（控制理论与控制工程专业论文）电厂动态成本及负荷优化的研究、实现.pdf

摘要 摘要 传统上是垄断的电力工业，在中国正在酝酿深刻的体制变化，总的趋势是引入竞争机 制，形成有限的电力市场。“厂网分开，竞价上网”使电厂对于机组发电的经济性越来越 关心。 本课题就是以山西太原第一热电厂的管理控制一体化项目作为背景，针对以上情况， 重点研究了为达到利润最大化的目标，各发电公司在电力市场中的两个重要的经济运行方 面问题：动态成本分析和负荷的优化调度。这对电厂降低发电成本、提高发电效率。争取 合理上网电价和负荷率具有很强的现实意义。 本文主要包括以下内容： 第一、介绍竞价理论及实时电价。电厂的所有经营活动包括经济运行，要把国家的政 策法规、市场规则和本厂的运行规程有机的结合起来。因此本章重点讨论目前主要的竞价 模型、电力市场中火电预调度计划的数学模型并予以比较分析，此外还讨论了实时电价。 对于发电企业来说，要把握电力市场的大方向，使本企业适应电力市场环境的变化， 重要的是准确掌握发电成本，实行动态成本分析，根据竞价规则合理的分解、分摊发电成 本，为企业竞价上网提供可靠的成本依据。 第二、动态发电成本。本章详细分析讨论了构成电厂成本要素、会计学成本和经济学 成本特点，在此基础上根据边际成本理论和市场供需理论，通过对发电成本的分解和归并， 从生产实时系统和会计核算系统获得基础数据，经过分析给出了机组动态成本计算模型， 从而为电厂竞价上网辅助决策提供了有力工具。并对动态发电成本分析系统所具备的功能 作以简介。 第三、电厂机组负荷优化分配。本章首先详细分析讨论了等微增率法、线性规划法和 动态规划注这常用的三种负荷优化分配方法的原理、具体应用方法及各自特点，为在实际 中运用这些方法提供了极大的方便。 结合热电厂实际情况，根据分析，我们提出了一种目标函数是热电厂成本最小的基于 b p 网络的热、电负荷分配方法。该方法在动态成本分析系统及p i 实时数据库的基础上， 综合考虑人气压、循环水温度、煤的低位热值；电厂内不同的机组的固定成本的差异；机 组实时固定成本和机组所带的负荷及时间的关联关系。此外，该方法将多维优化问题降为 一维处理，简化了计算。因此，具有很强的实际意义。 最后、机组动态成本及负荷优化软件实现。对p s m c i s 中和本研究课题相关的部分及 p i 实时数据库作以简介，然后介绍了动态成本分析及负荷优化分配系统。 关键词：电力市场，发电成本，动态成本，经济负荷分配，p i 实时数据库 a b s t r a c t a s i g n i f i c a n tc h a n g ei sb r e w i n gi nm o n o p o l i z e dp o w e rs y s t e m si nc h i n a t h e m a i nt r e n di st oi n t r o d u c eac o m p e t i t i v em e c h a n i s m s oa s t of o r mal i m i t e d e l e c t r i c i t yp o w e rm a r k e t a l o n gw i t ht h eo p e m n go fe l e c t r i c i t ym a r k e ta tg e n e r a t i o n s i d ea n dt h ei m p l e m e n t a t i o no f s e p a r a t i n gp o w e rp l a n t sf r o mp o w e rn e t w o r k sa n d g e n e r a t i o nb i d d i n g t op o w e r n e t w o r k ，p o w e rp l a n th a v eb e e n m o r ea n dm o r ec o n c e r n a b o u tt h e i re c o n o m i c p r o d u c t i o nm a n a g e m e n t a st h eb a s eo fan e w s y s t e mn a m e d “i n t e g r a t e ds y s t e mb a s e do nm a n a g e m e n t a n dc o n t r 0 1i n f o r m a t i o n ”i nt a l y u a np o w e rp l a n t t h i sp a d e rs t u d i e st w ob i g e c o n o m i co p e r a t i o np r o b l e m s a n a l y s i so fd y n a m i cc o s ta n de c o n o m i cd i s p a t c ho f g e n e r a t i o nc o m p a n yi n e l e c t r i c i t ym a r k e t ，w h i c hi sf o ri t sm a x i m a p r o f i t t h e s e r e s