（电力系统及其自动化专业论文）基于边际成本理论的补偿机制研究.pdf

山东大学硕士学位论文 f r o mt h ev i e wo fo p t i m i z i n gr e s o u r c e sa l l o c a t i o n ，i no r d e rt oa c h i e v et h eg o a lo f m a x i m i z i n gs o c i a lb e n e f i t sw i t hf a i ra n do p e np r i c em e c h a n i s mb e i n go r i e n t e d ，t h i sp a p e r s t u d i e sc o s tc o m p e n s a t i o nb a s e do nm a r g i n a lc o s tp r i c i n go fm i n i m u mp u r c h a s ec o s t m o d e li nd e p t h f i r s t ，s u m m a r i z i n gl i t e r a t u r e s ，i nt h ej o i n tm o d e ，t h em i n i n l u n lp u r c h a s ec o s tm o d e l b a s e do nm a r g i n a lc o s tp r i c i n gc a no p t i m i z et h ea l l o c a t i o no fr e s o u r c e sa n dg i v et h es i g n a l t om a x i m i z es o c i a lb e n e f i t s ，b u tw i l lr e s u l ti nc o m p e n s a t i o n ；i nm a r k e t ，g e n e r a t i o n sa tl e a s t e n s u r et h er e c o v e r yo fc o s t s s oc o m p e n s a t i o no fc o s ti sv e r yn e c e s s a r y t h i sp a p e rt h e n a n a l y z e sm e c h a n i s ma n dm e a n i n go fc o s tc o m p e n s a t i o n s e c o n d ，t h i sp a p e re s t a b l i s h e st h em o d e la n da l g o r i t h m o fs t a t i cc o m p e n s a t i o n , a n a l y z e st h em a t h e m a t i c a la n de c o n o m i cs i g n i f i c a n c eo fa d d i t i o n a lc o s tf u n c t i o n , t h a ti s a d j u s t m e n tb e t w e e nf i x e da n dv a r i a b l ec o s t s t h i sm o d e l c a nr e a l i z et h eb a l a n c eb e t w e e n s e l l e r sa n db u y e r sa u t o m a t i c a l l y ，a c c o r d i n g 谢t l lo p e na n df a i rm a r k e tp r i n c i p l e s a n dt h e e x a m p l eo f10u n i t ss h o w st h ec o r r e c t n e s sa n de f f e c t i v e n e s so fp r o p o s e dm o d e la n d a l g o r i t h m f i n a l l y ，w ed i s c u s sc o m p e n s a t i o nm e c h a n i s ma n di t si m p l e m e n t a t i o nf r o md y n a m i c v i e wi n i t i a l l y c o n s i d e r i n gc o s tc o m p e n s a t i o nd y n a m i c a l l ym u s tr e l a t