基于多智能体强化学习的电力现货市场定价机制研究(二):结合理论与仿真的定价机制决策框架

该文研究了电力现货市场定价机制的选择和设计问题。首先,初步分析系统边际电价、节点边际电价和分区边际电价等3种定价机制的适用性,提出理论分析和市场仿真相结合的电力现货市场定价机制决策框架。理论分析方面,梳理了电力现货市场定价机制的理论和国际实践,给出3种定价机制的出清模型和电价计算方式,基于安全约束经济调度模型建立兼容性再调度模型;从价格信号作用、对中长期市场交易开展的影响、市场监管和配套机制需求等多个维度,对3种定价机制的特点进行对比分析,并探讨定价机制与市场模式的配合关系和我国定价机制设计中需要考虑的关键问题。市场仿真方面,基于3种定价机制下的发电商报价双层优化模型,对IEEE 39系统进行仿真计算。最后,综合分析仿真结果和定价机制特点,为算例系统选择合适的定价机制,验证了所提电力现货市场定价机制决策框架的有效性。2篇论文共同解决了定价机制设计与发电商报价策略的嵌套难题。     

电力金融市场综述

电力金融市场是电力现货市场发展的必然产物,它有利于发现电力真实的价格,促进电力市场公平竞争;并能为市场交易者提供风险管理工具,抑止现货电价飞升,有利于电力市场的稳定。电力金融市场的研究对于设计高效、合理的中国电力市场框架和电力交易机制有着重要的参考价值。文中在介绍各国电力金融市场的基础上对电力金融产品进行归类研究,包括电力期货和电力期权的分类。着重论述了电力金融市场的2个关键问题:电力期货的套期保值策略和电力期权的定价方法,推导了电力期货的动态和静态最优保值率公式和电力期权基于BlackScholes模型和MonteCarlo模拟的定价公式。通过对现有研究的分析和评论,最后提出了电力金融市场方面几个重要的研究领域。     

基于多智能体强化学习的电力现货市场定价机制研究(一):不同定价机制下发电商报价双层优化模型

电力现货市场定价机制是市场设计的重点问题之一,与发电商交易行为相互影响。定价机制设计需要考虑发电商可能的交易行为,而不同定价机制下发电商报价策略不同,为系统性地解决这一嵌套难题,形成2篇不同侧重点的论文。作为首篇,该文探讨强化学习在发电商报价决策中的适用性,完整考虑系统和分区边际电价的两阶段过程,构建节点、系统、分区3种边际电价定价机制下的发电商报价双层优化模型,并基于可变学习速率和策略爬山算法相结合的多智能体强化学习方法对模型进行迭代求解。该双层模型中,上层为发电商报价决策层,下层为市场出清层,以决策层优化的发电商报价信息和出清层计算的发电商中标信息作为上下层之间的交互数据,不断优化发电商报价策略。最后,以IEEE 39系统为例,选择4个典型负荷场景,优化3种定价机制下的发电商报价,结果表明:所提模型和算法可有效求解发电商最优报价策略,获取市场均衡结果。     

中国电力中长期市场分时段交易价格形成机制及模型

电力中长期市场分时段交易是中国电力市场改革的重要举措之一。针对当前电力中长期市场分时段交易价格形成机制不合理、不完善的问题,提出了中国电力中长期市场分时段交易价格形成机制及其模型。首先,分析影响中国电力中长期分时段交易价格形成的因素,提出电力中长期交易的4种典型场景;然后,综合考虑生产成本和用户效用,探索性地提出适用于中长期分时段交易的系统平均成本定价、用户失负荷价值定价、系统边际成本定价和发电企业失负荷价值定价4种成本定价机制,构建了基于成本定价的分时段交易定价模型;最后,以某省实际数据为例进行测算,验证了模型的有效性。     

Risk-based framework for supplying electricity from renewable generation-owning retailers to price-sensitive customers using information gap decision theory