u l t s m a yd om u c hc o n t r i b u t i n gt od e b a s i n gt h ec o s to fg e n e r a t i n ge l e c t r i c i t y ， i m p r o v i n g t h e e f f i c i e n c y o f g e n e r a t i n ge l e c t r i c i t y a n d o b t a i n i n g r a t i o n a l e l e c t r o v a l e n c e t h em a i n w o r ki nt h ed i s s e r t a t i o nc o n s i s t so ff o u r p a r t sa sf o l l o w s ： f i r s t ，s o m ep o w e rb i d i n gm o d e l sa n dd i f f e r e n te c o n o m i cd i s p a t c hm o d e l si n p o w e rm a r k e ta r ed e m o n s t r a t e da n dd i s c u s s e d ，t h e nd e s c r i b e ss p o tp r i c em o d e l t h e s ed os o m e g o o dp r e p a r a t i o nf o rt h en e x tr e s e a r c hw o r k s e c o n d l y ，w ep u tf o r w a r d t h ep u r p o s ea n d p r i n c i p l eo fd y n a m i cc o s ta n a l y s i so f p o w e rp l a n t a n dh o w t oo b t a i no r i g i n a ld a t ao fd y n a m i cc o s tf r o ma c c o u n t a n t s y s t e m ，h o w t od i s i n t e g r a t ea n dc a l c u l a t ed y n a m i cc o s ta n dt h em e t h o da n dt h es t e p s f o rt h es t a t i s t i c sa n da n a l y s i so f d y n a m i cc o s t t h e s em a ys u p p o r tag o o dt o o lf o r p o w e rp l a n tb i d d i n g t h i r d l y t h em e t h o d so f l o a do p t i m i z i n gd i s p a t c h i n ga r er e s e a r c h e di nt h i sp a p e r s u c ha se q u i m i c r o i n c r e a s er a t em e t h o d ，l i n e a rp r o g r a m m i n gm e t h o da n dd y n a m i c p r o g r a m m i n gm e t h o d t h e nw eg i v ean e wo p t i m a ll o a dd i s t r i b u t i o nm e t l l o dt h a t b a s e do nb pn e t w o r ka m o n gm u l t i p l eg e n e r a t i n gu n i t so fat h e r m a lp o w e r p l a n t ， c o m p a r e d w i t ht h eo r i g i n a ll o a dd i s t r i b u t i o n ，ag o o db e n e f i ta n da s i m p l ec a l c u l a t i o n a r eg a i n e d l a s t l y ，i n t r o d u c e dt h ea n a l y s i so fd y n a m i c c o s ta n dl o a do p t i m i z i n gd i s p a t c h i n g s y s t e m t h i ss o f t w a r eh a sb e e n p u ti n t op r a c t i c ea n dh a sag o o d e f f e c t k e y w o r d s ：p o w e rm a r k e t ，g e n e r a t i o nc o s t ，d y n a m i cc o s t ，e c o n o m i cd i s p a t c h ，p i r e a l t i m ed a t a b a s e i i 东南大学学位论文独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得 的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包 含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得东南大学或其它教育 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阴确的说明并表示了谢意。 