兩種情況。通常認(rèn)為發(fā)電成本是發(fā)電功率的二次函數(shù)，即對發(fā)電公司（或發(fā)電廠、發(fā)電機(jī)組）i，設(shè)發(fā)電功率P在短時間（如1h）內(nèi)恒定不變，則1h內(nèi)該發(fā)電公司的發(fā)電成本Ci與發(fā)電功率Pi間有如下的二次函數(shù)關(guān)系［4］：

式中：ai，bi和di為發(fā)電公司（或發(fā)電廠、發(fā)電機(jī)組））i的成本系數(shù)，可以通過對發(fā)電成本的統(tǒng)計分析獲得：i＝1，2，...，m為發(fā)電公司（或發(fā)電廠、發(fā)電機(jī)組）的編號，m為系統(tǒng)中參與競標(biāo)的發(fā)電公司總個數(shù)。

4 競爭性報價策略及其最優(yōu)算法

發(fā)電廠進(jìn)行競爭性報價的策略主要可以分為以下3種［4］。

1）基于預(yù)測市場出清價（MCP）的競爭性報價方法 如果一個發(fā)電廠可以準(zhǔn)確預(yù)測MCP，那么只要報出稍微低于MCP的價格即可獲利。由于在大多數(shù)電力市場中可供查詢的公開數(shù)據(jù)十分有限，因而十分精確地預(yù)測MCP比較困難。

2）基于預(yù)測其他競爭對手報價行為的方法

這種方法需要對整個市場中所有競爭對手的報價策略和費(fèi)用函數(shù)的各項參數(shù)進(jìn)行預(yù)測，然后利用概率論或者模糊數(shù)學(xué)的方法得到報價方案。

3）基于遺傳算法（GA）的競爭性報價方法這是目前最為先進(jìn)的報價方法。電力市場不是一個完全意義上的競爭市場，而是一個典型的寡頭壟斷市場。遺傳算法是經(jīng)濟(jì)學(xué)上研究寡頭壟斷市場常用的工具之一，是專門研究兩個及兩個以上有利益沖突的個體，在有相互作用的情況下，如何進(jìn)行各自優(yōu)化決策的理論。因此，用遺傳算法來研究電力市場主體的行為應(yīng)該是很合適的。

5 遺傳算法在競價策略分析中的應(yīng)用

近年來，新出現(xiàn)的人工智能技術(shù)（如神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、遺傳算法等）已越來越多地應(yīng)用于電力工業(yè)領(lǐng)域。遺傳算法是一種基于自然選擇和群體遺傳學(xué)的隨機(jī)、迭代、進(jìn)化和并行搜索的算法。與傳統(tǒng)方法相比，具有可并行性、全局最優(yōu)性、不依賴問題模型的特性，以及計算簡單等優(yōu)點(diǎn)［5］。

遺傳算法應(yīng)用在競價策略中，是允許發(fā)電企業(yè)直接測試市場報價策略的一般假設(shè)，但要基于一定的前提條件。例如，先假設(shè)機(jī)組容量和系統(tǒng)結(jié)算價格相關(guān)的拍賣利潤，并進(jìn)一步假設(shè)前者是同時與表單關(guān)聯(lián)，并測試了大量可能的交易規(guī)則，從中搜索出有利的投標(biāo)策略。遺傳算法僅需要很少的信息，其高效、靈活的特性對競價策略的分析將是非常有效的。

5.1 利潤函數(shù)

主要研究的對象是基于利潤最大化的火力發(fā)電企業(yè)競價決策模型，其目標(biāo)函數(shù)是單個報價時段單個機(jī)組利潤的最大化，即

約束條件如下：

第i個機(jī)組受最大、最小出力約束

機(jī)組單時段報價限制

式中：n為報價點(diǎn)數(shù)；J為利潤函數(shù)；λki為預(yù)測的邊際電價或市場發(fā)布的信息；q為機(jī)組出力；下標(biāo)k∈［1，2，……種群數(shù)］，為報價方案編號；i為報價點(diǎn)編號；cki為某時段內(nèi)k方案第i點(diǎn)機(jī)組的固定成本和運(yùn)行成本。

5.2 算法尋優(yōu)

遺傳算法的優(yōu)化過程可以理解為：在正常工作條件下的電力企業(yè)，根據(jù)市場出清價格預(yù)測未來期間的接收或釋放電能最優(yōu)化，同時要滿足約束條件的限制，通過對目標(biāo)函數(shù)評價其優(yōu)劣的市場信息［5－6］。

第一步：參數(shù)編碼 讓該單元的運(yùn)行周期為24h，每1周期被分成48個時隙?？紤]到實(shí)際需要和減少計算時間，可以合并幾個小時的時隙。據(jù)市場交易規(guī)則，相應(yīng)地每個周期產(chǎn)生4～10個報價，即初始報價程序。

第二步：生成初始報價方案 基于模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的系統(tǒng)邊際價格預(yù)測區(qū)間來控制其誤差范圍，以滿足渦輪機(jī)技術(shù)條件下的限制?？梢詫⒒A(chǔ)報價員的報價心理分為冒險型、中性型和保守型三種類型，構(gòu)建了初始報價方案。

第三步：適應(yīng)度函數(shù) 在投標(biāo)約束時，引入懲罰函數(shù)的影響。如果目標(biāo)函數(shù)值較大時，如果少量的違反約束，那么解決方案是好的，需要相應(yīng)的程序應(yīng)給予大量引用的適應(yīng)值。

第四步：遺傳操作 選擇算子，采用排序適應(yīng)函數(shù)的方法，將同一代群體小的M個染色體按適應(yīng)度函數(shù)值從小到大排列，記為1至m。直接取分布概率為：

第五步：結(jié)束。

6 結(jié)語

電力市場環(huán)境下，電能交易價格的高度不確定性給發(fā)電商帶來了很大的交易風(fēng)險。因此，制訂合理的交易策略，合理的分配電能市場和雙邊合同市場交易份額有助于發(fā)電商在最大程度上實(shí)現(xiàn)利潤最大化和風(fēng)險最小化的交易目標(biāo)。但電力市場的實(shí)施，必須要打破壟斷，引入競爭，著重發(fā)展電力市場的競價自由化。

［1］王永干，劉寶華.國外電力工業(yè)體制與改革［M］.北京：中國電力出版社，2001.

［2］龔亞峰，向鐵元，周青山.電力市場環(huán)境下基于遺傳算法的發(fā)電公司競價機(jī)制［J］.西北電力技術(shù)，2005（04）：72－75.

［3］苑志勇，陳鐵英，羅云峰.基于Nash均衡的電力市場競價策略分析［J］.華中科技大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版），2005（01）：15－18.

［4］張曉東.發(fā)電企業(yè)成本分析與市場競爭［D］.華北電力大學(xué)，2005.

［5］馬莉.電力市場環(huán)境下發(fā)電公司報價策略研究［D］.浙江大學(xué)，2003.

［6］曾次玲.電力市場中發(fā)電企業(yè)的報價策略及相關(guān)問題研究［D］.華中科技大學(xué)，2005.