2O04年 l0月
第27卷第 1O期
重 庆 大 学 学 报
Journal of Chongqing University
Oct．20O4
Vo1．27 No．1O
文章编号：1000—582X(2004)1O一0160—04
Power Pool模式电力市场最优备用容量及定价‘
陈 其 安 ，张 宗益，杨 秀 苔
(重庆大学 经济与工商管理学院，重庆 400030)
摘 要：Power Pool模式电力市场中最优备用容量的确定及其定价问题是非常重要和复杂的。文
中在有关研究文献的基础上，建立了最优备用容量模型，并根据该模型研究了最优备用容量的定价和用
户侧电价的确定问题。研究结果表明，某时段的最优备用容量完全由该时段的电力负荷需求量概率分
布、单位余电损失和单位缺电损失决定；最优备用容量的价格可由实际上网电价和预测负荷需求电价决
定：用户侧预期电价由带网损的结算电价、Power Pool合理收益和预期额外损失组成。
关键词：电力联营体；电力市场；最优备用容量；定价
中图分类号 ：F202 文献标识码 ：A
根据电力发展的实际水平，中国将实行以 Power
Pool为核心的电力市场模式。在 Power Pool电力市场
中，相互独立、相互竞争、实力相当的多个发电厂商是
电力生产者，用户是电力最终消费者，Power Pool是发
电厂商和用户之间的中介。Power Pool在某时段应该
从发电厂商购买多少电力才能满足该时段的用户需求
呢?如果购买量大于用户需求量，那么 Power Pool将
为购买后未启用的机组进行补偿，这显然将增加实际
购电成本；如果购买量小于用户需求量，那么 Power
Pool为保证电力系统的平衡和安全运行，不得不临时
以高价从发电厂商购买电力或赔偿缺电用户的损失，
这也将提高 Power Pool的购电成本。Power Pool电力
市场的通常做法是，Power Pool首先按照一定的方法
预测出某时段的电力负荷需求，然后再在该预测需求
负荷上加上一个备用容量，将二者之和作为该时段的
电力负荷需求并以此为标准在发电侧电力市场上通过
竞价上网购买电力。那么，这个备用容量应该取多大、
应该如何为这个备用容量提供 的电能定价才能使
Power Pool以最小的代价确保电力系统的安全运行
呢?这是一个值得研究的问题。
在有关的电力市场研究文献中，涉及最优备用容
量及其定价问题的研究并不多，大多是在研究电力市
场的定价和风险规避问题。李灿等⋯研究了 Power
Pool中发电公司的报价策略；黄日星等 提出了基于
累计式自回归滑动平均模型(ARIMA)和人工神经网
络(ANN)的系统边际价格(SMP)预测方法；余尔铿
等-3 描述了完整的电力市场竞价模型，提出全国统一
边际成本结算时的竞价原理是等报价原则，按发电机
组实际报价结算时的竞价原理是发电成本等微增率准
则，指出经典经济调度程序可直接用于电力市场竞价；
温步瀛等 综述了世界上现行电力市场辅助服务的
定义、主要内容、市场模式和定价方法，总结了频率调
整、旋转备用和无功／电压支持等主要辅助服务的特点
及其分类计价方法；汤振飞等 提出用风险管理的方
法来管理电力市场的安全，并基于安全性和经济性的
优化平衡来确定最优的安全服务定价；言茂松等 发
展了电力市场的当量电价原理和体系，提出了电力市
场稳定性的4个概念和问题；张宗益和杨秀苔 介绍
了电力系统生产模拟的主要原则和基本方法，提出了
基于多正态分布的概率生产模拟直接算法，并利用该
方法来评估电力生产费用和缺电指标 LOLP和EENS；
Green R J和Newbery D M 研究了英国电力市场(典
型的 Power Pool电力市场)的竞争状况；Hung—po
Chao和 Hillard G Huntington 研究了竞争性电力市场
的设计问题；Marija Ilic，Francisco Galiana，和 Lester
Fink-】 从工程与经济角度研究了电力系统的重组问
题；等等。所有这些研究都为电力市场的建立和电力
市场中的电力定价提供了理论依据，同时也为最优备
用容量及其定价研究打下了基础。
· 收稿日期：2004—06—23
作者简介：陈其安(1968一)，男，重庆綦江人，重庆大学博士研究生，主要从事技术经济及管理研究。
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第27卷第 10期 陈其安 等： Power Pool模式电力市场最优备用容量及定价 161
1 最优备用容量模型
I．I Power Pool电力市场模式(如图 1)
图 】 Power Pool电力市场模式
1．2 一些假设条件
1)电力供大于求，电力市场上有足够多的发电厂
商和富裕的装机容量。
2)电力市场发电侧不存在处于绝对垄断地位的
发电厂商，发电厂商之间是相互独立、相互竞争的，不
存在发电厂商合谋哄抬发电侧上网电价的现象。
3)电力市场上的所有电力电量交易都通过 Power
Pool进行，而且在发电侧通过竞价上网按边际电价机
制确定电价，上网电价能反映发电厂商的发电成本水
平，不存在所有发电厂商申报上网电价全部相同的情
况；用户侧电价则受到国家严格管制。
4)一天(24 h)被分为 M个时段，每个时段的长
度为L h(在一般情况下， 可为0．5 h、0．25 h甚至更
短)，M L=24 h。
5)电力市场上有 n个独立发电厂商 GE。、GE 、
⋯ ⋯
、GE ，共装铸有 ，v台发电机组 GM。、GM 、⋯⋯、
GM ，每台发电机组的装机容量及其在 t时段(t=1，2，
⋯ ⋯
，M)的申报上网容量、发电量和电价如表 1所示。
