《電力市場概論》 課件 第三章 電力商品市場

第三章電能的市場交易前提：假定所有發(fā)電機(jī)與負(fù)荷都連接在同一母線上或者都連接在無窮大容量且無損的網(wǎng)絡(luò)上，忽略輸配電網(wǎng)帶來的影響本章內(nèi)容：電力商品具有特殊性電價(jià)理論基礎(chǔ)。市場結(jié)構(gòu)電能交易的方式競價(jià)算法3.1引言1、電力供需瞬時(shí)平衡－－計(jì)劃和調(diào)度的必要性不能完全交給市場2、電力系統(tǒng)的相互依存性－－輔助服務(wù)問題3、電力無法儲(chǔ)存－－不平衡電量問題4、電流遵循物理定律－－輸電阻塞管理問題3.2電力商品的特殊性一、電價(jià)概述1、電價(jià)制定原則第三十五條本法所稱電價(jià)，是指電力生產(chǎn)企業(yè)的上網(wǎng)電價(jià)、電網(wǎng)間的互供電價(jià)、電網(wǎng)銷售電價(jià)。電價(jià)實(shí)行統(tǒng)一政策，統(tǒng)一定價(jià)原則，分級管理。第三十六條制定電價(jià)，應(yīng)當(dāng)合理補(bǔ)償成本，合理確定收益，依法計(jì)入稅金，堅(jiān)持公平負(fù)擔(dān)，促進(jìn)電力建設(shè)。第四十一條國家實(shí)行分類電價(jià)和分時(shí)電價(jià)。分類標(biāo)準(zhǔn)和分時(shí)辦法由國務(wù)院確定。對同一電網(wǎng)內(nèi)的同一電壓等級、同一用電類別的用戶，執(zhí)行相同的電價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。

3.3電價(jià)理論基礎(chǔ)

2、電價(jià)分類

電能電價(jià)

從功能上備用電價(jià)

輔助服務(wù)電價(jià)

輸電電價(jià)遠(yuǎn)期合同電價(jià)從時(shí)間上日前市場電價(jià)

實(shí)時(shí)電價(jià)

一部制電價(jià)

從結(jié)構(gòu)上兩部制電價(jià)

三部制電價(jià)3、我國上網(wǎng)電價(jià)政策的發(fā)展還本付息電價(jià)出臺的背景源于1980年代中期的嚴(yán)重電力短缺。為調(diào)動(dòng)社會(huì)各方面投資辦電的積極性，1985年，國務(wù)院實(shí)行了多家辦電和多渠道集資辦電的政策，對集資興建的電廠實(shí)行還本付息電價(jià)，允許新建成的電力項(xiàng)目按照還本付息需要核定電價(jià)。到20世紀(jì)90年代中后期，經(jīng)營期電價(jià)政策取代了還本付息電價(jià)政策。主要是將按還本付息需要定價(jià)改為按社會(huì)平均先進(jìn)成本定價(jià)，在一定程度上修正了還本付息電價(jià)缺乏激勵(lì)機(jī)制、不利于提高電力投資效率的弊端?！皬S網(wǎng)分開，競價(jià)上網(wǎng)”后，標(biāo)桿電價(jià)，兩部制電價(jià)4、價(jià)格的功能市場經(jīng)濟(jì)是以市場機(jī)制作為配置資源的主要方式的經(jīng)濟(jì)。而市場機(jī)制的主力就是價(jià)格機(jī)制，換句話說，市場配置資源主要是通過價(jià)格的調(diào)節(jié)作用實(shí)現(xiàn)的。價(jià)格的職能是指價(jià)格本身內(nèi)在所具有的功能和作用，主要有表價(jià)功能、調(diào)節(jié)功能、傳遞信息功能等。（1）表價(jià)功能：價(jià)格的這一職能是使價(jià)格盡量正確地反映商品內(nèi)在的價(jià)值量，因而是價(jià)格最基本的一種職能；（2）調(diào)節(jié)社會(huì)經(jīng)濟(jì)活動(dòng)職能：價(jià)格的這一職能，表明價(jià)格在社會(huì)再生產(chǎn)全過程中處于調(diào)節(jié)者的地位，即它可以調(diào)節(jié)經(jīng)濟(jì)單位的收入以及生產(chǎn)、流通和消費(fèi)。（3）傳遞信息的職能：即價(jià)格作為一種信息載體能夠反映、傳遞經(jīng)濟(jì)信息的一種功能。

