（电力系统及其自动化专业论文）区域电力市场下影响省级电力公司购电成本的因素研究.pdf

东南大学硕士学位论文 a b s t p a c t a tp r e s e n t , o u rc o u n t r y se l e c t r i cp o w e ro r g a n i z a t i o n a lr e f o r mi sb e i n gc a r r i e do nt h o r o u g h l y , t h ee l e c t r i cp o w e rm a r k e t a b i l i t ya l s oo b t a i n e dt h ep r e l i m i n a r yi m p l e m e n t a t i o n , t h ee a s tc h i n a e l e c t r i cp o w e rm a r k e th a sb e e ni nt e s t i n gp h a s ei n t of u l lo p e r a t i o nb u tt h er e t a i le l e c t r i c i t yp r i c e s w i l lr e m a i nu n d e rn a t i o n a lc o n t r o l ，u n d e rau n i l a t e r a l - - o p e nm a r k e te n v i r o n m e n tt h ep r o v i n c i a l e l e c t r i c i t yc o m p a n y , t om a x i m i z ee c o n o m i cb e n e f i t se q u i v a l e n tt ot h em i n i m u mc o s to ft h e p u r c h a s eo fe l e c t r i c i t y , i t si m p a c ta n dc o s tf a c t o r ss u b s t a n t i a l l yd i f f e r e n tf r o mt h et r a d i t i o n a l s y s t e m t h e r e f o r e ，t h i sp a p e ri si nt h i sc o n t e x t , t h ec o n s t r u c t i o no f t h ep r o v i n c i a lp o w e rc o m p a n i e s b u ye l e c t r i c i t ym o d e la sab a s i sf o ra n a l y s i so nt h ep o w e rc o m p a n i e so nt h ep u r c h a s eo fe l e c t r i c i t y c o s ts e v e r a li m p o r t a n tf a c t o r s ，a n dp r o p o s e ds e v e r a lm e a s u r e sa n dm e t h o d so fo p t i m i z a t i o n t h eb a s i ct h e o r yo ft h ep o w e rm a r k e tw a si n t r o d u c e d , t h ee a s tc h i n ap o w e rm a r k e ta n a l y s i s o ft h es t r u c t u r e ，o p e r a t i n gc h a r a c t e r i s t i c s ，t h ep r o v i n c i a le l e c t r i cp o w e rc o m p a n yp u r c h a s e dt h e s i g n i f i c a n c eo fc o s to p t i m i z a t i o ns t r a t e g ya n dg o a l s o nt h i sb a s i s ，t h ee s t a b l i s h m e n to fa m i n i m u mc o s to fe l e c t r i c i t yp u r c h a s e df o rt h eo b j e c t i v eo ft h ep u r c h a s eo fe l e c t r i c i t ym o d e l j i a n g s up r o v i n c e sa c t u a lm a r k e td a t av a l i d a t et h i sm e t h o d , a n dp r e l i m i n a r ya n a l y s i so ft h ei m p a c t o ft h ec o s