（电力系统及其自动化专业论文）基于电力市场的实时电价研究.pdf

南昌大学硕十学位论文 学位论文独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导 卜 进行的研究工作及取得 的研究成果。据我所知，除了文中特别加 以标注和致谢的地方外，论文中不包 含其他人己 经发表或撰写过的 研究成果，也不 包含为获得 南昌大学 或其他 教育机构的学位或证书而使用过的材料。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说明并表示谢意。 学 位 论 文 作 者 签 “ (手 “ ，:妙卜字 日 期 : 年 “ “ 山 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了 解南昌大学有关保留、 使用学 位论文的规定， 有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的 复印 件和磁盘， 允许论文被查阅 和借阅。本人授权南昌大学可以 将学位论文的 全部或部分内 容编入有关数据 库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权书) 学 位 论 文 作 者 签 “ 手 “ ，: 1州 签 字 日 期 : 闪 年 月 万 拍 导 师 签 “ (手 “ ，:德 每 抓 签 字 日 期 : 争 月 、 阳 学位论文作者毕业后去向: 工作单位:电话 : 通讯地址 :邮编: 第一章 电力市场概迷 第一章电力市场概述 l l引言 早 在1 97 9 年， 美国 麻 省 理 工 大 学s cb w 叩 pef c 教 授 在 他 的 论 文 2 以 刃年 的电 力中 提出了电 力市场的 概念。这对于传统的电 力工业来说，是一个非常 大胆的设想。 传统的电力工业具有一个共同的特征， 就是垂直一体化管理模式: 电力的生产、运输和配送都由电力企业统一负责，电力企业拥有发、输和配电 环节的所有电力设施。所以传统电力的产、供、销等电力服务都是高度的垄断 经营方式。 随着世界各国电 力系统的 发展，电力 行业垄断经 营方 式的负面影响 逐渐显露出来。 近几年世界各国都 纷纷对电力 行业 进行改革， 对电 力的 解除管 制、开放经营和重构已成为一 个势不可挡的 世界潮流11 刀声 . 电力市场的本质是在电 力工 业内 部引入竞争 机制， 优化资 源配置， 扩大社 会效益，从而更好地促进电 力 企业的 生存和发展。 新中国 成立以 来， 我国的电 力工业取得了巨大的发展， 但在计划经济体制下， 始终没能解决电力资金缺乏、 电力 严重不足的局面。 近十年 来， 随着社会主 义市场经济的 不断深入， 我国的 电力 体制改革也 进行的 有声 有色: 1 992 年国家电力部提出实 现电网 商业化运营: 2 (x)2 年底， 国 家电 力公司已 重组为 两家电网 公司和五家发电 集团; 2 0( x)年初陆 续 开 始 对 六 个省 ( 市 ) 进 行 电 力 市 场 运 行 试 点 il 。 电 力 市 场 化 是 我国 乃 至 世 界电 力 工 业发展的 必然趋势。 l z电力市场 的相关问题 i j .1 电力市场的定义 市场是商品交易关系的总 和。 健康市场的 共同 特征 应该 是: 价格随 需求变 化，价格变化影响需求量;买 卖市场机制， 买方或卖方无垄断 行为。 电力市场是采用法律、经 济等手段， 应用计算机、 测量和通讯等设备，以 电 价为控 制信号，本着公平竟 争，自 愿和互利的原 则， 对电 力系统中的 发电、 第一章 电力市场概述 输电、 供电、 用户等各成员 组织协调运行的 管理机制 和执 行系统的总称。 根据以上定 义，电力市场 首先是一种管 理机制。 这种机制和传统的 行政命 令的 机制不同， 是主要采用经济的手段进行 管理。 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 括贸易场所、计量系统、计算机系统、通信系统等。 l z j 电力市场的基本特征和墓本原则 电力市场的基本特征网 是:开放性、竞争 性、计划性和协调性。 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 互相紧密 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。 建立电力市场的目 的是在电力系统中引 入竞争机制。 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 原则是公平性、公开 性、扩大自由 选 择权办、法规的 保障 性。 电力市场的公平 性 电力市场中各参与者之间都是平等的。 对于发电厂， 平等的 竞争环境能 够 促进竞争，激励各发电企业提高生产效率，降 低成 本。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。 用户间的 平等 并不意味着所有用户的电 价绝对一样。