第3章.第三章节电力商品市场.ppt

第三章 电能的市场交易,前提：假定所有发电机与负荷都连接在同一母线上或者都连接在无穷大容量且无损的网络上，忽略输配电网带来的影响 本章内容： 电力商品具有特殊性 电价理论基础 市场结构 电能交易的方式 竞价算法,3.1 引 言,1、电力供需瞬时平衡－－计划和调度的必要性 不能完全交给市场 2、电力系统的相互依存性－－辅助服务问题 3、电力无法储存－－不平衡电量问题 4、电流遵循物理定律－－输电阻塞管理问题,3.2 电力商品的特殊性,一、电价概述 1、电价制定原则 第三十五条 本法所称电价，是指电力生产企业的上网电价、电网间的互供电价、电网销售电价 电价实行统一政策，统一定价原则，分级管理 第三十六条 制定电价，应当合理补偿成本，合理确定收益，依法计入税金，坚持公平负担，促进电力建设 第四十一条 国家实行分类电价和分时电价分类标准和分时办法由国务院确定 对同一电网内的同一电压等级、同一用电类别的用户，执行相同的电价标准3.3 电价理论基础,2、电价分类 电能电价 从功能上 备用电价 辅助服务电价 输电电价 远期合同电价 从时间上 日前市场电价 实时电价 一部制电价 从结构上 两部制电价 三部制电价,,,,3、我国上网电价政策的发展 还本付息电价出台的背景源于1980年代中期的严重电力短缺。

为调动社会各方面投资办电的积极性，1985年，国务院实行了多家办电和多渠道集资办电的政策，对集资兴建的电厂实行还本付息电价，允许新建成的电力项目按照还本付息需要核定电价 到20世纪90年代中后期，经营期电价政策取代了还本付息电价政策主要是将按还本付息需要定价改为按社会平均先进成本定价，在一定程度上修正了还本付息电价缺乏激励机制、不利于提高电力投资效率的弊端 “厂网分开，竞价上网”后，标杆电价，两部制电价,4、价格的功能 市场经济是以市场机制作为配置资源的主要方式的经济而市场机制的主力就是价格机制，换句话说，市场配置资源主要是通过价格的调节作用实现的 价格的职能是指价格本身内在所具有的功能和作用，主要有表价功能、调节功能、传递信息功能等 （1）表价功能：价格的这一职能是使价格尽量正确地反映商品内在的价值量，因而是价格最基本的一种职能； （2）调节社会经济活动职能：价格的这一职能，表明价格在社会再生产全过程中处于调节者的地位，即它可以调节经济单位的收入以及生产、流通和消费 （3）传递信息的职能：即价格作为一种信息载体能够反映、传递经济信息的一种功能电力工业的一大特点就是电能不能储存，这就要求供电方不管用户是否用电，都要随时准备足够的容量。

这样，即使用户不用电，供电方也要做好供电的淮备，从而产生相应的成本，这部分成本只与系统容量有关因此，可将供电成本分为容量（电力）成本和电量成本两部分，其中，容量成本只与系统容量有关，而电量成本与系统所发电能有关 供电企业的成本，其中有一部分只与用户数量有关而与系统的容量及发电量无关这部分成本称为用户成本，包括营业设施的折旧、营业人员的工资福利、营业业务的办公费用、接户线及电度表的成本、负荷管理设备等等如果将这部分费用从容量成本中分出来，就形成了三部制电价二、电价制定方法 (一) 综合成本方法 计算在未来给定的电价计算期内为了供电所需的全部成本，并将其分摊到各个用户其计算步骤： (1) 作出系统在给定电价计算期内的电力发展规划及资金计划 (2) 成本核算：依据供电成本组成项目逐项进行成本核算，将各项求和，即得电力系统向用户供电的综合成本 (3) 将供电成本在用户中分摊分摊的基本方法是平均分配特点 （1）方法直观、简便，易操作； （2）计算周期较长，相对稳定，有利于避免因投资高峰带来的电价波动； （3）只根据以往帐面计算折旧费，无法体现未来通货膨胀、能源和环境开支的增加等因素，有可能导致折旧费不足和企业资金状况恶化； （4）不能起到调节供需和提供信息的作用,（二）边际成本方法 在电力系统发展规划和运行中，由于未来微增负荷的持续增长所产生的微增成本，称为边际成本。

