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中北大学 2006 届本科毕业 设计说明书 第 1 页 共 28 页 1 绪论 1.1 中国电力系统的现状 改革开放以来，在国家一系列加快电力发展政策的鼓励下，我国的电力工业取得了举世瞩目的成就，到 1998 年底，全国发电总装机容量达到 2.71 亿 KW，年发电量达到 11600亿 KWh，均居世界第二位，持续多年的严重缺电局面得到了缓解，电力发展也基本上满足了国民经济发展的需要。 但是近年来，随着电力工业的快速发展和经济结构的调整，全国用电量增长明显趋缓，发电量增长速度从 1994年以来逐年下降 （ 1994年 10.9， 1995年 8.52 ，1996 年 7.19， 1997 年 5.1），特别是 1997 年以来，由于受东南亚金融危机和国内多年来积累起来的经济、社会结构性矛盾的影响，总体宏观环境不好，消费需求不旺，全国各地均不同程度的出现了电力相对过剩现象，一些地方用电甚至出现负增长。据统计， 1998年全国新增发电装机容量约为 2000万 KW，扣除停运的机组容量约 300万 KW， 1998年实际净增装机容量约 170万 KW，增长速度约为 7，而发电量增长仅为 2.5左右，电力需求明显不足，装机容量过剩。据初步估算，全国目前富余装机容量在 2000万 到 3000 万 KW之 间 1， 2。 中国电力工业一夜 间己经由卖方市场转变成买方市场，为了适应当前的电力经营形势，进行电力改革，在工业运转中引进竞争机制，发展电力市场，是中国电力工业克服困难，继续发展的必经之路 3， 4。 1.2 电力市场的概念 1电力市场的定义 5， 6： 电力市场是采用法律、经济等手段，本着公平竞争、自愿互利的原则，对电力系统中发电、输电、供电、用电等各成员组织协调运行的管理机制和执行系统的总和。电力市场的基本特征是开放性、竞争性、计划性和协调性。 由上可知，电力市场是一种管理机制。这种机制与传统的行政命令的机制不同，是主要采用经济的手 段进行管理。所以电力市场的基本原则是公平竞争、自愿互利。同时，电力市场还是体现这种管理机制的执行系统，包括贸易场所、计量系统、计算机系统、通信系统等。 2电力市场的基本特征 7是：开放性、竞争性、计划性和协调性。与传统的中北大学 2006 届本科毕业 设计说明书 第 2 页 共 28 页 垄断电力系统相比，电力市场具有开放性和竞争性的特征。与普通的商品市场相比，电力市场具有计划性和协作性的特征。电力系统是相互紧密联系的，任一成员的操作，均将对电力系统产生影响。所以要求电力市场中的电力生产、使用、交换具有计划性。同时由于电力系统要求随时做到供求平衡，所以需要电力市场中的供求 者之间，供应者与用户相互协调。 3电价是电力市场的杠杆和核心内容 ， 电力市场采用经济手段管理各成员，电价则是体现管理思想的工具。所以确定电价原则、计算贸易电价是电力市场的重要内容。 4运转 8， 9： 运转业务是电力市场重要的贸易形式。开展运转业务是引进竞争、体现公平原则的手段，同时运转也是开放电力市场的标志。 5用户 ： 电力市场与传统的电力系统相比，提高了用户的地位。在传统的电力系统中，用户被视为被动的负荷；而在电力市场中，用户具有能动性。 1.3 国内外电力市场介绍 1国内电力市场现状 10， 11： 目前我国电网要求以省局为经济实体，进行独立核算。因此互联电网的功率交换，涉及到各省网的经济效益。由于电价长期偏低，影响了供电方的积极性，妨碍了省网间的功率交换。所以，作为对电力市场的尝试，浙江和安徽两省分别建立了模拟电力市场。 模拟电力市场采用了发电、供电和中心调度三级管理模式，其中，中心调度依据日负荷预测数据及各发电厂的上网电价，编制各发电厂的发电计划和各供电局的供电计划，事后根据实际运行情况，对发电厂和供电局进行考核结算。各发电厂的上网电价及上网峰谷电价是由省局财务处根据各发电厂的具体清况制定的，因 此各发电厂的上网电价是不同的。 模拟电力市场打破了我国电力企业长期以来统一核算、利益均匀的经营模式，是一种有益的尝试。但也存在一些不足，主要体现在： （ 1） 在电力市场的经营模式上 未建立完善的电力市场运营机构，而是临时由发、输、供电各部门商定一些基本原则，由调度部门负责日常运行工作，只能对发电厂、供电局进行业绩考核，未能真正开展电力市场业务。 （ 2） 在电价制订上 局限在传统的综合成本的收支平衡上，从而各电厂电价不一样，成本低的发电厂电价低，成本高的发电厂电价高，存在一定的不合理 性。 中北大学 2006 届本科毕业 设计说明书 第 3 页 共 28 页 2国外电力市场 英国 电力市场简介 12， 13， 14， 15： 在英国电力市场中，发、输、供电完全分开。电力市场中的贸易方式，分为参加电力联合运营中心贸易和签定直接合同两种。参加电力联合运营中心贸易时，发电厂直接将电力卖给电力联合运营中心，大用户直接从电力联合运营中心购电；采用签定直接合同贸易方式时，发电厂可以与大用户、地区电力公司或许可证单位直接签订合同，用户可以选择从地区电力公司、持许可证单位购电，或从本地及其它电网的电厂购电。 为了保证所有电力市场的参与者可以平等使用电网，防止电网所有者利用垄断地位限制市场贸易，英国电力市场 很显著的特点是将高压输电网全部归国有，由国营公司经营管理，并在电力法中明确规定，电网必须在安全运行的前提下，向所有电力市场成员开放。这样，电网承担了大量的运转业务。 1.4 本文的主要工作 电能成本分析是制定实时电价和长期电价预测的基础，是电力市场理论研究中待解决的问题。目前国内外这方面的研究工作才刚刚开展起来，不但缺乏系统的理论阐述，也缺乏符合我国实际情况的模型和算法。 本论文从微观经济学的基本概念和方法出发，应用数学优化理论，系统地阐述了电能短期成本分析和 发电机组的成本分析及 算法。 （ 1） 对电 能 成本 问题的分析，它包括成本最小化问题，电能长期成本与短期成本，固定成本与准固定成本，平均成本与边际成本。分析影响电能短期成本的因素。 （ 2） 对电能成本的构成进行阐述，指出发电煤耗是影响电能短期成本的主要因素。构建发电机组成本模型和发电厂成本模型，在考虑启动费用的条件下，推导发电机组 平均成本曲线和边际成本曲线以及发电厂平均成本曲线和边际成本曲线。 （ 3） 对发电厂的固定成本和可变成本的数据进行采集，用 MATLAB对生产总成本，单位可变成本和单位固定成本数据进行了拟合求出相应的曲线。 用 MATLAB 拟合 了 发电机 组煤耗特性曲线 。 中北大学 2006 届本科毕业 设计说明书 第 4 页 共 28 页 2 电能 成本问题 电能成本分析问题必须从微观经济学的概念和方法出发并考虑电力系统本身的特点，本节介绍微观经济学中生产成本最小化问题和生产成本的相关概念 16。 2.1 成本最小化问题 假设有两个生产要素，价格分别为 w1 和 w2 对于给定的产量 y，我们要寻找最经济的生产方案。设两个生产要素的用量分别为 x1 和 x2，而生产函数为 f（ x1,x2）。成本最小化问题为 : yxfxwxwxx)(x s .t.m in21,22112,1 （ 2.1） 成本最小化问题的解要达到预期产量所必需的最小成本，取决于w1， w2 和 y 的值，因此可以写作 C(w1,w2,y)，称之为成本函数。成本函数给出了当生产要素价格为 (w1,w2)时生产 y 单位产出的最小成本。由于我们最关心的是成本函数与产出变量的关系。大多数情况下我们把生产要素价格当成预先给定的固定值，认为成本只决定于公司的产量选择，因此我们可以把成本函数写成仅仅是产量的函数： c（ y） 2.2 电能 长期成本与短期成本 成本函数定义为对于给定产量的最小成本。经常有必要区分两种不同的最小成本，即公司可以调 整所有的生产要素时的最小成本和公司只能调整部分生产要素时的最小成本。短期的定义为一个时期，在这个时期内一些生产要素的用量必须是固定的。而在长期内所有生产要素都是可变的。短期成本函数则定义为只调整可变生产要素时，对应于给定产量的最小成本。而长期成本函数给出在调整所有生产要素时，对应于给定产量的最小成本。 假设在短期内生产要素 2 的用量固定在某预先确定的 2x ，但是在长期内它是可变的。因此短期成本函数定义为： 中北大学 2006 届本科毕业 设计说明书 第 5 页 共 28 页 yxfxwxwxyc xs)(x s . t .m in),(21,221121 (2.2) 长期成本函数定义为： yxfxwxwyc xx)(x s .t .m in)(21,2211,21 (2.3) 这里两个生产要素都可以自由变化。