电力市场中调峰权及其交易机制.docx

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1、第 25卷第 5期 中 国 电 机 工 程 学 报 Vol.25 No.5 Mar. 2005 2005 年 3 月 _ Proceedings of the CSEE 2005 Chin.Soc.for Elec.Eng. 文章编号 : 0258-8013(2005)05-0088-05 中图分类号: TM732 文献标识码 : A 学科分类号: 790-63 电力市场中调峰权及其交易机制 高志华 U2,任震 S黄雯莹 1 (1.华南理工大学电力学院,广东省广州市 510640 ; 2.广东省电力调度中心,广东省广州市 510600) PEAK REGULATION RIGHT AND TH

2、E CORRESPONDING TRANSACTION MECHANISM IN ELECTRICITY MARKET GAO Zhi-hua1,2, REN Zhen1, HUANG Wen-ying1 (1. South China University of Technology, Guangzhou 510640, Guangdong Province, China; 2. Guangdong Power Dispatch Center, Guangzhou 510600, Guangdong Province, China) ABSTRACT: The concept of peak

3、 regulation right and the corresponding transaction mechanism are presented and the auction model is also discussed in this paper. Generation costs are proved to be decrease with the implementation of peak regulation right transaction. The transaction mechanism provides a venture profit market, whic

4、h is called peak regulation capacity transaction market. The new market offers a transaction mode for the units to get rational profit and also encourage them to join peak-regulation of the whole system. The analysis illustrates that the purpose of decreasing the peak-to-valley ratio can be reached

5、by the way of transacting the peak regulation capacity before the traditional auction. Generation cost of the particular unit and the whole market are decreased with less stoppage. Case study shows that the mechanism is effective and feasible. KEY WORDS: Electric power engineering; Electricity marke

6、t; Peak regulation right; Transaction mechanism; Peak regulation capacity 摘要:该文提出了调峰权及调峰权交易的概念,对调峰权交 易模式进行了详细的论述,并从理论上证明了引入调峰权交 易后的机组发电成本将降低。该交易模式的提出,为发电机 组提供了一个新的风险交易市场,即调峰容量交易市场。调 峰容量交易市场的建立,为调峰能力较强的机组提供了获得 合理利润的交易方式,从而提高了机组参与调峰的积极性, 充分体现了市场的公平。分析表明:通过市场手段鼓励机组 参与调峰可以经济地解决系统峰谷差较大,调峰容量相对不 足的问题,并有效抑制

7、因机组启停频繁而导致的发电成本 上 升。算例表明,该文提出的交易机制是有效、可行的。 关键词:电力工程;电力市场;调峰权;交易机制;调峰容 量 基金项目:广 东省自然科学基金资助项目 (000397)。 1 引言 电网运行的调峰问题一直是众多学者研究的 热点之一。小型火电机组的逐渐退出使得电网失去 了部分停机调峰能力 1,负荷需求特性的转变也进 一步加大了电网的峰谷差。由于受到技术条件的限 制,一些以火电和核电为主,水电容量所占比例较 低的电网的调峰能力,尤其是向下调峰能力明显不 足。在电力市场环境中,发电机组通过竞标获得发 电机会,机组的调峰能力也被隐性地体现在该机组 的竞标曲线中目前较为普

8、遍的做法是将调峰问 题作为辅助服务的一种进行研究,其中包括了发电 侧调整 +5和负荷侧的需求管理 (DSM)6两个方面。 在电网的峰谷差较大时,上述手段仍未能完全满足 要求,而且在实际操作中存在较多的问题,例如: 在负荷低谷期,部分向下调峰能力较差机组被 迫运行在极不经济区甚至被迫停运 7。机组的被迫 停运又反过来加剧了高峰期发电容量的不足 ; 由 于发电机组是相互独立参与竞标,机组间缺乏有效 的交易机制,从而导致部分发电机组的调峰能力不 能得到充分的利用 ; 在负荷高峰期采用可中断负 荷的办法可以部分地解决的发电出力不足,但在低 谷期间仍然缺乏有效的激励手段鼓励用电。 出现上述问题的根源在于