電力工業(yè)的一大特點(diǎn)就是電能不能儲(chǔ)存，這就要求供電方不管用戶是否用電，都要隨時(shí)準(zhǔn)備足夠的容量。這樣，即使用戶不用電，供電方也要做好供電的淮備，從而產(chǎn)生相應(yīng)的成本，這部分成本只與系統(tǒng)容量有關(guān)。因此，可將供電成本分為容量（電力）成本和電量成本兩部分，其中，容量成本只與系統(tǒng)容量有關(guān)，而電量成本與系統(tǒng)所發(fā)電能有關(guān)。供電企業(yè)的成本，其中有一部分只與用戶數(shù)量有關(guān)而與系統(tǒng)的容量及發(fā)電量無關(guān)。這部分成本稱為用戶成本，包括營業(yè)設(shè)施的折舊、營業(yè)人員的工資福利、營業(yè)業(yè)務(wù)的辦公費(fèi)用、接戶線及電度表的成本、負(fù)荷管理設(shè)備等等。如果將這部分費(fèi)用從容量成本中分出來，就形成了三部制電價(jià)。二、電價(jià)制定方法(一)綜合成本方法計(jì)算在未來給定的電價(jià)計(jì)算期內(nèi)為了供電所需的全部成本，并將其分?jǐn)偟礁鱾€(gè)用戶。其計(jì)算步驟：

(1)作出系統(tǒng)在給定電價(jià)計(jì)算期內(nèi)的電力發(fā)展規(guī)劃及資金計(jì)劃。

(2)成本核算：依據(jù)供電成本組成項(xiàng)目逐項(xiàng)進(jìn)行成本核算，將各項(xiàng)求和，即得電力系統(tǒng)向用戶供電的綜合成本。

(3)將供電成本在用戶中分?jǐn)偂７謹(jǐn)偟幕痉椒ㄊ瞧骄峙?。特點(diǎn)（1）方法直觀、簡便，易操作；（2）計(jì)算周期較長，相對穩(wěn)定，有利于避免因投資高峰帶來的電價(jià)波動(dòng)；（3）只根據(jù)以往帳面計(jì)算折舊費(fèi)，無法體現(xiàn)未來通貨膨脹、能源和環(huán)境開支的增加等因素，有可能導(dǎo)致折舊費(fèi)不足和企業(yè)資金狀況惡化；（4）不能起到調(diào)節(jié)供需和提供信息的作用（二）邊際成本方法

在電力系統(tǒng)發(fā)展規(guī)劃和運(yùn)行中，由于未來微增負(fù)荷的持續(xù)增長所產(chǎn)生的微增成本，稱為邊際成本。

根據(jù)經(jīng)濟(jì)學(xué)原理，在完全競爭市場中，單個(gè)企業(yè)根據(jù)邊際成本等于邊際收益的原則定價(jià)，可以使自身的利益最大化；整個(gè)商品市場根據(jù)邊際成本等于邊際收益的原則定價(jià)，則可以使社會(huì)總效益最大化。特點(diǎn)

(1)邊際成本方法可獲得最大社會(huì)效益。反映了供電的邊際成本，因此，能給予用戶正確的用電信號。

(2)邊際成本電價(jià)往往造成收支不平衡（收>支），這是由于邊際供電成本與平均供電成本有差異而造成的。

(3)短期邊際成本電價(jià)受供需變動(dòng)的影響較大，波動(dòng)劇烈；

(4)長期邊際成本電價(jià)由于計(jì)算周期較長，電價(jià)相對穩(wěn)定，但某些與時(shí)間有關(guān)的宏觀因素難以精確描述，定價(jià)模型的準(zhǔn)確性難以把握3、實(shí)時(shí)電價(jià)

短期邊際成本法能夠較好地反映短時(shí)期內(nèi)（1天，1h，0.5h）供電成本的變化情況。當(dāng)測算的時(shí)間間隔越來越短，所計(jì)算出的短期邊際成本又可稱為實(shí)時(shí)電價(jià)。實(shí)時(shí)電價(jià)是隨時(shí)間、地點(diǎn)和負(fù)荷水平的不同而發(fā)生變化的一種電價(jià)，它可以更真實(shí)地反映系統(tǒng)供電成本，并為供需雙方提供價(jià)格信號。實(shí)時(shí)電價(jià)由在給定時(shí)段（0.5h或更短）向用戶供電的邊際成本確定。

