基于sharply值的輸電損耗分配 畢業(yè)論文.doc

杭州電子科技大學(xué)本科畢業(yè)論文摘 要公平競爭是電力市場最重要和基本的原則，輸電網(wǎng)的損耗對(duì)電力市場成員有很大的影響。如何科學(xué)、公平、合理地確定各市場成員應(yīng)承擔(dān)的網(wǎng)損，是當(dāng)前電力市場改革所要解決的重要問題之一。本論文對(duì)電力市場環(huán)境下的網(wǎng)損分?jǐn)倖栴}展開了理論分析，包括網(wǎng)損分?jǐn)偟幕舅枷牒驮瓌t，國內(nèi)外主要的網(wǎng)損分?jǐn)偡椒ú?duì)比了這些方法的優(yōu)缺點(diǎn)，著重研究博弈論原理的雙邊交易模式市場網(wǎng)損分?jǐn)偡椒ㄖ蠸hapley值分?jǐn)偡āＭㄟ^算例分析，驗(yàn)證了此方法的可行性和有效性，并對(duì)網(wǎng)損分?jǐn)偡椒ㄑ芯康奈磥戆l(fā)展趨勢進(jìn)行了展望。關(guān)鍵詞：電力市場；網(wǎng)損分?jǐn)?；雙邊交易；博弈論；Shapley值A(chǔ)BSTRACTIt is essential principle to keep competition fair in electricity market and the transmission losses affect the participators largely.It is one of the important issues to allocate transmission loss to market participants reasonable. Loss allocation method is studied deeply in this paper.The basic ideas and fundamentals are analyzed.The existed loss allocation methods are studied and their advantage and shortfall are compared.Based on game theory,a study of loss allocation in the bilateral trades electrical market is carried through.The calculation result of the example proves the validity of this method.At last,the prospect of the loss allocation methods is advanced.Key words： Electricity market; Loss allocation;Bilateral trade;Game theory;Shaply目 錄摘 要1ABSTRACT01緒論111 我國及國外電力市場的現(xiàn)狀和發(fā)展11.2 發(fā)展帶來的電力系統(tǒng)分析新課題網(wǎng)損分?jǐn)倖栴}21.2.1 網(wǎng)損分?jǐn)倖栴}的提出21.2.2 網(wǎng)損分?jǐn)偟幕驹瓌t和思想31.2.3 網(wǎng)損分?jǐn)偟某Ｓ梅椒?1.3 本論文主要內(nèi)容及工作62 博弈論在電力市場中的應(yīng)用72.1 博弈論簡介72.1.1 博弈論的發(fā)展72.1.2 博弈論的分類72.2博弈論與電力市場82.3 合作博弈論在網(wǎng)損分?jǐn)傊械膽?yīng)用93 Shapley值法網(wǎng)損分?jǐn)?13.1 雙邊交易模式市場中網(wǎng)損分?jǐn)偟南嚓P(guān)問題113.1.1網(wǎng)損的交叉產(chǎn)生問題113.1.2合同的交易次序問題113.2 Shapley值的數(shù)學(xué)意義113.3 雙邊交易模式網(wǎng)損分?jǐn)?24算例分析144.1 系統(tǒng)描述144.2 計(jì)算過程154.3 結(jié)果分析164.4 交易合并后的結(jié)果與分析174.5 Shapley值網(wǎng)損分?jǐn)偡ㄅc平均網(wǎng)損分?jǐn)偡▽?duì)比185 結(jié)論19致 謝20參考文獻(xiàn)211 緒論1.1 我國及國外電力市場的現(xiàn)狀和發(fā)展 電力市場化是一個(gè)世界性的變革，是電力工業(yè)在經(jīng)歷了百余年平穩(wěn)發(fā)展之后，面臨的一次歷史性的大沖擊。在20世紀(jì)90年代初期，以英國為首的主要發(fā)達(dá)國家和一些發(fā)展中國家不同程度地開始著手進(jìn)行電力體制改革，備受矚目的國家有英國、新西蘭、美國、澳大利亞、挪威、瑞典等國家。到目前為止，已有眾多的國家都在積極探索適合本國國情的市場化電力改革之路，其間積累了不少的成功的經(jīng)驗(yàn)和失敗的教訓(xùn)。 英國的電力市場運(yùn)營實(shí)踐和發(fā)展一直為世界所矚目。英國電力市場在經(jīng)歷了私有化過程及建立Pool模式的市場結(jié)構(gòu)后10年后，又在公共事業(yè)法案2000的指導(dǎo)下實(shí)施了巨大的改革，電力市場的框架和工業(yè)結(jié)構(gòu)發(fā)生了根本變化：設(shè)立了新的管理機(jī)構(gòu)，實(shí)施了新的電力交易規(guī)則NETA；將配售電業(yè)務(wù)分開，實(shí)現(xiàn)了用戶側(cè)市場的完全開放；引入了新的經(jīng)營執(zhí)照標(biāo)準(zhǔn)；重新規(guī)定了所有市場參與者的權(quán)力和義務(wù)。 英國新的電力市場模式給英國電力工業(yè)帶來了新的生機(jī)和活力。這種全新的市場機(jī)制實(shí)行以來，取得了顯著的成效，主要體現(xiàn)在電價(jià)明顯下降、系統(tǒng)運(yùn)行平穩(wěn)、用戶擁有更多的主動(dòng)權(quán)、其利益得到了保證。而其存在的問題主要是在競爭更加激烈的市場機(jī)制下，一些發(fā)電企業(yè)和電力公司遇到了競爭的壓力而難以為繼，市場規(guī)則在某些方面還不盡完善。 北歐電力市場是迄今為止世界上唯一的一個(gè)具有實(shí)質(zhì)性意義的多國電力市場，它只設(shè)立了唯一的一個(gè)交易機(jī)構(gòu)北歐電力聯(lián)營公司，為北歐聯(lián)營市場的參與者提供了交易平臺(tái)。分屬于4個(gè)國家的5個(gè)主干電網(wǎng)公司設(shè)立了電力調(diào)度機(jī)構(gòu)輸電系統(tǒng)運(yùn)營者(TSOs)，負(fù)責(zé)實(shí)時(shí)市場和輔助服務(wù)市場的運(yùn)營，各國國內(nèi)的區(qū)域電網(wǎng)公司和地方電網(wǎng)公司也設(shè)有電力調(diào)度部門，服從上一級(jí)主干電網(wǎng)公司的統(tǒng)一調(diào)度。目前，北歐電力市場包括集中的北歐聯(lián)營市場、電力批發(fā)市場、零售市場，以及實(shí)時(shí)市場和輔助服務(wù)市場。非強(qiáng)制性的電力聯(lián)營交易市場與物理合同的或金融合同的雙邊市場和OTC(即柜臺(tái)交易)市場展開競爭、所有品種電力商品的市場都向用戶開放，是北歐電力市場的最重要特征。 在美國，現(xiàn)階段電力市場運(yùn)營的成功樣板是PJM電力市場。