电能交易与输电权统一的拍卖模型_祁达才

第 27卷 第 2003 年 6月
2152日期 Aut电o m at力io n o系f Ele统c t ric自P ow动er S化y stem s
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7
电能交易与输电权统一的拍卖模型
祁达才 , 夏 清 , 卢 强 , 江健健 , 康重庆 , 沈 瑜
拍卖模式作为一种比较成熟的交易方法 ,由于 其交易过程中良好的公平性、透明性 ,并且模型简 单、使用灵活 ,所以被灵活、广泛地使用在不同商品 的交易中。 而且 ,由于在拍卖交易过程中 ,任何一个 竞争方都无法对交易结果拥有绝对控制 ,因此拍卖 模式还能够很好地揭示商品在全社会中的实际价 值 [2～ 4 ]。
关键词: 电力市场 ; 拍卖模型 ; 电力交易 ; 输电权
中图分类号: TM 73; F123. 9
0 引言
通过引入市场竞争 ,电力系统市场化改革将努 力提高电力系统的运行效率、降低电价 ,最终实现电 力系统的自主良性发展 [1 ]。 不同电力系统根据其各 自实际情况 ,应该采用各自不同的电力交易方式。目 前 ,比较流行的交易方式有: 发电侧电力交易、部分 开放的用电侧电力交易以及买卖双方完全竞争的电 力交易等 ,针对不同的电力交易需要采用各自不同 的交易模型 ,以达成最终的交易计划。
收稿日期: 2002-09-27; 修回日期: 2003-01-15。 国家 重点基础研 究专项经费 资助项目 ( G 1998020311) ;高 等 学校博士学科 点专 项科研 基金 资助 项目 ( 20010003025) ; 清 华大学基础研究基金资助项目 ( JC2002018)。
1 拍卖模式
( 2)
i= 1
n
∑ yi , j ≥ Pj, min j
( 3)
i= 1
m
∑ yi , j = di i
( 4)
j= 1
yi, j ≥ 0 i , j
2003, 27( 12)
式 中: m 为 售 电 者 的 数 目 ; n 为 购 电 者 的 数 目 ; Pj , max , Pj, min分别为售电者 j 申报的最大、最小出售
通常的拍卖模式多种多样 ,根据参与竞价的成 员可分为: 买方叫价拍卖、卖方叫价拍卖和买卖双方 叫价拍卖 [2, 4 ]。
在卖方叫价拍卖中 ,只有卖方申报价格 ,买方并 不申报价格。买方以追求购买费用最低的原则 ,根据 最低的价格确定成交对象 ,并收取相应的结算费用。 在买方叫价拍卖中 ,只有买方申报价格 ,而卖方不申 报价格。卖方以销售收入最大为目标 ,根据最高的价 格确定成交对象 ,并支付相应的结算费用。
电量 ; di 为购电者 i 希望购买的最大电量 ; si, j为售电 者 j 向购电者 i 出售电量时的申报电价 ; yi, j为售电 者 j 向购电者 i 出售的电量。
目标函数式 ( 1)表示在系统拍卖过程中 ,所有交
易对应的总购电费用最小。约束条件式 ( 2)表示售电
者的总销售电量不大于其出售电量上限 ; 式 ( 3)表示
(清华大学电 机系 , 北京市 100084)
摘要: 在电力市场交易的不同阶段 ,需要建立针对不同交易者、不同竞争深度的电力交易模式。 拍 卖模型是一种成熟的交易方法 ,并且根据不同的交易规则存在多种不同的拍卖竞价模式。针对供电 方电力市场、用电方电力市场以及一个完全的电力市场 ,可以使用不同叫价方式的电力拍卖模型组 织其市场交易。 在电能期货交易的拍卖模型基础上 ,文中试图将拍卖模型引入到输电权的拍卖中 , 建立了一个电能交易与输电权交易相结合的统一拍卖模型。通过建立统一的拍卖模型 ,可以简化市 场结构 ,降低整个电力交易的交易成本 ,而且还可以降低交易风险。虽然模型描述比较复杂 ,但是电 能交易和输电权的交易是通过一次拍卖过程进行处理的 ,因此有着重要意义。
ci yj
i= 1 j= 1
j= 1
s. t. 式 ( 8) ,式 ( 9)
( 11)
n
∑ xi, j + yj = Pj j i= 1
xi ,j ≥ 0, yj ≥ 0 i , j
( 12)
式中: cj 为售电者 j 的保留电价 ; yj 为售电者 j 未出 售的电量。
约束条件式 ( 12)表示售电者出售的总电量与保
图 2 买方叫价拍卖的均衡点 Fig. 2 Market equilibrium in f irst
sealed bidding auction
目标函数式 ( 7)表示在系统拍卖过程中 ,所有交易对
应的总售电费用最大。约束条件式 ( 8)表示购电者的
总购买电量不大于其购买电量上限 ; 式 ( 9)表示购电
售电者的总销售电量不小于其出售电量下限 ; 式 ( 4)
表示购电者的实际购买总电量等于其预期电量。
