（电力系统及其自动化专业论文）基于影子价格的可中断负荷方法研究.pdf

a b s t r a c t i n t e r r u p t i b l el o a dd i s p a t c hd e c i s i o ng i s tb a s e do ns h a d o wp r i c ei sp r o p o s e d i nt h i s p a p e r , i n t e r r u p t i b l el o a dm a n a g e m e n t ，w h i c hi sa n x i o u st ob es o l v e di ne l e c t r i c i t yp o w e rd e v e l o p m e n t ，a r e r e s p e c t i v e l yt a l k e dw i t hs t a t e o f - t h e a r to fe l e c t r i c i t ym a r k e t s ，m a r k e ts t r u c t u r ea n dt r a n s a c t i o nm o d e o p t i m a lp o w e rf l o wi ne l e c t r i c i t ym a r k e t s ，l o a dm a r g i na n di n t e r r u p t i b l el o a dd i s p a t c hm e t h o db a s e do n s h a d o wp r i c eu n d e ro p t i m a lp o w e rf l o wf r a m e ，w i t ht h ea i mo fi n t e r r u p t i b l el o a dm a n a g e m e n t ，a n o p t i m a li n t e r r u p t i b l el o a dd i s p a t c hm o d e lb a s e d o i ls h a d o wp r i c ei s p r o p o s e d t h em o d e l ，w i t h m i n i m i z i n gt h es y s t e mc o s ta st h eo b j e c tf u n c t i o na n ds i m u l a t i n gt h ei n t e r r u p t i b l ep r i c ea st h em e t h o d ， e d u c e st h eo p t i m a ll o a dc u r t a i l m e n ta n ds y s t e mc o s tu n d e rd i f f e r e n ti n t e r r u p t i b l ep r i c e s t h er e s u l t s h o w st h a tt h eh i g hg e n e r a t i o nc o s tc a u s e st h eh i g hs y s t e mc o s tw h e ni n t e r r u p t i b l ep r i c ei sl o w e rt h a n s h a d o wp r i c ea n dt h eh i g h i n t e r r u p t i b l ec o m p e n s a t i o n c o s tc a o s e st h e h i g hs y s t e mc o s t w h e n i n t e r r u p t i b l ep r i c ei sh i g h e rt h a ns h a d o wp r i c e w h e ni n t e r r u p t i b l ep r i c ee q u a l ss h a d o wp r i c e ，g e n e r a t i o n c o s ta n di n t e r r u p t i b l ec o m p e n s a t i o nc o s tr i g h tg e td y n a m i ce q u i l i b r i u ma n ds y s t e mr e a c h e st h el o w e s t c o s t ，m e a n w h i l e ，t h el o a dc u r t a i l m e n ti so p t i m a l i no r d e rt ol o w e rt h es y s t e mc o s lt h e1 0 a dc u r t a i l m e n t s h o u l db ei n c r e a s e dw h e ni n t e r r u p t i b l e p r i c ei s l o w e rt h a ns h a d o wp r i c ea n d b er e d u c e dw h e n i n