（技术经济及管理专业论文）火电厂实时发电成本分析与辅助报价研究.pdf

华北电力大学硕士学位论文 摘要 本文研究了火电厂在电力市场环境下基于实时发电成本分析与系统边际电价 预测相结合的辅助报价问题。首先全面分析了单元机组发电成本的构成项目，从可 变成本和固定成本的角度对发电成本各具体项目的发生规律及其影响因素进行了 研究，提出了实时成本的计算方法，并得出了发电成本与机组负荷之间的关系。然 后对某电厂进行了实例计算并做了不确定性分析。其次根据系统边际电价的主要影 响因素，建立了多元线性回归和b p 神经网络模型，以及综合上述两种模型的最优 组合预测模型，实例计算结果表明组合预测模型有更高的预测精度。最后本文提出 了火电厂辅助报价的框架模式，并对其子模块的功能进行了详细阐述。 关键词：实时发电成本，不确定性分析，系统边际电价，辅助报价 a b s t r a c t t h ep a p e rs t u d i e da i d e dp r i c e b i d d i n go fp o w e rp l a n tb a s e do nr e a l - t i m eg e n e r a t i n g c o s ta n ds y s t e mm a r g i n a lp r i c e ( s m p ) p r e d i c t i o nu n d e rt h ed e r e g u l a t e dp o w e rs y s t e m f i r s t l y ，f r o mt h ev i e wo ff i x e dc o s ta n dv a r i a b l ec o s t ，t h ee i g h te l e m e n t so fg e n e r a t i n g c o s t ，a sw e l la st h e i rp r o p e r t ya n da f f e c t i n gf a c t o r sw e r et h o r o u g h l ya n a l y z e d ；t h e nt h e w a yo fr e a l t i m ec o s tc a l c u l a t i n gw a sp u tf o r w a r d a sar e s u l t ，t h er e l a t i o nb e t w e e n g e n e r a t i n gc o s ta n du n i tl o a dw a so b t a i n e d t h e n a l l e x a m p l ew a sc a l c u l a t e da n d u n c e r t a i n t ya n a l y s i sw a sm a d e s e c o n d l y ，c o n s i d e r i n gm a i ni n f l u e n c i n gf a c t o r so fs m p ， m u l t i v a r i a b l el i n e a rr e g r e s s i o nm o d e la n db a c kp r o p a g a t i o nn e u r a ln e t w o r k sm o d e lw e r e a d o p t e dt o f o r e c a s ts m p ，t h e nc o m b i n i n gp r e d i c t i o nm o d e lo nt h eb a s i so fa b o v e m e n t i o n e dt w om o d e l sw a si n t r o d u c e d s i m u l a t i n gv a l u ed e m o n s t r a t e dc o m b i n i n g p r e d i c t i o nm o d e lh a sb e t t e rp r e d i c t i n ga c c u r a c y l a s t l y ，af r a m e w o r ka b o u tm d e d p r i c e b i d d i n gw a sa d d u c e d ，a n dt h ef u n c t i o no fi t sm o d u l e sw a sc o n c r e t e l ys e tf o r t h h u ay a n g s o n g ( t e e h n i c a le c o n o m i c s & m a n a g e m e n t ) d i r e c t e db yp r o f y a n gy o n g p i n g k e yw o r d s ：r e a l - t i m eg e n e r a t i n gc o s t ，u n c e r t a i n t ya n a l y s i s ，s y s t e mm a r g i n a l p r i c e ，a i d e dp r i c e b i d d i n g 华北电力大学硕士学位论文 摘要 本文研究了火电厂在电力市场环境下基于实时发电成本分析与系统边际电价 预测相结合的辅助报价问题。