研究生签名：日期： 东南大学学位论文使用授权声明 东南大学、中国科学技术信息研究所、国家图警馆有权保留本人所送交学 位论文的复印件和电子文档，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。 本人电子文档的内容和纸质论文的内容相一致。除在保密期内的保密论文外， 允许论文被查阅和借阅，可以公布( 包括刊登) 论文的全部或部分内容。论文 的公布( 包括刊登) 授权东南大学研究生院办理。 魏肼燧名期：雌少 第一章绪论 第一章绪论 我国电力工业体制正在发生深刻变化，建立规范、有序、统一、开放的电力市场，打 破挚断，引入竞争机制，已成为必然的发展趋势。“厂网分开竞价上网”使电厂对于机 组发电的经济一陛越来越关心。对于发电企业来说，为了在竞争中出于不败之地，必须透彻 的了解市场规则，把握电力市场的大方向，使本企业适应电力市场环境的变化：重点掌握 电价的成因、实时电价的波动规律、电厂固定成本和变动成本的不确定因素，从而准确掌 握发电成本，实行动态成本分析，为企业竞价上网提供可靠的成本依据。 对于一个电厂而言，通常是有许多机组并列运行，机组的容量不同，其经济负荷范围 就有可能不同，即使同一型号的机组，各自的经济效益也会有所差别。如何在满足电厂允 许的各种运行条件下，合理的分配个发电机组的有功负荷，使电厂获得最大的经济效益， 且使这种负荷分配满足电网运行的要求，是每个电厂面临的重要任务。 本论文依托于山西太原第一发电厂的管理控制一体化项目，对电厂的动态成本及负荷 优化进行了探讨。 本章首先介绍了国内电力市场的发展现状、电力市场的逐步开放对电厂运行的新要求 及国内电厂目前在成本及负荷优化方面的现状、存在问题和发展趋势；然后，介绍了本课 题的研究背景、论文结构和基本内容。 1 1 当前国内外电力市场现状堙刮 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。但是从8 0 年代以来，市场经济国家纷纷放松对 电力等具有垄断特性的行业的管制，竞争机制开始融入电力运营，实行“厂网分开、建立 竞争性的电力市场”己成为电力改革的潮流。据世界银行统计，目前世界上有半数以上的 国家都在对传统的电力体制进行改革，电价水平明显降低，服务质量有很大改善，受到各 方面的普遍欢迎。从国际、国内的发展形式看，电力走向市场是历史的必然”“。 现代意义的电力市场是相对于传统的垄断性电力工业机构而言的，是实现电力工业机 构| 生重组而引入商业竞争机制后的一大类新型电力工业滏产结构、经营管理和运行管理模 式的总称。目前电力市场还没有个公认的、严格的定义，而且它的内容依赖于不同形式 的电力市场的制度框架、组织结构，并且其形式和内容仍在发展之中。但建立电力市场的 主要目的都是：引入竞争，提高效率，降低电价，改善服务，持续发展：电价是电力市场 的杠杆和核心内容”。 1 ，1 1 国外电力市场概况 电力市场化改革在国外已经历了1 0 年的实践，目前仍处在不断探索和完善之中。以下 对英国和美国加州的电力工业的市场化作以简介。 i )英国电力工业的市场化 1 9 8 9 年英议会通过了关于英格兰、威尔士和苏格兰电力企业的民营计划，并批准了 】9 8 9 年电器法，为英国的电力市场化奠定了基础。改革后英国电力工业新的结构是“1 ：各 发电企业向p o o l 售电，各配电公司或供电商从p o o l 中购电，再卖给用户并收取电费。英 国的改革，除了在发电侧实行“厂网分开、竞价上网”之外，同时还开放了用电市场。英国 的电力市场在运营8 年之后，针对因市场定价过程太复杂、发电公司对市场的控制力太 东南大学硕士学位论文 强而出现的投机报价等问题，进行了第二阶段的改革，新的电力市场规则已子2 0 0 1 年制定 实施；新的电力市场目标是1 “：在市场中，发电商、零售商和用户可以选择他们认为台适 的方式进行交易：买方和卖方可以一对一地制订双边合同，并自行确定合同价格和时间： 市场必须是灵活和透明的；市场成员的报价制定将受到限制，以防止市场投机行为。 2 )美国加州电力工业的市场化 美国加州的电力市场于1 9 9 8 年3 月3 1 日投入运行。采用自愿型电力库“的零售竞争模 式，建立以i s o ( 独立系统运行员) 和p x ( p o w e re x c h a n g e ) 为中心的电力市场，即电网 运行调节与市场交易分立，实现发电竞争、输电与配电开放。到2 0 0 0 年下半年，加州电力 市场出现批发电价飞涨、因缺电导致电价急剧上涨、分区停电的等情况迫使联邦政府修改 了竞价模式和规则。 