t e r r u p t i b l ep r i c ei sh i g h e rt h a ns h a d o wp r i c e t h et e s t so ni e e e - 3 0b u ss y s t e ma n ds h a n g h a i 1 9b u s s y s t e ms h o wt h a tt h et h e o r yi sv a l i da n dr a t i o n a l k e y w o r d s ：e l e c t r i c i t ym a r k e t s ，i n t e r r u p t i b l el o a d ，s h a d o wp r i c e ，l o a dm a r g i n ，o p f i l 独创性声明 本人声职所呈交的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，论文中不包含其他入已经发 表或撰墨过匏磅究残粜，也不包含为获缛中国农她大学域其它教弯捉秘豹学位或诞书 丽使用过的材料。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 确的谎麓并表示了漆悫。 磺交生签名： - 黧i j , 苎- 爻一 时闼： 如。6 年6 月加 ：i 关于论文使用授权的说明 本人完全了解中图农业大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留 送交论文舔复邵件和磁盘，允诲论文被查阅和僚溺，可戳采嗣影印、缩印或季j 摇等复 制手段保存、汇编学位论文。同意中国农业大学可以用不同方式在不同媒体上发袋、 传播学位论文的全部或部分内容。 瀑密瓣学位论文在解密焘褒遵守魏协议) 磋究生签名： 导师然名： 砸芬太 在髟易 黠闯： 如。年月，。嗣 时间：沙d 石年f y j ，o 曰 中国农业大学硕士学位论文 第一章绪论 第一章绪论 2 0 世纪9 0 年代以来，长期垂直一体化、效益占优势的全球的电力行业，正经历着巨大的变 革。电力市场改革的基本思想是，对垂直一体化经营的电力系统，不同程度地放松或解除管制、 引入竞争，提高运营效率；其核心是，将发电、输电、配电的主要功能分解成在商业运营方面相 互独立的实体，将电力、电量、输电服务、辅助服务等商品，尽可能精确地表示为市场交易电价， 将电力系统的各种操作咀经济尺度加以衡量，在确定市场价格和数量的经济分析中寻找平衡点。 1 1 电力市场基本理论 电力市场是电力的买方和卖方相互作片j 以决定其电价和电量的过程1 1 1 2 j 。电力市场的基本特 征是开放性、竞争性、网络性和协调性。与传统的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。建立一个电力市场有两个目标：一个是 确保安全的运行，另一个是促进经济运行。电力市场改革的总体目标足：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。从宏观的角度看，电力市 场的基本原则与其他商品市场相同，都应遵循“公平、公正、公开”的原则。 电力市场规则就是关于规范电力市场中每个行为主体的各种行为以及保证该市场正常运行 的所有准则总和1 3 】。电力市场规则的意义在于：为电力体制改革提供制度保证，促进电力工业稳 定发展和深入改革；规范电价形成机制，形成科学合理的电价体系；保证电力市场的安全、有序 运行，确保国民经济的持续发展。电力市场规则应对市场主体有约束力，同时，它还包括对市场 监管部门的权力和义务、电力市场的交易体系、交易品种、交易模式、电价、市场结算等方面的 规定。电力市场规则的体系结构包括电力市场准入规则，电力市场交易规则，电力市场竞争规则， 电力市场结算规则和电力市场监管规则等。 市场结构是指一定产业的厂商间咀及厂商与消费者之间关系的特征和形式，其中心内容是竞 争与垄断的关系n 按照竞争程度的不同来划分，市场结构可以划成为4 类：完全竞争市场、完 全垄断市场、垄断竞争市场和寡头垄断市场 5 , 6 1 。就市场效率而言，完全竞争市场优于垄断竞争 市场，垄断竞争市场优于寡头垄断市场，寡头垄断市场又优于完全垄断市场。与此相对应，电力 市场结构可以分成四种模式b , 2 i ：即垄断模式、发电侧竞争模式、趸售竞争模式和零售竞争模式。 其中零售竞争模式标志着配电侧电力市场全面开放，从1 9 9 0 年开始，首先是英国然后是挪威、 澳火利亚、美国等国家实行这种模式。实行这种模式的目的是通过电力市场的竞争降低用户电价。 这种模式将发电、输电、配电企业相分离，各自成为独立的经营实体。按市场均衡原理，由市场 定价或实行合同定价。它打破了传统的电力一体化管理模式，形成了电力供给的多家竞争的格局。 为发电企业报价竞争上网，为用户自主选择发电商、配电商，使电力充分显示出商品特性，为生 产者与消费者形成真正的买卖关系创造了市场条什。 零售竞争模式被普遍认为是一种很先进的模式，是拥有复杂电力系统的发达国家的明智选 择。但从美国加州2 0 0 0 年发生的电力危机来看，该模式对于具有完善市场结构、政策和法律的 国家才是适用模式。 