在PJM電力系統(tǒng)中，電網(wǎng)的所有權(quán)獨(dú)立，但電力調(diào)度機(jī)構(gòu)與電力交易機(jī)構(gòu)是一體化運(yùn)作的，統(tǒng)稱為聯(lián)絡(luò)辦公室。PJM電力市場可細(xì)分為電能量市場、容量信貸市場、金融輸電權(quán)市場和輔助服務(wù)市場。其中，容量信貸市場在引導(dǎo)發(fā)電公司的行為、提供長期的經(jīng)濟(jì)信號(hào)、激勵(lì)外部資金的進(jìn)入等方面發(fā)揮著重要作用。 在澳大利亞，1993年3月，新南威爾士州電力市場正式投入運(yùn)行；1998年12月，澳大利亞國家電力市場開始運(yùn)作，取代了各州的電力市場。澳大利亞國家電力市場采取以電力聯(lián)營體為核心的批發(fā)市場模式，與英國早期的POOL最大的不同是供電方同時(shí)參加電力聯(lián)營市場的競爭。 縱觀國際上的電力改革進(jìn)程，越來越多的研究人員已經(jīng)認(rèn)識(shí)到：沒有普遍適用的電力市場模式，必須根據(jù)本國的具體情況進(jìn)行探索，北歐、英國、美國PJM等較為成功的電力市場實(shí)例可以作為借鑒，但也不能全盤照搬。 隨著我國經(jīng)濟(jì)的發(fā)展、電力供需形勢的變化和科學(xué)技術(shù)水平的提高，引入競爭機(jī)制、逐步走向市場化運(yùn)作，已成為電力工業(yè)發(fā)展的大趨勢。上個(gè)世紀(jì)90年代末，我國的電力工業(yè)也逐漸走上了市場化的發(fā)展道路。 國務(wù)院在2002年4月頒發(fā)的我國電力體制改革方案，進(jìn)一步明確了改革的總體目標(biāo)和任務(wù)。方案指出：“改革的總體目標(biāo)是：打破壟斷，引入競爭，提高效率，降低成本，健全電價(jià)機(jī)制，優(yōu)化資源配置，促進(jìn)電力發(fā)展，推進(jìn)全國聯(lián)網(wǎng)，構(gòu)建政府監(jiān)管下的政企分開、公平競爭、開放有序、健康發(fā)展的電力市場體系?！笆迤陂g電力體制改革的主要任務(wù)是：實(shí)施廠網(wǎng)分開，重組發(fā)電和電網(wǎng)企業(yè)；實(shí)行競價(jià)上網(wǎng)，建立電力市場運(yùn)行規(guī)則和政府監(jiān)管體系，初步建立競爭、開放的區(qū)域電力市場，實(shí)行新的電價(jià)機(jī)制；制定發(fā)電排放的環(huán)保折價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，形成激勵(lì)清潔電源發(fā)展的新機(jī)制；開展發(fā)電企業(yè)向大用戶直接供電的試點(diǎn)工作，改變電網(wǎng)企業(yè)獨(dú)家購買電力的格局；繼續(xù)推進(jìn)農(nóng)村電力管理體制的改革”。 2002年12月29日，中國電力工業(yè)新組建(改組)的國家電網(wǎng)公司，南方電網(wǎng)公司，5家發(fā)電公司和4家輔業(yè)集團(tuán)公司在北京正式成立。同時(shí)，國家電力監(jiān)管委員會(huì)成立，電力監(jiān)管體制正式成立并運(yùn)行。目前，我國電力“廠網(wǎng)分開”改革已基本完成，五大發(fā)電集團(tuán)在發(fā)電側(cè)市場中占據(jù)了市場份額的絕對(duì)比例，兩家電網(wǎng)公司擁有并負(fù)責(zé)我國輸配電網(wǎng)的運(yùn)營。2004年1月和5月，東北、華東兩大區(qū)域電力市場先后投入模擬運(yùn)行，標(biāo)志著中國電力市場化改革又邁出了重要一步。2005年5月，東北區(qū)域電力市場開始按照年度和月度競價(jià)結(jié)果調(diào)電，進(jìn)入到“競價(jià)上網(wǎng)”實(shí)施階段；年內(nèi)我國還將陸續(xù)建立南方、華中、西北和華北等4個(gè)區(qū)域電力市場，初步形成競爭、開放的區(qū)域電力市場，充分發(fā)揮市場在電力資源配置中的基礎(chǔ)性作用?？梢哉f，我國電力工業(yè)正在沿著規(guī)范的市場化改革道路健康地發(fā)展前進(jìn)。1.2 發(fā)展帶來的電力系統(tǒng)分析新課題網(wǎng)損分?jǐn)倖栴}1.2.1 網(wǎng)損分?jǐn)倖栴}的提出 網(wǎng)損是輸電環(huán)節(jié)中一個(gè)重要的問題。在輸送電力過程中，電網(wǎng)的各個(gè)組成部分包括導(dǎo)線、變壓器等，均將產(chǎn)生有功損耗而損失電量。傳統(tǒng)上，電力企業(yè)用廣泛和統(tǒng)一的方式來考慮系統(tǒng)損耗，通常將該損耗稱為網(wǎng)損，網(wǎng)損大約占發(fā)電量的4%10%。 網(wǎng)損向來是電力系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行中的一個(gè)重要問題。在傳統(tǒng)垂直壟斷的電力體制下，網(wǎng)損問題主要表現(xiàn)在兩個(gè)方面，一是采取措施減少網(wǎng)損；一是進(jìn)行計(jì)及網(wǎng)損的經(jīng)濟(jì)調(diào)度。對(duì)于網(wǎng)損分?jǐn)倖栴}，似乎并無過多關(guān)注。有些國家的做法是將全部網(wǎng)損相關(guān)成本計(jì)入銷售電價(jià)中，用戶實(shí)際是在按照購電量的多少分?jǐn)偩W(wǎng)損，而有些國家是由電力公司制訂各用戶的峰谷和不同季節(jié)的網(wǎng)損調(diào)整因子來向各用戶分?jǐn)傠娔軗p耗。在電力市場環(huán)境下，發(fā)電、輸電和配電業(yè)務(wù)可以分開經(jīng)營。輸電成為一種特殊的業(yè)務(wù)，向獨(dú)立發(fā)電廠或電力批發(fā)商提供服務(wù)，或?yàn)槠渌娏咎峁┺D(zhuǎn)運(yùn)服務(wù)，這些市場成員都成為輸電系統(tǒng)的用戶。這樣就會(huì)涉及定義對(duì)這些用戶的服務(wù)項(xiàng)目和確定過網(wǎng)費(fèi)等問題。在這種情況下，用戶不僅要知道整個(gè)電網(wǎng)的潮流分布，而且要知道在各種運(yùn)行下他們對(duì)電網(wǎng)輸變電設(shè)備的利用份額是多少，網(wǎng)損應(yīng)如何分?jǐn)偟?。電力工業(yè)走向市場化后，市場成員會(huì)特別關(guān)注自身利益和市場的公正，不同的計(jì)算和分?jǐn)偡椒〞?huì)造成不同電網(wǎng)用戶間分?jǐn)偙壤牟町惡艽?。因此，如何進(jìn)行統(tǒng)一的精確計(jì)算和公平分?jǐn)?，就成了市場成員特別關(guān)注的問題。此外，如何將網(wǎng)損合理分?jǐn)傄彩请娋W(wǎng)運(yùn)營者(也稱獨(dú)立系統(tǒng)運(yùn)營者，簡稱ISO；或者區(qū)域輸電運(yùn)營者，簡稱RTO)面臨的主要問題之一，這是關(guān)系到電力市場能否良性發(fā)展的關(guān)鍵問題之一。為了將網(wǎng)損公平地分?jǐn)偨o各市場成員，需要更加詳細(xì)地依據(jù)各用戶的不同電壓等級(jí)、不同位置來公平、合理地分?jǐn)偩W(wǎng)損。1.2.2 網(wǎng)損分?jǐn)偟幕驹瓌t和思想 在進(jìn)行網(wǎng)損分?jǐn)傊?，首先明確兩個(gè)基本原則： (1)按照線性電路理論，功率不能應(yīng)用疊加原理進(jìn)行計(jì)算。因此，目前網(wǎng)損分?jǐn)偛淮嬖诨趪?yán)格理論的方法。