表 】 每个发电厂商的基本电力数据
其中，GVi(t)≤GV,(i=1，2，⋯⋯，，v)。
6)t时段的电力负荷需求量 是一个随机变量
(一般可设其为正态变量)，其概率密度函数为 ( )
(≥0)，X E7．(D ⋯D 。 )，D 是 t时段可能的最小容
量，D 是t时段可能的最大容量。t时段的电力负荷
需求预测值 “(t)就是随机变量 的期望值，即
H(￡)=1 ．Y厂( )d．Y 而且l X)dX：l
J¨】itl D⋯i
相应地，t时段的电力需求量预测值就是 “(t)
：{：Lo
7)t时段的电力备用容量设为 G(t)，备用电量相
应为 G(t) L。
8)当t时段的实际负荷 小于负荷需求预测值
与备用容量之和 u(t)+G(t)时，Power Pool由于要对
被录用但未被实际启用的过剩机组进行必要的补偿，
所以需要支付超过实际购买电量的额外费用，假设该
余电损失为 SS(元／kWH)；而当 t时段的实际负荷
大于负荷需求预测值与备用容量之和 u(t)+G(t)
时，为了保证电力系统的供需平衡和安全运行，Power
Pool必须临时以高价(高于竞价上网电价)雇佣原来
未获上网资格的发电机组上网发电，以满足超额负荷，
所以也需要承担一定的损失，假设该缺电损失为
(元／kWH)。
1．3 最优备用容量模型
在上述假设条件下，Power Pool的预期额外损失
ES可表示为
= f． ((“(￡)+G(t))一 )：5：L SS ) +
f (X一(“(t)+G(t))) ：l=IS X)dX
(1)
由最优化的一阶条件 =0，得
f ． ss：!： X)dX一0一 JDm in 。
，
f L IS X)dX=0
X)dX (2)
进而，可将最优备用容量表示为：
G (￡)= ( )一u(￡) (3)
其中，H( )表示 的函数。而且
dSS = SS
．
≤ 。 ( +，S) 。厂(u(￡)+G (￡))
dG f t、 SS 1
丽 ． 而 ≥0
可见，t时段的最优备用容量 G (t)完全由电力
负荷需求量概率分布 )、单位余电损失 ss、单位缺
电损失 决定，而且是单位余电损失SS的减函数，是
单位缺电损失 的增函数，在一般情况下，IS>~SS。
由于t时段的电力负荷需求量 的概率密度函数
)或概率分布函数 ( )很容易由历史数据推测得
到，所以，只要确定了单位余电损失 SS和单位缺电损
失 ，就能够方便地通过式(2)或(3)求出t时段的最
优备用容量 G (t)，然后，再将 G‘(t)代人式(1)即可
求出最小的预期额外损失 。
2 最优备用容量定价
在确定了最优备用容量 G’(t)后，必须对其进行
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定价。备用电量的定价原则有3个：1)备用电量价格
不能高于实际上网电量价格；2)为备用电量提供的补
偿足以使发电厂商愿意提供备用电量；3)使 Power
Pool为备用电量付出的代价最小。
将发电机组按 t时段的申报上网价格进行排序，
不失一般性，假定其顺序为 GM 、GM 、⋯⋯、CM ，
(GP。(￡)≤GP2(￡)≤⋯≤GP (t))。再假设 为 ￡时
段的实际负荷需求量，P (￡)为备用电量价格(元／
kWH)，P(t)为实际上网电量价格(元／kWH)。
一 1
∑c (￡)<u(￡)≤∑G (￡)
取 P (￡)=GP (t)，即P (￡)为预测负荷需求量 u
(t)的边际电价。
l·l m
∑G (￡)< ≤∑G (￡)
取 P (￡)=GP (￡)，即P (t)为实际负荷需求量
的边际电价。
h一1 h
∑G (￡)<u(￡)+G (￡)≤∑G (￡)
取 P (t)=GP^(￡)，即 P^(￡)为预测负荷需求量 u
(￡)与最优备用容量 G (t)之和的边际电价。
当以 ≤u(￡)时，取 P (t)=P(t)=P (t)，即备
用电量价格与实际上网电量价格相同，单位余电损失
为P (t)。
当u(￡)< ≤u(￡)+G (t)时，取 P (t)=(P
(￡)+P (￡))／2，P(t)：P (￡)，即备用电量价格低于
实际上网电量价格，单位余电损失为 P’(t)。
当X >u(￡)+G (￡)时，原来通过竞价上网录用
的机组(容量为 u(￡)+G’(t))提供的电量按价格 P
(t)结算，P(t)：P (￡)，过剩需求部分(容量为 一
(u(￡)+G (￡)))提供的电量以更高的价格结算。此
时的备用容量全部被启用，没有余电损失，其单位缺电
损失大于P (t)。
按照上述定价方法，当实际负荷需求量较少时，不
致使对备用电量的补偿太少；而当实际负荷需求量较
大时，又不致使对备用电量的补偿太多。
3 用户侧电价的确定
用户侧电价虽然受到国家的严格控制，但也不是
完全固定不变的，其要能反映电力系统当前的生产技
术水平，可在一定范围内变化。
根据边际电价机制和上述介绍的最优备用容量定
价原则，用户侧电价可表述如下：
设 OL为网损率，P(t)为上网结算电价，PP(t)为用
户侧电价，尺为 Power pool的合理收益 (包含 Power
pool的运行成本)，则当t时段的实际上网电量为 时
的用尸侧电价为：
PP( 等 +尺
t时段的预期电价为：
E(脚 ( ) =
+ 翱 +
， nm
J R X)dX=
J D
+尺 + =
+尺+ E(专) (4)
可见，t时段的预期用户侧电价有 3部分组成：带
网损的结算电价 、Power poo1的合理收益 R和预
期额外损失 E( )。当用户侧电价受到严
格管制时，Power pool可通过降低网损和发电侧上网
