（电力系统及其自动化专业论文）电力市场辅助服务调峰定价及相关经济补偿研究.pdf

络流规划算法进行求解。最后讨论了竞价之后结算时调峰付费模型， 分两部分，即运行调峰付费模型和开停机调峰付费模型。实际算例表 明本文建立的模型具有可行性和实用性。 关于调峰机组经济补偿，从调峰机组额外调度启停和调峰机组启 停失败进行经济补偿是本文的首创。讨论额外调度启停补偿时，从机 组技术特性出发，考虑启停过程中的煤耗、油耗、盐水耗、寿命损耗 及厂用电等因素建立补偿数学模型。关于机组启停失败时补偿问题， 又分三种情况，即调度中心需调度系统中热备用容量、调度中心需外 购电来保证系统热备用容量、调度中心需启停其他调峰机组来保证系 统热备用容量，分别建立数学模型。通过实际算例可以看出本文建立 的模型具有较好的实用价值。 关于机组超技术出力运行时经济补偿，本文首次从机组本身技术 特性出发建立数学模型。指出机组超技术出力运行时影响经济指标的 因素主要是机组寿命损耗和煤耗，尤其是寿命损耗，相当大的比例。 在建立转子温度场及应力场的基础上建立机组寿命损耗数学模型，最 后建立了机组超技术出力时经济补偿模型。实际算例中，分别就 1 2 5 m w 、3 0 0 m w 、6 0 0 m w 机组计算出超技术出力时补偿费用，形成补偿 费用曲线。计算结果具有较好的实用价值，对我国电力市场环境中机 组超技术出力补偿费用的确定具有较好的参考价值。y 、 t ， 、 ， 关键词电力市场，辅助服务，调峰定价，超技术出力，经济补 偿 l i p r i c i n ga n dc o r r e l a t i v ee c o n o m i c c o m p e n s a t i o nf o rp e a ka d j u s t m e n to f a n c i l l a r ys e r v i c e si np o w e rm 【a r k e t a b s t r a c t i n t r o d u c i n gc o m p e t i t i o nt oa l lt h et a c h e si nt h ep o w e rs y s t e m sa n d e n h a n c i n ge n e r g yh a v eb e c o m et h e t r e n do fd e v e l o p m e n to fp o w e r i n d u s t r ya l lt h ew o r l d p o w e rm a r k e ti sf o u n d e db yt h er u l eo f e q u i t y ， j u s t i c ea n do p e n a n c i l l a r ys e r v i c e s ，o p p o s i t et ot h em a i np o w e rm a r k e t ， m a i n l y i n c l u d ed i s p a t c h e r , v o l t a g ea n dr e a c t i v ep o w e r c o n t r o l ，f r e q u e n c y c o n t r o l ，v a r i o u sr e s e r v e s ，p e a ka d j u s t m e n ta n ds t a b i l i t yc o n t r 0 1 p e a k a d j u s t m e n t ，i n c l u d i n go p e r a t i n gp e a ka d j u s t m e n t a n d s t a r t - s t o pp e a k a d j u s t m e n t ，i st h em a i np a r to fa n c i l l a r ys e r v i c e s w i t ht h ed e v e l o p m e n t o f p o w e rc a p a c i t ya n dd i f f e r e n c eo fp e a ka n dv a l e ，m o r ea n dm o r ep e a k a d j u s t m e n t s a r ec a r r i e do u t h o wt od e c i d et ot h e p r i c e s a n d c o m p e n s a t i o n sf o rp e a ka d j u s t m e n tb e c o m e a n i m p e n d i n gp r o b l e m i nt h i s p a p e r ，p r i c i n g a n dc o r r e l a t i v ee c o n o m i cc o m p e n s a t i o n f o r p e a ka d j u s t m e n t o fa n c i l l a r ys e r v i c e si n p o w e r m a r k