to ft h ep u r c h a s eo fe l e c t r i c i t yt oan u m b e ro ff a c t o r s f a c t o r sa f f e c t i n gt h ep r i c ef o r e c a s ta c c u r a c yo ft h ef o c u so nr e s e a r c h 9w i t he a s tc h i n aa n dt h e c h a r a c t e r i s t i c so ft h ee l e c t r i c i t ym a r k e tp r i c eo fe l e c t r i c i t yp r i c ef o r e c a s t i n gm e t h o d sf o r c o m p a r a t i v ea n a l y s i s ，b a s e do nw a v e l e tn e u r a ln e t w o r km e t h o db e f o r et h em a r k e tc l e a r i n gp r i c e f o r e c a s tt h r o u g ho nt h en e we n g l a n dp o w e rm a r k e ts i m u l a t i o nr e s u l t ss h o wt h a tt h em e t h o do f p r e d i c t i o na c c u r a c yi sb e t t e r b e c a u s et h ep o w e rt oe x e r c i s em a r k e tp o w e ri st h ec a u s eo ft h ep o w e rc o m p a n i e sb u y e l e c t r i c i t yc o s t ss u r g eo n eo ft h er e a s o n sw h yt h i sp a p e r , t h ed e f i n i t i o no fm a r k e tp o w e ra n d p r o d u c er o o t s ，a n de l a b o r a t e do nt h ev a r i o u si n d i c a t o r st oa s s e s sm a r k e tp o w e ra n dt h e i rs c o p eo f a p p l i c a t i o n f o c u s i n go nh o wt ol i m i tt h em a r k e tp o w e ro ft h em e t h o d p r o o fo ft h ea p p l i c a t i o nb y i n t e r r u p t i b l el o a da n dc o n t r a c t sf o rd i f f e r e n c e si nt h et w om e t h o d st or e d u c et h em a r k e tp o w e ro f c o m p a n i e sa n dr e d u c et h ec o s to ft h ep u r c h a s eo fe l e c t r i c i t ym o r ee f f e c t i v e s t a t ei n d u s t r i a le n e r g yp o l i c yi sa l s ot h ei m p a c to ft h ep o w e rc o m p a n i e sp u r c h a s i n g - c o s ta ta l a r g ec o n t e n t , f o re x a m p l e ，t h eo n g o i n ge n e r g yc o n s e r v a t i o na n de n v i r o n m e n t a lp r o t e c t i o n s c h e d u l i n g f r o mt h ep o 硫o fv i e wo fr e a l t i m eb a l a n c ec o m p a r e dt ot h em i n i m u mc o s to ft h e p u r c h a s eo fe l e c t r i c i t ye n e r g yc o n s u m p t i o na n dam i n i m u mo b j e c t i v ef u n c t i o ni nt h et w op o w e r c o m p a n i e sb u ye l e c t r i c i t yc o s t s t h ep a p e rg i v e sas c h e d u l i n