9、缺乏一种有效的交 易机制 8可以解决目前电网运行中存在的峰谷差过 大、低谷期发电容量过剩的问题。为此,本文提出 调峰权的概念及机组间的调峰权交易机制。发电机 组通过相互购售调峰权,充分利用机组的调峰能力, 避免不经济的深度调峰或被迫停运,提升整个市场 万方数据 第 5期 高志华等:电力市场中调峰权及其交易机制 89 的效率。理论分析和数字算例都说明了调峰力交易 机制不仅十分符合电力系统运行的特点,而且能够 充分体现了市场交易对电网调峰的促进作用。 2调峰权和调峰权交易方式 2.1调峰权 不同型号和特性的发电机组的有功出力调节 范围的差异是十分明显的。按机组新旧程度分,新 机组比老机组好;按原动

10、机动力获取方式分,水电 机组比燃料机组好。在燃料机组中,联合循环燃气 轮机最优,燃油机组次之,燃煤机组和核电机组最 差;按机组容量分,大容量机组较小容量机组更优。 此外,以调峰为目的而兴建的抽水蓄能机组具有最 佳的调峰性能,也是系统向下调峰的重要手段之一, 但其调峰能力是以一定比例的能量损耗为代价,因 而需综合考虑包括使用时段、运行时间等多方面因 素。当系统峰谷差较大时,可能会造成部分调峰容 量较小的机组被迫停运,高昂的启停费用最终仍将 由用户承担,从而导致全网电价上升。 由上述分析可见,机组出力的调节范围对低谷 期甚至是高峰期的电价有重要的影响,充分利用有 功出力可调范围大的机组的调峰容量将

11、对降低全网 电价起到很好的作用。本文在电能交易中心 /系统独 立调度员 ( PX/ISO)市场模式的基础上,提出调峰 权的概念并给出定义如下: 调峰权是一种向下调峰容量购买选择权,调峰 权拥有者(购买方)有权在约定的时间内向调峰权 的出售方按约定的数量和时段购买其向下调峰容 量,并按约定的价格支付调峰容量使用费用。在约 定的时间内,调峰权的购买方可以自由地选择是否 购买调峰权出售方的调峰容量,但调峰权的出售方 不退还调峰权的购买费用。调峰权交易由 PX负责 管理,并为参与交易各方提供一个公平的、具有竞 争性的交易环境。 调峰权概念的引入为参与市场竞标的机组购 售调峰容量提供了一种交易途径。由于

12、在负荷低谷 期的整体电价较低,机组在该时段获利甚微。因此, 发电出力调节范围大的机组可以通过售出调峰权获 得额外的收益,而调节能力不足的机组则可以通过 向其它机组购买调峰权避免机组的频繁启停,提高 . 运行效率。 2.2调峰权交易方式 由于调峰权的购售将影响到机组在发电竞标 中向 PX申报的最小出力,为了避免因此而出现的 二次竞标问题,调峰权的交易安排在机组发电竞标 之前进行。在 ISO公布负荷预测结果后,发电机组 根据以往经验,制定自身的竞标策略。当发电机组 预计到向下调峰容量 不足时,在调峰交易市场上购 买调峰权。调峰权和调峰容量的价格由出售调峰权 的机组给出。调峰权的购售也以竞标方式进行

13、。调 峰权的价格一般为调峰容量价格的 5%10%,每份 调峰权对应的调峰容量为 10MW。 发电机组可以同 时购买和售出多份调峰权,并相应调整竞标报价中 的发电容量下限。调峰权交易市场关闭后,机组按 一般竞标程序开始有功出力竞标。 竞标结束后,机组根据竞标结果决定是否购买 调峰权对应的调峰容量。调峰容量购买方向售出方 支付的调峰费用为合约规定的单价与实际购买的向 下调峰容量的乘积, .实际购买容量不大于合约签订 容量。调峰容量单价由各出售调峰权的机组给出, 一般以该机组对应出力段的纯利润作为基准,适当 浮动。当发电机组履行调峰权导致发电出力的改变 时,按机组的实际出力和原中标出力对应电价的乘

14、积进行结算。 为了避免生产成本低而且调峰能力强的机组 出售过多的调峰权,人为地降低全网向下调峰能力。 规定机组参与发电竞标的下限不得高于该类型机组 的额定最低出力的 10%。举例简单说明如下: 发电机组 A以每份 10元的价格向市场出售 5 份向下调峰权,亦即 50MWh的调峰容量,该调峰 权对应的调峰容量价格为 100元 /MW。 假设发电机 组 B购买了机组 A提供的全部向下调峰权。此时机 组 A发电出力下限在原值上升 50MW, 机组 B的发电出力下限在原值 /下降 50MW。 发电 竞标的结果公布后,机组 A、B在低谷时段竞标所 得的出力分别为 PA和 PB,则有 (1) 若 大 于