要实行配电网开放的电力市场，必须具备如下条件： ( 1 ) 供需关系得到充分缓和并且供过于求。 ( 2 ) 电l 网有运营方式上的灵活性，能够适应运营条件的改变而引起的潮流变化。 ( 3 ) 定价机制要有较高的透明度。信息技术先进、市场信息畅通、生产者与消费者对市 场信息能充分了解。 ( 4 ) 有一套科学、合理的电力市场的法规和技术手段。 ( 5 ) 政府予以全力的支持。 此外，北欧电力市场结构比较独特，在发电侧未实行厂网分开，电力公司可以同时拥有配电 网络、发电厂和用户，但用户( 包括居民用户) 可以自由选择供电商，这表明北欧电力市场对配 电侧的重视。这样，电力公司的竞争压力非常人，如果自己的电厂发电成本很高，或者外购电量 较贵时，对用户的供电成本就会很高，从而会失去片j 户。州户将选择价格低廉、服务质量高的供 屯商。同时，用户自由选择供电商，也促进了服务质量的提高。为了吸引用户，各供电公司努力 提高服务质量，如制定灵活的电价政策、承诺可靠性、定期回访等。 世界各国所采用的电力市场模式多种多样，即使在同一个国家不同的地区所采用的电力市场 模式也不尽相同。甚至有的国家是两种模式或几种模式的综合，并随着时间的推移而发生变化。 如表1 - 1 所示。因此，一国的电力市场模式应随着本国电力工业的发展而发展。 表1 - 1 国外部分电力市场模式概况i 国家或地区市场模式进展阶段i 主要特点 欧洲联盟单买或零售竞争 1 9 9 9 年2 5 ，2 0 0 0 年2 8 ，2 0 0 3 年3 3 荷兰 合作型发电，零售有限竞争2 0 0 0 年运行保留原合同 公营：发电竞争性招标 西班牙已经运行 发电、零售供电有限开放竞争 私营：趸售和零售竞争 英 英格兰 强制性电力库( 1 9 9 0 年运行卜+ n e t a 模式( 2 0 0 0 年运一亍1 苏格兰零售竞争1 9 9 0 年运行发电、零售供电开放竞争 国 北爱尔兰 发电竞争性招标 1 9 9 0 年运行 发电、零售供电开放竞争 加州自愿电力库，i s o 和p x 分立1 9 9 8 年运行，2 0 0 0 年发生电力危机。p x 关闭 美 p j m已运行 发电领域开放，零售有限竞争 国 纽约有限零售竞争i s o 内嵌p x2 0 0 0 年运行 发电领域开放，零售有限竞争 新英格兰1 9 9 9 年运行发电领域开放，零售有限竞争 日本 发电竞争性招标 1 9 9 3 年开始 发电领域新增容量开放竞争 阿根廷自愿型电力库已运行发电领域开放，零售有限竞争 智利合作型发电库，零售有限竞争已运行发电领域开放，零售有限竞争 澳大利亚强制型电力库 1 9 9 8 年运行发电、零售供电开放竞争 当前，世界各国的电力市场主要有两种交易模式，一种是电力库( p o w e rp 0 0 1 ) 模式，也称 联营模式，一种是双边交易( b i l a t e r a lc o n t r a c t ) 模式。从这两个基本模式可以派生出p + b 模式 ( 电力库模式和双边交易模式的有机结合模式) 、多边交易( m u l t i l a t e r a lc o n t r a c t ) 模式。电力库 模式的基本运作方式是：发电企业向p o o l 提交报价，p o o l 根据发电公司的报价择优购买一通 常是按一定的交易算法对市场进行结清( c l e a r t h em a r k e t ) ，确定出各发电企业的发电量，由p o o l 确定市场价格。双边交易模式则是发电公司与电力用户( 或地区配电公司) 直接签订电力台同， 由买卖双方通过协商确定价格。多边交易模式中完全不存在p o o l 市场和p x 机构，并且考虑了经 纪人( b r o k e r ) 、零售商( r e t a i l e r ) 等市场中间环节，足在烈边交易模式基础上发展起来的一种 中国农业大学硕士学位论文 第一章绪论 更广泛的、基于分布协调的市场模式，可以看作双边交易模式的高级形式。 电力库模式与烈边交易模式各有优缺点。电力库模式更接近于传统电力工业按计划生产的方 式，便于统一协调。世界各国通常以电力库模式作为电力市场改革起始阶段的主要交易模式，以 便于从垄断经营向市场竞争的转轨。但是，有观点认为，p o o l 模式的价格形成机制人t 雕琢的痕 迹过于明显，电力市场通常不是一个完全竞争市场，市场成员可能具有操纵市场价格的机会，导 致市场实际运行的情形偏离市场设计者的初衷。另方面，双边交易模式给市场成员提供了更大 的自主权和商业上的灵活性，但也会给系统的阱调调度带来凼难。英国电力市场第一次改革即建 立了电力库的交易模式，第二次改革引入了新的市场机制和交易模式n e t a - ( n e we l e c t r i c i t y t r a d i n g a r r a n g e m e n t ) ，同旧的市场规则相比，新的电力市场规则具有一定的优越性，主要体现在： 市场参与者享有更多自主权：提高了系统的可靠性：市场需求方可以充分参与到新的平衡机制中 来；市场交易方式更为简单，交易成本降低。 我国从1 9 9 2 年开始引入电力市场的概念，之后迅速展开了电力市场相关理论的研究和模拟 电力市场的实践和探索。 