总之，当前国际上电力市场模式多种多样，但基本可分为两大类8 1 ： 第一类是原来由政府统一垂直管理并经营电力系统的国家，其改革模式一般采取发电 与电网分开，并逐步开放电力销售市场，而调度和市场经营机构仍与电网紧密结合。如英 国、西班牙、阿根廷等一大批国家。 第二类是原来政府不直接管理经营的电力系统的国家，其改革模式一般是新成立独立 的系统运行及电力交易机构，各电力公司仍可拥有电厂和电网，配电市场逐步开放，如美 国、德国、日本。 i 1 2 当前我国电力市场发展概况 我国实行的“电厂大家建、电网犬家管”政策导致一大批独立发电企业的自然形成， 缓解了缺电局面，也为电力市场的发展奠定了基础；随着举世瞩目的三峡水利枢纽和输电 ：程的顺利进展，蚍及西部大开发、西电东送战略的实施，我国将很快在几大省电网的基 础上实现全国联网，我国多年来已形成了一套国家统一管理电力系统的纵向体制，所以整 体看来，我国更接近于第一类模式， 综合国外电力市场运作的经验和我国的实际情况，专家”认为我国应该首先建立有足 够的潜在效益又能有效管理的省级电力市场，逐步发展跨省的区域性电力市场，最终形成 国家级电力市场。我国电力市场竞争的第一阶段是在发电侧引入竞争，而最终目标是实现 发、售电市场的全面竞争。 1 9 9 6 年我国正式提出实行“厂网分开”。 1 9 9 7 年1 1 月，国家电力公司召开会议，正式启动内部模拟电力市场为加强内部管理 平f i 核算，进一步建立发电竞争电力市场做好准备。所谓模拟电力市场，就是在电力企业内 部，用市场的办法进行管理，将自己的发电厂、供电局变成一个相对独立的“企业”，并对 其进行考核管理。 1 9 9 8 年，在国家的统一部署下，选定上海、山东、浙江、辽宁、告林、黑龙江六个省 市作为“厂网分开竞价上网”的试点单位。这标志着政府积极推动建立发电竞争电力市 场l 作的正式启动和电力工业化继续深化改革，以期打破垄断，形成统一、开放、有序的 电力市场的开始。 为了加快电力工业改革的步伐，中共中央十五届五中全会做出了“深化电力体制改革， 逐步实行厂网分开，竞价上网，健全合理的电价形成机制”决定。 2 0 0 0 年n 月6 日国家计委做出了“关于电力体制改革若干意见”，改革的目标是：“2 0 0 5 年前实现厂网分开，竞价上网：实现电厂向大用户真供，并在部分地区基本实现机关、企 事业单位等群体用户可选择购电：建立市场规则和监管体系；实施发电排放的环境折价标 准。”这标志着全国电力市场化改革将全面启动。 2 第一章绪论 当前，国家已颁发电力市场技术支持系统功能要求( 2 0 0 0 年修订版) 。指出我国电 力市场运营系统应有9 个子系统构成“1 ：电能量计量系统、交易管理系统、能量管理系统、 结算系统、合同管理系统、u p 月, i 信息系统、数据网络系统、报价处理系统和发电报价系统。 在此基础上。国内已有开发出的电力市场运营系统，如：浙江电力市场运营系统、上海电 力市场运营系统、山东电力市场运营系统、辽宁电力市场运营系统。 1 2 我国现阶段电厂面临的挑战 所谓“厂网分开，竞价上网”就是把发电和供电分开。实行竞争发电上网。在传统模 式中，发电和供电一体，发电单位往往不关心发电成本，缺乏必要的竞争。实行“厂网分 开，竞价上网”后，一方面，各个发电厂从现在的与电网实质上是一家的状态中分离出来， 成为独立的法人实体，自主经营、自负盈亏；另一方面，各个发电企业实行“竞价上网”， 即电网企业根据各发电企业的报价，择优购电。这是世界电力工业改革的大趋势，是生产 力发展到一定阶段的必然结果。这项改革目前己得到政府部门、电力公司和独立发电企业 的普遍支持认同，也是符合社会主义市场经济规律的“”。按照建立电力市场、多家办电的 客观要求，发电企业必须降低成本。开展公平竞争，调动其积极性，从而达到优化资源配 置。这要求发电企业对所拥有的信息资源进行集成。 “厂网分开，竞价上网”标志着电力市场的逐步开放发电侧电力市场的逐渐开放对 电厂以传统计划经济体制下的运营模式是一个新的挑战，它要求电厂转变经营生产观念， 重构经营策略，满足电力市场对电厂运行的要求“1 ： ( 1 ) 电力市场使电厂的经营思想要从被动的计划发电变为主动竞价上网，因而电厂要 充分了解构成电力市场和影响其运营的主要因素。 ( 2 ) 电厂实行竞价上网其关键要掌握电价的成因、实时电价的波动规律电厂固定 成本和变动成本的不确定因素，从而把电厂的投资策略、氏期经营目标和短期运营计划有 机的结合起来，实现电厂的最佳效益。 ( 3 ) 电厂的经营活动涉及到燃料、水、环保等诸多与社会活动有关的元素。电厂必须 从把握社会经济发展的趋势入手，正确预测未来负荷一价格- n 务质量的需求关系，正确 掌握电力市场的运行法规和规则才能在激烈竞争的发电市场立于不败之地。 在这样的形式下，电厂迫切需要有一套有效的动态成本分析系统，以协助报价人员更 好的预报边际电价和调度人员进行负荷优化分配，加强对电厂的经济及技术管理，促进电 厂高效运作，在电力市场环境下争取更大的利益。 1 3 研究内容的现状： ( 1 ) 在电厂成本计算方面，目前国内大部分电力、热电企业做法是财务部门的传统的 成本核算。”“j ，只能以月季度年为周期进行，它无法做到实时的了解、分析和控制成本， 更不能预见未来几天的成本，显然它不是有效调度日常运行的依据。 ( 2 ) 目前针对机组效率的不同有许多优化分配负荷方法比较典型的有等微增率法， 线性舰划法，动态规划法等方案i 但它们1 “提出的火电机组负荷分配的数学模型只是以 发电变动成本( 主要是煤耗) 作为目标函数，主要针对机组的负荷煤耗特性进行分析优化， 没有考虑固定成本对负荷的依赖关系。同时，目前许多优化方法只是对机组进行热力试验， 用数学统计的方法拟合建立机组在设计参数下的负荷煤耗关系曲线。这会有以下问题：其 一，试验误差的诸方面原因会造成曲线失真；其二，对机组的效率有重大影响的还有大气 东南大学硕士学位论文 压、循环水温度以及煤的低位热值：其三，实际上机组的负荷煤耗间是非线性关系，实践 中也不可能经常对机组进行一陛能试验。 ( 3 ) 随着现代通信技术的发展，计算机和通讯技术及控制技术的结合导致电厂信息化 的e 速发展，目前国内的许多电厂都建立了自己的d c s 系统和m i s 系统有的还安装了实 时数据库系统，这为电厂实现动态成本分析和负荷优化提供了技术支持。 1 4 本课题的研究背景和论文结构 1 4 1 研究背景 太原第一发电厂管理控制一体化项目是由南京富岛公司和东大自控系合作承担的从 工业控制到辅助决策的较为完全的一体化项目。体系结构分为：工业控制层，实时数据处 理层( 运行层) ，管理信息层，辅助决策层。 从数据流的角度来看，系统的工作过程描述如下：d c s 采集所有能采集到的实时数据， 送入p i 实时数据库平台；组态软件或自己开发的数据整合软件对用户关心的实时数据处 理，结果仍存入p i 实时数据库平台，供上层企业应用软件使用。 我们的工作是对实时数据和关系数据库中的数据进行加工处理，在实时数据库和关系 数据库的基础上构建管理信息和辅助决策系统，提供用户关心的信息或执行要求的操 乍， 为企业进入电力市场提供一个有效的工具。本文重点研究在实时数据库和关系数据库基础 上实现动态成本分析及机组的负荷优化调度。 1 4 2 论文结构 本文的内容如下： 一、介绍竞价理论及实时电价。 电厂的所有经营活动包括经济运行，要把国家的政策法规、市场规则和本厂的运行规 程有机的结合起来。因此本章重点讨论目前主要的竞价模型、电力市场中火电预调度计划 的数学模型并予以比较分析此外还讨论了实时电价。 生产成本是上网电价的主要组成部分，机组电价应以成本定价为原则，主要是由电厂 根据自身的运行状况和成本水平制定的。指出对于发电企业来说，要把握电力市场的大方 向，使本企业适应电力市场环境的变化，重要的是准确掌握发电成本，实行动态成本分析， 根据党价规则合理的分解、分摊发电成本，为企业竞价上网提供可靠的成本依据。 二、动态发电成本。 本章详细分析讨论了构成电厂成本要素、会计学成本和经济学成本特点，在此基础上 根据边际成本理论和市场供需理论，通过对发电成本的分解和归并，从生产实时系统和会 计核算系统获得基础数据，经过分析给出了机组动态成本计算模型，从而为电厂竞价上网 辅助决策提供了有力工具。并对动态发电成本分析系统所具备的功能作以简介。 三、电厂机组负荷优化分配。 本章首先详细分析讨论了等微增率法、线性规划法和动态规划法这常用的三种负荷优 化分配方法的原理、具体应用方法及各自特点，为在实际中运用这些方法提供了极大的方 便。它们在火电厂的负荷优化方面都能很好的应用随着信息技术的高速发展，用微机进 4 第一章绪论 行负荷分配，无论用哪种方法，计算速度都很快。 对于热电厂的负荷分配，常规的“等微增率法”就不再适用，若直接用对机组的特性 无特殊要求的动态优化法，则会出现维数灾难。结合电厂实际情况，根据分析，我们提出 了一种目标函数是热电厂成本最小的基于b p 网络的热、电负荷分配方法。该方法在动态成 本分析系统及p i 实时数据库的基础上，综合考虑大气压、循环水温度、煤的低位热值；电 厂曲不同的机组的固定成本的差异：机组实时固定成本和机组所带的负荷及时间的关联关 系。此外，该方法将多维优化问题降为一维处理，简化了计算。因此，具有很强的实际意 义。 四、动态成本及负荷优化软件实现。 对p s m c i s 中和本研究课题相关的部分及p i 实时数据库作以简介，然后介绍了动态成 本分析及负荷优化分配系统。 5 东南大学硕士学位论文 2 1 引言 第二章竞价理论及实时电价 随着独立发电公司的出现和厂网分开，形成了发电公司和电网公司之间的平等经济关 系，电力及其服务成为商品，按照“公平，公正、公开、有序”的市场准则，形成发电竞 价上网的机制。各发电企业报价，电力交易中心( p x ) 根据竞价，安排各发电企业( 机组) 的发电量”, 3 1 。 在电力市场中由于网厂分开，各发电厂是相互竞争的独立企业，电网调度部门也是一 个独立的单位。各企! 世追求的都是利润最大，因而电网调度希望购电费用最小。对发电企 业内部的效率并不关心，各发电企业之间相互竞争，也必将努力降低各自的生产成本( 从 而降低了电价) ，使自己获得较多的负荷分配，同时获得较大的经济效益。虽然目前对干电 力市场究竟应该采取什么样的模式还有很多争论，但比较认同的是，网厂必须分开，吾发 电厂每天按时段报价，电网调度人员根据电价的高低制定经济负荷分配计划。市场交易可 通过平衡、不平衡和期货市场完成。 