（电气工程专业论文）电力市场环境下中长期发电容量充裕性问题的研究.pdf

摘要 摘要 世界范围内的电力工业市场化改革改变了电力系统管理、规划和运行的本 质，中长期发电容量充裕性问题因而也具有了新的特点和面临新的挑战。长期 发电容量充裕性问题在传统环境下主要是长期电力需求预测的准确性问题，而 市场环境下则变成各发电公司分散投资决策的结果。发电容量在一些国家的不 足、过剩或周期性变化所产生的巨大负面影响，已经引起越来越广泛的注意。 确保长期发电容量充裕性成为电力市场建设需要解决的重要基础问题之一。为 此，学术界和工业界提出并实践了各种方法，但依然没有一致结论，仍需要对 其进行深入研究，这包括：仅靠单一能量市场能否引导足够的发电投资；现有 的市场机制模式哪个更有效：如何进行市场设计和确定相关参数：以及谁应该 对确保发电容量充裕性负责，市场引导与管制手段哪个更有效，政府或监管机 构负有什么职责等相关问题。同时，与中期发电容量充裕性密切相关的发电机 组检修计划安排也发生了根本改变，由系统调度机构的集中调度转变为各发电 公司最大化各自利益的分散决策。发展适应于电力市场环境的发电机组检修计 划的方法框架是解决确保中期发电容量充裕性这问题的关键所在。本论文针 对上述几个方面的问题进行了比较系统的研究，取得了一定的研究成果。 1 ) 首先对能否依靠单一能量市场来确保长媲发电容量充裕性这一重要而基 本的问题进行了理论模型分析和实践应用方面的讨论，结果表明无论在理想的 完全竞争市场环境下，还是在实际运营的电力市场中，单一能量市场模式都难 以确保发电容量的充裕性。 2 ) 重点总结和分析比较了近似传统规划法、容量费用模式、容量责任和装 机容量模式、区域装机容量市场法、期权法、运行备用支付法和用户侧容量定 购法等用于解决长期发电容量充裕性问题的方法，明确了各方法理论上的优缺 点和在应用上的可行性和适用范围等。 3 ) 讨论了确保发电容量充裕性的责任主体、方法的设计思路等，提出了确 保发电容量充裕性的方法所应具备的特征，构建了一种能够满足这些特征的计 及机组利用小时数的容量责任模式。 4 ) 为研究随机环境下确保发电容量充裕性方法的参数设计问题，构建了从 待决策问题的有效决策前沿曲线形状的全局角度出发的目标与机会平衡规划 浙江大学博士学位论文 法，通过权衡目标收益和实现机会两个因素的数值关系和二者变化速度的对比 关系，最大限度地提高决策者的决策效用。 5 ) 构建发电容量充裕性评价体系，即在一定的能源、金融和环保等政策下， 按地域和时间两个维度，全面考虑电力工业内外影响发电容量充裕性的因素进 行评估，以提供发电容量充裕性的预警机制、发输电规划协调和相关政策效果 的评估机制、电源投资信号的指导发布机制，并基于指标体系的特点，提出结 合层次分析法、基于均衡函数的变权模式和模糊综合评价方式的指标评价方法。 6 ) 为确保中期发电容量充裕性，首先为发电公司构造了一种计及条件风险 价值的中期运行规划模型，以此为基础，研究了市场环境下的发电机组检修计 划安排的特点，并建立了市场环境下调度机构协调机组检修计划的模型。该模 型在分析检修计划对系统安全的影响时，不仅考虑了发电容量充裕度，还通过 基于输电断面的n 1 分析和拥塞率的概念适当计及了输电网络容量约束和随机 的线路断开故障，并利用所提出的协调系数保证了各发电公司之间的公平性。 此外，还提出了合适的算法和收入盈余的次序补偿分摊法。 最后对论文所作的研究工作进行了简要总结，并指出了在这一领域有待进 一步深入研究的问题。 关键词：电力市场；发电容量充裕性；发电投资；发电机组检修计划；单一能量 市场；容量市场；目标与机会平衡规划法：评价指标体系 i i a b s t r a c t a bs t r a c t n ep o w e ri n d u s t r yr e s t r u c t u r i n ga l lo v e rt h ew o r l dh a sc h a n g e dt h em o d eo f m a n a g e m e n t ，p l a n n i n g ，a n do p e r a t i o no ft h ep o w e ri n d u s t r y a c c o r d i n g l y , t h e m i d - t e r ma n dl o n g t e r mg e n e r a t i o nc a p a c i t ya d e q u a c y ( g c a ) p r o b l e m sg a i nn e w c h a r a c t e r i s t i c s ，f a c i n gn e wc h a l l e n g e s i nt h et r a d i t i o n a le n v i r o n m e n t ，t h el o n g - t e r m g c ai sm a i n l yo nt h ea c c u r a c yo fl o n g - t e r ml o a df o r e c a s t i n g h o w e v e r , i nt h en e w m a r k e te n v i r o n m e