电力市场论文阅读感受（文章是教授推荐阅读的）

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0 A web-based platform for experimental investigation of electric power auctions
) A! x( O" L; c: I1 P7 |* H3 L! q        这篇文章主要介绍了一种应用于电力市场电力网上拍卖的软件，即PowerWeb。我发现很有趣的一点就是电力市场和互联网普及的时间是如此接近，1990－英国作为世界上第一个发达国家建立联营电力市场，同时期发达国家的互联网也刚刚开始起步。、
        实际上电力市场真正开始发展是在20世纪末：1994－挪威和周边国家建立世界上第一个跨国电力市场Nordic电力市场；1996－澳大利亚和新西兰建立基于事后节点电价的联营电力市场；美国加州建立基于区域电价体系的联营电力市场； 1997－加拿大阿尔伯他省建立类似英国联营电力市场的电力市场；1998－美国PJM地区建立基于事后节点电价的联营电力市场；1999－美国新英格兰地区建立基于联合优化的电力市场；纽约州建立基于联合优化和节点电价的联营电力市场……
8 O! x2 u% ~5 h  m) ?        很有趣的一点是互联网刚刚发展好，就被应用于电力市场的在线拍卖中。通过对PowerWeb的进一步了解，可以发现这是必然的。网络技术的时时性、高速性和高普及率让信息技术得到空前的发展，PowerWeb作为一个网上交易平台的出现是顺应时代发展需要的。
        PowerWeb其实就是电子商务在电力市场中的应用。方便了电力买家和卖家的交易，而网上的交易更透明公开，这一点恰恰是长期以垄断为本质的电力资源所缺少的。
        文章中还介绍了各种可以或已经被利用于电力市场的种种网络技术：从语言的角度来说，就有HTML、Perl、Java、Javascript、SQL、MATLAB等等。当然，由于电力市场的潮流计算及潮流约束有大量的数据要处理，所以数据库技术在其中也有深入的应用。

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        这篇文章介绍的是一个社会热点，即节能减排。众所周知，火力发电厂在运行的过程中不可避免的要排放出各种废气废渣等废料。
0 z: T- @- O( @7 h4 e        我从网上了解到，财政部已于2008年4月1日起调整大功率风力发电机组及其关键零部件、原材料进口税收，并且国家发展改革委、国家电监会对可再生能源电价附加补贴和配额交易已经开始实施，对于风力发电、可再生发电等一类对环境污染小的发电部门，国家政府将大力扶持，而类似于火力发电厂等排放较大的发电部门，政府将通过行政手段调节。
        应对目前的形势，本文提出了相应的解决办法，例如增加脱硫设备的投入、改变燃料的品种质量等等。当然其中重点介绍的就是通过合理的电力分配调度来实现节能减排。
        文章中给出了定量分析排放量E的函数：E=A1+A2*Pgi+A3*exp(A4*Pgi)+ A5*exp(A6*Pgi)
  I  w1 o7 h5 V9 l+ `0 y利用数据拟合技术—最小二乘法就可以求得各个参数A1、A2……A6
事实上，机组启动时的排放量很高，在建模时和机组开停机费用的模型很类似。
        作者对不同的情况分别介绍了各自有特点的模型：
1.        Minimum Emissions 最小排放模型
2.        Minimum Emissions with constrained cost 最小排放并加上一个成本约束
3.        Minimum Cost with controlled level concentration 最小成本并加上排放程度控制
4.        Minimum ground level concentration 最小地面排放污染物
& w' T  z& n0 O3 C: i- C5.        Minimum Cost with constrained concentration 最小成本和控制排放
& \& u% A' [3 s分析这些模型，各自有各自的优缺点，很难说哪个可以普遍的通用，必须针对各系发电厂的实际情况进行合理的调节。

