王幫燦，張茂林，徐俊杰，徐云，應黎明，崔雪，黃宋波

(1. 昆明電力交易中心有限責任公司，昆明 650011；2. 國網(wǎng)湖北省電力公司十堰供電公司，湖北 十堰 442000；3. 武漢大學電氣工程學院，武漢 430072)

0 前言

《關于進一步深化電力體制改革的若干意見》旨在推動電力體制的深入改革[1]。在電力市場建設過程中，通過建立一套交易機制評價指標體系對電力市場運行進行事后評價，發(fā)現(xiàn)交易機制中存在的問題，并及時進行修訂和調整，例如通過評價結果可以判斷交易機制設計是否有利于抑制市場力，也可以判斷是否有利于市場的有效競爭以及是否符合社會福利最大化原則等問題，歐洲電力市場評價指標體系由四個方面構成：市場設計、市場勢力、市場監(jiān)管、可持續(xù)發(fā)展[2-10]。國內學者對電力市場整體評價的研究主要集中在如何構建全面、科學的評價指標體系。文獻[11]建立了一套包含市場供需、市場結構、市場策略、供應者地位及交易結果等監(jiān)管指標的電力市場評價指標體系，為市場監(jiān)管決策和規(guī)則修訂提供了幫助。文獻[12]深入分析了電力市場運營規(guī)則的內容和特點，構建了包含可靠性、穩(wěn)定性、經(jīng)濟性和環(huán)保性的評價體系，在此基礎上提出了多層次模糊綜合評價模型，以實例驗證了方法的可行性。文獻[13]認為電力市場引入競爭的目的是通過市場機制提高運營效率，因此以有效競爭為目標構建了基于市場效率的三級評價指標體系，評價方法采用了灰色關聯(lián)分析與模糊綜合評價，通過兩種方法的綜合分析，對電力市場的效率進行評價。文獻[14]從評價指標體系、指標體系的綜合評價方法、風險度量三個方面對輔助服務市場進行了多角度和全方位的評價。

本文在對電力市場交易機制進行分析的基礎上歸納出電力市場交易機制設計原則和目的，構建了電力市場交易機制評價指標體系和電力市場交易機制綜合評價模型，并以云南電力市場交易機制為評價對象[15-17]，利用構建的電力市場交易機制綜合評價模型進行評價，分析評價結果并提出了優(yōu)化建議。

1 電力市場交易機制評價指標體系

設計電力市場交易機制的原則和目的可歸納為流動性、穩(wěn)定性、經(jīng)濟性、發(fā)展協(xié)調性和公開性五個方面。交易機制評價是交易機制設計的逆過程。在分析交易機制設計的五個原則和目的的基礎上，對交易機制的評價從交易機制運行結果出發(fā)，來驗證所設計的交易機制是否達到了以上五個目的。以流動性u1、穩(wěn)定性u2、經(jīng)濟性u3、發(fā)展協(xié)調性u4、公開性u5五個方面為評價體系的一級指標。

1.1 流動性

市場的流動性通過市場開放程度、市場完整度和競爭度來體現(xiàn)。以交易市場開放程度u11、交易市場完整度u12、交易市場競爭度u13為二級指標，其對應的三級指標為：垂直一體化程度u111、自由選擇供電商的用戶比率u112、市場主體進入難易度u113；多層次交易市場u121；市場份額指標u131、市場集中度u132、市場競爭度u133。

1.2 穩(wěn)定性

通過合理的交易機制設應可以保證電力市場的穩(wěn)定性，這種穩(wěn)定性體現(xiàn)在價格的平穩(wěn)、消費者用電的穩(wěn)定以及風險防范能力上，以供電穩(wěn)定u21、電價平穩(wěn)u22、風險防范能力u23為二級指標，并構建其相對應的三級指標：供電可靠率u211、平均停電頻率u212；中長期合約比率u221、低報價比率u221、高報價比率u223、出清價格波動指數(shù)u224、邊際價格達限率u225；發(fā)電容量備用率u231。