长期成本只取决于生产要素价格和产量水平。 2.3 固定成本与准固定成本 首先区分固定生产要素和准固定生产要素。固定生产要素指不管有无产出都要支付费用的生产要素。准固定生产要素指只有当公司产量大于 0 时才需支付费用。很自然可以用类似的方式来定义固定成本和准 固定成本。固定成本是与固定生产要素相关的生产成本 :它们与产出水平无关，特别是无论公司有无产出它们都要被支付。准固定成本也与产出水平无关，但只有公司产量为正值时才需被支付。从定义上来说，没有长期的固定成本。但是可能存在长期的准固定成本。如果在生产任何大于 0 的产量之前都需支付一定数量的费用，就会存在准固定成本。 2.4 平均成本与边际成本 公司的某些成本与产量水平无关，即固定成本。其他成本随产出的变化而变化，即可变成本。公司的总成本可以写成固定成本 F和可变成本 )(ycv之和。 Fycycv )()( (2.4) 平均成本函数给出单位产出的成本。平均可变成本函数给出单位产出的可变成本，而平均固定成本函数给出单位产出的固定成本。 )()()()()( yAFCyAVCyFy ycyycyAC v (2.5) 其中 AC(y)为平均成本， AVC(y)为平均可变成本， AFC(y)为平均固定成本。 图 2.1为平均成本曲线的形状。图 2.1(a)平均固定成本函数的曲线形状无需多加解 释。考虑平均可变成本函数，如果当产出规模增加时，我们能用更有效的方式来组织生产，最初平均可变成本可能下降。但由于存在固定生产要素，它们最终将对生产过程造成限制，所以平均可变成本曲线最终将上升，如图 2.1(b)。平均成中北大学 2006 届本科毕业 设计说明书 第 6 页 共 28 页 本曲线为这两条曲线相加，所以呈现出 U形，如图 2.1(c)。 图 2.1平均成本曲线的构成 边际成本定义为生产成本对产量的变化率： yycyycyycyMC )()()()()( (2.6) 由于 Fycycv )()(，当产量 y 变化时，固定成本 F 不会改变，边际成本 也可用可变成本函数来定义： yycyycyMC vv )()()( (1.7) 边际成本与平均成本的关系见图 2.2。在 0点边际成本曲线和平均可变成本曲线是重合的。在平均可变成本曲线的下降段，边际成本必定小于平均可变成本，在平均可变成本曲线的上升段，边际成本大于平均可变成本，而边际成本曲线与平均可变成本曲线相交于平均可变成本曲线的最小点。 图 2.2边际成本与平均成本 中北大学 2006 届本科毕业 设计说明书 第 7 页 共 28 页 2.5 小结 电能 成本 问题对成本 计算的一个介绍，它包括成本最小化问题， 电能 长期成本与短期成本，固定成本与准固定成本，平均成本与边际成本。这些计算成本的方法是对电能成本分析的一个理论基础。 还指出了影响电能短期成本的因素。 中北大学 2006 届本科毕业 设计说明书 第 8 页 共 28 页 3 发电机组成本分析 发电机组的成本分析分静态分析和动态分析。静态分析是确定基本电价的基础，也是评估一台发电机组投产以后经济性的依据。在计划经济模式下，机组上网电价的确定就是以静态分析为主。动态分析是在市场环境下确定发电机 组上网报价的依据。主要是对发电机组煤耗特性和机组组合与负荷优化分配进行分析。本章重点对发电机组的成本进行静态分析，并对发电机组的煤耗特性进行定性分析 17。 3.1 发电成本的静态分析 发电成本构成和计算方法 发电成本一般由可变成本和固定成本构成。对于火电机组来说，可变成本主要是指生产费用，其中包括燃料费用和厂用电损耗等；固定成本包括财务费用、发电利润、发电税金等。 GPT CCC TC 为总成本， PC 为生产费用或者可变成本， GC 为固定成本。 3.1.1 可变成本计算方法 OgpDSMWCP CCCCCCCCC (3.1) 式中，CC 为燃料成本。 在成本分析中，燃料成本一般以机组设计燃料消耗为基础进行测算和分析，但是由于燃料成本是生产成本中所占比重最大的一部分，因此在研究生产成本时重点对燃料成本进行分析，特别是在机组变工况运行时，单位发电燃料成本是影响机组成 本最关键的因素，这在下一节重点讨论。WC 为水费，一般是按设计的耗水量以及当地政府部门按国家有关审批原则规定的水价来测算，水价受地区不同有较大差异，但是水费在整个生产成本中所占比例较小，因此，一般以固定的费用来计算。