gs t r a t e g ya c c o u n t i n go ft h e s et w o o b j e c t i v e sa tt h es a m et i m e k e yw o r d s ：e l e c t i e i t yp u r c h a s i n g - c o s t , e l e c t i e i t y p r i c ef o r e c a s t , m a r k e t p o w e r , e n e r g y - s a v i n gs c h e d u l i n g 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明确的说明并表示了 谢意。 研究生签名： 薹壶 日期：矿骘- 0 ，2 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、国家图书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。 研究生签名： 蔓盔导师签名： 研究生签名： 选甾= 导师签名： 日期：望莎j - 一a 之 第一章绪论 第一章绪论 1 1 我国电力市场发展的背景 随着全球经济的迅速增长，电力工业面临着前所未有的挑战，电力工业高度垄断经济的 负面影响逐步体现出来，比如对新建电厂和输电睡和配电网等基础设施的巨火投资，为政府 带米巨大的经济负担，电费居高不下，服务质量不好等问题，严重阻碍了电力工业的进一步 发展。为了增加电力工业的活力，提高效益、降低电价，许多国家相继进行了电力工业改革。 打破了电力行业垄断，建立有利于公平竞争的电力市场。 改革开放以来，我国电力工业发展迅速，电力建设取得了巨大成就。但现有电力工业存 在着明显的政策性、结构性、体制性缺陷，由此带来行业生产效率低、电价不合理、资源优 化配置受阻、节能环保政策难以实施等一系列问题，正因如此，中央对电力工业开始实施有 步骤的市场化改革。 2 0 0 0 年我国在6 个省( 市) 开展了“厂网分开、竟价上网”试点工作，在建立省级发 电侧竞争性市场方面取得了一定的成绩，但是省级电力市场存在资源优化的局限性，在此情 况下，需要进一步研究开放省级电力市场、建立区域电力市场以促进更大范同的资源优化。 2 0 0 2 年初国务院颁发的关于电力体制改革方案的文件，拉开了新一轮电力改革的 序幕。该轮电力工业改革的主要内容是在发电环节引入竞争机制，文件提出要在“十五”期 间实行厂网分开、竞价上阿，“初步建立竞争、开放的区域电力市场，实行新的电价机制”。 2 0 0 2 年1 2 月2 9 日，中国电力工业进行了重组，新成立了1 l 家电力公司，包括：国家电网 公司、中国南方电网有限公司，中国华能集团公司、中国大唐集团公司、中国华电集团公司、 中国国电集团公司、中国电力投资集团公司等五家发电公司，以及中国电力工程顾问集团公 司、中国水电工程顾问集团公司、中国水利水电建设集团公司和中国葛洲坝集团公司等四家 辅业公司。1 1 家电力公司的成立实现了厂网分开，引入了竞争机制，这是我国电力工业改 革的重大成果。20 03 年，中国首先选择东北进行了区域电力市场试点，并计划在未来2 至3 年内，初步建立东北、华北、华东、华中、西北和南方等6 个区域电力市场。 图1 1 电力市场布局分布图 东南大学硕士学位论文 1 2 华东区域电力市场建设过程及发展方向 根据国家电监会“关于开展华东电力市场试点工作的通知”精神，自2 0 0 4 年5 月1 8 日起华东电力市场( 包括：江苏、浙江、安徽、福建、上海四省一市) 进行了模拟运行。以 年度合同和月度竞争为主。在此基础上，随着技术支持系统相应功能的完备，适时开展日前 竞争和实时平衡。模拟运行期间，首先对市场注册、月度报价、交易排序、信息发布、监管 程序等五个环节进行模拟，检验并完善市场运营规则和监管实施意见。条件具备后，将调度、 计量、结算等环节纳入模拟运行的范围。2 0 0 5 年1 1 月0 1 日，华东电力市场在国内率先开 展综合模拟日前竞价，全网共有单发电机组容量1 0 万千瓦以上的2 1 6 台发电机组参与竞价， 上海、江苏、浙江、安徽、福建五省市总装机容量达一亿万千瓦，参与竞价机组达到6 0 0 0 万千瓦，占总量的6 0 。 2 0 0 6 年4 、1 2 月，华东区域电力市场进行了两次大规模为期一周的调电试运行，相应 的华东区域电力市场运营规则也已经制定完毕。根据规划，未来的华东电力市场将是一 个在统一平台上进行日前全电量报价，按竞价结果合理处理落实年度合同、双边交易、月度 中标和日前竞争中标电量的关系，以合约交易为基础竞价交易与合约交易相结合，多方参与， 协调运作，公平透明，并从电网实际出发分期实施，逐步增强竞争力度的综合电力市场。 华东电力市场的建设目标：第一步是大部分发电企业实行竞价上网，部分电量在华东电 力市场平台统一竞价，有步骤地开展大用户直接向发电企业购电试点。