任何分?jǐn)偡椒ǘ际腔谀撤N原則、使電力交易的所有涉及方都能夠接受的近似方法。(2)網(wǎng)損分?jǐn)偙仨氁紫扰瀹a(chǎn)生網(wǎng)損的原因，從而提出公平、合理的原則確定網(wǎng)損的承擔(dān)者和各個(gè)承擔(dān)者承擔(dān)的份額。另外，網(wǎng)損在各承擔(dān)者之間如何分?jǐn)偅裱降脑瓌t。提出公平、合理的網(wǎng)損分?jǐn)偡椒☉?yīng)考慮以下幾個(gè)方面：(1)應(yīng)真實(shí)地反映各使用者利用網(wǎng)絡(luò)的程度，即反映各使用者在系統(tǒng)中的相對(duì)位置或交易對(duì)系統(tǒng)的作用。(2)對(duì)各使用者應(yīng)該盡量公平，而且分?jǐn)偡椒ㄒ軌虮苊馊藶楦深A(yù)導(dǎo)致的變化，即該分?jǐn)偡椒ㄒ蚓哂袩o偏向性。(3)分?jǐn)偡椒☉?yīng)該不過于復(fù)雜，要易于理解，簡單并便于實(shí)現(xiàn)。1.2.3 網(wǎng)損分?jǐn)偟某Ｓ梅椒?1)平均網(wǎng)損分?jǐn)偡ㄆ骄W(wǎng)損分?jǐn)偡▽?shí)際上是一種“郵票法”，是最早被電力聯(lián)營市場所采用的模式。西班牙、英格蘭和威爾士電力市場采用的就是這種分?jǐn)偡椒?。郵票法的思想來源于郵電系統(tǒng)的計(jì)費(fèi)方式，是一種平均分?jǐn)偟乃枷?，也是?jì)算輸配電費(fèi)的主要定價(jià)方法。郵票法的分?jǐn)偝杀臼浅杀緦?duì)象的總成本，然后按輸配電功率的大小分?jǐn)?，不考慮各部分特定輸配電設(shè)備的成本或費(fèi)用。各項(xiàng)輸配電業(yè)務(wù)，不管輸配電距離的遠(yuǎn)近，不論輸配電功率注入節(jié)點(diǎn)和流出的位置，只按輸配電能的多少或大小計(jì)費(fèi)，與輸配電距離和位置無關(guān)，所以稱為郵票法。該方法算法簡單，不考慮輸電網(wǎng)的結(jié)構(gòu)、輸電線路的距離和輸送功率的收發(fā)點(diǎn)位置，在全網(wǎng)范圍內(nèi)按相同的網(wǎng)損系數(shù)進(jìn)行分配。平均網(wǎng)損分?jǐn)偡椒ㄖ苯印⑼该?，分?jǐn)偟木W(wǎng)損量相對(duì)穩(wěn)定，有利于維持電力交易的同一性和流暢性。但它的缺點(diǎn)也很明顯，它不能提供電網(wǎng)短期和長期經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)學(xué)信號(hào)，缺乏強(qiáng)有力的電力市場經(jīng)濟(jì)激勵(lì)機(jī)制，而且由于不能避免用戶間的交叉補(bǔ)貼，還常常受到無法獲益的用戶的抱怨，所以平均分?jǐn)偡ㄕ媾R逐步淘汰的命運(yùn)。(2)合同路徑法 合同路徑法假定輸配電業(yè)務(wù)實(shí)際發(fā)生時(shí)，其電能只在合同中規(guī)定的連續(xù)路徑中流過，而電網(wǎng)中合同未規(guī)定的部分，則認(rèn)為沒有影響。一般地，合同路徑是指從功率注入點(diǎn)(發(fā)電節(jié)點(diǎn))到功率流出點(diǎn)(負(fù)荷節(jié)點(diǎn))之間確定的一條連續(xù)路徑，并且該路徑應(yīng)有足夠的可用容量。合同路徑法一般應(yīng)用于較小規(guī)模的輸配電網(wǎng)的輸配價(jià)格或者網(wǎng)損電價(jià)計(jì)算。此時(shí)網(wǎng)損電價(jià)所計(jì)及的網(wǎng)損成本只限于合同中指定路徑的設(shè)備上的網(wǎng)損成本。合同路徑法的算法也較為簡單，但隨著網(wǎng)絡(luò)規(guī)模的增長，此種方法的應(yīng)用受到了較大的限制。在實(shí)際情況下，潮流并不只在合同規(guī)定的路徑中流動(dòng)，而是對(duì)全網(wǎng)均有影響，只是影響的程度不一樣而已。合同路徑法忽略了輸配電潮流對(duì)電網(wǎng)其它部分的影響，特別是對(duì)與合同路徑相鄰部分影響可能較大，但這部分電網(wǎng)實(shí)際受到輸配電業(yè)務(wù)的影響并未得到經(jīng)濟(jì)補(bǔ)償。(3)邊際網(wǎng)損系數(shù)法 邊際網(wǎng)損系數(shù)法是一種靈敏度方法，即根據(jù)節(jié)點(diǎn)注入功率的單位變化引起全網(wǎng)網(wǎng)損變化量的大小來對(duì)各節(jié)點(diǎn)上負(fù)荷或發(fā)電機(jī)進(jìn)行網(wǎng)損的分?jǐn)?。顯然這種分?jǐn)偡椒芊从掣鞴?jié)點(diǎn)造成全網(wǎng)網(wǎng)損的微增成本信息，從而能夠提供很好的經(jīng)濟(jì)信號(hào)，通過市場的手段促使潮流向網(wǎng)損減少的方向流動(dòng)，達(dá)到優(yōu)化潮流，提高經(jīng)濟(jì)效益以及指導(dǎo)用戶投資決策的目的。目前國外電力市場的網(wǎng)損分?jǐn)偡椒ù蠖嗍腔谶呺H網(wǎng)損系數(shù)法。但是分?jǐn)偡椒ǖ木唧w實(shí)現(xiàn)卻有所不同，下面就兩個(gè)典型的算法進(jìn)行簡要的介紹。GMM方法是美國加利福尼亞電力市場采用的方法。電力市場獨(dú)立系統(tǒng)操作員(ISO)將網(wǎng)損分?jǐn)偨o發(fā)電(或注入功率)節(jié)點(diǎn)。每個(gè)發(fā)電節(jié)點(diǎn)輸送給負(fù)荷的實(shí)際功率被認(rèn)為是由量測的發(fā)電出力(實(shí)際出力)乘以一個(gè)系數(shù)GMM，GMM系數(shù)可通過邊際網(wǎng)損率(MLR)的計(jì)算得到。GMM法計(jì)算邊際網(wǎng)損率時(shí)，做了兩個(gè)假設(shè)：一是假設(shè)其他節(jié)點(diǎn)的發(fā)電出力不變；二是假設(shè)每個(gè)節(jié)點(diǎn)都分配了一個(gè)“松弛負(fù)荷”，即相當(dāng)于整體上抬高(或降低)系統(tǒng)負(fù)荷。盡管如此，通過運(yùn)行實(shí)例的計(jì)算和比較，加州電力市場ISO認(rèn)為，GMM網(wǎng)損分?jǐn)偡椒ㄔ诖蠖鄶?shù)情況下能夠提供公正、有效和與地理位置相關(guān)的經(jīng)濟(jì)效益信號(hào)，應(yīng)該予以保留。節(jié)點(diǎn)和區(qū)域邊際網(wǎng)損分?jǐn)偡椒ㄖ饕獞?yīng)用于澳大利亞國家電力市場。澳大利亞國家電力市場(NEM)包括輸電網(wǎng)(220kV及以上) 和配電網(wǎng)(220kV以下)兩部分?？紤]到邊際網(wǎng)損系數(shù)法對(duì)配電網(wǎng)計(jì)算的復(fù)雜性，因而配電網(wǎng)實(shí)行平均網(wǎng)損系數(shù)法，而對(duì)輸電網(wǎng)采用節(jié)點(diǎn)和區(qū)域邊際網(wǎng)損分?jǐn)偡桨浮Ｕ麄€(gè)澳大利亞的輸電網(wǎng)劃為5個(gè)區(qū)，每個(gè)區(qū)定義一個(gè)區(qū)域參考節(jié)點(diǎn)(PRN)，一般PRN取本區(qū)域大的負(fù)荷中心或發(fā)電中心。