et od y n a m i c p h y s i c a l c h a r a c t e r i s t i c sa n dt i m ec o u p l i n gc o n s t r a i n t s i nt h i sp a p e r , d y n a m i c c o m p e n s a t i o nm o d e li sp u tf o r w a r d t h ee x a m p l es i m u l a t i o ns h o w st h a t t h ed y n a m i c c o n s t r a i n t sw i l li n c r e a s e c o m p e n s a t i o n , a n di n t e g r a t e dc o m p e n s a t i o n w i l lr e d u c e f r e q u e n c ya n da m o u n to fc o m p e n s a t i o na tt h es a m et i m e c o s ti sap r o b l e mm u s tb es o l v e dw h i c hi sd e a l i n g 谢n lc o n s t i t u t i n gr e a s o n a b l ep r i c e ， p r o m o t i n gm a r k e tc o m p e t i t i o na n de n s u r i n gl o n g - t e r ms t a b i l i t yo fp o w e rm a r k e t t h i s p a p e rp r o v i d e sat h e o r e t i c a lb a s i sf o re s t a b l i s h i n ge l e c t r i c i t yt r a d i n gm e c h a n i s m k e yw o r d s ：e l e c t r i c i t ym a r k e t ；p r i c i n g ；m a r g i n a lc o s t ；c o s tc o m p e n s a t i o n 原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立 进行研究所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含 任何其他个人或集体己经发表或撰写过的科研成果。对本文的研究作出 重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本声明的法律责 任由本人承担。 论文作者签名：兰茎啦 e l期：竺! 丝：堇：! 关于学位论文使用授权的声明 本人同意学校保留或向国家有关部门或机构送交论文的印刷件和电子版，允许 论文被查阅和借阅；本人授权山东大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有 关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文和汇编本学位论 文。 ( 保密论文在解密后应遵守此规定) 论文作者签名：! 立盔! 导师签名： 山东大学硕士学位论文 1 1 课题的背景与意义 1 1 1 电力竞争的出现 第1 章绪论 电力工业在世界各国都曾是传统的垄断行业，高度集中的垄断管理机制使电力 工业运营效率偏低且发展缓慢，阻碍了电力行业的发展。因此，从二十世纪8 0 年代 末起，以英国为首，国际上许多国家都相继进行了电力工业改革。打破电力行业的 垄断运营模式，建立有利于公平竞争的电力市场，这一改革得到了世界上众多经济 学家和电力工作者的认可，也为大多数国家的政府所确认，并相继付诸于电力工业 重组、放松管制，或更确切地称为改革管制的行动。改革的目标是通过开放电力市 场、引入竞争机制，提高电网运行水平、促进资源合理利用、减少系统运行成本、 引导消费者合理用电、促进电力公司的生存与发展，最终使参与者获利，全社会受 益【l 一。 1 1 2 电价的核心作用和相关问题 在电力市场中，市场机制( 价格机制) 将在电力商品从生产到消费的所有环节中 起协调与控制作用。电力市场的公平、公正、公开原则也将在电价的形成机制与电 价的结构体系中得以体现。电价必须成为一个灵敏有效的经济信号，在电力市场运 营中占据核心地位，起到指导、调节、控制电力生产与消费的作用，从而达到合理 组织生产，优化资源配置，提高社会经济效益的目的。