1.3 經(jīng)濟性

實現(xiàn)市場的經(jīng)濟性是交易機制的重要原則和目的，電力市場交易機制的經(jīng)濟性體現(xiàn)在電力價格的發(fā)現(xiàn)功能。以電價設定方式u31、價格有效性u32為二級指標，其對應的三級指標為：電價設定方式合理性u311；輸電電價占總電價比重u321、銷售電價-消費物價指數(shù)u322、成交電價-電煤價格變化率u323。

1.4 發(fā)展協(xié)調性

交易機制的發(fā)展協(xié)調，主要包括了交易規(guī)則協(xié)調性、市場激勵和環(huán)境可持續(xù)發(fā)展。以交易規(guī)則協(xié)調性u41、市場引導和激勵u42、環(huán)境可持續(xù)發(fā)展u43為二級指標，其對應的三級指標為：規(guī)則協(xié)調性u411；清潔能源年增長率u421、發(fā)輸配電資產(chǎn)比例u422；清潔能源發(fā)電比率u431。

1.5 公開性

在一個規(guī)范的電力市場中，價格和交易程序的公開、公平和公正是電力市場健康發(fā)展與交易機制健全的重要標志，只有電力市場信息透明，才能保證電力市場的參與者能夠根據(jù)其掌握的市場價格信號，實現(xiàn)其對市場交換的利潤預期。以交易信息為二級指標u51，其對應的三級指標為交易信息透明度u511。

電力市場交易機制的評價指標體系如圖1所示。

圖1 電力市場交易機制的評價指標體系

2 電力市場交易機制的評價

2.1 確定綜合評價的指標集和評價集

本文已建立了包括流動性、穩(wěn)定性、經(jīng)濟性、發(fā)展協(xié)調性、公開性五個方面的一級指標，在一級指標下又包括12個二級指標和24個三級指標。在此基礎上建立模糊評價指標集：

U{流動性，穩(wěn)定性，經(jīng)濟性，發(fā)展協(xié)調性，公開性}

其中，u1={u11,u12,u13}={交易市場開放度，交易市場完整度，交易市場競爭度}；

u2={u21,u22,u23}={供電穩(wěn)定，電價平穩(wěn)，風險防范能力}；

u3={u31,u32}={電價設定方式，價格有效性}；

u4={u41,u42,u43}={交易規(guī)則協(xié)調性，市場引導和激勵，環(huán)境可持續(xù)}；

u5={u51}={交易信息類}。

24個三級指標又可細分為定量指標和定性指標。定量指標包括正向指標、逆向指標、適度指標。正向指標和逆向指標表示越大或越小越好型，適度指標表示越中越好型。定性指標表示該指標不易用隸屬函數(shù)衡量，需要通過問卷調查或專家打分來確定其隸屬度。24個指標中，u111、u113、u121、u311、u411、u511屬于定性指標；u112、u133、u211、u221、u231、u421、u431屬 于 正 向指 標；u131、u132、u212、u222、u223、u225、u322、u323屬于逆向指標；u224、u321、u422屬于適度指標。

對電力市場交易機制綜合評價體系中每一個指標進行等級評定，分為1、2、3、4這四個等級，1、2、3、4分別對應自然語言中的優(yōu)秀、良好、中等、較差。電力市場交易機制綜合評價模型的評語集為：

其中，vj(j= 1,2,… ,4)表示第j個評定等級。

2.2 計算各指標隸屬度

2.2.1 定量指標隸屬度的確定

定量指標的隸屬度確定采用線性模糊分布函數(shù)計算，構建指標ui分別屬于評價集vj(j= 1,2,… ,4)的隸屬函數(shù)v1(x)、v2(x)v3(x)v4(x)，將指標值代入函數(shù)后計算得到結果(ri(1)，ri(2)ri(3)ri(4))，即為指標ui屬于評價集V= {v1,v2,… ,v4}的隸屬度。

1）正向、逆向指標的隸屬函數(shù)：正向與逆向指標的隸屬函數(shù)確定方法類似，首先按照評語集的四個等級給出四個界定值x1,x2,x3,x4，然后根據(jù)對應指標的性質構建隸屬函數(shù)。以正向（越大越好）指標ui為例，其指標等級界定如表1所示。

