电力系统市场化与优化运行ppt课件

电力市场化理论及相关研究进展,电力市场化理论及相关研究进展,G,G,G,输/配电网,用 户,调度控制中心,资产一家所有 唯一商品提供者,电力市场化理论及相关研究进展,传统捆绑式的垄断竞争市场： 一些市场只有一个卖者，这个卖者决定价格，这个卖者被称为垄断，这样的市场称为垄断竞争市场。 垄断市场的社会表现及其弊端： 排斥竞争，使消费者利益集体受损。 独家地位并控制市场，消费者无选择。 靠提价而非提高效率来改善企业的收益。,电力市场化理论及相关研究进展,20世纪80年代开始，许多国家开始实施电力系统的市场化改革。 打破垄断，实行市场化改革，目的： 1）引入竞争、提高效率，促进资源合理利用，可持续性发展。 2）降低电价，使用户和全社会受益。 3）拓宽融资渠道、引导投资方向。,电力市场化理论及相关研究进展,改革的方法： 1）横向解捆 2）纵向解捆 所谓横向解捆（Unbundling）就是将传统集总式的电力工业分解为可以按市场要素和规则平等竞争并可获利的独立法人实体。 电力公司的纵向解捆就是发电、输电、配电和销售分离为竞争性的独立实体，形成电力市场中的另一类的竞争主体。,电力市场化理论及相关研究进展,G,G,G,输电网,配电,调度/交易中心,配电,用 户,市场监管,横向,纵向,电力市场化理论及相关研究进展,G,G,G,输电网,配电,电能交易中心PX/ ISO,配电,用 户,发电商,发电经纪商PM,辅助服务供应商AS,零售商,电力市场化理论及相关研究进展,解捆后的利益主体： 发电商G（Generator） 发电经纪商PM（Power Marketer） 电能交易中心PX（Power Exchange） 独立系统操作员ISO（Independent System Operator） 辅助服务供应商AS（Ancillary Service Provider） 电网拥有者GC或TO（Grid Company or Transmission Ower） 零售商R（Retail Service Provider） 配电商D（Distribution Service Provide）,电力市场化理论及相关研究进展,市场化后产生的需要研究的一些问题： 市场模式？（多边、单边？） 定价机制？（统一出清、节点价格？） 交易品种？（主能量、辅助服务、金融衍生产品） 市场规则？ 监管体系？,电力市场化理论及相关研究进展,市场化后产生的需要研究的一些问题 发电商厂(发电侧)： 电力市场模式下发电商优化运行 机组组合、负荷分配、多级市场套利 多能源（含间歇性能源）的联合互补运行问题 发电商报价策略（多级市场） 不同交易品种（现货、期货、辅助服务、实时）下的报价决策 检修决策 风险管理。,电力市场化理论及相关研究进展,市场化后产生的需要研究的一些问题 发电商厂(发电侧)： 电力市场模式下发电商优化运行 机组组合、负荷分配、多级市场套利 如果发电商按电能单部分投标（按电厂报价），当发电商在各级市场报价确认后，电厂如何优化机组的运行？ 决策：机组运行状态？ 机组承担的各种交易品种的比例？,电力市场化理论及相关研究进展,市场化后产生的需要研究的一些问题 发电商厂(发电侧)： 电力市场模式下发电商优化运行 多能源（含间歇性能源）的联合互补运行问题 重点研究： 站级：风电/光伏-储能/抽水蓄能电站联合互补运行问题 研究方向:从主能量市场到主辅联合市场 研究方法:从确定性到随机规划,电力市场化理论及相关研究进展,市场化后产生的需要研究的一些问题 发电商厂(发电侧)： 发电商报价策略（多级市场） 不同交易品种（现货、期货、辅助服务、实时）下的报价决策 根据市场及结算模式，如何决策不同交易品种的报价策略？ 方法：预测出清价、估计对手行为、博弈理论。 关注：如何结合风险理论？ （对手信息不确定-网络-需求不确定）,电力市场化理论及相关研究进展,市场化后产生的需要研究的一些问题 发电商厂(发电侧)： 电力市场模式下发电商优化运行 检修决策问题 两种模式： 集中式：ISO统一决策（重点关注发电商策略） 分散式：电厂决策,电力市场化理论及相关研究进展,市场化后产生的需要研究的一些问题 调度/交易中心： 不同市场模式下的主能量市场竞价交易算法研究（实时、日前、中长期） 传统模式下的调度问题： 纯火电系统 水火联合调度 含间歇性新能源问题 市场模式下的交易问题：,电力市场化理论及相关研究进展,第三章 侧重在交易侧的相关问题及进展 （1）不同市场模式下的竞价交易算法研究（实时、日前、中长期） 不同市场模式：单边开放、双边开放、多边开放 结算模式：统一出清价、节点电价 交易类型：实时、日前、中长期,电力市场化理论及相关研究进展,电网公司： 输电定价(阻塞/交易盈余、网损等费用分摊) 用户： 购电策略、主动负荷管理（运行策略） 监管部门： 支持系统、市场规则、市场监管（市场力控制）,电力市场化理论及相关研究进展,课程内容安排： 1、基本理论及知识回顾 2、专题讨论 （1）发电侧（运行/套利、报价策略） （2）调度/交易（不同模式下的各种交易品种的交易问题、联合/互补调度问题、阻塞管理） （3）电网（转运定价） （4）用户侧（购电策略、微网运行、智能用户响应、分布式能源运行/报价） （5）监管（市场力控制）,电力市场化理论及相关研究进展,基本理论及知识回顾 一、基本概念 1. 市场与竞争 市场是商品交易关系的总和。市场及市场的充分发展和不断完善，是社会发展必然经历的历史阶段。在古代社会中，随着原始公有制经济的解体，形成交换的三大因素随之确定，即生产力的发展、社会分工的出现和私有制的产生生产力的发展表现在生产工具的改进和剩余产品的出现；社会分工的出现表现在人们可以从事某一专门的职业赖以谋生；私有制的产生使得人们有权处置剩余产品。,电力系统市场化与优化运行,一、基本概念 1. 市场与竞争 随着交换规模的不断扩大，市场也就愈加扩大了，竞争逐渐产生。市场的发展随着竞争的不同，存在三种形式：完全竞争市场、垄断市场和寡头竞争市场。 可以用两个特征来定义完全竞争的市场，（1）所提供销售的物品是完全相同的，以及（2）买者和卖者非常多，以至于没有一个买者和卖者可以影响市场的价格。由于完全竞争市场上的买者和卖者必须接受市场决定的价格，所以，他们被称为价格的接受者。 但是许多市场不是完全竞争的，一些市场只有一个卖者，这个卖者决定价格，这个卖者被称为垄断，这样的市场称为垄断竞争市场。 其他的市场介于完全竞争的和垄断的之间，当一个市场上有几个卖者时，而且这些卖者并不是主动的进行竞争，这种市场被称为寡头竞争市场。,电力系统市场化与优化运行,一、基本概念 2 需求与供给 需求是指人们在一定时期内愿意并能够购买的某种商品的数量。通常影响需求的因素是非常复杂的，除商品本身的价格和购买者的货币收入水平外，还与其他相关的商品或劳务的价格有关。 当我们主要考察需求与价格之间的关系，而把其他因素当作给定条件时，需求函数可表示为：Qd=f(r) Qd为需求量；r为价格,电力市场化理论及相关研究进展,电力市场基本理论 一、基本概念 2 需求与供给 r D Q 产品需求曲线,电力系统市场化相关问题及研究进展,电力市场基本理论 一、基本概念 2 需求与供给 供给一般是指生产者或销售者在一定时期内愿意并能够提供给市场的商品数量。影响供给的因素很多，除其价格外，还与其他相关商品的价格，生产费用的变化等有关。 当我们主要考察供给与价格之间的关系，而把其他因素当作给定条件时，供给函数可表示为：Qs=f(r) Qs为供给量；r为价格,电力系统市场化与优化运行,电力市场基本理论 一、基本概念 2 需求与供给 r S Q 供给曲线,电力系统市场化相关问题及研究进展,一、基本概念 3. 市场赢余与均衡 市场是配置资源的一种方式，但是这种方式是不是令人满意的？ 从福利经济学当中可以得到意义深远的结论：市场上的供求均衡可以使 买者和卖者得到的总收益最大化。 