根据国务院关于印发电力体制改革方案的通知( 国发 2 0 0 2 1 5 号) 精神，我国电力体制改 革的指导思想是：按照党的十五大和十五届五中全会精神，总结和借鉴国内外电力体制改革的经 验和教训，从国情出发，遵循电力工业发展的规律，充分发挥市场配置资源的基础性作用加快 完善现代企业制度，促进电力企业转变内部经营机制，建立与社会主义市场经济体制相适应的电 力体制。改革要有利于促进电力工业的发展，有利于提高供电的安全可靠性，有利于改善对环境 的影响，满足全社会不断增长的电力需求。要按照总体设计、分步实施、积极稳妥、配套推进的 原则，加强领导，精心组织，有步骤。分阶段完成改革任务。 我国电力市场有多种分层分区方法 8 , 9 1 ：一层结构方式，包括只设一个国家级电力市场；只 设各大区电力市场，区间互联；只设各省电力市场，省间互联；设立北方、中部和南方新三大区 域市场( 下称新大区) 。二层结构方式，包括国家和省两级；大区和省两级：国家和大区两级： 新大区和省两级。三层结构方式，包括国家、大区和省三级；国家、新大区和省三级；国家( 包 括华中市场) 、其他大区和省三级；国家( 包括华中、华东和川渝电力市场) 、其他大区和省三级。 当前我国的市场发展模式为：完善省级电力市场，发展区域电力市场培育国家电力市场，形成 以区域电力市场为主以国家和省级市场为辅，统一开放、协调联动的电力市场体系。 2 0 0 2 年1 2 月，中国电力新组建( 改组) 的1 1 家公司和国家电力监管委员会成立，标志着中 国初级电力市场开始启动和实施。新成立的公司包括两家电网公司、五家发电公司和四家辅业集 团公司。另外成立国家电力监管委员会，其主要职责是制订市场运营规则，监管市场运行，维护 公平竞争；提出电价调整建议：监督电力企业生产标准，颁发和管理电力业务许可证；处理电力 纠纷；监督社会服务政策的实施。 2 0 0 3 年，根据关于区域电力市场建设的指导意见( 电监市场 2 0 0 3 1 2 1 号) ，我国区域电力 市场建设的目标是：构筑政府监管下的统一、开放、竞争、有序的电力市场体系。区域电力市场 包括统一市场和菸同市场两种基本模式。统一市场是指在一个区域内设置一个电力市场运营机 构，电能交易( 包括台约交易和现货交易) 和交易价格均在一个市场运营机构内形成。区域电力 市场内实行统一规划，统一规则，统一管理，统一运作。共同市场是指在一个区域内设置个区 域市场运营机构若干个市场运营分支机构，电能交易( 包括合约交易和现货交易) 和交易价格在 3 中国农业大学硕士学位论文 第一章绪论 市场运营机构内分层形成。区域电力市场内实行统一规划，统一规则，统一管理，协调运作。到 十赢末期，初步形成华北、东北、华东、华中、西北、南方六大区域电力市场，基本建立电力市 场运营的法规体系和电力监管组织体系，全国大部分地区人部分发电企业实行竞价上网，符合条 件的大用户( 含独立配售屯企业，下同) 直接向发电企业购电。 2 0 0 4 年1 月1 5 日东北区域电力市场正式建立并进入模拟运行标志着我国电力市场化改革由 此迈山实质性步伐。2 0 0 4 年5 月1 8r 华东电力市场开始模拟运行，2 0 0 5 年1 0 月2 8 口启动综合 模拟运行，2 0 0 6 年4 月3 日转入试运行。2 0 0 5 年u 月2 1 日南方电力市场模拟运行正式启动， 华中、华北和西北等其他几个区域电力市场也要相继开始模拟运行。区域电力市场的运行为在更 大范围内实现电力资源的优化配置和区域电力市场的健康发展创造了体制条什。 东北区域电力市场的初期目标是组建东北区域电网公司，区域网、省电网公司之问构建母子 公司关系；开放部分发电市场；逐步对配电业务实行内部财务独立核算；允许发电权转让；有步 骤地开展发电公司与人_ ；f j 户双边交易试点；建立区域电力市场监管体系和市场运营规则，初步形 成以区域电力调度交易中心为交易平台的、省为结算中心的、统一的东北区域电力市场；中期目 标是随着电力体制改革的深入、配套电价政策的出台，进行输配分开的改革；逐步加大电力市场 竞争力度，开展发电公司与独立配电公司和夫用户的双边交易：建立辅助服务市场；完善区域电 力监管体系，形成以区域电力调度交易中心为交易平台的、输配电网开放的、统一的东北区域电 力市场；远期目标是在售电端引入竞争机制，实现所有市场主体参与的全面竞争；建立电力期货、 期权等电力金融市场；形成政府监管下的、公平竞争的、全面开放的东北区域电力市场。目前启 动的模拟运行仅限于月交易，未米将逐步开放月台同交易、发电权交易、日前交易、实时交易、 双边交易，以及辅助服务交易和电力多事交易等交易品种。 华东电力市场的建设分三期实施【1 0 l 。一期目标：建立区域统一的电能交易平台，部分电量在 华东电力市场平台统一竞争，有步骤地开展犬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，初步建立输配电电价体系，建立统一竞 争、分区控制、区域和省( 市) 协调运作的华东电力市场。 目前华东电力市场第一阶段的模拟运行已经结束，开始进行第二阶段的综合模拟运行。 华东电力市场具有如下6 个鲜明特色i l l j ： 1 1 设计了日前竞价交易模式。 2 1 全网资源优化配置和分区控制有机结合。 3 1 具有多种市场风险控制手段。 4 、引入了日前市场全电量报价的模式。 