
江健健1,康重庆2,夏 清2
(1.中国南方电网公司电力交易中心,广东省广州市510623)(2.清华大学电机系电力系统国家重点实验室,北京市100084)
摘要:为了规范电力市场中的信息披露行为,电力监管机构会要求电力调度交易中心披露大量市场信息。从数据学习的角度来看,海量的市场交易信息不但无法提供有效的市场交易信息,反而可能导致信息灾难问题。为此,文中对电力市场信息分类方法、披露原则问题进行了定性和定量研究。通过对电力交易计划最优判据的研究,提出了交易计划的关键信息集合的概念和交易公平性判据。关键信息集合是用来判断电力交易合理性的最小信息集合。利用关键信息集合概念确定电力市场披露信息种类,能够大大减少信息披露中的冗余信息,避免出现信息灾难。研究还表明,市场出清价格在判断交易计划公平性时价值不大,而节点边际电价包含了关于电力交易的大量信息,应该成为电力市场信息披露中最重要的数据之一。关键词:电力市场;信息披露制度;关键信息;市场公平性中图分类号:TM 73;F123.9
收稿日期:2006-07-27;修回日期:2006-10-22。
霍英东教育基金会资助项目(104020)。
0 引言
从制度经济学的角度来看,电力市场是一个传递电能商品信息的网络[1]。披露必要的市场信息,一方面可以引导市场成员的电力交易行为,另一方面也可以促进竞争,引导电力工业健康发展。因此,电力市场需要制定高效的电力市场信息披露制度,保证信息的正确性,使市场成员更便捷地获取信息。
为了规范电力市场中的信息披露行为,国家电监会制定并实施了《电力企业信息披露规定》,规定电力企业披露大量信息,包括发电机组基本参数、电网运行情况、线路输电容量、输配网损、输电价格、电
网安全指标等[2]
。此外,一些学者对不同信息条件
下的交易决策模型[3]、电力市场信息系统架构[4]
、信
息披露目标[5]、信息披露与市场监管之间的关系[6]
等问题进行了研究。但却始终没有系统地研究电力市场信息披露中的一个关键问题,那就是电力市场中的哪些信息是判断电力交易计划公平性的最有价值的信息?正是因为这个问题没有解决,我国电力市场改革过程中出现了披露信息不全,或者披露信息过多、过杂的问题。
从信息理论的观点来看,市场披露信息并不是披露数据越多越好,而应该是越有价值越好。数据量的简单增加并不一定能给市场成员提供更多的信息。相反,缺乏市场交易经验、对市场关键信息缺乏认识的市场成员,面对大量未经处理的数据,通常会
面临信息灾难的难题,对海量信息无从下手,无法从大量信息中总结其中的规律和知识。此外,我国电力市场成员目前普遍不了解如何判别电力交易计划的合理性。这些问题都导致市场成员长期无法形成对市场交易的较为统一的看法,市场交易格时间处于动荡状态,达不到稳定均衡状态,严重影响了我国电力市场的模拟效果和运行效率。
目前我国电力市场信息披露制度工作的当务之急是提出电力市场信息的甄别和筛选方法,明确并披露关键信息,剔出冗余信息,提高信息披露的效率。此外,还应该为市场成员提供判断交易计划合理性的方法和手段,发挥市场成员的监督职能,共同维护电力市场中的公平竞争环境。
本文对电力市场中的信息分类方法、披露原则问题进行了定性和定量研究。首先从时效性、信息性质以及信息主体的角度对交易信息进行分类,从提高市场运行效率的角度提出了信息披露的基本原则。然后通过研究交易计划的最优判据,提出了交易计划合理性判别准则及其数学描述,并在此基础上提出了电力交易关键信息集合的概念。
关键信息集合是用来判断电力交易合理性的最小信息集合,包含电力交易计划中最核心的信息。利用关键信息集合确定电力市场信息披露内容,可以大大减少披露信息的数量,避免出现信息灾难。传统观点认为市场出清价格是最重要的市场信息之一,应被及时披露。但本文的研究结果显示,关键信息集合并不包括市场出清价格。相反,节点边际价格包含了电力交易的大量信息。此外,结合所提出
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的交易计划合理性判别准则,市场成员和监管机构可以用最少的披露信息,对电力交易计划进行有效的评估和监督。利用IEEE RTS 系统构造的算例证明了本文的研究结论。
1 信息与电力市场效率