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        作者作为电力市场方面的资深教授，通过本文对美国电力市场进行了系统的分析。主要研究了电力市场制度改革、规则调整中的问题和解决方案。作者站在客观的角度分析了市场的各个主体之间的利益关系：发电商、配电商、投资者、政府、用户等等之间的矛盾和冲突。
        作者首先介绍了美国电力组织的结构。讨论了电力市场的厂网分开、发电侧引入竞争、政府职能的下放以及投资方对发电侧竞争的介入。
2 d$ i# F' N! K% Z& f6 n4 P4 K$ _        作者接着重点介绍了电力工业改革的压力和各种可能性。
首先是发电侧投资的三种效益：分别是短期、中期和长期的调整效益。
2 l0 B* ^9 p) D1 Y0 a, n& g$ ?( `这些效益主要是材料花费的降低、职员工资以及劳动生产力的提高，当然中远期还会慢慢的显示一些潜在的增益。作者介绍了发电方与买电方签订的类似于期货交易的合约，买电方一次性买断一个时期内的用电量，这一个时期内的电价保持不变。当然，还讨论了区域电价的差异性，主要由于发电成本的问题，各个地方的电价会有2—3倍的差异。
         电力市场调整中最大的争议就是选择最合适的模型：没有通用的模型，只有在当前时代背景下最合适的模型。作者介绍了投资组合模型和批发竞争模型。由于设计到利益的重新分配，各方在不能确保分得更多利益的情况下大多愿意维持原样，这使得改革很难落实到各个电力市场成员。
        其中提到了一个很有趣的组织——ISO，即独立系统管理组织。因为ISO的作用非常之大，涉及到大量的利益分配和市场管理，所以对ISO的要求也是非常的高，对董事会管理经理等的选择都有很苛刻的限制。
$ \, N1 _8 ~8 a! q        文章中讨论了两个抽象的市场：分别是水平市场和垂直市场，水平市场成员在时间和空间上是近似或相同的，垂直市场则有差异，这是我的初步理解，由于没有更深入的查阅资料，概念还是不很清除，需要进一步查阅资料。
        其次作者讨论了发电侧的水平市场支配力。主要分析了如果发电侧解除管制后，整个电力生产力有没有提高，不可避免的是发电侧利润必将提高。
        最后作者分析了剩余的一些垄断服务的调整，很多垄断行业在引入市场竞争机制后整体的价格都有所下降，成本也是有明显的减少。当然，电力市场的最终结果也是希望在规模效益降低的前提下，将电价降下来，目前还需要对很多方面进行长期的改革。

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         本文利用运筹学中的混合整数规划公式建立了基于招投标基础上的最优分配系统。对电力市场中的辅助服务进行了分析,结合几种常用的辅助服务调度方案,建立了最小辅助费用的最优化模型，并在此基础上提出了可能的改进方案。
         The Market Structure市场结构 在这一部分，笔者从电力系统运行者（SO）的角度对电力市场中的各个备用及辅助服务进行了介绍和分析。主要是（1）自动发电控制（ＡＧＣ）；（2）１０分钟旋转备用（ＴＭＳＲ）；（3）１０分钟非旋转备用（ＴＭＮＳＲ）；（4）３０分钟运行备用（TMOR）；
9 ]5 j% y3 C+ ?+ E) f" R        笔者很清晰地逐步建立起（Optimal Choice of ancillary service ）辅助服务的最优选择的模型。
1） Problem Formulation问题的形成：首先建立基于最小化各个辅助服务费用总和的模型。目标函数：∏=∑OEi Ei + OAi AGCi + OTSi TMSRi + OTNi TMNSRi+OORi TMORi  ，然后是AGC、TMSR、TMNSR和TMOR的各个约束项。
2）Mixed Integer Program Formulation引入整数系数Zi，建立混合整数规划。
; Y! T2 p; Y7 w0 |: n5 f3）Results of Computation计算的结果observations观察结果
最后通过实际的三张表格对模型进行检验说明。
0 Z+ Q  G- }% h9 C2 B3 M联系已经学过的《市场设计－辅助服务管理》这一章，我对于备用市场，AGC市场，有功、备用和AGC联合运行市场都有了更深入的理解。
8 K( w9 J3 i3 r" C        这些辅助服务都是通过建立公平竞争市场，运用市场供需平衡及价格信号，引导系统生产和消费备用容量。
2 z; k" ~% m! f1 [6 n4 S        我觉得笔者的计算还是基于理论的分析，在考虑全部的AGC、TMSR、TMNSR和TMOR的各个约束项时，调度优化问题的计算量会很大，目前利用优化软件来实现就会很困难。一般来说，就和课本上已经学过的备用和AGC市场调度一样，采用的都是序列优化方法来出清各个辅助市场。这样更加实际快捷，能为大多数市场成员所接受。