由 于用户用电水平 和性质的不同， 真正 的平等，必须按用户的实际供电 成本收费， 对不同 用电种 类进行公正合理的成 本分摊，尽量减少用户间的补贴。 为了 保 证电 力 市 场 公平 竟争 的 原 则 门 ， 必 须 做 到: 电 力 市 场 要 有公 开 性， 以 便监督: 扩大自由 选择权力，保证电网 的开放;必须建设 有关法令、 规约， 以便使竞争规范化。 电 力市场的公开性 在电 力市场中， 为保证贯彻公平性这一基本原则， 必须具 有一定的公开 性， 以 便监督。电 价是人们最关心的问 题， 必须公开发电厂的上网电 价和用 户的 用 电电 价 ( 包括各种类型的电 价) 。 第一章 电力市场概述 电力市场应扩大参与者自由选择的权力 单从市场的角度来看， 市场应能满足 参与者自由 选择的 全力，即 供应方有 选择用户的 权力， 用户有选择供应方的权力。 但是由 于电 力供应的 特殊性，电 力市场一般难以 满足参与者自由 选择的要 求.当 前的一种世界趋势是 放开 发电 市场， 即发电 厂有权 选择贸易方， 而对输电 市 场和用户则较少 放开。 电 力 市 场 必 须 保 证输 、 配 申 系 统 向 使 用 者 开 放。 这 一 点 对 于 保 证电 力 市 场 的稳定运行、 扩大参与者自 由选择的 权力、 避免网络拥有者利用其地位垄断电 力供应非常重要。 电 力市场的 运行应有法规的 保障 由于电力商品的特殊性，要求电力市场在进行供、求匹配贸易的同时，还 要负责电网的安 全和稳定 运行， 所以 要求电 力市场的运行必须有法规的保障。 另外，在进行贸易时，有关电价、赔偿等问题，也应做到有法可依。 l z j 电力市场需要解决的问甄 电价问题 电力市场要采用经济手段管理各成员，电价是电力市场的核心内容，也是 电力市场的经济杠杆，调节市场供需矛盾，促成电力交易。影响电价的因素是 多种多样的，这必然导致电力市场中电价的多层次性:不同的供电电压等级; 不同供电的可靠性分类:不同时间;不同季节;不同容量:不同负荷率等等。 所以研究电力市场环境下的电 价理论和方法是实现电力市场商业化运营的 关 键。 合理的电 价结构必须考虑两个方面:在 供应侧能反映生产成本; 在需求侧 能反映负荷特性。 要保证电力 市场的良 性发展， 必须重视电 价理论的 研究。 发、输、 配电 和用电 各环节的 软硬件技 术支持问 题 其中的主要热点 和难点问 题包括:电 力市场技术支持系统;能量管理系统 ( e m s) 的 扩展;最 优潮流技术; 输电 服务 与辅助服务定价:信息管理和电 子 商 务;可中断负 荷管理、 需求侧管理与综合资源规 划;电 力市场的调度模式与 交易模式;需求 预测与系统规划，电 价预测与灾 变预警:电力市场经济性能分 析与风险管 理: 竞争力与市场力;电 力市场指标 偏离的经 济补 偿: 配电 侧电 力 市场实施方案等。 l 2. 4电力市场运行机制 第一章 电力市场概述 垄断 型经营 在电 力工业发展进程中， 大多数国家对电力工业的管理采用了调控模式， 其运行机制可以 总结为:发、 输、 供高度统一，垂直管理;公 用事业权力机构 有权干涉， 包括营业区 域、电 价等。 在电 力工业的发展中， 大系统的规模效益鼓励了 在一定区域内的电 力公司 的 合并， 形成发、 输、 配电 一体化， 从而提高了 生产效率，促成了调控模式的 形成。 政府调控模式的 最大 特点是垄断性， 各电 力公司有自己 的 专营区域， 其 他公司不能 在本地区售电. 调控模式可获得较大的规模效益 和供电可靠性。 但 是随着电 力工业的 进一步发 展，已 较难获得更多的规模效益，因 此，在电 力工 业中引 进竞争、 建立电 力市场， 成为 现实的 需要。 夏售市场 夏售市场也就是发电 市场的 开放， 有时又称为批发电 力市场。 独立发电 厂 的 产生， 要求在发电单位之间开 展公平竞争。 独 立发电 厂一般只负责电 力生产， 同时原 有的电力公司之间也要 求展开竞争。 此时， 用户市场尚未开放，各个电 力公司仍拥有供电专营区域。 如果某电 力公司供电 不足， 需要增加容量或购买 电能 等， 可以 在电力公司之间进 行功率交换， 从而 在电 力生 产者之间形成竞争. 但是这时发电单位还不能直接与用户签订合同。 一般说来，开放发电市场，既有利于在发电市场中引进竞争，同时也较易 管理， 对电 力公司的现 有体制， 不需要作大的 变动，是一 种比 较平稳的做法。 同时开 放发电市场 和用户市场 同时开 放发电市场和用户 市场， 实现了 供、 求的 双向 选择， 特别是扩大了 用户的选择 权。同时开放发电 市场和用户市场也使电 力市场中出现了多种多样 的交易方式和一 种新的市场成员 电 力零售商。 在用户市场还未开放时，向 用户 供电是配电公司 ( 供电 局)的 任务。 各配电 公司有自己 垄断的专营区域， 任何人或 单位是 不能在 这区 域内 卖电 的。 而在用户市场开放 后， 除配电 公司外， 电力市场 还允许经过批准的电力 零售商向 用户售电。 这种同 时开放发电 市场和 用户市场的模式，给电力生产 者最多的 竞争机会， 给用户最大的选择权利， 真 正体现了市场原则，其意义尤 其重大151 。 