摘要:有序推進(jìn)電價機(jī)制改革,構(gòu)建“公平、開放、有序、競爭、完整”的電力市場體系,是中國新一輪電力體制改革的關(guān)鍵任務(wù)。目前國外電力市場普遍采用邊際價格出清的交易機(jī)制,然而理論與實(shí)踐均證明,邊際價格機(jī)制難以促進(jìn)市場成員真實(shí)報價,難以解決電力系統(tǒng)信息不對稱的難題。為促進(jìn)市場成員理性報價、實(shí)現(xiàn)電力資源優(yōu)化配置,提出一種基于價值公平分配的電力市場競爭機(jī)制。首先,分析了邊際價格難以保證發(fā)電機(jī)組真實(shí)報價、導(dǎo)致市場效率損失的現(xiàn)象和原因;進(jìn)而,基于Vickrey-Clarke-Groves(VCG)機(jī)制設(shè)計(jì)理論,提出適應(yīng)電力日前市場的價值公平分配機(jī)制,理論證明所提機(jī)制滿足激勵相容、個體理性以及系統(tǒng)成本最小化,并解釋了該機(jī)制實(shí)現(xiàn)激勵相容原理的經(jīng)濟(jì)學(xué)意義?；贗EEE30節(jié)點(diǎn)和118節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)的算例分析驗(yàn)證了該機(jī)制的有效性。

0 引言

在中共中央、國務(wù)院發(fā)布的《關(guān)于進(jìn)一步深化電力體制改革的若干意見》[1]指導(dǎo)下,中國各省因地制宜,積極開展電力體制改革試點(diǎn)方案,推進(jìn)電力交易市場化進(jìn)程[2-3]。中國電力市場的交易和結(jié)算主要沿用國外電力市場現(xiàn)有的機(jī)制[4-5]。美國 PJM 電力市場于1998年引入基于成本投標(biāo)和節(jié)點(diǎn)邊際電價的實(shí)時市場體系,并于2000年引入日前能量和調(diào)頻市場[6]。此外,美國加州、得州、新英格蘭、紐約、中西部等電力市場均采取以邊際電價作為電力交易和結(jié)算價格的市場機(jī)制。英國電力市場于2001年開展電力體制改革,由集中交易模式(Pool)改變?yōu)橐灾虚L期雙邊交易為主、平衡機(jī)制和不平衡結(jié)算為輔的市場模式(Neta)[7],從而抑制集中競價的市場力。北歐電力市場以現(xiàn)貨市場為基礎(chǔ)、輔助服務(wù)和金融市場為補(bǔ)充,其現(xiàn)貨市場主要采用日前、日內(nèi)和實(shí)時市 場 有 序 協(xié) 調(diào) 的 運(yùn) 營 模 式,由 北 歐 電 力 交 易 所(NordPool)組織集中競價,同樣采用邊際電價出清的結(jié)算機(jī)制[8]。

目前,國外電力現(xiàn)貨市場普遍采用邊際價格出清的交易機(jī)制,然而理論與實(shí)踐均證明,邊際價格機(jī)制難以促進(jìn)市場成員真實(shí)報價,難以解決電力市場信息不對稱的難題。在市場供求關(guān)系緊張或者存在輸電阻塞的情況下,發(fā)電機(jī)組具有虛報高價的激勵和沖動[9],從而抬高邊際出清價格,顯著擴(kuò)大自身利益。美國 PJM、加州等電力市場在2000年曾出現(xiàn)價格尖峰超過平時電價10倍的情況[10]。文獻(xiàn)[11]指出,市場力的存在將阻礙市場有效競爭,而市場操縱和輸電阻塞是電力市場中市場力的兩個主要來源。文獻(xiàn)[12]通過策略性報價模型模擬加州電力市場的價格釘現(xiàn)象以及市場效率損失。文獻(xiàn)[13]研究美國東部電網(wǎng)的市場力情況,模擬2725臺發(fā)電機(jī)組策略性參與市場,并為美國市場監(jiān)管提供電價管制的政策建議。因此在市場環(huán)境下,資源優(yōu)化配置的最佳狀態(tài)是所有市場成員申報真實(shí)的邊際成本,由于市場力的存在,背離真實(shí)成本的報價方式將損失市場效率。為解決邊際價格的弊端,迫切需要研究滿足激勵相容原理、促進(jìn)市場成員真實(shí)報價的電力市場競爭機(jī)制。