e t a r es t u d i e d t h em o d e l s ，w i t ht h eg o a lo ft h em a xs u mo f p o w e re n e r g y i n c o m ea n d p e a kc a p a c i t y i n c o m e ，a r e p r e s e n t e d t o o p t i m i z e c o m b i n a t i o no f u n i t s o p t i m i z i n gd i s t r i b u t i o na n d c o s to f p e a kc a p a c i t yi s a n a l y z e di nt h ec e r t a i nu n i t s c o m b i n a t i o n t h ec o m p o s i t i v em o d e li s i l i f o u n d e dt ob i dw i t ht h eg o a lo fm i n i m u mc o s t so f p o w e re n e r g ya n d p e a ka d j u s t m e n t n e t w o r kf l o wp r o g r a m m i n gm e t h o di su s e dt or e s o l v e t h i sp r o b l e m t h i s p a p e r f i r s tc a l c u l a t e s p e a ka d j u s t m e n t e c o n o m i c c o m p e n s a t i o n s f r o mt h eu n i t sa d d e d s t a r t s t o pa n d u n i tf a i l e di ns t a r t - - s t o p t h e c o m p e n s a t i o nm o d e li sp r e s e n t e dw h e na d d e ds t a r t - s t o pc o n s i d e n n g c o a l c o n s u m p t i o n ，o i lc o n s u m p t i o n ，s a l ta n dw a t e rc o n s u m p t i o n ，l i f e e x p e n d i t u r ea n dp o w e rc o n s u m p t i o nb yi t s e l f w h e nt h eu n i t sf a i l t o s t a r t s t o p ，t h r e ec o n s e q u e n c e sa r ec o n s i d e r e di n c l u d i n gd i s p a t c h i n gt h e s y s t e m h o tr e s e r v e ，p u r c h a s i n gt h ee n e r g yf r o mt h eo u t s i d eo ft h es y s t e m a n d s t a r t - s t o po t h e r m o r e e x p e n s i v ep e a ka d j u s t m e n t u n i t s h o wt oc o m p e n s a t et h eg e n e r a t i n gc o m p a n yw h e nt h eg e n e r a t i n g u n i t sa r eb e y o n dt h el i m i to nt h es t e a mt u r b i n ei sf i r s td i s c u s s e di nt h i s p a p e r p a y i n g a t t e n t i o nt os u c hf a c t o r sa sl i f e e x p e n d i t u r ea n dc o a l c o n s u m p t i o n ，t h i sp a p e rp r o v i d e sac o m p e n s a t i o nm o d e l w h i c hi su s e f u l b y a p r a c t i c a le x a m p l e k e yw o r d s ：p o w e rm a r k e t ，a n c i l l a r y s e r v i c e s ，p e a ka d j u s t m e n t p r i c e ，b e y o n dl i m i t ，e c o n o m i cc o m p e n s a t i o n i v 上海交通大学硕士论文 第一章绪论 1 1 电力市场概述 第一章绪论 电力工业在全世界范围内正发生着深刻的变化。