15、, 机 组 B将不会兑现调 峰权。机组 B付出 50元用于购买调峰权,并规避 了可能存在的停机风险;机组 A获得 50元的调峰 权费用; (2) 若尸 Bmin-5 BBmin,机组 B的实际 最低出力仍为尸 8_,并兑现部分调峰权。即购买 Amin - A的调峰容量并付出 l X(PBmin - A)元。 机组 A出力将下降为 PA-WB-PB)并获得 100x(PBmin-PB)元的调峰费用和 10x5=50元的调 峰权费用; 万方数据 90 中 国 电 机 工 程 学 报 第 25卷 (3)若 PB (1 + ) 9max 广 , (8) 9c inb 因为机组向 PX提交的竞标曲线是线

16、性的或者 分段线性的,对式 (8)两边同时求导并整理可得 - + Qitmin (?) - ( + peak ) Prc+ fimin (?) (9) max 以 ?胃可以看作是机组单位容量停机成本。当 万方数据 第 5期 高志华等:电力市场中调峰权及其交易机制 91 机组被迫停运时,显然 S (1 + peak). 。 由于在低谷期间机组的发电利润较低,大多数情况 下都实行微利竞标策略,此时 Cost (0 = 。 综上所述, A。 SO成立,即机组在购买调峰权后 的长期总成本是下降的。 由上述分析可见,当调峰权被兑现时,调峰容 量的购买方和售出方都将获得更佳的效益。机组间 用于调峰容量交易

17、的支出和收益的相互对冲后,总 体成本因停机次数的减少而减少。当调峰权不被兑 现时,购买调峰权的费用仅将在目标函数内部对冲 掉,总体成本不会发生变化。因此,实行调峰权交 易后社佘的总体效益也将因机组启停损耗减少而加 增。 4 风 险 及 收 益 4.1调峰权售出方的风险与收益 任何参与交易的机组都试图通过调峰权交易实 现自身的目标。其目标可能是规避风险 9,也可能 是获得更佳的效益 调峰权出售方主要逋过出售调峰权和调峰容 量获得相应的利润。无论购买方最终是否兑现所有 的调峰权,出售方都已经获得了提供向下调峰的承 诺费用。当然,这种承诺是具有法律效 力的。当调 峰权方要求兑现时,调峰权出售方须按协

18、议的要求 向下降出力并收取相应的调峰容量费用。调峰容量 的费用以售出方在该竞标段获得的利润为基础制 定。机组出力的下降并不会导致利润的下降,若定 价策略适当,甚至可以获得比发电时更高的效益。 由于获利机会明显,调峰能力强的机组具有参 与调峰权交易的动力,但它也将面临一定的风险。 首先,出售调峰权后,机组自身的出力下限被提高, 在竞标中可能面临不能中标的风险;其次,长期运 行在低负荷区对机组可靠性和寿命有负面影响;再 者 ,一 旦因故(如竞标失败、机组故障等原因)不 能兑现向购买方承诺的调峰权,将面临数额较大的 罚金。 4.2调峰权购买方的风险与收益 与调峰权出售方相比,调峰权的购买方参与交 .

19、 易的主要目的是降低风险。由于发电机运行特性决 定了机组运行在正常出力范围内的成本较低。一旦 超出了这个运行区域,燃煤机组必须投油助燃甚至 被迫停机,此时机组的运行成本将剧增。因此,为 了保证机组运行的连续性,获得在高峰时段竞标的 机会,机组有必要购买调峰权降低自身的运行风险。 此外,机组在购买调峰权后的实际最小出力并未下 降,因而避免了机组在较为恶劣的工况下运行,降 低了机组的检修成本。 5 算 例 分 析 机组 A、 B参与市场竞标,图 2、 3分别是机组 A、 B的发电竞标曲线。高峰时段负荷需求为 800MW,低谷时段负荷需求为 500MW, 竞标时段 以一小时为例,并假设机组的决策是理

20、性。 个 320 . . 1 300. . 1 5 280 -!- i - 0 180 250 300 e/MW 图 2机组 A竞标曲线 Fig .2 Bidding curve of generator A A 290 . . ; 270 . . | 250- | 0 260 520 700 Q/MW 图 3机组 B竞标曲线 Fig. 3 Bidding curve of generator B 不同情况下机组在低谷期的竞标结果如表 1所 示 ,40MW调峰权和调峰容量的总交易费用为 2400 元。在未进行调峰权交易时,根据机组最小连续运 行时间约束的不同,机组 A有停运和不停运两种可 能。