第一章 电力市场概述 i j 国外电力市场简介 随 着世界电 力工业的不断发展，传统的、垂 直一体 化的管 理体制己 受到严 重的 挑战，引进竞争、增加活力、 进行电力企业 重组、 建立电 力市场己 成为世 界各国电力工业发展的必然趋势。 20 世纪 50 年代 末期， 英国 率先实行电 力工业私有化改革，并提出了 轰动 世界的解除管制的理念。其含义是尽量减少市场管制和干预，并从商业运营的 角度将发电、 输电 和配电的主要功能 分解成 相互独立的 实体。 美国自1 9 9 2 年颁 布“ 能源政策法” 以来，电力企业己裁员 35%，且电费下降。世界其他国家在电 力体制改革方面吸取 英国 经验的 较多。目 前世界上主要的电 力市场有:英国电 力市场， 美国 加州、 pjm和n e p 0 0 l 电 力市场， 澳大利亚电 力市场， 新西兰电 力市场， 阿根廷电力 市场， 北欧电 力市场等。以 下简要介绍英国电 力市场和美 国 电 力 市 场 圳 . 1 入1英国电力市场 英国电力市场的改革经历了两 个阶段: 第一阶段 ( 1989. 2 (x x)年) ， 其标志 是以 l 9 9(j 年 3 月 31 日成立的国家电网公司 ( n g c)为依托，采用强制型电力 库模式; 第二阶 段 ( 2 (x x)年至今) ， 其标志是 引入了 新的市场机制和交易模式。 英国电力市场第一阶段改革后，市场结构有了变化。发电侧将原有中央发 电 局 ( c e g b ) 重 构为 四 部 分: 国 家电 网 公 司 州 g q ， 国 家电 力 公 司 (柳) ， 国 家 发 电 公 司 伊 g)， 核电 公 司 ( 砚) . 为防 止 少 数发 电 公司 垄断 市 场， 后 又已 重 新 做 出 规定， 任何发电 公司的装机容量不得超过系统 总容量的25% 一30%， 而且鼓励 独立发电 商 ip p . 配电 侧的 供电 商由 改革之初的 12 家地区电 力公司增至 1 997 年底的33家。 用户端从大用户到小用户， 再到所 有用户都逐步 得到开 放。 1 9 99 年成立电 力管理办公室 o f g e m和电 力供应主管机构d g es， 取代前期的电力 管制办公室o fi 花 r . 市场监管机构的职责是: 保证满足用户用电需求， 促进发 电 侧和用电 侧竞争， 保护用户合法权益， 提高效率和经济运作， 促进新技术的 研 究 与 发 展， 促 进 环 境 保 护 。 电 力 库 ( p oo l) 是 电 力 市 场的 交 易中 心 ， 所 有 交易 均 需通过p ool 实现。 电 力 市 场 中 ， 买 卖 双 方 均 通 过电 力 库 ( p oo l) 进 行 交 易 。 同 时 ， 为了 规 避 市 场 价 格波动带来的风险， 允许 供需 双方签定 长期的 金融差价合同( c fd) 。 也就是说， 第一章 电力市场概述 金融差价合同只是买卖双方的 事情， 合同内容与电力交易中心无关。 第一阶段 电 力市场的交易 模式如图1 一所示。图中实线 表示商品 流 ( 即潮流) ， 将交易各 方和电力 库连接 起来; 虚线表示参与金融差 价合同， 与买卖双方连接. 图 1 一 1 英国电力市场的两种贸易方式 市场运作原则是: 发电侧 各独立发电公司 竞价上网; n g c 负责输电网 络的 管理、维护、建设及系统调 度、 p oo卜 运作和结算。每0 . s h 为一 个交易时段， 称为结算时段。每天48 个时 段， 对应48 个结 算电 价。 定价过程是每天发电商申 报发电价 格和可用容量; 负荷预测; 排序， 安 排 “ 无约 束 发 电 计 划 ” (u . co ns 俪ted scbed ul e) ， 满 足负 荷 和 备 用 需要 ; 计 算 电 力 库 的 购电 价 格p p p 伊 ool pu r c b 玲 e p ri ce ) : 计 算 电 力 库 的 销 售 电 价p s p ( p oo l s al o pri哟; 计 算 终端 销 售电 价. 在近十年的第一阶段的电力市场改革后，英国的电力工业取得了很大的成 绩， 但同时 也发现了p ool 模 式的 许多缺点， 所以 英国电 力市场又进行了 第二阶 段新的改革措施， 包括取消强制电 力库， 实行新的交易规则，允许供电 商和发 电商就将来任何时候的电 力交易 签定 合同， 放宽电 力合同的时间跨度等。 同 时， 英国政府对电 力企业进行了 纵向 整合和横向 整合，实现供电公司发电 和售电 的 基本平衡，推动供电公司之间的兼并，以期实现规模效益。 1 3 .2 美国电力市场 美国电 力市场放松管制的目 的是引入竞争和降低电 价。因此， 在进行电 力 工业重构时产生了许多新的实体，如非赢利性的p x和 150 。p x的核心功能是 第一章 电力市场概述 提供一个电能 交易的 场所，而15 0则是负责 系统调度和安全运行。 美国 各州电 力市场的改革情况 及运营模 式相差 很大， 最有 代表性的 是以 下三种模式: pjm 电 力市场模式。 将 px 和 15 0整合 为一个的实体，提供优化的日 前中 央调度， 采 用 著 名 的 区 域 边际 定 价 法 ( l b m p) 。 