电力工业的改革目标在于提 高电力生产效率，使电价形成机制合理化，提高质量、更安全的电力产品，促进 电力工业本身的良性发展，并使全社会从改革中得到更好的经济效益和社会效 益。英国、美国、澳大利亚等国的电力市场改革给其电力工业带来了活力，并激 励了世界上其他国家的市场化发展进程。我国在建设社会主义市场经济阶段，着 眼于电力工作在新形势下的新发展，“厂网分开、竞价上网”，推进电力市场化改 革已经成为共识。 1 1 1 电力市场的定义 电力市场是电力的买方和卖方相互作用以决定其电价和电量的过程“1 。更具 体的来讲，电力市场是采用经济等手段，本着公平竞争、自愿互利的原则，对电 力系统中发电、输电配电、用户等各成员组织协调运行的管理机制和执行系统的 总和。 根据以上定义，电力市场首先是一种管理机制。这种机制与传统的行政命令 的机制不同，主要采用市场的手段进行管理，从而达到资源优级化配置的目的。 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，包括交易场所、计量系统、计算机系统、通信系统等。 1 1 2 电力市场的基本特征 开放性、竞争性、网络性和协调性嗍瑚是电力市场的基本特征。与传统的垄 断电力系统相比，电力市场具有开放性和竞争性。与普通的商品市场相比，电力 市场具有网络性和协调性。 l 海交通大学硕士论文 第一章绪论 1 1 3 电价是电力市场的杠杆和核心内容 电力网市场要采用经济手段管理各成员，电价”九“1 是体现管理思想的重要工具 所以确定电价原则、计算交易电价( 包括上网电价、销售电价、输电电价、辅助服 务电价等) 是电力市场的主要内容。 电价核定应该遵循一些基本原则。虽然各国在电力工业发展的不同阶段，电价 核定的原则有所不同，比如正处于发展中的电力市场，电价的核定原则要与改革的 产要目标相一致，电价水平要使股东有合理的回报，能够吸引投资，加快电力建设； 对于成熟的电力市场，电价的核定要有得于提高效率，让用户分享提高效率的成果。 各国在电价核定中都能共同遵循一些基本原则：( 1 ) 成本补偿原则，电价能够 补偿合理的成本支出；( 2 ) 合理报酬原则，电价能够让股东有合理回报：( 3 ) 公平 负担原则，用户负担的电价应是成本加利润，尽量避免交叉补贴。 在正进行电力市场化改革的国家，竞争环节的电价由市场决定，垄断环节的电 价山监管机构或政府核定并受监管。 定价原则是否合理是影响电力改革成败的关键因素之一。美国加州因为不恰当 地管死了销售电价而放开发电批发电价，从而导致供不应求，批发电价猛升，造成 两个电网公司破产，发生了严重危机。 1 14 电力市场目标 引入竞争机制、使电价形成机制合理化、优化资源配置、提供优质服务、促 进电力工业的可持续发展是电力市场化建设的总体目标。实施电力改革、建立竞 争性电力市场是一个复杂的过程，因为改革有多重目标，且相互之间矛盾。这些 复杂的目标包括： ( 1 ) 用户希望低电价、高服务质量和安全稳定供电。 ( 2 ) 电力公司希望公司获得发展和采用新技术。 ( 3 ) 政府希望实话全国性的能源政策和与经济发展相适应的电力工业可持续 发展方针。 ( 4 ) 环境保护组织希望减少污染。 ( 5 ) 燃料供应商希望保护其市场和投资。 电力改革必须使上述具体目标相互平衡，根据经济发展的不同阶段和电力发展 2 上海交通大学硕士论文 第一章绪论 的不同水平，确立改革的主要目标和次要目标。 发展中电力市场的特点是：在电价方面交叉补贴现象较为普遍；用电客户对电 价上调的承受能力有限；对建设和扩充电力设施所需的资本具有很大的要求。而成 熟的电力市场的特点是：电价水平一般反映了成本和投资回报率：用电客户有较高 的电价承受能力；有限的用电需求增长；有限的筹措资金的需求。 在电力市场的不同发展阶段，改革的着眼点和目标是不同的。因此，需要针对 不同发展阶段的电力市场，确定不同的改革焦点和具体任务对于发展中的电力市场， 改革的焦点是电力设施扩建，改革的首要目标是吸引电力投资，建设充足的发电容 量，基础设施扩建军和升级，系统的安全性和可靠性。而降低电价、提高效率和为 客户提供更多的选择则成为改革的次要目标。对于成熟的电力市场，改革的焦点是 降低电价。改革的首要目标是降低电价，提高效率，为客户提供更多的选择，系统 的安全性的可靠性。而充足的发电容量，基础设旋扩建和升级、吸引投资成为改革 的次要目标。 11 5 电力市场的基本原则 在一个充满竞争的电力市场中，参与者之间都是平等的，所以电力市场最基本 的原则是公平。对于发电厂，平等的环境通史促进竞争，激励各发电厂提高生产效 率，降低成本，增加活力；对于用户，按真实的供电成本收费，尽量减少用户间补 贴是保证用户间平等的根本点。为了保证电力市场公司竞争的原则，必须做到： ( 1 ) 电力市场要有公开性( 包括成本、定价、计量等) ，以便监督。 ( 2 ) 扩大自由选择权力，保证电网的开放。 ( 3 ) 必须制定有关法令、规约，以便使竞争规范化。 ( 4 ) 电网安全性和商品无库存性。 ( 5 ) 发电厂间平等竞争。 ( 6 ) 用户间平等。 1 2 电力市场辅助服务概述 辅助服务市场“”、是电力市场的重要组成部分，辅助服务市场的范围是非 常大的，凡是涉及到系统的安全性以及用电质量的服务和措施都被称作辅助服 上海交通大学硕士论文 第一章绪论 务。