區(qū)域內(nèi)的各連接節(jié)點(diǎn)的邊際網(wǎng)損系數(shù)因?yàn)樨?fù)荷的波動(dòng)和運(yùn)行方式的變化也經(jīng)常波動(dòng)；NEM使用前一財(cái)政年度的歷史數(shù)據(jù)，對(duì)區(qū)域內(nèi)每015h的網(wǎng)損系數(shù)在1年范圍內(nèi)按負(fù)荷的權(quán)重進(jìn)行平均(共17520個(gè)區(qū)段)，從而形成一個(gè)靜態(tài)的網(wǎng)損系數(shù)。而區(qū)域之間的網(wǎng)損系數(shù)則是動(dòng)態(tài)的，每5min更新一次。當(dāng)電網(wǎng)發(fā)展很快時(shí)，上一年的歷史數(shù)據(jù)與本年度的實(shí)際運(yùn)行數(shù)據(jù)會(huì)有較大的差別，從而造成計(jì)算得到的區(qū)域內(nèi)節(jié)點(diǎn)網(wǎng)損系數(shù)和實(shí)際值相比有較大的出入。另外，NEM區(qū)域間的動(dòng)態(tài)網(wǎng)損系數(shù)計(jì)算復(fù)雜，效果也不太理想。(4)潮流追蹤法在完全競爭的發(fā)電市場中，用戶可自由選擇發(fā)電廠商為其供電，從而可能實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)資源的充分利用，促進(jìn)整個(gè)電力系統(tǒng)的有效運(yùn)作。在這種新的環(huán)境下，以往的邊際成本方法就無法實(shí)現(xiàn)“一方向多方供電”或“一方向多方購電”情況下的成本的合理分?jǐn)?。而近年來有關(guān)潮流追蹤的研究為其提供了有效的解決途徑。潮流追蹤實(shí)際上就是判定由發(fā)電節(jié)點(diǎn)注入的功率如何在電網(wǎng)的各輸電線及負(fù)荷節(jié)點(diǎn)間進(jìn)行分配。由于電網(wǎng)存在著并行流及環(huán)流，通常認(rèn)為要追蹤從發(fā)電節(jié)點(diǎn)到負(fù)荷節(jié)點(diǎn)的潮流比較困難，而潮流追蹤方法提供了有效途徑。該方法建立的前提是正比分配原則：假設(shè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)都是理想的輸入潮流“匯合點(diǎn)”，因而能夠判斷特定的流入功率由哪條輸出線流出。將該原則擴(kuò)展運(yùn)用到電網(wǎng)中的所有節(jié)點(diǎn)，追蹤從發(fā)電節(jié)點(diǎn)到負(fù)荷節(jié)點(diǎn)的有功、無功潮流，其具體實(shí)現(xiàn)可采用直觀方法或運(yùn)用網(wǎng)絡(luò)矩陣。(5)短期邊際成本法 在網(wǎng)損分?jǐn)傊袘?yīng)用短期邊際成本法實(shí)際是把輸電網(wǎng)損并入輸電成本中予以考慮，其目標(biāo)函數(shù)和輸電定價(jià)策略中包含了輸電損耗，而不單獨(dú)考慮網(wǎng)損分?jǐn)倖栴}。因而，輸電成本中，除了邊際網(wǎng)損成本之外，還包括邊際網(wǎng)絡(luò)維護(hù)成本、網(wǎng)絡(luò)供電質(zhì)量成本分量等。 新西蘭和美國紐約電力市場是該方法的典型代表。短期邊際成本法完全按照邊際成本定價(jià)，使經(jīng)濟(jì)效益明顯提高。在每時(shí)每刻和每個(gè)區(qū)域/位置，市場參與者都能得到反映網(wǎng)損完全邊際成本的正確信號(hào)。當(dāng)然，這些經(jīng)濟(jì)信號(hào)只有在其他相關(guān)因素也同樣明確且正確時(shí)，才會(huì)帶來高效益的投資和發(fā)電決策(例如，必須同時(shí)知道輸電堵塞成本)。另外，在某一輸電區(qū)域內(nèi)，網(wǎng)損分?jǐn)偭康牟▌?dòng)幅度越大，市場參與者、尤其是獨(dú)立發(fā)電商或用戶，所面臨的風(fēng)險(xiǎn)性就越大。對(duì)此，新西蘭采取了一種稱為“輸電防范”(transmission hedges)的對(duì)策，即設(shè)定輸電電價(jià)(同時(shí)包括輸電損耗和堵塞成本)的變化范圍來預(yù)防這種風(fēng)險(xiǎn)。雖然短期邊際成本法能對(duì)不斷變化的系統(tǒng)運(yùn)行情況做出靈活、快速的反應(yīng)，然而這種方法計(jì)算出的輸電成本并不能保證輸電網(wǎng)的年收支平衡，輸電公司往往難以回收成本。實(shí)際上，每0.5小時(shí)計(jì)算一次邊際網(wǎng)損分?jǐn)偵婕暗綇?fù)雜的算法，而且這種算法不具有透明性，因而很難預(yù)測在某一特定情況下會(huì)得出什么樣的結(jié)論，這就更加限制了交易方和投資者對(duì)所提供的經(jīng)濟(jì)信號(hào)做出有效反應(yīng)的能力。（6） 博弈論Shapley值法博弈論(Game Theory，又稱對(duì)策論)是現(xiàn)代數(shù)學(xué)的一個(gè)分支，它使用嚴(yán)謹(jǐn)數(shù)學(xué)模型來解決現(xiàn)實(shí)世界中的利害沖突，被廣泛應(yīng)用在政治、經(jīng)濟(jì)、軍事、外交等很多領(lǐng)域。電力工業(yè)在走向市場化改革、引入競爭機(jī)制的進(jìn)程中，遇到了很多前所未有的新課題，運(yùn)用博弈論來分析解決其中一些問題便是一個(gè)值得關(guān)注的研究方向。用博弈論模擬電力市場，其結(jié)果可能更加接近實(shí)際，為市場模式設(shè)計(jì)提供依據(jù)；用博弈論來分析市場，可以使電廠或用戶等市場參與者采取適當(dāng)策略，從而報(bào)價(jià)獲利最大。博弈論和電力市場理論都是年輕的科學(xué)，都有廣闊的發(fā)展天地，兩者的有機(jī)可以達(dá)到互相幫助、互相促進(jìn)的效果。1.3 本論文主要內(nèi)容及工作(1) 對(duì)比分析國內(nèi)外網(wǎng)損分?jǐn)偟某Ｓ梅椒▋?nèi)容(2) 闡述Shapley值的基本數(shù)學(xué)原理(3) 以一個(gè)五節(jié)點(diǎn)電力系統(tǒng)為算例，采用Shapley值法進(jìn)行網(wǎng)損分?jǐn)?，?yàn)證該方 法的有效性(4) 對(duì)此方法的未來發(fā)展進(jìn)行展望2 博弈論在電力市場中的應(yīng)用2.1 博弈論簡介2.1.1 博弈論的發(fā)展博弈論(Game Theory，又稱對(duì)策論)是現(xiàn)代數(shù)學(xué)的一個(gè)分支，它使用嚴(yán)謹(jǐn)數(shù)學(xué)模型來解決現(xiàn)實(shí)世界中的利害沖突，被廣泛應(yīng)用在政治、經(jīng)濟(jì)、軍事、外交等很多領(lǐng)域。對(duì)博弈論的研究開始于本世紀(jì)，在1944年以前，只有一些思想和基本概念。1944年，美國普林斯頓大學(xué)的著名數(shù)學(xué)家馮諾伊曼和經(jīng)濟(jì)學(xué)家摩根斯坦(Oskar Morgenstern)合著的博弈論與經(jīng)濟(jì)行為一書出版。該書在詳述兩人零和博弈理論的同時(shí)，在博弈論的諸多方面做出了開創(chuàng)性研究，如合作博弈、可轉(zhuǎn)移效用、聯(lián)盟形式以及馮諾伊曼-摩根斯坦穩(wěn)定集等，該書還說明了導(dǎo)致后來在經(jīng)濟(jì)學(xué)中廣泛應(yīng)用的公理化效用理論。該書的出版，意味著博弈論作為一種系統(tǒng)理論的開始，奠定了現(xiàn)代經(jīng)濟(jì)博弈論的基礎(chǔ)，構(gòu)建了博弈論這一學(xué)科的理論框架。