首先全面分析了单元机组发电成本的构成项目，从可 变成本和固定成本的角度对发电成本各具体项目的发生规律及其影响因素进行了 研究，提出了实时成本的计算方法，并得出了发电成本与机组负荷之间的关系。然 后对某电厂进行了实例计算并做了不确定性分析。其次根据系统边际电价的主要影 响因素，建立了多元线性回归和b p 神经网络模型，以及综合上述两种模型的最优 组合预测模型，实例计算结果表明组合预测模型有更高的预测精度。最后本文提出 了火电厂辅助报价的框架模式，并对其子模块的功能进行了详细阐述。 关键词：实时发电成本，不确定性分析，系统边际电价，辅助报价 a b s t r a c t t h ep a p e rs t u d i e da i d e dp r i c e b i d d i n go fp o w e rp l a n tb a s e do nr e a l - t i m eg e n e r a t i n g c o s ta n ds y s t e mm a r g i n a lp r i c e ( s m p ) p r e d i c t i o nu n d e rt h ed e r e g u l a t e dp o w e rs y s t e m f i r s t l y ，f r o mt h ev i e wo ff i x e dc o s ta n dv a r i a b l ec o s t ，t h ee i g h te l e m e n t so fg e n e r a t i n g c o s t ，a sw e l la st h e i rp r o p e r t ya n da f f e c t i n gf a c t o r sw e r et h o r o u g h l ya n a l y z e d ；t h e nt h e w a yo fr e a l t i m ec o s tc a l c u l a t i n gw a sp u tf o r w a r d a sar e s u l t ，t h er e l a t i o nb e t w e e n g e n e r a t i n g c o s ta n du n i tl o a dw a so b t a i n e d t h e na l le x a m p l ew a sc a l c u l a t e da n d u n c e r t a i n t ya n a l y s i sw a sm a d e s e c o n d l y ，c o n s i d e r i n gm a i ni n f l u e n c i n gf a c t o r so fs m p ， m u l t i v a r i a b l el i n e a rr e g r e s s i o nm o d e la n db a c kp r o p a g a t i o nn e u r a ln e t w o r k sm o d e lw e r e a d o p t e dt of o r e c a s ts m p ，t h e nc o m b i n i n gp r e d i c t i o nm o d e lo nt h eb a s i so fa b o v e m e n t i o n e dt w om o d e l sw a si n t r o d u c e d s i m u l a t i n gv a l u ed e m o n s t r a t e dc o m b i n i n g p r e d i c t i o nm o d e lh a sb e t t e rp r e d i c t i n ga c c u r a c y l a s t l y ，af r a m e w o r ka b o u tm d e d p r i c e b i d d i n gw a sa d d u c e d ，a n dt h ef u n c t i o no fi t sm o d u l e s w a sc o n c r e t e l ys e tf o r t h h u ay a n g s o n g ( t e c h n i c a le c o n o m i c s & m a n a g e m e n t ) d i r e c t e db yp r o f y a n gy o n g p i n g k e yw o r d s ：r e a l - t i m eg e n e r a t i n gc o s t ，u n c e r t a i n t ya n a l y s i s ，s y s t e mm a r g i n a l p r i c e ，a i d e dp r i c e b i d d i n g 声明 x8 6 7 8 4 1 本人郑重声明：此处所提交的硕士学位论文火电厂实时发电成本分析与辅助报价 研究，是本人在华北电力大学攻读硕士学位期间，在导师指导下进行的研究工作和取 得的研究成果。