从制度经济学的角度来看,电力市场是一个信息传递的网络,在发电商和负荷用户之间传递电能交易的信息[1]。因此,电力市场中需要制定信息披露制度,使市场成员更便捷地获取正确的市场信息,从而更好地引导电力交易行为,促进竞争,引导电能的生产和使用行为,确保电力工业健康发展,提高系统效率。信息披露制度与市场交易的关系如下:
1)市场披露信息是市场竞争的基础。市场成员的交易决策行为主要基于发布的市场信息和各自的成本。发布正确的电能价格和供求关系信息,是市场成员开展市场交易的前提。
2)披露适当的信息可以增加市场价格的稳定性和市场的有效竞争。现实市场的价格不仅受成本与需求的影响,可能更多地受人们预期的影响,即市场成员对未来市场价格走势看法的影响。因此,披露电力商品的真实价值,能引导市场成员的交易意向,增进市场成员对未来市场走势的共识,从客观上稳定市场价格,确保电力市场的健康和良性发展。
3)向市场成员提供正确的市场信息,能够减少市场成员搜集市场信息的成本,进而提高整个电力市场的交易效率。
4)披露适当的市场信息可以保证公开和透明的市场环境,更有效地监督市场中的交易行为,减少交易合同的控制和执行成本,提高市场效率。
2 电力市场信息分类
电力交易需要市场成员提供大量信息,并在交易过程中产生大量数据。按照不同的标准,可以对这些市场信息进行不同的分类。
1)按信息种类,分为电力系统运行信息(如频率、电压、潮流、线路运行状态等)和电力市场经济信息(如市场需求、市场价格、市场供求关系等)。
2)按信息时效性,分为事前披露信息和事后披露信息。事前披露信息需要在电力市场交易开始前披露,如市场供求信息、电网和机组的检修信息等,市场成员根据这类信息进行报价决策,确定各自的报价。事后披露信息是电力市场交易结果信息,在交易完成后才能获得,如成交量、市场出清价格、节电边际价格、电网潮流、电网阻塞情况等,市场成员根据这类信息判断交易结果是否合理。通过学习这些信息,市场成员还可以获取与电力交易相关的知
识和经验,用于未来的电力交易决策。
3)按提供信息主体,分为电息、发电商信息和负荷用户信号。电息由电网公司掌握,反映电网运行状况,包括电网检修情况、输配电价等。发电商信息反映了发电商的报价和运行情况。
以上电力市场信息分类方法可以用如图1所示的三维图形来描述。相应地,任何一个市场信息都可以根据其分类,确定其3个不同的属性。
图1 电力市场披露信息及其分类Fig.1 Released inf ormation in electricity
market and its categories
3 信息披露制度的基本原则
正是因为信息披露对保证电力市场正常、稳定运行的重要影响,所以要格外引起重视。如果不加选择地向市场成员披露所有信息,会给市场成员带来信息灾难。在面对海量信息时,市场成员往往无从下手,也无法从中获取正确的市场信息和结论。
为提高信息披露效率,披露时应遵循以下原则:1)选择性原则。披露电力市场信息时,并不是信息越多越好。应明确信息披露的目的,根据需要对市场信息进行适当的筛选和选择,披露最有价值和最必要的信息,而不是简单地发布所有信息。
2)正确性原则。披露的市场信息应该是准确、正确的信息。任何经过扭曲的信息,都会因为没有反映电力市场的真实情况,使市场成员产生错误认识,并由此蒙受经济损失。
3)保密性原则。电力市场信息大多包含市场主体的大量私有信息或者商业秘密。例如:报价信息包含报价策略和成本信息。如果披露信息时不考虑保密性原则,就会在信息披露环节泄露市场成员的商业秘密,给市场主体带来不必要的损失。
4)时效性原则。电力市场信息具有时效性,时间越近的数据包含越多的信息量。因此,应尽快发布那些能够反映电力交易规律、促进电力市场稳定运行的市场信息。而那些包含市场主体商业机密的敏感信息,如报价等,就应经过一段保密期后再公布。按照国外电力市场的惯例,保密期为1年到数年。保密期过短,可能无法达到信息保密的目的。
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#学术研究# 江健健,等 电力交易计划的关键信息及合理性判据
4 电力交易关键信息
4.1 电力市场交易通用模型
在一个买卖双方报价的电力市场中,电力交易模型可以抽象为如下形式:f (x ,q )=max
E T
t=
1
E N
B
j=1B j
(x
j,t
)-
E N
G
i=1
S
i
(q i,t
)
(1)
s.t.