由此，建立科学、合理的电 价机制己成为放松电力工业管制的核心问题，通过完善电价体系来实现对电力供需 平衡的调控逐渐成为人们的共识，如实行峰谷电价，引导电力用户调整负荷；鼓励 发展有调节能力的水电，进而调整产业结构；实行分类销售电价，按国家产业政策 引导电力消费等，已在部分地区实施。 因此电价体系中包括电厂上网电价、电网输送电价和向用户供电的销售电价三 个独立的部分。其中，发电成本一般占总成本的7 0 , - 8 5 ，发电上网电价的形成 机制及相关的问题不仅关系到发电企业的切身利益，也关系到整个电力市场的良性 发展，无疑是最值得关注的。发电上网电价是指独立经营的电力企业向电网输送电 l 山东大学硕士学位论文 力商品的结算价格。在竞争的电力市场中，上网电价通过竞价( 或交易双方协商) 形成【2 1 ，因此，电网公司进行交易所依据的购电计划和出清价格的算法模型，一方面 应确保在“公正、公平、公开的原则下合理处理各方之间的利益关系，实现资源 的优化配置；另一方面应兼顾发电企业的利润获得，在必要时应进行成本补偿，这 已成为电力市场研究中的重要课题。 1 1 3 我国电力体制改革现状 建立和发展电力市场已经成为世界电力工业发展的趋势。我国对电力市场的研 究和实施尚处于起步阶段。长期以来，我国的电力工业都是采取的政府监管下的垂 直一体化运营方式，这种垂直体制曾经为电力工业的发展做出了历史性的贡献，但 是，随着市场经济和电力工业的发展，传统的电力工业垄断经营模式日益暴露出效 率低下、市场壁垒严重、难以优化资源配置、管理方式落后等弊端，成为制约电力 工业和国民经济发展的瓶颈。1 9 8 0 年以后，一系列集资办电和多渠道筹资办电政策相 继出台，促进了电力工业的发展和独立发电企业的形成，使我国电力工业的改革迈 出了重要的一步。独立法人的发电公司( i p p ) 的发展，推动了发电侧逐步引入竞争机 制，实行各发电公司按电价竞争上网的政策，这对促进电力企业降低成本、加强管 理、增强竞争力，具有重要意义。同时，在电网建设管理方面，介于发电厂与用户 之间的电网成为电力交换的场所，相应的市场运行机制将成为今后电网运营的基础。 这样以发电厂竞价上网和输电网开放使用为主要形态的电力市场就形成了雏形。 1 9 9 8 年6 月，国家电力公司提出了“实行网厂分开，建立发电侧电力市场的实施方案 框架 ，同年国务院将辽宁、吉林、黑龙江三省与山东、上海、浙江同时列为厂网分 开、竞价上网的试点单位。这标志着政府积极推进建立发电侧电力市场工作的正式 启动和电力工业继续深化改革，以打破垄断，形成统一、开放、有序的电力市场的 开始【6 1 。2 0 0 1 年我国制定了有关电力体制改革的5 号文件，正式拉开了电力体制改革 的序幕。目前，电力“政企分开 改革已基本完成，实现了国家、大区和省级层面 上的政企分开，政府、企业和中介组织基本到位。“厂网分开 改革已经完成，按 照打破垄断，引入竞争的要求，我国对原国家电力公司进行了分拆，大区电网公司 和省公司的体制改革正在进行。2 0 0 2 年l o 月，国家电力监管委员会成立，开始履行 监管职能，着手研究制定并陆续推出有关市场准入、市场竞争、市场交易的法规和 2 山东大学硕士学位论文 办法。在电价改革方面，2 0 0 3 年7 月国务院批准通过并发布实施了电价改革方案， 按照电价改革方案的原则和要求，要积极推进上网电价、输电电价和销售电价 的改革。2 0 0 8 年，国家发改委将重点推进垄断行业改革，推动落实电网企业主辅分 离改革方案，完善区域电力市场建设，组织开展深化电力体制改革试点工作。 我国电力体制改革的总体目标是：打破垄断，引入竞争，提高效率，降低成本， 健全电价机制，优化资源配置，促进电力发展，推进全国联网，构建政府监管下的 政企分开、公平竞争、开放有序、健康发展的电力市场体系。当前，实现商业化运 营、走向市场已成为我国电力工业改革不可扭转的发展方向。 1 2 本课题的研究现状 随着电力工业体制改革的深入，电价问题越来越受到关注，利用价格机制促进 电力企业自身效率的提高，实现电力企业之间的竞争，以提高电力企业活力日益受 到关注。电价的制定大体上存在两类方法：会计方法和经济学方法。会计方法根据 历史记载的账面成本来核算供电所需的全部成本，着眼于账面上的收支平衡；而经 济学方法则注重于电力资源的充分利用和社会效益的优化。现代经济学家大多认为， 像电力系统这样资金与资产高度密集、与社会经济生活息息相关的公用事业性企业， 应当采用经济学方法，其中最著名的是边际成本理论和方法【7 1 。在电价理论研究中， 基于边际成本原理定价的最早研究是美国麻省理工学院以e c s c h w e p p e 为首的六位 学者在1 9 8 0 年提出的实时电价理论( h o m e o s t a t i cu t i l i t yc o n t r 0 1 ) ，他们首次提出要改 变传统的供求模式并建立电力市场，主张像控制电力系统的电压和频率一样计算与 控制电能的现价，即实时电价( s p o tp d c e ) s p l 。