据本人所知，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他 人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得华北电力大学或其他教育机构的学位 或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作 了明确的说明并表示了谢意。 学位论文作者签名：竺蕴堑 日 期：丝遂，墨 关于学位论文使用授权的说明 本人完全了解华北电力大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保管、 并向有关部门送交学位论文的原件与复印件；学校可以采用影印、缩印或其它复制手 段复制并保存学位论文；学校可允许学位论文被查阅或借阅；学校可以学术交流为 目的，复制赠送和交换学位论文 同意学校可以用不同方式在不同媒体上发表、传播 学位论文的全部或部分内容。 ( 涉密的学位论文在解密后遵守此规定) 作者签名：堡盗匏 日期：坦盘， 导师签名：物妻季 。1 。一 日期： 竺! 12 华北电力大学硕士学位论文 第一章引言 1 i 本课题的选题背景m2 4 5 j 电力是具有自然垄断特性的准公共产品，由于其在国民经济中的基础地位和本 身的特殊性质，一般认为必须由国家垄断经营。但是自从2 0 世纪8 0 年代以来，世界 上许多国家纷纷放松对电力等具有垄断特性行业的管制，竞争机制开始融入电力运 营，实行“厂网分开、建立电力市场”已成为电力改革的潮流。这些努力导致电力 工业特别是发电侧的市场化，促进了电力市场的形成。利用市场机制对电力【业传 统的生产、管理方式进行改造，使电力工业重新呈现出勃勃生机，是目前许多国家 非常关注的问题，也是电力系统领域新的发展动向之一，是一个新的研究课题。 1 9 9 5 年1 2 月，全国电力会议明确提出：( a ) 发电领域引入竞争机制，按同类发 电厂最低电价顺序上网；( b ) 实行峰谷电价、丰枯电价及分类销售电价：( c ) 市场机 制成为今后电力企业运营的基本出发点。1 9 9 8 年，国家电力公司在山东、上海、浙 江等省电力公司及东北电力集团内部进行模拟电力市场的试点。当前，国内电力市 场正处于厂网分开、竞价上网、开放发电市场的初级阶段。竞争的市场环境给发电 公司的运营提出了更高的要求和很多值得深入研究的课题，如发电成本的动态核算 问题，企业管理的信息化和机组性能的在线监测问题，发电投资的回报问题，系统 边际电价的预测问题，企业竟价策略问题等。 由于我国电力市场改革只处于探索的初级阶段，运行中的省级电力市场也只作 为试点进行，所以目前中国电力市场有着自身的特点： ( 1 ) 发电侧电力市场 目前我国电力市场的改革取向是“厂网分开，竞价上网”，即将电网公司拥有 的发电厂与电网分开，建立规范的具有独立法人地位的发电实体，市场也只对发电 侧开放。发电侧电力市场的市场主体是各独立发电企业与电网公司，电网公司负责 组织各发电公司间的竞争，政府负责对电力市场进行监督管理。同时，根据“省为 实体”的方针，我国的电力市场以省级电力市场为主，各省电力公司是其省内电力 市场竞争的组织者。 ( 2 ) 单一购买者模式 我国现行发电侧电力市场的模式是“i + n ”模式，“l ”是指电力市场的单一购 买者，即电网公司：“n ”是指参与市场竞争的各个独立发电公司。用户不能与独立 发电公司签订购电合同，只能由电网公司采用零售的方式供电。 ( 3 ) 部分电量竞价上网 在市场建立的初期，几个试点单位全部采用了部分电量竞价上网的模式。一般 华北电力人学硕士学位论文 安排当年市场需求的1 0 一2 0 作为竞价电量，其余的作为基本电量( 或合同电量) 。 ( 4 ) 双轨制竞价体系 在开展竞价上网时遇到的最大问题是如何处理原有的购售电合同问题。由于前 几年我国电力装机严重不足，为鼓励投资者建设电厂，出台了一系列保证机组年利 用小时数和上网电价的优惠政策，这种合同一般有效期限较长。为解决这一关键问 题，各试点单位在建立电力市场的探索中提出了包括“差价合约”，“履行合约，竞 价超约”等在内的多种实施方案，其目的是既要考虑原有还本付息政策的延续又要 引进竞争机制，推动电力市场的发展。这些方案的核心是双轨制竞价机制，即基本 电量部分按国家批准的合同电价结算，竞价电量部分按竞价电价结算。这基本上解 决了原有的合同问题。对于竞价电价，试点单位大多采用满足负荷预测的最后一台 机组出力对应的报价作为结算电价，这种方法具有简便易行，促进竞争，提供信息 清晰的特点，比较适合刚刚起步的中国电力市场。 ( 5 ) 交易类型 电力市场的交易，一般分为长期合同、现货交易、实时交易、辅助服务交易和 输电权交易。现试点单位主要采用了前3 种交易方式。在单一购买者模式下的发 电侧交易市场，组织发电公司竞争的电网公司担负着向用户供电的义务。所以，电 网公司为了防止严重缺电后电价急剧升高的风险，必须与发电公司签订一定数量的 长期合同。