配额制下可再生能源电力市场运营效率评价系统及方法

摘要

本发明涉及一种配额制下可再生能源电力市场运营效率评价系统及方法，包括登录信息输入模块、评价指标体系模块、主观评价指标数据采集模块、客观评价指标数据采集模块、交易中心配额制市场运行数据库、评价模块和输出显示模块。本发明将有助于各大市场主体及监管者了解市场的运行状况、存在的问题以及发展趋势,是进行市场分析、管理决策所必需的工具,对可再生能源电力市场的科学管理和健康发展具有重要作用。

说明书

技术领域

本发明属于电力信息技术领域，涉及可再生能源电力市场运营效率评价系统及方法，尤其是一种配额制下可再生能源电力市场运营效率评价系统及方法。

背景技术

目前，可再生能源配额制(RPS)是一种基于法律，为建立高效低碳、节能环保的能源体系，通过市场机制有效促进可再生能源产业发展，而实施的强制性政策，属于政府的政策工具，是可再生能源总量目标的控制机制。该政策以数量为基础,可以将其视为一种固定产量比例法：规定可再生能源发电量或消纳量占其对应总发电量或总消纳量一定比例，为可再生能源产业的发展提供了保护市场，在这个市场中，可再生能源发电厂商相互博弈，不断寻求最低成本，并最终通过市场手段来确定电价，保证电力市场生产或消纳一定数量的可再生能源电力，这也是其最大用处和优势所在。

近年来，为加快构建安全高效、清洁低碳的能源体系，促进非化石能源的开发利用，我国对配额制实施方案进行了多次研究与探讨。目前，我国的可再生能源配额制还未正式落地，可再生能源电力交易模式仍需不断完善。可再生能源电力市场运营模式作为可再生能源配额制的重要组成部分，其能否高效运行将决定可再生能源电力市场运营效率的高低，进一步影响我国能源结构，关乎可再生能源产业发展速度的快慢，因此，建立起一套客观全面的市场运营效率评价系统将对我国可再生能源配额制的完善及电力市场改革具有重大意义，并在此基础之上提出提供一种配额制下可再生能源电力市场运营效率评价系统。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提出一种设计合理、方便实用且评价结果可靠性强的配额制下可再生能源电力市场运营效率评价系统及方法。

本发明解决其现实问题是采取以下技术方案实现的：

一种配额制下可再生能源电力市场运营效率评价系统，包括登录信息输入模块、评价指标体系模块、主观评价指标数据采集模块、客观评价指标数据采集模块、交易中心配额制市场运行数据库、评价模块和输出显示模块；

所述登录信息输入模块包括即专家角色与系统操作员身份两种登录角色，其输出端分别与主观评价指标数据采集模块、客观评价指标数据采集模块相连接，专家录入信息后进入主观评价指标数据采集模块，并进行专家打分；操作员进入后进入客观评价指标数据采集模块获取所需数据，并进行后续评价操作；

所述评价指标体系模块包括评价指标体系准则层-测量层指标，每个指标带有主观性指标和客观性指标的标签，根据标签分别将指标导入主观评价指标数据采集模块和客观评价指标数据采集模块；

所述交易中心配额制市场运行数据库中包含评价所需要采集的客观基础数据；

所述主观评价指标数据采集模块、客观评价指标数据采集模块与评价模块相连接，将所述主观评价指标数据采集模块、客观评价指标数据采集模块获取指标评价数据发送到评价模块；

所述评价模块依据所建立的基于熵权TOPSIS模型对待评价市场进行综合评价，并将待评价对象配额制下电力市场运营效率的优劣排序结果和准则层评价矩阵传输至输出显示模块，操作员将准则层评价矩阵作为参考，分析各省之间存在的差距。

