浙江电网发电市场竞价上网辅助决策系统的设计

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作者：     来源：     发表时间：2006-02-03     浏览次数： <script language="Javascript" src="/view.php?articleid=8457" type="text/javascript"></script>     字号：大  中  小

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<!---->浙江电网发电市场竞价上网辅助决策系统的设计

赵学顺 倪波 黄民翔

(浙江大学电力经济与信息化研究所杭州310027)

高德明 俞伟英

(杭州半山发电责任有限公司杭州310000)

摘 要 发电厂竞价上网辅助决策系统是一个集发电竞价上网、生产经营活动管理分析和决策等功能的应用系统。本文针对浙江电网发电市场的特点，对发电厂竞价上网辅助决策系统进行了设计，提出了电厂竞价上网决策的新模式。系统主要包括了数据采集、查询；生产经营活动管理分析；竞价上网决策等三部分。该系统的设计为发电企业提高决策水平，降低决策成本，增强用户的市场竞争力和竞争意识，等起到了积极的作用。
关键词 电力市场 竞价上网 决策系统

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1前言
浙江省作为全国首批建立发电市场的三个试点之一，在建立发电市场方面做了许多有益的探索，取得了一定的进展。建立发电市场需要一系列的技术支持系统，其中发电厂竞价上网辅助决策系统是其中关键之一^［1］。作为市场成员之一的发电企业，如何开展科学有序的竞争并在竞争中实现资源的优化配置，降低发电成本和取得最大利润，这是发电厂竞价上网辅助决策系统所要解决的。文献［2，3］在竞价决策的理论研究上作了一些有益的探讨。
发电厂竞价上网辅助决策系统是一个完整的集成系统，其核心功能是发电竞价决策，同时可辅助实现对生产经营进行科学管理等功能。通过对发电厂竞价上网辅助决策系统的应用，实现最佳的报价而取得最大期望利润；实现对日常生产经营活动的科学管理和统计分析，控制发电企业生产成本，优化资源配置，提高发电企业在发电市场上的竞争力。
2基本要求
发电厂竞价上网辅助决策系统是一个集发电竞价上网、生产经营活动管理分析和决策等功能的应用系统，基本要求如下：
(1)数据采集、查询。包括机组的实时运行参数和生产数据、发电企业的生产经营数据、市场信息等采集和查询；
(2)生产经营活动管理分析。指生产经营数据的统计分析、制定生产计划、企业生产成本综合统计分析、投入、产出、利润综合统计分析；
(3)竞价上网决策。包括确定决策目标、市场分析与预测、拟定备选方案、进行方案选择及实施、效用概率决策、发电竞价结算等。
3功能实现
3.1数据采集模块
数据采集模块是发电厂竞价上网辅助决策系统中很重要的一个模块。发电厂竞价上网辅助决策系统的功能能否充分实现取决于数据采集量的完备性。数据采集量越完备、越充足，发电厂竞价上网辅助决策系统才能在此基础上进行详细地分析和实现各种功能，并且得到的结果精确性也越高。由于采集的数据量比较大，结合电厂的实际情况和系统结构，采用了SQLServer数据库存储数据。
因此，发电厂竞价上网辅助决策系统对数据采集模块的要求很高，应保证能采集到各种数据量，并且满足下列要求：对实时数据做到实时采集；对非实时数据、市场信息虽然不要求实时采集，但要能够根据需要，随时都能采集；按照C/S B/S的原则设计模块(如图1所示)，做到多用户性、开放性；能够进行存入和导出等各种转存操作。

　