目前，各发电公司保留原有合同8 0 左右的电量，作为电力市场的长期 合同。这种长期合同是原先合同的延续，随着电力市场的发展与完善，其比例将逐 渐减小，最终由市场决定的长期交易合同所取代。 现货交易是指按照发电机组的报价，提前一天确定第二天的发电计划。 实时交易是指在交易r 当天确定的发电计划。由于电力工业的特点，要求发电 与负荷实时平衡。实时交易的作用有两方面，一是作为长期合同和现货交易的补充， 在负荷预测与实际负荷出现偏差后，达到发电与负荷平衡的目的；另一方面，实时 交易可以提高竞争的力度。目前，英国电力市场正在进行的第二次改革，其中一项 重要内容就是增加实时交易。由于我国处于从传统管理模式向市场经济转变的初始 阶段，同时受到电力市场技术支持系统的约束，实时交易基本上是作为长期合同和 现货交易的补充。 辅助服务的内容主要包括调频、调峰、无功和黑启动。目前辅助服务指标的量 化，辅助服务成本的计算以及付费等比较复杂，世界卜各国电力市场的做法也不尽 相同。在我国现有电网结构比较薄弱的条件下，为保证电网运行安全，各试点单位 基本上未考虑辅助服务交易，均采用了由调度指定，无偿提供的方式。 目前省级电力市场内尚未出现输电权交易。 ( 6 ) 生产调度与市场交易一体化 目前国际e 电力市场有2 种运行方式：一种是美国加州i s o 与p x 形式，即电 2 华北电力大学硕士学位论文 网运行调度与市场交易分离；另一种是大多数电力市场所采用的调度与市场交易一 体化的形式。我国由于电网本身的特点，各试点单位大多采用了后一种市场运行方 式。在这种运行方式下，调度部门作为电力公司的核心，必须努力做到公正、透明。 由以上分析可知，我国电力市场的改革和发展具有很多自身特点，因此作为独 立发电厂参与电力市场交易的辅助工具一发电厂的成本分析与辅助报价系统的 设计和研究工作也要结合当前中国电力市场实际情况进行。 1 2 本课题的研究意义2 2 2 _ 5 5 】 厂网分开后，发电企业成为独立的法人实体，竞价上网，自负盈亏，发电公司 可以通过采用策略性的竞价来追求最大利润，这就给广大发电企j 的生产经营带来 了新的机遇和挑战。为了最大限度地优化企业资源配置、降低运营成本、掌握电力 市场运行规律，避免不必要的损失，发电企业都要借助有效的成本分析与辅助报价 工具。因此，研究电力市场环境下发电厂的成本分析与辅助报价系统是一个非常有 意义的课题，不但在理论上具有重要的研究价值，而且具有很大的可行性和现实性。 1 2 1 实时成本分析的重要性 在竞价上网环境下，要参加发电日前市场的竞争，发电厂要对每个竞价时段进 行报价，这就要求发电厂了解参与竟价机组的每时段成本即机组的实时成本。精确 及时掌握系统的成本是发电厂进行合理竞价，确定报价策略的基础。对发电厂实时 成本的研究是竞价上网环境f 发电厂成本研究的新任务。因此研究实时发电成本分 析具有十分重要的现实意义。 1 2 2 开展系统边际电价预测的重要性 电价是电力市场的核心，电价的波动影响到各种资源在电力市场中的流动和分 配，有着强大的经济杠杆作用。目前，我国发电侧电力市场是以系统边际电价 ( s y s t e mm a r g i n a ip r i c e ，缩写为s m p ) 进行结算的，即s m p 是发电公司在竞争性电 力市场中的产品价格。因此，s m p 不仅成为联系用户( 用电方) 、市场监管者( 电力监 管委员会) 、发电商( 发电公司) 的经济纽带，而且是关系到发电方、用电方经济利 益的重要因子。发电公司的利润依赖于成功的报价策略，而报价策略形成的基础是 准确把握短期市场的走向，把握市场的关键则是对s m p 的准确预测。同时，从购电 方束看，边际电价构成了它的单位购电成本，s m p 的预测使自身的动态成本控制成 为可能；从市场的监管者来看，s m p 的预测为促使市场健康、稳定、有序地竞争和 发展以及各种电价政策的制定提供了科学依据。电力市场的参与者都很关心s m p 的 里些皇垄查塑主兰竺笙塞 发展变化趋势。因此，s m p 预测对于电力市场的所有参与者都格外重要。 随着电力市场化韵不断深入，边际电价预测的重要性将愈来愈突显，如何开展 边际电价预测以及如何提高边际电价预测的准确性将是迫切需要解决的问题。 1 3 本课题的研究现状 1 3 1 实时成本分析的研究现状 对发电成本分析，前人用不同的理论方法，针对不同的对象做了大量的研究。 文献 6 使用统计方法对发电成本进行回归分析，研究发电成本和各个影响因素之 间的数量关系。选取发电成本中的关键因素如燃料费、材料费、管理费、财务费用 等，根据发电厂某段时期的历史数据，建立多元回归方程。文献 7 从电厂实际发 生的发电成本和收入出发，根据成本的历史资料，利用最小二乘法找出发电量与发 电成本的一元统计回归数学模型，建立次、二次、三次函数和对数回归方程，从 中选择拟合效果最好的回归方程。但是回归分析的方法利用发电厂历史成本数据， 用历史数据对未来成本变化加以分析和估计。这种基于历史成本的分析方法在用来 做预测时具有一定的局限性，因此，还需要通过一系列数据的验证，对成本函数加 以调整。这种方法所得的结果未必是最优解，同时为了更准确地预测发电厂的成本 函数还需要不断地在原函数基础上加入新的数据，使成本函数更能适应新的变化。 