nev ad a 和erc ot 电 力 市 场 模 式。 建 立 一 个ls a ( inde pe n d e ni s ys tcma d m i n is tr a to r) ， 与以 侧 。n trol ar eao 讲 r a 一 如0 、 r t o (re gi o 比 目 竹 田 ” m ission o 沐r a t o r ) 和m ar k e t 相 互协调. 加州电力市场 模式. 分别设立 p x和150两个独立的实体。p x提供电能拍卖，巧0提供电网控制、 稳定运行以及辅助服务的功能。此外，加州率先同时开放电力批发市场和零售 市场，在各环节全面引入竞争。这里主要介绍加州电力市场。 加州电 力系统主要由 五个机构负责监管: 加州能源委员 会: 加州环境资 源 管理局: 加州能源检察 局;加州公用事业委员 会; 联邦能 源管制委员 会。 1 996 年加州通过了a b 1 8 00法案，开始筹建 独立系统操作员 和电能 交易中 心。1 998 年加州电力市场正式运营，其主要实体如图 1 一 2 示。图中实线和虚线 箭头分别表示商品流和资金流，双向箭头表示信息流。 ?绍 嘿畔 鲁 骂 竺 发电商 p x :电 能交易中心 s c : 计划协调者 15 0 : 独立系统 操作员 g c :电网拥有者 图 1 一 加州电力市场的主要实体 加州电 力市场各实 体的主要职能: (l ) 发电 公 司 可 直 接 售 电 给 用 户 、 经 销 商 或 电 力 联 营公 司， 但 所 有 交 易 必 须 通过计划协调员或电能 交易中 心进行协调。 ( 匀 电网 公司 ( g c )的主要任务是输电 规划、电网 运行和收取过网费。 (s)计 划 协 调 员(s c ) 的 职责 是 : 负 责 协 调 和 安 排发 电 调 度、 输电 通 道 预 留、为市场成员 提供相应容量的电能: 提交负 荷预测结果 及用户 委托的次日 或下一小时的交易 计划; 提供辅 助服务支持; 负责支付独立系统操作员的 第一章 电力市场概述 费 用以及与其他 计划协 调员间 的交易结算。 ()calp x 是 世界 上 规 模 最 大的 非 赢 利 性电 力 交易 机 构， 其 任 务 是 : 进 行 次日 短期、超短期负荷预测; 根据成员报价确定市场清算价格，制定可行的 提 前 ( 次日 或下一小时) 交易 计划，并管理提前市场; 提交减轻或消除网 络 阻 塞的电能调整量报价;负 责双边市场和期货交易; 市场结算或清算; 市场信息的管理。 (5 ) 加 州 独 立 系 统 运 营商( cals o ) 为 非 盈 利机 构 ， 其 正 常 运 行费 用由 参 与 市 场的各电力公司按电量分 摊。 cals o除负责电 力系统的安全运行外，还对关 口 计费、表计设置等进行监管。 其主要职能有:系统调 度、保持发供电实时 平 衡和系统安全; 执行电能 交易中 心制定的现货市场交易计划; 协调网络 可用传输容量的使用，负责拥堵管理;根据计划协调员和电能交易中心提交 的 预测计划， 对辅助服务实 行单一竞价拍卖， 安排和运行交易计划。 ( 6 ) 配电 公 司 的 主 要 职 责 是 : 通过 计 划 协调 员 或 电 能 交易 中 心 批 发电 量， 向 用户供电 ; 提供本地输配电 服务，为用户供电; 负责电能计量、收取电 费和输配电费用。 图 1 一 3示出了加州电力市场中发电商、消费者、独立系统操作员 ( 150) 、 电能交易中心 ( p x ) 和计 划协调员 ( s c ) 之间的交易 通道. 其中包括了 双边合 同、 多边合同 、 实时电 子贸易等交易方式. 就15 0 、 p x 和s c而言， s c起着中 间协调员的作用: p x制定的 交易 计划呈交 给150 ， 如 通不过安全验证， 则将15 0 的建议方案递交s c ， 有s c 重新报价和计划， 将约束内 部化， 再交由p x处理。 反复数次后，终可达成协 议， 并完成次日的 基本交易 计划. 消费者 is o s c双边合同 s c多边合同 发电商s c电子 贸易 独立 s c 、p x ( 现货市场) 图 卜 3 加州电力市场的交易通道 第一章 电力市场概述 在实际电力市场中，p x和 150 既要独立工作，保证业务和财务分开，又 要保持 密切合作， 从而保证系统调度、电 力平衡和各种交易的顺利完成。 它们 在时序上的配合关系如图 1 一所示。 图1 4 f x和15 0之间 的协调 i j 3 国外电力市场对我国电力市场的启示 世界各国 在进行电力工业改革、 建立电力市 场过程中， 其改 革措施 几乎 都 涉及到所有制模式、 管制模式、 企业管理模式和竞争模式四个方面的变 革。 电 力市场改革都是 从所有 制改 革开始的， 总的 趋势是由 政府所有制向 公用 公司、民营化、私有化方向发展。我国电力市场改革也是如此。 在管制模式方面，各国都根据自身特点采用不同的管制模式，具体包括管 制措施和管制机构。不同的管制措施可以解决不同的问题。管制机构是管制措 施的执行者，有的国家专门成立电力管制委员会，有的采用电力行政管理和电 力 管制合一的方 式。 