目標(biāo)函數(shù)：滿足以下約束（1）電量平衡約束（2）發(fā)電功率約束。負(fù)荷功率和損耗功率之和應(yīng)小于系統(tǒng)總的可用發(fā)電容量（3）線路功率約束。任一線路的潮流不能超過其極限值（4）基爾霍夫定律：電力潮流及損耗應(yīng)滿足電路定律因此，實(shí)時(shí)電價(jià)的組成為邊際發(fā)電燃料成本邊際發(fā)電維護(hù)成本發(fā)電質(zhì)量成本發(fā)電收支平衡項(xiàng)邊際網(wǎng)損成本邊際網(wǎng)絡(luò)維護(hù)成本網(wǎng)絡(luò)供電質(zhì)量成本網(wǎng)絡(luò)收支平衡項(xiàng)…….一、遠(yuǎn)期合同及其分解電力遠(yuǎn)期合約是市場參與者為了回避價(jià)格風(fēng)險(xiǎn)，減少由于未來市場價(jià)格波動(dòng)帶來的利益損失，通過談判等方式達(dá)成的一種協(xié)議。交易雙方在遠(yuǎn)期合約中規(guī)定：在未來某一段時(shí)期按約定的價(jià)格購買或銷售一定的電能。由于電力供需瞬時(shí)平衡的特點(diǎn)，合約電量的執(zhí)行最終必須與現(xiàn)貨市場銜接，并分解為機(jī)組實(shí)時(shí)發(fā)電計(jì)劃的組成部分。遠(yuǎn)期合同與現(xiàn)貨市場是互為補(bǔ)充和相互協(xié)調(diào)的。遠(yuǎn)期合同可以穩(wěn)定電力商品的供求狀況、穩(wěn)定電價(jià)，有利于保障電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行和電力市場的穩(wěn)定運(yùn)營；而現(xiàn)貨交易可以增加市場的競爭度，更好地發(fā)揮市場的調(diào)節(jié)作用。3.4電能的市場交易二、日前市場1、雙邊交易（Bilateral）優(yōu)能發(fā)電公司，有三臺機(jī)組機(jī)組類型啟動(dòng)費(fèi)用Pmin(MW)Pmax(MW)邊際成本MC(￥/MWh）A大型火電高100500360B中型火電中等50200430C燃?xì)鈾C(jī)組無050600某交易日14:00到15:00時(shí)段的交易情況已有的合同：應(yīng)賣出的電力總額：550MW類型合同日期交易性質(zhì)交易量（MWh）價(jià)格（￥/MWh）長期合同1月10日賣出200375長期合同2月7日賣出250390期貨3月3日賣出100450期貨4月7日買入50435期貨5月10日賣出50440市場運(yùn)行情況：（1）日前市場開放后，電子公告牌的買賣信息公布如下：代號數(shù)量（MW）價(jià)格（￥/MWh）賣方B520610B425550B320500B210480B125460買方O130450O230445O320440O430420O550410發(fā)電公司的情況：機(jī)組B有150MW的富裕容量交易員的操作：與O1、O2、O3達(dá)成交易結(jié)果：A＝500MW，B＝130MW，C備用（2）發(fā)生意外情況后的調(diào)整意外：機(jī)組B由于故障只能工作到晚上，且發(fā)電量不能超過80MW交易員可能的選擇：

1）等待系統(tǒng)調(diào)度員平衡，并按實(shí)時(shí)電價(jià)付費(fèi)

2）啟動(dòng)備用機(jī)組C承擔(dān)50MW3）在交易市場上購買替代電量此時(shí)市場的買賣信息情況如下：交易員的操作：與B8、B6、B3達(dá)成交易