文献 8 利用人工神经网络方法对发电成本进行分析预测，该方法利用电负荷、热 负荷、主汽压力、主汽温度等已知参数作为b p 神经网络的输入层，经过中间的隐 含层，在网络的输出层得到煤耗率、热耗率、锅炉效率、汽机效率、补水率等参数 对成本进行分析预测。 也有很多文献对实时发电成本作了研究。文献 9 提出利用热经济学理论进行 成本计算的方法，采用热力学势参数来描述能量流，分析电站主要设备的能耗特性， 在获得了子系统特性曲线的基础上，用该方法计算各个子系统输出和整个系统输出 的边际成本特性。在电力市场的条件下，这些成本特性是迸一步进行运行优化、机 组组合优化、分析实时发电成本以及形成竞争电价、争取发电计划的基础和依据。 文献 1 0 3 针对当前电力改革中发电厂竞价上网的需要，提出了火力发电厂动态成本 分析的目的和原理，并阐述了如何从会计核算帐务系统中获取动态成本的原始数 据、动态成本如何分解和计算以及动态成本统计分析的方法步骤。由于实时成本是 发电厂参与日前市场竟价报价依据，所以动态成本分析不仅要从大量的生产实时、 会计帐务等数据源中抽取出分析所需要的成本数据，而且还要对成本数据进行多次 加工处理，建立实时成本与发电量、负荷、燃料价格、机组启停次数、煤耗等诸多 因素之间统计回归模型进行分析计算，最终生成发电厂竞价上网所需要的成本模 华北电力火学硕士学位论文 型。文献 1 2 提出了火力发电厂动态成本分析系统系统框架，论述了如何获驭动态 成本的原始数据、如何分解和计算动态成本以及动态成本统计分析的方法和步骤。 文献 1 3 研究了目前国内外建议或己被广泛采用的三种有关电厂发电成本的计算 方法，即年限平均法、等额支付折算法、修正的等额支付折算法，探讨了它们的异 同点与合理程度。 1 3 2 边际电价预测方法的研究现状 自一些国家相继实行电力市场以来，各国学者提出了多种电价预测方法。这些 方法大致可分为神经网络法、统计学方法、模糊建模法、运行仿真法和市场均衡分 析法 1 6 。随着预测技术的发展，灰色理论、小波分析等数学方法被应用于电价预 测，使电价预测技术有了快速发展。 ( 1 ) 人工神经网络法 人工神经网络法是一个经久不衰的电价预测方法。它是由简单的处理单元所组 成的大量并行分布的处理机，这种处理机具有存储和应用经验知识的自然特性，它 可以通过学习过程从外部获取知识，还能够存储获取的知识信息 1 7 。1 9 9 7 年文献 t 8 j 首次将神经网络应用于电价预测，预测了英国电力库下一交易日每个结算时段 的s m p ，给电价预测开辟了一条新的道路。目前神经网络法是电价预测中研究最多 的一种方法。其中b p 神经网络倍受青睐，文献 1 9 ，2 0 采用了b p 神经网络。此后 出现了很多改进方法。主要包括以下三种改进的预测方法。 第一种是，为了提高预测精度，在输入层增加特殊的输入向量，使网络能够更 好地反映电价的波动情况。侈i l 如从供需角度出发，把供求指数作为神经网络的输入 2 1 ，或者在输人层引入竞价空间的概念 2 2 ，2 3 ：从市场力角度出发，弓f 入发电 容量必须运行率( m r r ) 2 4 ；从备用角度出发，在输入向量中增加旋转备用e 2 5 3 。 虽然在神经网络模型中引入了新的影响因素，提高了预测精度。但是有些影响因素 的量化必须根据具体的市场做出具体的分析，不能普遍适用。而且一些数据在实际 中很难获得。 第二种是，用各种方法对电价序列进行预处理，突出电价序列的规律性。为了 提高电价预测精度，可以对神经网络的输入向量进行预处理。文献 2 6 采用数据平 滑技术去除电价的增长趋势，引入星期指数去除电价的星期趋势，再把数据输入到 b p 神经网络中。对美国加州电能交易所公布的数据进行仿真，取得了较好的效果。 文献 2 7 2 9 通过模糊聚类法把电价根据其相关因素进行分类处理，然后通过神经 网络来预测：但是聚类只能根据先验知识进行分类，而且可能会将某几个特殊的样 本未归入任何类别，对精度造成一定影响。文献 3 0 以浙江电力市场为背景，提出 一种基于小波分解和神经网络的m c p 预测方法。利用小波分解技术去除细节后的重 一 生垫皇垄奎兰堡主堂垡丝塞 一 构电价序列作为神经网络的输入，更加突出了电价序列的一般规律，预测精度有所 提高。文献 3 1 采用混沌法将电价及其相关因素构成的多变量时问序列重构，用递 归神经网络( r n n ) 跟踪相空间相邻相点间的演化行为，从而建立电价预测模型。对 新英格兰电力市场的电价进行了成功的预测。但在重构相空间的过程中，延迟时间 和嵌入维数需慎重选取。 第三种是，改进神经网络的结构，克服神经网络内部结构的缺陷。如应用递归 神经网络( r n n ) 3 2 、小脑模型关节控制器( c j “a c ) 神经网络 3 6 、多元回归神经网 络( g r n n ) 3 7 、模糊神经网络 3 8 等模型，改善了传统神经网络模型学习速度慢 和容易陷人局部极小点等问题。也可以提出新的学习算法，改进神经网络结构、如 用混沌学习算法优化b p 神经网络，克服b p 网络有时收敛于局部极小点的缺点；采 用遗传算法优化b p 神经网络 3 5 ，解决b p 神经网络拓扑结构确定困难和全局搜索 能力弱的问题。 