电力市场稳定性及其风险管理

论文摘要

世界各国电力市场的发展和我国电力市场的逐步形成,需要学术界提供与电力市场相关的研究理论来支持。稳定性又是实现系统正常运行与可持续发展的基础,因而更迫切需要电力市场稳定性的研究成果来促进电力市场的健康发展。经济领域现有的动态模型和稳定性研究方法不适用于电力市场,必须重新定义状态变量,建立合理的数学模型,以正确地反映利润积累、投资行为、可用发电容量和可用输电容量的动态行为,正确地反映电力市场经济动态与电力系统物理动态之间的相互影响。高度不确定性是竞争环境的一个显著特征。电力市场下系统运行工况将由市场需求和竞争交易来决定,系统间大量的电能交换、不可预测的潮流及线损等因素都增加了运行调度的不确定性,更容易遇到离线分析未考虑的工况。竞争参与者对自身经济利益的追求使得系统越来越接近运行极限,扰动场景更为复杂与不确定,电力系统和电力市场领域都被引入大量不确定性因素。传统的确定性方法和概率方法都基于纯技术的观点,不考虑措施和后果的经济代价,无法为决策提供经济性的量化支持。电力市场的技术决策准则应是经济利益,纯技术观点的本质局限性将越来越严重。风险分析方法以事故概率与事故后果的乘积来反映损失的数学期望值,因而有效地将稳定性与经济性统一在货币这一量纲上,可实现技术经济一体化的分析与决策。针对上述课题背景与理论需要,本文研究了电力市场稳定性及其风险管理,主要工作集中在以下几个方面:1.评述了电力市场稳定性的研究现状,并指出现有方法的不足之处。综合比较了确定性方法、概率方法及风险方法,提出应采用技术与经济的风险一体化理念来开展研究。2.基于电力市场经济原则和电力系统物理规律,以及二者的相互影响,阐明了电力市场稳定性问题的基本内容、本质及特点。3.按措施的机理对风险管理方法进行了更明确的归类,即控制型、转移型、自留型、组合型,并分析了每一类措施的具体实现。针对电力系统和电力市场所面临的诸多风险因素,从系统规划和系统运行两个方面分析了电力系统的风险问题,从发电侧、需求侧、交易运营及安全服务等方面分析了电力市场的风险研究,指出了目前研究中的一些不足及需要努力的方向。4.介绍了实验经济学与动力学模型相结合的电力市场动态仿真研究方法。分析了电力市场动态仿真器的研制目的、建模思想、功能要求、框架结构及数学模型。用一个简单算例进行了电力市场动态仿真器的初步应用研究,以验证其可行性与有效性,为后期的电力市场动态仿真器软件开发提供了基础性研究。5.引入稳定裕度与失稳裕度指标,以及稳定域的概念,实现了电力市场稳定性的量化分析。对加州电力市场进行了稳定性的量化仿真及控制对策的研究,在更深层次上揭示其稳定机理和制定合理的失稳防范措施。参照电力系统的时空协调大停电防御框架,以电力市场动态仿真器为平台,结合稳定性量化分析及协调控制,提出了电力市场三道防线的概念,剖析了不同控制规律的性质与特点,最后建议了一个初步的时空协调电力市场危机综合防御框架。6.基于电力系统的容量充裕性要求,取可用发电容量为特征量,提出将其分为三个区间,即动态充裕、动态风险充裕和静态不充裕。定义了静态充裕度和动态充裕度指标,并将发电成本、备用成本、限电损失及停电风险统一表达为货币量,实现了充裕度的广