5 1 采用了节点电价的电价形成机制，这与美国p j m 电力市场中采用的节点边际电价相 似。 6 1 采用了具有当今国际先进水平的技术支持系统。 南方电力市场建设分三个阶段组织实施：第一阶段，按“起点适当，起步平稳”的要求，首先 构建南方电力市场统一竞争平台，从部分发电企业和部分电量竞争起步，逐步增加参与竞争的发 电企业，增加竞争电量的比例。第二阶段，按“适时过渡、积极推进”的要求，逐步扩大在统一平 台参与竞争的发电企业和购电企业。第三阶段，随着电力体制改革的深化和电价制度的改革，在 售电环节引入竞争机制所有具各条件的发电企业和用户直接参与市场竞争：全面开展长期、年 4 中国农业大学硕士学位论文 第一章绪论 度、月度、扫前、实时平衡等竞争交易，开展电能金融交易，建立完善的辅助服务竞争市场，形 成政府监管f 的统一开放、竞争有序、公平高效、健康发展的南方电力市场。南方电力市场建设 的长远目标是建立统一市场。 南方电力市场建设方案有五个特点：一是南方电力市场模式采用了加州电力市场模式，首次 采用交易中心和调度中心分设的模式，交易中心主要负责交易组织和结算管理，调度中心根据交 易结果并经安全校核后实施生产调度。二是采取多卖方、少买方的市场形式，五省区( 起步阶段 为四省区) 电网公司均作为购电主体参与市场竞争。三是兼顾了宏观调控和f f _ 场运作对西电东送 的作用，市场起步时维持西电东送现有的计划管理方式，起步后逐步降低西电尔送的计划部分， 逐步实现西电东送的市场化。四是立足于东西部共赢，综合考虑输电费用和环保因素。五是注重 引导发电企业j “泛参与，在市场主体的选择上，既考虑网架结构特点，又考虑了南方地区主要发 电贪业均有一定数量的机组参与市场竞争。 尽管如此，中国的输配电市场仍未开放。“十一五”期间，我国电力体制改革将继续完成厂网 分开后有关资产界定遗留问题，继续推进主辅分离改革，进一步加快电力市场建设，构建以区域 电力市场为主要形式的市场体系；抓紧开展输配分开改革的研究，适时推进输配电分开构建适 应市场化要求的输配电运营体制，深化农村电力管理体制改革等。这标志着我国的需求侧市场将 面临机遇和挑战。 1 2 电力市场下的可中断负荷管理 1 2 1 可中断负荷管理的意义及发展现状 电力系统中，负荷管理在保证电网安全运行、提高供电质量、合理配置资源等方面具有重要 意义。电力负荷调度是电网调度的主要任务之一，它包含电力供应侧和电力需求侧两个方面。在 传统的缺电局面f ，电网调度主要是通过变电所对电力负荷进行间接或直接的控制，即以大面积 硬性拉闸限电来满足系统频率要求及供需平衡，这种做法使用户无选择的间断供电，造成用户的 抱怨和供电局面的混乱。 2 0 0 3 中国电力市场分析与研究报告1 1 2 i 指出，如果出现异常高温天气，尤其是全国多数地区 同时出现持续高温天气的情况f ，夏季电力供需形势将更紧张。夏季高峰时段，系统备用不足问 题将更加突出，由于电源结构不合理及其他原因，一些地区季节性缺电的局面仍将继续。城市配 电网能力不足的问题仍将比较严重，一旦出现高温天气，一些大中城市由于低压配电网过载或故 障引起的停限电将不可避免。该报告建议通过需求侧管理缓解部分地区高峰时段电力供应紧张的 状况。 1 9 8 1 年美国学者c w g e l l i n g s 第一次提出了需求侧管理( d e m a n ds i d em a n a g e m e n t ) 的概 念。早在1 9 8 2 - 1 9 8 4 年吼美国e p r i 就开始研究和发展需求侧管理( d s m ) 项目，并给出了具 体的定义：需求侧管理是电力企业活动的计划和实施，这些活动能够影响用户对电力的使用，从 而使电力企业的负荷曲线发生预期的变化。需求侧管理是需方资源。当今世界面临资源和环境问 题的多重挑战，必须整和各方资源、优化资源配置、提高运营效率。因此，竞争性电力市场的形 成需要考虑新的策略，即更多地重视需方资源，实现电力消耗的零增长。需求侧管理的主题是用 5 中国农业大学硕士学位论文第一章绪论 户，而不是某项具体的用屯技术或产品。 综合资源规划( i r p ) ，是把实施d s m 而节省的电能视为一种资源参与电力规划，对发电、 供电和用电的方案及节电方案进行比较，经过优选组合和筛选，制定最小费用资源计划，确定最 佳资源配黄，形成对社会、电力公司和用户各方受益、成本较低、又能满足能源服务的综合方案。 各方受益的含义是：电力公司采用d s m 降低了用电增长率，可以缓建或者避免新建电厂，从 而平抑电价。用户采用先进设备的投资能在短期内从节省的电费中收回。进而获得艮久的效益。 全社会得到了优化的资源配置，抑制了资源的过快消耗，保护了环境( 如减少二氧化碳、硫化 物和灰渣的排放量) ，实现了可持续发展。 与传统的负荷管理不同，d s m 不是由电力部门单方面管理负荷，而是调动用户积极参与，并 强调以优质服务满足用户的用电要求。改变用电方式，是将负荷从电网高峰时段削减或转移到电网 低谷时段，改变电力需求在时序上的分布从而有效地降低峰荷；提高用电效率是通过鼓励用户采 用先进的技术和设备来达到。