应用人工神经网络预测时，首先要确定网络的结构和参数( 如隐含节点的个 数) ，一般用探索法来确定，比较麻烦。可以采用级联相关神经网络模型 3 4 ，它 在调练过程中能够自适应地增加隐含节点，避免了对网络结构的估计。文献 3 8 应 用自适应方案，根据最新获得的数据调整a n n 的参数，能够自动决定需要多少历史 数据才能获得最精确的预测。文献 3 3 3 用预测置信度来调节权重系数，把辐基函数 网络( r b f ) 和多层感知器网络( m l p ) 的预测结果作线性组合，预测了新英格兰电力 市场的m c p 。 ( 2 ) 统计学方法 统计学方法主要有时问序列法和回归分析法。时间序列法主要有自回归( a r ) 、 自回归一滑动平均( a r m a ) 、累积式自回归一滑动平均( a r i m a ) 模型等。时间序列法 的原序列是否有效去除了非平稳变化，在很大程度上影响电价预测的效果。电价序 列的平稳化比较困难，因为电价序列不仅包含趋势变化、周期性变化，还有一些不 寻常的剧烈变化。这使时间序列法在电价预测领域没有多少优势。当然，如果能使 序列较好地平稳化，时间序列方法也能取得比较好的效果。因此，单纯的时间序列 法精度较差，一般都与其他方法结合使用。文献 2 3 3 运用小波分解对浙江电力市场 的m c p 序列进行三层分解，用时间序列法对分解后的序列建立相应的模型进行预测， 把预测结果叠加，得到完整的电价预报结果。与神经网络法作了比较，并没有显示 出其预测的优势，预测效果有时不理想。文献 4 0 用时间序列法的温度关联修正模 型对芬兰和挪威电力市场的最高电价和平均电价进行了预测。但是温度关联修正模 型各参数的权重很难确定，电价突变点附近的预测误差较大。文献 4 i 分时段建立 了现货电价的a r 、a r m r 和不可观测分量( u n o b s e r v e dc o m p o n e n t ) 时间序列模型， 并在模型中引入了基本的极端电价出现概率处理法，对德国莱比锡电力交易所的现 货电价进行了预测。文献 4 2 用b a y e s 函数将原始序列分类，再用自回归( a r ) 法对 6 华北窀力大学硕士学位论文 这些类别进行建模，预测了新英格兰电力市场的峰荷和谷荷平均m c p 。文献 4 3 用 多层感知器( m l p ) 神经网络来决定自回归( a r ) 模型的参数，再用模糊自回归( f a r ) 模 型来描绘电价序列的范围。对加州电力交易市场( c a i p x ) 的长期电价波动范围进行 了预溯。 回归分析法简单方便，但是由于受人为因素的影响，收集和统计的历史数据不 尽全面和准确；电价变化规律复杂。很难完全反映变量间的关系。并且在回归分析 中，选用何种因子和用何种表达式有时只是一种推测，而且影响电价的因子的多样 性和某些因子的不可测性，使得回归分析在某些情况下受到限制。目前应用回归分 析法预测电价的方法很少。文献 4 4 结合模糊集理论与传统回归方法，对长期电价 预测做了探索。首先利用模糊隶属函数建立复合回归模型：在复合回归模型基础上， 建立了模糊非线性回归模型；通过对模型的求解，获得了电价上下边界的最小分布， 从而确定了电价分布的最小区间。文献 4 5 对西班牙电力市场和加州电力市场的电 价建立了动态回归模型和传递函数模型。从而克服了线性回归模型的缺点，但峰值 误差较大。文献 4 6 采用数据挖掘中的相似搜索技术，找到与预测日负荷一电价数 据相似的相似日，把临近日和相似目的负荷一电价数据加权回归，进行电价预测。 方法简单方便，对美国加州电能交易所( c a i p x ) 公布的数据进行了预测。 ( 3 ) 模糊建模法 模糊建模法是采用模糊逻辑，由给定的输入到输出的陂射过程。一般包括以下 几个步骤：输入变量模糊化；根据模糊规则进行模糊推理；输出的模糊集反模糊化。 模糊逻辑法容许使用不精确的数据，可以对任意复杂的菲线性函数建模。从理论上 说，模糊建模法对扰动因素不敏感，其规则有利于处理系统的定性信息，具有与神 经网络法枢同的功能。文献 4 7 1 对美国加娜电力市场的平均市场清算价进行了预 测，得到的结论是：最佳规则数目仍未找到；对复杂结构的辨识能力有待提高。 到目前为止，这种方法的效果尚无法令人满意。但是模糊逻辑与其他模型相结 合的算法得到了广泛的应用，尤其是模糊聚类法在对电价数据的预处理方面，显示 出了很好的效巢。 ( 4 ) 运行仿真法 运行仿真法应含有一个电力系统的详细模型和一个定价程序，在此基础上建立 电价预测的数学模型并求解。目前在商业上两个知名的仿真包是j i l a p s 和u p l a n e 。 m a p s 程序可以根据运行条件和系统约束模拟实际调度情况，从而预测各节点的详细 电价曲线，评估市场结构和发电投资的经济性，了解市场行为甚至计算输电成本 4 s 。但它需要处理很多的事项，如输电模型、机组组合、电约束的输电分配、输 电安全分配、实时仿真工具、大规模系统仿真能力等。还需要收集大量的数据，如 发电机组数据、输电数据等。而且还要将发电和输电系统间复杂的交互过程用显式 表达出来。因此，对一般市场成员而言，使用如此复杂的程序是难以想象的。 