激勵相容是指市場成員理性實(shí)現(xiàn)個體利益最大化的策略,與機(jī)制設(shè)計(jì)所期望的策略一致,即市場成員真實(shí)表現(xiàn)(truthfulness)是其最優(yōu)策略。針對滿足激勵相容的市場機(jī)制,國內(nèi)外已有相關(guān)研究。文獻(xiàn)[14]研究一般商品在若干市場成員之間的分配機(jī)制和方法,該機(jī)制在比例公平分配 (proportionalfairness)的基礎(chǔ)上,實(shí)現(xiàn)市場成員真實(shí)報價。文獻(xiàn)[15]提出一種基于Vickrey-Clarke-Groves(VCG)理論的利益分配機(jī)制,應(yīng)用于風(fēng)電聚合商對風(fēng)電機(jī)組進(jìn)行利益結(jié)算,并激勵風(fēng)電機(jī)組真實(shí)申報發(fā)電概率分布函數(shù)。 文獻(xiàn)[16]對比節(jié)點(diǎn)邊際 電價(locationalmarginalprice)和基于 VCG 的節(jié)點(diǎn)平均電價的區(qū)別,理論證明基于 VCG 的節(jié)點(diǎn)平均電價高于節(jié)點(diǎn)邊際電價。文獻(xiàn)[17]提出一種結(jié)算機(jī)制,理論證明該機(jī)制滿足收支平衡、激勵相容等性質(zhì),并通過次梯度算法進(jìn)行求解。文獻(xiàn)[18]將 VCG理論應(yīng)用于儲能商對電池儲能的結(jié)算,從而實(shí)現(xiàn)電池儲能真實(shí)申報參數(shù)。

現(xiàn)有研究已將 VCG 機(jī)制應(yīng)用于一般商品、風(fēng)電和儲能代理商的激勵相容機(jī)制設(shè)計(jì)中,然而針對電力日前市場出清、滿足激勵相容原理的市場機(jī)制鮮有報道。激勵相容原理,本質(zhì)上要求市場成員按照自身的價值獲得收益,實(shí)現(xiàn)個體與集體利益最大化目標(biāo)的一致性。在中國電力市場建設(shè)中,如果能按市場成員的價值公平分配利益,將有效促進(jìn)市場成員真實(shí)報價,解決電力市場信息不對稱的難題,進(jìn)一步推進(jìn)電力體制改革的發(fā)展[19]。為此,本文提出基于價值公平分配的電力市場競爭機(jī)制,創(chuàng)新點(diǎn)總結(jié)如下。

本文首先分析邊際價格難以保證發(fā)電機(jī)組真實(shí)報價、導(dǎo)致市場效率損失的現(xiàn)象和原因?；赩CG理論,定義一臺發(fā)電機(jī)組的價值為該機(jī)組對其他機(jī)組的替代效益,即該機(jī)組參與日前市場前后,對其他機(jī)組發(fā)電成本的變化。進(jìn)而,理論證明價值公平分配機(jī)制滿足激勵相容、個體理性以及系統(tǒng)成本最小化的性質(zhì),從經(jīng)濟(jì)學(xué)含義,解釋該機(jī)制實(shí)現(xiàn)激勵相容的機(jī)理。

1 數(shù)學(xué)模型

1.1 日前市場出清模型

不失一般性,本文有如下假設(shè):①假設(shè)每個節(jié)點(diǎn)最多只有一臺發(fā)電機(jī)組(對于沒有發(fā)電機(jī)組的節(jié)點(diǎn),只需將該 節(jié) 點(diǎn) 機(jī) 組 成 本 函 數(shù)、功 率 上 下 限 設(shè) 置 為0),各機(jī)組的成本函數(shù)為正的凸函數(shù),如二次函數(shù);②假設(shè)不考慮網(wǎng)絡(luò)損耗和無功功率,采用直流潮流模型出清日前市場;③假設(shè)各節(jié)點(diǎn)電力負(fù)荷剛性,考慮單時段的電力供需平衡問題。