需求侧管理能取得的效益包括赢接经济效益和问接效益，南接经济 效益如缓解电源开发和电网建设带来的投资矛盾、降低用户的电费开支、减少燃料进口并抑制燃 料价格的波动等；间接效益如减少环境污染、促进节能产品市场的开发和发展、确保国民经济持 续稳定的发展等。需求侧管理的内容【1 3 1 包括负荷管理、新技术管理、战略性节能措施、自动化、 用户侧发电以及电价和市场机制调整等，需求侧管理的主要手段有技术手段、经济手段和行政手 段，技术手段如削峰或错峰，填谷，节能，灵活负荷，战略性负荷增长：经济手段如分类计价、两部 制电价、丰枯峰谷电价、分时段电价、可中断电价和实时电价，给用户或销售节电产品的商家适当 的补贴免费服务、财政援助、低息贷款等；行政手段如制定政策法规、鼓励电力公司和用户参 与d s m ，进行宏观调控，以及宣传推广等。 传统的电力规划是以负荷预测为基础，根据系统的最大负荷、需电量和负荷曲线的预测结果， 选择电源种类，确定装机容量、地点、投运时问，建设输配电系统，或采用购买其它电网的电力等 方式，尽可能经济、合理、可靠地满足用电需求。2 0 世纪7 0 年代发生能源危机对美国等西方工 业化国家产生了深远影响，也使人们逐步认识到，仅从供应侧被动地提出满足需求目标豹规划方案， 而视需求为给定目标，不考虑如何调整电力需求，是电力规划中的一大误区。能源危机使电力公司 发电成本大幅度上涨；同时，公众环境保护意识日益增强，电源建设在选址方面受到一定的制约， 从而使发电成本进一步增长，电价随之上升，电源建设的投资回收风险逐步加大。从用户的角度 看，通过优化用电方式、提高用电效率，可以满足同样的能源需求。 随着社会经济的快速发展，电力需求也不断的高速增k ，然而作为资金和技术密集型产业的 电力行业，电源和电网投资过快过大一直是困扰电力行业发展的问题，而且事实证明，单纯考虑 发电侧的投资是永远不可能解决电力供需矛盾的。如果能有效的抑制负荷的快速增长，就可以减 缓电力的投资，减小电力供给压力。 可中断负荷管理( i n t e r r u p t i b l el o a dm a n a g e m e n t ) 是需求侧管理的重要组成部分。随着市场 观点逐渐引入，电力系统对需求侧的观点也发生改变，用电方不再是物理意义上的负荷而是作为 消费者的用户，中止这样的服务不是单纯的拉闸限电而需要给予用户一定韵补偿。可中断负荷管 理是削峰的主要手段，对负荷侧管理的实施有着重要的作用。可中断负荷管理是电力负荷管理的 一项重要内容i “i ，其方法是通过电力企业和用户签订合同( 协议) ，通过电价激励实现在系统峰 值时或紧急状态f 用户按照合同( 哳议) 规定中断或削减负荷。 6 中国农业大学硕士学位论文 第一章绪论 可中断负荷的成本【l5 j 是停电损失，它与提前通知时间、停电持续时间、停电发生时间、缺电 比率因素有关，而可中断负荷的效益有可靠性效益，削减价格尖峰效益和减少系统成本效益。实 施可中断负荷措施的重要内容之一，是设计合理的可中断负荷电价。一方面使用户感受到执行可 中断负荷电价的吸引力，并产生按合同( 协议) 要求削减或转移其在系统高峰时用电负荷的动力： 另方面使电力企业可以移峰填谷，提高电网负荷率，促进电网安全，发电机组也能够经济稳定 运行，降低运行成本。可中断电价 1 6 1 是电力公司提供给实施可中断负荷用户的优惠电价。当系统 高峰时段电力供应不足时，电力公司可以按照预先与这些用户签订的可中断电价合同暂时中断用 户部分负荷，从而减少高峰时段电力需求，改善负荷形状，延缓电厂建设，提高系统整体经济效 益。而对那些对供电可靠连续供应的要求很高，即使在电力供应不足需要减少负荷以确保电网安 全稳定运行时也不允许中断供应的电力用户，试行高可靠性电价，高可靠性电价的收益可用来补 偿可中断电价的资金米源问题。 从电力市场角度看，可中断负荷是一种单边可选择远期合同，实施可中断负荷可以调动需求 侧参与市场的积极性，有利于市场中各类参与者【17 i 。对独立调度i s o ( i n d e p e n d e n t s y s t e m o p e r a t o r ) 电能交易中心p x ( p o w e r e x c h a n g e ) ，实施可中断负荷可以削弱价格尖峰，减少市场中的投机行 为；对售电商，可中断负荷提供了在实时市场电价偏高时中断部分负荷的机会，从而减少了市场 风险；对发电商，与某些大用户签订可中断合同等效于新增装机容量，增加了在市场报价中的灵 活性；对用户不仅可以得到在中断供电后的赔偿，而且可以从可中断负荷实施后提高系统可靠 性和削弱价格尖峰中受益。 国外一些现有的可中断电价方案：瑞典的可中断电价要求用户在平均5 年的协议期间内保证 8 0 0 0 d , 时的负荷中断，而另一种方案则要求5 年内保证1 5 0 0 0 b 时的负荷中断。显然，后者的用户 优惠要大于前者。加拿人安大略水电公司f o n t a r i oh y d r o ) 的可中断电价服务要求每年至少1 5 0 0 d 、 时，而且每次中断至少是不间断的3 个小时。美国圣迭亚哥( s a nd i e g o ) 煤气电力公司的可中断电 价是在高峰时超量供应的电能以$ 8 2 5 k w h 计，在交易中公司对于非峰时段的电能给予客观的折 扣。 我国台湾电力公司于1 9 8 7 年开始实施可中断电价i l ，各类可中断电价实施情况如表1 2 所示。 