0≤豢 凄誊 囊 ≮豢 _特稿专递TE GAO ZHUAN D - 基子输电陋塞的发电商市场力及电力市场效率分析 曾 鸣 ,韩英豪 ,张 怡 (1.华北电力大学工商管理学院,北京 102206;2.南方电网国际有限责任公司,广州 510623) 摘要:电力市场改革过程中,市场力和市场效率I'q题是影响改革效果的两个重要方面 输电阻塞的存在阻碍了● 区域间电能的有效传输,使得电力资源无法得到最优化配置,进一步影响发电商的市场力和电力市场效率。本文 运用节点价格偏移指数和利润偏移指数指标,研究了输电阻塞对发电商市场力的影响.以及发电商基于输电阻 塞的策略性竞价;运用福利损失率等经济学指标对输电阻塞下的电力市场效率进行了分析。采用MATPOWER软 件包在MATLAB平台上对IEEE30节点系统进行了模拟,定量分析了输电阻塞和发电商策略性竞价对市场效率和 市场力造成的影响。 关键词:输电阻塞;发电商;市场力;市场效率;偏移指数;福利损失率 中图分类号:F123.9 文献标志码:A 文章编号:1673—7598(2009)02—0006—06 场力和位置优势,并对采用了竞价策略的发电商行 O 引言 使市场力的程度进行分析。在分析电力市场效率方 面,多数研究考虑的是交易价格和交易量的变化,即 随着我国电力市场化改革的深入,电力市场的 与完全竞争市场相比.从交易价格和交易量来评价 效率和发电商市场力问题成为各方研究的重点。由 市场的竞争程度和效率问题[21。本文在研究交易价 输电网络的容量限制造成的输电阻塞是影响市场效 格和交易量的基础上,从经济剩余的角度研究了输 率和区域发电商市场力的一个重要因素。从市场运 电阻塞造成的社会福利的损失.通过计算福利损失 行机构和监管机构的角度来看,评估输电阻塞对市 率来分析电力市场的效率问题 场力和市场效率的影响具有重要的意义。一方面可 以明确区域发电商是否因此拥有市场力,对行使市 1 输电阻塞对发电商市场力的影响 场力的发电商进行一定程度的监管:另一方面可以 分析输电阻塞所引起的不同市场参与主体利益的改 1.1 基于阻塞的市场力形成分析 变以及整个市场的福利损失,通过对发电侧和需求 由于受输电容量的限制.从a区到b区的最大电 侧的调节来追求社会福利的最大化,提高市场的总 能限制输送容量为p 。当不考虑输电约束时,其供 体效率。 需关系如图1(a)所示。整个系统的供需平衡于( , 国内外对市场效率和发电商市场力都进行了大 Q ),这时,从a区输送到b区的电能为 ,曲线III为区 量的研究。同时,也形成了大量评价市场力的指标, 域a、b传输容量p 后形成的供给曲线,且p >Q 。但 主要有赫芬德尔指数(Herfindahl—Hirschman Index, 是,在实际电力系统中,必须考虑网络传输容量的约 HHI)、勒纳指数Lerner Index,LI)、市场价格需求弹 束,这时a区和b 的供需关系分别见图1(b)和1 c)。 性(Price Demand Elasticity.PDE)、厂商供给率(Supply 图中的供给曲线I为不考虑阻塞时,两个区域的供给 Ratio,SE)以及剩余供给指数(Residual Supply Index, 曲线,它们与需求曲线分别相交于A、D。供给曲线II RSI)等lll。但是这些指标都不能很好地评价阻塞引 为考虑两区之间最大电能限制输送容量时的供给曲 起的发电商市场力的改变。本文运用价格偏移指数, 线,它们与需求曲线分别相交于B、E。从图l可知。发 与完全竞争的发电市场相比,分析单个发电商的市 生阻塞时,阻塞区域内(b区)的市场结算价格高于不 收稿日期:2009—12—26 基金项目:国家自然科学基金资助项f=1“商业性输电投资的理论模型与应用研究”(70671041) 作者简介:曾呜(1957一),男,教授,博士生导师,从事电力市场相关领域方面的研究工作。 TE GAO ZHUAN DI符雾事专甾 囊 ll:_ 考虑阻塞时的价格,即P >P ;而阻塞区域外(a区)的 时候,不一定会使自己的利润增加。排除发电商为了 不停机而宁愿零报价或负报价的特殊情况,由于发 电商的报价行为是自愿的,所有发电商行使市场力 市场结算价格低于不考虑阻塞时的结算价格,即P:< P 。因此,阻塞增加了区域内发电公司获益的可能 性。 \/./“ 的报价行为都不希望自己的期望利润下降,否则发 电商就会正常报价,这样的条件称为个人理性 。 