在現(xiàn)有成熟的電力市場,如美國得州市場ERCOT(ElectricReliabilityCouncilofTexas)中,發(fā) 電 機(jī) 組 參 與 日 前 市 場,并 向 系 統(tǒng) 獨(dú) 立 調(diào) 度 員(independentsystem operator,ISO)申 報 成 本,由ISO 建立日前市場模型,生成節(jié)點(diǎn)電價用于市場交易結(jié)算[20]?？紤]一個具有 N 個節(jié)點(diǎn)、K 條線路的輸電網(wǎng)絡(luò),基于直流潮流的日前市場出清模型為

式(2)至式(5)分別表示系統(tǒng)供需平衡約束、線路傳輸容量約束以及發(fā)電機(jī)組出力約束。優(yōu)化求解模型 (式(1)至 式(5)),即 可 得 到 發(fā) 電 機(jī) 組 的 出 力計(jì)劃。

1.2 機(jī)制設(shè)計(jì)

為分析某種價格機(jī)制的優(yōu)劣,機(jī)制設(shè)計(jì)理論提出一些標(biāo)準(zhǔn)化的性質(zhì)與條件。本文重點(diǎn)關(guān)注系統(tǒng)成本最小化 (cost minimization,CM)、個體理性(individualrationality,IR)、激勵相容(incentivecompatibility,IC)以及收支平衡(budgetbalance,BB)。下面分別描述性質(zhì)含義

1)系統(tǒng)成本最小化

本文假設(shè)系統(tǒng)負(fù)荷為剛性。系統(tǒng)成本最小化是指,通過日前市場出清優(yōu)化所得的最優(yōu)發(fā)電出力計(jì)劃,能夠達(dá)到機(jī)組真實(shí)成本最小化的運(yùn)行狀態(tài)。

當(dāng)所有發(fā)電機(jī)組申報真實(shí)成本時,日前市場出清模型自動滿足系統(tǒng)成本最小化的性質(zhì);值得注意的是,發(fā)電機(jī)組虛假報價,可能導(dǎo)致發(fā)電出力計(jì)劃難以實(shí)現(xiàn)真實(shí)發(fā)電成本的最小化。

2)個體理性

個體理性,又稱參與約束,是指發(fā)電機(jī)組參與電力市場競爭是自愿的[20-21]。對于滿足個體理性的機(jī)制,各發(fā)電機(jī)組的凈利潤不小于零,否則該發(fā)電機(jī)組將選擇退出電力市場。值得注意的是,個體理性僅保證發(fā)電機(jī)組的變動成本能夠收回,發(fā)電機(jī)組的投資或固定成本并非本文機(jī)制所關(guān)注的重點(diǎn)。事實(shí)上,諸如美國 PJM 等電力市場,是通過容量市場及相關(guān)機(jī)制來解決發(fā)電機(jī)組的投資成本。

3)激勵相容

1972年,美國經(jīng)濟(jì)學(xué)家 Leonid Hurwicz提出激勵相容的概念。在市場經(jīng)濟(jì)中,每個理性市場成員都會有自利的一面,其個人行為會按自利的規(guī)則行為行動;如果有一種機(jī)制,使市場成員追求個人利益的行為,與集體實(shí)現(xiàn)價值最大化的目標(biāo)相吻合,這種機(jī)制就滿足激勵相容[22]。在電力市場中,一種電價機(jī)制滿足激勵相容意味著,各發(fā)電機(jī)組申報真實(shí)的發(fā)電成本是其最優(yōu)選擇,而不是策略性申報虛假的發(fā)電成本。

激勵 相 容 具 體 可 分 為 占 優(yōu) 策 略 激 勵 相 容(dominant-strategyincentivecompatibility)和貝葉斯—納 什 激 勵 相 容 (Bayesian-Nash incentivecompatibility)。占優(yōu)策略激勵相容表示,某發(fā)電機(jī)組申報真實(shí)發(fā)電成本是占優(yōu)策略,無論其他機(jī)組申報真實(shí)與否;貝葉斯—納什激勵相容表示,某發(fā)電機(jī)組申報真實(shí)發(fā)電成本是最優(yōu)選擇,如果其他機(jī)組都真實(shí)報價?？梢?占優(yōu)策略激勵相容是約束力更強(qiáng)的性質(zhì),本文考慮占優(yōu)策略激勵相容。