台湾可中断电价逐年修订，目前共有7 类可中断电价，如表1 3 所示。截至2 0 0 1 年夏季，台湾电力 公司共有6 7 7 户选用该电价，合同可中断容量为1 6 5 万k w ，在夏季高峰日削减负荷1 1 5 万k w ，约 占削减高峰负荷总数的2 6 。 文献f 1 8 1 全面分析了台湾电力公司实施可中断负荷的情况，认为获得了相当的成效，每年峰 荷时因此削减负荷达到2 7 0 m w ，占总数的2 4 ，并且保证了生产成本上的经济性。 表1 - 2 台湾电力公司可中断电价实旌情况 注：可中断电价三、四及区域性可中断负荷因夏季负荷高峰日未执行。故无削减高峰负荷值 7 中国农业大学硕士学位论文 第一章结论 表1 3 台湾电力公司可中断电价类别 类别中断时间 方式电价优惠 北京市1 9 9 7 年开始实施d s m 项目【1 t 硎，签订可中断负荷协议是其中的一项措施，该项目实施 后，1 9 9 7 年取得实际移峰效果5 0 m w ，1 9 9 8 年又移峰填谷5 0 m w ，增加低谷电量约1 5 0g w h ，负 荷率得到了提高，对供用电双方均有显著的经济效益。移峰填谷投入：1 9 9 7 年为1 2 0 5 万元，1 9 9 8 年5 6 7 万元；产出：短期可避免容量成本4 8 0 万元年，避免调峰装机投入2 0 0 0 万元年( 运行费忽 略1 。因此，1 9 9 7 年、1 9 9 8 年各获收益2 4 8 0 万元，经济效益非常显著。 胜利油田实施d s m 项目的效果口1 ：1 9 9 7 年，全局用电量7 0 2 8 4 8 g w t h ，比1 9 9 6 年下6 1 2 9 6 1 g w h ，可节约电费61 0 7 1 4 5 万元。1 9 9 8 年，全局用电量6 7 9 3 1g w h ，1 ：e 1 9 9 7 年用电量减少2 3 5 g w h ，扣除1 9 9 8 年上半年关井的少用电量4 1 0 4 g w h ，实际节电1 9 4 g w h ，年节约电费7 3 1 4 万 元；最高负荷1 0 6 1g w ，比1 9 9 7 年下降了0 0 2 6g w ，相当于缓建或节省电力投资1 1 7 亿元。同 时减少了c o ”s o2 的排放量。1 9 9 9 年，全局用电量约为6 4 0 0 g w - h ，比1 9 9 8 年下降约4 0 0 g w h ； 最高负荷1 0 2g w 左右，比1 9 9 8 年下降4 0 0g w 。1 9 9 7 年网损为7 3 ，比1 9 9 6 年减少了0 1 1 9 9 8 年网损为7 1 ，比1 9 9 7 年减少了0 2 ：1 9 9 9 年网损为6 8 ，比1 9 9 8 年又减少了0 3 。 可中断负荷控制措施和可中断电价手段在许多国家已广泛应用于冶金、水泥、造纸、纺织等 工业用户，并取得较为显著的调荷效果，电力企业和用户都可从中获益。 1 2 2 国内外可中断负荷管理的研究方法 目前国内外可中断负荷的研究主要有以下几个方面： 1 ) 博弈论方法 w i s c o n s i n m a d i s o n 大学的f e m a n d ola l v a r a d o 教授等人从博弈论的角度提出可中断电价设 计需满足两个约束i ：2 2 “，即个人理性约束( i n d i v i d u a lr a t i o n a l i t yc o n s t r a i n t ) 和激励相容约束 8 中国农业大学硕士学位论文第一章绪论 ( i n c e n t i v ec o m p a t i b i l i t yc o n s t r a i n t ) ，并按照博弈论及信息经济学的显示原理设计可中断合同。i r 约束是指理性的用户接受电力公司设计的机制下所获的的期望受茄不比不接受时最大期望受益 小；i c 约束是指签订合同的用户选择电力公司所希望的行动( 比如提供真实的成本参数) 时的期 望受益不小于选择其他行动时最大期望受益。 设停电损失为c ( o ，工) 一k l x 24 - k 2 工一k 2 x 口，电力公司付给_ l 户的中断费用为y ( o ) ，则客 户利益为p ，工，y ) ；y c p ，x ) = y k l z 2 一k 2 工+ k 2 工日t 电力公司利益为 p ， ) = 缸p ) 一y p ) 。 合同的目标是电力公司的利益最大化，即m a x ( 阻p ) 一y ( 口) j 厂 口 ( 1 - 1 ) 由此形成的个人理性条件：k p ，x ，y ) ty ( o ) 一k 1 x 2 ) 一k ：x ( o ) + k 2 出p ) 20 ( 1 - 2 ) 激励相容条件：y p ) 一k l x 2 p ) 一k 2 x p ) + k 2 归) 2 y ( o ) 一k 1 x 2 徊) 一k 2 z p ) + k 2 出徊)( 1 - 3 ) 其中：0 为用户真实的类型参数，口为用户上报的类型参数。 运用显示原理，令p 为真实类型参数时k 徊，石，y ) 最大来求解，即型二錾! 盟：0 。 o 口 上海大学的方勇等人据此设计了一种激励相容的可中断负荷管理合同模型 2 4 1 ，从理论上模拟 了用户上报类型参数真实性的问题。 