在电力系统中,输电阻塞对发电公司市场力的 影响主要表现在发电公司根据输电传输的约束,采 用策略性的报价方式,利用己有的输电阻塞或者人 -“ … 图1 阻塞对各区域供需和价格的影响 当阻塞分割市场,使得阻塞区域内出现发电容 量相对稀缺时,电力市场中竞争的公平性会下降。 处于阻塞区域内的发电商利用其区域内资源的相对 稀缺性和进入壁垒,即使正常报价。也可以获得比没 有阻塞时多的利益。发电商如果在容量相对稀缺的 基础上,再使用容量持留或报高价等策略,实现其市 场力,可以获得更高额的利润。 1.2市场力评价指标 1.2.1节点价格偏移指数 在输电网络发生阻塞时,节点边际价格由系统 发电边际成本、阻塞成本和边际网络损耗3部分组 成,当忽略网络损耗时,节点边际价格就由发电边际 成本和阻塞成本构成。阻塞区域内的节点电价升高, 阻塞区域外的节点电价降低。处于阻塞区域内的发 电商因此受益,并且具有提高报价的能力。因此,阻 塞使得发电资源在整个电网范围内的优化配置失 效,导致部分机组获得额外利润,用户的购电费用增 多,造成社会福利的损失。 衡量阻塞程度的一个重要指标就是节点电价的 变化。通常情况下,阻塞程度越严重,阻塞区域内发 电商的市场力越大I31。这里用节点价格偏移指数 (LPDI,Location Price Deviation Index)作为衡量阻 塞区域内发电商市场力的一个指标,该指数越大,表 示发电商的市场力越大 nm n0 LPDI=r_ ×100 (1) 式中:P 为系统出现阻塞或发电商策略性竞价后的 节点边际电价;P?为系统无阻塞时的节点边际电价。 1.2.2发电商利润偏移指数 在电力市场中,每个发电商都具有影响节点价 格的能力,但是其利润受到发电成本、上网电量以及 节点价格的影响。因此,发电商在影响节点价格的 为制造阻塞,改变本节点的边际价格,增加发电公司 的利润。因此,输电阻塞对市场力的影响的衡量标准 可以归结于输电阻塞对发电公司利润的影响程度. 可以采用发电商利润偏移指数(GPDI,Generator Profit Deviation Index)衡量。 GPDI="rrm-'rroxlO0 (2) 盯0 式中:叮r 为系统出现阻塞或发电商策略性竞价后发 电商的利润;叮r。为系统无阻塞时发电商的利润。 1.3发电商位置优势 发电商的地理位置对其市场力有很大影响。特 别是在有输电容量限制的情况下,地点明显地影响 发电商策略报价的能力。由于地理位置的关系,发电 商可以通过博弈报价引起输电阻塞,从而取得超额 利润,也可以利用系统中存在的阻塞,进行策略报 价,提高收益[51。在监管部门评估一个电力市场是否 竞争充分时,竞争者在电网中的地理位置是十分重 要的影响因素。 发电商的位置优劣可以利用利润偏移指数来衡 量。当GPDI>O,发电商处于优势位置,当GPDI<O,发 电商处于劣势位置。电源规划部门进行电源规划时, 要考虑电源点的合理布局,电源的类型、容量、选址、 建设时问和周期都要有一个通盘的考虑,在保证满 足负荷需求的同时,不仅要尽量避免市场力的产生, 还要防止发电商之间的恶性竞争。 1.4基于输电阻塞的发电商策略性报价 当系统出现阻塞时。阻塞区域内的发电商可以 利用自身的位置优势进行策略性报价,实现其市场 力。输电阻塞下2种重要的策略性报价是容量持留和 提高报价,其实现原理见图2。 在图2中,供给曲线I为正常竞争时发电商供给 曲线的合成。所谓正常竞争是指所有发电商的全部 容量参与竞争,并且发电商按照边际成本函数曲线 申报电价。供给曲线Ⅱ为一个或几个发电商进行策 略性报价后的合成供给曲线。A点为正常竞争时的 供需平衡点,决定了正常竞争时的总出力Q 和市场 灞 特稿专递 TE GAO ZHUAN D 结算价格P 。但是,当发电商采用策略性报价后,合 成供给曲线就会平移,供需曲线重新相交于B点,确 定了策略报价时的总出力Q 和市场结算价格P e 9且 然大于零。当输电系统发生阻塞时,系统调度部门不 得不修改原定最优调度计划,使得生产效率下降,同 时由于阻塞导致了无谓福利损失,必然引起市场效 P。>P ,Q <Q 。 △Q Q Q’ (a)容量持留 (b)报高价 图2发电商策略性竞价 从图2可知,容量持留使得报价曲线向左平移; 发电商报高价使得报价曲线向上平移。因此,在大 多数情况下,这两者产生的效果是相同的。 