在英国 管制机构由电 力调控办公室和中央调控系统组成， 第一章 电力市场概述 按照电力改革规 划执行管制措施。 我国 如果 建立类似的电 力监管体系， 要涉及 到国 家计 委、国家 经贸 委和电 力工业主管部门 的重 新组合，涉及国 家机构的 调 整等重大问题，所以管制模式的改革任务繁重，难度最大。 在电力企业管 理模式方面， 主要包括发电 、输电、 配电 的电 力生产环节的 横向 解体 和纵向管理。 我国目 前只是将发电 从中 分离出 来。电 力企业管理 模式 的 选择与电力企 业的 所有制模式、电 力工业的管制模式以 及电 力市场采 用的竞 争机制密切相关，单 纯的 管理模式改 革并 不能从根本上解决电 力工业所面临的 问题。 在竞争模式方 面， 包括市场竞争范围 和市场竞争方式。英国电网互 联的 规 模还将扩大，目 前引 入竞争还存在电 力交易 价格的 确定缺乏足够的 经济 分析依 据、区域电网间电能交换矛盾增大、区域输电费用难以确定等问题。 世界范围内的电 力工业改 革很多 都处 在探索阶段， 多数国 家和地区的电 力 市场改革取得了一定的经济效益和社会效益。同时也存在各种各样的问题，甚 至 2 (x x)年底到 2 叨1 年上半年，出现了美国加州大停电、电价飞涨、电力公司 申 请破产保护这 样的大问 题。 加州电力 危机 给我们的 深刻启示是: 仅靠竞 争 不能解决电力市 场的 所有问 题，国家 仍应宏 观控制和协调， 确保能 源安 全; 监管机制要灵敏和灵活，建议我国只对输电环节实行最高限价，对上网和销售 电价实行灵活的监管 制度; 重视系统规划、 鼓励中 长期电 源和电网投资; 重视区域电力市 场的 发展， 实现资源统筹配置13 。 l 4我国电力市场简介 l 4. 1电力 市场 模拟 我国电 力市 场改 革是从模拟市场开始的。 最初浙江省于1 994 年7 月 建立了 模拟电力市场，随后，安徽、湖南等省也相继建立了内部模拟市场。 模拟电力市场的模式如下: 结构方面，省电力公司 分为发电、中 心调度和供电 三个环节。由 省电 力 公司授权中心调度所代表省电 力公司向发电 厂购电，向 供电 局售电，实 行厂网 分开。 电价由 省电力公司财务 部根据各发电 厂的具 体情况制定各电 厂的 上网电 第一章 电力市场概述 价及上网峰 谷电 价， 各电 厂的 上网电 价是不一的. 对供电 局实行统一下网电 价， 并根据各供电区域用电结构的不同，分别核定各地区下网峰谷电价。电价的制 定是综合成本电价理论，而不是长期边际成本理论。两部制电价开始实施. 实时调 度考核依据系统频率作为系统供需 状况的 信号， 当系统频率大 于 5 0 +0. i hz 时鼓励少发电， 当 系统频率小于5 0 刁 . i hz 时 鼓励多发电。 这种做法引 导发电厂的发电量随着系统的供需状况进行跟踪调整。在发电厂和供电局的考 核和结算中，若实际出力或实际用电负荷偏离计划曲线一定程度将扣罚电量。 内部模拟电力市场的建立加强了发电厂、供电局的管理考核，促进了电力 系统计算机应用，通讯系统，量测系统的 建设， 成为电 力市场实施前各 大区、 省电 力 系 统 运 营 的 主 要 模式 13， ，l. l 4 )几个试点单位电力市场的运营模式 试点单 位之一的山 东省电 力市场在1 9 99年3 月开始建设， 于2 (x xj年1 月 正式投入运行。山东 省电力 市场采用发电 侧竞争模式: 厂网 分开， 竞价上网 ， 输电配电侧垄断 经营， 接近英国 模式。 其主要特点是: 市场规模为省网的 所有 火电机组均参与竞价;市场交易类型为日前市场交易:竞争模式实行 “ 单一购 买者+ 双轨制电 网电 价” 的限量竞价 模式; 市场 结算在计划交易日 的 第二天进行。 浙江省电力市场和山东省电力市场建设基本同步，模式同为发电侧竞争模 式，运营方式接近澳大利亚模式。其主要特点是:市场规模为省网的大部分火 电机组参与竞争，水电不参与市场竞争，剩下的小容量机组、燃油机组和地方 小火电也不参与竞争; 市场交易类型为实时市场交易: 竞争模式实行“ 单一购买 者+ 双轨制电网电 价” 的非限 量竞价模式; 市场结算 在实时交易的每个时段结束 后 实时 进 行 【气 l s本文研究的目的和意义以及主要研究内 容 ( 一 ) 研究的目 的和意义 电 力市场是电力工业重构和市场 化运营的 必然结果. 近十几年来得 到了 迅 速发展。建立电力市场要尽量减少市场管制和干预，并从商业运营的角度将发 电、输电和配电的 主要功能 分解成相互独立的实 体。 第一章 电力市场概述 电力市场中的商品是电力， 而电 力这种商品的 交换靠的 是电 价，而电价要 交易 双方都能接受才能成交， 所以电 价是电 力市场的支点。随 着经济的不断发 展，电力系统的规模越来越大，负 荷的日 曲 线变化也 越来 越大， 造成电力系统 的 供电成本在一天内 的变化也 较大。以 往， 甚至现在大多 数国家为了反映这种 变 化，采用了分时电 价，较典型的是 峰谷平三段制电价。 分时电 价能大致反映 供电成本随时间的变化，但是二由于分时电价的时段划分是固定的，各个时段 电 价之比也是固定的，只能反映一 段时间 ( 通常是一 年或 几年)内的日 负荷和 供电 成本的统计 规律，不能 精确反映每天各时段的日 负荷及供电成本的变化。 