n t ，i tt u r n st ob et h er e s u l to fd e c e n t r a l i z e di n d i v i d u a l d e c i s i o n - m a k i n go fg e n e r a t i o nc o m p a n i e s ( g e n c o s ) t h es h o r t a g e ，r e d u n d a n c yo r p e r i o d i c a lv a r i a t i o no fg e n e r a t i o nc a p a c i t yi ns o m ec o u n t r i e sh a v el e dt oh u g e n e g a t i v ei n f l u e n c ea n da ：t t r a c t e dm o r ea n dm o r ea t t e n t i o n t oe n s u r et h el o n g - t e r m g c ai so n eo ft h em o s ti m p o r t a n ta n df u n d a m e n t a li s s u e si n d e s i g n i n ga n d d e v e l o p i n ga ne l e c t r i c i t ym a r k e t s e v e r a lm e t h o d sa r ep r o p o s e do re m p l o y e di n a c a d e m i ca n di n d u s t r yf i e l d s ，b u tn o n eo ft h e mh a sb e e nb r o a d l ya p p r o v e d s o m e i s s u e sa ler e q u i r e dt ob ea n a l y z e df u r t h e r ，i n c l u d i n gw h e t h e rt h ee n e r g y o n l ym a r k e t c o u l di n d u c es u f f i c i e n tg e n e r a t i o ni n v e s t m e n t ，w h i c ht ob et h em o s te f f e c t i v ew a yi n t h ep r a c t i c e ，h o wt od e s i g nn e wm e c h a n i s m sa n dd e t e r m i n et h ep e r t i n e n tp a r a m e t e r s ， w h ot ob er e s p o n s i b l ef o rt h eg c a , w h i c ht ob eb e t t e rb e t w e e nt h em a r k e tw a ya n d t h er e g u l a t i o nw a y , w h a tt ob et h er e s p o n s i b i l i t i e so ft h eg o v e r n m e n ta n ds oo n m e a n t i m e ，t h eu n i tm a i n t e n a n c es c h e d u l i n g ( u m s ) w h i c ha f f e c t st h em i d t e r mg a c h a sb e e nt r a n s f o r m e df r o mt h ec e n t r a l i z e dd i s p a t c hb yt h ei n d e p e n ts y s t e mo p e r a t o r ( i s o ) t ot h ed e c i s i o n - m a k i n go fe a c hi n d i v i d u a lg e n c of o rm a x i m i z i n gi t so w n p r o f i t t od e v e l o pt h ef r a m e w o r ko fu m s i na c c o r d a n c et ot h er e q u i r e m e n to ft h e p o w e rm a r k e ti st h ek e yt oe n s u r et h em i d - t e r mg c a i nt h i st h e s i s ，t h ea b o v ei s s u e s a r ei n v e s t i g a t e ds y s t e m a t i c a l l ya n ds o m es i g n i f i c a n tr e s u l t sa r eo b t a i n e da sd e t a i l e d b e l o w 1 b a s e do nt h