MC 为材料消耗费，一般也是以平均值进行测算。SC 工人工资福利费，它是根据新建电厂定员人数以及国家规定的工资水平和福利费提取比例进行测算。 DC 为折旧费，它是以固定成本原值为基础，按照综合折旧率进行测算。pC 为大小修费用。GC 购电费用，是指在电厂停发期间向电网购电的费用。OC 为其它费用，它包括办公费、水电费、差旅费、低值易耗品摊销费、劳动保护费、职工教育中北大学 2006 届本科毕业 设计说明书 第 9 页 共 28 页 费、保险费等等。在成本分析中，这些费用也是以平均的固定值出现。 3.1.2 固定成本计算方法 1 财务费用的计算方法 财务费用一般是指贷款 利息和汇兑损益，贷款利息包括长期贷款利息和流动资金贷款利息；汇兑损益是指合资合同规定的由中方承担汇兑风险的损益部分。其计算方法是： dmmf HLfM (3.2) 式中，fM 为财务费用，mf 为长期贷款利息，mL 流动资金贷款利息，dH 为当 年汇兑损益分摊额。 INbNbbyM meeemf 11/1 (3.3) 其中，ym 为形成固定资产的长期贷款余额，be 贷款利率 ， Im 当年应还贷款本金， N 为贷款年限 2 发电利润的计算方法 SDI ZHF (3.4) 式中， IF 为发电利润 , DH 还贷利润 ,SZ 资本金受益 DSbD SZDH 1/ (3.5) bD 当年应还贷本金 ,SZ 当年折旧还贷额 , DS 所得税率。 DIZS SZZZ 1/ (3.6) ZZ 资本金余额 , IZ 资本金收益率 3 发电税金的计算方法 发电税金包括发电环节增值税、城建税、和教育附加费。其计算公式为： JLSIbD CZJFCF 1 (3.7) 式中， DF 为发电税金 , bC 为成本费用 , IF 为发电利润 ,SJ 进项税扣除额 , LZ 为增值税率 ,JC 为城建税和教育附加费率。 3.1.3 电价计算 中北大学 2006 届本科毕业 设计说明书 第 10 页 共 28 页 NDIfPric PTFFMCP (3.8) ricP为机组预期上网电价， T 为设计运行小时数，NP为机组额定出力。 通过以上分析，就可以初步确定机组的基本上网电价。对于一台新建机组，通过以上分析方法可以对机组投产后的经济性进行评估，以便进行项目可行性论证。 3 2 发电可变成本 煤耗特性曲线分析 发电煤耗是影响生产成本的关键因素。虽然发电厂 建成投产后，机组的煤耗特性是基本不变的，但是如果掌握了每台机组的煤耗特性，就可以根据不同机组性能，合理安排机组带出力，达到全厂机组运行最优，实现降低成本的目的。 3.2.1 煤耗特性曲线 发电机组的煤耗特性曲线随机组容量不同 21、机组运行时间不同有较大差别。一般在发电厂机组投入运行后或者机组经过大小修后，要进行热力试验，通过试验，检验机组的热效率，以此为基础，可以得到机组的煤耗特性曲线。 通过大量的试验和分析，机组的煤特性曲线比较复杂，特别是在启动区，不能用线性方法进行分析。但是，由于机组在 启动区运行时间较短，主要在经济区（或者叫额定区）运行，在这一区间运行时，煤耗特性曲线为近似的二次曲线，为了分析方便，大家通常都用二次曲线来描述机组的煤耗特性曲线。其模型为： 2CPBPAPFC (3.9) 式中， PFC 为煤耗量，或者称煤耗成本，它是机组负荷的函数 P 为机组所带负荷 ,A 、 B 、 C 为成本系数。 若发电厂有 N 台机组运行，则总的煤耗特性曲线为 : )( 211 iiiiNi iNi iCTPCPBAPFF (3.10) 式中 TF 为发电厂总煤耗量，iP 为第 i 台发电机所带负荷 用图形曲线描述的煤耗特性曲线如图 3.1所示。 中北大学 2006 届本科毕业 设计说明书 第 11 页 共 28 页 0PFC(P)P0PN煤耗机组出力 P 图 3.1 机组煤耗曲线 3.2.2 厂用电特性曲线 在火电厂中，厂用电负荷较大，一般占发电负荷的 6 8之间，在非额定区，厂用电负荷所占比例更大，因此，有必要对厂用电负荷特性曲线进行单独研究。 厂用电量与发电负荷有一定的函数关系，一般情况下，也可以用二次函数来描述二者的关系，且在实际运行中，通过实测数据，运用拟合的方 法，可以求得特性曲线。 