按照发电计划制定的前后辅助服务可以分为两种类型，即计划前辅助服务和 计划后辅助服务。同电量市场相类似，辅助服务市场也涉及到定价问题。电力市 场中的定价方法包括经济学定价方法和会计学定价方法两种。基于经济学定价方 法的节点电价理论在辅助服务的定价过程中被广泛的采用，如无功功率定价、安 全性定价等等，特别是在计划前辅助服务当中，因为在发电计划制定的同时确定 价格具有市场调节功能，基于经济学原理的节点电价是普遍适用的；而经济补偿 是计划后辅助服务的主要内容，由于电力交易已经结束，价格作为市场信号已经 失去了调节的作用，因此，基于会计学原理的定价方法是必要的，以保障市场参 与者的收支平衡，从而创造公平的竞争环境。 1 2 1 辅助服务的定义和主要内容 辅助服务是相对电能生产、输送和交易的主市场而言的。目前辅助服务并没 有一个公认的统一定义，不同的学者对辅助服务的定义和内容的划分有所不同， 现将有关辅助服务的定义和主要内容综述如下： 从输电的角度将辅助服务1 定义为：为完成输电的主要功能一一将电能从发 电厂输送到用户，并保证安全和质量所需要采取的所有辅助措施。认为辅助服务 的主要内容有：( 1 ) 负荷跟踪与频率控制；( 2 ) 旋转备用；( 3 ) 运行备用；( 4 ) 无功备 用和电压控制；( 5 ) 发电再计划；( 6 ) 处理能量不平衡；( 7 ) 有功网损补偿；( 8 ) 事故 后恢复服务；( 9 ) 稳定控制服务。 从发电侧考虑，认为辅助服务是发电厂为保证电力系统安全可靠运行。”“” 而采取的必要措施。电厂的辅助服务包括：( 1 ) 发电厂失去厂用电时机组启动能 力；( 2 ) 发电机调节特性一一系统频率控制；( 3 ) 发电机无功能力一一系统电压控 制。 从运行管理的角度出发，把在当日的实时运行中，由于一些不可预测和不可 控制的原因，如交易的临时变动、负荷的随机波动以及机组的强迫停运“小删等， 为保证供电质量和可行性而要求有一个有功、无功的实时平衡服务以及其它的运 行服务，称为辅助服务。 总之，不同的系统有不同的辅助服务需求，辅助服务主要取决于主市场。换 句话说，主市场的结构和模式的不同影响到各自对辅助服务的定义和分类，目前 4 ，l ：海交通大学硕士论文 第一章绪论 尚不能对其进行统一和确定标准。 122 辅助服务的获取 在目前运行的电力市场中，主要采用两种方法来获取辅助服务，即强制方法 和基于市场方法。 强制方法要求将提供辅助服务作为发电机参加与调度的一个前提条件。由调 度员安排与协调各发电机提供的辅助服务，并根据各发电机的执行情况给以适当 费用。采用此方法发电公司没有自主权，受到了不少批评。 基于市场方法的第一种形式可以以拍卖为基础。这与能量市场类似。基于市 场的另一种形式是双边合同。需要辅助服务的大用户可以直接与供应商签订双边 合同，用谈判方式确定价格。系统调度员也可以与某些类型的辅助服务( 如无功 支持和黑启动能力) 的供应商签订长期合同“。 1 2 3 辅助服务成本的分摊 在电力市场环境下，不论采用何种方法获取辅助服务，均存在分摊成本的问 题。从原理上讲，应按每个用户使用的各种服务的份额来确定，但这在理论上是 一个非常困难的问题“”。因为一种服务可包括多个成本分量，如运行备用服务涉 及到容量成本、能量成本和机会成本，且这些成本随时间、地点和系统负荷变化， 很难确定每个用户使用份额分配有功损耗和无功支持成本的方法，但对于负荷跟 踪、运行备用以及调度与系统控制等辅助服务的成本“”，通常按照用户的用电量 及容量大小按比例分配，事实上这与在传统的电力系统中采用的方法是一样的。 1 24 国际上几个主要电力市场中辅助服务的市场模式 美国n n 电力市场的辅助服务“”含：旋转备用、非旋转备用、a g c 、替代备 用、电压支持和黑启动。其中前四种由独立系统操作员( i s o ) 通过日前竞争拍卖 ( p x ) 的电能拍卖完成之后进行的。这些拍卖的顺序是：a g c 、旋转备用、非旋转 备用、替代备用。电压支持和黑启动则以长期合同方式进行交易。市场参与者分 别提交备用容量报价和备用电量报价。成功的报价者不论其是否被调度，都将得 到一笔备用容量费用，在备用容量被调度加载时，报价者还将得到一笔电量电费。 j ：海交通火学顶士论文第一章绪论 辅助服务市场的模式为投标型“。 英国新英格兰电力联营体模式“”下，联邦能源管制委员会( f e r c ) 要求建立分 类计价的电力市场，这使得辅助服务竞争出价和电能况价一样重要。辅助服务调 度相应地和电能一样由新英格兰i s o 安排，各种辅助服务必须事先定价，和电能 一起采用竞争价方式。辅助服务模式为投标型“”。 阿根廷的辅助服务交易包含：频率调节、旋转备用、冷备用、电压控制和无 功管理。电网调度员和电力市场操作员合二为一，其辅助服务交易和电能均采用 投标方式“”“1 。 波兰电力市场主要由i s o 、p x 和计划协调员构成。其辅助服务市场分为日前 市场、小时前市场。辅助服务交易由市场操作，包含旋转备用、非旋转备用、替 代备用、频率调节、无功电压控制以及黑启动能力。辅助服务模式采用投标型和 双边合同型相结合的方式o ”。 