一种配额制下可再生能源电力市场运营效率评价方法，包括以下步骤：

步骤1、建立多层可再生能源电力市场运营效率评价体系；

步骤2、对步骤1所建立的多层可再生能源电力市场运营效率评价体系的测量层中主观及客观指标分别进行评价数据采集；

步骤3、基于熵权-TOPSIS法的评价模型对多层可再生能源电力市场运营效率评价体系进行处理，得到可再生能源电力市场效率评价结果；

而且，所述步骤1的具体方法为：

根据指标体系模块中对可再生能源电力市场运营效率评价的具体需求，秉持完整性、代表性、层次性以及可操作性的原则，选取市场竞争性A、市场稳定性B、市场有效性C、市场-政策协调性D、可持续发展性E五个指标作为准则层指标，并下设18个测量层指标；具体包括：

(1)市场竞争性A：实际消纳部分相对集中度、绿色证书市场相对集中度、实际消纳部分竞争度、绿色证书市场竞争度；

(2)市场稳定性B：实际消纳部分供需比、绿色证书市场供需比、绿色证书市场存储比率、实际消纳部分售价波动指数、绿色证书市场售价波动指数；

(3)市场有效性C：信息有效性、实际消纳部分跨省交易率、绿色证书市场跨省区交易率；

(4)市场-政策协调性D：政策适度性、交易成本、监管力度；

(5)可持续发展性E：可再生能源装机容量增长率、规模经济优度、进入与退出壁垒。

而且，所述步骤3的具体步骤包括：

(1)根据上述步骤中主观评价指标数据采集模块中专家打分导出直觉模糊矩阵；确定直觉模糊熵；计算主观评价指标熵权；

(2)根据客观评价指标数据采集模块计算得到的评价数据，首先进行无量纲化处理；再确定客观评价指标熵值；计算客观评价指标熵权；

(3)按照设定的主客观重要性分配比例计算综合权重；

(4)依据基于熵权的TOPSIS模型进行综合评价，将评价指标数据规范化处理得到规范化矩阵；将规范化处理后的评价数据与评价指标的权值向量想相乘，构造加权规范化矩阵；通过加权规范化矩阵计算正负理想解；计算相对接近度，并按照相对接近度进行排序。

本发明的优点和有益效果：

本发明针对反映配额制下市场运营效率的关键因素进行分析研究，建立一种配额制下可再生能源电力市场运营效率评价系统，以市场经济性A、市场稳定性B、市场有效性C、市场-政策协调性D和可持续发展性E为准则层的可再生能源电力市场效率评价指标体系，将主观和客观权重确定方法相结合，并在专家评分的基础上引入了直觉模糊集，使评价指标的权重分配更具可靠性，在此基础上构建了熵权-TOPSIS市场效率评价模型，将有助于各大市场主体及监管者了解市场的运行状况、存在的问题以及发展趋势,是进行市场分析、管理决策所必需的工具,对可再生能源电力市场的科学管理和健康发展具有重要作用。

附图说明

图1是本发明的系统结构图；

图2是本发明的评价指标体系图；

图3是指标重要程度量化等级表示意图；

图4是专家打分模块主观性指标打分调查表示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明实施例作进一步详述：

一种配额制下可再生能源电力市场运营效率评价系统，如图1所示，包括登录信息输入模块、评价指标体系模块、主观评价指标数据采集模块、客观评价指标数据采集模块、交易中心配额制市场运行数据库、评价模块和输出显示模块。上述各个模块之前的数据传递关系如下：

所述登录信息输入模块有两种登录角色，即专家角色与系统操作员身份。其输出端与主观评价指标数据采集模块、客观评价指标数据采集模块相连接。专家录入信息后进入主观评价指标数据采集模块，并进行专家打分；操作员进入后进入客观评价指标数据采集模块获取所需数据，并进行后续评价操作。

评价指标体系模块包含评价指标体系准则层-测量层指标，有主观性指标及客观性指标的标签，根据标签分别将指标向后导入主观评价指标数据采集模块与客观评价指标数据采集模块。