根据经济学原理，在完全竞争市场中，单个企业根据边际成本等于边际收益的原则定价，可以使自身的利益最大化；整个商品市场根据边际成本等于边际收益的原则定价，则可以使社会总效益最大化特点 (1) 边际成本方法可获得最大社会效益反映了供电的边际成本，因此，能给予用户正确的用电信号 (2) 边际成本电价往往造成收支不平衡（收支），这是由于边际供电成本与平均供电成本有差异而造成的 (3)短期边际成本电价受供需变动的影响较大，波动剧烈； (4)长期边际成本电价由于计算周期较长，电价相对稳定，但某些与时间有关的宏观因素难以精确描述，定价模型的准确性难以把握,3、实时电价 短期边际成本法能够较好地反映短时期内（1天，1h，0.5h）供电成本的变化情况当测算的时间间隔越来越短，所计算出的短期边际成本又可称为实时电价 实时电价是随时间、地点和负荷水平的不同而发生变化的一种电价，它可以更真实地反映系统供电成本，并为供需双方提供价格信号实时电价由在给定时段（0.5h或更短）向用户供电的边际成本确定目标函数： 满足以下约束 （1）电量平衡约束 （2）发电功率约束负荷功率和损耗功率之和应小于系统总的可用发电容量 （3）线路功率约束。

任一线路的潮流不能超过其极限值 （4）基尔霍夫定律：电力潮流及损耗应满足电路定律 因此，实时电价的组成为,边际发电燃料成本 边际发电维护成本 发电质量成本 发电收支平衡项 边际网损成本 边际网络维护成本 网络供电质量成本 网络收支平衡项 …….,一、远期合同及其分解 电力远期合约是市场参与者为了回避价格风险，减少由于未来市场价格波动带来的利益损失，通过谈判等方式达成的一种协议交易双方在远期合约中规定：在未来某一段时期按约定的价格购买或销售一定的电能 由于电力供需瞬时平衡的特点，合约电量的执行最终必须与现货市场衔接，并分解为机组实时发电计划的组成部分 远期合同与现货市场是互为补充和相互协调的远期合同可以稳定电力商品的供求状况、稳定电价，有利于保障电力系统的安全稳定运行和电力市场的稳定运营；而现货交易可以增加市场的竞争度，更好地发挥市场的调节作用3.4 电能的市场交易,二、日前市场 1、双边交易（Bilateral） 优能发电公司，有三台机组,某交易日14:00到15:00时段的交易情况 已有的合同：应卖出的电力总额：550MW,市场运行情况： （1） 日前市场开放后， 电子公告牌的买卖信息公布如下：,发电公司的情况：机组B有150MW的富裕容量 交易员的操作：与O1、O2、O3达成交易 结果：A＝500MW，B＝130MW，C备用,（2）发生意外情况后的调整 意外：机组B由于故障只能工作到晚上，且发电量不能超过80MW 交易员可能的选择： 1）等待系统调度员平衡，并按实时电价付费 2）启动备用机组C承担50MW 3）在交易市场上购买替代电量 此时市场的买卖信息情况如下：,交易员的操作：与B8、B6、B3达成交易 结果：A＝500MW，B＝80MW,2、集中交易 某交易日9:00～10:00的某电力库交易情况,,,,3．两种交易方式的比较 竞争性的电力库交易经常是建立在不同集团已有的合作基础之上的。