澳大利亚电力市场中，电网调度员和电力市场操作员是合二为一的，以电力 联营体( p 0 0 1 ) 为中心，国家电力市场管理公司作为电力市场操作员，负责辅助服 务的管理和操作。其辅助服务含有无功和黑启动能力等。辅助服务费从发电商和 配电商那里按确定的比例收缴，然后又全部分配给有关辅助服务的提供者。辅助 服务的模式为统一型1 。 挪威电力市场中，电网公司担任系统操作员，负责对电网的运行管理、规划 及电力市场的运营。其辅助服务包含有功备用与频率控制、无功备用与电压控制 以及系统保护配置。这些服务是以两种形式提供的：一种是基本辅助服务，这种 服务是系统操作员要求市场参与者必须提供的，而且没有额外报酬：另一种是超 额辅助服务，只有系统操作员要求提供超额辅助服务时，提供者才能得到额外的 补偿。挪威水电装机容量几乎占系统总容量的1 0 0 ，而且装机容量远大于尖峰 负荷和备用容量的要求。系统操作员要求各机组运行在最佳运行点上( 为各机组 最大出力的8 5 ) ，此时系统已达到较好的安全水平和稳定性要求，一般情况下 不需要提供超额的辅助服务。其辅助服务模式为统一型。然而，随着挪威、瑞典 等北欧国家电网的互联，各电网间的运行和协作关系电贺密切有待制定新的辅助 服务模式及补偿办法脚h ”1 。 英格兰一威尔士电力市场的电能交易是通过p o o l 来完成的，同时辅助服务 6 上海交通大学硕士论文 第一章绪论 是通过辅助服务商行( a s b ) 来操作的。a s b 的作用是以商业的方式向各辅助服务 提供者购买各种辅助服务，以便使系统频率和电压维持在规定的限值内。a s b 根 据每月的情况向辅助服务提供者支付报酬。其辅助服务的主要内容有频率响应、 备用支持、无功和黑启动。这些服务以两种形式提供，一种是系统辅助服务，即 发电商有义务向国家电网公司( n g c ) 提供诸如频率响应、无功等辅助服务：另一 种是商业辅助服务，即发电商没有义务向n g c 提供该服务，但若双方经协商可达 成合同交易方式提供( 含非发电商) 。根据英格兰一威尔士发电主市场运行规则， 提供辅助服务必须服从中央调度，本质上是以p o o l 为中心，在竞价上网的基础 上实行统一调度“”“。 1 2 5 我国辅助服务市场模式 我国从1 9 9 8 年开始实行厂网分丌，竞争价上网的电力市场化改革，并确 定山东、上海、浙江等电网为试点单位，现阶段的主要特点： ( 1 ) 发电侧电力市场。在发电侧引入竞争，市场的主体是电网经营管理企 业和各独立发电企业，电网经营管理企业同时担任市场操作员。 ( 2 ) 单一购买者。电网经营企业是电力市场的单一购买者。 ( 3 ) 部分电量竞价上网。每个试点单位都采用了部分电量竞价上网的方 式。 ( 4 ) 双轨制竞价体系。基本电量部分按国家批准的合同电价结算，竞争电 量部分按竞争价电价结算。 与我国现有的电力市场模式相适应，在现有电网结构比较薄弱和备用容量不 太充足的条件下，为保证电网安全运行，各试点单位对辅助服务市场的模式和交 易考虑得不多，均采用了调度指定的办法。有的也考虑了辅助服务的扣罚办法( 如 上海) ，但还是十分粗略的，辅助服务费用在电能费用中难以真正体现出来，更 难体现出市场的竞争机制。 随着我国电力体制改革的深化，参与电力市场竞争的各独立发电公司在其市 场行为上必定更多地考虑自身的利益。同时，由于某种原因电网不按市场竞争方 式对发电公司提供的辅助服务进行补偿，难免会产生发电公司不愿继续在设备上 进行投资和技术改进。所以，必然会造成提供辅助服务方面的供需矛盾，进而影 海交通大学硕1 ：论文第一章绪论 响到电网的供电质量。从目前的情况看，有的调度中心是根据发电公司机组的性 能来安排其提供相应的服务。长此以往，将会影响电厂提供这些辅助服务的积极 性。 加强电网建设，同时做好合理的辅助服务定价也是我国电力市场发展的必由 之路。根据我国的情况，为体现发电厂问的公平竞争，也应将辅助服务从现有市 场中分离出来，建立单独的发电辅助服务市场。 由于各国电力市场的模式不同，其辅助服务的市场模式也不同。并且在同一 市场环境下，不同种类的辅助服务也存在不同的交易方式。但以投标型提供辅助 服务的情况居多，并且在辅助服务市场中引入竞争机制是必然的趋势”“。 1 2 6 辅助服务定价 在传统的电力工业中，发电、输电和配电都属于同一个电力公司，发电厂提 供电能和辅助服务是由系统调度员统一安排的，不存在对各种辅助服务进行单独 核算和计费问题。然而在电力市场环境下，为体现发电厂间的公平竞争，应量化 辅助服务的指标，核算成本，并合理付费。常用的发电、输电定价方法有综合成 本法、长期边际成本法、短期边际成本法等“”。呻1 。 然而辅助服务定价与电能定价有着本质的差别，不同的系统有不同的辅助服 务需求，同一系统不同的辅助服务应分类定价，定价问题必须考虑与主市场运行 模式相适应的定价原理和方法。 1 ) 电力市场下的频率调整 在电力市场环境下，发电与输电的相互分离对系统的频率控制方式和定价提 出了新的要求。负荷频率控锖i j ( l f c ) 有以下三种情况，第一种是免费的l f c ，即 输电系统可以要求自己下属的机组承担调节任务；第二种是收费的l f c ：第三种 是双边合同的l f c 。 