交易中心配额制市场运行数据库中包含评价所需要采集的客观基础数据。

主观评价指标数据采集模块、客观评价指标数据采集模块向后与评价模块相连，将所述主观评价指标数据采集模块、客观评价指标数据采集模块获取指标评价数据发送到评价模块。评价模块依据所建立的基于熵权的TOPSIS模型对待评价市场进行综合评价。处理逻辑为：1)根据上述步骤中主观评价指标数据采集模块中专家打分导出直觉模糊矩阵，确定直觉模糊熵，计算主观评价指标熵权；2)根据客观评价指标数据采集模块计算得到的评价数据，首先进行无量纲化处理，确定客观评价指标熵值，最后计算客观评价指标熵权；3)按照设定的主客观重要性分配比例计算综合权重；4)综合评价。将评价指标数据规范化处理得到规范化矩阵；将规范化处理后的评价数据与评价指标的权值向量想相乘，构造加权规范化矩阵；通过加权规范化矩阵计算正负理想解；计算相对接近度，并按照相对接近度进行排序。

评价模块将排序结果及准则层评价矩阵传输至输出显示模块。排序结果即为待评价对象配额制下电力市场运营效率的优劣排序；准则层评价矩阵可以作为参考，操作员分析各省之间存在的差距。

一种配额制下可再生能源电力市场运营效率评价方法，包括以下步骤：

步骤1：按照评价指标体系模块的内容建立多层可再生能源电力市场运营效率评价体系，如图2所示；

根据指标体系模块中对可再生能源电力市场运营效率评价的具体需求，秉持完整性、代表性、层次性以及可操作性的原则，选取市场竞争性A、市场稳定性B、市场有效性C、市场-政策协调性D、可持续发展性E五个指标作为准则层指标，并下设18个测量层指标，如附图1。

(1)所述市场竞争性指标包含实际消纳部分相对集中度A1、绿色证书市场相对集中度A2、实际消纳部分竞争度A3、绿色证书市场竞争度A4四个测量层指标。具体计算步骤如下。

1)实际消纳部分相对集中度A1：

2)证书市场相对集中度A2：

式(1)中，S

3)实际消纳部分竞争度A3:

4)绿色证书市场竞争度A4:

式(3)中，P′

(2)所述市场稳定性指标B包含实际消纳部分供需比B1、绿色证书市场供需比B2、绿色证书市场存储比率B3、实际消纳部分售价波动指数B4、绿色证书市场售价波动指数B5五个测量层指标。具体计算步骤如下：

1)实际消纳部分供需比B1：

2)绿色证书市场供需比B2：

式(5)中，Q

3)绿色证书市场存储比率B3:

式(7)中，c

4)实际消纳部分售价波动指数B4:

5)绿色证书市场售价波动指数B5:

式(8)中，P

(3)所述市场有效性指标包含信息有效性C1、实际消纳部分跨省交易率C2、绿色证书市场跨省区交易率C3三个测量层指标。具体计算步骤如下：

1)信息有效性C1:

信息有效性是指市场信息，如价格信息、供求信息及政策信息等的及时、全面的发布。对于可再生能源电力市场中的供需双方来说，及时全面的市场信息关系到其市场策略的制定，因此，将市场信息的有效性纳入评价指标体系是十分有必要的。

2)实际消纳部分跨省交易率C2:

3)绿色证书市场跨省区交易率C3:

式(10)、(11)中，Q

(4)所述市场-政策协调性指标包含政策适度性D1、交易成本D2、监管力度D3三个测量层指标。具体如下：

1)政策适度性D1

可再生能源市场的相关政策主要有配额政策、环境政策、金融政策、能源政策及环保政策等，每个政策在制定时都有其目标，以保证政策的现实可行性。在进行可再生能源电力市场效率评价时，可根据评估能源结构的优化、节能减排的程度以及资源的配置等方面相对于政策目标的完成程度来反映市场发展与政策是否相适应。

2)交易成本D2

交易成本主要取决于市场机制，主要包括信息成本：取得交易对象信息以及和交易对象进行信息互换所需要的成本；议价成本：根据市场交易规则、价格及商品讨价还价所需的成本；决策成本：执行相关决策和签订合约产生的内部成本。若上述成本过高，则会导致买卖双方成本过高，不利于市场的有效竞争和配额任务的完成。