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 电力市场的研究背景
• 1.2 电力市场稳定性研究的必要性
• 1.3 电力市场稳定性的研究现状
• 1.4 技术与经济的风险一体化理念
• 1.4.1 确定性方法
• 1.4.2 概率方法
• 1.4.3 风险方法
• 1.4.4 风险一体化决策的优势
• 1.5 本论文的研究思路及主要内容
• 第二章 电力市场稳定性
• 2.1 一般商品市场的稳定性
• 2.1.1 基于线性模型的经济稳定性分析
• 2.1.2 基于非线性模型的经济稳定性分析
• 2.2 电力市场与其他商品市场的不同
• 2.2.1 商品—电能
• 2.2.2 生产—发电
• 2.2.3 购买—用电
• 2.2.4 商品的流通环节—电网
• 2.2.5 电力交易
• 2.2.6 电力市场特有的辅助服务市场
• 2.2.7 电力工业的投资
• 2.2.8 电力市场的监管
• 2.3 电力市场稳定性问题
• 2.3.1 问题的描述
• 2.3.2 电力市场稳定性的特点及本质
• 2.3.3 稳定性研究的困难与挑战
• 2.4 电力市场稳定性与电力系统稳定性的交互
• 2.4.1 电力系统的物理稳定性
• 2.4.2 电力市场稳定性和电力系统稳定性的关系
• 2.5 电力市场的动力学模型
• 2.5.1 建模的原则
• 2.5.2 建模的目标
• 2.5.3 状态变量的选择
• 2.5.4 各发电厂利润的变化及投资策略
• 2.5.5 可发电容量及容量费用
• 2.5.6 电网阻塞的代价
• 2.5.7 电网公司的可用资金
• 2.5.8 初步建议的框架模型
• 2.5.9 扰动场景和目标参数
• 2.6 动态仿真及风险量化
• 2.7 本章小结
• 第三章 风险管理理论及其在电力领域中应用
• 3.1 风险管理
• 3.1.1 风险的定义
• 3.1.2 风险的分类
• 3.1.3 风险管理的基本内容
• 3.1.4 风险管理的意义
• 3.2 风险应对的方法
• 3.3 电力系统中的风险研究
• 3.3.1 系统规划中的风险研究
• 3.3.2 系统运行中的风险研究
• 3.4 电力市场中的风险研究
• 3.4.1 发电侧的风险研究
• 3.4.2 需求侧的风险研究
• 3.4.3 交易运营的风险研究
• 3.4.4 安全服务的风险研究
• 3.5 风险管理对电力市场稳定性研究的作用
• 3.6 本章小结
• 第四章 电力市场动态仿真器的建模及初步应用研究
• 4.1 电力市场仿真
• 4.1.1 研究背景
• 4.1.2 现有方法
• 4.1.3 发展方向
• 4.2 实验经济学
• 4.2.1 实验经济学的基本概念
• 4.2.2 实验经济学的方法及应用
• 4.2.3 实验经济学的意义及局限
• 4.3 电力市场动态仿真器
• 4.3.1 研制目的
• 4.3.2 建模思想
• 4.3.3 功能要求
• 4.3.4 框架结构及数学模型
• 4.3.5 程序模块及其交互关系
• 4.3.6 模块的功能描述
• 4.3.7 物理与经济的迭代分析
• 4.3.8 程序流程图
• 4.4 初步应用研究
• 4.4.1 应用研究中的几个问题剖析
• 4.4.2 市场条件
• 4.4.3 部分仿真结果
• 4.4.4 讨论及说明
• 4.5 本章小结
• 第五章 电力市场稳定性的量化分析及危机防御
• 5.1 稳定分析的新要求
• 5.2 电力市场稳定性量化分析
• 5.2.1 方法的理论基础
• 5.2.2 稳定与失稳的裕度指标
• 5.2.3 灵敏度分析
• 5.2.4 基于灵敏度分析的稳定裕度修正
• 5.2.5 电力市场的稳定域
• 5.3 稳定性仿真及控制对策研究
• 5.3.1 仿真对象及仿真条件
• 5.3.2 量化分析与仿真
• 5.3.3 稳定控制的措施
• 5.3.4 仿真结果及分析
• 5.4 时空协调的电力市场危机防御框架
• 5.4.1 时空协调防御的必要性
• 5.4.2 电力市场三道防线的提出
• 5.4.3 三道防线中的稳定控制
• 5.4.4 对不同控制规律的剖析
• 5.4.5 稳定控制的协调优化
• 5.4.6 初步建议的综合防御框架
• 5.5 本章小结
• 第六章 发电容量充裕度的风险模型与分析
• 6.1 引言
• 6.2 发电容量的充裕性
• 6.2.1 特征量的选取
• 6.2.2 充裕域的划分
• 6.2.3 静态充裕度与动态充裕度
• 6.3 发电充裕度的经济代价
• 6.4 风险计算
• 6.4.1 概率计算
• 6.4.2 负荷损失模型
• 6.4.3 事故停电风险
• 6.5 三维评估空间及充裕度的优化
• 6.5.1 三维评估空间
• 6.5.2 充裕度的优化决策模型
• s和η_d的定义域'>6.5.3 η_s和η_d的定义域
• 6.6 算例分析
• 6.6.1 计算条件
• 6.6.2 静态扰动对充裕性代价的影响
• 6.6.3 动态扰动对充裕性代价的影响
• 6.6.4 最优风险不中断负荷
• 6.6.5 三维评估空间
• 6.6.6 最优充裕度决策
• 6.7 本章结论
• 第七章 备用容量服务市场的风险决策
• 7.1 引言
• 7.2 现有的备用研究及存在问题
• 7.3 基于风险的备用服务优化
• 7.3.1 基本思想
• 7.3.2 概念模型
• 7.3.3 预防措施代价
• 7.3.4 紧急控制代价
• 7.4 方法实现
• 7.4.1 求解策略
• 7.4.2 算法步骤
• 7.5 仿真分析
• 7.5.1 计算条件
• 7.5.2 备用特性对备用决策的影响
• 7.5.3 基于风险的组合优化决策
• 7.5.4 与常用备用决策方法的比较
• 7.6 本章结论
• 第八章 结论与展望
• 8.1 全文总结
• 8.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读博士学位期间发表的论文