合理的电价设计，应该考 虑两 个方面: 一是在供应侧能反映 供应成本，二 是 在需求 侧能反映用电特性。实时电 价是一 种短期 边际成 本定 价方法，能够较 好地反映短时期内 ( 如 1 天，1 小时， 0 .5小时甚至是 15一 分钟，5 分钟)供电成 本和用电特性的变化情况。它能充分利用电力市场的供需状况对其的影响，自 动反 馈调节发电厂发电量和用户负荷， 通过 经济利 益激励发电商 和用户配合市 场调 度员 共同实现发电 量和电力负荷 在一定时空的最佳分 布，从而实现电 力商 品的社会价值最优。节点实时电价的具体作用是:在发电侧提供了一个严格的 发电调度基础，发电 商可以 根据节点实时电 价来确定哪些 节点的发电 机组效率 高，哪些节点的发电机组效率低， 从而制定最优发电计划， 使得发电成本最低; 而在需求侧， 用户可以 根据节点实时电 价的 涨落情况来安排自己 的生产和生活， 将用电 从电价高的时段移至电价低的时段，降低自己 的生 产和生活成本， 从而 起到削峰填谷的作用. 总之，节点实时电 价可以 为整个系统的发电、输电和 用电部门制定发电 、 输电和用电计划提供可靠和及时的依据，使整个系统的成本趋于最低，利益趋 于最大，从而推动电 力系统部门 实现社会、经济效益最大 化。随 着电力市场的 不断深入，实时电价的研究越 来越被人们重视。 ( 二 ) 本 文 的 主 要 研 究内 容 给出基于电力市场的实时电价模型，用原一对偶内点 算法求 解实时电价模 型。 对有功实时电 价和无功实时电 价的计算结果进行了分 析比较;讨论对应发 电 机约束的拉格朗日 乘子与安全费用之间的关系;讨论了系统发电费用与负荷 之间的关系; 同时讨论向 心参数的 选择对算法收敛性和模型解的影响。 对算法向 心参数的 选取，本文将引入预测及校正环节， 在充 分利用互补松 弛条件的二次性的同 时， 还可利用预测过程的结果动态确定向 心参数的取值以 第一章 电力市场概述 较好地协调 解的 最优性及可 行性之间的 关系， 改善算法的收敛性能。 本文对 5节点系统三种负荷情况下和 ieee 14 节点标准测试系统对上述工 作进行验证和讨论。 第二章 电力市场下的电价 第二章电力市场下的电 价 2. 1电力市场下制定电价的 基本原则 在电力市场中，电能是一 种商品，电价是电能价值的货币 表现。同 样要遵 循商品市 场的价 值规律，即电 价要围 绕电能 这种商品价值上下波动， 要能反映 电能的 供求关系 1 哪 1 。 2. l i电 力市 场下电 价应具有 的功能 电价作为电力商品市场的经济杠杆，应具有以下功能: 1 、 正确反映生产成本， 以 维护简 单再生 产. 这对一般商品来说是不困 难的， 但是电 力工业的投资环境受到政治社会和经济大环境的 直接影响， 即使用折现 方法换算到同一 年也缺 乏可比 性， 即 在电 力资源的 利用上， 不能简单相加求和。 因 此它的总的固定成本畸变了。 2 、 具有筹资和 投资功能以 扩大再生产， 满足用户发 展的 需要。 电 价和电 量 不 仅应当满足短期电 能简单再生产的需要，而且应当满足长期电能扩大再生产 的资金需要，以 便保证电力工 业持续稳定地发展。 3 、具有调节功能。电价应当具有调节功能，引导用户合理用电和引导发电 厂顶峰压谷。电力系统在峰荷时段危险地逼近电 力容量的极限，由 于必须使用 高燃料成本和利用小时数很低的调峰机组，故其电力生产成本可能成倍增加。 另一方面，在低谷时段往往要压火停 机，同样危机系统的经济性和安全性。因 而， 在峰荷时段应高电价，鼓 励发电厂顶峰发电 ，引导用户转移部分负荷;在 低谷时段 应低电 价， 以 便一方面鼓励用户用电， 另 一方面促使发电 厂压低负荷， 从而更有效的利用电力资源，降低系统的峰容量要求，并改善系统的负荷率。 因此电价在电能生产消费 交换的 各个环节都能起到间 接调控的作用。 2. l 2最低成本与合理成本原则 最低成本是指电力工业维 持简单再生产的最小成本。电力行业的供电成本 第二章 电力市场下的电价 包括:燃料费，水费， 材料费，工资及福利费，折旧费，维修费，外购电力费， 其他费 用 ( 办公费、 宣传费、 运输费、 税金 等) 。 合理成 本是指电能在 生产、 输 送过程中 所发 生的 任何必要的会计成本， 在数值上就等于一定时期内 的总支出 与总产量的商，比 如，贷款利率、 债券发行费、 环 保投资等都属于必要的合理 成本。电价应当能保证电力生产部门对最低成本和合理成本的回收。 1 1 3 合理收益原姗 利润是劳动者创造的剩余价值的一部分。电力行业的资金利润率水平应当 适当高于整个社会的 平均资 金利润 率水平， 但是 应以 不获取超额利润为 原则。 电 力 行 业 的 正 常 利 润 应 与 社 会总 资 本的 盈 利 相当 ， 即 接 近 社 会 平 均 利 润。 社 会 平均利润水平应该比银行一年期的储蓄利率略高一点。 