In this paper, selling price determination problem for an electricity retailer has been studied. In the proposed model, the selling price is determined under fixed pricing (FP), time-of-use pricing (TOU) and real-time pricing (RTP). It is shown that the selling price determination based on RTP by the retailer can lead to the higher expected profit. Furthermore, to exchange power between retailer and power market, the bidding and offering curves should be prepared to bid and offer to the day-ahead market. Therefore, this paper proposes an information gap decision theory (IGDT) for obtaining of optimal bidding and offering strategies of retailer. IGDT assesses the robustness and opportunity decisions of optimal bidding and offering strategies in the presence of market price uncertainty while retailer considers whether robustness decision (risk-averse) or opportunity decision (risk-taking). It is shown that risk-aversion and risk-taker influence the expected profit and optimal bidding and offering curves. Meanwhile, the scenario-based stochastic framework is used for uncertainty modeling of market prices, client group demand and variable climate condition containing temperature, irradiation and wind speed. To validate the proposed model, three case studies are used and the results are compared.     

当量电价体系及相关制度设计:（二）发电上网的实用当量电价法及其市场特性

介绍了实用当量电价法的基本原理和有关操作事项，包括其右端点原理。它不仅很好地解决了电力市场的两难问题，而且具有10个优良市场特性：既保征了市场效率，又给予充分合理的投资回报，满足了第1市场原则；提供了正确的短期经济学信号；提供了正确的长期经济学信号；无须设置价格上限，自动抑制价格尖峰；通过设置容量成本参考系，实现有效合理的政府监管；自动抑制发电厂商的不良报价行为，实现价格策略的稳健性；自动抑制发电厂商的持留容量行为，实现产量策略的稳健性；电价成分可分，便于对“新厂”和“老厂”实行不同的财税及金融调控，实现第2市场原则；易于理解，易于实现，易于监管；引入新要素后的可扩展性，目前，巳扩展了从发电、输电到辅助服务等近10个核心模型及算法，几乎是一个区域电力交易市场所必需，初步形成了当量电价理论体系。此项成果的启示和意义在于：在电力市场结构还很不完美的寡头竞争条件下，比之高成本的资产拆分和系统扩容，一个低成本的当量电价体系辅以合理的政府监管，同样可以实现相当完美的市场特性，在政府与市场、交易与投资、效率与公平、资产与经营等方面都有很好的协调一致性。     

电力现货市场环境下提供位置信号电价机制的协同作用

对电价中的位置信号及能够提供位置信号的电价机制进行分类梳理和总结,对电力现货市场环境下电价中位置信号的作用进行分析;结合电力现货市场仿真,定量分析在不同的电网结构及系统阻塞条件下,电能量现货市场中的“节点边际电价（LMP）机制”和“分区输电定价”机制在实现其作为公共事业服务价格作用方面的协同作用关系;结合中国某省电网的实际情况,通过电力现货市场仿真和电价测算对分析结果进行验证,为中国电力现货市场环境下的电价机制选择提出建议。     

发电容量充裕性保障机制国际实践与启示

电力能源绿色转型和现货市场加快推进使得中国发电容量充裕性保障机制建立及其路径选择问题日益迫切。围绕此问题,梳理容量充裕性保障机制的国际实践经验,综合比较稀缺定价、容量市场和容量补贴电价3类机制的基本原理、总体框架与核心制度、机制优劣与适用条件;以容量市场为重点,比较分散式、集中式和可靠性期权3类市场模式,归纳以容量配额、资格审查和市场交易为核心制度的基本框架体系,研究各个市场拍卖制度设计和容量需求曲线计算方法;阐释智利补贴机制中容量电价和充裕容量的核定原理与方法,探讨稀缺定价机制在社会政治层面的局限性及监管两难问题。最后,就中国容量充裕性保障机制建设问题,提出与中国电力市场建设发展相适应的分阶段建议。     

电力现货市场环境下提供位置信号电价机制的协同作用

对电价中的位置信号及能够提供位置信号的电价机制进行分类梳理和总结,对电力现货市场环境下电价中位置信号的作用进行分析;结合电力现货市场仿真,定量分析在不同的电网结构及系统阻塞条件下,电能量现货市场中的“节点边际电价（LMP）机制”和“分区输电定价”机制在实现其作为公共事业服务价格作用方面的协同作用关系;结合中国某省电网的实际情况,通过电力现货市场仿真和电价测算对分析结果进行验证,为中国电力现货市场环境下的电价机制选择提出建议。     