2 ) 电力市场下的备用容量 电力系统运行时必须留有足够的电力电量储备，以应付负荷突然变动和发电 机组随机停运的需要，电力市场中备用问题主要是确定备用容量和相应的定价方 法，使各发电厂积极提供备用容量以维持电力市场正常运营。 发电备用容量按响应速率的不同可分为旋转备用和运行备用，它与有功频 b 上海交通大学硕士论文第一章绪论 率调节和无功电压调节服务有时是相互重叠的，并且由于分类的原则和讨论的 侧重点不同有不同的名称。 ( 1 ) 旋转备用 指能够在1 0 m i n 内增加的同步容量。 文献 6 9 】将系统运行状态划分为健康状态、边际状态和风险状态，并由此探 讨了旋转各用在系统中的分配方法和在可靠性要求下的定价方法。 文献 7 0 】提出了旋转备用的作用、成本计算模型及其效益评估的定义。作者 认为旋转备用的作用应以增加旋转备用前后系统可靠性来衡量，成本分析应以电 能边际成本理论为基础，围绕着使系统旋转备用效益最大这一目标，提出了系统 最佳丌机台数的确定以及旋转备用容量在机组中的最优分配方法，并初步给出确 定旋转备用电价。 ( 2 ) 运行备用 指能在2 0 3 0 m i n 内启动并达到正常发电功率。 文献 t u 探讨了在简易当量电价法基础上应用随机模拟技术，发展了计入运 行备用辅助服务的随机性简易当量电价法的原理和算法，并根据发电机组备用容 量分为被调度和不被调度两种情况分别事先确定上网电价和备用容量效益电价。 文献【7 2 】定义了基于电价的为发电容量备用市场参与者( 含发电商和用户) 进 行抉择过程。指出发电容量备用与实时电能市场有着本质的差别。 3 ) 无功电压支持 无功电压支持也是重要的辅助服务，是目前研究较多的课题。无功定价比 有功更加复杂，无功价格与有功一样包含电量价格和容量价格。 文献【7 3 】提出了有功，无功备用定价的一体化模型，是基于最优潮流和边际成 本理论的有功无功定价理论，能同时计算出有功、无功备用的最优容量及其价格， 但在理论上较复杂。 文献 7 4 】在引入无功功率的发电成本和无功补偿器成本之后，运用最优潮流 方法，分析了各种不同的优化目标及不同的约束条件对经济学为基础的无功电价 的影响及无功电价的特点。 文献 7 5 】虑无功及费用的实时有功、无功电价模型，并用有功无功经济调度 模型约束的乘子及系统的运行状态来表示实时电价的各组成部分，并采用二次规 9 上海交通大学硕0 ：论文筇一章绪论 划进行求解。 文献【7 6 】针对发电机组同时能发有功和无功的共同投资问题介绍了三种分 配方法：一是从工程学角度分配，如按功率因数；二是用同步电容的价格来等值； 三是用对称论方法来解决。依靠这三种方法，均可求得无功容量价格，在此基础 上探讨定价的方法。 1 3 本论文研究的意义 在世界范围内，对电力市场基本理论7 7 h 8 0 1 的研究开展的较早，并且按照经 济学原理和会计学原理的定价方法很早就被提出；在辅助服务领域也较早的提出 了节点电价的概念，对于辅助服务的定价进行了理论和实践双方面的探索，并且 取得了很大的成绩。但是在经济补偿方面，由于具体环境的差别，在这一问题上 所采取的措施也是千差万别的，在文献中报导也较少；并且由于具体情况的差别， 对于我国的电力市场，很少能够借鉴。在我国所施行的发电侧电力市场中，各个 地区市场已经建立了相应的经济补偿规则，但基本上还是以过去所采用的安全调 度模式下的经济补偿原则，在电力系统市场化的初级阶段，作为过渡，这种方法 是可行的；随着电力改革的深入，由于缺乏科学理论指导，这种补偿原则逐渐暴 露出了其缺点，从而严重影响了市场参与者的积极性，不利于建立公平的市场竞 争环境。因此，建立适合我国国情的、科学的电力市场经济补偿原则是当务之急。 总的来说，由于缺乏理论分析，对于经济补偿的尺度和标准还有待于进一步的研 究，这也是基于会计学定价理论的经济补偿方法研究的出发点。该课题的研究对 我国的电力市场是必要的，将填补我国在该理论研究领域的空白。 1 4 本论文的主要工作 本文主要对以下几方面做了论述及研究，具体讲为： 1 ) 电力市场环境下辅助服务调峰定价 调峰作为辅助服务的重要内容，有关的定价问题一直是研究的热点。本文详 细讨论了调峰容量的成本、考虑调峰运行时机组优化组合、调峰定价的方法，建 立了调峰定价的数学模型，并给出了实际算例。 2 ) 电力市场环境下调峰补偿研究 1 0 上海交通大学硕士论文第一章绪论 本文把调峰补偿分为两种情况，即额外启停机调峰补偿和调峰机组启停失败 补偿。额外启停机时考虑寿命损耗、煤耗、油耗及厂用电等因素建立模型。启停 失败时又分四种情况讨论： a ) 调度中心需调度系统中热备用容量( 系统热备用容量减少) b ) 调度中心需外购电( 系统保证热备用容量) c ) 调度中心需启停其他调峰机组( 系统保证热备用容量) 3 ) 电力市场环境下机组超技术出力时经济补偿 随着电网峰谷差及容量的增大，机组被迫超出技术出力进行调峰运行情况时 有发生，如何公正合理地对超技术出力机组进行经济补偿，成为非常现实的问题。 本文从技术角度出发，考虑机组寿命损耗、煤耗等因素，建立超技术出力时补偿 模型，实际算例表明该模型具有较好的科学性和实用性。 