实时电价有时间和空间两种属性， 即不同时间、不同母线上的电价都是不同的，但是一般情况下更强调电价的时变性。 实时电价理论提出后，引起了学术界对这方面的研究，并得到了不断发展。一些电 力公司在进行试验研究后认为，采用变动电价在实践上是合理可行的，但对于全面 采用实时电价则有所怀疑。主要问题包括：实时电价不能保证收支平衡、目前计量 和通讯等硬件设施尚不完备、用户侧的接受和配合程度不确定等等。针对这些问题， 文【1 0 】提出了四种修正实时电价的方法，以确保电力公司的收支平衡，维系其发展。 实时电价是由电能的竞价交易形成的。文献 1 2 】提出了以用户付费最小为目标的 竞价模型，该模型和发电成本最小竞价模型可得出不同的竞价结果，原因在于为满 3 山东大学硕士学位论文 足不同的目标，两种模型得到的机组运行计划各有所侧重。对这种差异的研究最早 是j o n a t h a nm j a c o b s 在1 9 9 6 年i e e e p e s 的夏季会议上提出的，到底哪种模型更合 理仍是一个有争议的问题【1 3 】，之后有更多的文章对此进行了探讨和论证【1 4 1 3 1 。这两 种模型得到的不同结果是针对复合报价形式而言的。机组的报价形式分为简单报价 和复合报价，简单报价只考虑变动成本部分，或者说固定成本已“内部化处理 ，机 组报价是多组电量价格对的形式；复合报价则包括电能增量成本、无载成本和启动 成本等多部分，其中后两种属固定成本性质。在以边际机组的报价为清除价格的规 则下，简单报价的交易方式不存在成本补偿的问题，该报价方式下成本回收的风险 是由发电商自己承担的，并且这种将许多复杂信息简单等效的做法可能会导致更高 的运行成本以及交叉补贴的现象0 4 1 ，所以本文的成本补偿研究针对的是复合报价形 式。 购电成本最小竞价模型和用户付费最小竞价模型之所以得到不同的竞价结果， 关键是由于机组成本特性的差异，而这种差异主要是由于处理运行中机组固定成本 的理念不同所致，也就是此成本的分摊方式不刚2 。文献 2 1 1 中作者认为购电成本最 小竞价模型反映电价信号的主部是边际成本，按边际成本定价往往存在固定成本得 不到完全补偿的情况，因此该方法虽然实现了社会效益最大化但对固定成本需要补 偿的情况却难以明确地处理。用户付费最小竞价模型的好处在于能自动解决固定成 本的分摊，且能获得总体付费最小的效果，但此方法在机组成本特性存在较大差异 时( 可变成本和固定成本悬殊较大) ，淹没了边际成本引导社会效益最大化的作用， 会出现歧视高效机组的现象，就是说会出现边际成本低的机组失去竞争力的不合理 现象。出现该情况，是由于固定成本不反映在边际成本中，故采用基于微观经济学 的边际成本定价难以做到收支平衡。对此，有很多研究试图寻找解决的途径。在文 献 1 5 1 , 作者从长期的经济角度论证了由用户付费最小模型所得到的较低价格( 与购 电成本最小模型相比较而言) 是以牺牲投资回报为代价的，从长远经济来看，反而 会给用户造成更高的购电成本；同时还指出如果能够基于购电成本最小调度模型找 到一种合适的价格调整规则将是行之有效的方法。文献【1 1 ，1 6 ，1 7 对目前电力市场 中两种不同的电价结算规则按“全网统一电价 ( 系统边际电价) 结算和“一机 一价 ( 按报价) 结算，进行了对比分析，认为采用按“全网统一电价 结算方式能 够更好的满足市场公平性的要求，且其结算电价可更好地反映资源的真实成本，但 是可能出现成本回收问题；而采用“一机一价”的结算方式则可以体现出不同机组 4 山东大学硕士学位论文 之间结算电价的差别，有利于总购电费用的最小化。 为了解决机组的成本回收问题，很多学者提出了不同的方式方法。文献 1 2 1 提出 了基于用户付费最小为目标的优化模型，该模型自动解决了成本完全回收的问题， 并且得到的价格低于购电成本最小竞价模型得到的价格。该文献建立了以用户付费 最小为目标函数的详细数学模型，将发电调度和电价的确定通过一个算法程序求解， 无负荷费用和启动费用在整个调度周期内优化分配后，取边际机组的平均成本作为 清除价格，保证了固定成本的完全回收，但未论证以边际机组的平均成本定价对长 远产生的经济影响和市场反应。文献 1 5 1 提出了基于边际成本，通过试探的方法寻找 促使成本得到补偿的清除价格。该方法虽然操作简单，但无论从理论上和实际实施 上难免产生价格制定的不合理性。文献【1 9 】建议建立符合市场经济规律的两部制上网 电价体系，提出应用长期边际成本原理确定两部制上网电价的方法，认为两部制上 网电价体现了同网同质同价原则，体现了合理补偿成本、合理确定收益的原则，有 利于市场竞争，符合当前电力体制改革方向。