发电商采用策略性报价的根本目的是要获得比 正常竞争时更多的利润。因此,发电商采用容量持 留或报高价两种策略能否获益,取决于其所申报的 容量、出力、发电成本以及市场的清算价格等因素。 在实行报价策略时,发电公司可能损失部分出力,但 如果剩余出力增加的利润超出出力损失部分减少的 利润,发电公司还是有利可图的。 2基于输电阻塞的市场效率分析 2.1 无谓福利损失的定义 在电力市场中.由于输电阻塞,用户多支 了购 电成本.发电公司增加了利润,市场运行部门得到了 销售赢余(这部分赢余可以分摊给用户和发电公 司),但是发电公司增加的利润和市场运行部门的销 售赢余抵不上用户多支付的购电成本。造成了整个 市场的社会福利损失嘲。这就是所谓的社会效益无 谓损失,亦即所谓的“无效率”。其本质是由于输电 阻塞,由廉价机组提供的能量改由高成本机组提供, 从而增加了发电成本,引起市场效率的降低。 购电支出的改变量减去发电公司利润变化量和 市场运行部门的销售赢余得到的差被定义为无谓福 利损失.即: Aw=ACD一△ G—SM (3) 式中:△ 为无谓福利损失;AC 为负荷侧购电支出 的变化量;A"fG ̄发电公司利润变化量,S 为市场运 行部门的销售盈余 由于低成本发电机组少发电,高成本发电机组 多发电,所以市场的社会福利不可能增加,即△ 必 D 率的降低 2.2衡量福利损失的指标 电力市场的总效率可以用系统剩余Sv来衡量, 同时可以计算不同市场成员的经济剩余情况,以分 析比较市场的公平性l 7_。本部分基于电力产业的市 场结构特性和福利经济学理论把福利损失率这一指 标运用到了电力市场的效率分析中,福利损失率表 示如下: s:掣:等×100% (4) 式中: 为福利损失率:5为阻塞情况下的经济剩 余;s 为完全竞争情况下的经济剩余;AS为剩余的损 失量。 式(4)可以用来分析系统剩余Js 、发电商剩余sc 以及消费者剩余s『)在考虑了发电商的竞价策略和输 电阻塞的影响后的变化情况。 在单独考虑输电阻塞的情况下,可以利用无谓 福利损失与完全竞争隋况下系统剩余的比值来衡量 阻塞造成的市场效率的降低: K = ̄.w xl00% (5) 3算例分析 运用MATPOWER软件包在MATLAB平台上对 IEEE 30节点算例进行分析。分3种情况进行讨论,以 说明输电阻塞对电力市场效率和发电商市场力的影 响,并分析发电商利用线路的输电阻塞进行策略性 竞价对自身收益和市场力的影响。 算例中发电商具有线性的边际成本函数为: P =0 +6 (6) 式中:P 为发电商在节点 的边际出力;p 为节点 的电 价;ai、b 分别为边际成本函数的斜率和截距。发电商 边际成本见表l。 表1发电商边际成本 TE GAO ZHUAN DI特稿专递 _0 00 ll10 ≤≯≤ 3.1 系统中不存在输电阻塞时发电商不进行策略性 竞价 由表3可知,l号发电商的GPDI<0,处于劣势位 当线路不存在输电阻塞时,系统中的节点边际 置;其他发电商的GPDI>0,处于优势位置。并且随着 阻塞程度的增加,发电商的位置优势越明显。 (3)电力市场效率的变化分析。输电阻塞的存 在不仅使得节点边际电价发生了变化,也使得整个 系统的发电商成本和用户的购电支出发生了变化, 并且造成了社会福利的损失。考虑输电阻塞的分析 指标见表4 电价相同,MATPOWER的计算结果为4.162¥/MW。 当系统以节点边际电价4.162¥/MW结算时。发电商 的收益为787.49¥,发电总成本为623.11¥,发电商 将得到164.38¥的经济剩余:用户的购电支出为 787.49¥,与发电商的收益相等,说明当系统不存在 输电阻塞时,不会产生交易盈余,电网所有者也不能 从电能买卖中得到额外收人。 3.2 系统中存在输电阻塞时发电商不进行策略性投 标 无输电阻塞时线路l—2的最优潮流为38.4 1 MW。 假设线路l一2发生了输电阻塞。节点边际电价必然 由于阻塞线路的存在而不同.由此造成阻塞区域内 的电价升高,阻塞区域外的电价降低。为了说明不 同程度的输电阻塞对电力市场效率和发电商市场力 的影响,从3个方面分别进行讨论。 (1)发电商市场力分析。通过对2号发电商的分 析来说明输电阻塞对发电商市场力造成的影响。阻 塞区域内2号发电商的分析指标见表2。 表2 2号发电商分析指标 由表2可知,2号发电商的发电量和其所在节点 的边际电价都随着阻塞程度的加剧而增加,从而使 得2号发电商的收益也相应增加。