2 2 制定电价的原则 电力法口”第3 6 条规定“制定电价应合理补偿成本，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3 7 条规定“上网电价实行同网同质同价”。 合理补偿成本是指电价应当补偿电力生产全过程( 生产、输送和销售电力产品) 中发 生的符合国家规定的合理成本与费用支出( 包括电力生产经营的固定成本、变动成本等直 接费用和财务费用以及汇兑损益等间接费用) 。 合理确定收益是指电价应能使电力企业在正常生产、有效经营条件下的收益具备偿还 贷款并使投资者获得合理回报，以保护为电力企业提供贷款的债权人和投资者的合法权益， 促进电力工业的健康发展。但国家也要控制过高收益，兼顾社会的承受能力，使电价在一 定时期内维持相对稳定，以保护电力消费者的利益。同网同质同价的核心是按质论价，按 电能质量和服务质量优劣，分别制定不同的电价和收费标准。 同质同价对上网电价来说就是要考虑调峰能力和发电可靠性两个重要因素。可靠性好 的机组有利于保证电力系统频率和电压质量，具有良好调节性能的机组可根据电网负荷的 变化，相应调整机组出力保证系统的功率平衡。上网机组为电网进行调节性服务即参加调 峰运行将使运行成本上升因此在上网电价中应对这种调节性进行补偿。只有这样才能促 进电力市场的健康发展和电力企业的公平竞争，才能提高服务质量，促进电能资源的优化 配置n 总而言之，在电力市场中，电价的制定要根据客观标准计算，但电价应该满足下述三 个基本功能： 1 ) 正确反映生产成本，以维护简单再生产。 2 1 具有筹资和投资功能以扩大再生产，满足用户发展的需要。 3 ) 具有调节作用。 由此可以看出，在电力市场中，电价的制定不仅要符合合理补偿成本，合理确定收益 的原则；同时电价要有实时性，能迅速反映供求状况。 6 第二章竞价理论及实时电价 2 3 当前主要发电竞价模型 文献 4 指出，发电竞价上网必须以实现最大范围内的资源优化配置为目标，在保证电 网安全的基础上。以最小的购电成本，满足负荷要求。由于当前电力市场还没有一个公认 的，严格的定义，处于酝酿阶段，各种理论还不完善，发电竞价还没有一个统一的模型。 目前主要的竞价模型如下： 2 3 1 两部制电价 一、两部制电价模型 两部制电价“1 是由约翰霍普金森博士提出的一种电价制度，他将电价分为容量电价 和电量电价两部分，容量电价是按照设备容量的固定成本确定的，电量电价是按照变动成 本( 如燃料、维修等) 确定的。具体如下： 每月电费= 容量电费+ 电量电费 容量电费= 容量费率i7 仅w h ) i 保证时段购电量k w h ) 电量电费= 电量费率l 歹缸w h ) l 当月实购电互k w h ) 容量费率隗w h ) _ 丽篆雾豢耐堡笔笋 电量费率1 7 泵w h j 2 年运营维护费徊定部瑚l 歹氤w h ) j + 燃料成赳歹缸w h “ + 空气污染防制费【7 觚w h ) 卜税金 完工年现值考虑折旧率及物价上涨率，均化至寿命年期间各年：寿命年：基载机组2 5 年、中载机组2 5 年、尖载机组2 0 年。 容量电费可保证发电企业容量成本的回收，与上网协议中规定的保证年发电量有关， 与实际发电量无关。即多发与少发( 非电厂原因) ，均付给发电企业同样的容量电费。多发 的电量只按电量费率计算付费，少发的电量，仍付给容量电费，不付电量电费。 容量电价确定采用分标准容量电价。即按机组的容量、投入运行的年限进行分类。 容嚣电费的构成：折旧+ 工资福利+ 维修、材料和其它费用p + 财务费用+ 管理费 用+ 销售费用+ 利润( 税前还贷) 。 电量电费的构成：燃料成本+ 水费+ 维修、材料和其它费用( 1 - - p ) + 库区后期扶 持基金+ 库区维护基金利润( 税前还贷) + 财务费用+ 销售附加税+ 资本金利润，p 为调 整系数。 二、两部制电价特点 由上我们可知，两部制上网电价由于包括容量电费和电量电费两部分，所以能较好地 体现同网同质同价原则，有利于电网的经济调皮，对独立电厂和电网公司都有好处。两部 制上网电价可以按不同类型、不同质量( 如按丰枯、峰谷、事故支援等因素) 电厂的固定 成本来确定容量电价，并根据高峰、平常和低谷各时段在电网中运行成本晟高的电厂的变 动成本确定电量电价使电厂自觉地运行在电力系统中最适合于自己的位置上，有利下电 网的经济调度。两部制电价通过容量电价差别反映新老电厂固定成本差异，通过电量电价 反映变动成本，实行竞争上网给新老电厂提供公平竞争的环境。 7 东南大学顽士学位论文 按两部制电价的关键问题是要了解机组容量电价的确定问题，如果机组容量电价确定 得公平、科学、合理，则该方法具有较强的实用性。 2 3 2 保护期货合同+ 加现货贸易的上网竞价方式 保护期货合同+ 加现货贸易的上网方式”“”。是一些学者针对在发电竞价上网初级 阶段由于新老电厂的一次能源规模、还贷任务等的不同提出的。在竞价上网初级阶段，各 发电机组竞价上网的电量只占一定的比例，其余电量则以保护电价合同中规定的电价进行 计算，这样既保证了投资者的利益，又有效的引入了竞争。竞价方式主要有发电超基数竞 价，差价合约加现货市场和效率优先与差价合同相结合竞价。每种模型电费都包含两种成 分：保护成分和竞争成分。 发电超基数竞价明确合同电量与电价，并将机组的合同电量分解到日。合同电量按合 同电价作为结算的依据。