3)监管力度D3

国家能源局所指派的监管机构对可再生能源发电企业及其在电力市场中的各种交易行为进行监测，并根据相关政策给予一定程度的直接或间接的控制和引导，从而使可再生能源电力市场的各方资源得到更加有效的配置，进而提升市场效率。

(5)所述可持续发展性指标包含可再生能源装机容量增长率E1、规模经济优度E2、进入与退出壁垒E3三个测量层指标。具体计算步骤如下：

1)可再生能源装机容量增长率E1

式(12)中，C

2)规模经济优度E2

式(13)中，n表示市场中达到最小规模经济的企业个数，X

3)进入与退出壁垒E3

进入壁垒是指可再生能源电力市场内现存的可再生能源发电厂商对于刚进入该市场和潜在进入的企业来说所具备的某些优势的程度。退出壁垒是指市场中现存的可再生能源发电厂商在业绩不佳或者市场不景气时打算退出该市场，但由于诸多因素阻碍，导致资源难以顺利转移。过高的进入与退出壁垒容易导致过度垄断，过低的进入壁垒与过高的退出壁垒组合则容易导致过度竞争。合理的进入与退出壁垒可以促进市场的有效竞争，实现资源的有效配置，有利于市场长期稳定发展。

步骤2：利用主观评价指标数据采集模块、客观评价指标数据采集模块对上述评价指标体系的测量层中主观及客观指标分别进行评价数据采集；

所述指标体系中测量层指标分为客观性指标以及主观性指标，所述指标评价体系模块将测量层指标通过网络传输到主观评价指标数据采集模块、客观评价指标数据采集模块；

1)所述主观评价指标数据采集模块中含有专家打分系统，利用专家打分系统对评价指标体系中主观性指标按照预定选定的评价准则进行打分，主观评价指标最终得分取专家打分的平均分，其中主观性指标包括：政策适度性、成本、监管力度、进入与退出壁垒。

2)所述客观评价指标数据采集模块从交易中心配额制市场运行数据库提取计算客观评价指标所需的基础数据，并根据评价指标体系中所述计算步骤，得到各个客观指标数据。所述客观指标包括：实际消纳部分相对集中度、绿色证书市场相对集中度、实际消纳部分竞争度、绿色证书市场竞争度、实际消纳部分供需比、绿色证书市场供需比、绿色证书市场存储比率、实际消纳部分售价波动指数、绿色证书市场售价波动指数、信息有效性、实际消纳部分跨省交易率、绿色证书市场跨省区交易率、可再生能源装机容量增长率、规模经济优度。所需采集的基础数据包括：待评价市场上各可再生能源发电厂商的市场份额、持有的绿证数量所占的市场份额；可再生能源电力市场的电力边际价格、可再生能源电力市场的价格上限、绿色电力证书市场的证书边际价格、绿色电力证书市场的价格上限；可再生能源电力市场供给总量、可再生能源电力市场需求总量、绿色证书市场证书供给总量、证书需求总量；各可再生能源发电厂商持有的绿色电力证书数量、参与交易的绿色电力证书的数量、待评价市场中可再生能源发电厂商的数量；直接消纳市场某一期的市场平均成交价格、计算周期内所有平均成交价格的平均值、评价计算周期；市场中跨省跨区交易的可再生能源电量绿证标记的等额电量、市场中可再生能源电力交易总量或绿色证书交易总量标记的等额电量；各计算周期可再生能源电力装机容量、各计算周期可再生能源电力装机容量；市场中达到最小规模经济的企业个数、达到可再生能源电力产业最小规模经济的企业的产量、该产业总产量。

步骤3：利用评价模块对评价体系进行处理；

所述主观评价指标数据采集模块、客观评价指标数据采集模块获取指标评价数据发送到评价模块，所处评价模块的具体处理逻辑为基于熵权-TOPSIS法的评价模型，步骤为：

1)根据上述步骤中主观评价指标数据采集模块中专家打分导出直觉模糊矩阵；确定直觉模糊熵；计算主观评价指标熵权；

2)根据客观评价指标数据采集模块计算得到的评价数据，首先进行无量纲化处理；再确定客观评价指标熵值；计算客观评价指标熵权；

3)按照设定的主客观重要性分配比例计算综合权重；

4)依据基于熵权的TOPSIS模型进行综合评价。将评价指标数据规范化处理得到规范化矩阵；将规范化处理后的评价数据与评价指标的权值向量想相乘，构造加权规范化矩阵；通过加权规范化矩阵计算正负理想解；计算相对接近度，并按照相对接近度进行排序。