整個(gè)50年代是博弈論蓬勃發(fā)展的時(shí)期，在這一埋藏，涌現(xiàn)了許多著名的博弈理論家，他們提出了一系列重要概念和理論，形成了現(xiàn)代博弈論的理論體系。特別是19501953年間，美國普林斯頓大學(xué)數(shù)學(xué)系的約翰納什(John Nash)發(fā)表了四篇有劃時(shí)代意義的論文。納什證明了非合作博弈均衡納什均衡的存在性，并提出了“納什方案” ，該方案建議對(duì)合作博弈的研究可通過簡化為非合作博弈形式來進(jìn)行；納什還創(chuàng)立了公理化討價(jià)還價(jià)理論，證明了納什討價(jià)還價(jià)解的存在性，并首次提出了納什方案的實(shí)施。納什為非合作的一般理論和合作的討價(jià)還價(jià)理論奠定了基礎(chǔ)。在整個(gè)50年代，還出現(xiàn)了大量關(guān)于博弈的研究，還提出了一些關(guān)于隨機(jī)博弈和動(dòng)態(tài)博弈的概念及模型?？傊?，以納什非合作博弈理論為核心的現(xiàn)代博弈論體系，在50年代已經(jīng)形成。此后，博弈論經(jīng)過六十年代的一步完善和發(fā)展，終于在八十年代末完全形成理論體系并得到了廣泛應(yīng)用。一方面，博弈理論本身在幾乎所有領(lǐng)域內(nèi)都取得了重大突破。如重復(fù)博弈、隨機(jī)博弈、策略均衡、談判理論、信譽(yù)模型、多人博弈等，從而完善了博弈理論體系，也為博弈論的廣泛應(yīng)用奠定了理論基礎(chǔ)。另一方面，博弈論已廣泛應(yīng)用到生物學(xué)、計(jì)算機(jī)科學(xué)、道德哲學(xué)、經(jīng)濟(jì)學(xué)、工程學(xué)等學(xué)科中，在實(shí)踐中得到廣泛傳播，并為人們所普遍接受。2.1.2 博弈論的分類簡單地說，博弈論是研究決策主體在給定信息結(jié)構(gòu)下如何決策以最大化自己的效用，以及不同決策主體之間決策的均衡。博弈論由3個(gè)基本要素組成：一是決策主體，又可以譯為參與人或局中人；二是給定的信息結(jié)構(gòu)，可以理解為參與人可選擇的策略和行動(dòng)空間，又叫策略集；三是效用，是可以定義或量化的參與人的利益，也是所有參與人真正關(guān)心的東西，又稱偏好或支付函數(shù)。參與人，策略集和效用構(gòu)成了一個(gè)基本的博弈。博弈問題有多種不同的分類方法，相應(yīng)的求解方法也有所不同。最主要的分類方法是按參與者互相聯(lián)合(或協(xié)作) 與否將博弈問題分為“非協(xié)作博弈”和“協(xié)作博弈”。非協(xié)作博弈是指參與者互相獨(dú)立(不協(xié)作) ，各自爭取自身最大利益的博弈。其廣泛采用納什均衡點(diǎn)概念來求解。在納什均衡點(diǎn)上，如果某一個(gè)人的策略變化而其他人的策略保持不變， 會(huì)導(dǎo)致這個(gè)人的獲利減少。非協(xié)作博弈是研究少數(shù)制造商操控市場的若干標(biāo)準(zhǔn)型問題的理論基礎(chǔ) ，對(duì)于研究電力市場有重大意義。“協(xié)作博弈”理論一般是指若干參與者結(jié)成聯(lián)合體，共同協(xié)作爭取聯(lián)合體的最大利益，再進(jìn)行利益內(nèi)部分配的博弈。有關(guān)方法稱為聯(lián)合的或協(xié)作的博弈方法。其難度較大，大量地用于投標(biāo)和“分配”問題， 并已在電力市場中發(fā)電競爭、用戶投標(biāo)、輸電與轉(zhuǎn)運(yùn)決策及相應(yīng)成本分配以及電力市場研究中得到了進(jìn)一步開發(fā)和應(yīng)用。博弈問題還可按參與者獲利之和的特性劃分為“零和”和“非零和”問題?！傲愫汀眴栴}中， 一個(gè)參與者的獲利直接(嚴(yán)格地) 等于另一參與者的損失，下棋、撲克牌之類博弈問題大多屬于“零和”問題。而在“非零和”問題中， 參與者的獲利和損失則不必相等， 即其代數(shù)和不必為0。這是更大量的博弈問題， 是數(shù)學(xué)家納什首先提出和解決的， 即著名的納什均衡點(diǎn)及相應(yīng)求解方法。納什均衡點(diǎn)的概念及求解方法已成為博弈學(xué)家最重要的工具， 并擴(kuò)展適用于各種博弈問題之中。博弈問題還可按“靜態(tài)”還是“動(dòng)態(tài)”博弈以及對(duì)各方信息掌握完整與否分為四大類， 即靜態(tài)的有完整信息的博弈問題； 動(dòng)態(tài)的有完整信息的博弈問題；靜態(tài)的不完整信息的博弈和動(dòng)態(tài)的不完整信息的博弈。另外， 上述每一大類問題還可衍生出進(jìn)一步的問題， 如動(dòng)態(tài)博弈中歷史信息的完備與否；博弈是否不斷重復(fù)；博弈中是否涉及“恐嚇”或詐騙行為； 博弈中是否有用非理性的行為來參與博弈， 以及解決問題過程采用的形式是規(guī)范形式還是擴(kuò)展形式等。上述各種因素使實(shí)際的博弈問題十分復(fù)雜， 并使一個(gè)實(shí)際問題的解由于求解人采用的假定、運(yùn)用的模型與策略不同而導(dǎo)致不同的解，參與者獲利就有很大不同。但由于這些與本課題相關(guān)性不強(qiáng)，這里就不詳細(xì)展開了。2.2 博弈論與電力市場在過去的10 年里， 傳統(tǒng)的垂直壟斷的電力生產(chǎn)結(jié)構(gòu)正在許多國家通過解除壟斷， 走向電力生產(chǎn)市場化結(jié)構(gòu)， 以引入競爭機(jī)制達(dá)到節(jié)省資源、提高效率、降低電價(jià)、改善服務(wù)和取得更大的社會(huì)效益的目的。經(jīng)濟(jì)學(xué)家和電力系統(tǒng)專家將微觀經(jīng)濟(jì)學(xué)理論引入電力市場， 對(duì)電價(jià)理論， 電力市場的設(shè)計(jì)、運(yùn)行、監(jiān)管以及市場環(huán)境下的系統(tǒng)運(yùn)行和規(guī)劃等問題進(jìn)行了深入研究， 取得了一系列成果。在電力市場中， 參與者將在市場許可情況下研究各種策略以便獲取自身的最大利益。博弈論就成了最好的工具之一。另一方面， 市場的監(jiān)管部門也要盡可能預(yù)測和判斷在市場中可能出現(xiàn)的不合理競爭及操縱市場的行為， 以便在設(shè)計(jì)電力市場、制定規(guī)則及運(yùn)營中采取措施。博弈論在這方面也可以大有作為。此外， 在輸電電價(jià)的優(yōu)化決策和輸電成本的分?jǐn)傄约皡^(qū)域間功率交換和轉(zhuǎn)運(yùn)電量及電價(jià)的優(yōu)化決策方面， 博弈論同樣可發(fā)揮積極作用。因此， 博弈論在電力市場中的應(yīng)用研究已成為一個(gè)熱點(diǎn)。應(yīng)當(dāng)指出，微觀經(jīng)濟(jì)學(xué)是電力市場的基礎(chǔ)， 博弈論是電力市場參與者的工具， 它們應(yīng)和電力系統(tǒng)、電力電量商品和電力經(jīng)濟(jì)的特殊性相結(jié)合進(jìn)行學(xué)習(xí)和研究。2.3 合作博弈論在網(wǎng)損分?jǐn)傊械膽?yīng)用合作博弈一般是指若干參與者結(jié)成聯(lián)盟，共同協(xié)作爭取聯(lián)盟體的最大利益或者最小成本，再把利益或成本進(jìn)行系統(tǒng)內(nèi)部分配的博弈。合作博弈的解由核心、核仁、Shapley值等幾種形式構(gòu)成。采用的基于合作博弈解的分?jǐn)偡椒?，就是要將大?lián)盟所取得的合作成本收益用三種解的形式分配給各個(gè)成員，每個(gè)成員合作后的成本都應(yīng)不大于合作前的投資成本，否則就根本沒有形成聯(lián)盟的必要，下面給出合作博弈三種解的基本形式，它們均可運(yùn)用于網(wǎng)損分?jǐn)傊?，但各有不同特點(diǎn)。(1) 核心 核心是對(duì)任何聯(lián)盟均不能被優(yōu)超的分配向量的集合，即分配向量X若在聯(lián)盟形成的核心中，則X就是這個(gè)聯(lián)盟的最佳分配向量。核心要求滿足： 對(duì)于所有的SN (2-1)合作博弈的核心解可能為一個(gè)區(qū)域(即存在多個(gè)分配向量)，也可能為空集。核心是合作博弈論中出現(xiàn)得最早的解的概念，它在博弈論中占有非常重要地位，往往把核心中的分配作為分配的解是可行的。但它最大的缺點(diǎn)就是核心可能不存在。(2) 核仁 核仁依據(jù)的基本思想是：分配屬于核仁的條件下，最不理想的聯(lián)盟也要優(yōu)于任何其他分配向量的最不理想的聯(lián)盟。核仁解有兩個(gè)性質(zhì)：a每個(gè)博弈有一個(gè)而且只有一個(gè)核仁。b如果存在核心，則核仁位于核心之內(nèi)。核仁的定義為： SU (2-2) N= (2-3 )其中，是成員的投資成本與實(shí)際上成本減少值的差額，該數(shù)越大，采取這種分配就越不理想；E(V)為所有的分配向量的集合。核仁的性質(zhì)保證了核仁有且僅存在唯一解，這為所有的成本分配問題提供了便利。但隨著大電網(wǎng)的形成，參與成本分配的成員n增大，求解2個(gè)線性方程組比較困難。(3) Shapley值Shapley值討論的是聯(lián)盟的成員以隨機(jī)次序加入聯(lián)盟N的分配結(jié)果，它描述的是一種聯(lián)盟形成過程，成員i的Shapley值也就是當(dāng)已有S-個(gè)成員形成聯(lián)盟，而剩下的N-S個(gè)成員參加聯(lián)盟之前，成員的加入而形成的邊際成本。Shapley從考慮聯(lián)盟邊際收益的均值出發(fā)，具有單調(diào)性的特點(diǎn)(即投資的總成本減少，則每個(gè)成員的成本都會(huì)減少)，同樣它的缺點(diǎn)是當(dāng)n增大時(shí)，聯(lián)盟組合2太多，導(dǎo)致無法求解，目前可以通過合并交易來減少交易個(gè)數(shù)的方法來簡化。3 Shapley值法網(wǎng)損分?jǐn)?.1 雙邊交易模式市場中網(wǎng)損分?jǐn)偟南嚓P(guān)問題3.1.1 網(wǎng)損的交叉產(chǎn)生問題由于網(wǎng)損與潮流間的非線性本質(zhì)，引起多個(gè)交易單獨(dú)作用時(shí)的網(wǎng)損之和不等于他們共同作用時(shí)的網(wǎng)損，也即某合同與其引起的潮流間的關(guān)系是非線性的，因此，這里總存在系統(tǒng)實(shí)際潮流與每個(gè)合同分別執(zhí)行后系統(tǒng)潮流總和的不同，尤其當(dāng)各合同交易量相差很大時(shí)，二者差距更大，這就是各交易對(duì)網(wǎng)損的交叉影響問題。產(chǎn)生這種現(xiàn)象的原因是各個(gè)交易的注入潮流之間的非線性疊加造成了這種交叉現(xiàn)象。這一交叉問題在復(fù)雜系統(tǒng)中并沒有辦法量化，無法對(duì)交易自然線性分解，因此網(wǎng)損分?jǐn)傇诩夹g(shù)上是無法完美解決的。但所幸的是但是網(wǎng)損分?jǐn)偟哪繕?biāo)并不是要線性的分解網(wǎng)損，而是要將網(wǎng)損以一種市場成員認(rèn)可的方式分?jǐn)偨o各個(gè)交易，因此還是可以用一種市場成員認(rèn)同的方式來解決這個(gè)問題。3.1.2 合同的交易次序問題基于交易的分?jǐn)偡椒ㄟ€存在交易次序不同分?jǐn)偨Y(jié)果差異很大的問題，往往先加入的交易要比后加入的占優(yōu)勢。大部分網(wǎng)損分?jǐn)偟姆椒ǘ际腔诰W(wǎng)損微增概念的，由于網(wǎng)損與交易功率之間的非線性關(guān)系，交易次序問題就顯得極為重要。對(duì)于同時(shí)存在于系統(tǒng)中的交易，一種分?jǐn)偹枷胧前哑淇赡艿慕灰状涡蚨伎紤]進(jìn)去，然后將各種次序狀態(tài)下的交易的邊際網(wǎng)損增量進(jìn)行算術(shù)平均，這種分?jǐn)偨Y(jié)果一般能被市場成員所接受。3.2 Shapley值的數(shù)學(xué)意義Shapley值的概念由美國學(xué)者Shapley提出。Shapley值是求解合作博弈問題的法之一，主要用于兩個(gè)方面：(1)合作收益在各合作方之間的分配；(2)同時(shí)使用某項(xiàng)設(shè)施產(chǎn)生的共同成本在各合作方之間的分配。Shapley定義了一個(gè)多人合作博弈問題的分配向量，即：， (3-1)i=1，2，3，n式中S是所有包含局中人i的集合，|S|表示集合S中的元素的個(gè)數(shù)，S-i表示在集合S中去除局中人i。即稱為Shapley值。其中項(xiàng)v(S)v(S-i)中考慮了局中人I加入前后的不同效應(yīng)，所以可以認(rèn)為Shapley值的取得，綜合了各局中人的影響，因此是合理且公正的。它具有以下的特點(diǎn)：(1)計(jì)算簡單，采用Shapley值進(jìn)行分配時(shí)，只需計(jì)算各種可能的聯(lián)盟收益，然后直接代入公式計(jì)算即可；(2)具有單調(diào)性，即使用越多、付費(fèi)越多的原則。因?yàn)橛墒?31)可知局中人i的分配量實(shí)際是它對(duì)所有可能出現(xiàn)的聯(lián)盟邊際貢獻(xiàn)的均值，它對(duì)各聯(lián)盟貢獻(xiàn)大時(shí)，最終的分?jǐn)偭孔匀灰泊蟆?.3 雙邊交易模式網(wǎng)損分?jǐn)?電力市場環(huán)境下，大量的電力交易同時(shí)依靠電網(wǎng)的轉(zhuǎn)運(yùn)功能來實(shí)現(xiàn)。在這一過程中，這些交易及交易之間的交互作用產(chǎn)生了系統(tǒng)總網(wǎng)損。換句話說，所有電力交易共同使用了整個(gè)電網(wǎng)，它們之間構(gòu)成了事實(shí)上的合作關(guān)系。因此，利用Shapley值把系統(tǒng)總網(wǎng)損分?jǐn)偨o各交易是合適的。研究表明，基于Shapley值的共同成本分?jǐn)偡椒ň哂蟹€(wěn)定性(其解必定惟一且可行)，并且能夠向各合作方提供所希望的經(jīng)濟(jì)激勵(lì)信號(hào)。Shapley值體現(xiàn)的是每個(gè)聯(lián)盟成員對(duì)該聯(lián)盟的平均貢獻(xiàn)，反映了個(gè)人在集體中的重要性?；赟hapley值的共同成本分?jǐn)偡椒ǖ淖畲髢?yōu)點(diǎn)在于其分?jǐn)傇砗头謹(jǐn)偨Y(jié)果能夠被所有合作方視為公平，分?jǐn)偨Y(jié)果易于被合作各方接受，因此是一種很有發(fā)展前途的共同成本分?jǐn)偡椒?。基于以上分析，本文利用Shapley值解決雙邊交易模式的電力市場中的網(wǎng)損分?jǐn)倖栴}。在上文中，我們已經(jīng)介紹了雙邊交易模式市場中網(wǎng)損分?jǐn)傊挟a(chǎn)生的網(wǎng)損的交叉產(chǎn)生和合同的交易次序兩個(gè)問題，必須利用Shapley值法來加以解決。