另 外，制定电 价还应遵循以 下原则: 依法计 入税金;公平负担、 等价交换 原则，制定分类和分时电价，公平合理地分摊用户的用电费用;促进合理用电 与合理 利用资 源原则，电 价的制定 应有利于改善国 家能源生产和消费 结构， 有 利于电力的有效使用，电价应能给用户以正确的用电信号，鼓励用户在适当的 时候以适当的方式用电。 2 之 电价制定的理论方法 z j .1 电 价的形成机制 计划经济条件下的价 格形成机制，缺少科学客 观的方 法，只靠政府职能部 门 的少数人去制定具体 标准，带有一定的主观随意 性， 这种电价通常也 被称为 “ 管制电价” 计 划经济条件下电 价机制的 缺陷 具体表现在: 价格管制原 则不明 确， 存在很大弹性; 没有规范的定 价方法; 价格管制机构职能单一; 价 格监管主体与客体关系 倒置，我国是先建厂， 后上报定价; 对价格管制机构 的监督体系尚未建立。 市场经 挤条 件下的 价格形 成机制， 本质上是指通过市场机制引 导资 源最佳 配置的价 格机制，正 确理解价格合理 性的方 法应当 是看它的调节方向 和调节力 度，是否与资 源最佳配置的要求相一致。 第二章 电 力市场下的电 价 电 力投资对电 价的形成具有决定性的作用，它与电 价的形成过程具有如下 特点: 资金密集; 投资周期和运行周期长;产品单一，资本存量调整困 难; 发电 和供电 存在效益和安全一体化关系: 电 价对生产、消费具有明显 的调节作用;电 能消费存在区域差别; 消费范围广 泛，可替代性小，逐 渐 居于能源消费的主体地 位; 电能 从生 产到销售属于一 个整体。 2. 2. 2电价制定的理论方法 从理论 上讲，要 制定电 价就是要确定电价水平和电 价结构。 电价水平由电能基础价格和供求价格组成。 基础价格反映电能的自身价值， 对整个电 价起决定性作用; 供求价 格反 映电能商品的市 场紧缺程度， 在某种程 度上会对电 价产生 较大的 影响.电 价水平可以用下列公 式表示: 电 价水平= 基础价格+ 供求 价格 基础电 价=成 本+ 利润+ 税金 合理的电 价结 构不仅要反映电 力生产的特性和用电 特性，还要满足计量成 本最低的 要求。 电价结构可 分为供电电 价结构、 用电电 价结构和调节电 价结构. 供电电 价是指电力企 业之间电 力交易的价格， 包括上网 电价或称收购电 价、 转 供 ( 转运) 电价。 用电 电 价结构可分为一部制电 价、 两部制电 价和三部制电 价。 调节电 价一般采用峰谷电 价、丰枯电 价、 功率因素 调节电价等。 电 价结构与电 力市场模式紧密相关. 在以 往的电 力系统和 初期的发电侧竟 争的电 力市场中， 可以 采用上述的电 价结构。 但在更 加开放的电 力市场机制下， 输电 网络开放，配电 侧展开零售竞争，电 价结构应当更加 透明、公正， 有利 于 各个环节的竞争。 此时， 应 考虑全网实时电价方案或发电、 输电、 配售电的 三 段式电价结构方案。 z j 计算基础电价的 方法 计算基础电价，方法主要有三种:综合成本法;长期边际成本法;短期边 际成本法。 ( 一) 综 合成本法 综合成本法是指计算在未来给定的电价计算期内为了供电所需的全部成 第二章 电力市场下的电价 本，并将其分摊到各个用户。其计算步骤如下: ( 1 ) 作出系统在给定电价计算期内的电力发展规划及资金计划。 ( 2 ) 成本核算: 在综合成本法中， 依据供电成本组成项目 逐项进行成本核 算。供电成本包括燃料费、购入电 力费、用水费、工资及福利费、折旧费、维 修费、其他费用。将供电成本所含各项求和，即得电力系统向用户供电的综合 成本。 ( 3 ) 将供电成本在用户中分摊。 分摊的基本方法是平均分配。以两部制电 价为例，某一电压等级用户的基础电 价为: 舫 “ ”马 一 冬 电 量 电 价pw 二 备 ( 2-1 ) ( 2 一 2 ) 式 中c 州为 综 合 供电 电 力 成 本 ， 单 位: 元 瓜 w ; c 喇为 综 合 供电 电 量 成 本 ， 单 位: 元 戏 hh) ; pd为负 荷 的 最大 容 量， 单 位: kw: 巩为 负 荷 的 用电 量 ， 单 位 : kw.bo 件) 长期边际成本法 长期边际成本法是指在电力系统发展规划和运行中，由于未来微增负荷的 持续增长所产生的微增成本。 根 据 边 际 成 本 计 算 电 价 的 理 论 ， 电 价 应 使 得 社 会 效 益 马最 大 ， 即 优 化目 标 为: inax b ， 其 中 b ， 一 b.一 c q c ， ， + c ， ， 式 中 : b ， 为 消 耗 电 能 巩后 产 生 的 社 会 净 效 益 ; ( 2 一 3 ) 凡为用户使用叱 电 能后 产 生 的 用电 效益， 该 效 益以 去 除 劳 动 力 成 本， 原 材 料 成本 及 设 备 折旧 等， 即凡 为 耗电 能巩所生 产 产品 的 价格 减 去 在 时 段t 去 除电 费 外的 生 产 成 本， 包 括 人 工、 原 材 料 、 房 租 、 设 备 折 旧 等 等 ; q为 系 统 总 供 电 成 本 ; 几 ， 为 系 统 总 供 电 成 本 中 的 电 力 成 本 ; c 刁为 系 统 总 供 电 成 本 中 的 电 量 成 本 。 用 户 使 用电 能 巩而 产 生 的 用 户 效 益凡为 : b b 。 