et h e o r e t i c a lm o d e la n dp r a c t i c a ld i s c u s s i o n , t h ep a p e rm a k e s a n a l y s i so nt h ei s s u ew h e t h e rt h ee n e r g y - o n l ym a r k e tc a l le n s u r et h e l o n g t e r mg c a b o t l l 也et h e o r e t i c a ld e d u c t i o nr e s u l t su n d e rp e r f e c t c o n d i t i o na n dt h ed i s c u s s i o nc o n c l u s i o n so na c t u a lp e r f o r m a n c eu n d e rr e a l e n v i r o n m e n ts h o wt h a ti ti sd i f f i c u l tf o rt h ee n e r g y - o n l ym a r k e tt o e n s u r e g e n e r a t i o nc a p a c i t ya d e q u a c y s e v e r a lw i d e l ye m p l o y e do re s t a b l i s h e dm e t h o d sa r ei n v e s t i g a t e d ，i n c l u d i n g s i m i l a rt r a d i t i o n a l p l a n n i n g ，c a p a c i t yp a y m e n t s ，c a p a c i t y o b l i g a t i o n s ， i n s t a l l e dc a p a c i t ym a r k e t ，l o c a t i o n a li n s t a l l e dc a p a c i t ym a r k e t ，o p t i o n s ， o p e r a t i n gr e s e r v ep a y m e n t s ，a n dc a p a c i t ys u b s c r i p t i o n a n dt h et h e o r e t i c a l a d v a n t a g e sa n dd i s a d v a n t a g e s ，a sw e l la s t h ep r a c t i c a lf e a s i b i l i t ya n dt h e a d a p t i v es c o p eo ft h e s ea p p r o a c h e sa l ei d e n t i f i e d t h ei s s u e s ，s u c ha se n t i t i e sr e s p o n s i b l ef o rt h eg c aa n dt h ed e s i g nw a y , a r e s p e c i f i e d ；a n dt h ec h a r a c t e r i s t i c sr e q u i r e df o ram e t h o da d a p t i v et oe n s u r e s u f f i c i e n tg e n e r a t i o nc a p a c i t ya r ep r o p o s e d a d d i t i o n a l l y , ak i n do fc a p a c i t y o b l i g a t i o n sm e c h a n i s mw i t hc o n s i d e r a t i o no ft h ea n n u a lu t i l i z a t i o nh o u r so f g e n e r a t i n g u n i t si s d e v e l o p e d ，w h i c h c a nm e e tt h ea b o v er e q u i r e d c h a r a c t e r i s t i c s t od e t e r m i n et h ei n t e r r e l a t e dp a r a m e t e r si nt h em e t h o d st oe n s u r et h eg c a ，a n e wp r o g r a m m i n gm e t h o d ，t e r m e da sb a l a n c ep r o g r a m m i n gb e t w e e nt a r g e t a n dc h a n c e ，i sp r o p o s e d i tc a nm a x i m i z et h ed e c i s i o nu t i l i t yt h r o u