建立华东电力市场运 营的法规体系和监管组织体系，改革和完善电价制度，实施区域和省协调运作；第二步是逐 步扩大发电竞争范围，增加发电企业竞争电量比例，开展大用户、独立配售电企业与发电企 业的双边交易，建立辅助服务和输电权交易市场，增加交易品种，建立比较完善的市场价格 监管制度，实施全区域统一运作；第三步是在售电环节引入竞争机制，所有具备条件的用户 可以直接参与市场竞争，使交易方式更灵活、交易品种更丰富，最终建立电能金融市场，形 成政府监管下的统一、开放、竞争、有序的华东电力市场。 1 - 3 课题的提出 根据华东区域电力市场运营规则，省级电力公司作为独立于发电企业的企业，一方 面要直接参与市场电能的竞购，其经营目标就是要实现经济效益( 利润) 的最火化，实现国 有资产的保值增值。另一方面还需在本身范围内做好系统调度与运行工作，维护本省电力系 统安全、稳定的运行从而满足社会对电力的需求，履行其社会责任。 在售电电价尚朱放开管制的电力市场初级阶段( 我国将长期处于这个阶段) ，电力公司 经济效益的最大化直接等价于其经营成本的最小化。电力公司经营成本中占最大比重的是其 购电成本。购电成本指电力公司从发电企业或其它电力公司购入电能所支付的费用，其总量 目前占电力公司总经营成本的比重超过7 0 【5 】。 在这样一个新的环境下，如何依照华东区域电力市场运营规则的规定，综合考虑各 种市场因素，在满足安全生产的前提下，尽可能的降低自己在区域电力市场中的购电成本， 实现经济效益的最大化成为省级电力公司当前一个非常重要的现实和理论问题。本文的研究 主要内容即为区域电力市场条件下影响省级电力公司购电成本的若干因素。 研究影响省级电力公司购电成本的若干因素，一方面有助于电力公司了解影响其经济效 益的若干市场的及非市场的影响因素，比如说电价预测、负荷预测的精度，市场中发电商市 场力集中程度以及国家相关政策等因素的影响。另一方面通过研究这些影响因素，可以有针 对性的在电网基建技改、运行调度等方面提出可供电力公司参考的降低购电成本的若干策 2 第一章绪论 略。 为此，本文将首先建立一个电力公司购电成本模型，在此基础上才能分析影响购电成本 的若干因素，以及电力公司相应的策略。而在区域电力市场环境下，购电成本受许多因素影 响，这些因素分开考虑时，建立模型分析难度并不太大，但如果将相关影响因素综合考虑， 购电成本模型的求解就有相当大的难度，这些问题都需要研究解决。 1 4 国内外研究现状 本文的研究主要建立在以下几方面研究的基础上：购电成本模型、电价预测、发电商市 场力、节能调度等问题。 1 4 1 购电成本模型 所谓购电成本，即为所购电量乘以相应电价。现行的市场体制，电力公司所购电量有以 下来源：与发电公司或别的电电力公司签订的购买合同电量，电力公司在月度市场所购电量， 以及日前市场所竟电量。这些不同来源的电量，其价格都是不尽相同的。电量分解策略是指 将合同电量、月度竞价电量及日前竞价电量值在每日的9 6 个时间段进行合理分配。加入了 实时平衡后的日发电计划模型也就等价于购电成本模型。相关文献主要是研究合同电量与竟 价电量在日前的分解方式，提出一些优化的分解方式实现效益的最大化。 文献【6 】在日前交易朱开放的早期电力市场模式下，考虑非竟价机组的经济运行成本， 竞价机组年度和月度中标电量的日分解值以及机组爬坡速度、旋转备用和线路有功传输限制 等约束立足电网公司建立日发电调度计划模型。 文献【7 】将合约电量分解归纳为二次规划的优化问题，提出了能考虑检修、水电电量受 限、热电联产等特殊问题的进度系数概念，并根据进度系数提出逐段法进行分解，使各个时 间单元每个发电厂的进度系数尽可能保持均衡。 文献【8 】建立了在交易日的9 6 个交易时段分配合同交易量和竞价交易量的数学模型，并 应用线性规划法对该模型进行求解；文中给出的协调上网机组在各交易时段的合同交易量和 竞价交易量的具体方法，在一定程度上限制了机组利用其特性约束条件进行投机报价；根据 机组合同交易量的完成情况，滚动修正其下一交易日的日合同交易量，并给出表征机组上网 紧迫程度的指标。该数学模型总的目标函数是电网的购电费用最低。其物理意义在于：电网 公司在保证完成与发电公司签订的合同交易电量的前提下，为了在机组竞价上网电价一定时 获得较多的利益，可以对下一交易日的系统边际电价进行预测，从而在符合国家电力公司有 关规定的同时，在预测现货电价较高的交易时段安排较多的合同电量，而在预测现货电价较 低的交易时段安排较多的竟价电量。 文献【9 】电力市场环境下，电网公司在进行购电交易时，要考虑各发电公司申报的上网 电价，同时还要兼顾与发电公司原有的购售电合约。因此，需要对预测发电量进行合约电量 和竞价电量的经济分配，这样既可以使发电方得到保护，又可以使电网公司利益最大化，更 有利于电力市场的稳定发展和电网安全运行。为此，该文建立了预测交易日的4 8 个交易时 段经济分配日合约交易量和竞价交易量的数学模型。同时，为使求解过程简单易行可靠，又 给出恰当的简化模型，并用线性规划和逐步淘汰相结合的方法对该模型进行求解。基于 m a t l a b 6 1 的仿真算例分析表明，文中所述的经济分配方法更为简单合理。 文献【1 0 】针对发电市场开放，交易合同为长期合同的特点，提出一种完整的合同管理系 统，采用合同电量滚动分解算法，以达到调峰填谷的目的。