結(jié)果：A＝500MW，B＝80MW

代號數(shù)量（MW）價(jià)格（￥/MWh）賣方B520610B425550B320500B620480B810460買方O430420O650410O5503902、集中交易某交易日9:00～10:00的某電力庫交易情況公司數(shù)量（MWh）價(jià)（￥/MWh）賣電標(biāo)甲200360.050390.050440.0乙150400.050420.0丙100375.050430.0買電標(biāo)東城50375.0100465.0西城50350.0150450.0南城50340.0200480.03．兩種交易方式的比較競爭性的電力庫交易經(jīng)常是建立在不同集團(tuán)已有的合作基礎(chǔ)之上的。它轉(zhuǎn)向競爭性運(yùn)作，革新的力度比創(chuàng)立一個(gè)全新模式要小，因此引發(fā)的問題較少。電力庫模式方便一體化交易，不僅掌握所有物理上的電力商品交易，而且還對輸電網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行承擔(dān)責(zé)任。眾多角色的合并，避免了部門的增多，但也難以區(qū)分出電力市場中需要的各種功能。雙邊交易更接近一般商品的交易方式，但雙邊交易中難以處理時(shí)間約束和網(wǎng)絡(luò)安全約束。雙邊交易下需要建立阻塞管理和不平衡電量的新機(jī)制，市場規(guī)則過于復(fù)雜并可能缺乏效率。電力庫模式提供降低發(fā)電計(jì)劃風(fēng)險(xiǎn)的機(jī)制，因此有希望降低電能的成本。發(fā)電商在電力庫模式下以復(fù)合標(biāo)為基礎(chǔ)參與交易，電力庫的交易規(guī)則將保證發(fā)電商收回他投標(biāo)中的開機(jī)費(fèi)用和無負(fù)荷費(fèi)用。而且，電力庫運(yùn)行的發(fā)電計(jì)劃算法通常盡力避免不必要的停機(jī)。因?yàn)檫@些因素減少了發(fā)電商面對的風(fēng)險(xiǎn)，可以預(yù)期有較低的平均價(jià)格。然而，這種風(fēng)險(xiǎn)的減少是以交易規(guī)則的復(fù)雜化為代價(jià)的。復(fù)雜的規(guī)則降低了價(jià)格制定的透明度。雙邊交易中發(fā)電商以簡單標(biāo)為基礎(chǔ)來出售電能，由于每一個(gè)市場時(shí)段單獨(dú)運(yùn)作，它可能在某些時(shí)段遭遇因生產(chǎn)的電能不夠多而不能維持機(jī)組運(yùn)行的風(fēng)險(xiǎn)。在這種情況下，它必須決定是承擔(dān)一定的損失出售電能并維持機(jī)組運(yùn)行還是將機(jī)組關(guān)閉并承擔(dān)下次開機(jī)的啟動(dòng)費(fèi)用。每一種選擇都會(huì)增加這一機(jī)組生產(chǎn)電能的成本，迫使發(fā)電商提高他的平均投標(biāo)價(jià)格。三、實(shí)時(shí)市場1．實(shí)時(shí)市場存在的必要性（1）發(fā)電商和用戶都不可能按責(zé)任要求的和預(yù)測的那樣發(fā)、用電。（2）電力系統(tǒng)的及時(shí)平衡要求實(shí)時(shí)市場必須是有組織的，不可能是雙邊的。（3）備用市場、平衡機(jī)制等都可能是實(shí)時(shí)市場的名稱1、平衡資源的獲取調(diào)整應(yīng)通過自由買賣來完成，即應(yīng)允許任一個(gè)參與者通過競價(jià)的方式調(diào)整自己的生產(chǎn)與消費(fèi)某一時(shí)段的平衡服務(wù)通常在該時(shí)段的開放市場關(guān)閘后，由市場參與者向系統(tǒng)運(yùn)行員提供2、閉市設(shè)置閉市時(shí)間的目的是確定合同市場與實(shí)時(shí)市場的分界點(diǎn)，以便給系統(tǒng)運(yùn)行員留出平衡系統(tǒng)的時(shí)間在關(guān)閘時(shí)刻，買賣雙方簽訂的合同的合同量必須通知系統(tǒng)運(yùn)行部門，以便確定每個(gè)市場參與者的不平衡電量2．實(shí)時(shí)市場的運(yùn)行優(yōu)能公司的例子，目前的狀況優(yōu)能公司在實(shí)時(shí)市場上的投標(biāo)：

機(jī)組單元計(jì)劃發(fā)電（MW）最小出力（MW）最大出力（MW）邊際價(jià)格(￥/MWh)A500100500360B805080430C0050600市場交易的一般模型目標(biāo)是使購電總費(fèi)用最小滿足約束（1）式中，是發(fā)電商i