g h w e i g h i n gt h eq u a n t i t yr e l a t i o na n dc o m p a r i n g t h ec h a n g i n gv e l o c i t yb e t w e e n t h et a r g e tp r o f i ta n dt h er e a l i z a t i o nc h a n c e ，b a s e do nt h e a l l - a r o u n d i n f o r m a t i o na b o u tt h ee f f c c t i v ed e c i s i o n f r o n tc u r v eo ft h ec o n c e r n e d p r o b l e m s t h ee f f e c t i v e n e s so ft h ep r o p o s e dm e t h o di s d e m o n s t r a t e db y b u i l d i n gt h eb i d d i n gs t r a t e g i e sf o rg e n c o sw i t hr i s km a n a g e m e n ti na n e l e c t r i c i t ym a r k e te n v i r o n m e n t 5 t oc o n s t r u c tt h ee v a l u a t i o ni n d e xs y s t e mo ft h eg c a a i m st os u p p l yt h e e a r l y w a r n i n gs y s t e m ，t h e e v a l u a t i o n s y s t e m o fc o o r d i n a t i o nb e t w e e n g e n e r a t i o np a n n l i n ga n dt r a n s m i s s i o np l a n n i n ga sw e l la st h ee f f e c to f t h e r e l e v a n tp o l i c i e s ，a n dt h ed i r e c t i o ns y s t e mo fe f f e c t i v eg e n e r a t i o ni n v e s t m e n t s i g n a l s ，t h r o u g ha s s e s s i n ga l lt h er e l e v a n te l e m e n t si na n do u to ft h ep o w e r i n d u s t r y , a c c o r d i n gt ot w od i m e n s i o n s ，i e t h er e g i o na n dt h et i m e ，i nt h e c e r t a i np o l i c ye n v i r o n m e n to fe n e r g y , f i n a n c i a la n de n v i r o n m e n tp r o t e c t i o n c o n s i d e r i n gt h et r a i t so ft h ei n d e x ，t h ep a p e ra d o p t sa ni n t e g r a t e de v a l u a t i o n w a yw i t ht h ee m p l o y m e n to ft h ea n a l y t i c a lh i e r a r c h yp r o c e s s ，t h ec h a n g i n g i l z 支 屯 w e i g h i n gm o d eb a s e do nt h eb a l a n c e df u n c t i o n s ，a n dt h ef u z z ys y n t h e s i s 6 t oe n s u r et h em i d - t e r mg c a ，am i d - t e r mo p e r a t i o np l a n n i n gm o d e lw i t hr i s k m a n a g e m e n ti sd e v e l o p e df o rt h eg e n c o sf i r s t l y a n db a s e do n t h em o d e l ， t 1 1 ec h a r a c t e r i s t i c so fu m si nt h em a r k e te n v i r o n m e n ta r ea n a l y z e d t h e na n e wu m sc o o r d i n a t i o nm o d e li sc o n s t r u c t e df o rt h ei s oi nt h i sp a p e rs