表1 正向指標ui的等級界定

在判定正向指標ui相對于各評語等級的隸屬度時，以上限值x1和下限值x4為界，若是指標值ui≥x1，則判定為完全屬于v1(優(yōu)秀)等級；若是指標值ui≥x4，則判定為完全屬于v4(較差)等級。

根據(jù)表1給出的界定值，構建正向指標ui分別屬于評價集vj(j= 1,2,… ,4)的隸屬函數(shù)v1(x)、v2(x)v3(x)v4(x)，隸屬度函數(shù)v1(x)、v2(x)v3(x)v4(x)的函數(shù)圖形如圖所示。

圖2 正向指標ui的隸屬度函數(shù)圖形

構建逆向（越小越好）指標的隸屬度函數(shù)時，以下限值x1和上限值x4為界，若是指標值ui≥x1，則判定為完全屬于v1等級；若是指標值ui≥x4，則判定為完全屬于v4等級。逆向指標ui的隸屬度函數(shù)圖形如圖所示。

圖3 逆向指標ui的隸屬度函數(shù)圖形

圖4 適度指標的隸屬度函數(shù)圖形

2）適度指標的隸屬函數(shù)：適度指標即為中間型指標，首先確定其最合理的區(qū)間[x1、x2]，然后分別確定最能反映2級（良好）特性的數(shù)值x3、x4最能反映3級（中等）特性的數(shù)值x5、x6、最能反映4級（較差）特性的數(shù)值x7、x8。

根據(jù)給出的界定值，構建適度指標ui分別屬于評價集vj(j=1,2,…,4)的隸屬函數(shù)v1(x)、v2(x)、v3(x)、v4(x)對應的函數(shù)圖形如圖所示。

2.2.2 定性指標的隸屬度確定

ri(j)就是綜合所有專家意見得到的指標ui獲得第j個評語vj的隸屬度。

2.3 構建評價矩陣

電力市場交易機制評價指標體系是一個多層次體系，上一級指標Ui可以包含p個下級指標，其中Ui可以是最上層的總指標，也可以是一級和二級指標。這樣Ui的因素集為：

式中，指標Ui的下級指標uit的評價向量為：

由上述分析，可得到指標Ui的模糊評價矩陣為：

根據(jù)本文所提出的指標層次結構，共可形成18個模糊評價矩陣。

2.4 確定各指標的權重

采用層次分析法（AHP）來確定各指標的權重，比如在確定一級指標權重時，將u1、u2、u3、u4、u5相對于U的重要性進行兩兩比較，比較結果可以形成一個5×5的判斷矩陣，判斷矩陣H如表所示。

表2 電力市場交易機制一級指標權重判斷矩陣H

表2中，zij表示指標ui和指標uj相比較的結果，且zii=1。當i≠j時，zij=1/zji，即標度具有互反性。

根據(jù)電力市場交易機制評價指標層次結構，建立18個權重判斷矩陣。

2.5 指標綜合評價

本文采用加權平均型的M(+)算子進行模糊運算，運算公式為：

式中，A為指標權向量，R為評價矩陣，B為綜合評價向量。

以計算流動性指標u1的綜合評價向量B1為例，首先求解流動性指標u1下二級指標的綜合評價向量B1i=(i=1,2,3)，計算公式為：

式中，i=1,2,3,A1i為二級指標u1i下的三級指標的指標權向量；R1i為二級指標u1i下的三級指標的評價矩陣；b1i(j)=(j=1,2,3,4)表示二級指標u1i相對于評語vj=(j=1,2,3,4)的隸屬度。

流動性指標u1的綜合評價向量B1計算公式為：

式中，A1為一級指標u1下的二級指標的指標權向量；R1為一級指標u1下的二級指標的評價矩陣，該矩陣由二級指標的綜合評價向量B1i=(j=1,2,3)構成；b1i(j)=(j=1,2,3,4)表示一級指標u1相對于評語vj=(j=1,2,3,4)的隸屬度。

依照此方法，依次求出穩(wěn)定性指標u2的綜合評價向量B2、經(jīng)濟性指標u3的綜合評價向量B3、發(fā)展協(xié)調性指標u4的綜合評價向量B4、公開性指標u5的綜合評價向量B5。電力市場交易機制綜合評價向量B的計算公式為：