对机组的超合同电量的报价实行最高、最低限制。 差价合同( c o n t r a c tf o rd i f f e r e n c e s ) 是由合同双方根据合同制定价格与现货市场价 格之间的价差双方互补差价，在发电竞争运营模式下，差价合同有两种签订方法。第一 是供需直接见面的情况下，由发电企业与用户真接签订；第二是供需不见面，由单一购买 者与发电公司签订。前种方法下的市场竞争能力很强，要求实时市场较健全。后种方法适 应于发电竞争市场初期，实时市场尚不完善，比较适合于我国当前的发电竞争市场实际。 效率优先与差价合同相结台模式的竞价原理是在政府指导下、采用双边合同的方式， 解决现有各发电企业存量资产不同，投资主体因历史沿革不同而反映在利益上的差异，从 而使不同利益上体、不同历史时期、不同建设成本、不同负担的发电机组处于同一竞争起 点。在此基础止，按发电机组的效率组织上网电力电量，使电网运营机构能够以全网效益 最优为目标函数。实现全网范围内的资源优化配置。 以上都签订一个合同，确定合同电量和合同电价。合同电量仅仅作为一个参考依据， 根据实际售电量的多少结合合同电量核算实际的电费，对于发电量超过合同电量的部分， 效率优先与差价合同采用全网边际电价与包销电价的差作为超过合同电量的电价，发电超 基数竞价则采用竞争电价的平均值。发电超基数竞价比较容易实行，它适用于从垄断体制 过渡到发电竞价的前期阶段，但随着发电竞价的扩展，该方法就暴露出它对市场竞争的束 缚。差价合约加现货市场是一种容易与日后全面开放的电力市场接轨的较为成功的发电例 电力市场模式。效率优先与差价合同相结合具有第三种方法的全部优点，又具有实施成本 低、适应过渡、能最大限度地实现资源优化配置的独特优点。 2 3 3 基于当量电价的竞价模式“3 。 由上海大学言茂松教授提出。当量电价机制的核心想法是把容量电价按照一定的原则 组合起来，形成“当量电价”；竞价按照电量报价，结算按照当量电价。 总的当量电价水平可表示为： t v u = t 圪+ 丁圪+ 丁u 。+ 丁u 。 式中丁矿u 总的当量电价 f 圪经济学的容量总成本主要用丁容量投资还代 8 第二章竞价理论及实时电价 丁圪经济学的电量总成本，主要用于电量生产费用的回收 兀，。经济学的容量总效益，主要用于筹集扩大容量的资金 1u ，经济学的电量总效益，主要用于估计电量的效益，用边际信息引导 供求平衡。 由上可看出成本分摊的背景是为了维持简单再生产，涉及机组资金的还贷和流动资金 的回收等，效益分摊的背景是为了扩大再生产，以求今后供求的新的平衡，是用边际信息 来度餐。因此可运用平均分摊的原则将成本先在负荷轴上分摊再在时间轴上分摊：运用风 险分摊的原则将效益先在时间轴上分摊再在负荷轴上分摊；将以上四个部分分配到各个时 段，并重新构成分时电价。称为经济学的当量分时电价。简称当量分时电价。 一般竞价原则可采用上述一种或几种混合，如浙江省电力市场实际上应用差价合约加 现货市场模式；而在上海发电电力市场的运营模式中，上海电力生产企业的电价分为单一 制电价和两部制电价，全厂发电机组可随时开停的发电企业为调峰发电厂，调峰发电厂实 行两部制电价，由容是电价和电能电价构成，其余电厂适用单一制电价。 2 4 电力市场中火电预调度计划的数学模型 电力市场中的电价应该基于电力生产的边际成本，边际成本是总费用对需求的导数。 电力市场中火电预调度计划的目标函数为购电费用最低，目前电力市场中的电价结算规则 有三种不同的模式，即“一机一价”模式、“全网统一电价模式 1 7 , 1 81 9 1 1 综合电价模式【2 0 】， 现分别介绍如f ： 2 4 1 “一机一价”结算模式 “一机一价”结算模式根据机组的容量范围和申报的电价曲线，确定参与电力市场电 力交易的该机组的出力和对应的电价，各机组分别按各自的电价进行结算“”。在只考虑单 时段情况f ，该模式下的电力交易模型可以描述为： m i n 妻( 儿。”。 a 。) ：m i n ，o ，“) l = lj h ( q ，“) = 0 ， s t g ( q ，“) 0 其中：q 是机组出力向量，q 。表示机组的出力：p 是机组电价向量，p 。表示机组”出 力为q 。时的报价，“是机组运行状态向量，l 为运行，0 为停运；f ( q ，“) 是“一机一价” 结算模式时的系统总购电费用函数；h ( q ，“) 和g ( q ，“) 分别表示交易计划制定时必须满足 的等式和不等式约束集合，n 为机组总数目。 9 东南大学硕士学位论文 2 4 2 “全网统一电价”模式 “全网统一电价”结算模式是每个发电厂商可以将其发电机组分成若干个容量段( 框) 以不同价格报价，进而交易中心将发电厂商的各容量段按报价由低到高排队，组成价格随 电力需求增加而递增的系统供应报价曲线，它可以被“看作”是系统不同供求水平下边际 成本曲线，一旦确定现货交易市场次日某时段的需求后，就可找到平衡需求后的边际机组 或容量段，相应的报价就是该时段的清算电价，即市场可以接受的该时段最贵的电价，这 个电价也将是该时段所有允许上网发电机组共同的电价( 不区分第一个被拒绝的机组和最 后一个被接受的机组) 。该模式下的电力交易模型可以描述为： ( 嘲。) = m i n f 。( q ，“) n 协。