4)收支平衡

在電力市場中,系統(tǒng)獨(dú)立調(diào)度是非營利機(jī)構(gòu)。例如,美 國 的 ISO 是 由 聯(lián) 邦 能 源 管 理 委 員 會(FederalEnergy RegulatoryCommission,FERC)監(jiān)管,主要負(fù)責(zé)協(xié)調(diào)、控制和監(jiān)控電力系統(tǒng)運(yùn)行的機(jī)構(gòu)。因此,收支平衡表示系統(tǒng)調(diào)度從電力負(fù)荷征收的費(fèi)用不小于向發(fā)電機(jī)組支付的費(fèi)用[20-21]。

1.3 邊際價格理論

在完全競爭的電力市場中,各市場成員作為價格接受者,自身報價不會影響系統(tǒng)邊際價格,因此,以節(jié)點(diǎn)電價進(jìn)行市場交易和結(jié)算能夠?qū)崿F(xiàn)社會福利最優(yōu)。然而,現(xiàn)實(shí)中難以達(dá)到完全競爭市場,發(fā)電機(jī)組可以通過策略性報價,以改變邊際電價從而最大化自身效益。因此,按照邊際電價交易和結(jié)算的電力市場不能抑制市場成員虛報高價,難以實(shí)現(xiàn)激勵相容,甚至不能達(dá)到系統(tǒng)成本最小化的狀態(tài)。

2 價值公平分配機(jī)制設(shè)計(jì)

為促進(jìn)發(fā)電機(jī)組真實(shí)報價、實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)成本最小化,本文借鑒 VCG 機(jī)制,提出適應(yīng)電力日前市場的價值公平分配機(jī)制。

2.1 VCG機(jī)制概述

在機(jī)制設(shè)計(jì)理論中,VCG 機(jī)制是一種激勵市場成員真實(shí)表現(xiàn)的機(jī)制設(shè)計(jì)方法。VCG 機(jī)制的結(jié)算規(guī)則是按照一個市場成員對其他市場成員的替代效益 進(jìn) 行 結(jié) 算。VCG 機(jī) 制 由 William Vickrey,EdwardH.Clarke和 TheodoreGroves三位經(jīng)濟(jì)學(xué)家的姓氏組合命名,以紀(jì)念他們在信息不對稱條件下激勵理論中的貢獻(xiàn)。William Vickrey和另一位經(jīng)濟(jì)學(xué)家也因此獲得1996年的諾貝爾經(jīng)濟(jì)學(xué)獎。

2.2 基于價值公平分配的電力市場競爭機(jī)制

式(8)定義了價值公平分配機(jī)制的結(jié)算方式。式中等號右端第一項(xiàng)表示,去掉發(fā)電機(jī)組i后,其他機(jī)組參與日前市場的發(fā)電成本;第二個括號項(xiàng)表示,在包含發(fā)電機(jī)組i的出清模式下,其他發(fā)電機(jī)組的發(fā)電成本。兩項(xiàng)相減為發(fā)電機(jī)組i對其他機(jī)組的替代效益,即機(jī)組i參與日前市場前后對其他機(jī)組發(fā)電成本的影響。

價值公平分配機(jī)制的經(jīng)濟(jì)學(xué)意義在于,利用市場成員間的替代效益定義其價值,并按照該價值結(jié)算,從而實(shí)現(xiàn)個體與集體利益最大化的一致性。

2.3 機(jī)制性質(zhì)證明

已有研究驗(yàn)證邊際電價滿足個體理性(由機(jī)組報價不小于其真實(shí)成本可得)和收支平衡(由文獻(xiàn)[23]證明,可總結(jié)為按照節(jié)點(diǎn)電價從負(fù)荷收費(fèi)不小于向發(fā)電機(jī)組付費(fèi),當(dāng)且僅當(dāng)電力系統(tǒng)無線路阻塞時取等,阻塞時的結(jié)余用于補(bǔ)償線路投資)性質(zhì),而不滿足激勵相容以及系統(tǒng)成本最小化。本節(jié)將證明本文機(jī)制滿足激勵相容、個體理性以及系統(tǒng)成本最小化,并提出一種收支平衡的策略。

由上述證明可知,無論其他發(fā)電機(jī)組申報真實(shí)與否,發(fā)電機(jī)組i申報真實(shí)的發(fā)電成本是該機(jī)組的占優(yōu)策略。因此,本文提出的價值公平分配機(jī)制滿足占優(yōu)策略激勵相容。

本文機(jī)制滿足激勵相容原理的經(jīng)濟(jì)學(xué)含義在于:如果一臺機(jī)組虛報高價,則系統(tǒng)調(diào)度分配給該機(jī)組的發(fā)電量較少,去除該機(jī)組后其他機(jī)組參與日前市場電量變化較小,所以去除該機(jī)組前后其他機(jī)組發(fā)電成本變化較小,該機(jī)組獲得系統(tǒng)調(diào)度的支付費(fèi)用較少。因此,一臺機(jī)組的占優(yōu)策略是申報真實(shí)成本。虛報高價將使得該機(jī)組對其他機(jī)組的替代效益減少,從而降低自身效益。

4)收支平衡

Leonid Hurwicz,Jerry R.Green 以 及 JeanJacquesLaffont證明,不存在一種激勵機(jī)制同時滿足占優(yōu)策略激勵相容、個體理性、系統(tǒng)成本最小化以及收支平衡[24]?，F(xiàn)有基于 VCG 的激勵機(jī)制不滿足收支平衡性質(zhì),即系統(tǒng)調(diào)度從電力負(fù)荷征收的費(fèi)用可能小于向發(fā)電機(jī)組支付的費(fèi)用。通過數(shù)學(xué)語言描述,即存在一種場景使得下式成立:

值得一提的是,本文提出一種通過降低發(fā)電側(cè)收益達(dá)到收支平衡的策略,實(shí)際操作中還可以考慮提高銷售電價以增加負(fù)荷側(cè)收費(fèi),達(dá)到收支平衡。關(guān)于收支平衡的深入研究,需要在未來的工作中進(jìn)一步探索。

2.4 實(shí)施流程

本節(jié)從實(shí)施流程上闡釋,并對比傳統(tǒng)基于邊際電價和本文機(jī)制的交易模式。圖1對比了兩種機(jī)制的實(shí)施流程。

由此可知,價值公平分配機(jī)制并未改變傳統(tǒng)市場基于報價的交易模式,僅通過改變價值分配和利益結(jié)算的方式,滿足激勵相容原理。因此,價值公平分配機(jī)制有效延續(xù)了現(xiàn)有市場交易模式,具有可操作性和實(shí)用價值。

2.5 案例說明

下文通過2節(jié)點(diǎn)、3機(jī)組的案例對比邊際電價與價值公平分配機(jī)制的效果差異。2節(jié)點(diǎn)、3機(jī)組案例如圖2所示。圖中,發(fā)電機(jī)1,2和3的真實(shí)發(fā)電成本系數(shù)分別為c,2c 和3c。節(jié)點(diǎn)1的負(fù)荷為 D。三臺發(fā)電機(jī)的出力范圍均為[0,2D]。節(jié)點(diǎn)1和2之間的線路容量為0.5D。

2.5.2 價值公平分配機(jī)制

根據(jù)價值公平分配機(jī)制,一臺發(fā)電機(jī)組獲得收益為該發(fā)電機(jī)組參與日前市場前后,其他機(jī)組總發(fā)電成本的變化。下面重點(diǎn)分析在價值公平分配機(jī)制下,發(fā)電機(jī)組申報真實(shí)成本為其占優(yōu)策略。

因此,機(jī)組1真實(shí)申報的凈收益大于虛假申報的凈收益。價值公平分配機(jī)制將打破機(jī)組1和2的串謀,促使機(jī)組申報真實(shí)成本。