oa s t oc a t e rf o rt h em a r k e te n v i r o n m e n t w h e nw ea n a l y z et h ei m p a c to fu m s o n t h ep o w e rs y s t e ms e c u r i t y , t h eg c a i st a k e ni n t oc o n s i d e r a t i o nt o g e t h e rw i t h t h et r a n s m i s s i o nc a p a c i t yc o n s t r a i n sb yi n t e g r a t i n gt h e n 一1 e x a m i n a t i o no f l i n e sa n dt h ec o n c e p to fc o n g e s t i o nr a t e a n dt h em o d e lm a ye n s u r et h e f a i r n e s sa m o n gt h eg e n c o st h r o u g ht h ep r o p o s e dc o o r d i n a t i o nc o e f f i c i e n t i na d d i t i o n , t h ea d e q u a t es o l u t i o nf o rt h i sm o d e la n dt h ea l l o c a t i o nw a y a b o u t t h ei s o si n c o m ea r es u p p l i e d f i n a l l y ，c o n c l u s i o n sa r em a d eb a s e do n t h er e s e a r c ho u t c o m e s ，a n dd i r e c t i o n sf o r f u t u r er e s e a r c hi n d i c a t e d k e y w o r d s ：e l e c t r i c i t ym a r k e t ；g e n e r a t i o nc a p a c i t ya d e q u a c y ；g e n e r a t i o ni n v e s t m e n t ； u n i tm a i n t e n a n c es c h e d u l i n g ；e n e r g y o n l ym a r k e t ；c a p a c i t y m a r k e t ；b a l a n c e p r o g r a m m i n gb e t w e e nt a r g e ta n dc h a n c e ；e v a l u a t i o ni n d e xs y s t e m i i i 浙江大学博士学位论文 致谢 本课题的研究得到了香港理工一浙江大学博士生联合培养 计划( g - u 0 9 6 ) ，国家科技部9 73 项目( ( 提高大型互联电网运行可 靠性的基础研究汾第五子课题( 2 0 0 4 c b 2 1 7 9 0 5 ) ，国家自然科学基 金项目( 7 0 6 7 3 0 2 3 ) 和教育部“新世纪优秀人才支持计划 ( n c e t - 0 4 0 818 ) 的资助。特此致谢。 第一章绪论 1 1 课题的背景与意义 第一章绪论 发电容量充裕是确保电力系统稳定和电力市场稳定的必要条件【l 】，是电力 工业发展中需要解决的最重要的问题之一。电力短缺不但会造成巨大的经济损 失，甚至可能引起社会和政治问题；同样，过多的发电投资也会造成巨大的浪 费。在过去的1 0 年间，我国电力建设和电力供需形势发生着周期性的变化。1 9 9 7 年开始，电力供应在总体上存在一定过剩。但自2 0 0 3 年起，由于经济快速发展， 电力负荷急增而导致全国出现大面积的电力短缺，进而引发了规模大而无序的 电力投资。2 0 0 7 年电力供需在总体上趋于平衡，预期不久将出现电力装机过剩 局面。这种周期性的大起大落对国民经济和社会发展所造成的巨大负面影响是 不言而喻的。 作为供电可靠性标准的一项重要内容，发电容量充裕性是指发电资源满足 中长期用电需求的能力。国外学者一般仅考虑长期的发电容量充裕性问题，而 国内学者则将其细化为中期和长期两个时间范围。因此，本文包含有效引导发 电投资以确保长期的发电容量充裕性和合理安排发电机组检修计划以确保中期 的发电容量充裕性两个方面的研究内容。 能否维持长期的发电容量充裕性主要取决于对发电投资激励的强弱，而中 短期发电容量充裕性则主要与发电机组检修计划安排的合理性有关。二者密切 相关，在中短期发电容量不够充裕的情况下，发电检修计划安排的灵活性将不 大，市场价格也会偏高，这会为发电投资提供激励信号。而当长期发电容量充 裕时，相应的发电检修计划安排就可以更为灵活。 在电力市场环境下，如何确保发电容量充裕性成为一个极具挑战性的问题。 实际上，在世界上很多已运营多年的电力市场中，包括那些原来容量过剩的， 都出现了备用不断下降的情况1 2 j 。