电价、减少额外损失等措施来扩大利润空间。
4 数据算例
假设单位缺电损失 ／S为 1．0元／kWH，单位余电
损失SS为0．1元／kWH，时段长度 为0．5 h，电网平
均线损率为 l％。t时段的电力负荷需求量 X最大为
250万 kW，最小为 150万 kW，且近似满足正态分布，
其概率密度函数为：
⋯ ，、 f e一 X E[150，250] )
： { ’
【 0 其它
显然，有
J。5Of(x)ax：l，u(￡) Jl50 Xf(X)dX=200(万kW)
由式(2)，可得
．／ lS "
e一 d = 一o-
IT 25 o 2 术 u·上+l·u
令 y：X—- 2
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00
，有
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等dy= -0_865 7
IT l 03 J|2 2 ·
可得到最优备用容量 G (t)=30．5万 kW，即最
优备用率为 15．25％。
再由式(1)，可得
ES =I． (230．5一 )$0．5$0．1$ X)dX+ J15o 。
I (X一230．5)$0．5$0．1$ X)dX= J230
． 5 。
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1．846 96(万元)
再由式(4)，可得 t时段的预期用户侧电价为：
E(PP(￡))= +尺+
0 1 0 01 2 00 =躲0 99+尺+0_Ol9 ．5 (一．) ． ⋯⋯⋯
当实际上网电量电价 P(t)=0．1元／kWH、Power
pool的合理收益R=0．1元／kWH时，t时段的预期用
户侧电价为0．22 kWH；同时，如果规定用户侧电价
不高于 0．3元／kWH，那么，Power pool的合理收益空
问为0．1 8元／kWH。
最优备用电量价格由 X (实际电力需求量)与
u(t)(预测负荷需求量 200万 KW)和 u(t)+G’(t)
(预测负荷需求量与最优备用容量之和230．5万 kW)
之问的关系得到。
5 结 论
电力市场中最优备用容量的确定及其定价问题是
非常重要和复杂的，文中结果表明，某时段的最优备用
容量完全由该时段的电力负荷需求量概率分布、单位
余电损失、单位缺电损失决定，而且是单位余电损失的
减函数，是单位缺电损失的增函数；最优备用容量的价
格可由实际上网电价和预测需求负荷电价决定；用户
侧预期电价由带网损的结算电价、合理收益和预期额
外损失组成。
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Optimal Standby Capacity and Its Valuation in Power Pool
CHEN Qi—an，ZHANG Zong-yi，YANG Xiu—tai
(College of Economics and Business Administration，Chongqing University，Chongqing 400030，China)
Abstract：The problem of optimal standby capacity and its valuation in Power Pool is very important and complicated．
0n the basis of researching literatures concerned． this paper constructs an optimal standby capacity model and researches
the problem of pricing optimal standby capacity and determining power price on the user side．The result shows that the
optimal standby capacity at some pcriod t is completely determined by the probability distribution density function of
power load demand at this period and surplus power loss and insufficient power loss
， and the price of optimal standby ca—
pacity is determ ined by real power price of entering power grid and the power price of forecasting load demand，and the
expected power price on the user—．side consists of the settlement price with grid loss on generation．．side and reasonable
gains and expected additional loss．
Key words：Power Pool；power market；optimal standby capacity；valuation
(编辑 刘道芬)
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