基于上述步骤，步骤3的具体实现方法为：

1)根据上述步骤中主观评价指标数据采集模块中专家打分导出直觉模糊矩阵；确定直觉模糊熵；计算主观评价指标熵权。

在进行主观指标的量化时，一般难以搜集客观存在的数据，因此是由相关领域的专家进行综合打分得出，在专家打分时，一定程度的客观犹豫性是难以避免的，他所打的评分只能代表其认知上的相对好坏，不能直接代表所评价指标的真实得分。针对专家打分存在客观犹豫度的情况，本文引入了直觉模糊集来度量犹豫度。假设专家所打分数为X，则可将该项评分对应的直觉模糊集设为(α，β，γ)，γ＝1-α-β，其中，α为X相对于该指标重要程度的隶属度，β为X相对于该指标重要程度的非隶属度，γ为专家评价该项指标时的犹豫度。在研究相关文献后，设定主观评价指标量化所使用的指标重要程度量化等级表如图3所示。

在评价测量主观指标权重时，可根据附表2对其重要程度进行量化，设ρ

上式中，ρ为直觉模糊集评价矩阵；m为需评价的市场个数；p为主观评价指标个数；a

接下来计算第i个市场中第j个主观评价指标的直觉模糊熵E(x

在计算所有待评价市场全部主观评价指标的直觉模糊熵后，可得如下的熵矩阵：

然后计算评价指标体系中第j个主观评价指标的直觉模糊熵θ(x

最后计算第j个主观评价指标的熵权：

2)根据客观评价指标数据采集模块计算得到的评价数据，首先进行无量纲化处理；再确定客观评价指标熵值；计算客观评价指标熵权；

首先要对客观评价指标的数据进行归一化处理，使指标量纲相同：

上式中，

接下来计算客观评价指标的信息熵λ

λ

在上式中，E(η

最后计算各客观评价指标的熵权ω(η

3)按照设定的主客观重要性分配比例计算综合权重；

根据预先由相关领域专家确定主观评价指标及客观评价指标的权重b

4)依据基于熵权的TOPSIS模型进行综合评价。将评价指标数据规范化处理得到规范化矩阵；将规范化处理后的评价数据与评价指标的权值向量想相乘，构造加权规范化矩阵；通过加权规范化矩阵计算正负理想解；计算相对接近度，并按照相对接近度进行排序。

TOPSIS法是对有限个对象进行评价，计算其与理想解的距离，根据距离对各评价对象进行排序的方法，常用于技术、管理及经济领域。如前文的论述，可再生能源电力市场效率实际上是市场制度效率、市场行为效率、市场信息效率和资源配置效率的总和，在这里可以将市场效率看作市场综合能力的体现，从而在对多个电力市场进行评价时，可采用TOPSIS评价法进行排序。

首先需要对评价指标的数据进行规范化处理：

进而得到规范化矩阵：

上式中，λ

将规范化处理后的原始数据和评价指标的权值向量相乘，并构造加权规范化矩阵：

Q

通过上述矩阵得出各评价指标的理想解及负理想解：

计算加权欧式距离：

计算相对接近度：

上式中，G

下面以具体案例为例，对本发明建立的基于熵权的TOPSIS方法进行进一步描述，进而验证本发明的效果。

1、参考各省电力市场基本数据并假设各客观评价指标相关数据如表1.