7 华北电办大学硕士学位论文 ( 5 ) 市场均衡分析法 市场均衡分析法的理论依据是经济学的市场均衡理论。它试图根据预测的发电 报价曲线和系统负荷的预测值求解出市场的均衡点，进而导出电价的预测值。所使 用的工具通常是“市场平衡分析”和“基于代理的模拟法”。文献 4 9 建立了报价 曲线驱动的电价预测模型。文献 4 9 对浙江发电市场数据进行了预测。研究表明， 应用该方法有两个难点：一是如何准确预测各个电厂的报价曲线；二是如何模拟市 场中潜在市场力的影响。 ( 6 ) 小波分析预测技术 小波分析是信号的时问一频率分析法，它具有多分辨率分析的特点，而且在时 频两域都具有表征信号局部特征的能力。基本方法是将电价序列进行多尺度分解， 各个尺度上的子序列分别代表原序列中不同“频域”的分量，对不同的电价子序列 分别预测，最后通过序列重组得到完整的电价预测结果。 文献 5 1 把给定的s m p 信号进行多分辨率分解。为考虑进负荷影响，把小波系 数和负荷用传统的多重回归法进行预测或调整。最后把小波变换的高频和低频信号 重构，预测出s m p 。 研究表明小波变换在对电价这一波动较强、十分不稳定的时间序列的分析上很 有应用前景。但是在把电价序列按照各个尺度分解时，如何考虑进负荷、机组状态 等影响因素还是一个值得研究的问题。 ( 7 ) 价格机制理论预测法 价格机制理论预测法是从供求决定价格、价格引导供求两个角度出发，分析电 力市场系统供给、需求与电价的关系，建立电价的预测模型 5 2 。目前，这种预测 方法在电价预测中还不够成熟。 ( 8 ) 灰色理论预测法 灰色理论的优点是所需数据少，计算简单。在电价预测中，主要应用的是g m ( 1 ， 1 ) 模型。由于单纯应用灰色模型精度有限，多应用改进后的灰色模型进行预测。如 灰色混沌预测模型。这种方法通过校正g m ( 1 ，1 ) 模型发展系数的取值空问，使灰色 预测模型的预测结果保持在混沌区域之外，提高精度。另外可以采用灰色理论与神 经网络相结合的方法预测电价 5 2 ，把g m ( 1 ，1 ) ，d g m ( 2 ，1 ) 和v e r h u l s t 模型所 得到的预测值作为b p 神经网络的输入，作进一步预测。 通过对国内外各种电力市场现货电价预测方法相关文献的分析，得出以下结 论：( a ) 基于历史数据的统计类预测方法仍是研究的主流，小波分析法对序列信号有 良好的自适应性，将成为今后电价预测研究的一个熟点。如何利用已知数据表达非 确定性因子并用于电价预测，仍是值得研究的问题。( b ) 已有统计类电价预测方法 均以整个交易日作为实体进行预测。多数方法的平均电价预测效果较好，但都存在 单点预测误差过大问题。( c ) 市场均衡分析法所需的两个主要条件难以准确把握， 8 华北电力大学硕士学位论文 直接影响预测效果和稳定性。运行仿真法功能强大，但所需条件既多又苛刻，难以 被一般市场成员掌握。( d ) 目前对长期电价预测的研究比较薄弱，今后应当进一步 加强研究。 1 4 本文要解决的问题和主要研究内容 i 4 i 本文要解决的问题 本文重点研究实时发电成本和系统边际电价预测，在此基础上探讨辅助报价 系统。关于实时发电成本，重点要解决的是发电成本的动态处理，找出影响成本的 具体因素，建立发电成本与机组负荷之间的关系。关于系统边际电价预测，主要是 找出系统边际电价的主要影响因素，并把这些影响因素反应在预测模型中，以及在 现有条件下如何选择预测模型来保证预测精度。 1 4 2 本文研究的主要内容 本文的研究内容主要包括以下四方面： ( 1 ) 全面阐述单元机组发电成本的构成项目，分析其发生规律及影响因素，采 取分解处理的方法对机组发电成本进行计算，得出发电成本与机组负荷的关系。 ( 2 ) 结合我国当前电力市场的交易特点和结算方式，根据盈亏平衡分析原理， 在综合考虑合同与现货交易的情况下，确定不同负荷率下的保本电价和不同目标利 润下的目标电价。然后对发电成本的各个影响因素进行敏感性分析，找出影响发电 成本的敏感因素，以利于更好地控制发电成本。 ( 3 ) 阐述系统边际电价形成的经济学依据，分析边际电价的主要影响因素，结 合现行的电力市场运行规则，根据电网历史数据建立多元线性回归和8 p 神经网络 模型预测电网的系统边际价格，并综合上述两种模型建立最优组合预测模型。最后 以华东某电力市场为例对三种模型进行实证分析与比较。 ( 4 ) 规划火电厂实时成本分析与辅助报价系统的总体框架，详细阐述和分析各 个功能模块。 华北电方大学硕士学位论文 第二章杌组实时发电成本分析 根据2 0 0 4 年4 月国家电力监管委员会华东电力市场运营规则的规定，参 加现货市场交易的发电企业，原则上必须以单个注册机组为单位申报电价，也就是 说一般情况下，单台发电机组就是一个在电力市场中参与交易的主体。因此本章主 要分析单台机组的发电成本。 2 1 机组发电成本概述 2 1 1 机组发电成本组成1 4 - i 根据财务通则和财务制度规定，结合电力生产企业的特点，原电力部于1 9 9 3 年7 月印发了“关于电力企业成本核算实施意见的通知”。该通知明确规定了电力 企业的成本开支范围，目前所有的电力企业都将其作为核算电力成本的依据。