上海交通大学硕士论文 第二章电力市场辅助服务调峰定价研究 2 1 引言 第二章电力市场辅助服务调峰定价研究 在电力系统各环节引入竞争、增强活力，已成为世界各国电力工业发展的趋 势。本着公正、公平、公开的原则建立电力市场，进而进行电力自由贸易，正在 世界各地积极地推进。在电力市场中，为避免因片面追求经济效益而带来的系统 不稳定，迫切需要保持系统的可靠性。辅助服务作为保证系统安全稳定运行的主 要措施，已引起越来越广泛的关注。帆“1 。 在实际电力系统中，发电机组随机停机、负荷变动、线路故障等，都会破坏 电力系统的平衡状态，出现功率不足，严重时甚至造成大范围停电，为此必须保 持一定的备用容量。为了保持一定的备用容量，必须使部分机组参与调峰运行。 同时电网的峰谷差也越来越来大，大型机组参加调峰也时有发生。调峰作为辅助 服务的重要内容，在传统模式下，调峰调度都是指令性的，即在确定运行方式条 件下，在各所属厂安排或指定一定的调峰计划，在故障或峰谷差过大时，由系统 调度下达恢复命令。然而，在电力市场条件下，发电厂为各自独立的经济实体， 调峰服务本质上应看作一种商品，其使用应给予一定的经济补偿，这是就要考虑 成本、效益、定价及从整个系统角度出发的优化问题。这些都是电力市场需要迫 切解决的问题，否则将对可靠性、经济性造成重大影响呻1 。 在电力市场环境中，调峰实质上是提供足够的备用容量以满足在交易时段内 负荷变化的需要。调峰分为运行调蜂和开停机调峰两种，或者称为运行备用和冷 备用”。运行备用是最主要的辅助服务，又分为旋转备用和非旋转备用。运行调 峰容量由系统可靠性( 充裕度) 水平决定，一般为日计划峰负荷的7 一1 3 ， 并与系统结构参数有关，但同时要求作为第一类事故的备用，例如最大容量机组 的事故停运、最大输入容量的断线等。 相对主市场而言，调峰的购买是低效高成本的，然而又是必需的。高成本来 自两个方面：一方面调峰容量在多数情况下是不被调度并加载的，它类似于空闲 容量；另一方面一旦被调度和加载，通常要以高于系统边际电量成本的价格为之 付费。 1 2 j ：海交通大学硕士论文第二章电力市场辅助服务调峰定价研究 因此讨论调峰的调度与定价问题必须涉及以下几个问题：调峰市场本身采 用哪种与主市场相适应的运行模式，包括相应的调度模式和定价模式；在考虑 调峰容量下如何做到机组优化组合及调峰成本确定在调峰市场中，既可以采用 独立的定价方法，也可以采用综合的定价方法删，如何考虑这一问题，最终归结 为调峰辅助服务市场采用什么样的模式和调度原则，以及相应的定价原理和方 法。 2 2 考虑运行调峰容量的机组优化组合 2 2 ，1 数学模型 求电厂最高收益下的最佳开机台数虬和运行调峰容量。在传统的运行机制 下，机组优化组合的目标是使发电燃料耗量达到最小，以获得最大的收益。但在 市场环境下，电厂除了电能收益外，提供调峰容量也有一定的收益。因此目标函 数是电能收益和调峰容量收益之和为最大。 1 ) 在某个时段缸内电能的收益为g s g 。= u , p , a t p e 一肌e ( 鼻) f ( 2 1 ) i = 1i = l 其中缸某计算时段 只机组f 的当前出力 c j ( 只) 机组f 的发电成本函数 几该时段的电能电价 总的机组台数 “机组f 的运行状态变量，取0 ，1 两个值，分别表示停机和 运行 2 ) 在该时段内调峰收益为g ， g r = s r p r ( 2 2 ) 上海交通大学硕l ：论文第二章电力市场辅助服务调峰定价研究 nn 8 ，= 一= ( 鼻，。h 一鼻) ( 2 3 ) 其中 所发电厂调峰容量单位收益，在数值上等于其单位机会成 本( 元m w ) s 机组f 的运行调峰容量 s ，发电厂提供的运行调峰总容量 3 ) 在某个时段f 内全厂的总收益为g ，则 g = g s + g r ( 2 4 ) 由上述分析可得如下数学模型： 最标函数 ， m a x g = ( f p , t p 一f c ，( 只) f ) + s r p r ( 2 5 ) i = 1j = l 约束条件 尼= 只 只。i 。只只。 o ( ，只。一只) 其中兄该时段发电厂总发电负荷 鼻1 n i l i 机组f 最低技术出力 ( 2 6 ) ( 2 7 ) ( 2 8 ) 只。机组f 最高技术出力 从该问题的数学模型可以看出，这是一个有整数变量，、连续变量只、非 线性函数c f ( 只) 的混合整数非线性规划问题。 为了简化问题，可近似地以各机组的最高效率作为各机组运行经济性的指 标，并根据负荷情况尽可能优先投入效率高的机组。将各机组按其最高效率由大 到小排队，分别给予编号1 ，2 ，n 。这样就可大大简化计算，形成的组合为 1 4 上海交通大学硕士论文第二章电力市场辅助服务调峰定价研究 - ，= ( 1 ) ，= ( 1 ，2 ) ，= ( 1 ，2 ，3 ) ，= 0 , 2 ，i v ) ，只有n 个组合( 不做简化时有2 “ 个组合) 。 首先是根据发电厂总的发电负荷约束获得机组的经济组合，其次是将负荷在 各机组间经济分配实现调峰容量的优化分配。 2 2 2 运行调峰容量在给定机组组合下的优化分配 发电厂运行调峰容量的优化分配是通过负荷功率在给定的机组组合下进行 优化分配实现的。