的報(bào)價(jià)曲線

N

為發(fā)電商的總數(shù)為用戶的總需求負(fù)荷3.5競價(jià)的模型與算法其它約束條件：

（2）發(fā)電機(jī)最大最小出力約束（3）機(jī)組運(yùn)行與停機(jī)最小持續(xù)時(shí)間約束（4）機(jī)組加減負(fù)荷速度約束

（5）系統(tǒng)旋轉(zhuǎn)備用約束（6）機(jī)組旋轉(zhuǎn)備用約束（7）電網(wǎng)安全約束算法： 排隊(duì)法等報(bào)價(jià)法動(dòng)態(tài)規(guī)劃法線性規(guī)劃法網(wǎng)絡(luò)流規(guī)劃法拉格朗日松弛法排隊(duì)法也稱優(yōu)先級法使用條件是：報(bào)價(jià)必須是分段水平線機(jī)組1、2的報(bào)價(jià)曲線如表所示ikPik/MWPi/MWC0i/(￥/MWh)11234100505050100150200250340380 42046021234150505050150200250300380400420440特點(diǎn)排隊(duì)法簡單快速，既可用作簡單標(biāo)的競價(jià)，也可用作復(fù)合標(biāo)的競價(jià)排隊(duì)法只能用于單段或多端水平報(bào)價(jià)曲線，不能有下降段排隊(duì)法實(shí)用上的技術(shù)難點(diǎn)在于很難滿足發(fā)電機(jī)升降功率限值和啟停時(shí)間限制。復(fù)合標(biāo)競價(jià)－－機(jī)組組合問題（UnitCommitment）

機(jī)組組合，是研究在一定的約束條件下，如何以最小的成本安排一定周期內(nèi)的發(fā)電計(jì)劃，以滿足給定負(fù)荷和旋轉(zhuǎn)備用要求，也稱為短期發(fā)電計(jì)劃。機(jī)組組合是電力系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的一項(xiàng)重要工作。電力系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行研究的問題，在時(shí)間范疇看，按研究周期的長短可分為經(jīng)濟(jì)調(diào)度(分、秒）、機(jī)組組合（日、周）、檢修計(jì)劃（月、年）、電力規(guī)劃（年以上）；在空間范疇內(nèi)，它要解決延伸到廣闊地域和包括多層次管理機(jī)構(gòu)的聯(lián)合電力系統(tǒng)的多級決策問題，比如機(jī)組組合中的水火電協(xié)調(diào)。機(jī)組組合問題的數(shù)學(xué)模型目標(biāo)函數(shù)：

其中，

目標(biāo)函數(shù)的變化：最小成本，最小購電費(fèi)用，最大社會(huì)效益機(jī)組組合的求解方法1、優(yōu)先級表法，即排隊(duì)法采用滿負(fù)荷平均成本法（full-loadaverageproductioncost）為指標(biāo)2、動(dòng)態(tài)規(guī)劃法3、拉格朗日松弛法（LagrangianRelaxation）引入拉格朗日乘子構(gòu)成拉格朗日函數(shù)底層問題為，上層問題為，底層問題的求解方法：動(dòng)態(tài)規(guī)劃法機(jī)組關(guān)機(jī)時(shí)，費(fèi)用為0

機(jī)組開機(jī)時(shí)，由下式?jīng)Q定機(jī)組出力拉格朗日乘子的調(diào)整次梯度法可行解的構(gòu)成對偶問題的最優(yōu)解不一定是原問題的可行解對偶間隙（dualitygap）原問題和對偶問題的目標(biāo)函數(shù)間的差值稱為對偶間隙。原問題（primal）：

對偶問題（dual）：絕對對偶間隙相對對偶間隙

例題：三臺機(jī)組，四個(gè)時(shí)段的機(jī)組組合問題四個(gè)時(shí)段的負(fù)荷水平分別為：

170MW，520MW，1100MW，330MWλ的初值取0，修正方法為：

λ＝λ＋c(PL-∑Pi

)c=0.01，如果PL>∑Pi

c=0.002，如果PL<∑Pi第二次迭代dual=14982,primal=40000,＝1.67λU1U2U3P1P2P3PL-∑PiP1EDP2EDP3ED1.70000001700005.200000052000011.001104002005000003.3000000330000λ1.75.211.03.3C(P)-λP327.5152.5-700.0247.5P3