利用利润偏移指 数和价格偏移指数来衡量2号发电商的市场力,指数 越高,说明发电商的市场力越大。发电商能够利用输 电阻塞造成的市场力进行策略性投标,从而获得更 多的超额利润。 (2)发电商位置分析。根据发电商的GPDI指数 (表3),分析输电阻塞存在时处于优势与劣势位置的 发电商。 表3发电商GPDI ̄数 线路 GPDI指数 容量—— /MW 发电商1发电商2发电商3发电商4发电商5发电商6 30 —40.98 27.35 16.30 6.89 17.97 26.33 25 -60.26 45.16 26.54 1 1.O5 29.26 43.38 20 -75.74 64.13 37.21 l5.36 41.07 61.52 表4阻塞引起的电力市场效率变化 由表4可知,输电阻塞造成发电商成本升高。并 且,发电商的发电成本随着输电阻塞的加剧而增加。 发电商成本的升高说明当存在输电阻塞时,系统发 电资源没有得到最优化的配置,从而造成资源浪费。 由于节点电价升高,发电商收益也会有一定的增长, 但是某些情况下.发电收益的增长量小于发电成本 的增长量,造成发电商的经济剩余出现一定程度的 降低。这种情况说明,输电阻塞造成了发电商的福利 损失。从用户的购电支出来看,由于负荷缺乏弹性, 支出随着节点电价的提升而增加.说明输电阻塞也 造成了电力用户的损失。 3.3 系统中存在输电阻塞时发电商进行策略性投标 (1)2号发电商报价对自身的影响。通过对阻塞 区域内2号发电商的报价分析发现,该发电商提高报 价时,能够获得比策略性投标前更高的利润。2号发 电商的报价曲线为: p=0.12 (7) 式中:p为2号发电商所在节点的电价; 为2号发电商 的报价截距;P为2号发电商的边际出力。 假设2号发电商提高报价。报价截距从2逐渐提 高N3,计算出2号发电商不同报价下的节点电价、发 电商出力、发电商利润及利润偏移指数,见表5。 由表5可知,处于阻塞区域内的2号发电商提高 报价后,该发电商的发电出力会随着报价的提高而 相应地降低。但是,当价格提高所增加的收益超过 出力下降所减少的收益时,发电商就会因此获益。2 号发电商把报价截距从2提高N2.5时,能够引起自 身利润的增加。但是,该发电商的报价再次提高时, _ 特稿专递 TE GAO ZHUAN D 表5 2号发电商策略报价分析 5结论 本文研究了基于输电阻塞的电力市场效率和发 电商市场力的问题,并用定量分析方法对其进行了 分析。通过算例分析,得出如下结论。 (1)输电阻塞造成总的发电成本和用户购电支 出的增加.不利于系统发电资源的优化配置,并且造 利润不会继续增加,相反会出现下降趋势。当其他 发电商的报价保持不变时,该发电商能够寻求到利 润最高点的报价。发电商的报价截距与其利润关系 见图3。 l6 5 8 5 6 5 4 5 2 15 4 8 4 6 2 2 1 2 2 2 3 2 4 2 5 2 6 2 7 2 8 2 9 3 报价截距 图3发电商报价对其利润的影响 (2)2号发电商报价对市场效率的影响。本部分 计算出了与报价截距h=2时相比的社会福利损失变 化率,便于单独分析2号发电商提高报价对市场效率 的影响。由表6可知,与无策略性报价相比,发电商 利用线路输电阻塞的报价行为引起了电力市场的福 利损失,随着发电商报价截距的提高,社会福利损失 程度也相应增加。 表6发电商报价对市场效率的影响 2.1 2.2 2.3 2.4 2-5 2.6 2.7 2.8 2.9 3 福利 损失l8.73 18.84 18.88 19.01 19.17 19.38 19.58 19.91 20.22 20.62 /¥ 福利 錾 z0 20.85 21. o z1.94 22.96 24.s .59 27.71 29. 。s2.26 率/% D 成社会福利的无谓损失,降低市场效率。线路阻塞程 度越严重,社会福利损失越大,由此产生的交易盈余 也越大。 (2)输电阻塞造成发电商市场力的改变。随着 阻塞程度的增加,阻塞区域内发电商的市场力增大。 并且可以通过GPDI指数分析发电商是否具有位置 优势,是否通过输电阻塞获益。 (3)处于优势位置的发电商可以利用输电阻塞 进行策略性报价,从而获得超额利润。并且发电商之 间可以结成联盟。通过合作轮流提高报价,影响市场 的正常竞争。发电商的策略性竞价会进一步造成社 会福利的无谓损失,降低市场效率。 