式中，A為目標層U下的一級指標的指標權向量；R為目標層U下的一級指標的評價矩陣，該矩陣由一級指標的綜合評價向量構成；b(j)(j= 1,2,3， 4)表示目標層U相對于評語vj(j= 1,2,3， 4)的隸屬度。

采用最大隸屬度原則，對電力市場交易機制綜合評價向量B進行處理，向量中最大的元素b(j)(j= 1,2,3， 4)對應的評價等級j(j= 1,2,3， 4)即為電力市場交易機制的綜合評價等級。

為了充分利用B的信息，可以把各個等級的評價參數(shù)和評價結果綜合考慮。設相對于各等級vj(j= 1,2,3， 4)規(guī)定的參數(shù)列向量為：

得出等級參數(shù)評判結果為：

p反映了綜合評判向量B和等級評判向量C所帶來的綜合信息，即為此次評價云南電力市場交易機制的總評分。

3 算例分析

運用本文所提出的電力市場交易機制的評價方法，對云南電力市場2016年的交易機制進行綜合分析。

根據(jù)云南電力市場交易機制的運行結果，得到云南電力市場交易機制三級指標的評價指標值。以行業(yè)內各指標的平均值、最大值和最小值作為參考，按照四個評價等級設定出相應的評價基準值。構建各指標的隸屬函數(shù)，求得各三級指標屬于評價集vj=(j=1,2,…,4)的隸屬度。

構建云南電力市場交易機制各級指標權重判斷矩陣，求得各指標的判斷矩陣和權向量。

將三級指標評價向量構成的評價矩陣與對應的指標權向量模糊合成，得到二級指標的評價向量，并依次得到一級指標的評價向量。

將一級指標評價向量構成的評價矩陣與對應的指標權向量模糊合成，得到云南電力市場交易機制綜合評價的評價向量為：

按照最大隸屬度評判法來分析評價上述結果，因為最大的隸屬度為0.5837，且該隸屬度屬于評語集“優(yōu)秀”，由此表明云南電力市場交易機制的評價結果為“優(yōu)秀”。

采用最大隸屬度的分析方法來評價電力市場交易機制，只利用了隸屬度中的最大者，沒能充分利用綜合評價向量B所帶來的信息。為了充分利用B所帶來的信息，對評語集vj=(j=1,2,3,4)進行相應的賦值，把評價參數(shù)和評判結果進行綜合考慮。相對于各等級vj=(j=1,2,3,4)規(guī)定的參數(shù)列向量為：

計算各指標評價結果，云南電力市場交易機制綜合評價結果如表3所示。

表3 電力市場交易機制各指標綜合評價結果

從評價結果中可以看出，云南電力市場交易機制的市場流動性表現(xiàn)中等，穩(wěn)定性和公開性表現(xiàn)為優(yōu)秀，經(jīng)濟性和發(fā)展協(xié)調性表現(xiàn)為良好，綜合評價指標為良好。評價結果與云南電力市場實際情況基本相近，反映了本次評價結果的有效性。

4 結束語

本文在分析電力市場交易機制設計原則和目的基礎上，構建了電力市場交易機制評價指標體系和電力市場交易機制綜合評價模型，并利用該模型對云南電力市場交易機制進行了評價，結論如下：

1）設計和評價電力市場交易機制的原則和目的歸納為流動性、穩(wěn)定性、經(jīng)濟性、發(fā)展協(xié)調性和公開性5個方面；在此基礎上，構建了電力市場交易機制綜合評價指標體系。所構建的指標體系能夠充分體現(xiàn)電力市場交易機制的全貌和合理性。

2）研究了指標體系的層次結構和電力市場交易機制評價指標的特點，確立了層次分析和模糊評價相結合的方法。該方法將電力市場指標隸屬度的客觀性與專家定性分析的主觀性相結合,提高了評估過程的科學性。

3）通過對云南電力市場交易機制的評價，評價結果符合客觀現(xiàn)實，同時能反映出市場機制存在的不足之處，對市場發(fā)展有指導意義。