首先定义几个基本概念： 支付意愿：买者愿意为某种物品支付的最高量； 消费者剩余：是买者的支付意愿减去买者的实际支付量； 生产者剩余：卖者出售一种物品得到的量减去卖者的成本； 消费者剩余和生产者剩余是经济学家用来研究市场中买者和卖者福利的基本工具。总剩余为消费者的剩余加上生产者的剩余。,电力系统市场化与优化运行,电力市场基本理论 一、基本概念 3. 市场赢余与均衡 用需求曲线衡量消费者的剩余是，在任何一种数量时，需求曲线给出的价格是边际买者的支付意愿，边际买者是如果价格再提高一点就首先离开的买者；所以需求曲线以下和价格以上的面积代表消费者的剩余，如下图所示。 图1 消费者剩余,电力系统市场化相关问题及研究进展,电力市场基本理论 一、基本概念 3. 市场赢余与均衡 同样，当用供给曲线衡量生产者剩余时，价格以下和供给曲线以上的面积表示生产者剩余，如图2所示。 图2 生产者剩余,电力系统市场化相关问题及研究进展,电力市场基本理论 一、基本概念 3. 市场赢余与均衡 当需求等于供给，且： 1）自由市场把物品的供给分配给对这些物品评价最高的买者，这种评价由他们的支付来表示； 2）自由市场把物品的需求分配给可以以最低成本生产这些物品的卖者； 3）自由市场生产使消费者和生产者剩余总和最大化的产量。 这时可称为市场均衡。,电力系统市场化相关问题及研究进展,电力市场基本理论 一、基本概念 3. 市场赢余与均衡 供求均衡使消费者与生产者剩余之和最大化，下图表示了市场均衡时的总剩余，其中上面的面积A代表消费者剩余，下面的面积B代表生产者剩余。,电力系统市场化相关问题及研究进展,电力市场基本理论 一、基本概念 4. 市场力与市场失灵 市场力问题是经济学研究的主要问题之一。经济学理论对市场力作了具体严格的界定。经济学对市场力的一般定义是：行业组织的集中程度。市场力表示改变市场价格使之偏离市场充分竞争情况下所具有的价格水平的能力。这个市场力的定义很简明，已经使用了一百多年了。但是通常电力市场的管制机构对电力市场的市场力有针对性定义。美国Justice and Federal Trade Commission 于1992通过的关于公司横向合并指导原则指出市场力的定义为：市场力是单个公司或多个相互竞争的公司，在一段时间内为提高利润而进行的抬高市场价格以超过合理竞争价格水平和限制产量以低于竞争交易量水平的经济活动。,电力市场化理论及相关研究进展,电力市场基本理论 一、基本概念 4. 市场力与市场失灵 市场失灵是指一些不受管制的市场不能有效的配置资源。在不是完全竞争的市场上，市场势力是产生市场失灵的主要原因；此外，当市场结果不只与市场的买者和卖者相关时，而影响到了不参与市场的其他的人，则这种外部性也是产生市场失灵的另一个主要原因。 当市场失灵时，市场不能够达到效益最大化，也就是说，市场不能够达到均衡状态，图1.6给出了市场失灵时的示意图，其中面积C表示由于市场失灵所导致的社会效益损失的部分。由此可见，在市场失灵的情况下，供求双方的利益都受到了影响。,电力系统市场化相关问题及研究进展,第二节 电力市场基本理论 一、基本概念 4. 市场力与市场失灵 图1.6 市场失灵,电力市场化理论及相关研究进展,第二节 电力市场基本理论 一、基本概念 4. 市场力与市场失灵 例 1.1：下图为一两节点系统，节点A和B的供给和需求已标记在图中，试分析当线路AB传送功率限额大于等于50MW和等于30MW时的市场剩余及失灵情况。,EXAMPLE:TWO BUSES SYSTEMS WITH STEP OFFERS AND DEMANDS,CmA=15/MW pA= PAmax= 80MW,CmB=25/MW pB=0MW,uB =30 /MW DB=DBmax = 50MW,TAB=50MW,0,MW,DB,DA,PA,PB,MCP=15 /MW,/MW,Generations and demands out of merit order,50,80,uA =20 /MW DA =30MW DAmax = 50MW,30,20,25,SS=15*50+5*30 =900 ,A,B,100,EXAMPLE:TWO