文献 3 0 ，3 1 1 运用数学优化原理分析卖 方( 对偶问题) 和买方( 原问题) 形成的原对偶间隙，在计算出边际成本的基础上， 通过提高买方电价、降低卖方电价，使供给侧与需求侧的价格不同，即采用非统一 的市场清除价使成本得以补偿。该法虽简单易行，但难以体现市场的三公原则【3 2 1 。 文献 3 3 1 为解决成本补偿问题，在前人研究、实践基础上，提出附加成本函数概念， 并给予较详尽的论证，提出较系统的方法，在边际成本定价机制下，在解决成本补 偿问题研究上有明显进展，但是文中提出的发电方和用户之间分配的比例系数缺乏 理论依据。文献【3 4 】进一步丰富了文献【3 3 】的理论，达到自动实现边际成本机制下市 场交易的均衡，且刚好解决成本补偿的问题。文献 3 5 ，3 6 1 是系列篇，文 3 5 1 阐述了 算法过程，文 3 6 1 是对前者的算例证明。此文献在不考虑网络约束和价格弹性的前提 下，提出了解决单时段的电力联营体模式下交易模型的市场均衡协调问题的新算法， 该算法在满足负荷平衡约束和机组的各种技术约束条件下，通过加入经济约束条件， 保证了运行机组成本的完全回收，同时得到的电价为系统的边际成本。文献 3 7 1 是 a l e x i sl m o t t o 和f r a n c i s c od g a l i a n a 在文 3 5 ，3 6 1 后发表的，该文中提出竞争市场 下新的机组组合模型。在市场环境下，报价者( 发电商) 被给予报送技术标和经济标 的权力。传统的机组组合模型仅考虑了技术性约束( 机组出力的上下限、最小运行时 间、最小停运时间等) ，在利益驱使的竞争环境下，显然不能满足运营要求。实际此 篇文章的思想与文 3 5 ，3 6 是基本一致的，只是在转化求解的过程中有所不同。新的 5 山东大学硕士学位论文 机组组合模型可以产生满足发电商经济标( 利润要求) 的系统边际成本电价，而无 需任何的附加处理或交叉补贴过程。但此三篇文献的数学求解过程非常复杂，要求 处理的约束条件也非常多，与交易算法的简洁明朗的要求还是有所背离的，但其中 表达的思想是非常值得借鉴的，可以从机理的论证上来深入理解并加以发展。 1 3 本文所做的主要工作 本文主要研究日前现货市场的发电方的成本回收和补偿问题。从优化配置资源 并追求社会效益最优化的角度出发，本文主要就电力交易及定价过程中产生的成本 补偿问题完成了以下几个方面的工作： ( 1 ) 分析了电力市场边际成本定价模式下成本补偿的产生机理和补偿的必要 性；进而分析了成本补偿实现资源优化配置的机理，从物理、经济和改革角度上阐 述了成本补偿的意义。 ( 2 ) 基于成本附加函数的思想，提出成本分摊系数的概念，建立静态成本补偿 模型和算法，实现在发电方和用户之间自行补偿，确保计及补偿函数的自我调度结 果与统一调度结果一致，最终实现卖方和买方在符合公正、公开、公平的市场原则 下的均衡。文中分析了补偿函数实现资源优化配置的机理，并通过算例验证了所提 模型与算法的正确性和有效性； ( 3 ) 在完全竞争市场中，发电方不会片面地考虑一个时间断面的盈利与否，而 更倾向于从一个较长的周期来看待成本与盈利问题，所以需要考虑动态的成本补偿 问题。本文初步探讨了动态成本补偿方法，分析多时段问时间耦合( 如机组最小运 行时间等因素) 约束对成本补偿造成的复杂影响。 6 山东大学硕士学位论文 2 1 引言 第2 章边际成本定价下的成本补偿分析 在实际电力系统运行调度中，由于存在机组输出功率的限制、机组运行的无负 载成本和启停成本等，机组成本特性是非凸的。所以在联营方式下，以购电成本最 小模型购电虽然能够得到消耗资源最少的发电模式，且提供的边际价格信号在完全 竞争的市场中可引导最优市场效率、社会效益和投资，实现资源优化配置，但由于 固定成本不反映在边际成本中，所以采用边际成本定价难以做到收支平衡。而市场 环境下，发电公司作为独立的利益体，要在电力市场中生存至少应保证发电成本的 回收，包括可变成本和固定成本，这就极易造成市场交易的非竞争均衡，从而影响 市场的长期稳定。 进一步讲，以购电成本最小模型购电在发电机组成本函数中未对固定成本项进 行分析，而边际成本引导的资源优化没有体现固定成本的作用。为了使所有市场参 与者满意自己的利润而愿意达成交易，在优化资源配置的前提下进行成本补偿是非 常必要的。 本章主要分析了购电成本最小模型和成本补偿实现资源优化配置的机理，为电 力市场良性交易机制的建立提供理论依据。 2 2 电价的基本功能与制定原则 2 2 1 电价的基本功能 在市场经济中，商品价格作为联系供求双方和引导消费的桥梁，起到调节作用， 是市场机制的核心。