它转向竞争性运作，革新的力度比创立一个全新模式要小，因此引发的问题较少电力库模式方便一体化交易，不仅掌握所有物理上的电力商品交易，而且还对输电网络的运行承担责任众多角色的合并，避免了部门的增多，但也难以区分出电力市场中需要的各种功能 双边交易更接近一般商品的交易方式，但双边交易中难以处理时间约束和网络安全约束双边交易下需要建立阻塞管理和不平衡电量的新机制，市场规则过于复杂并可能缺乏效率电力库模式提供降低发电计划风险的机制，因此有希望降低电能的成本发电商在电力库模式下以复合标为基础参与交易，电力库的交易规则将保证发电商收回他投标中的开机费用和无负荷费用而且，电力库运行的发电计划算法通常尽力避免不必要的停机因为这些因素减少了发电商面对的风险，可以预期有较低的平均价格然而，这种风险的减少是以交易规则的复杂化为代价的复杂的规则降低了价格制定的透明度 双边交易中发电商以简单标为基础来出售电能，由于每一个市场时段单独运作，它可能在某些时段遭遇因生产的电能不够多而不能维持机组运行的风险在这种情况下，它必须决定是承担一定的损失出售电能并维持机组运行还是将机组关闭并承担下次开机的启动费用每一种选择都会增加这一机组生产电能的成本，迫使发电商提高他的平均投标价格。

三、实时市场 1．实时市场存在的必要性 （1）发电商和用户都不可能按责任要求的和预测的那样发、用电 （2）电力系统的及时平衡要求实时市场必须是有组织的，不可能是双边的 （3）备用市场、平衡机制等都可能是实时市场的名称,1、平衡资源的获取 调整应通过自由买卖来完成，即应允许任一个参与者通过竞价的方式调整自己的生产与消费 某一时段的平衡服务通常在该时段的开放市场关闸后，由市场参与者向系统运行员提供 2、闭市 设置闭市时间的目的是确定合同市场与实时市场的分界点，以便给系统运行员留出平衡系统的时间 在关闸时刻，买卖双方签订的合同的合同量必须通知系统运行部门，以便确定每个市场参与者的不平衡电量,2．实时市场的运行 优能公司的例子，目前的状况 优能公司在实时市场上的投标：,市场交易的一般模型 目标是使购电总费用最小 满足约束 （1） 式中， 是发电商 i 的报价曲线 N 为发电商的总数 为用户的总需求负荷,3.5 竞价的模型与算法,其它约束条件： （2）发电机最大最小出力约束 （3）机组运行与停机最小持续时间约束 （4）机组加减负荷速度约束,,（5）系统旋转备用约束 （6）机组旋转备用约束 （7）电网安全约束,,,,算法： 排队法 等报价法 动态规划法 线性规划法 网络流规划法 拉格朗日松弛法,排队法也称优先级法 使用条件是：报价必须是分段水平线 机组1、2的报价曲线如表所示,,,,特点 排队法简单快速，既可用作简单标的竞价，也可用作复合标的竞价 排队法只能用于单段或多端水平报价曲线，不能有下降段 排队法实用上的技术难点在于很难满足发电机升降功率限值和启停时间限制。

复合标竞价－－机组组合问题（Unit Commitment） 机组组合，是研究在一定的约束条件下，如何以最小的成本安排一定周期内的发电计划，以满足给定负荷和旋转备用要求，也称为短期发电计划 机组组合是电力系统经济运行的一项重要工作电力系统经济运行研究的问题，在时间范畴看，按研究周期的长短可分为经济调度(分、秒）、机组组合（日、周）、检修计划（月、年）、电力规划（年以上）；在空间范畴内， 它要解决延伸到广阔地域和包括多层次管理机构的联合电力系统的多级决策问题，比如机组组合中的水火电协调机组组合问题的数学模型 目标函数： 其中， 目标函数的变化：最小成本，最小购电费用，最大社会效益,,,,,机组组合的求解方法 1、优先级表法，即排队法 采用满负荷平均成本法（full-load average production cost）为指标 2、动态规划法 3、拉格朗日松弛法（Lagrangian Relaxation） 引入拉格朗日乘子构成拉格朗日函数,,底层问题为， 上层问题为，,,底层问题的求解方法：动态规划法 机组关机时，费用为0 机组开机时，由下式决定机组出力,,拉格朗日乘子的调整 次梯度法 可行解的构成 对偶问题的最优解不一定是原问题的可行解 对偶间隙（duality gap） 原问题和对偶问题的目标函数间的差值称为对偶间隙。

原问题（primal）： 对偶问题（dual）：,绝对对偶间隙 相对对偶间隙,,,,,,例题：三台机组，四个时段的机组组合问题 四个时段的负荷水平分别为： 170MW，520MW，1100MW，330MW,λ的初值。