当量电价自动抑制厂商不良持留行为的自律新机制

持留发电容量(囤积居奇)获利是发电厂商行使市场力的最常用手段,由于极具隐蔽性,其危害也最大.在统一出清和两部制电价下,发电厂商从自身利益出发会采取持留容量策略;在PAB电价下,发电厂商可先持留容量造成供应紧张,然后通过报高价获利.在上述传统定价机制下,只能采用外置的补救性措施来抑制市场力,无法从根本上解决问题.实用当量电价为抑制市场力提供了全新的机制,使抑制市场力措施在定价机制中内部自律化.作者首次分析了实用当量电价下,发电厂商拥有多个发电单元的持留容量行为(发电厂商勾结的情况与此类似);结果表明,即使在这种情况下发电厂商仍没有持留容量的利益驱动,体现了当量电价抑制市场力的内在自律新机制.     

A Reinforcement Learning Model to Assess Market Power Under Auction-Based Energy Pricing

Auctions serve as a primary pricing mechanism in various market segments of a deregulated power industry. In day-ahead (DA) energy markets, strategies such as uniform price, discriminatory, and second-price uniform auctions result in different price settlements and thus offer different levels of market power. In this paper, we present a nonzero sum stochastic game theoretic model and a reinforcement learning (RL)-based solution framework that allow assessment of market power in DA markets. Since there are no available methods to obtain exact analytical solutions of stochastic games, an RL-based approach is utilized, which offers a computationally viable tool to obtain approximate solutions. These solutions provide effective bidding strategies for the DA market participants. The market powers associated with the bidding strategies are calculated using well-known indexes like Herfindahl-Hirschmann index and Lerner index and two new indices, quantity modulated price index (QMPI) and revenue-based market power index (RMPI), which are developed in this paper. The proposed RL-based methodology is tested on a sample network     

电力市场出清电价的非惟一性及定价新方法

经典定价理论认为,市场出清价格应确定为市场优化问题的对偶解.但是,市场优化问题可能存在多个对偶解,这时,如何确定惟一的市场出清价格就成为市场运行必须要解决的问题.文中首先从数学角度阐述这一问题,然后利用市场优化问题的性质缩小出清价格的范围,在上述分析的基础上,提出一种基于社会剩余分配的方法,并对方法的性质进行了理论分析.最后用算例检验该方法的有效性,并做了进一步的讨论.推理和算例表明,该方法理论基础扎实、计算速度较快.     

适应中国电力现货市场发展的容量补偿机制初探

容量机制是现货市场发展的重要补充,高效的容量补偿机制设计是保障现货市场平稳运行,稳定发电机组营收能力,促进电力系统充裕度的重要措施。文中首先论述了现货市场的收入缺失问题以及大规模可再生能源对现货市场的冲击,论证了容量补偿机制的必要性。然后,总结了主流容量补偿机制(稀缺电价、容量补贴以及容量市场机制)的发展现状及近期效果,并讨论了容量补贴机制的执行流程、定价方法以及机制设计中的关键问题,介绍了容量市场框架、市场组织、关键参数设计方式以及相关影响因素。最后为中国容量补偿机制的发展提出了意见。     

可再生能源消纳背景下直接交易中的二次出清与定价

为了促进可再生能源电力消纳,可再生能源优先发电企业在参与受端省电力市场直接交易时,所有交易电量需要全部成交。为了满足这一要求,部分省市采用了二次出清的交易机制,该机制目前没有相关研究,因此有必要对该机制的交易流程和定价方法进行研究。以双侧竞价、统一边际电价出清的电力市场模型为基础,建立了匹配出清与二次出清相结合的电力市场数学模型,提出二次出清定价应当符合的3条原则。在此基础上分析了统一边际价格在二次出清定价时存在的问题,并提出一种新的定价方式,最后用算例进行了阐述。     

基于差别定价的电能质量服务定价方法

随着电力市场改革的不断深入和电能质量问题越来越受到重视,电能的定价不可避免地要考虑其质量因素.分析了电力市场环境下实行电能按质定价所要求的市场环境和技术条件,在此基础上提出了一种基于差别定价的电能质量服务定价方法.该方法充分考虑了电能质量问题的治理、损失以及用户响应.采用RBTS-Bus 3配电系统进行了验证分析,结果表明,该方法能够实现合理的优质高价,为电能的按质定价提供了一条有效的途径.     