需要說明的是,為保障電力市場充分競爭并抑制機(jī)組虛報高價,國外現(xiàn)有成熟電力市場引入復(fù)雜的市場監(jiān)管機(jī)制。例如,自1999年開始,美國 PJM市場引入市場監(jiān)管,以客觀監(jiān)視、調(diào)查和評估市場結(jié)構(gòu)及運(yùn)行方面的缺陷,如三寡頭壟斷測試[25],然而這些市場機(jī)制需要高昂的監(jiān)管成本。相比之下,本文機(jī)制滿足激勵相容原理,促進(jìn)市場成員真實(shí)報價,故不再需要復(fù)雜的監(jiān)管。

3 算例分析

本文測試價值公平分配機(jī)制在IEEE30和118節(jié)點(diǎn) 系 統(tǒng) 的 有 效 性。 測 試 環(huán) 境 為 THINKPADT460P,2.60GHz八核筆記本電腦,編程軟件平臺為 MATLAB 2013b,潮 流 計(jì) 算 求 解 器 采 用MATPOWER6.0[26]。

3.1 IEEE30 節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)

在IEEE30節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)中,有6臺發(fā)電機(jī)組,最小技術(shù)出力 0,其他成本和技術(shù)參數(shù)見附錄 A 表 A1。

3.1.1 機(jī)制性質(zhì)驗(yàn)證

為驗(yàn)證本文機(jī)制滿足激勵相容,假設(shè)發(fā)電機(jī)組在一定比例范圍內(nèi)申報成本系數(shù)。圖3所示為各發(fā)電機(jī)組申報不同系數(shù)下的凈利潤水平。

對于6臺發(fā)電機(jī)組,只有在申報值與真實(shí)值比例為1.0,即機(jī)組申報真實(shí)成本系數(shù)時,發(fā)電機(jī)組獲得凈利潤最大。當(dāng)機(jī)組虛報低價時,系統(tǒng)調(diào)度分配給機(jī)組較多電量,但支付給機(jī)組的費(fèi)用可能不足以補(bǔ)償機(jī)組發(fā)電成本,因此機(jī)組凈利潤降低,甚至出現(xiàn)負(fù)值,如機(jī)組 G6。由于系統(tǒng)調(diào)度支付給機(jī)組的費(fèi)用取決于該機(jī)組對其他機(jī)組發(fā)電成本的影響,當(dāng)機(jī)組虛報高價時,該機(jī)組對其他機(jī)組的影響減小,支付給該機(jī)組的費(fèi)用削減,仍然導(dǎo)致機(jī)組凈利潤降低;同時,報價過高,可能導(dǎo)致該機(jī)組不中標(biāo),凈利潤為0,如機(jī)組G6。

因此,本文所提機(jī)制滿足激勵相容,有效促進(jìn)市場成員真實(shí)申報,解決電力市場信息不對稱難題。為驗(yàn)證本文機(jī)制滿足個體理性,附錄 A 表 A2給出了發(fā)電機(jī)組申報真實(shí)成本系數(shù)時的出力計(jì)劃和利潤。由結(jié)果可知,當(dāng)機(jī)組申報真實(shí)成本系數(shù)時,各臺發(fā)電機(jī)組的凈利潤均大于0,說明機(jī)組有意愿參與日前市場,滿足個體理性。進(jìn)而,由于市場出清模型最小化所有機(jī)組真實(shí)發(fā)電成本,機(jī)制滿足系統(tǒng)成本最小化。

3.1.2 收支平衡探討

系統(tǒng)各節(jié)點(diǎn)負(fù)荷以及系統(tǒng)收支費(fèi)用見圖4。

系統(tǒng)邊際電價為3.79美元/(MW·h),總負(fù)荷水平為189.2MW,因此,從負(fù)荷側(cè)收取的總費(fèi)用為716.92美元,而 需 要 支 付 給 發(fā) 電 機(jī) 組 的 總 費(fèi) 用 為745.73美元,比負(fù)荷側(cè)收費(fèi)多出4.02%。本文采用的收支平衡策略是減少每臺發(fā)電機(jī)組的收益。為滿足收支平衡、個體理性以及激勵相容,

3.2 IEEE118 節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)

在IEEE118節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)中,有 54 臺發(fā)電機(jī)組、186條線路。各節(jié)點(diǎn)負(fù)荷水平、發(fā)電機(jī)組申報真實(shí)成本時的最優(yōu)出力計(jì)劃如附錄 A 圖 A1所示。值得注意的是,圖中只統(tǒng)計(jì)功率非零的節(jié)點(diǎn)和機(jī)組。