虽然备用下降不能完全归罪于有些学者所认 为的不合理的确保容量充裕的市场设计，事实上这也是市场化改革所带来的益 处之一，减少了原有的大量过剩容量f 3 j ，但其发展趋势却不容乐观。普华永道 关于电力工业的调查报告指出，在电力市场最受关注的问题方面，电力供应安 全已由2 0 0 3 年的第四位上升到2 0 0 4 年的第一位 4 1 。因此，在我国开展电力工 业市场化运营的改革之初，必须要解决如何确保发电容量充裕性的问趔5 1 。而 5 浙江大学博士学位论文 这需要重新审定原有的电力系统安全运行的导则和指标；关注经济与技术之间 的协调性；以及建立电力市场条件下电力工业的监督和管理体制等t 6 1 。 1 1 1 电力工业市场化改革 随着产业组织理论、政府监管理论、新古典经济学和公共选择理论等经济 理论的进展，电力工业的自然垄断特性、政府职能和市场作用等被重新认识； 同时，电力技术也实现了长足进步，特别是天然气发电技术的发展，降低了发 电投资的最小经济规模。因此，自2 0 世纪8 0 年代以来，电力工业的市场化改 革浪潮开始席卷全球。 开展改革的动因主要包括：促进电力企业改进技术、提高生产效率；为用 户提供低价、优质、高效的用电服务；吸引投资，减轻国家财政负担；通过市 场竞争来实现资源的优化配置，促进电力工业长期持续稳定的发展等。 现代意义上的电力工业改革始于智利，其目的在于消除国有企业的腐败、 低效和资金短缺的状况，然而对以后的电力改革有更大影响的却是以新自由主 义经济理论为导向的英国的电力企业民营化计划1 7 。2 0 0 2 年，我国国务院正式 印发了电力体制改革方案( 国发 2 0 0 2 1 5 号) ，确定了电力市场改革的方向， 明确提出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 市场体系的改革目标。我国电力市场建设工作全面展开，原国家电力公司被拆 分为国家电网公司、南方电网公司、五大发电集团和四大辅业集团等1 1 家单位， 次年国家电力监管委员会成立。 电力工业的市场化改革已成不可逆转的趋势，改革的必要性已被广泛认同。 电力体制改革是我国社会主义市场经济体制建设的有机组成部分，是促进电力 工业发展，提高电力工业效率和国民经济整体竞争能力的重要举措【8 】。 1 1 2 电力工业市场化改革对发电容量充裕性的影响 1 ) 分散的发电投资决策影响长期发电容量充裕性 在传统的电力工业中，一般采用基于投资回报率的方法来消除发电投资风 险，以确保获得所需的投资。采用这种方法，总可以获得预期的装机容量水平。 因此，能否确保长期发电容量充裕性主要在于长期电力需求预测是否准确。而 电力工业市场化改革后，电源建设与否由各发电公司根据投资的价值评估而独 立决定，即由统一集中决策转变为分散决策，而系统的发电装机容量状况则实 6 第一章绪论 际变成了这些分散投资决策的结果，这使确保长期发电容量充裕性变得更加困 难。 电力工业的市场化改革为发电投资者带来获利机会的同时也带来了更大的 投资风险，投资者要面临更多的不确定性，这包括政策变化、用电需求变化、 电价波动和技术进步等。不合适的投资引导方式，甚至忽视电力市场改革对发 电投资的影响，将可能出现长期发电容量不够充裕的问题。例如美国的备用容 量从1 9 9 0 年的2 2 下降到1 9 9 7 年的1 6 ，而且n e r c ( n o r t h a m e r i c a ne l e c t r i c r e l i a b i l i 锣c o u n c i l ) 认为这种趋势在未来十年仍将继续，甚至各区域会先后出现 备用不足的问题【9 】。 2 ) 分散的机组检修计划安排影响中期发电容量充裕性 世界范围内的电力工业市场化改革改变了电力系统运行、规划和管理的理 念，对系统中短期可靠运行具有重要影响的发电机组检修计划安排问题也不例 外，在电力市场环境下具有了新的特征，也面对着新的挑战【i o l 。 首先，发电公司成为市场主体之一，作为其重要运营管理策略之一的机组 检修计划安排问题将由垄断环境下系统调度机构基于系统可靠性和经济性的集 中调度【l i 1 3 1 ，转化为由各个发电公司最大化各自利益的分散决策。 其次，如果不能适当协调各个发电公司分散做出的机组检修计划安排，可 能会危及系统的可靠性。很明显，电价随交易时段的变化而波动，不同的机组 检修计划安排意味着不同的机组停役时间，发电公司都希望在低电价时段安排 机组检修，以减少机组停役损失。然而，如果发电机组的检修计划都由相关的 发电公司自主确定，则有可能会危及系统的可靠运行。对于发电容量不太充裕 的电力系统，该问题会更为严重。例如，加州在2 0 0 0 年冬季所发生的电力危机 部分原因是由于允许发电公司自主安排发电机组检修计划，这为发电公司物理 持留发电容量提供了机会【m 1 。 最后，不适当的机组检修计划可能会引发经济安全问题。例如，澳大利亚 电力市场就曾发生过发电公司在高峰负荷时期对大容量机组进行检修从而导致 高电价的情况1 1 5 1 。 发电机组检修计划安排问题已经成为市场设计者、系统调度机构和监管机 构所关注的重要问题。