E N
G
i=1
q
i,t
=
E N
B
j =1
x
j,t
(2)-P m [A (q t -x t )[P m (3)q -
i [q i,t [q i (4)
x -j [x j,t [x j (5)式中:x j,t 是购电者j 在t 时段的购买量;q i,t 是发电
商i 在t 时段的出售量;B j (x j,t )是购电者j 在t 时段购买量为x j,t 时申报的购电费;S i (q i,t )是发电商i 在t 时段出售量为q i,t 时申报的售电成本;N B 是购电者总数;N G 是发电商总数;T 是计划总时段数;A 是节点功率)线路潮流矩阵;P m 是线路m 的最大传输容量向量。
目标函数式(1)表示电力交易对应的社会福利最大。等号后面第1项表示购电者支付的购电费用,第2项表示发电商获得的售电收入。通过改变式(1)中的B (x )和S (q )函数的数学表达式,可以建立不同结算机制下的电力交易模型[7]。
式(2)为系统负荷平衡约束;式(3)为线路传输容量约束;式(4)为发电商出售量上下限约束;式(5)为用户的购买量上下限约束。
为简化下文的公式描述,本文将以上约束条件做一定简化,认为式(3)~式(5)只有小于等于约束。因此,这3个约束条件简化为以下形式。
A (q t -x t )[P m (6)
q i,t [q i (7)x j,t [x j (8)
需要强调的是,数学上的简化并不会影响本文以下的研究思路。本文以下的研究思路同样适用于未简化的交易模型,只是数学表达式会复杂一些。4.2 电力交易的最优判据
根据式(1)、式(2)、式(6)~式(8)所述模型的Lag rang ian 函数如下:
L =f (x t ,q t )+K
t E N
G
i=1
q
i,t
-
E N
B
j=1
x
j,t
+
E N
L
m=1
{$m,t
[A m (q t -x t )-P m ]}+
E N
G
i=1
[S
i,t
(q i -q i,t )]+
E N
B
j =1
[L
j,t
(x j -x j,t )]
(9)
s.t.
$m,t >0 A m (q t -x t )>P m $m,t =0 A m (q t -x t )[P m S i,t >0 q i,t >q i S i,t =0 q i,t [q i L j,t >0 x j ,t >x j
L j,t =0 x j ,t [x j
(10)
式中:x t 是所有购电者在t 时段的购买量向量;q t 是所有发电商在t 时段的出售量向量;K t 是负荷平衡约束对应的乘子;$m,t 是线路潮流约束对应的乘子;S i,t 是发电商出售量上限约束对应的乘子;L j,t 是用户购买量上限约束对应的乘子。
对以上公式求导,可以得到电力交易计划的库恩)塔克条件(最优的充分条件)如下:
d S i (q i,t )
d q i,t =K t +E N L
m=1$m A
m,i
-S i,t d B j (x j ,t )
d x j,t =K t +
E N
L
m=1
$m
A
m,j
+L j ,t
S i,t (q i -q i,t )=0L j,t (x j -x j,t )=0$m A m (q -x )=0
E N
G
i=1
q
i,t
-
E N
B
j=1
x
j,t
=0
S i,t ,L j ,t \\0
(11)
如果将K t 看做市场出清价格,那么,节点i 的节点边际电价的定义如下:
M i,t =K t +
E N L
m=1
$
m,t
A m,i (12)
将式(10)和式(12)代入式(11),可以得到直观的电力交易最优判据评判标准。
d S i (q i,t )
d q i,t =M i,t q i,t d q i,t >M i,t q i,t =0d B j (x j ,t ) d x j,t =M j,t x j,t d x j,t d x j,t >M j,t x j,t =x j (13) 式(13)是市场成员和监管机构判断电力交易计划的公平性以及合理性的直观判据,对应的物理概念十分清晰。当采用台阶状报价时,对于发电商:申 36 2007,31(5) 需要说明的是,在采用不同的结算机制或其他形状报价曲线时,由于B(x)函数和S(q)函数的含义不同,因此,式(13)的具体物理解释也会不同。 4.3关键信息集合 进一步观察可以发现,式(13)表明:市场主体可以根据少量信息评估电力交易计划合理性。因此,本文提出电力交易关键信息集合的概念。 定义电力市场关键信息集合是评判电力交易结果公平性、合理性和准确性所需的最小的市场信息集合。 式(12)和式(13)表明:节点边际电价信息是电力交易关键信息集合,而利用市场出清价格无法判断交易计划的合理性。 