介绍了系统各模块的功能，尤其 对合同电量滚动分解进行了详细计算，比较滚动前后的曲线，并用模拟数据进行检验，最后 3 东南大学硕士学位论文 用差价合同模式结算。 文献 11 】日前交易和实时交易是电力市场中普遍存在的现货交易形式。购电商希望根据 自身情况和市场信息，寻求一种购电策略，优化在两个市场上的购电量分配，使总的购电费 用和风险尽可能小。通过分析目前普遍存在的市场分开竞价模式，指出这种分开优化调度的 设计机制并不是最优的。文中提出了将日前市场和实时市场统一调度，并考虑风险因素的电 能交易模型，通过算例说明该模型比常规的市场分开交易模型具有更大的经济效益和风险控 制作用。 文献 1 2 】研究了华东电力市场所采用的确定性电量分解算法，通过市场实际数据发现， 通过该算法对年度基数合同电量分解，在降低发电公司风险性的同时，对于降低发电市场力， 公平的对待了发购电双方。 以上这些文献的所提出的算法理论性比较强，但通常都基于的基本电力市场经典理论。 对于实际电力市场环境，尤其是新兴的( 中国) 华东电力市场，不能简单套用上述的模型算 法。 1 4 2 电价预测问题 现阶段进行电价预测主要是借鉴其他商品价格预测和电力负荷预测的基本思想，根据实 际情况，结合电价预测的特点，选择合适的预测技术，对电价做出分析预测。电价预测根据 预测结果的不同分为确定性预测以及非确定性( 概率) 预测两大类。但是通常研究比较多的 是前者，后者研究比较少，但是概率预测确实一个值得关注的新方向。确定性电价预测方面 主要包括：时间序列法、人工神经网络法、基于小波理论方法等等。下面对当前的研究现状 进行一个简单介绍。 时间序列模型分为自回归( a r ) 模型、动平均( m a ) 模型、a r m a 模型、累积式自回归一 动平均( a p d m a ) 模型，已被广泛应用于短期负荷预测中，考虑到各时段系统边际电价本身就 构成一个等间距的随机时间序列，因此有不少学者尝试将时间序列模型应用予短期电价预 测，文献【1 3 】应用了a r 模型，文献【1 4 】应用了a r m a 模型。文献 1 5 ，1 6 应用了a r i m a 模 型。 文献【1 7 】应用最传统的b p 神经网络预测模型，虽然预测结果与真正实用化还有一定差 距，但是给电价预测的后续研究工作起了一定引导作用。今年来国内外学者对神经网络预测 方法进行了积极的探索，分别采用了回归神经网络f 1 8 】，径向基函数( r b f ) 神经网络1 1 9 】， 自适应神经网络【2 0 1 ，模块神经网络【2 1 j 等进行日前电价预测的尝试，预测精度相对传统的b p 网络有了一定的提高。 基于小波变换良好的局部化特性，以及a r i m a 模型简捷实用的特点，有些学者1 2 2 】将小 波变换和a r i m a 模型相结合建立电价预测模型：即运用小波分解方法将原始电价序列分解 成多个子序列，根据不同予序列的特点分别建立相应的模型进行预测，最后将各子序列预测 结果进行重构得到最终的电价预测结果。相对于单一的方法，基于小波变换的方法在预测精 度有一定的提高。但是由于此模型仅依靠分析电价自身发展规律进行预测，所以还是无法避 免地存在一定的片面性。 鉴于小波变换具有良好的时频局部化性质和变焦性质，而神经网络具有自学习、强鲁棒 性和推广能力，有些学者将小波变换与神经网络相结合建立电价预测模型。小波与神经网络 的结合主要有以下两种途径：一是辅助式结合1 2 3 】，即利用小波变换对信号进行预处理，然 后用神经网络进行学习与判别；二是嵌套式结合 2 4 1 ，即直接以小波函数( 有时还有尺度函数) 代替常规神经网络的或辐射基函数作为神经网络的隐节点激励函数，以小波的尺度和平移参 数作为神经网络的权值和阂值参数构成一种新型的前馈神经网络。 小波神经网络与神经网络相比，预测精度和收敛性方面都有明显的提高。但是在用辅助 4 第一章绪论 式小波神经网络进行预测时，需注意小波基和分解尺度的选择，同时处理好小波变换过程中 的边界问题，否则即使各个子序列预测得再准确，总体的预测效果也不会很好。而在用嵌套 式小波神经网络进行预测时，需注意小波基的数量和网络初始参数的选择，选择不当会导致 网络收敛速度缓慢甚至出现不收敛瞄l 。 1 4 3 市场力问题 目前对市场力的研究主要有两大领域，一是如何判断是否存在市场力以及评估市场力的 程度，另外就是研究如何消除或者限制市场力的作用。 文献 2 6 ，2 7 利用经济学中市场集中度f f i m ) 指标鉴别和评估市场力，文献 2 8 】设计了基于 市场绩效设计的勒纳指数( l e r n e ri n d e x ，l i ) ，以及以及基于市场供需情况设计的机组必 须运行率指标( m u s t - r u nr a t i o ，m e , r ) 2 9 , 3 0 、剩余供应指数( r e s i d u a ls u p p l yi n d e x ，p s i ) 1 3 1 1 、基于机组收入价格灵敏度的市场力评估指标【3 2 3 3 1 、基于阻塞环境下优势位置指标m 1 。 这些指标分别从不同的角度对市场力进行了分析评价，反映出市场力大小及其变化规律，为 电力监管提供了大量有用的信息。 