电能和一般商品一样都是需要计量和有价交换的，但是电能具 有自身的特殊性：不能大规模长时间存储，产供销一次完成，基本上是瞬时平衡的。 电力行业是一个资金和资产高度密集的产业，应当在有效经营的基础上为用户提供 良好的服务，电能价格的制定应根据客观的标准明确计算，同时接受政府的监督， 并保证公平对待用户，而不能由企业任意决定。因此，电价应当具备下述基本功能： 1 ) 实现资源的优化配置。这意味着要基于成本来制定电价，使所定电价能维持电力 企业的简单再生产，同时利用电价的杠杆作用，优先让发电成本低的电厂( 机组) 7 山东大学硕士学位论文 上网发电，降低能源消耗，迫使发电厂提高生产效率，降低生产成本，在上网电 价一定时，获取更多的收益。总之，在竞争的过程中，最终使用户电价降低而受 益。 2 ) 满足扩大再生产的要求。发电企业是资金、技术高度密集的行业，为了满足不断 增长的电能需要，发电企业需要有一定的利润，以扩大再生产。另一方面，发电 企业不能有过高的垄断利润，所以要打破垄断、引入竞争、加强监督。 3 ) 实现公平、公正、公开原则。对发电企业就是同网、同质、同价；对用户而言， 要公平地分担容量和电量成本，分时计价。计价要透明，收费要平等，对于不能 承担全部电费的用户( 如低收入者) ，应考虑提供社会保障。 4 ) 具有调节作用。即电价能起到削峰填谷作用，其中包括引导用户合理用电和引导 发电厂顶峰压谷。在峰荷时段电价升高，一方面引导负荷侧减少用电，另一方面 鼓励发电方增加发电量顶峰；而在谷荷时段电价降低，以便一方面鼓励用电，另 一方面引导发电厂减少发电量，从而更有效地利用电力资源。 2 2 2 电价的制定原则 制定电价的四条原则是： 1 ) 成本补偿原则：即电价应补偿电力生产、经营全过程发生的符合国家规定的成本、 费用支出以维持电力企业的正常经营。 2 ) 合理赢利原n - 在电力企业正常生产、合理经营条件下，电价应保证电力投资者 能够获得合理收益，并使电力企业具有一定的自我发展能力。 3 ) 公平负担原则：电价结构根据电力生产及其商品的特点，区别用户的用电特性， 结合国家的产业政策和节约能源方针来安排，以促进社会资源优化配置。 4 ) 社会承受原则：根据国民经济发展、用电企业经济效益和城乡居民的承受能力适 时调整电价。 制定电价时应避免的行为包括：电厂与电厂间共谋后的价格协定为非法；禁止 掠夺性定价，不得开展毁灭性的竞争低于成本的定价；禁止价格差别销售 方对相同交易组中的不同人报不同的价格。 上述规定严格限制了电厂之间的价格联盟与恶性价格竞争，同时为电厂报价制 定了最低的底线。在了解了上述各项定价规定之后，制定合理的电价就成为了可能。 8 山东大。学硕士学位论文 2 3 边际成本定价下的成本补偿机理分析 2 3 1 购电成本最小模型 购电成本最小模型以各发电机组投标参数为依据，按满足负荷需求条件的总的 购电成本最小为目标，同时考虑各种关联约束( 机组约束、网络约束等) ，求解该目 标下的购电计划。如果发电公司投标参数都是真实的，购电成本最小模型就是典型 的经济调度问题。购电成本最小模型，具体表示如式( 2 1 ) ： m i n “，g ( ) i e n = d ( 2 1 ) f e n “f 只咖u i m 瓠 其中：是参与投标的机组集合；c ，( 只) 是机组f 的投标曲线( 若投标真实，即 为机组的成本曲线) ，可表示为：q ( 只) = a i 只2 + 饥只+ q ，其中为机组的输出功率， a ，b ，c ，为机组的成本特性系数，c l 为发电机组的固定成本；蚝为机组状态：l 表示 该机组被选中开机，0 表示该机组未被选中；d 表示负荷需求；机组输出功率上下限 为只懈和只曲。为分析问题的方便和概念清楚起见，本文忽略其它相关约束，由此 可以在单时段对此问题进行简明分析，免去烦琐的表达。 求解购电成本最小模型，可以确定系统的边际成本( 记为刀) ，同时确定在r 下 的购电计划( 记为 ；，) ) 。然而，系统边际成本的形成不考虑固定成本，因此若采 用九为此时系统的电价，某些机组就可能出现 r 只一c i ( 只。) 一q ，a b l - b f ，c 。r 。 这样等效的购电成本最小模型( 2 1 ) 可扩展为： f m i n “，( g ( 只) + u ( 血，+ a b ，+ a c f ) ) l 拒 只= d ( 3 2 ) i 拒 i 材，珊c 只一 假设由式( 3 2 ) 确定的价格为九( 九r ) ，与此对应的购电计划为( 甜，只) ，且该计 划满足( 甜，) = ；，只) 的条件，同时假设用户付费恰好等于发电方的收益，即： a d = ( 允e u ，( 口，她，a c ，” ，e ， ( 3 3 ) 上式中左边为用户侧付费，右边为含附加成本函数的发电机组的等效收益。