BUSES SYSTEMS WITH STEP OFFERS AND DEMANDS,DA,/MW,SAS=5*30 =150 ,MW,DB,PA,PB,MW,/MW,Q,Q,PA,+,A=15,B=25,SBS=15*30+5*20 =550 ,20,30,30,15,30,50,CmA=15/MW pA= PAmax= 80MW,CmB=25/MW pB=20MW,uB =30 /MW DB=DBmax = 50MW,TABmax=30MW,uA =20 /MW DA =30MW DAmax = 50MW,zone partition,电力系统市场化相关问题及研究进展,第二节 电力市场基本理论 三、电力市场的定义 电力市场是采用法律、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、供电、用电等各环节的成员，组织协调运行的管理机制和执行系统的总和。管理机制是指经济手段。执行系统包括贸易场所、计量系统、计算机系统、通信系统等。 电力市场是电力的买主和卖主的相互作用，以决定其电价和电量的过程。 电力市场是电网商业化运营的规范化的环境和场所。 电力市场就是电力供方和需方分别以利润最大化和成本最小化为目标，按照约定的规则并以输电网为媒介联系起来，通过自主竞争和经济合同的形式，进行电能交易的一种组织体系和电能配置方式。,电力系统市场化与优化运行,第二节 电力市场基本理论 三、电力市场的定义 电力市场是一个典型的跨学科的研究领域，是社会科学和自然科学的有机结合体。从社会科学的角度研究电力市场，主要探讨电力市场改革所涉及到的法律、经济、社会问题，研究和比较各国电力市场改革的历程、现状、异同，提出改革方案、组织框架等等。从自然科学的角度研究电力市场，则主要以微观经济学为基础，结合电力系统专业知识，分析电力市场中的企业行为、市场特性，解决在建立电力市场过程出现的技术问题。,电力系统市场化与优化运行,第二节 电力市场基本理论 三、电力市场的定义及要素 电力市场的基本特征： 开放性 竞争性 计划性 协调性 与传统的垄断的电力系统相比，电力市场具有开放性竞争性；与普通的商品市场相比，电力市场具有计划性和协作性。电力系统是相互紧密联系的，任一成员的操作，均将对电力系统产生影响。所以要求电力市场中的电力生产、使用、交换具有计划性。同时由于电力系统要求随时做到供需平衡，所以要求电力市场中的供应者之间、供应者与用户之间相互协调。,电力系统市场化与优化运行,第二节 电力市场基本理论 三、电力市场的定义及要素 电力市场的六大要素 市场主体:商品生产者、消费者、经营者、市场管理者 市场客体:交易商品-电力（电力和电量） 市场载体:一般指网点设施、仓储设施、运输设施、通讯设施、交易场所等。电力市场的载体是“电网”。 电力市场有别于其他商品市场的特色，在于电力生产、输送、消费是同时完成的，具有供需动态平衡的特殊性 市场价格 市场规则 市场监督,电力系统市场化相关问题及研究进展,第二节 电力市场基本理论 四、电力市场主要模式和交易类型 电力市场的发展可以分为四个阶段： 发电、输电、配电和用电各环节统一垄断经营（垄断模式）； 在发电环节引入竞争，而输电、配电和用电环节仍保持垄断经营（单边开放/发电侧市场模式）； 在发电和输电环节引入竞争，而配电和用电环节继续保持垄断经营（双边开放模式）； 在发电、输电、配电和用电各环节间均引入竞争（多边开放模式）。,电力系统市场化与优化运行,第二节 电力市场基本理论 四、电力市场主要模式和交易类型 通过解捆后的电力市场各利益主体将构成不同的市场模式结构，比较典型的市场结构模式有:联营体(Power Pool)模式、双边交易模式(Bilateral trades model)和混和模式(Pool+Bilateral trades)，具体表现为： （1）单边开放的联营体模式：发电商以批量联营竞争性的报价销售给电力交易中心（PX），而供电商以一个被管制的电价从电力交易中心批量购买电力，然后再零售给用户。 （2）双边开放的联营体模式：发电商以批量联营竞争性的报价销售给电力交易中心（PX），而供电商以一个竞争性的电价从电力交易中心批量购买电力，然后再零售给用户。 （3）双边交易模式：在（1）或（2）的市场结构外，允许发电商和供电商之间签定批购与批售协议，进行双边（Bilateral）批量贸易。 （4）多边交易模式：在（1）（2）（3）的市场结构外，包括零售（大用户）和多边（Multilateral）贸易。,电力系统市场化相关问题及研究进展,第二节 电力市场基本理论 四、电力市场主要模式和交易类型 主要交易类型： （1）现货交易 （2）期货交易 （3）实时交易 （4）辅助服务交易,电力系统市场化与优化运行,第二节 电力市场基本理论 四、电力市场主要模式和交易类型 主要交易类型： （1）现货交易 现货交易是指按照发电机组的报价，提前1天确定的第2天每个交易时段的发电计划并计算在每个区域参考节点和发电机组上网点的现货价格。发电侧电力市场运行部门必须建立和运行现货交易市场，以满足电力供需平衡。电力市场运行规则必须划分交易时段。,电力系统市场化相关问题及研究进展,第二节 电力市场基本理论 四、电力市场主要模式和交易类型 主要交易类型： （2）期货交易 市场运行部门为了保证市场供电，稳定上网发电价格，需要与发电公司签订一定比例的期货购电合同。期货交易与合同交易类似，但是交易的双方都被允许在支付了一定的保证金和违约金后，退出期货市场，或是进入现货交易，或者与其他的市场成员以双边交易方式在卖或买或者到期对冲。通过套期保值而规避风险，甚至获利。这种交易是一种经济合同而非物理合同。,电力系统市场化与优化运行,第二节 电力市场基本理论 四、电力市场主要模式和交易类型 主要交易类型： （3）实时交易 实时交易是指在交易日当天确定的发电计划并计算在每个区域参考节点上的实时发电价格。由于电力工业的特点，要求发电与负荷实时平衡。不管采用什么方式，由于存在负荷预测误差及系统运行状况的变化，提前一天编制的发电计划与实际的负荷需求间存在差别，需要实时调整发电计划，所以，必须建立实时交易市场。,电力系统市场化相关问题及研究进展,第二节 电力市场基本理论 四、电力市场主要模式和交易类型 （4）辅助服务交易 辅助服务交易是电力市场中重要的交易方式之一。辅助服务的内容主要包括调频、调峰、无功与黑启动。辅助服务的市场模式有统一型（补偿型）、投标型、双边合同型三种，或两两结合。 统一型（补偿型）：是指辅助服务由市场操作员统一安排、各市场参与者必须提供的服务，结算时市场操作员根据各参与者对辅助服务命令的执行情况给予奖惩（补偿）的一种方法。 投标型：是指各市场参与者对某种辅助服务进行投标，市场操作员根据各参与者的投标情况来排定优先次序和制定供应计划使辅助服务总成本最小，并根据系统边际成本对各参与者进行结算的一种方法。 双边合同型：是指需要辅助服务的用户直接与提供者签订双边合同，结算时用户按合同价格付给提供者报酬，另外还需付给电网公司相应的网损和管理费的一种方法。,电力系统市场化相关问题及研究进展,第二节 电力市场基本理论 五、辅助服务的定义及分类 一般来说，辅助服务是指为了保障电力系统安全、促进电力交易和保证电力供应，由发电商提供的除正常电能生产外的额外服务。辅助服务本身并不是由于电力市场的产生而出现的新技术。不同电力工业结构所需的辅助服务不尽相同，这是由于辅助服务的供应是由电力系统需求决定的。系统的协调方式、电力生产结构、电网结构、管理模式等的不同都会使系统所需的辅助服务不同。 目前国际上对辅助服务的确切定义并未完全统一，对辅助服务的分类方法也比较多，但总的看，一般包括：,电力系统市场化与优化运行,第二节 电力市场基本理论 五、辅助服务的定义及分类 1 备用 电力系统除满足最大负荷需求外，为保证电能质量和系统安全稳定运行而保持的有功功率储备。