3.2生产经营活动管理分析
发电厂竞价上网辅助决策系统是一个功能完善的系统，其核心是竞价决策，除此之外，通过对采集的数据进行查询、分析统计，从而掌握发电企业日常生产经营活动，可以实现资源的优化配置，控制企业生产经营成本，的高企业发电上网的竞争力。具体来讲，主要包括以下几个方面：实时数据查询；生产经营数据查询、分析统计；生产计划管理；发电企业成本综合分析；投入产生分析；市场信息发布和查询。
通过查询发电机组的实时运行参数，可以实时地监视、掌握发电机组的安全经济运行状态，掌握机组的发电能力和经济运行情况，从而控制发电成本。通过查询实时动态生产经营数据，可以随时掌握发电企业的生产经营情况和企业的成本构成，在此基础上可以作出决策以降低企业的生产经营成本。
按日、月、季、年度统计分析一些重要的生产经营数据，掌握不同时期的生产经营情况，把发电企业的生产经营活动以量化的数据显示出来，为发电企业管理层进行生产经营决策提供科学依据。
生产计划管理主要是修订和查询发电企业的生产计划，包括月度、季度、年度的生产计划。
成本综合分析就是对企业的成本构成和成本变化走势进行分析统计，统计分析的数据来自于采集的生产经营数据。通过把发电企业的生产成本以各种直观的形式(表格、统计图形)显示出来，以及对成本走势的分析，发电企业管理层可以迅速地掌握企业生产成本的构成情况，抓住重点，采取降低成本最有效的措施。
投入产生分析主要对投入、产出、利润三项关键指标进行统计分析。投入、产出、利润是企业最关键也是最直观的生产经营指标，通过对这三项指标的统计分析，可以发现企业的经营情况，以便及时调整生产经营计划，控制企业的成本。
市场信息发布和查询主要是查询电力调度与运行机构发布的公开数据和私有数据，并按市场规则规定的数据格式向市场报价。市场信息对于进行竞价决策是很重要的，通过查询分析历史上网电量和清算电价，预调度计划中的负荷预测、计划出力和清算电价，交易日内的各个交易时段的负荷预测、计划出力和清算电价，对报价进行决策和修正，达到最佳报价。
3.3发电竞价辅助决策
3.3.1发电竞价辅助决策的功能及信息流图
发电竞价辅助决策的功能及信息流图，如图2所示。