21、此时,若机组 A停运,总购电成本下降,但从 长期市场行为分析,机组所增加的启停费用将导致 电价的上升并最终由用户负担;若机组 A不停运, 实质上是 PX为了确保整体利益的最大化在竞标规 则上对机组 A实施保护的结果,这种隐性的补贴行 表 1调峰权交易 实施前后购电成本对比 Tab. 1 Comparison before/after implement Peak Regulation Right transactions 未进行调峰权交易 机组 A向 B购买 机组 A不停运 机组 A停运 40MW调峰容量 槪 A 麵 B 槪 A 雛 B 麵 A 雛 B 竞标出力 下細 w 180 260 18

22、0 260 140 300 实际出力 /MW 180 320 0 500 180 320 收益 /元 50400 86400 0 135000 48000 88800 总购电成 本 /元 136800 135000 136800 万方数据 92 中 国 电 机 工 程 学 报 第 25卷 为对调峰能力较强的机组 B是不公平的。引入调峰 权交易后,调峰能力较强的机组 B获得了调峰效益 2400元,而机组 A则避免了无规则保护时的被迫停 运。机组间的调峰容量买卖成本互相对冲后对总购 电成本没有影响。 6 结论 本文提出了调峰权的概念,并对调峰权和调峰 容量的交易机制进行了深入的研究。通过上述理论

23、证明和算例分析,得出如下结论: (1) 调峰权交易机制的提出为解决系统运行 中存在的峰谷差较大,机组调峰容量不足,火电机 组的启停频繁等问题提 1 供了一整套行之有效的交易 模式。 (2) 通过经济手段鼓励调峰能力较强的机组 在市场中发挥应有的作用,充分体现了市场的公平。 (3) 调峰权交易机制的建立为机组提供了一 个风险交易市场,提高了整个电力市场运行的稳定 性,降低了机组的运营成本,为系统在高峰期保留 了最大数量的竞争者,从而帮助平抑峰期电价。 (4) 由于调峰权交易在机组发电竞标之前进 行,因而考虑输电阻塞情况下的交易机制仍需完善。 (5) 水电机组,特别是抽水蓄能机组在调 峰 权交易中

24、的竞标策略,调峰权和调峰容量定价细则、 市场监管、违约处罚等问题将是今后研究的重点。 参考文献 1 高志华,任震,黄福全小型火电机组的鸾标模式研究 J.中国电 机工程学报 ,2004,24(5): 46-51. Gao Zhihua, Ren Zhen, Huang Fuquan. A study on bidding pattern of low capacity thermal-unitsJ. Proceedings of the CSEE ,2004,24(5): 46-51. 2 丁军威,夏清,胡旸,等 .发电侧逐步市场化的竞价新模式 m.中 国电机工程学报, 2003,23(3);

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31、ers, 1998. 收稿 B期 : 2004-08-22。 作者简介: 高志华 ( 19760,男,博士研究生 , 主要研究方向为电力市场; 任震 ( 1938-),男,教授,博士生导师,主要研究方向为电力市 场、电力系统规划与可靠性、高压直流输电、小波分析及其在电力系统 中的应用; 黄雯莹 ( 1939-),女,教授,主要研究方向为可靠性数学、小波分 析等。 万方数据 电力市场中调峰权及其交易机制 作者: 高志华 ,任震 ,黄雯莹 , GAO Zhi-hua, REN Zhen, HUANG Wen-ying 作者单位: 高志华 ,GAO Zhi-hua(华南理工大学电力学院 ,广东省 ,

32、广州市 , 510640;广东省电力调度中心 ,广东省,广州市, 510600),任震 ,黄雯莹 ,REN Zhen,HUANG Wen-ying(华南理工大学电力学 院 ,广东省 ,广州市 , 510640) 刊名: 中国电机工程学报 丨 .W 英文刊名: PROCEEDINGS OF THE CSEE 年,卷(期 ): 2005,25(5) 被引用次数: 19次 I参考文献 (10条 ) 1. 高志华 ;任震 黄福全小型火电机组的竞标模式研究 期刊论文 -中国电机工程学报 2004(05) 2. 丁军威 ;夏清 ;胡旸 发电侧逐步市场化的竞价新模式 期刊论文 -中国电机工程学报 2003(

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