2cPbPaPA (3.11) PA 为厂用电量 , P 为机组负荷 若发电厂有 N 台机组运行，每台机组所带负荷为iP ，则全厂的厂用电量为： Nini iiiTcPbPaPAA1 12 (3.12) TA 为全厂的厂用电量， 3.2.3 供电煤耗特性曲线 发电厂实际送到网上的电量为发电量减去厂用电量，即 PAPQ (3.13) 全厂的实际上网电量 QT为 Ni iiTPAPQ1)( (3.14) 中北大学 2006 届本科毕业 设计说明书 第 12 页 共 28 页 机组供电成本特性曲线则为 : 2CPBPAPAPCQC (3.15) 全厂的供电成本特性曲线则为 )()()( 211 iiNi iiiiNi TiTPCPBAQCQC (3.16) 这样，厂供电成本曲线就由两个函数组成： NiNiiiiiiTiTTNiiiTPCPBAQCQCPAPQ1 121 (3.17) 合成后的特性曲线如图 3.2所示 PP0PNFC(P)煤耗 机组出力（ M W ) 图 3.2 供电成本曲线 3.2.4 供电单位成本特性曲线 单台发电机组单位供电成本曲线为 : PAPCPBPAQQCC 2 (3.18) 全厂单位供电成本曲线为 Ni iiiNi iTTPPAPCPBPAQQCC121/)(/ (3.19) 3.2.5 供电边际成本特性曲线 中北大学 2006 届本科毕业 设计说明书 第 13 页 共 28 页 cPb CPBdQdPdPQCddQQCdK D 21 2 (3.20) )21/()2(/1PcbC P iBidQQdCK iNi iTTQ (3.21) 显然， Ni iiiiiNi iiiiPCBPcbPCB112)21/()2( 这说明由于厂用电的存在，使得供电边际成本大于发电边际成本，这与实际是相符的。 3.2.6 考虑启动费用时，一个发电公司或者发电厂成本特性曲线 1 启动费用：启动费用是指发电机组在 0负荷状态到稳定负荷状态所发生的费用。由于火电机组的特殊性，它在启动过程中要进行暖机、暖炉、暖管，为了保证锅炉的稳定燃烧，还要进行投油助燃，因此，启动费用是很高的，为了客观的分析发电成本，必须要考虑机组的启动费用，另外，机组的不同启动状态，启动费用是不同的，即机组在冷态、温态、热态、极热态等状态下启动启动费用差别较大。为了合理、经济安排机组启停，必须考虑机组在不同状态下的启动费用。 启动费用数学模型： tQqoffeFtF1 (3.22) 式中of为机组停机时间，QF为机组冷态下的启动费用 2 启动区：机组的启动区是指机组从 0 负荷点到稳定运行点的区段，也可以称为机组最小出力点。在启动区内机组不能长期运营，这是因为在这一区段内运行，机组既不安全、也不经济，因此，机组应尽量避免在此区内长期运行。随机组特性不同，启动区的大小也不同，一般机组的启动区为 : %400NQ PP 。NP为机组的额定负荷。 3 考虑启动费用时，机组发电成本曲线 式（ 3.8）是未考虑启动费用时的发电成本曲线，若考率启动费用，则发电成本曲线变为： NQCQQCPPPCPBPAPFPPFPF20 (3.23) QF 为启动费用 中北大学 2006 届本科毕业 设计说明书 第 14 页 共 28 页 FC(Q )P4P04P3P03P2P02P1P 01P发电厂成本发电厂出力 图 3.3 发电厂成本曲线 4 考虑启动费用和启动区时，发电厂机组组合最小负荷限制，在优化基础上，就可以得到考虑启动费用时，发电厂在 整个带负荷过程中的供电成本曲线，如图 3.3所示。 3.2.7 发电厂单位成本曲线和边际成本曲线 考虑启动费用，在机组进行合理的组合后，通过机组负荷最优分配，就可以得到在不同上网负荷情况下，发电厂最终的单位成本曲线和边际成本曲线。 发电厂最终的单位成本曲线： NiiiNiiiiiiTTPPAPPCPBAQQCC112)()(/ ),( 01 iiii PPPP QiP FC )(,011 iiii PPPP (3.24) 发电厂最终边际成本曲线： )21/()2(/)(1PcbC P iBidQQdCK iNi iTTQ ),(01 iiii PPPP )(, 011 iiiiQQ PPPPKK (3.25) 中北大学 2006 届本科毕业 设计说明书 第 15 页 共 28 页 FCb(Q )FC(Q )FC(Q )P4P04P3P03P2P02P1P01P发电厂边际成本发电厂出力 图 3.4 发电厂边际成本曲线 图中 QFC发电厂边际成本随负荷的变化曲线，可以看出，在每一个区段，它是随负荷的增加而减小的，这客观的反映了单台发电机组 的效率随负荷的增大而提高；图中 QFCb为发电厂边际成本包络线，它的变化趋势也真实的反映了发电厂边际成本随负荷的增大而增大。 