参考文献 [1] GONCALVES,MANUEL J D,VALE Z A.Evaluation of Transmission Congestion Impact in Marker Power【C】. 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(责任编辑付小平) TE GAO ZHUAN DI特稿专递 Study on Market Power and Market Efifciency Based on Transmission Congestion ZENG Ming ,HAN Ying—hao ,ZHANG Yi (1.School of Business Administration,NoAh China Electric Power University,Beijing 1 02206,China; 2.Southern Power Grid International CO.LTD.,Guangzhou 5 10623,China) Abstract:In the process of China’S power market reform,market power and market efifciency affect the reform result signiifcantly. For the transmission congestion,the system resources can’t be distributed efficiently,and then affect the market efifciency.The power market efifciency is analyzed through using benefit--lOSS index and deviation index,and the effect of transmission congestion and bidding strategy on market efficiency are studied.In the end,this paper makes quantitative analysis of the power market efifciency and market power by simulating the IEEE30 system using MATPOWER software package based on the MATLAB software. Key words:transmission congestion;market efifciency;market power;deviation index;welfare loss rate ill搬 | 国家电网投资313.05亿元加大西北地区电网建设力度保增长 国家电网公司忪司)积极落实党中央、国务院关于扩内需、调结构、保增长的重大决策,加大西 北地区电网建设投入力度,加快完善西 ̄,750 kV主网架,全力推动西北主网与新疆、西藏联网工 程,统筹推进330 kV及以下各级电网协调发展。 2009年,公司计划投资313.05亿元,较2008年增长30.1%,其中750 kV电网建设工程投资139亿 元,占投资总量的44.4%。计划开工110 kV及以上输变电项目11 015 km/4.027 3x10’kV・A,投产 8 843 km/2.915 ̄107 kV.A。在加大投资的同时.国家电网公司将严格控制工程造价,提高投资效 率,把资金重点用于完善750 kV骨干网架,推进大负荷项目和拉动内需的城乡电网建设与改造工 程项目,继续落实农网建设与改造规划,扎实开展新农村电气化建设,为拉动内需、促进西北地区 经济增长做贡献。 . “十一五”末,公司将在西北建成750 kV变电站27座,变电容量5.73x10 kV・A,750 kV线路 12 420 km,实现新疆、西藏电网与西北主网互联,西北电网外送能力达N8.86 ̄10 kW,逐步形成 西北水火风电大规模打捆外送的格局。充分发挥国家电网远距离、大容量、高效率、低损耗优化配 置资源的能力,在保障国家能源安全、服务经济发展和促进资源优化配置方面发挥更加重要的作 用。 (信息来源:国家电力信息网)