在卖方叫价拍卖中 ,购电者可以申报保留电价。
当 M CP大于保留价格时 ,买方拒绝进行交易。 因 此 ,保留电价实际上是买方的最高限价。 在此情况 下 ,拍卖模型变为:
mn
n
∑ ∑ ∑ min
si, j yi , j +
2 不同拍卖模式电力交易的 数学模型
一级密封拍卖与二级密封拍卖的差别只是在结 算价格上 ,为了讨论一般情况 ,本文只按照一级密封 拍卖的方式。 在其他文献中的电力拍卖模型 [5 ]基础 上 ,下文将给出不同参与方叫价拍卖的数学模型。此 外 ,在建立数学模型时 ,可以考虑电网传输容量约束 和电网备用约束。 但由于约束条件的加入与本节所 介绍的拍卖模型本质之间关系不大 ,因此 ,本节暂不 考虑电网传输容量约束问题 ,留待第 3节中分析。 2. 1 卖方叫价拍卖
和变量含义与前面模型相同。
2. 2 买方叫价拍卖
如果发电商 (即卖电方 ) 的总发电能力固定 ,且
不报价 ,而用电者报价 ,根据报价高低确定购买量 ,
那么 ,发电侧的电力交易可以采用买方叫价拍卖的 方式组织。当然 ,现有电力系统市场化的目的是为了
通过在发电侧引入竞争 ,提高生产效率 ,所以不太可 能出现这样的交易模式。
留电量之和等于其初始总电能供给量。 其他约束条
件和变量含义与前面模型相同。
2. 3 买卖双方叫价拍卖
在用电侧和发电侧都放开后 ,发电者和用电者 都可以通过申报电价参与电力交易。 电力交易结果
由市场价格确定。 这样的电力交易可以采用买卖双
方叫价拍卖的方式组织。
图 3 买卖双方叫价拍卖的均衡点 Fig. 3 Market equilibrium in f irst
在发电侧电力市场中 ,用电侧不报价 ,且负荷固 定 ,根据发电商 (即卖电方 )的报价高低确定交易量。 因此 ,对于发电侧的电力交易 ,可以采用卖方叫价拍 卖的方式组织交易。 卖方叫价拍卖中 ,只有卖方出 价 ,买方的总购买量固定 ,即总需求曲线没有价格弹 性。拍卖的目标是追求购买价格最低。所以 ,拍卖的 成交点为供给曲线与需求曲线的交点 ,根据此交点 确定 M CP,如图 1所示。在 M CP之下的卖方都可以 成交。
尽管买方叫价拍卖模型在电力市场中不具有较
大的使用价值 ,但是从介绍拍卖模型的全面性来说 , 还是有一定价值的。因此 ,本节仍然介绍其数学模型
的构成。
买方叫价拍卖中 ,只有买方出价 ,卖方的总出售 量固定 ,即总供给曲线没有价格弹性。拍卖目标是追
求出售的价格最高。与卖方叫价拍卖相同 ,买方叫价
拍卖的成交点也是总供给曲线与总需求 曲线的交
点 ,根据此交点确定 M CP,如图 2所示。 在 M CP之 上的买方都可成交。
对应的数学模型为:
mn
∑ ∑ max
ci, j xi, j
( 7)
j= 1 i= 1
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9
m
∑ s. t. xi, j ≤ di , max i j= 1
电者 i 向售电者 j 购买电量时的申报电价 ; xi , j为购
电者 j 向售电者 i 购买的电量。
在买卖双方叫价拍卖中 ,卖方与买方都需要申 报各 自交 易量、 价格 的数 据。拍 卖交 易的 组织 者根 据 买方与卖方的申报数据确定 M C P。 M CP是根据市 场总供给曲线与总需求曲线的交点确定的 ,如图 3 所示。市场中 ,申报价格不低于 M CP的买方和申报 价格不高于 M CP的卖方彼此成交。
m
∑ xi, j ≥ di , min i j= 1
n
∑ xi, j = Pj j i= 1
( 8) ( 9) ( 10)
xi ,j ≥ 0 i , j
式中: di, max , di , min分别为购电者 i 申报的最大、最小
购买电量 ; Pj 为售电者 j 希望购买的电量 ; ci, j为购
ci xi
( 5)
j= 1 i= 1
i= 1
s. t. 式 ( 2) ,式 ( 3)
m
∑ yi , j + xi = di i
( 6)
j= 1
xi ≥ 0, yi ,j ≥ 0 i , j
式中: ci 为购电者 i 的保留电价 ; xi 为购电者 i 未购 买的电量。
约束条件式 ( 6)表示购电者购电的总量与保留 电量之和等于其初始总电能需求量。 其他约束条件
sealed double auction
对应的数学模型为:
nm
∑ ∑ max
( ci , j - si , j ) xi , j
i= 1 j= 1
s. t. 式 ( 8) ,式 ( 9)
图 1 卖方叫价拍卖的市场均衡点 Fig. 1 Market equilibrium in f irst
sealed off ering auction
对应的数据模型为: