电力市场交易机制综合评价模型研究

王帮灿，张茂林，徐俊杰，徐云，应黎明，崔雪，黄宋波

(1. 昆明电力交易中心有限责任公司，昆明 650011；2. 国网湖北省电力公司十堰供电公司，湖北 十堰 442000；3. 武汉大学电气工程学院，武汉 430072)

0 前言

《关于进一步深化电力体制改革的若干意见》旨在推动电力体制的深入改革[1]。在电力市场建设过程中，通过建立一套交易机制评价指标体系对电力市场运行进行事后评价，发现交易机制中存在的问题，并及时进行修订和调整，例如通过评价结果可以判断交易机制设计是否有利于抑制市场力，也可以判断是否有利于市场的有效竞争以及是否符合社会福利最大化原则等问题，欧洲电力市场评价指标体系由四个方面构成：市场设计、市场势力、市场监管、可持续发展[2-10]。国内学者对电力市场整体评价的研究主要集中在如何构建全面、科学的评价指标体系。文献[11]建立了一套包含市场供需、市场结构、市场策略、供应者地位及交易结果等监管指标的电力市场评价指标体系，为市场监管决策和规则修订提供了帮助。文献[12]深入分析了电力市场运营规则的内容和特点，构建了包含可靠性、稳定性、经济性和环保性的评价体系，在此基础上提出了多层次模糊综合评价模型，以实例验证了方法的可行性。文献[13]认为电力市场引入竞争的目的是通过市场机制提高运营效率，因此以有效竞争为目标构建了基于市场效率的三级评价指标体系，评价方法采用了灰色关联分析与模糊综合评价，通过两种方法的综合分析，对电力市场的效率进行评价。文献[14]从评价指标体系、指标体系的综合评价方法、风险度量三个方面对辅助服务市场进行了多角度和全方位的评价。

本文在对电力市场交易机制进行分析的基础上归纳出电力市场交易机制设计原则和目的，构建了电力市场交易机制评价指标体系和电力市场交易机制综合评价模型，并以云南电力市场交易机制为评价对象[15-17]，利用构建的电力市场交易机制综合评价模型进行评价，分析评价结果并提出了优化建议。

1 电力市场交易机制评价指标体系

设计电力市场交易机制的原则和目的可归纳为流动性、稳定性、经济性、发展协调性和公开性五个方面。交易机制评价是交易机制设计的逆过程。在分析交易机制设计的五个原则和目的的基础上，对交易机制的评价从交易机制运行结果出发，来验证所设计的交易机制是否达到了以上五个目的。以流动性u1、稳定性u2、经济性u3、发展协调性u4、公开性u5五个方面为评价体系的一级指标。

1.1 流动性

市场的流动性通过市场开放程度、市场完整度和竞争度来体现。以交易市场开放程度u11、交易市场完整度u12、交易市场竞争度u13为二级指标，其对应的三级指标为：垂直一体化程度u111、自由选择供电商的用户比率u112、市场主体进入难易度u113；多层次交易市场u121；市场份额指标u131、市场集中度u132、市场竞争度u133。

1.2 稳定性

通过合理的交易机制设应可以保证电力市场的稳定性，这种稳定性体现在价格的平稳、消费者用电的稳定以及风险防范能力上，以供电稳定u21、电价平稳u22、风险防范能力u23为二级指标，并构建其相对应的三级指标：供电可靠率u211、平均停电频率u212；中长期合约比率u221、低报价比率u221、高报价比率u223、出清价格波动指数u224、边际价格达限率u225；发电容量备用率u231。

1.3 经济性

实现市场的经济性是交易机制的重要原则和目的，电力市场交易机制的经济性体现在电力价格的发现功能。以电价设定方式u31、价格有效性u32为二级指标，其对应的三级指标为：电价设定方式合理性u311；输电电价占总电价比重u321、销售电价-消费物价指数u322、成交电价-电煤价格变化率u323。

1.4 发展协调性

交易机制的发展协调，主要包括了交易规则协调性、市场激励和环境可持续发展。以交易规则协调性u41、市场引导和激励u42、环境可持续发展u43为二级指标，其对应的三级指标为：规则协调性u411；清洁能源年增长率u421、发输配电资产比例u422；清洁能源发电比率u431。

1.5 公开性

在一个规范的电力市场中，价格和交易程序的公开、公平和公正是电力市场健康发展与交易机制健全的重要标志，只有电力市场信息透明，才能保证电力市场的参与者能够根据其掌握的市场价格信号，实现其对市场交换的利润预期。以交易信息为二级指标u51，其对应的三级指标为交易信息透明度u511。

电力市场交易机制的评价指标体系如图1所示。

图1 电力市场交易机制的评价指标体系

2 电力市场交易机制的评价

2.1 确定综合评价的指标集和评价集

本文已建立了包括流动性、稳定性、经济性、发展协调性、公开性五个方面的一级指标，在一级指标下又包括12个二级指标和24个三级指标。在此基础上建立模糊评价指标集：

U{流动性，稳定性，经济性，发展协调性，公开性}

其中，u1={u11,u12,u13}={交易市场开放度，交易市场完整度，交易市场竞争度}；

u2={u21,u22,u23}={供电稳定，电价平稳，风险防范能力}；

u3={u31,u32}={电价设定方式，价格有效性}；

u4={u41,u42,u43}={交易规则协调性，市场引导和激励，环境可持续}；

u5={u51}={交易信息类}。

24个三级指标又可细分为定量指标和定性指标。定量指标包括正向指标、逆向指标、适度指标。正向指标和逆向指标表示越大或越小越好型，适度指标表示越中越好型。定性指标表示该指标不易用隶属函数衡量，需要通过问卷调查或专家打分来确定其隶属度。24个指标中，u111、u113、u121、u311、u411、u511属于定性指标；u112、u133、u211、u221、u231、u421、u431属 于 正 向指 标；u131、u132、u212、u222、u223、u225、u322、u323属于逆向指标；u224、u321、u422属于适度指标。

对电力市场交易机制综合评价体系中每一个指标进行等级评定，分为1、2、3、4这四个等级，1、2、3、4分别对应自然语言中的优秀、良好、中等、较差。电力市场交易机制综合评价模型的评语集为：

其中，vj(j= 1,2,… ,4)表示第j个评定等级。

2.2 计算各指标隶属度

2.2.1 定量指标隶属度的确定

定量指标的隶属度确定采用线性模糊分布函数计算，构建指标ui分别属于评价集vj(j= 1,2,… ,4)的隶属函数v1(x)、v2(x)v3(x)v4(x)，将指标值代入函数后计算得到结果(ri(1)，ri(2)ri(3)ri(4))，即为指标ui属于评价集V= {v1,v2,… ,v4}的隶属度。

1）正向、逆向指标的隶属函数：正向与逆向指标的隶属函数确定方法类似，首先按照评语集的四个等级给出四个界定值x1,x2,x3,x4，然后根据对应指标的性质构建隶属函数。以正向（越大越好）指标ui为例，其指标等级界定如表1所示。

表1 正向指标ui的等级界定

在判定正向指标ui相对于各评语等级的隶属度时，以上限值x1和下限值x4为界，若是指标值ui≥x1，则判定为完全属于v1(优秀)等级；若是指标值ui≥x4，则判定为完全属于v4(较差)等级。

根据表1给出的界定值，构建正向指标ui分别属于评价集vj(j= 1,2,… ,4)的隶属函数v1(x)、v2(x)v3(x)v4(x)，隶属度函数v1(x)、v2(x)v3(x)v4(x)的函数图形如图所示。

图2 正向指标ui的隶属度函数图形

构建逆向（越小越好）指标的隶属度函数时，以下限值x1和上限值x4为界，若是指标值ui≥x1，则判定为完全属于v1等级；若是指标值ui≥x4，则判定为完全属于v4等级。逆向指标ui的隶属度函数图形如图所示。

图3 逆向指标ui的隶属度函数图形

图4 适度指标的隶属度函数图形

2）适度指标的隶属函数：适度指标即为中间型指标，首先确定其最合理的区间[x1、x2]，然后分别确定最能反映2级（良好）特性的数值x3、x4最能反映3级（中等）特性的数值x5、x6、最能反映4级（较差）特性的数值x7、x8。

根据给出的界定值，构建适度指标ui分别属于评价集vj(j=1,2,…,4)的隶属函数v1(x)、v2(x)、v3(x)、v4(x)对应的函数图形如图所示。

2.2.2 定性指标的隶属度确定

ri(j)就是综合所有专家意见得到的指标ui获得第j个评语vj的隶属度。

2.3 构建评价矩阵

电力市场交易机制评价指标体系是一个多层次体系，上一级指标Ui可以包含p个下级指标，其中Ui可以是最上层的总指标，也可以是一级和二级指标。这样Ui的因素集为：

式中，指标Ui的下级指标uit的评价向量为：

由上述分析，可得到指标Ui的模糊评价矩阵为：

根据本文所提出的指标层次结构，共可形成18个模糊评价矩阵。

2.4 确定各指标的权重

采用层次分析法（AHP）来确定各指标的权重，比如在确定一级指标权重时，将u1、u2、u3、u4、u5相对于U的重要性进行两两比较，比较结果可以形成一个5×5的判断矩阵，判断矩阵H如表所示。

表2 电力市场交易机制一级指标权重判断矩阵H

表2中，zij表示指标ui和指标uj相比较的结果，且zii=1。当i≠j时，zij=1/zji，即标度具有互反性。

根据电力市场交易机制评价指标层次结构，建立18个权重判断矩阵。

2.5 指标综合评价

本文采用加权平均型的M(+)算子进行模糊运算，运算公式为：

式中，A为指标权向量，R为评价矩阵，B为综合评价向量。

以计算流动性指标u1的综合评价向量B1为例，首先求解流动性指标u1下二级指标的综合评价向量B1i=(i=1,2,3)，计算公式为：

式中，i=1,2,3,A1i为二级指标u1i下的三级指标的指标权向量；R1i为二级指标u1i下的三级指标的评价矩阵；b1i(j)=(j=1,2,3,4)表示二级指标u1i相对于评语vj=(j=1,2,3,4)的隶属度。

流动性指标u1的综合评价向量B1计算公式为：

式中，A1为一级指标u1下的二级指标的指标权向量；R1为一级指标u1下的二级指标的评价矩阵，该矩阵由二级指标的综合评价向量B1i=(j=1,2,3)构成；b1i(j)=(j=1,2,3,4)表示一级指标u1相对于评语vj=(j=1,2,3,4)的隶属度。

依照此方法，依次求出稳定性指标u2的综合评价向量B2、经济性指标u3的综合评价向量B3、发展协调性指标u4的综合评价向量B4、公开性指标u5的综合评价向量B5。电力市场交易机制综合评价向量B的计算公式为：

式中，A为目标层U下的一级指标的指标权向量；R为目标层U下的一级指标的评价矩阵，该矩阵由一级指标的综合评价向量构成；b(j)(j= 1,2,3， 4)表示目标层U相对于评语vj(j= 1,2,3， 4)的隶属度。

采用最大隶属度原则，对电力市场交易机制综合评价向量B进行处理，向量中最大的元素b(j)(j= 1,2,3， 4)对应的评价等级j(j= 1,2,3， 4)即为电力市场交易机制的综合评价等级。

为了充分利用B的信息，可以把各个等级的评价参数和评价结果综合考虑。设相对于各等级vj(j= 1,2,3， 4)规定的参数列向量为：

得出等级参数评判结果为：

p反映了综合评判向量B和等级评判向量C所带来的综合信息，即为此次评价云南电力市场交易机制的总评分。

3 算例分析

运用本文所提出的电力市场交易机制的评价方法，对云南电力市场2016年的交易机制进行综合分析。

根据云南电力市场交易机制的运行结果，得到云南电力市场交易机制三级指标的评价指标值。以行业内各指标的平均值、最大值和最小值作为参考，按照四个评价等级设定出相应的评价基准值。构建各指标的隶属函数，求得各三级指标属于评价集vj=(j=1,2,…,4)的隶属度。

构建云南电力市场交易机制各级指标权重判断矩阵，求得各指标的判断矩阵和权向量。

将三级指标评价向量构成的评价矩阵与对应的指标权向量模糊合成，得到二级指标的评价向量，并依次得到一级指标的评价向量。

将一级指标评价向量构成的评价矩阵与对应的指标权向量模糊合成，得到云南电力市场交易机制综合评价的评价向量为：

按照最大隶属度评判法来分析评价上述结果，因为最大的隶属度为0.5837，且该隶属度属于评语集“优秀”，由此表明云南电力市场交易机制的评价结果为“优秀”。

采用最大隶属度的分析方法来评价电力市场交易机制，只利用了隶属度中的最大者，没能充分利用综合评价向量B所带来的信息。为了充分利用B所带来的信息，对评语集vj=(j=1,2,3,4)进行相应的赋值，把评价参数和评判结果进行综合考虑。相对于各等级vj=(j=1,2,3,4)规定的参数列向量为：

计算各指标评价结果，云南电力市场交易机制综合评价结果如表3所示。

表3 电力市场交易机制各指标综合评价结果

从评价结果中可以看出，云南电力市场交易机制的市场流动性表现中等，稳定性和公开性表现为优秀，经济性和发展协调性表现为良好，综合评价指标为良好。评价结果与云南电力市场实际情况基本相近，反映了本次评价结果的有效性。

4 结束语

本文在分析电力市场交易机制设计原则和目的基础上，构建了电力市场交易机制评价指标体系和电力市场交易机制综合评价模型，并利用该模型对云南电力市场交易机制进行了评价，结论如下：

1）设计和评价电力市场交易机制的原则和目的归纳为流动性、稳定性、经济性、发展协调性和公开性5个方面；在此基础上，构建了电力市场交易机制综合评价指标体系。所构建的指标体系能够充分体现电力市场交易机制的全貌和合理性。

2）研究了指标体系的层次结构和电力市场交易机制评价指标的特点，确立了层次分析和模糊评价相结合的方法。该方法将电力市场指标隶属度的客观性与专家定性分析的主观性相结合,提高了评估过程的科学性。

3）通过对云南电力市场交易机制的评价，评价结果符合客观现实，同时能反映出市场机制存在的不足之处，对市场发展有指导意义。