围绕节点边际电价确定披露信息可满足第3节中的各项信息披露原则。 1)选择性原则。式(13)表明节点边际电价是判断交易计划合理性的重要指标,因此,以节点边际电价信息为核心确定市场披露信息,能够在不损害信息量的前提下,最大程度减少披露信息的数量,从而满足选择性原则,避免信息灾难。 2)正确性原则。只要能确保节点边际价格计算准确无误,市场成员就能够根据式(13)判断交易结果是否公平和合理。根据式(12),电力监管机构只需要了解节点功率)线路潮流矩阵、电网潮流以及电网阻塞情况,就能够判断节点边际电价计算是否准确。当市场成员和电力监管机构对交易结果均无异议时,就能够证明电力调度交易中心制定的交易计划是合理的,从而确保披露信息的正确性。 3)保密性原则。在电力交易中,市场成员了解各自报价信息和申报量信息(发电商的d S i(q i,t)/ d q i,t和q i,负荷用户的d B j(x j,t)/d x j,t和x j)。因此,发电商和负荷用户只需要了解节点边际电价信息,就能够自行判断电力交易计划的合理性,而无需了解其他市场成员报价、申报容量等信息。因此,以节点边际电价作为披露的关键信息,能够避免泄露市场成员的报价、申报量等商业机密信息,满足保密性原则。 4)及时性。在交易计划完成后,电力调度交易机构能马上披露节点边际电价信息,从而确保披露信息的时效性。 5披露信息的选择 目前电力市场中存在不同的结算机制,如按市场出清价格结算、按节点边际价格结算以及按市场成员报价结算[7]。虽然不同结算机制下的交易计划模型不同,但其基本原理与式(1)、式(2)、式(6)~式(8)所述模型类似。因此,各类电力市场均可以以式(12)和式(13)为基础原则,围绕节点边际价格,确定需披露的关键信息,并由电力监管机构判断节点边际电价的准确性,由市场交易主体判断交易计划的合理性。 电力调度交易中心针对不同主体披露不同的信息,向市场成员披露的关键信息有节点边际价格、市场主体各自成交价格、成交量,向交易中心披露的关键信息有市场出清价格、节点功率)线路潮流矩阵、线路阻塞情况。如果交易计划中不包含节点边际价格,电力调度交易中心应该在计算出节点边际价格后向市场成员披露。在上述所示关键信息的基础上,电力调度交易中心可以根据每个市场的不同,增加其他补充信息。 6算例 本文利用IEEE RTS系统数据构造了电力交易算例,验证利用关键信息判断交易计划合理性的可行性。为了简化算例的分析过程,算例中的电力市场采用Poo l交易模式,不考虑负荷侧报价。算例采用了文献[8]中的26台机组的数据和文献[9]中的节点负荷分布数据。机组按照各自发电成本申报电价。 算例在市场需求为2850M W时设计了3个场景(如表1所示),用来比较不同电网阻塞情况下,利用节点边际价格构造的关键信息在判断交易结果合理性时的效果。 表13种场景及其市场出清价格 Table1Three scenarios and corresponding m arket clearing prices 场景场景说明 市场出清价格/ (美元#(M W#h)-1) 1无阻塞23.217 2 线路10传输容量102.94M W, 发生阻塞 23.230 3 线路10和18传输容量为 102.94M W和220M W,发生 阻塞 25.950 3种场景及其交易结果信息如表2所示。 37 #学术研究#江健健,等电力交易计划的关键信息及合理性判据 表2 3种场景及其交易结果信息Table 2 Trade results of three scenarios 机组编号场景1 机组出 力/M W 机组出力对应 电价/(美元# (M W #h)-1) 节点边际价格/(美元#(M W #h)-1) 场景2 机组出 力/M W 机组出力对应 电价/(美元# (M W #h )-1)节点边际价格/(美元#(M W #h)-1) 场景3 机组出 力/M W 机组出力对应 电价/(美元# (M W #h)-1)节点边际价格/(美元#(M W #h )-1) 1025.6123.220.0025.6123.2312.0025.8425.952025.7423.220.0025.7423.2310.2425.9525.953025.8723.220.0025.8723.23 