印( 嘲。) ，“) j 【n = lj 矗0 ，“) = 0 ， g ( g ，“) 0 其中：只t a ”为全网统一结算电价y o ( q ，“) 是“全网统一电价，模式时的系统总购 电费用函数。 2 4 3 “综合电价”模式 该价格体系为加权平均价格，由公式确定，也可能是指定接近边际价格的若干机组来 确定。实际上可看成是上述两种价格体系的结合。如将报价低于综合电价的若干机组按照 “全网统一电价”模式结算，将报价高丁= 综台电价的若干机组按照“一机一价”模式结算。 文献 2 0 分析指出，采用“一机一价”结算模式时，可以实现购电费用的最小化，但 由于交易计划的结果不但与机组申报的电价有关，还与机组的电价曲线的斜率有关，无法 保证机细间以电价为基础的公平竞争，甚至会出现低电价的机组没安排出力，高电价的机 组安排出力的情况。采用“全网统一电价”模式时，能更好的满足市场公平性要求，其结 算电价同时还能反应系统资源的真实成本。但无法在电价上体现系统内部不同地区之间电 力供求关系的筹别，特别是当出现网络阻塞现象时，系统局部地区供电紧张，出现较高的 电价，会导致一些发电商获得超额利润。 2 5 实时电价 在电力市场中，电价的制定不仅要符合合理补偿成本，合理确定收益的原则；同时电 价要有实时性，能迅速反映供求状况。在这种要求下，以综合成本和长期边际成本理论为 基础的电价核算方法已不能适应将来的电力市场以短期边际成本为基础的实时电价“。“” 被提了出来。 根据经济学的供需理论，我们可以把一个典型的日负荷划分为蜂荷、腰荷、谷荷。在 峰荷时，电力市场中的需求迅速增大，而供给增加不能满足需求。这时必然会产生一个 较高的电价，在谷荷时，正好相反，会产生一个较低的电价。这就要求电厂在上网报价时 1 0 第二章竞价理论及实时电价 必须遵循这个规律报好电价，获得更好的经济效益。 实时电价的理论问题，关键在于两方面，即能够体现电力市场实际情况的模型及其相 应的算法。最初实时电价的理论成果总结于文献 2 5 中，它从经济调度理论出发，详细讨 论了实时电价的定义、组成部分和相应的模型。提出依据是经济调度和直流潮流的实时电 价计算方法。得出的实时电价理论是经典电力系统运行理论的直接发展和延伸，即它是建 立在经济调度、无功优化和最优潮流之上的。利用修正的直流潮流结合交流潮流、处理线 路潮流和网损，得到所需灵敏度的矩阵，最后得出实时电价。随着人们认识的逐步提高， 实时电价的成分也在逐步增多逐步加入了辅助服务、阻塞管理、频率调整、动态安全、 供电质量和环境保护等因素。实时电价说白了，就是算细账的问题。 实时电价模型所示公式为： pt t 27 f ? c + 7m ? f + y ? ：+ yr ? t + 刁l ，t ，+ 刁盯， ，+ 卵$ ，女，f + 1 7 凡，f ( 1 ) 其中风，为第足个用户在时段f 的实时电价。实时电价中主要包禽了三个部分：边际 成本，质最成本和收支平衡项。边际成本包招边际发电燃料成本y f f 边际发电维护成本 y m ，边际网络维护成本吼 ，边际网损成本叩m 质量成本包括发电质量成本 y ，f 和网络供电质最成本7 7 ，t 收支平衡项包括发电收支平衡项喙f 和网络平衡收 支项刁r ，。 以上介绍的模型属于组合型模型，即尽可能充分考虑影响实时电价的各种因素，计算 其对生产费用的灵敏度，并将其组合在一起构成实时电价。事实上各个因素不是相互独 五的。因此发现一种能够将各个因素综台在一起考虑的实时电价模型是一个重要方面 的研究。在这方面，文献 2 6 为我们提供了一些有益的思路。它通过进一步的推导，将实 时电价分解为三部分：生产费用、网损补偿和安全价格，然后作图进行了分析得出，在正 常运行条件下有功价格由边际机组的生产费用和网损补偿为主导安全费用相对少。当有 安全约束违界时，安全费用将使各节点的实时屯价产生太的不同。此文献虽然只考虑了三 部分，还很简单，但这为综合考虑问题提供了一种蚶的方法。随着约束条件的增多，模型 不断复杂化，分解出的部分也会越来越全面。 实时电价主要是发电成本费用，实时电价要以成本为主。但其模型实际计算时却不必 。定都要考虑这些分量。因为在不同的情况下，各分量的电价会相差很大，有时一些分量 可以忽略不记。如文献 2 7 指出如果输电功率没有超过电网的约束，网络维护成本会很小， 可以忽略不记。 2 6 小结 发电公司进入市场，必须满足电力市场的要求，清楚电力市场规则，根据电力市场对 电厂运行的要求转变经营生产观念，重构经营策略。因此本章重点讨论目前主要的竞价模 型、电力市场中火电预调度计划的数学模型并予以比较分析，此外还讨论了实时电价。 在传统的电力系统中，由电网调度人员统一考虑各机组的成本函数，调度人员追求的 东南大学硕上学位论文 是使整个系统中机组的效率达到最高，耗量最少：实行电力市场以后，一切按机组电价的 高低迸行负荷的分配调度人员只关心购电成本，没有考虑机组的效率。在电力市场中机 组成本由电厂去考虑，机组的效率问题就由电厂的运行人员解决。 但机组电价还应以成本定价为原则，主要是由电厂根据自身的运行状况和成本水平制 定的。生产成本是上网电价的主耍组成部分，因此，对于发电企业来说，要把握电力市场 的大方向，使本企业适应电力市场环境的变化，重要的是要做好发电成本的超前预测，分 解发电成本；准确掌握