3.2.8 发电机组煤耗特性曲线说明 18 从图 3.1 和图 3.2 可以看出 ,一般情况下现代机组 )(PFc 曲线略向上弯 , dPPFd C 是正值 ,则成本单价曲线 PPFC应该是下降的 ；只有 )(PFc曲 线上弯很陡 , dPPFd C为负值时 ,成本单价曲线 PPFC才有可能是上升的。 这里先讨论以燃料费为主的变动成本 (不变成本只能加大单价曲线的下降趋势 )。 1 锅炉燃料耗量特性 :锅炉效率 与其输出热量 LQ 的变化曲线如图 3.5所示。 中北大学 2006 届本科毕业 设计说明书 第 16 页 共 28 页 图 3.5 锅炉热效率图 一般锅炉设计是使效率 随其负荷 2Q 的增加而上升 ,到达设计经济点之后稍有下降 (见图 3.5)。 %10012 QQ (3.25) 式中 为锅炉效率 ； 2Q 和 1Q 分别为锅炉的输出热量和输入热量。 锅炉的单耗曲线bq恰好是 的倒数 : 21QQqb (3.26) 因此 ，bq应随 2Q 的增加而下降 ,对应经济点达到最低 ,最后有一段上升。一般锅炉经济点靠近最大负荷 ,所以锅炉单耗bq有较长的下降段。 2 汽轮发电机组单耗特性：汽轮发电机组的耗热特性 ( PQ 2 曲线 )如图 3.6所示 ,一般是一条凹向下的曲线。这是因为蒸汽阀门在初开时节流损失很大 (压差损失和涡流损失 ),使效率下降 ；随着机组功率增加 ,阀门开度加大 ,节流损失减少 ,机组效率提高 ,单耗 Tq 下降 ；到达最大功率时 ,阀门全开 ,节流损失最小 ,机组效率最高 ,单耗 Tq 最低 。 nqbqbQ2中北大学 2006 届本科毕业 设计说明书 第 17 页 共 28 页 qTqTQ2Q2P 图 3.6 汽轮发电机组的耗热特性 ( PQ 2 曲线 ) 3 发电成本单价曲线的处理。既然锅炉和汽轮发电机组单耗都是下降曲线 ,那么以发电燃料成本为主的发电成本单价也应该是下降曲线 ,这给靠单价或微增率寻优的算法带来极大的困难。通常 ,可仿微增率的做法将单价曲线改为不降曲线。 ,将下降单价段改为平线 ,取该下降区间单价的均值。 汽轮机组功率超过经济功率之后 ,打开过负荷阀门 ,此 阀流入的蒸汽只通过最后几级叶片 ,效率大为降低 ,单耗有所上升。这样 ,机组单耗特性往往表示为两段上升的平线。 另外 ,以发电厂或发电公司为单位进行报价时 ,在一个单位内机组是按效率排队的 ,所以总的单价曲线是阶梯状上升曲线。 3.3 小结 对发电机组的成本进行了静态分析，它是确定基本电价的基础，也是评估一台待建机组可行性的依据。在分析单台机组煤耗特性曲线的基础上，对发电厂的总体特性进行分析，得到不同负荷下的成本曲线、单位成本曲线和边际成本曲线，为进一步进行机组组合和负荷分配准备。 中北大学 2006 届本科毕业 设计说明书 第 18 页 共 28 页 4 用 MATLAB19拟合供电煤耗特性曲线 及成本曲线 本节中以辽宁省某发电厂 99 年 6 月份的生产经营情况为分析内容，对其各项费用结合其各自账目及发生周期进行了计算应厂方要求，考虑到财务数据的特殊性，只将得到的汇总数据列出如下： 4.1 固定 成本的计算 下表是对该企业某年 6 月份的各项财务账目数据通过本章的处理方法得到的全厂该月 5日的单位时段固定成本 （包括各项构成及总和）： 表 4.全厂固定成本计算结果 项 目 单 位 数额 原 材 料 元 1959.18 工 资 元 4259.76 福 利 费 元 1103.87 折 旧 费 元 12025.68 修 理 费 元 2451.39 其 它 费 用 元 3871.80 总 计 元 25671.66 其中：对于折旧费的计算该厂采用平均年限法。该厂始建于 1979年 6 月， 1983年投放发电，并且仍处于还贷期。目前共有 6 台 200兆瓦机组，各机组容量相同，而且该期间都承担的是基本负荷。所以全厂固定成本可均摊致各机组。 