根据 电力产品成本开支范围，在生产费用按经济性质分类的基础上，结合按经济用途分 类，电力产品的成本项目可以设置如下： ( 1 ) 燃料费 燃料费包括生产电能所耗用的各种燃料的总费用。燃煤火力发电厂燃料主要为 煤，油等。燃料的实际价格包括买价、运杂费、驻矿人员的差旅费、运途中的定额 损耗。燃料费的计算公式如下： 燃料费= ( ( 入炉煤标煤价格x 供电标准煤耗) x 比例+ ( 油折标煤价格x 供电 标准煤耗) 比例+ ( 气折标煤价格供电标准煤耗) 比例) )( 2 1 ) ( 2 ) 购入电力费 由于某些原因，如发电设备故障或检修等，发电企业需要从其他发电单位购入 部分有功电量，所支付的费用称为购入电力费。 ( 3 ) 水费 水费主要指发电供热生产用水的外购水费。 水费= 年耗水量单价 ( 4 ) 材料费 ( 2 2 ) 材料费指生产运行、维修和事故处理等所耗用的材料、备品，低值易耗品等。 材料费= 每千瓦发电设备所耗材料费机组额定容量( 2 3 ) ( 5 ) 工资及福利费 工资及福利费指按规定列入电产品成本的职工工资、奖金、津贴、补贴等及按 企业职工工资总额与规定比例提取的职工福利费。 其计算公式如下： l o 华托电力大学硕士学位论文 工资及福利费= 人均年工资职工总数x ( 1 + 1 4 ) ( 2 - 4 ) ( 6 ) 折旧费 折旧费指企业的固定资产按规定的折旧费计提的折旧费。 折旧费= 固定资产原值x 综合折旧率 ( 2 5 ) ( 7 ) 修理费 修理费指固定资产修理费。该项目可以综合列入成本项目，也可以分别列入材 料费、工资及福利费、其它费用等成本项目，修理费的计列方法一经确定，不得随 意变更。另外，预提修理费应列入成本项目。 修理费= 固定资产原值x 修理费率( 2 6 ) ( 8 ) 其他费用 其他费用指不属于以上各项i t 而应计入产品成本的其它费用。其它费用也称管 理费用，是企业行政管理部门为管理和组织经营活动而发生的各项费用。 2 1 2 机组发电成本分类 为了进行项目的成本结构分析和不确定性分析，应将总成本费用按照费用的性 质划分为变动成本与固定成本。变动成本是指随着产量增减而成正比例增减的费 用，如燃料、水费、购入电力费等：固定成本指在一定生产规模限度内不随产品产 量变动而变动的费用，如按直线法计提的固定资产折旧费，管理人员工资等：此外 还有一种费用既不是变动成本也不是固定成本，它随着产量变化而变化，但不成正 比例的变化，成为半变动成本或混合成本，如机械设备的维护费、修理费、管理费 用、运输费用等基本上都属于这种类型。而其变动费用则随产量的增长而增加，为 了成本管理这些半变动成本还必须分解为固定成本与变动成本”“。 另外应当指出固定成本和变动成本只是一个相对而言的概念，不能作为绝对的 理解。其实从长远角度看，任何费用都会受到产量即发电量多少的影响。当我们把 某些费用如工资及福利、折旧、修理费用等列为固定成本时，是指当发电量在一定 范围，一定时期内变动时，这些成本费用不受发电量变动的影响或影响很小，可以 忽略不记。但是如果把固定成本费用进一步分为约束性固定成本费用和酌量性固定 成本费用进一步考虑，固定成本费用也就不那么“固定了”。 约束性固定成本费用主要属于“经营能力成本费用”。如一座发电厂一旦建成 投产，形成一定的生产能力，其厂房、设备的折旧，各类生产、管理人员的工资福 利，日常维护修理发生的费用及其各项管理费用，在短期内都难以有重大的改变。 事实上，尽管在一定时期内，发电量在一定范围内变化，但这些成本费用会维持在 一定“固定”的水平上。如果企业经过扩建，生产经营能力的提高必然会带来发电 设备、生产管理人员的增加，与之相对应地也必然会使折旧、工资及福希j 、修理、 坐垫皇垄查兰堡主兰堡垒茎 一 一 管理费用提高，那么这时的固定成本费用也就不“固定”了。酌量性成本费用则是 指企业根据经营方针确定的在一定时期内( 通常为一年) 的预算形成的固定成本- 如 发电厂的管理费用、财务费用、修理费用都是由当年的设备状况、财务状况和企业 水平确定的，并不是年复一年维持不变。 实时发电成本是某负荷下机组单位时段内所消耗的成本，所以根据各项成本的 特点，本文中将燃料费、水费、购电费划分为变动成本，除此以外的其他部分随负 荷变动的时间性较弱，在实时发电成本分析中都属于固定成本。税金及附加费和财 务费用属于期间费用，不列入生产成本，但应列入总成本中。 2 1 3 机组发电成本函数1 5 4 1 ( 1 ) 成本函数的形式 通常发电企业( 机组) 的成本函数是指变动成本函数，或运行燃料成本函数。若 将机组的微增热耗率( m j m w h ) 表示为出力( m w ) 的线性函数，则燃料成本可以采用 二次函数的形式。对于时段t ： c - ，p i ) - 日b ，) p j = - 。+ 口。吼+ 日：q ? j p ? ( 2 7 ) 其中g ，是时段t 内机组提供的电量，姗h 时段长度；日h ) 表示机组的能耗特 性，输入量是单位时州内进入系统的热量，h t j h - ；输出量是机组输出的净功率，i f 【w ； p j 是时段t 内输入热量的价格，元m j 。口0 ，口i ，d ：是能耗特性曲线的系数，通过实 际能耗参数确定。为了便于表示和理解，取时段的长度为单位时间略去下标c ，则 上式可以写成