美国联邦能源管制委员会( f e d e r a le n e r g yr e g u l a t o r y c o m m i s s i o n - f e r c ) 在2 0 0 3 年4 月2 8 日签署的零售电力市场白皮书中就特别提 到了这个问题【1 6 1 。 7 浙江大学博上学位论文 1 1 3 世界各国电力市场在确保发电容量充裕性方面的运营经验 1 ) 确保长期发电容量充裕性的运营经验 就应该如何确保电力市场环境下的发电容量充裕性这一重要问题，国内外 很多学者做了大量的研究工作，提出了不少方法。在国际上实际运营的电力市 场中，采用的方法也各不相同，并仍在改进完善、甚至完全更替的过程之中。 例如，采用单能量市场的加州在2 0 0 0 2 0 0 1 年发生电力危机后开始寻求新办 法；容量费用( c a p a c i t yp a y m e n t s ) 法最早在智利开始实施，后为许多拉美国家、 西班牙以及采用新电力交易规则n e t a 前的英国所采用：容量责任( c a p a c i t y o b l i g a t i o n s ) 和装机容量市场( i n s t a l l e dc a p a c i t y i c a p ) 模式( 以下简称容量责任法) 则为美国的p j m 、新英格兰和纽约市场所采用，且经过完善与改进，发展为区 域装机容量( l o c a t i o n a li n s t a l l e dc a p a c i t y l i c a p ) 市场方法、可靠性定价模型 ( r e l i a b i l i t yp r i c i n gm o d e l p r m ) 和远期容量市场( f o r w a r dc a p a c i t ym a r k e t - f c m ) 等。实际上阿根廷等一些拉美国家也正在考虑从容量费用法转为容量责任法， 而e r c o t 市场考虑采用期权法。此外，法国和葡萄牙的电力市场实际上仍采 用类似传统规划的方法。 2 ) 确保中期发电容量充裕性的发电机组检修计划安排方式 合理安排发电机组检修计划是确保中期发电容量充裕性的重要手段。事实 上，关于在电力市场环境下发电机组检修计划应该由系统调度机构集中确定还 是由发电公司自主确定仍然存在广泛的争议1 1 7 】。在改革前的电力工业中，发电 机组的检修计划是由系统调度机构集中确定的，采用这种方法很有利于维持系 统的可靠性。然而，在电力市场环境下，采用这种方法不能保证在发电公司之 间的公平性，由发电公司自主确定发电机组的检修计划与电力市场运营机制更 为吻合。 在美国p j mt 湖、西班牙【1 9 1 、北欧和英国2 0 等电力市场都采用了由发电公司 自主确定发电机组的检修计划的方法。例如，西班牙电力市场采用两步方法， 即首先由各发电公司向i s o 申报所属机组的检修计划，再由i s o 根据系统可靠 性要求在需要时对某些公司的发电检修计划进行调整。严格而言，西班牙所采 用的方法也不能保证在发电公司间的公平性，不够透明，是介于传统的集中方 法和理想的分散决策方法之间的折中办法。在我国，虽然厂网已经分开，但到 目前为止，仍然采用由系统调度机构集中确定发电机组检修计划这种传统方法。 不同国家或不同地区的电力市场之所以采用不同的发电机组检修计划安排 8 第一章绪论 方法事实上与这些国家或地区电力工业的发展历史、现状、市场化改革的进程 特别是长期发电容量充裕度有密切关系。在我国的电力工业市场化改革的初始 阶段，就不幸遇到了比较严重的电力短缺，这直接或间接绲产生了如下结果： 其一，由于发电容量不足，采用由系统调度机构集中确定发电机组检修计划有 利于充分利用不充裕的发电容量；其二，由于电力短缺，发电机组的发电利用 小时数较高，而上网电价又由政府部门根据成本确定且在相当长的时间内保持 不变，这样系统调度机构采用不同的检修计划对发电公司售电收益的影响不大。 因此，我国的发电公司现阶段并不怎么抗拒由系统调度机构集中确定发电机组 检修计划。然而，在市场化程度比较高且长期发电容量充裕的电力市场中，不 同的检修计划安排会对发电公司的收益产生明显的影响。此时，采用集中安排 的方式就无法保证公平性，只有允许发电公司自主决策才能满足这一要求。 国家电力监管委员会在关于促进电力调度公开、公平、公正的暂行办法 和电力市场运营基本规则中对机组检修安排方式都做了规定，其共同点是 强调了调度机构对机组检修的统筹安排，不同点是前者专门说明了要先由发电 公司申报所属机组的检修计捌。在2 o - 2 0 0 1 年美国加州发生电力危机后，州 长戴维斯在于2 0 0 1 年2 月8 日发布的关于发电机组检修计划问题的法案 d 2 3 0 l 中【2 l 】，赋予了i s o 协调发电机组检修计划的职能。可见，允许发电公 司自主制定发电机组检修计划，同时赋予i s o 承担对检修计划进行协调以维持 系统可靠性的责任是目前的发展趋势。 1 1 4 电力市场环境下确保发电容量充裕性的研究现状 1 ) 确保长期发电容量充裕性的研究现状 许多国家在开展电力市场改革后，发电容量裕度出现了不断下降的趋势， 甚至出现短缺危机，很多学者、市场设计者和政策制定者对此领域的关注因而 不断增加，开展了较多研究工作，展现出如下发展趋势和特点： a ) 提出或实践确保长期发电容量充裕性的多种方法和机制，但至今对各 方法仍没有定论。