图2中的信息流程说明如下：
1)预测出的市场清算电价为且提交决策提供关键信息；
2)通过成本分析及曲线拟合为机组的决策提供了必要的数据，该数据将用于对该电厂的供给曲线进行边际分析；
3)在市场信息和自身生产情况的基础上产生48点的机组利润最大化运行策略——段容量和段价；
4)从多个角度对基方案地行预处理，产生多个备选方案；
5)电厂在市场下决策可能带来的效益，以及其他电厂的报价信息对自己影响的信息流；
6)提交生产成本，为建立损益表服务，决定与报价将带来的损益情况；
7)报价决策的结算量化结果、边际收益与边际成本等为建立损益表提供信息；
8)不同损益和对应的风险度产生的期望损益值；
9)通过不断向用户发问，挖掘用户对待风险的态度，从而确定效用曲线；
10)将多个备选方案的报价数据送交结算系统进行结算；
11)确定出的发电公司效用曲线将作为选择方案的重要依据；
12)将每个方案的结算结果送交，为方案的选择服务；
13)建立规则，逐渐形成知识库，为以后的决策提从专家性的意见；
14)将已拟定的多个备选方案送交，准备进行方案的选择。
3.3.2功能模块分析
(1)机组提交模型
机组提交模型技术决策的核心，利用基于利润最大化的随机动态规划模型进行优化。根据报价的确定原则①提交机组相应的最佳运行方式，报价按交易日进行，每个交易日的报价按48个交易时段申报。通常要对每台注册机组在每个时段最多报10个容量段，每个容量段应申报一个容量段的段价。因此对每一个段价进行一次机组的提交，所提交的方案中应该是技术上优化了的段容量和段价，对此还应根据相关因素进行调整。模块中同时考虑了以下因素：对应特定段价的容量值(MW)、系统负荷预测、系统安全标准、网络约束、发电机组的负荷变化速率。
注①：段价与相应段容量的制定策略。关于段价和段容量的确定有多种思路可以考虑。
(2)产生基方案和电价阀值
由机组提交模型产生的段容量和段价再加上其它的一些报价数据②，构成报价的基本方案。同时产生发电实时报价的阀值，因为在实时调度进行中，发电方只能调整一个半小时后的段位，所以该阀值是决策者根据实是调度的信息作出机组运行决策的依据。
电价阀值，是指当市场电价大于该阀值时，机组应该选择开机或继续维持运行状态；而当市场电价小于该阀值时，机组则应关机或继续维持停机状态。
注②：参见《浙江电网发电市场规则》^［4］附表§3.2，这些报价数据包括：要组在每个交易日起点时是否处于运行状态、可用容量曲线、24小时延迟容量、一次能量制约、固定出力、出力调整速率等。
(3)成本分析
成本分析是报价的基础，同时也是分析发电公司自身经济运行情况的关键。一方面是对发电公司生产函数的分析；另一方面是公司报价的基本依据。
发电成本主要包括两部分：固定成本和变动成本。固定成本也称为容量成本，通常用目标年的年金计算。它包括目标年新电源投资的年金和现存电源还贷的年金。固定成本分析主要考虑以下因素：其他费用，包括办公费、宣传费、运输费、税金等；发电企业的类型。变动成本也称电量成本。变动成本分析考虑的主要依据是：燃料费用，设备运行维护费用，水电费用、材料费，工资及福利费等。
将利用统计学模型进行数理统计分析，拟合并产生供给曲线，进行边际成本分析。
(4)市场分析与预测
准确的市场预测是进行科学化的发电决策的依据。
首先，获取市场信息。包括：历史市场电价，每个交易时段的市场清算价格及其它与市场相关的价格和费用，电价灵敏度，对应的系统负荷水平，发电商的网损系数，系统充裕性评估(PASA)，及其它相关信息等。
其次，搜集市场其它参与者的竞价信息并作出判断。包括：收集其它电厂的差价合约的份额(电厂)以及差价合维的电价；预测其它电厂执行差价合约的情况；对其它电厂的灵敏度分析，如：其它电厂报价将带来的冲击；分析大量数据，找出规律，发现其它电厂报价后，电力交易中心通常会有什么决策；由市场发布的信息倒推出各电厂的报价情况和上网的电量。
然后是本公司执行差价合约的情况和差价合约占本厂的总发电量的比重。此模块中，市场清算电价的预测是其中最主要的功能。
(5)拟定备选方案
从多个角度预测各种可能达到发电公司竞价决策目标的途径，拟定所有可能的解决方案、模型和算法，对方案的优劣有大致的判断，并进行简单的排序；广泛搜集与决策对象及环境有关的信息，包括方案发生的概率和方案实施的成本等；预测每一方案的可能后果等。
(6)发电竞价结算
该结算系统，一方面能够为发电公司提供实时的结算系统；另一方面用于对决策方案进行定量的分析。结算包括：电能交易明细帐、辅助服务明细帐、出力过剩明细帐。
计及差价合约电量的结算公式如下：
R=Pm×(Qm-Qc) Pc×Qc或
R=Pm×Qm (Pc-Pm)×Qc
具体结算计算方法参见《浙江电网发电市场规则》。
(7)进行方案选择及实施
由所有可能的解决方案产生出所有可能的解，根据用户的效用曲线和一些技术指标确定最满意的解。选择的原则，主要指可行性原则、经济性原则、合理性原则。
首先，进行方案初选。指以事备过程为主先进行定量的分析，实现方案的初选，将决策范围缩小，包括：进行方案的预结算，建立方案的损益表，计划的完成情况，利润序列，成本序列，风险度序列等。
然后进行方案复选。指利用DSS技术，考虑用户的主观因素，人与计算机交互进行复选，包括：效用分析，敏感性分析，对市场清算电价的影响度分析，可能的上网段价(段位)分析，可能的收益情况分析，其它电厂的反应等。
选择时，除备选方案原型之外，也可以是另一个方案的修正方案，或综合几个备选方案而得到新的方案。
最后，进行方案实施及申报。包括：对于预调度的方案实施，对于实时调度的方案实施。同时对申报的方案进行监督，及时将实施过程的信息反馈给决策制定者，当发现偏差时，应及时采取措施予以纠正。如果决策实施情况出乎意料，或者环境状况发生变化，应暂停实施决策，重新审查决策目标及决策方案，通过修正目标或者更换决策方案来适应客观形势的变化。实施方案应当具有灵活性。
(8)建立损益表
发电竞价决策带有风险性，需要建立损益表。损益表一般由三部分组成：可行方案、自然状态及其发生的概率、各种行动方案的可能结果。建立损益表的过程就是分析对手对自身的影响的过程，和自己在市场的获益、亏损的情况和概率。
(9)效用概率决策
考虑决策者的主观作用。涉及决策者对待风险的态度，这种态度对决策起到了重要作用；对于相同的期望损益值，不同的发电决策者的反应也是不同的；建立决策人的效用曲线，把决策者对风险态度的变化绘成一条曲线，其中曲线的横坐标代表损益值，纵坐标代表效用值。决策人的效用曲线其实反映了各个发电公司的决策理念，属于发电公司的私有数据，应当予以保密。决策人的效用曲线被用于进行方案的复选。
(10)用户进行决策的基本出发点
由于决策者对自然状态出现的可能性有大致的估计，即存在着“主观概率”；并且，决策者对于每一个行动方案的结果根据自己的兴趣、爱好等价值标准有自己的评价，这个评价构成了行动方案的“效用”。正是基于以上两个基本出发点可以构建发电公司的效用曲线，而不同发电公司的基本出发点不同，所以效用曲线必然不同。
这方面的信息将通过与报价决策人的交流以及总结历史报价的规律而得到。不过，不同的电厂所能获取的信息可能不同，不同信息获取量将直接影响我们将采用的手段、方法及收集信息的成本。
(11)建立专家系统
报价系统要能够具有自学习的能力，能够自己积累经验，具有推理功能，为报价提供专家经验。
3.3.3对于预调度的报价决策实施过程
首先制定预调度的报价目标。通常预调度的目标重点在于：发电公司的利润和财务状况；机