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        本文主要介绍了在电力市场的发电侧的竞争原理。之所以在发电侧引入竞价模型，最终当然是为了降低电价。本文还讨论了拍卖竞价市场的运行结果以及双边贸易市场的市场力。 市场力（即一个或多个个体、有意或无意地运用博弈方法，对市场进行操纵和控制的力量），它的存在会使得电价升高，生产效率降低。
$ P6 O3 b) M; k9 B2 d- ^* X1 i        笔者在文章的第二部分建立了产品基于最大社会效益的最优化模型，在此基础上，笔者提出了一些改进：1、各个输出的产品必须是切实可行的，即可以通过输入来得到；2、所以的输入不能超过这些可行性。如此得到了改进的模型。
! I- N' R1 V. z# ^" ^        COMPETITION IN GENERATION 发电侧竞争
& j6 i, j% o0 O! [首先，笔者回顾了发电侧市场建立的过程。在1980年以前，发电侧都是按计划发电的。在80年代，Chile发明了节点电价市场，从此发电侧也开始建立竞争市场。在1988年，英国政府首先在发电侧建立市场机制。而后在90年代，相继有新西兰、澳大利亚建立了节点电价市场。美国也紧跟着建立了CA 和PA- NJ- MA市场。
其次，笔者建立了基于最小（花费+原料成品率）的最优化发电侧调度模型。对于成本时间函数，笔者利用线性化曲线来进行简化分析。最后，发电侧按照各个机组的报价用简单的排队法进行求解：首先让报价最低机组出力，如果该机组不能满足负荷，再让报价次低机组出力，如此直至负荷满足为止。
$ i4 V' @( b4 H& y2 \# J2 E        POWER AUCTIONS IN PRACTICE 实际电力拍卖
笔者介绍了大部分的电力市场基于拍卖的制度，在这种制度下，各个竞争者按照自己的出价参与竞争，要价最低的获得交易权。这样的市场行为隐含着几点价格规律：1、最终的市场价格会与发电厂的边际成本基本一致。2、如果市场中有利润盈余，具备竞争力的企业总会增加投资来获得这部分的盈余。3、发电侧的投资者都希望价格不要有太大的波动，电价有一定的平稳性是他们所希望的。
9 \. Q1 F4 K/ v. p2 i6 I3 ?事实上，从发电机的角度，一个合理的结算价格就是边际价格。因为在这种情况下，边际机组，满发机组，和零出力机组都无不满。显然，这个价格也应当为负荷的结算价格。
        BILATERAL TRADING 双边贸易
* ?1 e) a4 M' `# \+ v笔者介绍了双边贸易市场的发展历史和优劣。尽管双边贸易很方便简洁，但它很可能导致整个市场并不是效率最高的。这就是一个“囚徒博弈”的问题，尽管囚徒的选择对他自身来说都是最好的，但从他们整体来看却是最差的。在双边贸易市场，我们就要引入一些机制以求避免这样的矛盾现象。
        MARKET POWER 市场力
- K3 c" A2 n5 \/ a0 t* q市场力是一个比较复杂的问题，由于设计到各个大型发电商的利益，既要约束又要开放，调整好市场力的大小对于维护一个公平公正的市场非常重要。同样的，一个市场的市场力越高，其生产效率就越低，其透明开放程度就越差。

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还有几篇，现在找不到，以后补上，这些都是浙大本科或者研究所学习电力市场必看的论文，以上是小生的一点点小小感受，有兴趣的可以回帖，我会把那几篇论文挂上来