每個(gè)交易應(yīng)當(dāng)承擔(dān)的網(wǎng)損主要取決于由于該交易加入聯(lián)盟后給聯(lián)盟帶來的網(wǎng)損增加值大小。顯然，交易加入聯(lián)盟的次序?qū)@個(gè)網(wǎng)損增加值有極大的影響。事實(shí)上，某個(gè)交易最先加入聯(lián)盟和最后加入聯(lián)盟給聯(lián)盟帶來的網(wǎng)損增加值存在很大差異，后者要比前者大得多，主要原因是后者不僅包括該交易單獨(dú)作用時(shí)的網(wǎng)損，而且還增加了與聯(lián)盟已有交易交互作用產(chǎn)生的網(wǎng)損交叉項(xiàng)?；赟hapley值的網(wǎng)損分?jǐn)偡椒ㄆ降鹊貙?duì)待各種可能的交易加入次序，并賦予相同的權(quán)值，這樣產(chǎn)生的分?jǐn)偨Y(jié)果對(duì)各個(gè)交易來說都是公平的和易于接受的。將Shapley值公式加以運(yùn)用如下： (3-2)式中，i代表參與網(wǎng)損分?jǐn)偟哪硞€(gè)交易，表示分?jǐn)偨o交易i的網(wǎng)損，S指包含交易i的聯(lián)盟，指聯(lián)盟S中的交易個(gè)數(shù)，n為參與網(wǎng)損分?jǐn)偟慕灰卓倐€(gè)數(shù)，P為網(wǎng)損函數(shù)。對(duì)于網(wǎng)損的交叉產(chǎn)生問題，式中的部分表示由于交易i加入聯(lián)盟S給聯(lián)盟帶來的網(wǎng)損增加值，即聯(lián)盟S的邊際網(wǎng)損，它把交叉產(chǎn)生的網(wǎng)損也包含在內(nèi)了。對(duì)于合同的交易次序問題，在整個(gè)大大聯(lián)盟(包括全部交易)，共有種可能，但Shapley值并不處理所有可能的排列，它只考慮交易i最后一個(gè)加入聯(lián)盟S并且交易i的加入次序先于聯(lián)盟S之外所有交易的排列。顯然，滿足交易i最后一個(gè)加入聯(lián)盟S條件的排列數(shù)目為(|S|1)!，滿足交易i的加入次序先于聯(lián)盟S之外所有交易條件的排列數(shù)目為(n-|S|)!。因此，符合Shapley值要求的排列總數(shù)為(|S|-1)!(n-|S|)!，而Shapley值平等地對(duì)待每個(gè)相關(guān)排列，以相同的比例1/n!來向這些排列分?jǐn)偮?lián)盟S的邊際網(wǎng)損。因此，可以看出，代表了一個(gè)權(quán)值，表示交易i應(yīng)該承擔(dān)的聯(lián)盟S邊際網(wǎng)損的份額。對(duì)于所有包含交易i的聯(lián)盟，計(jì)算交易i應(yīng)該承擔(dān)的聯(lián)盟邊際網(wǎng)損，再把這些結(jié)果相加，就得到了基Shapley值計(jì)算的應(yīng)該分?jǐn)偨o交易i的總網(wǎng)損。4 算例分析4.1 系統(tǒng)描述如圖所示為一個(gè)5節(jié)點(diǎn)電力系統(tǒng)。負(fù)荷1，2，3的大小分別為(67.5+j41.83)MVA，(60.0+j37.18)MVA，(90.0+j55.77)MVA。已知=97.5MW，=120MW，由G1有功滿足負(fù)荷1，G2滿足負(fù)荷3，負(fù)荷2由G1、G2共同滿足，G2的有功滿足系統(tǒng)負(fù)荷以及線路有功損耗的需要，線路參數(shù)如表1所示。表4-1 發(fā)電機(jī)、負(fù)荷、交易的對(duì)應(yīng)關(guān)系交易發(fā)電機(jī)與負(fù)荷對(duì)應(yīng)關(guān)系提供的有功功率T1T2T2T3G1負(fù)荷1G1負(fù)荷2G2負(fù)荷2G2負(fù)荷367.5MW30MW30MW90MW表4-2 線路參數(shù)起始節(jié)點(diǎn)終止節(jié)點(diǎn)RXB112223425345450.020.080.060.020.080.010.030.060.240.180.180.120.030.240.00.00.00.00.00.00.0注：參數(shù)均為標(biāo)幺值。4.2 計(jì)算過程假設(shè)交易T1、T2、T3分別代表了負(fù)荷L1、L2、L3，因此，N=表示參與網(wǎng)損分?jǐn)偟乃薪灰住1，2，3，1，2，1，3，2，3，1，2，3列舉了這三個(gè)交易可能形成的所有交易聯(lián)盟。運(yùn)用PSASP程序得到結(jié)果綜述報(bào)表4-1、4-2。表4-3 各節(jié)點(diǎn)電壓和功率 (標(biāo)幺值)節(jié)點(diǎn)編號(hào)VP+jQ類型123450.9963710.870690.879820.909842.29120-6.6219-6.2712-2.43330.975+j01.32854+j1.779950.9+j0.55770.6+j0.37180.675+j0.4183PQSlackPQPQPQ 表4-4 各線路功率及線路損耗 (標(biāo)幺值)i端j端首端功率末端功率線路損耗112224525345340.583390.391610.727220.603910.572770.221130.234750.575360.374550.679990.588680.535190.220010.232440.008030.017060.047230.015230.037580.001120.00231從結(jié)果綜述報(bào)表可得：(1)當(dāng)交易T1、T2、T3單獨(dú)存在時(shí)，計(jì)算系統(tǒng)的網(wǎng)損如下： P=2.443MW P=0.957MW P=2.660MW當(dāng)交易T1、T2、T3兩兩存在時(shí)，計(jì)算系統(tǒng)的網(wǎng)損如下： P=5.107MW P=6.876MW P=6.517MW當(dāng)三個(gè)交易同時(shí)作用時(shí)，計(jì)算系統(tǒng)的網(wǎng)損如下： P=12.86MWP1，2，3即為需要分?jǐn)偨o各交易的系統(tǒng)總網(wǎng)損。再應(yīng)用博弈論Shapley值原理的網(wǎng)損分?jǐn)偡椒ǎ瑢?duì)總網(wǎng)損進(jìn)行分?jǐn)?，?jì)算如下：交易T1應(yīng)該承擔(dān)的網(wǎng)損：X=+ +=+ +=4.325MW交易T2應(yīng)該承擔(dān)的網(wǎng)損：X=+ += +=3.402MW交易T3應(yīng)該承擔(dān)的網(wǎng)損：X=+ += +=5.138MW4.3 結(jié)果分析首先，由網(wǎng)損計(jì)算結(jié)果P、PP得它有下列特點(diǎn)：(1)2個(gè)交易組成的交易聯(lián)盟的網(wǎng)損大于這2個(gè)交易單獨(dú)作用時(shí)的網(wǎng)損之和；(2)3個(gè)交易同時(shí)進(jìn)行時(shí)的網(wǎng)損大于其中任意2個(gè)交易組成的交易聯(lián)盟的網(wǎng)損再加上另一個(gè)交易單獨(dú)作用時(shí)的網(wǎng)損。造成上述特點(diǎn)的原因就是因?yàn)榻灰字g的交互作用產(chǎn)生了網(wǎng)損交叉項(xiàng)，使得系統(tǒng)總網(wǎng)損遠(yuǎn)大于各交易單獨(dú)作用時(shí)的網(wǎng)損之和，所以與前文相符。利用上述算例得到的網(wǎng)損分?jǐn)倲?shù)據(jù)，可分析得到如下結(jié)論：(1) X=4.325MW P=2.443MW X=3.402MW P=0.957MW X=5.138MW P=2.660MW可得，對(duì)于單個(gè)交易，分?jǐn)偨Y(jié)果是理性的，因?yàn)槊總€(gè)交易承擔(dān)的網(wǎng)損均大于該交易單獨(dú)作用時(shí)產(chǎn)生的網(wǎng)損。(2) X+ X=4.325+3.402=7.727MW P=5.107MW X+ X=4.325+5.138=9.463MW P=6.876MW X+ X=3.402+5.138=8.540MW P=6.517MW可得，對(duì)交易聯(lián)盟而言，分?jǐn)偨Y(jié)果是理性的，即交易聯(lián)盟中每個(gè)交易承擔(dān)的網(wǎng)損之和應(yīng)該大于該交易聯(lián)盟的網(wǎng)損(因?yàn)槊總€(gè)交易還必須參與其他相關(guān)交易聯(lián)盟的網(wǎng)損分?jǐn)?。(3) X+ X+ X=4.325+3.402+5.138=12.86MW= P可得，對(duì)整個(gè)分?jǐn)偡椒ǘ?，分?jǐn)偨Y(jié)果是理性的，即收支是平衡的。由以上算例可知，利用Shapley值來分?jǐn)傠娏κ袌鲋写嬖诙鄠€(gè)雙邊交易時(shí)的網(wǎng)損可以平等地對(duì)待每個(gè)交易，其分?jǐn)傇砉剑?jì)算方法簡便，收支完全平衡，分?jǐn)偨Y(jié)果合理且容易被各交易接受，是一種較好的網(wǎng)損分?jǐn)偡椒ā?.4 交易合并后的結(jié)果與分析Shapley值網(wǎng)損分?jǐn)傠m然優(yōu)點(diǎn)明顯，但也有缺點(diǎn)，即當(dāng)對(duì)于同時(shí)存在n個(gè)交易的電力系統(tǒng)，需要計(jì)算的交易聯(lián)盟網(wǎng)損的數(shù)目為21。隨著交易個(gè)數(shù)n的增大，計(jì)算量將呈指數(shù)級(jí)增長，特別是對(duì)于交易較多的電力系統(tǒng)，計(jì)算量將十分巨大，解決問題辦法是：可以通過合并交易來減少交易個(gè)數(shù)。本文通過以上算例加以說明。如果將交易T1與交易T2合并為交易T4，交易T3不變，則因?yàn)門4為T1與T2的結(jié)合，則T4單獨(dú)作用時(shí)即T1與T2共同作用，所以P=5.107MWT交易不變，所以 P=2.660MWT與T共同作用時(shí)即原來T 、T 、T共同作用時(shí)，所以 P=12.86MW再應(yīng)用博弈論Shapley值原理的網(wǎng)損分?jǐn)偡椒ǎ瑢?duì)總網(wǎng)損進(jìn)行分?jǐn)?，?jì)算如下：交易T3應(yīng)該承擔(dān)的網(wǎng)損：X=+=+=1.330+3.8765=5.2065MW交易T4應(yīng)該承擔(dān)的網(wǎng)損：X=+=+=2.5535+5.1=7.6535MW從以上計(jì)算結(jié)果可以看出，X+X=12.86MW，即無論是否交易合并，總的分?jǐn)傤~是不會(huì)改變的。但和沒有合并時(shí)比，可得：X=5.2065MWX=5.138MWX=7.6535MW X+ X=4.325+3.402=7.727MW從以上可得，雖然交易合并不改變總分?jǐn)傤~，但會(huì)對(duì)各個(gè)交易應(yīng)承擔(dān)的數(shù)額產(chǎn)生影響，在此算例中，交易T3分?jǐn)傤~增加了，T1和T2總的分?jǐn)傤~減少了，在目前的實(shí)際應(yīng)用中，交易T1與T2的再分配往往按非合并時(shí)的分?jǐn)偙壤齺斫鉀Q，即：X=7.6535*=4.284MWX=7.6535*3.370MW所以很明顯，此交易合并對(duì)與交易T1和T2有利，對(duì)交易T3不利。同理可得，在此算例中，三個(gè)交易無論哪兩個(gè)合并，都能獲得好處，而對(duì)剩下的一個(gè)交易則很不利，但如果三個(gè)合并為一個(gè)交易，那和完全不合并一樣。因此，作為其中的任意一個(gè)交易，它必須想方設(shè)法吸引另一個(gè)交易來合并，或者竭盡可能去破壞別人的合并。為了達(dá)到這個(gè)目的，交易方往往要從自身出發(fā)，如改進(jìn)技術(shù)，降低成本，提高競爭力，或者給對(duì)方開出更合理優(yōu)惠的條件。這就達(dá)到了一種經(jīng)濟(jì)激勵(lì)的目的，把經(jīng)濟(jì)學(xué)和網(wǎng)損分?jǐn)偨Y(jié)合了起來。4.5 Shapley值網(wǎng)損分?jǐn)偡ㄅc平均網(wǎng)損分?jǐn)偡▽?duì)比 為了比較，再用平均網(wǎng)損分?jǐn)偡ㄓ?jì)算本題。當(dāng)交易T 、T 、T共同作用時(shí)，產(chǎn)生的總網(wǎng)損為1286MW，按每個(gè)交易來計(jì)算各交易營分?jǐn)偟木W(wǎng)損。交易1分?jǐn)傤~：X=*12.86=3.991MW交易2分?jǐn)傤~：X=*12.86=3.548MW交易3分?jǐn)傤~：X=*12.86=5.321MW與Shapley值網(wǎng)損分?jǐn)偡ㄟM(jìn)行對(duì)比，得表4-4：表4-5 Shapley值網(wǎng)損分?jǐn)偡ㄅc平均網(wǎng)損分?jǐn)偡ńY(jié)果對(duì)比表交易Shapley法平均網(wǎng)損分?jǐn)偡═1T2T34.325MW3.402MW5.138MW3.991MW3.548MW5.321MW從數(shù)據(jù)中得出，平均網(wǎng)損分?jǐn)偡ㄊ菇灰琢看蟮慕灰追匠袚?dān)了過多的網(wǎng)損分?jǐn)傤~，對(duì)交易商改進(jìn)技術(shù)，擴(kuò)大生產(chǎn)沒有起到促進(jìn)激勵(lì)作用，反而有一定的抑制作用，不利于經(jīng)濟(jì)發(fā)展。而且，上文也談到，網(wǎng)損的產(chǎn)生比較復(fù)雜，會(huì)交叉作用，并和交易次序有很大影響，而平均網(wǎng)損分?jǐn)偡▋H僅按交易比例分?jǐn)?，顯得過于簡單。它不能提供電網(wǎng)短期和長期經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)學(xué)信號(hào)，缺乏強(qiáng)有力的電力市場經(jīng)濟(jì)激勵(lì)機(jī)制，常常受到無法獲益的用戶的抱怨，所以它不如Shapley值網(wǎng)損分?jǐn)偡▋?yōu)越。 5 結(jié)論市場化是電力工業(yè)發(fā)展大勢所趨，但發(fā)展也給傳統(tǒng)的電力系統(tǒng)分析領(lǐng)域帶來了新的課題，網(wǎng)損分?jǐn)偩褪瞧渲兄?。網(wǎng)損向來是電力系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行中的一個(gè)重要問題， 因此如何進(jìn)行統(tǒng)一的精確計(jì)算和公平的分?jǐn)偅?成了市場成員共同關(guān)注的問題。同時(shí)， 如何將網(wǎng)損合理分?jǐn)傄彩请娋W(wǎng)運(yùn)營者面臨的主要問題之一， 直接關(guān)系到電力市場的有序競爭和良性發(fā)展。本論文在大量參閱理論文獻(xiàn)、搜集科技資料和廣泛深入調(diào)研的基礎(chǔ)上，系統(tǒng)闡述了當(dāng)今流行的幾種網(wǎng)損分?jǐn)偡椒?，并結(jié)合我國電力市場化改革趨向，對(duì)雙邊交易模式的網(wǎng)損分?jǐn)偡?