组的检修计划；对中短期发电计划的影响；实现差价合约；备用等辅助服务的考虑；对市场景气程度的预期；风险度的承受能力等。
然后，根据目标拟订方案。由于预调度要考虑的因素较多，而且预调度与实际调度的出入较大，所以拟订的备选方案考虑的角度应尽量的多样，并考虑了各种可能性，且需要大量的人机交互。这些主要体现在段价和段容量的设计上，使得段价和段容量实现起来有比较大的裕度，同时电价阀值的确定较灵活。结算的结果不一定要求是确定性的最优，而只要达到期望的满意度即可，这样冗余性比较好。
方案的选择应将定量和定性分析相结合，但在预调度中略偏向于定性分析。报价后获取调度中心的下达的预调度反馈信息，在规定的期限内及时调整自己的方案。尤其是注意市场的变化，能够推测、分析出其它发电公司的反应情况，做出实时调度时可能出现的最好与最坏的打算。
3.3.4对于实时调度的报价决策实施过程
首先，确定实时调度中报价的目标，这属于超短期目标，一般与预调度的目标性质不同。通常为：尽力实现预调度设计好的方案；在与预调度时的情况出入较大时，不致使自己损失太大，即能及时调整策略；利用已进行的实时调度信息调整一个半小时以后的实时报价，并为下一个交易日的预调度报价作准备；减少受罚的概率。
因为实时调度中，发电公司能够改变的只有段容量（所报的段价已不能再变），而且只能改1个半小时后的报价，所以发电公司要做好1个半小时后的段容量的调整工作，随时等待调度中心的实时调度。该调整要求反应的速度尽量快，因此主要是由计算机来完成，然后经过适当的主观调整产生报价。
实时调度时，发电公司进行调整的段容量与预调度时所报的期望段容量出入不应太大；即便有一定的差距，所获得的期望效益不应相差太大；而且不会对制定下一个交易日的预调度方案产生不利的影响，尤其是对已制定出的下一个交易日的预调度方案。对电价阀值的重视程度很高，同时更多地关注自身机组的运行情况，收集实时的报价数据，为以后的报价积累经验，为建立专家系统服务。进行实时结算，及时反映自己的收益情况。
4结论
发电厂竞价上网辅助决策系统的实现是建立在发电厂现有的技术支持系统基础上的，也就是需要一定的软、硬件配套环境。具体来说，硬件指发电厂内部建有局域网，并能和外部网络（包括省局计算机网络）相连；能够采集机组的实时运行参数，其它生产经营数据（电能等）。软件指计算机网络软件、通信软件、数据采集装置的配套软件等。
发电厂竞价上网辅助决策系统设计必须基于特定的市场规则和具体发电公司的特点而进行设计，这样才能有效地实现用户的期望决策目标。良好的系统设计能够增加用户对电力市场的认识和发电竞价的理解；增强市场竞争意识；提高决策速度，具有灵活性；减少主观处理问题的复杂性和随意性；降低决策成本；丰富知识和积累经验。同时，该系统为发电公司的人员培训市场意识，加强对电力市场的理解，对厂网分开后的电厂经营有比较深入的认识。
5参考文献
1赵遵廉.电力市场运营系统.北京：中国电力出版社，2001.
2文福拴，A.K.David.电力市场中的投标策略.电力系统自动化，2000，24(14)：1~6
3赵学顺.电力市场竞价策略的探讨：［学位论文］.杭州：浙江大学，2000.
4浙江省电力工业局《浙江电网发电市场规划》编制小组.浙江电网发电市场规划.1999，10

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电力系统及其自动化学报