5.2925.9525.954026.0023.220.0026.0023.230.0026.0025.955026.1323.220.0026.1323.230.0026.1325.956037.5823.220.0037.5823.230.0037.5825.957037.7023.220.0037.7023.230.0037.6925.958037.8123.220.0037.8123.230.0037.8125.959037.9323.220.0037.9323.230.0037.9225.95107613.4323.2276.0013.4323.2376.0013.4225.95117613.4623.2276.0013.4623.2376.0013.4525.95127613.4923.2276.0013.4923.2376.0013.4825.95137613.5123.2276.0013.5123.2376.0013.5125.951410018.0823.22100.0018.0818.22100.0018.0718.221510018.1823.22100.0018.1818.22100.0018.1718.221610018.2723.2228.3418.2218.2228.3418.2218.221715510.7623.22155.0010.7623.23155.0010.7625.951815510.7823.22155.0010.7823.23155.0010.7825.951915510.8123.22155.0010.8123.23155.0010.8124.872015510.8323.22155.0010.8323.23155.0010.8324.872119723.0423.22197.0023.0423.23197.0023.0423.222219723.1423.22197.0023.1423.23197.0023.1423.22238223.2223.22153.6623.2323.23126.1323.2223.222435010.23.22350.0010.23.23350.0010.24.87254007.5223.22400.007.5223.23400.007.5225.9526 400 7.53 23.22 400.00 7.53 23.23 400.00 7.53 25.95 观察表1和表2可以发现,即使在相同的市场需求下,在场景2和场景3中的市场成员均无法利用市场出清价格和各自交易结果判断交易结果的合理性和公正性,也无法根据这2个信息判断电力交易的宏观走势。因此,披露市场出清价格对于市场成员的意义不大,不应该作为电力市场的关键信息。 利用节点边际电价和式(13)描述的判据,市场成员和电力监管机构则能够直观地判断出交易结果的合理性,表明节点边际电价包含更多的市场交易信息,应该作为信息披露中的关键信息。 在不同结算形式下,式(12)的数学表达式不同,但判据的基本形式相同,结论也相同。 7 结语 我国在制定电力市场信息披露制度时,往往出现披露信息不全,或者披露信息过多、过杂的问题。此外,市场成员对市场关键信息也缺乏认识,无法从大量信息中总结出其中的规律和知识,不能形成对 市场交易较为统一的看法,导致市场交易格时 间处于动荡状态,无法达到稳定均衡状态,严重影响了我国电力市场的模拟效果和运行效率。要解决这一问题,需要首先明确电力交易中的关键信息,并为市场成员提供学习、判断和利用披露信息的方法和手段。 为此,本文对电力市场中的信息分类方法、披露原则问题进行了定性和定量研究。从时效性、信息性质以及信息主体的角度对交易信息进行了分类,提出了信息披露时应遵循的基本原则,并在电力交易基本数学模型的基础上,通过研究交易计划的最优判据,提出了电力交易关键信息集合的概念和信息判别准则。关键信息集合是用来判断电力交易合理性的最小信息集合,能够反映电力交易中最有价值的信息。利用关键信息集合确定电力市场中的披露信息,可以大大减少电力市场披露的信息数量,避免出现信息灾难。 传统观点认为市场出清价格是应该被及时披露的最重要的市场信息之一。但本文的研究结果显示,关键信息集合并不包括市场出清价格。相反,节 38 2007,31(5) 点边际价格包含了电力交易的大量信息。利用IEEE RTS 系统构造的算例也证明了本文的研究结论。 在电力市场改革初期阶段,市场信息披露制度对电力市场运行效率会产生很大影响。本文在这方面进行了初步的研究和尝试,希望研究结果能对我国的电力改革提供有益的作用。 参考文献 [1]柯武刚,史漫飞.制度经济学:社会秩序与公共.韩朝华,译. 北京:商务印书馆,2000. 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T his wo rk is suppor ted by t he F ok Ying -T o ng Education F oundatio n (No.104020).Key words:electricity mar ket;infor mation r eleasing mechanism;key infor matio n;market fair ness 39 #学术研究# 江健健,等 电力交易计划的关键信息及合理性判据d S i (q i,t )