根 据约束条件只= d ，有配( 觚，岛，q ) = 0 ，可见附加成本函数可正、可负，也 i e ni e n 就是说附加成本函数等效于机组利润，这一利润在机组内部是闭环的交叉补偿，其 1 4 山东大学硕士学位论文 大小表示补偿的额度，正负表示补偿方向。u ，为正表明该机组让出部分利润，u ，为 负表明该机组接受部分利润。 下面讨论附加成本函数的确定。 由购电成本最小模型，我们可以得到购电计划( 材：，) 和边际成本r ，在此基础 上，可以得出各机组的利润为： 肼( r ) = f 只一c l ( 只) ( 3 - 4 ) 以及机组在价格r 下的最大利润值形s ( r ) ( 由肼s = m 吩a 以x f 、o ，吼只一g ( ，只) ) 模 型得出) ，从而各机组利润损失为： 虮( r ) = 腭s ( i * ) - p r t ( t ) ( 3 - 5 ) 所有机组的利润总损失为卸( r ) 。此损失应由用户和所有机组共同承担， 但是分担的比例和系统的调度结果相关。根据3 2 2 的证明可知，单时段用户付费增 量从越小，社会效益越好。也就是在所有机组的总利润大于零时，只在发电机组内 部进行补偿；而当总利润为负时，则需要用户承担一部分补偿，使各机组可以回收 成本。设定用户侧分摊到的补偿为七蛾( r ) ，发电方分摊的补偿为 ( 1 - 后) 彤( 才) ，七称为补偿分摊系数。即当从为0 时，只在发电机组内部进行补 f e v 偿，此时k = 0 ；当a ：t 0 时，需要用户承担一部分补偿，此时0 k l 。同时参考 文 2 1 中获取参数需遵循的规则，以考虑补偿分摊系数的各机组的成本特性调整量 的范数最小为目标，确定附加成本函数可以按照以下两步进行： ( 一) m ! n f l ( a 允) ( 3 - 6 ) 其中石( a ) = 从，该优化目标需满足以下约束条件： ( 1 ) = m “时，允2 m + 6 f ； m 纽时，a 2 a ，只+ + 6 f ； 只曲 只一时，九= 2 a , 只+ 6 l 。 1 5 山东大学硕士学位论文 件： ( 2 ) 形( a ) = a 只- c , ( 8 ) 】0 ； ，e n，e n ( 二) r a i n 以( a a f ，a b f ，a c f ) ( 3 7 ) 其中， ( 缸，a b ，缸，) = ( 口，2 + 她2 + 血，2 ) ，该优化目标需满足以下约束条 ( 3 ) 只= 只m 戤时，九2 a t 只+ b t ； ”缸时，a 2 a s + 6 j ； 只曲 丑+ m 舣时，九= 2 口f + 6 f 。 ( 4 ) p r j ( 允) = a 只一( c ，( ) + u i ( 口f ，a b i ，a c f ) ) 0 ； ( 5 ) ( 血。，a b ，a c ，) = ( q 只“+ a b ，e + a c ，) = o ； f e nf e n 其中，m 是未知的价格增量，从0 ，a a , ，匆，血，是未知的各机组成本特性的 调整量。约束条件( 1 ) 和( 3 ) 为补偿后系统边际电价约束，保证补偿前后的调度结 果相同，即补偿后依然是效率高的机组优先发电；约束( 2 ) 为所有机组成本回收约 束，即通过附加函数的调整，所有参与发电的机组在该时段内总的成本能够回收；约 束( 4 ) 为每台机组的成本回收约束；约束( 5 ) 为整个时段内所有机组附加成本之和 为o ，即为机组之间的交叉补偿，附加成本函数等效于利润，这一利润在机组内部 是闭环的交叉补偿，不存在外部资金的进出，其正负表示补偿方向。 应用二次规划进行求解，第一步获得a ，第二步求解未知量口，b ，c ，然后获得 各附加成本函数值，旯即为成本补偿后的市场清除价格。 3 2 2 模型证明 1 6 首先考虑发电侧： 山东大学硕士学位论文 在购电成本最小模型下确定购电计划 ；，只) 和边际成本r 的基础上，可以计算 各机组的利润为： p r , ( l ) = 万只一g ( 只)( 3 - 8 ) 可能存在娥( r ) 0 ，即成本无法回收的现象。 在市场机制下，发电公司作为独立的利益体，应该追求自身的利润最大化，可 以表达为： p r j s m 嘞a 山x 0 ，r 一c i ( u i 叫( 3 - 9 ) 补偿后，系统的电价为a ，补偿前后电价的变化a z = a r 。 则在价格为f 时，各台机组的利润损失为： 耸珥( r ) = p r 7 ( r ) 一肼( 刀)( 3 - 1 0 ) 系统需补偿的利润总损失为： a p r ( a ) = 蛾( r ) ( 3 - 1 1 ) f e n 对于任意一台机组其补偿前、后的利润。