文献【3 5 】提出了市场力指标作为评估输电网络充裕度的指标， 构造了将阻塞收益用于 回收投资成本的输电网扩展规划模型。i e e e 2 4 节点算例系统分析表明该模型综合考虑了输 电投资成本回收以及输电阻塞管理等实际问题，能有效减少市场力行使，降低电网企业的购 电成本。 文献【3 6 】建立了含f a c t s 控制作用的潮流和最优潮流模型，并用算例进行了分析。研 究结果表明，f a c t s 的控制作用可以有效地解决网络传输阻塞问题，降低购电成本，避免 由于网络输电阻塞引起节点电价的震荡。 文献 3 5 ，3 6 提供的方法可以从根本上解决因常规输电阻塞调度带来的部分优势发电商 行使市场力造成购电成本增加的问题。但是这两种方法一次投入巨大，不能适用于所有电力 公司。 文献 3 7 ，3 8 将可中断负荷引入了输电阻塞管理中，该法与与传统方法相比，不仅大大节 约了输电阻塞中电力公司的购电成本。而且全社会总福利也优于传统方法。 文献 3 9 ，4 0 】将博弈论引入到控制和降低市场力领域。提出了基于博弈论的降低市场力 模型，并验证了差价和约遏制市场中发电商投机持留行为的有效性。 1 4 4 节能( 环保) 调度带来的增加购电成本问题 节能( 环保) 调度是政府对于电力工业最新的政策要求，节能( 环保) 调度是一种全新 的调度运行模式，既区别于传统的电力调度( 三公调度) ，也于电力市场模式下的电网调度 有很大区别。新的调度模式必然带来电网调度运行经济性的诸多新课题，也是影响购点成本 的新因素( 政策因素) 。目前对这方面的研究几乎还是空白，文献【5 3 ，5 6 】也仅仅是从政策 方面进行了阐述。 1 5 论文研究的问题及章节安捧 研究区域电力市场环境下影响省级电力公司购电成本的若干因素，理论和实际意义都很 重大，其中有很多理论性问题需要深入研究。从前面的研究现状综述可以看到，目前在此领 域结合我国电力市场规则电力体制改革背景国家能源政策下开展的研究还很少，大部分工作 只是局限在某一方面比如说合同电量分解、市场力评估、经济调度等问题等单一角度对市场 主体进行研究，市场模式也是通用模式，没有结合当前实际，市场主体也仅限于于发电公司、 5 东南大学硕士学位论文 电网公司，而对于作为购电方的省电力公司的研究尚少有涉足。 本文在设定的电力市场规则及模式( 华东电力市场运营规则) 的基础上，以省级电力公 司为研究的市场主体对此问题进行了深入的研究。在构造了参与市场竞争的电力公司购电成 本模型的基础上，对模型中影响电力公司购电成本的若干因素进行逐一分析，并就相应问题 进行了算例研究，提出了降低购电成本的所干措施，并有针对性的给出了省级公司在电网规 划建设、电网运行方式，电力生产营销等方面可采取的措施的建议。 本文主要章节安排如下： 第一章：绪论 介绍了本文的研究背景、意义，相关问题的研究现状和存在的问题，以及本文的主要工 作。 第二章：华东电力市场简介 简单介绍了区域电力市场的功能及特点以及华东区域电力市场的交易规则，分析了华东 电力市场规则下省级电力公司的交易模式，提出了省级电力公司购电成本优化策略的意义及 目标。 第三章省级电力公司购电成本模型与分析 构建了适用于华东电力市场条件的以预购电费用最小为目标的省级电力公司购电模型。 并通过华东电力市场试调电运行期间江苏省的实际市场数据进行验证，发现本文方法可以使 省电力公司购电成本得到降低，证明了方法的有效性。在此基础上，对影响电力公司购电成 本的一些因素初步进行了分析，验证其对电力公司购电成本的影响及相关度。 第四章：日前市场出清电价预测 结合华东电力市场电价特点，对各类电价预测方法进行了分析比较。发现采用基于小波 变换的神经网络预测方法进行日前市场山清电价预测更适用于不稳定电力市场( 华东区域电 力市场) 。通过新英格兰电力市场的最新数据作为算例，证明了使用该预测方法预测精度能 够达到要求。 第五章：发电商市场力 首先明确了市场力的定义，研究了市场力的产生根源。通过一系列的指标鉴别评估了市 场力程度。研究了如何限制市场力的产生和行使。最后给出了基于可中断负荷管理技术和差 价和约形式两种行之有效控制市场力的方法策略，通过算例验证，这两种策略可行有效。 第六章：节能( 环保) 调度 本章以节能( 环保) 调度为例研究了政策因素对购电成本的影响。结合实时调度的特点 及电力市场的交易规则，在不失精确性的前提下做了合理简化，提出的模型和算法可以快速 准确的给出考虑节能和经济性等多目标优化的实时调度策略。 第七章：结论与展望 对本文研究的内容进行了总结，得到了一些结论，总结了尚存的不足，并对后续工作进 行了展望。 6 第二章华东电力市场及运营规则简介 第二章华东电力市场及运营规则简介 2 1 华东区域电力市场 2 1 1 华东区域电力市场设计思想 华东网区四省一市经济发展状况存在差异，上网和销售电价水平不同，电价承受能力不 一、电力供需矛盾状况悬殊。区域电力市场运作将对各省市的电价水平、网区内发电企业的 利益格局产生影响。因此，市场建设必须充分考虑省市政府的要求和各市场主体对市场的承 受能力以及潜在的市场运营风险。