表1.客观评价指标数据表

对于难以用搜集数据显示其主要特征或者没有客观原始数据的主观性指标，在专家打分模块中设计对专家调查表格，如图4所示。采用表2的取值方法从调查表格中提取数据：

表2主观评价指标取值表

取值完毕后取各专家打分后，各项指标得分的平均值，进而得出主观评价指标的数据如表3。

表3主观评价指标数据表

将客观评价指标数据表和主观评价指标数据表汇总后得到所有评价指标基本数据如表4。

表4评价指标基本数据表

2、评价过程

首先是确定主观评价指标权重，以市场-政策协调性为例。该准则层对应3个测量指标，且三个指标均为主观评价指标，根据前文指标权重确定方法的介绍，建立直觉模糊集矩阵(评分四舍五入取整)：

然后这三个主观评价指标的熵矩阵

直觉模糊熵：

从而可得D1、D2和D3的熵权为：

ω(x

以市场有效性为例对各市场进行评价，该准则层包含信息有效性、实际消纳市场跨省区交易率和绿色证书市场跨省区交易率三个评价指标，其中信息有效性为主观评价指标，其余两个为客观评价指标。由于该准则层只有一个主观评价指标，因此信息有效性在该该层指标主观部分的权重为1。客观评价指标C2和C3均为正向指标，对其进行归一化处理：

利用信息熵公式可以求出对应的熵：

从而可得C2和C3对应的熵权为：

ω(η

最后假设在准则层指标市场有效性下主、客观评价指标的权数为0.2和0.8，据此确定各测量层指标C1、C2和C3的权重分配为：

ω(x

开始从市场有效性指标对各市场进行评价。首先对各测量层指标C1、C2和C3的数据进行规范化处理，得到指标数据的规范化矩阵：

将C1、C2和C3的权重分配与规范化矩阵相乘后得加权规范化矩阵：

信息有效性C1、实际消纳部分跨省交易率C2和绿色证书市场跨省交易率C3这三个指标均为正向指标，求得正、负理想解为：

计算各市场与最优解的加权欧式距离：

计算相对接近度：

G

即G

同理，评价余下的4个准则层指标，计算结果如下：

市场竞争性：G

市场稳定性：G

市场-政策协调性：G

可持续发展性：G

通过对测量层指标的评价结果构造出准则层评价指标的评价矩阵：

最后，再次利用熵权-TOPSIS模型得到最终评价结果如表5.

表5各市场到正、负理想解的距离和相对接近度

如上表所示，在甲、乙、丙三省的可再生能源电力市场效率评价结果中，市场效率排序为甲省、丙省、乙省。政府及相关部门除了对达到激励性指标的市场主体省份进行奖励，还可根据此结果对甲省进行一定的奖励，对排序靠后的乙省和丙省实行适当的激励性政策，从外部角度促进其可再生能源产业的发展。

此外，各省也可由准则层指标评价矩阵F中的数据发现本省与其他省份存在的差距：

在关于市场竞争性的评价结果中，相对接近度为G

在关于市场稳定性的评价结果中，相对接近度为G

在关于市场有效性的评价结果中，相对接近度为即G

在关于市场-政策协调性的评价结果中，相对接近度为G

在关于可持续发展性的评价结果中，相对接近度为G

本发明的可再生能源电力市场效率评价指标体系是通过对可再生能源电力市场各个方面进行分析、研究、计算等确立评价指标体系并对指标体系进行定量分析、评价市场的一种科学方法。本发明构建了配额制下以市场经济性、市场稳定性、市场有效性、市场-政策协调性和可持续发展性为准则层的可再生能源电力市场效率评价指标体系，将主观和客观权重确定方法相结合，并在专家评分的基础上引入了直觉模糊集，使评价指标的权重分配更具可靠性，在此基础上构建了熵权-TOPSIS市场效率评价模型，将有助于各大市场主体及监管者了解市场的运行状况、存在的问题以及发展趋势,是进行市场分析、管理决策所必需的工具,对可再生能源电力市场的科学管理和健康发展具有重要作用。

需要强调的是，本发明所述实施例是说明性的，而不是限定性的，因此本发明包括并不限具体实施方式中所述实施例，凡是由本领域技术人员根据本发明的技术方案得出的其他实施方式，同样属于本发明保护的范围。