从不同的角度出发，备用可进一步细分： 按备用的目的划分，备用可分为负荷备用、事故备用、检修备用和国民经济备用； 按运行状态划分，备用可分为冷备用和热备用； 按响应速度分，备用可分为瞬时响应备用、10分钟旋转备用、 10分钟非旋转备用、 30分钟备用、60分钟备用、冷备用； 其中瞬时响应备用指AGC，一般将其划分到调频中。 按出力增减方向，备用分上备用和下备用。,电力系统市场化与优化运行,第二节 电力市场基本理论 五、辅助服务的定义及分类 2 调频 发电机组提供足够的上、下调整容量，以一定的调节速率在允许的调节偏差下实时处理较小的负荷和发电功率的不平衡，以满足系统频率的要求。 系统的调频服务通常是由AGC机组在投运AGC期间提供的。 3 调峰 为了负荷峰谷变化的要求而有计划的、按一定调节速度进行的发电机出力调整。公认的调峰机组为抽水蓄能机组和燃油、燃气轮机组，再次为部分可调库容的水电机组和小容量的燃煤机组。,电力系统市场化相关问题及研究进展,第二节 电力市场基本理论 五、辅助服务的定义及分类 4 无功 发电机或电网中的其它无功源向系统注入或吸收无功功率，以维持电网中的节点电压在允许的范围内，以及在电力系统故障后提供足够的无功支持以防止系统电压崩溃。 5 黑启动 整个系统因故障停运后，不依赖别的网络帮助，通过启动系统中具有自启动能力机组来带动无自启动能力的机组，逐步扩大系统的恢复范围，最终实现整个系统的恢复。电网的黑启动以电厂的黑启动为前提，黑启动电厂应具备在没有外援厂用电的情况下启动发电机的能力。,电力系统市场化与优化运行,第二节 电力市场基本理论 六、电力市场中的电价 1） 电价的基本功能 正确反映生产成本，以维持简单再生产； 具有筹资和投资功能，以扩大再生产，满足用户发展的需要； 具有调节功能；,电力系统市场化相关问题及研究进展,第二节 电力市场基本理论 六、电力市场中的电价 2）制定电价的理论方法 制定电价的基本原则应该是“合理补偿成本，合理确定收益，依法计入税金，公平负担”以及“促进合理用电及合理利用资源” 。 目前制定电价的理论方法有会计学方法和经济学方法两种。,电力系统市场化相关问题及研究进展,第二节 电力市场基本理论 六、电力市场中的电价 2）制定电价的理论方法 会计学方法也称综合成本法（Embedded Cost Method），其主要思想是求取计算期内的全部供电成本，分摊到各个用户，它着眼于帐面上的年度平衡，和一般商品的定价没有本质的区别，即会计成本（折旧、运营、税收）+利润。 会计学方法的缺点： 1）不能满足扩大再生产的要求。 总成本中占比例很大的折旧费和利润及相应的折旧率和利润率受政府控制，一般低于用电增长率，而电价也受政府控制，导致不能满足扩大再生产的要求。 2）静态的平衡和向后看的（基于历史数据的简单平均统计）。,电力系统市场化相关问题及研究进展,第二节 电力市场基本理论 六、电力市场中的电价 2）制定电价的理论方法 经济学方法（边际成本法）的概念着眼于未来，其定义为在系统优化规划和优化运行的基础上，增加单位电能供应，而使系统成本增加的成本。 （1）长期边际成本法(Long Run Marginal Cost Method) 容量电价等于容量成本对负荷容量的微增率；,电力系统市场化相关问题及研究进展,第二节 电力市场基本理论 六、电力市场中的电价 2）制定电价的理论方法 （1）长期边际成本法(Long Run Marginal Cost Method) 电量电价等于电量成本对负荷用电量的微增率,电力系统市场化相关问题及研究进展,第二节 电力市场基本理论 六、电力市场中的电价 2）制定电价的理论方法 （2）短期边际成本法-实时电价(Spot Price) 综合成本方法和长期边际成本方法，仅能反映较长时期内（如1年或2年）的生产成本和总体负荷水平，不能精确反映每天各时段负荷及供电成本的变化。实时电价能够反映短期（如1d，1h，0.5h或更短时段）内负荷变化引起的生产成本的变化以及用电量信息，指导用户正确用电，它是系统在给定时段(如1d，1h，0.5h或更短时段)向用户提供电能的边际成本。实时电价包含了电力系统运行物理和经