表 4.2 单台机组单位时段固定成本分摊结果 项 目 单 位 数 额 原 材 料 元 工 资 元 福 利 费 元 折 旧 费 元 修 理 费 元 其 它 费 用 元 总 计 元 中北大学 2006 届本科毕业 设计说明书 第 19 页 共 28 页 4.2 可变成本的计算 在第一章中，我们得到了机组的供电煤耗特性函数 )(ePfB 和 )(esn Pfb ，其中 B ， snb分别为机组出力为eP时的标煤耗量和供电标煤耗率，该机组燃煤为 原混煤，折标煤单价cP 283.36 元吨。由于该厂没有分机组统计耗水量的装置，而且考虑到该厂的生产用水费用一般不到燃料费用的 1%而且波动不大，所以按月计划生产用水费平摊到给每时段，为WP )(PW 45.6 元，其中WP和 )(PW 为水价和每时段耗水量，所以这样的近似处理并不会影响计算精确性。这样在每一交易时 段中，发电成本vC仅为机组出力 P的函数 ， )(ev PfC 。 表 4. 单台机组可变成本表 项目 单位 数额 燃料费 元 5.0)( cesne PPbP 购入电力费 元 0 生产用水 元 WP )(PW 45.6 总计 元 68.455.0)( cPPbP 所以对于一台机组在每个交易时段中的生产总成本为： vf CCC 式中： C 一生产总成本； fC一固定成本，fC 4278.61元； vC一变动成本，即燃料成本和生产用水费用。 从而我们可以通过计算程序快速得到交易时段中机组任一功率下的 生产成本。部分计算结果如下： 中北大学 2006 届本科毕业 设计说明书 第 20 页 共 28 页 表 4. 机组个负荷下生产成本分析结果表 机组负荷 生 产 总 成本 可 变 总 成本 固 定 总 成本 单位成本 单 位 可 变成本 单位固定成本 (%) （元） （元） （元） （元 /MWh） （元 /MWh） （元 /MWh） .0 从整体上看，随着负荷的增长，生产总成本和可变总成本都在增加，但单位电量的成本，包括单位可变成本和单位 固定成本都在下降，除了在超过额定负荷后由于机组煤耗率有所上升，导致单位可变成本略有回升。其整体变化数额和幅度如下： 表 4.5 成本变化幅度分析表 单位电量的成本 元 单位可变成本 元 单位固定成本 元 可见单位固定成本变动随负荷的增加降低最快，这是因为其总额固不变的原因，可变成本的总额虽然随着负荷的增加而增长，但由于单位耗的降 低，单位可变成本也在降低。通过 MATLAB18对以上数据进行拟和，得到各成本的曲线图如下所示： 4.3 用 MATLAB 拟合 成本 曲线 1. 对生产 总成本变化 的计算 xi=40 50 60 70 80 90 100；yi=9041.05 9932.70 10772.95 11592.08 12339.11 13235.92 14100.88； X=ones(size(xi)；xi；xi.2； a=Xyi a = 中北大学 2006 届本科毕业 设计说明书 第 21 页 共 28 页 1.0e+003 * 5.7383 0.0833 0.0000 f2=polyval(flipud(a),xi)； plot(xi,yi,bo,xi,f2,r-) 图 4.1 生产总成本变化曲线 2. 对 单位 可变成本变化的计算 xi=40 50 60 70 80 90 100；yi=116.59 110.73 105.99 102.31 98.66 97.46 96.18； X=ones(size(xi)；xi；xi.2； a=Xyi a = 149.5457 -1.0173 0.0048 f2=polyval(flipud(a),xi)； plot(xi,yi,bo,xi,f2,r-) 中北大学 2006 届本科毕业 设计说明书 第 22 页 共 28 页 图 4.2 单位可变成本变化曲线 3.对单位固定成本变化的计算 xi=40 50 60 70 80 90 100；yi=104.74 83.79 69.83 59.85 52.37 46.55 41.90； X=ones(size(xi)；xi；xi.2； a=Xyi a = 203.8336 -3.1216 0.0151 f2=polyval(flipud(a),xi)； plot(xi,yi,bo,xi,f2,r-) 中北大学 2006 届本科毕业 设计说明书 第 23 页 共 28 页 图 4.3 单位固定成本变化曲线 4.4 测数据的基础上用 MATLAB 拟合供电煤耗特性曲线 用 MATLAB 拟合发电机组供电煤耗特性曲线时，首先要对实测数据进行处理，一般要剔除一些异常点，包括在实际试验中，个别辅机发生故障、个别表计指示偏差大等，另外，应在额定负荷区多采集点，这样拟合的曲线更有实用价值。