一 几 ， 巩一 pp ， 凡。 即 第二章 电力市场下的电价 凡 为 用户 使 用电 能巩生 产产品 的 价 值， 减 去 所 有 生 产 成 本 后 所获 得的 效 益， 称为 用户 使 用电 能巩而 产生的 用户 效益。 b 与b ， 的区 别 在 于， 凡在 除 生 产 成 本时， 没 有 去 除 电 费 ， 而b ， 去除了 包括电 费 在内 的 所 有生 产 成本。 根 据式( 1 一 ) 优 化目 标， 对负 荷容 量弓和 负 荷电 量叱求 偏导， 可得 : 些上二 旦 生_ a 凡a 凡 a c ， ， a 几 a b ，a b ， a c ， ， ( 2 一 4 ) a wj 甲a 平 而 依 据 用 户 的 用电 行 为， 用户总 是 使 其 用电 效 益凡为 最 大， 将用 户 使 用电 能巩而 产 生的 用 户 效 益凡对负 荷 容量几和 负 荷电 量叱求 偏 导， 可 得: a bja b_ 前 “ 耐 一 “ 州. “ la b a w讨 a b 。 a 砰j 一p ， 泌一0( 2 一) . _日 b_ 即 场下 少 一 “ p ， a b 。 口 邵j 一p， . ( 2 一) 也 就 可 得:p ， ，毖 a c， ，d a 凡 p， . a c， a 平j ( 2 一 7 ) 即 容量电 价等于负荷容量发生边际变化时系统供电 成本中电力成本对负 荷 容量的微增变化;电量电 价等于用电 量发生边际变化时系统供电 成本对电 量的 微增变化. 依据长期边际成本理论，计算电价的步骤为: (1)预 测 负 荷 容 量 几 1 和 用电 电 量 巩， ， 计 算 供 电 容 量 成 本 c 州 ， 和 供 电 电 量 成 第二章 电力市场下的电价 本c 、 : 。 (2)假设 负 荷容 量 和用电 量 分别 从几 : 、 巩， 变 化到弓 : ， 巩， ， 即 有 一 微小 增 合 尸 诬 凡: 一 乃， ， 0 巩 巩: 一 巩: ， 0 (3)计 算 几 2 ， 嗽 2 下 的 容 量 成 本 c 州 2 和 电 量 成 本 c 喇 2 ()求 容 量 成 本 增 量 c 州 和 电 量 成 本 增 量 屺。 醒p 声 c ， 声 2 一 c ， ， 1 吞 c ， 泌 一 c ， ， 2 一 c ， ， 1 侈 ) 用长期边际成本法定价: ( 2 一 8 ) ( 2-9 ) 容 量 电 价 : ” p. 二 赞 会 电 量 电 “ : “ ，一 斋 赘 ( 2 一 1 0 ) ( 2 一 1 1 ) 伍) 短 期 边 际 成 本 法 采用综合成本法及长期边际成本法计算电 价，反映的是一个较长时期电力 生产成本及总体负荷水平， 而不能反映负 荷及供电能力在短期内 变化时 ( 如负 荷的突然上升或发电 机、输电线的意外故障) 所引起的生产成本的变化。随着 经济的发展，负荷的日曲线变化越来越大，从而造成系统供电成本在一天中的 不同时段变化较大。以往，为了反映这种变化，人们采用了分时电价，较为典 型的就是峰、谷、平三段电价。分时电价能大致反映供电成本随负荷的变化， 但是， 由于分时电价的时段划分是固定的， 各时段电价之比也是固定的。 这样， 就只能反映一段时间内，日 负荷及供电 成本的 统计规律，而不能精确反映每天 各时段负荷及供电 成本的 变化。 短期边际成本法能 够较好地反映较短时期内( 如1 天， 1 小时， 0 .5小时甚 至10分钟， 5 分钟) 供电成本的变化。当测算时间在以分钟计时， 所计算出来 的短期边际成本在工程意义上又可称为 “ 实时电价气 实时电价能够反映短期内由负荷变化引起的生产成本的变化及用电量信 第二章 电 力市场下的电 价 息， 指导用户正确用电。 除此以外， 在电力市场中， 它与节点的位置密切相关。 在同 一时间刻度上，不同节点的 电价具有明显的差异， 这种差异既能体现交易 自电力富足地区向缺电地区流动的情况，又能反映出输电资源的利用和拥堵状 况。 因 此， 实时 电 价 又常 被称 为 “ s po t p n cc ” 。 文献 艺 9 1 在 运 用边 际 成本 法计 算电 价方面作了尝试131。 2 .4 电力市场下的实时电价理论 2. 4. 1实时电价的提出及其模型 实时电价是在考虑运行和基本投资的情况下， 在给定的极短时段( 如3 0 分 钟、 15分钟、 5 分钟)内向 用户提供电 能的 边际成本。 最 初的 实 时电 价构 想是由 美国m rr的f. c sc h w ep pe教 授 在19 80年提出 的 : 电力要改变传统的供求模式，并建立电力市场，就应像计算电压和频率那样， 计算和控制电 能的 价格， 即 采 用s pot p ri ce， 它不 仅随时间 变 化， 而且区 分节点 位置、事故和可靠性电价。在20世纪50年代中后期，正式提出并建立了实时 电价理论。后人研究实时电价多数都以这个构想为出发点。 根 据s ch weppe 教 授建 立的 实 时电 价数 学 模 型， 实时电 价由 八 个 分 量 组 成， 其表达式为: p 。 ， 一 y ， ， + y 盯 ， + y 少 ， + 了 ， ， + 刀 ， + ， 材 ， + ， 少