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        Introduction：笔者通过15个定理穿插介绍了各种费用分摊的办法，其中主要是利用合作博弈的核仁分摊法和夏普利值分摊法。
, C% d8 E6 R* J- z: T9 R, }5 |        An illustrative example 笔者用一个简单通俗的例子说明合作博弈的优点：两个小镇建水利枢纽系统，从整体的角度上来看，合作的花费明显小于两家各自建设的成本。当然，在合作博弈中，各方都希望自己获得最大的利益，这样的目的驱使下，一般都会偏离系统整体的最优点。
        The cooperative game model 在此节，笔者建立了合作博弈的数学模型。
5 n- S+ ^" M" ~- [% R% }- k- V8 SC(S1 S2)  C(S1)+C(S2), 即联盟的费用小于或等于联盟成员的费用之和。也就是说，组成联盟减少费用，获得了合作收益。实际上，这就是规模效益。这个收益是在所有负荷合作参与下实现的，所以理应分配给所有合作方。基于合作博弈的成本分摊理论首先把单个成员的成本直接分摊给该成员，然后再将合作获得的收益按一定原则分配给各成员，这两个数值相减，最终得到各成员应该承担的成本。这样一来，成本的分摊问题就转化为合作收益的分配问题.
) }1 c( L' i  ?1 Y0 ^- t        Equitable core solutions 核仁分摊法具有明确的物理意义：在核的范围内公平地向各负荷分配合作收益，使得所有负荷子联盟的净收益（子联盟负荷成员分到的合作收益之和减去该联盟自身的合作收益）尽可能保持相等。
. W, n' G  }% h; E        A Swedish municipal cost-sharing problem 在这一章节，笔者介绍了合作博弈的一个实际应用的例子：即瑞典18个地区电力市场的联盟。笔者计算了联盟收益和分摊方案。在其后的《Monotonicity》和《Decomposition into cost elements》中，笔者给出了计算合作收益和各个地区应该承担的成本的计算方式。
        The Shapley value在这一章，笔者给出了成本分摊的另一种较为常见的方法：即夏普利值分摊法。夏普利值分摊法满足联盟单调性，是经济学上解决成本分摊问题最常用的方法。      
事实上，Shapley值平等地对待每个相关排列，以相同的比例1/n!来向这些排列分配联盟s的边际收益。对于所有包含负荷i的联盟，计算负荷i应该分到的联盟边际收益，再把这些结果相加，就得到了基于Shapley值计算的应该分配给负荷i的总收益。而后笔者在《Weighted Shapley values》一节中对夏普利值分摊法的权值进行了修改，得到修正权值的夏普利值分摊法。
* t* y6 f# X4 s; }        Cost  allocation in the firm在这一节，笔者分析了成本分摊的稳定性问题。
6 a- k/ b% f: u% H9 y: r        Conclusion Shapley值分摊法比核仁分摊法易于计算，并且具有唯一性和稳定性，这也使得Shapley值成为经济学上比较实用的成本分摊方法。

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        笔者介绍了利用兆瓦一公里法解决输电转运费的分摊。
        兆瓦一公里法不仅考虑了输电服务对电阿各支路潮流分布的影响，而且还考虑了线路的长度，计算较为精确。在兆瓦一公里法中，还考虑到了更普遍的情况，即在某些时候，注入功率和流出功率的值可以不是一个确定的值，可 在一定范围内变化。
        在《电力市场与电力经济讲义》中，有具体的计算步骤大致如下：
/ J- }% Y: ?; Z& q分为三个步骤：
4 O4 \1 g. X1 C' Q1 \5 D第一步：使用直流潮流，计算每一个交易在每一条线路引起的MWMILE＝MW×Mile；
第二步：计算所有交易引起的总MWMILE；
第三步：一个交易应当分担的成本＝总的输电成本×交易MWMILE÷总MWMILE；
        兆瓦—公里法不仅考虑了所有线路上潮流的变化，而且考虑了线路的长度。这是一个比较直观的方法。
$ [& }) t" t% {+ p        笔者建立了13个负荷的模型，利用兆瓦一公里法进行了计算。
/ d! w6 v3 q. M( P        输电网的安全运营关系重大，因此确定合理的输电转运服务价格，使之正确反映经济信号是电力市场化运营中一个十分重要而又异常复杂的问题，它涉及到经济学、管理学、电力系统自动化等方面内容。本文设计了一种既考虑到电力市场实际情况，又结合电网使用程度而确定的输配电定价方法。
        案例计算的结果表明该方法具有可行性

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+0 A summary of environmental-economic dispatch algorithms

norika

原帖由 zjuee 于 2008-7-25 10:15 发表

                               
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; @8 T3 z  Z3 b' a! k5 d4 E还有几篇，现在找不到，以后补上，这些都是浙大本科或者研究所学习电力市场必看的论文，以上是小生的一点点小小感受，有兴趣的可以回帖，我会把那几篇论文挂上来

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# ]( B8 M/ L% a希望楼主言出必行，早日把文章全部都挂上来：）