华东电力市场的设计思想着重考虑了以下5 个方面，并使 之在方案设计和规则编写中得到充分体现。 ( 1 ) 市场建设重在市场交易机制的建立通过区域电力市场改变电力定价机制和交易模 式，培养并建立各方的电力市场化理念，逐步实现从计划向市场的转变。 ( 2 ) 市场设计重在市场交易模式的培育华东电力市场设计理念是在已有市场交易行为的 基础上，在区域市场的范畴内，逐步建立多种市场交易模式，发展市场交易主体，丰富市场 交易品种，使电力商品异质化，实现市场相互促进，共同繁荣。 ( 3 ) 市场实施重在科学运营方法的制定通过采用先进的技术和引进先进的系统，使市场 运营优化、高效、公平、合理，有效实现全网资源优化配置。 ( 4 ) 市场规范重在市场法制化的形成通过确定市场运营规则和市场监管制度，规范市场 交易行为，维护市场交易秩序，建立市场信用体系。 ( 5 ) 市场运作重在市场交易的平稳起步从华东的实际情况出发，确定市场建设初期实施 方案，调动各方积极性，集各方合力推动市场平稳起步。 2 1 2 区域电力市场的功能及特点 区域电力市场是省( 市) 电网之间电量交易的场所，主要由区域电网内，跨省( 市) 电网购、 售电者、区域电网直接调度电厂等构成【4 5 】。 一、区域电力市场的作用与功能主要为： 1 监督各省( 市) 电力市场的运营： 2 负责区域电力市场操作； 3 负责区域电网间售、购电交易，区域电网公司向直调电厂购电，向各省( 市) 电网购、 售电，协调及各省( 市) 间售电、购电转运； 4 进行区域电网、省( 市) 电网负荷预测； 5 负责区域电网发电计划( 包括水电计划、检修计划、备用计划) ； 6 负责区域电网电价预报( 包括售电价、购电价、转运电价) ； 7 制定区域电网、省( 市) 电网电力交易计划； 8 进行区域电网交易结算。 二、区域电力市场的特点主要为： 1 现已形成的区域电网是建立区域电力市场的基础，以省市电力交易市场和区域电力 交易市场两个层次共同构成。 2 区域电力市场的交易主体是区域电网公司、省( 市) 电网公司以及直接进入区域电网的 独立发电公司，也包括一些寅供大用户。 3 区域电力市场的建立，其重要的目的是打破现己明显存在的省( 市) 电网之间的电力交 7 东南大学硕士学位论文 易壁垒，同时，在更大区域电网范围内实现电力资源的有效配置。区域电力市场的 建立，以及区域电力市场采用什么样的模式和具有的职能，涉及到现有区域电网的 结构和各级电网公司经营管理体制的改革。因此，区域电网的管理体制改革必须与 区域电力市场的建立相适应。 2 2 华东区域电力市场运营规则 2 2 - 1 华东区域电力市场规则下的市场结构 华东电力市场规则下市场结构为发电、输电、配电。其中发电包括独立发电公司，输电 包括华东区域电网公司、省( 市) 电网公司，配电包括省( 市) 电网公司的供电分公司、趸 售县供电局、股份制供电公司m j 。 华东区域电网公司的主要职能是：经营管理区域电网并提供相应输电服务，保证区域电 网安全运行，规划区域电网发展，组织省间电力交易，管理区域电力调度交易中心。省电网 公司的主要职能是：经营管理电网，提供输配电服务，负责省内电网安全运行及供电安全， 管理省( 市) 电力调度交易中心( 以下统称省电力调度交易中心) ，规划省内电网。区域内 设区域和省两级电力调度交易中心，由区域电网公司共同管理。 表2 1华东区域电力市场的电力工业结构图 经营者 职能 发电独立发电公司电力生产 华东区域电网公司经营管理区域电网并提供输电服务，保证区域 电网安全运行，规划区域电网发展，组织省间 输电 电力交易，管理区域电力调度交易中心。 省( 市) 电网公司经营管理省内电网并提供输配电及售电服务； 省内电网安全运行及供电安全。管理省电力调 度交易中心，规划省内电网。 省( 市) 电网公司的供电分公司向其专营区用户供电和售电，调度地方小电厂 配电县供电公司向其专营区用户供电和售电，调度地方小电厂 股份制供电公司 2 2 2 华东电力市场规则下的市场主体 华东电力市场的市场主体包括在华东电力市场注册的发电企业、电网经营企业，经核准 的区外购售电企业。 电网经营企业包括华东电网有限公司和省( 市) 电力公司；省( 市) 电力公司具体包括 上海市电力公司、江苏省电力公司、浙江省电力公司、安徽省电力公司、福建省电力公司。 电力调度机构包括华东电力调度交易中心和省( 市) 电力调度结算中心；省( 市) 电力 调度结算中心具体包括上海市电力调度交易中心、江苏省电力调度交易中心、浙江省电力调 度交易中心、安徽省电力调度交易中心、福建省电力调度交易中心1 4 引。 2 2 3 华东电力市场规则下的市场交易结构 华东电力市场规则下的市场结构如图2 1 所示删。 8 第二章华东电力市场及运营规则简介 图2 1 协调运作区域市场结构图 2 - 2 - 4 华东电力市场规则下的市场机制 下文主要对华东电力市场的市场机制进行介绍。主要介绍电力市场交易方式和市场报价 方式m 。 一、市场交易方式 交易方式包括双边合同交易、年度合同交易、月度竞价交易、日前竞价交易。 双边合同交易：指电网经营企业间签订的电力电量交易合同。双边合同签订双方借助于 华东电网电能交易系统实行自由选择、协商交易，交易价格由交易双方协商确定。 