由于机组在启动区运行费用高，也不安全，因此，在实际试验中，启动区的数据不作记录。拟合出的曲线只反 映了机组在运行区或者经济区运行时的煤耗特性。 4.5 拟合编程 发电机组的煤耗特性曲线在运行区是一条二次曲线，在用 MATLAB 拟合时，选用二次曲线为拟合目标。发电机组出力为横坐标，煤耗成本为纵坐标。 4.6 实例，拟合结果 表 4.6 某台 100MW机组试验数据 负荷（ MW） 40 50 60 70 75 80 85 90 95 100 成本 （万元） 1.60 1.67 1.72 1.75 1.76 1.78 1.80 1.82 1.84 1.86 2 . 0 01 . 0 010040FC(P)P (M W ) 图 4.4 拟合曲线 20 0 0 0 5.00 0 1 4.045.1 PPPFC 表 4.6 为某台 100MW 机组热力试验数据，数据是经过处理折算的。拟合结果为中北大学 2006 届本科毕业 设计说明书 第 24 页 共 28 页 图 4.4。从图中可以看出，发电机组煤耗成本曲线 PFC是一条下凸的二次曲线，煤耗微增率bk随机组负荷增大而增大；其平均成本随负荷增大而减小，符合机组热效率随负荷增大而提高的规律。 4 6 小结 对发电 厂的固定成本和可变成本的数据进行采集，用 MATLAB 对生产总成本，单位可变成本和单位固定成本数据进行了拟合求出了相应的曲线。 又 用 MATLAB拟合 了 发电机组煤耗特性曲线，效果比较满意。 中北大学 2006 届本科毕业 设计说明书 第 25 页 共 28 页 5 结论 5.1 主要研究成果和结论 电能成本分析是制定实时电价和长期电价预测的基础，是电力市场理论研究中堕待解决的问题。本论文从微观经济学中生产成本的基本概念和方法出发，系统地阐述了电力系统电能成本分析的基本思想。电能成本分析的核心问题是生产成本最小化问题。电力系统是一个大系统，建立一个 统一的模型来解决所有的优化问题是极其困难的，因而按研究的时间周期和问题的范围，可以分为电力系统优化规划、发电计划、有功功率经济分配 。 对发电机组建立了经济模型 ，从而对成本进行分析 本文的主要研究成果可以概括如下 : （ 1）对 电能 成本问题 的研究 ，它包括生产成本最小化问题， 电能 长期成本与短期成本，固定成本与准固定成本，平均成本与边际成本。 对成产成本问题的研究是对电能成本分析的一个理论基础。 还指出了影响电能短期成本的因素。 (3) 在计划经济模式下，成本分析是确定结算电价的依据，也是评估新建项目可行性的依据 :在市场环 境下 ， 机组成本分析是上网报价的基础，其重点是对机组煤耗特性的分析，它是确定发电机组煤耗微增和单位成本的依据。以机组热力试验数据为基础，用运 MATLAB拟合出机组的煤耗特性曲线，求出二次曲线的相关系数。 5.2 有特进一步开展的工作 在电力市场条件下，传统的发电系统规划可能要被分散的发电项目评估代替，这方面研究在国内外都处于刚刚起步的阶段，在理论和算法上都是不够的，还有很多问题需要研究。另外，系统进化算法是本论文首次提出的新概念，若 对 算法问题加以改进，还可以更进一步提高算法的效率。这种算法具有方法论的意义， 是大系统优化的一个新方向，还有很大的发展潜力。 中北大学 2006 届本科毕业 设计说明书 第 26 页 共 28 页 参 考 文 献 1 孙喜平，张春江，王惠仁 .研究经济规律，实现电力工业的可持续发展 .中国电力 . 1999年， 32卷 (第 1期 ) 2 王信茂 .1999 中国电力市场分析与研究中国电力出版社 .1999 3 周小谦 .中国电力工业发展的前景 .中国电力 .1999年， 32卷 (第 10期 ) 4 高严，把充满生机和活力的中国电力工业带入 21世纪 .中国电力 .1999年， 32 卷 ( 第 10期 ) 5 于尔铿，谢开，韩放，曹舫，杨以涵 .电力市场概述 .电网技术 1995年， 19卷 (第 3期 ) 6 于尔铿，白晓民，谢开，韩放 .电力市场评述 .中国电力 .1997 年