在已知发电负荷水平兄和开机组合j 下，如何将只在各机 组间优化分配使全厂在结算周期内的生产成本最小可用下列数学模型： 目标函数 约束条件 ， m i n c = 窆c j ( # ) f 只。bs 只只。 j 0 = e 一只 ( 2 9 ) ( 2 1 0 ) ( 2 1 1 ) 上述问题也可采用优先顺序法进行简化求饵。将各机组按其最高效率由大到 小排队，构成机组投入次序的优先顺序表，解的结果为各机组应承担的出力只。 量为 在上述已知各机组的出力水平只和开机组合- ，下，各机组承担的运行调峰容 s = 只一一只 全厂的总运行调峰容量为 ( 2 1 2 ) ( 2 1 3 ) ( 2 1 4 ) 上海交通大学硕士论文第二章电力市场辅助服务调峰定价研究 2 2 3 运行调峰容量的成本分析 某机组i 提供运行调峰容量的成本可以用其机会成本等值。机组i 因为提供 了运行调峰而使发电容量减少，发电量的减少使电能收益也减少，减少的这部分 收益就是机组l 提供的运行调峰容量的机会成本。 某机组f 在给定的时段f 内 1 ) 当它提供最大的出力只，一时，其收益为g 巩一 g r p = 只，。；a t ( p e g ) ( 1 一只，) ( 2 1 5 ) 其中雎该时段的电能电价 c ；在该出力水平下的发电成本 只。该机组的短期强迫停运率 2 ) 当它提供出力为鼻时，其收益为g 啊 g 孕。= 只f ( p f c a 0 一只。m ) ( 2 1 6 ) 3 ) 某机组f 在给定的时段缸内有无提供运行调峰前后收益的变化为g a g i5 一一g 确 = ，。一p ，) a t ( p e c a o 一只腓) ( 2 1 7 ) ( 2 1 8 ) 4 ) 全厂在给定时段a t 内有无提供运行调峰前后收益的变化为a g ， j a g ，= g ( 2 1 9 ) i = 1 5 ) 由此可得该厂在给定时段a t 内和已知的负荷水平兄、开机组合，下的运 行调峰容量成本 1 6 j ：海交通大学硕士论文第二章电力市场辅助服务调峰定价研究 a g ， m 2 运行调峰容量成本及开机组合流程图如下 ( 2 2 0 ) 图2 1 运行调峰容量成本及开机组合流程图 f i g 2 1t h e o v e r a l lf l o wo f t h ec o s to f s p i n n i n g p e a k l o a da n do p t i m a ld i s t r i b u t i o n 1 7 上海交通大学顶士论文 第二章电力市场辅助服务调峰定价研究 2 3 调峰定价模型 调峰定价在现货市场中可用3 种方法处理。一是分别建立主电能和辅助服务 市场，同时投标。这样不利于协调优化和充分利用发电机的安装容量。另一种是 先做主电能交易，将能量市场中未被调度的富裕容量参与调峰容量市场，这样容 易引起运行调峰容量市场的供应不足而产生投机行为“。第三种是主电能和运行 调峰容量同时一体优化。美国新英格兰电力市场就采用这种方法。图1 简单说明 了主电能和调峰的容量电价和电量电价的确定方法。 线( 集结后) 图2 2 调峰电价确定示意图 f i g 2 2 p r i c er e l a t e dt op e a kl o a d 设某时段各电厂报价曲线集结后，当负荷为只时，市场清算价m c p ，运 行点为4 。若调峰容量( 包含负荷备用和事故备用) 要求为a p t ，则主电能和调 峰容量一体化优化后的工作点为口，市场清算价为m c p l 。正常运行时用户按 m c p 与系统结清电能费用。在一区段被分配承担一定调峰容量辅助服务的发 电机相应容量不能再参加主能量交易而导致的损失称为“机会成本”。即使实际 运行时没有使用这些调峰容量，也要补偿发电机的机会成本，这就是“容量成 本”。由图2 2 ，假设发电厂报价为其生产成本( 含少量正常利润) ，则对于b 上海交通大学硕：i ：论文第二章电力市场辅助服务调峰定价研究 区问最左侧的发电机组，其生产成本为a d ，而如果b 全被使用，则应按m c p l 支付其电价，则该机获利为a c ，a c 即为“机会成本”，此即调峰电价基础。 如果该机组运行时被调用发出调峰电量，则还需按a d 发给“生产成本”，此即 电量电价的基础。为简化计算整个辟区段可都以此机组为基准发给调峰电价和 电量电价。此外，可对运行调峰和启停调峰分别确定调峰电价和电量电价，但仍 作一体化优化( 从而有辟、砰两个调峰容量区段和相应的m c p l 、m c p 2 ) ， 具体的调峰电价和电量电价的形成原则不变。“。分开处理时，系统的支出可明显 减少，有利于用户，下面对调峰电价的形成模型详细讨论。 2 3 1 综合竞价模型 本文建立的数学模型以购买电能及调峰费用最小为目标函数。其中购电费用 按电网统一边际电价结算。约束条件除考虑了电网功率平衡约束、电网运行调峰 容量约束、机组容量约束、机组出力调节速率约束、机组最小开停机时间约束外， 还考虑了各电厂当同合同电量约束。 1 ) 目标函数 以电网总购电费用最小为目标，即： n tn ，( 匕 晶p 皿) = m i n 艺( ( 几，i 屹 + p n 。昂， ) ，) ( 2 2 1 ) i z li