年度合同交易：总体上分为年度基数合同、年度交易合同两种类型。 年度基数合同指国家有权部门授权省( 市) 电力公司与本省( 市) 发电企业之间签订的 年度购售电合同。 年度交易合同指省( 市) 电力公司与本省( 市) 发电企业之间签订的用于跨省( 市) 双 边交易的年度内各类购售电合同。 月度竞价交易：由华东电力调度交易中心组织运作，所有下一月未安排计划检修的a 类机组均须参加华东月度竞价交易市场，省( 市) 电力公司可以从月度竞价交易市场采购下 一月度的电能，a 类发电机企业可以在月度竟价交易市场出售下一月度的部分电能。实行峰 电量、谷电量分别竞价。 日前竞价交易： 9 东南大学硕士学位论文 “执行日”为执行日前计划的自然日，以1 5 分钟为周期划分交易点，每执行日含9 6 个交易点。 “竞价日”为“执行日”前一个“工作日”， 场运营系统产生执行日的调度计划。 “申报日”为“竞价日”前一个“工作日”， 个交易点的省( 市) 负荷需求的申报。 二、市场报价方式 采用分段报价的方式。 竞价日内，发电企业进行报价，并通过市 省( 市) 电力公司从申报日开始执行日9 6 月度竞价交易中，发电报价单调递增；购电报价单调递减，如下图所示，市场在两条报 价曲线的交点出清。 图2 2 月度市场交易报价示意图 日前竟价交易中，发电报价单调递增；购电侧不再报价，只提供负荷曲线。 图2 3 日前市场报价交易示意图 2 2 5 华东电力市场规则下省级电力公司的运营结构 对于省电力公司而言，利润r - 售电收益购电成本。根据经济学理论，省电力公司会选 择利润最大化的方案，在华东规则下，现阶段只有发电侧开放竞争，售电侧还未开放，因此 对于省电力公司，其售电收益基本固定，而购电成本则有很大的调节空间，利润最大化的目 标就转化为购电成本最小化 4 6 1 。 省级电力公司的购电方式，包括双边合同交易、月度竞价交易、日前竞价交易、实时平 1 0 第二章华东电力市场及运营规则简介 衡交易。其中，双边合同交易比较具有特殊性，根据每个省( 市) 的具体情况而各有不同， 双边合同交易本身还包括长期双边合同、中期双边合同、短期双边合同、实时双边合同。处 理时，可以根据其具体的类别，归入目标函数不同的项中。剩下的三种购电方式中，年度合 同电量需要分解到日及时段，月度竞价交易量( 视为月度合约电量) 也需要分解到日及时段。 在进行现货交易时，电网公司需要完成事先分配到每一个交易日的日合同交易量，再根据日 负荷预测、机组竞价上网情况以及网络安全等约束条件，制定日发电计划。实时平衡交易应 对超短期负荷的变化，由实时调度完成。 省级电力公司的购电成本基本可确定为由合同分解电量产生的电费、月度竞价电量分解 电量产生的电费、日前市场竞价电量产生的电费及实时平衡交易产生的电费组成，购电成本 的最小化就是每日四个部分电量的总和最小，并满足基本的约束。一个合理的电量分解策略 对于省电力公司购电成本最小化是至关重要的根本性前提。 2 3 本章小结 本章分析了区域电力市场的功能及特点以及华东区域电力市场的运营规则，还对华东 市场规则下省电力公司的运营结构进行分析，本章所介绍内容为后续章节建模与分析提供了 基础理论与基本背景知识。 东南大学硕士学位论文 3 1 引言 第三章省级电力公司购电成本模型 在传统的电力工业中，发电、输电、配电、售电是纵向一体化的。电力出力的增减和上 网的电量调配以及电能潮流的分布均由地区电力调度部门统一安排。整个电力系统是一个单 一的经济主体。除面向用户的终端外，在电能的生产、调度、分配各个阶段，并不存在电能 的销售和购买问题。 电力工业市场化改革的任务就是在保证电力系统安全稳定运行的前提下，打破电力行业 垄断，促进竞争，提高效率，降低成本。我国电力工业的市场化改革也是按照这个总体思路 展开的。目前基本上已经实现了“厂网分开”及发电厂“竞价上网”。现阶段的电力市场处 多个卖方，单一买方的“单边开放”阶段。 因此省电力公司如何参与市场竞争，如何在满足法律法规维护电网安全运行的前提下使 其获益最大等等问题均需要认真研究。 对于单边开放的市场环境，影响电力公司效益的主要来自于购电成本的高低。因此省级 电力公司利润( 经济效益) 的最大化就等价于购电成本的最小化。 3 2 省电力公司购电成本的数学模型 先不考虑机组起停，假设所有机组都能竞价上，则在交易日前一日即可构建以预购电 费用最低为目标函数的省电力公司购电成本简化模型一，即 2 4n2 4n2 4 m i n f = q 0 j + c m 己+ o j 只 ( 3 一1 ) 机组年度合同分解电量平衡约束( 3 2 ) 机组月度竞价分解电量平衡约束 ( 3 3 ) 哆刈+ 己州+ 兄) = 只竞价时段电量平衡约束 ( 3 _ 4 ) j f f i l 合同电量比例约束( 3 5 ) 只尹 只 发电机组出力上、下限约束( 3 - 6 ) nn 一只瓯甄， 系统旋转备用约束 1，= l 1 2 ( 3 7 ) jg = 0 m 鲥 “ g i i 匕 m 鲥 b m 斌 口 一 yq ( 3 - 1 2 ) ，_ l i - - 1 i = li = 5 3 i z l