司以表不为： 形( r ) = r 只一e ( ) 肌( a ) = 允只一( c ：( ) 一玑) 对于每台机组补偿前后的利润减少量为： a s ；= 肼( a ) 一肼( 才) = 从幸只一u 补偿前后，系统中所有机组的利润变化为 ( 3 1 2 ) ( 3 - 1 3 ) ( 3 - 1 4 ) a s = 罐- - z ( 从幸霉一) = 从奎d ( 3 - 1 5 ) f e nj e 用户侧的讨论： 令系统中有m 个用户，每个用户的用电量为b ，将用户的收益表示为： b = p d ? + 砬+ g ( 3 1 6 ) 其中e 0 时，需要用户承 担一部分补偿，此时0 k 1 。通过该模型可以自动实现在机组和用户之间的补偿。 附加函数可以理解为一种惩罚函数，该惩罚函数的意义就是调整机组的成本特 性，通过惩罚函数对成本函数( 即对系数) 的调整，使各机组可以自愿按照统一调 度发电。实质上该惩罚函数是对机组的固定成本和可变成本的调整。相当于在边际 成本定价基础上，适当地考虑了固定成本，实现了二者的协调，也实现了社会效益 最优同时实现个体最优的目标。即其提供的边际价格信号可以引导最优市场效率和 市场效益，同时通过补偿反映固定成本，做到收支平衡。这也可以作为一种定价的 方式，相当于在边际成本定价基础上，适当地考虑了固定成本，而不用强行加入任 何比例系数。 附加成本函数等效于利润的概念，这一利润在机组内部是闭环的交叉补偿，其 正负表示补偿方向。u ，为正表明该机组让出部分利润，阢为负表明该机组接受部分 利润。在市场机制下，u ，值有双重特性，对促使社会效益最大化有贡献的卖者显现 奖励特性；对削弱社会效益最大化实现的卖者显现惩罚特性，因此附加函数为资源 优化配置的实现提供了基础和保证。 3 3 算例及其分析 3 3 1 十机组算例 本节构造了1 0 台发电机组算例，发电机组参数见表3 1 。 山东大学硕士学位论文 表3 - 11 0 台机组的参数 玑出3 1p a r a m e t e r sf o rl0 u n i t s 本算例不考虑网络约束，即假设所有发电机组等效连接在同一电气节点上。设 定负荷为1 9 2 0 m w 。根据本文提出的算法求解购电计划并进行成本补偿。 表3 2 3 4 中给出了负荷为1 9 2 0 m w 时，补偿前后发电机组的成本系数、各发 电机组的输出功率、系统的边际价格以及补偿前后各发电机组的利润。 表3 - 2 补偿后各机组的成本特性参数 机 二，占，；， 组 ( $ m w 2 h )( $ m w h ) ( $ h ) 山东大学硕士学位论文 表3 3 各机组的出力及补偿前后的利润情况 t a b3 - 3o u t p u t sa n dp r o f i t so fg e n e r a t o r sb e f o r ea n da f t e rc o s tr e c o v e r y 表3 - 4 补偿前后的市场清除价格 t a b3 - 4m a r k e tc l e a r i n gp r i c e sb e f o r ea n da f t e rc o s tr e c o v e r y 补偿前的价格( $ m w h ) 补偿后的价格( $ m w h ) 2 3 8 8 3 6 3 4 32 3 8 8 3 6 3 4 3 从结果可以看出，考虑附加成本函数的边际成本定价模型，并未改变机组的组 合状态和输出功率，并且在该负荷模式下，系统的电价也没有发生变化，在机组内 部自行补偿。机组4 和机组6 在补偿前处于亏损状态，无法完全回收成本，可能会 拒绝发电，成为需要补偿的机组。补偿后发电机组4 和机组6 的系数6 f 比补偿前的扛 有所减小，其他机组均有一定程度的增加；同时机组4 和机组6 的系数a ，比补偿前 的a ，有所增加。通过调整，机组4 和机组6 获得补偿而现实现成本回收，其他的提 供补偿的优质机组在补偿后系数a ，增大，q 增大，这些机组无论在边际成本还是固 定成本上都具有优势；补偿后，系数q 的增加相当于提高了其固定成本，而a ；的增 加则使其边际成本得到增加，这些机组的利润减少用以补偿机组4 和机组6 。通过牺 2 4 山东大学硕士学位论文 牲其他机组的成本特性而使这两台机组的成本特性变优。通过补偿，机组4 和6 自 愿遵守调度的目标得以实现。而其他机组为维持系统的稳定运行以保证自身利益也 将愿意承担补偿。可见，通过对边际成本定价模型的成本补偿，保证了边际成本在 优化资源配置的作用( 补偿前后调度结果未改变) ，同时使各发电机组都能回收成本。 3 3 2 算例分析 我们对不同负荷模式进行分析，分别求解负荷为2 2 0 0 m w 、1 8 0 0 m w 、1 5 0 0 m w 和1 2 0 0 m w 情况下的补偿情况和附加成本函数值，当负荷为2 2 0 0 m w 、1 8 0 0 m w 和 1 2 0 0 m w 时，系统不需要补偿，计