促进灵活性资源的辅助服务市场分析

为了激励灵活性资源,电力市场辅助服务市场规则出现了许多变化,例如北美电力市场中辅助服务市场的机会成本、里程价格和运行备用需求曲线机制等。提出了辅助服务定价的一般公式,该公式建立了能量市场与辅助服务市场的关系,阐述了辅助服务市场规则的含义。以抽水蓄能电站为例,基于市场实际运行价格,定量估计了辅助服务市场规则对增加灵活性资源收益的作用。研究表明：所给出的辅助服务定价公式较好地解释了实际市场的价格数据,验证了辅助服务市场定价公式的正确性;里程价格给予灵活性资源更多的刺激,该部分收入约占总收入的10%,而机会成本并没有特别的激励;运行备用需求曲线及其附加电价机制是一种容量补偿机制,且其补偿力度非常突出;目前市场规则下,抽水蓄能电站的主要收益来自能量市场的套利,辅助服务的收益依然处于次要地位。     

挪威输电定价机制分析及借鉴意义

输电作为电力市场中的关键环节,其定价机制也是我国当前电力市场改革的重点任务。合理的输电定价机制能为输电用户提供有效的价格信号,促进电力资源的优化配置。本文对挪威输电定价机制进行深入研究,介绍了定价的基本思路,分析了输电过网费的组成部分,可变费用、固定费用的影响要素。其中,可变费用方面重点介绍基于边际网损率的可变费率的计算及各节点的边际网损率调整前后对可变费用的影响;固定费用方面重点介绍减免标准及减免程度,分析有无减免措施情况下对负荷侧承担固定费用的影响。通过7节点模型对挪威输电定价机制引导并网用户的发电、用电行为及投资的有效性进行分析。挪威输电定价机制能有效引导电源、负荷合理布局,可为我国输配电定价提供借鉴。     

销售侧两部制电价存在的问题和对策

两部制电价的制定是销售电价定价过程的核心部分。在电力市场环境下,两部制电价能从经济杠杆角度引导资源合理配置。因此,科学合理地制定两部制电价对满足电力用户需求,促进发、供电企业发展以及整个市场电价机制的完善具有重要意义。针对目前销售侧两部制电价定价过程中存在的价差不合理、未解决少数利益群体矛盾等问题,提出合理测算两部制电度电价与单一制电度电价价差的方式,以及解决少数客户矛盾的对策,以利于两部制电价政策顺利实施。     

考虑动态备用需求曲线的电能量-备用耦合出清模型

电力市场中,价格帽等原因会导致缺失收入(missing money)和发电容量充裕度不足等问题。以美国得克萨斯州为代表的备用需求曲线是国外电力市场解决此问题的成熟方法之一,但得克萨斯州的曲线是相对静态的曲线,且备用价格增量推导原理未明确公开。为此,文中通过考虑可再生能源、负荷预测的不确定性,以及不同品种的备用产品,制定动态备用需求曲线。基于电能量-备用耦合现货出清模型,推导了考虑备用需求曲线的现货价格公式,并分析了国外现有机制忽略的备用价格增量高阶项问题,并通过中国华东某省数据进行验证。结果表明,备用需求曲线可以体现稀缺定价,通过备用价格增量动态反映可再生能源、负荷等波动下的系统实时容量充裕度情况。通过稀缺定价机制可以合理提高电厂收入,有利于保障系统充裕度。     

基于交易曲线的电量分割模型及电价方案设计

当前国内跨省区中长期电力市场主要采用固定电价的结算机制,但是无法发挥电力市场的调节作用。为解决固定电价机制的弊端,根据合约电量曲线的实际执行情况,提出了以交易曲线为依据的电量分割方法。按照曲线外电量的发生时段和电量规模,提出了高峰及低谷曲线外电量的3种不同定价机制。通过算例按照该机制进行曲线外价格及交易费用的测算,定量说明了不同定价模式下偏差电量规模对结算价格的影响,从而达到了引导市场主体自觉按照交易约定曲线履行合约的目的。