除前述的在世界上正在运营的各个电力市场所实际采用的显 式或隐式的确保发电容量充裕性的方法外，学者仍在不断地进行方法创新。例 如期权法1 2 2 - 2 s l 、运行各用支付法【2 6 刀】和容量定购法【2 8 l 等。学术界和工业界对各 类方法进行了比较，但理念不同，争论广泛存在，而且由于电力工业市场化改 革的时间尚短，仍无法确切验证哪种方法有效。 b ) 不断完善现有方法，深入研究相关参数的设置。例如，很多学者针对 9 浙江大学博士学位论文 容量费用法在实际应用中表现出的问题，如应该向哪些机组支付容量费用、如 何反映实时可靠性等，都提出了相应的改进建议【2 9 3 2 】。文献【2 】针对容量责任机 制，研究如何确定能够诱导足够的发电容量的装机容量价格。文献【2 6 1 研究在 完全竞争市场条件下，如何设定运行备用需要量和运行备用价格才能够引导出 预期的装机容量水平。 c ) 逐渐从仅关注如何引导发电公司的投资行为转为微观分析和宏观把握 相结合的研究方式。微观方面，更加关注相关机制对市场主体的市场行为的影 响，如市场力【3 3 。5 1 、供电积极性【3 邸7 1 、用户侧响应【3 8 4 们，以及研究拍卖方式【3 l ，4 、 补偿方式p 4 1 、惩罚方式【2 4 2 5 】和具体规则【4 2 】等问题。宏观方面，则开始考虑政府 或监管机构的态度 t 7 , 2 6 , 3 9 1 、宣布电力市场改革和开始执行的时间跨度 4 3 , 4 4 1 等的 影响。 d ) 开展了相关的更为广泛的研究。例如，文献 4 5 1 按时间、地域和市场模 式三个维度构建了发电容量充裕度评价指标体系。文献 4 6 】在评价发电容量充 裕性时，将容量充裕性指标分为静态充裕度和动态充裕度两个指标，并对可靠 性的价值进行了评估。文献 4 7 】则评估了待建电源对系统可靠性的影响。文献 4 8 1 提出结合电力供需两侧所有资源进行统一优化的电力综合资源规划。文献 4 9 ，5 0 1 研究了如何在市场环境下协调电源规划和电网规划。 e ) 逐渐由定性研究发展为理论模型分析和仿真分析。文献 2 9 ，5 1 1 对建立容 量市场提出了经济学上的理论依据。文献 5 2 1 基于发电投资是一个复杂的非线 性动态系统，采用动力学模型建立了区域电源投资分析模型。文献 5 3 ，5 4 1 借助 等效持续负荷曲线、峰、腰、基三种技术类型机组的单位容量发电成本曲线和 失去单位负荷成本曲线研究了单一能量市场模式在完全竞争能量市场条件下的 发电容量充裕性问题。文献【5 5 基于控制理论的方法，采用动态模型分析了发 电投资的周期性问题，并通过仿真研究证实了采用容量费用模式可以有效的抑 制发电投资的周期性进而有助于保证电力市场的平稳健康发展。文献 5 6 1 将发 电投资问题描述为一个闭环控制系统，通过仿真证实利用电力金融合约价格作 为投资信号可以引导出足够和及时的发电投资。 2 ) 发电机组检修计划安排方法的研究现状 在过去几年中，国内外就电力市场环境下与发电机组检修计划相关的一些 问题开展了相当多的研究工作，着重于如下三个方面：一是发展适用于电力市 场环境的发电机组检修计划安排的方法框架和协调机带l j 1 9 , 5 7 删；二是为发电公 司构造最优的机组检修计划 6 4 础l ；三是其它相关问题，如发电机组和输电设备 l o 第一章绪论 之间的检修计划协调等的研究 6 9 7 0 。 发展适用于电力市场环境的发电机组检修计划安排的方法，就是研究如何 设计一个能确保系统中期发电容量充裕性同时维持发电公司闻公平性的检修协 调机制。到目前为止，国内外对此已经做了相当多的研究工作，提出了一些方 法，这些方法从机理上可以分为如下三类： a ) 系统调度机构统筹考虑发电公司的利益最大化目标和系统的可靠性要求 5 s , 5 9 ； b ) 系统调度机构代表用户同发电公司进行协商i l 弼； c ) 系统调度机构根据发电公司所申报的检修意愿支付进行协调【5 9 击3 1 。 1 2 电力市场环境下确保发电容量充裕性需要解决的问题 1 ) 研究长期电力需求预测 无论在传统的垂直管理模式下，还是在电力市场环境下，长期电力需求预 测的准确程度，都会直接影响确保长期发电容量充裕性的效果。对用电量、用 电负荷和负荷特点的预测分析，不仅是规划新机组、电网扩建的基础和依据， 也是分析整体或局部地区发电容量充裕性以辅助政府相关部门做出合适决策的 前提，具有重要的理论意义和实用价值。 2 ) 研究发电公司的电源扩展规划的特点 电源扩展规划( g e n e r a t i o ne x p a n s i o np l a n n i n g - g e p ) 是指在何时何处建何 种类型多大容量发电机组的决策问题。研究电源扩展规划的决策过程和特点， 研究投资者在进行发电投资决策时，如何考虑市场环境和政策法规等各种不确 定因素，依据了哪些决策理论和风险分析方法等，将有助于研究如何引导发电 投资和如何确保长期发电容量充裕性等问题。 电力市场环境下的电源投资决策方法较为丰富，形成了包括基于传统优化 算法f 7 i 硎、基于实物期权理论( r e a lo p t i o na p p r o a c h r o a ) 7 4 7 9 l