博弈论的方法能够在不知道用户真实参数情况下设计出最优的合同，可以应用在可中断机制 设计上，实现可中断调度费用的合理化，但前提是针对理性的用户。 2 ) 金融期权方法 金融衍生物口l 伍n a n c 谳d e r i v a t i o n s ) 是一种风险管理工具，他的价值依赖其他更基本的原生资 产( 或称标的资产) ( u n d e r l y i n ga s s e t s ) 的价格变化。期权是指持有入在确定时间，按确定价格 向出售方购( 销) 一定数量和质量的原生资产的协议，但他不承担必须购入( 销售) 的义务。 用户卖出对同一电能的认购看涨期权【冽( 即电力公司买入) ，它可授予电力公司以敲定电价 k 买到这一电能的权利，而不是一种义务，即电力公司在交割日出于系统安全、高峰时负荷需求 紧张或经济的原因，台约交货时的市场价格高于中断电价，可不提供电能给用户，即中断对用户 的供电，此时该敲定电价即中断电价。可中断期权价格与实时电价、敲定价格、到期期限无风险 利率、电价波动率等因素有关，有代表性的期权定价公式是b l a c k - - s c h o l e s 公式。 金融期权有保值和价格发现的作用，在电力市场环境下，该方法能反映市场的经济信号，规 避市场风险，可用来进行可中断负荷定价。该方法实施的前提条件是实时电价的实行。 3 ) 需求侧报价( d e m a n ds i d eb i d d i n g ) 方法 d s b 是另一种可中断负荷管理的形式，即可中断负荷参与市场报价。e n g l a n d 和w a l e s 电力 市场中的可中断负荷管理采取需求侧报价的方式，认为需求的任何变动可以看作发电例的反向变 动，反之亦然。d s b 是一种需求侧和发电侧同时具有竞争的机制。英国学者gs t r b a c 等人提出了 需求侧报价的框架模型b ”，其目标函数是购电费用最小化，购电费用包括发电侧购电和需求侧购 电，约束包括发电机有功输出的上下限，用户减负荷的上f 限，功率平衡约束，用户总减荷量约 束。 9 中国农业大学硕士学位论文 第一章结论 d s b 方法强调需求侧和发电侧同等重要的地位，是电力市场中实施可中断负荷的重要部分， 有着灵活性的价值，可以用来进行可中断负荷的管理和调度，但由于存在减负荷后的负荷恢复的 影响，d s b 方法也可能会引起电价无根据的急剧上涨( 2 8 1 。 4 )基于概率论的方法 华北电力大学的曾呜教授提出了基于概率论的s p r e a d s h e e t 模型进行中断负荷的凋度处理【”1 。 该方法利用正态分布函数进行峰荷概率预测，确定一个fj 槛值t l ，当次口预测值超过h ，则要求 中断负荷。调度门槛值h 取决于中断次数和和中断时间点，调度的1 7 标总是对k 个最高的剩余峰 荷进行中断。文献【3 0 】在此基础上进一步考虑依重要性( 可靠性) 不同多类负荷使电力公司在给用 户补偿尽可能低的条件下达到最大削峰效益下的备类负荷优先顺序进行调度( 中断、削减) 的问 题。 该方法的优点是简单易行，但依赖负荷预测的准确性。 5 ) 最优潮流法 印度学者sm a j u m d a r 等人提出的基于最优潮流算法的可中断负荷调度模型刚以发电费用和 负荷中断费用最小化为目标函数求解，约束条件有潮流平衡方程，考虑爬坡率的发电机有功无功 输山限制，发电机和和负荷的母线电压约束，传输线容量约束，长期中断量约束；其数学模型如 下： m “磊军c 眨) - i - 薹善伍。粥1 ：+ t 几z t “) c c t ( 1 - 4 ) s t e 一磁+ 善【眺e c l t 善吲+ 吲。吲c o s 慨+ 0 ，一0 1 ) ( 1 - 5 ) q ；一如+ 弘州o 毗】j 一弘陆i s i n ( 0 0 + 口，一0 i ) ( 1 - 6 ) ( 1 - r z z ) 喀1s 昂s ( 1 + r g i ) 蓐1 ( 1 7 ) 0 , 7 “s q 二s q 芽 ( 1 - 8 ) 俐i 一c o n st ant(1-9) i 矿“is 川一s i 矿叫( 1 - 1 0 ) es 0 。 ( 1 - 1 1 ) u ：= u 譬1 一e ，譬5 k a n k a rb h a t t a c h a r y a 等人则建立了实时最优潮流模型p 费用总和为目标函数进行求解。 ( 1 - 1 2 ) 以发电成本、运行成本和无功支持 最优潮流法考虑了相对较多的静态安全约束，能对资源进行最优配置，有利于保持低电价水 平，其缺点是没有考虑暂态稳定等动态约束。 6 ) 灵敏度分析法 s c o t tg r e e n e 等人构建了考虑电压崩溃的负荷功率裕度( 负荷功率裕度是指从正常上作点， 中国农业大学硕士学位论文 第一章绪论 依照一定的负荷增长模式增加负荷，直至电压崩溃点【鞍点】时所增加的负荷总量) 灵敏度分析方 法p ”5 i ，负荷功率裕度影响电压的稳定性，负荷功率裕度越小，电压越容易崩溃，负荷功率裕度 需满足电压安全稳定性的要求。其基本数学模型如下： 线性模型：l ；上。卸( 1 - 1 3 ) 1 二次模型：址= 三p 印+ 丢卸2 三”p ( 1 - 1 4 ) z 其中：l 为负荷功率裕度增最 p 为负荷功率变