在 IEEE 118 節(jié) 點(diǎn) 系 統(tǒng) 中,總 負(fù) 荷 為4242MW,共有19臺發(fā)電機(jī)組被調(diào)度,出力為0的剩余35臺機(jī)組獲得系統(tǒng)支付為0,發(fā)電成本為0,因此不在本節(jié)算例討論范圍內(nèi)。在發(fā)電機(jī)組真實(shí)報價時,19 臺發(fā)電機(jī)組的系統(tǒng)支付費(fèi)用和凈利潤如附錄 A 圖A2所示。發(fā)電機(jī)組獲得系統(tǒng)支付從152.68美 元 到23550.27美 元,凈 利 潤 從 37.60 美 元 到6085.48美元,因此參與日前市場的發(fā)電機(jī)組凈利潤均大于0。

4 結(jié)語

本文提出基于價值公平分配的電力市場競爭機(jī)制,應(yīng)用于電力日前市場,并理論證明該機(jī)制滿足激勵相容、個體理性以及系統(tǒng)成本最小化的性質(zhì)。基于IEEE30節(jié)點(diǎn)和118節(jié)點(diǎn)的算例分析表明:①在價值公平分配機(jī)制下,所有發(fā)電機(jī)組申報真實(shí)成本為占優(yōu)策略,即價值公平分配機(jī)制滿足激勵相容;②參與日前市場的所有發(fā)電機(jī)組的凈利潤不小于0,即價值公平分配機(jī)制滿足個體理性;③價值公平分配機(jī)制引起的收支不平衡可通過事后調(diào)整發(fā)電機(jī)組收益來解決。

在未來的研究中,以下三方面值得進(jìn)一步探索:①本文僅考慮發(fā)電側(cè)競價的日前市場機(jī)制設(shè)計(jì),實(shí)際電力市場允許負(fù)荷側(cè)參與競價,因此,在未來研究中可探索價值公平分配機(jī)制在雙邊競價市場中的適用性;②本文重點(diǎn)關(guān)注價值公平分配機(jī)制如何滿足激勵相容,即發(fā)電機(jī)組的占優(yōu)策略為申報真實(shí)成本,在未來研究中可對比價值公平分配機(jī)制和邊際電價機(jī)制納什均衡解的差異;③本文提出通過降低發(fā)電側(cè)收益的收支平衡策略,在未來的研究中可分析提高負(fù)荷側(cè)電價的解決方案。

本文的研究成果將為中國電力體制改革提供滿足激勵相容的電力市場競爭機(jī)制,積極推動中國電力市場的健康發(fā)展。

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王劍曉1,2,鐘海旺1,2,夏 清1,2,汪 洋3,賴曉文3,郭新志4

(1.清華大學(xué)電機(jī)工程與應(yīng)用電子技術(shù)系,北京市 100084;

2.電力系統(tǒng)及發(fā)電設(shè)備控制和仿真國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室(清華大學(xué)),北京市 100084;

3.北京清能互聯(lián)科技有限公司,北京市 100084;4.國網(wǎng)河南省電力公司經(jīng)濟(jì)技術(shù)研究院,河南省鄭州市 450000)

王劍曉(1992—),男,博士研究生,主要研究方向:電力市場、發(fā)電計(jì)劃、電力規(guī)劃、新能源預(yù)測 等。E-mail:wangjx14@mails.tsinghua.edu.cn

鐘海旺(1986—),男,通信作者,博士,副教授,博士生導(dǎo)師,IEEE高級會員,主要研究方向:電力市場、需求側(cè)響應(yīng)、發(fā)電計(jì)劃等。E-mail:zhonghw@tsinghua.edu.cn

夏 清(1957—),男,教授,博士生導(dǎo)師,IEEE 高 級 會員,主要研究方向:智能電網(wǎng)、發(fā)電計(jì)劃、電力規(guī)劃、電力市場、負(fù)荷預(yù)測等。E-mail:qingxia@tsinghua.edu.cn