电力市场发电权交易及相关问题的研究

论文摘要

资源短缺和环境保护已经成为我国经济社会发展的“短板”,节能减排作为调整经济结构、转变发展方式的重要着力点,已经上升到了国家战略层面的高度。电力工业作为能源消耗与污染物排放的大户,成为实施节能减排的重点领域。种类多样的市场交易模式为电力市场改革与节能减排政策的实施提供了有效途径,而发电权交易作为促进节能减排的主要市场手段已经得到越来越多的关注与实践。因此,对发电权交易展开深入研究,既能丰富和完善现有电力市场理论,又能满足中国电力工业市场化改革和节能减排的双重需求,具有重要的理论意义和实践价值。发电权交易属于电力市场范畴的概念,电力市场的经济行为会改变电力系统的运行方式,必将影响供电的安全性和可靠性,同时,电力系统的物理特性又会对市场经济行为产生约束。因此,对发电权交易的研究要以电力系统的物理环境为基础,在满足电力系统的各种物理约束条件下考虑它的经济特性。从物理层面讲,发电权交易会引起发电机组出力的改变,进而引起系统潮流的变化,因此,发电权交易的具体实施牵涉到电力系统的安全稳定运行；从经济层面讲,发电权交易作为一种新的电力市场交易品种,交易机制尚不完善,交易组织形式的完备性将影响到发电权交易的顺利开展和市场作用的发挥。本文基于这两方面出发,针对发电权交易模型的建立以及由此牵涉的快速安全校核、网损增量的计算与分摊等问题进行深入思考,以期能够进一步完善和丰富电力市场发电权交易理论。对发电权撮合交易模型的求解要求对每次的撮合结果进行安全校核以判断交易的可行性,因此,基于灵敏度分析方法的功率分布因子成为快速安全校核常用的工具。论文首先分析了基于灵敏度方法求取发电机有功功率分布因子存在的问题,提出采用新的研究手段探求发电机输出功率和线路功率之间联系的思路。基于功率分布理论,在负荷总量不变,系统稳定运行的前提下发现了发电机有功输出功率和其在线路上的功率份额呈近似线性关系的现象,引入安全经济调度中推导网损B系数采用的假设条件对这一近似线性关系加以证明,并采用最小二乘拟合技术求取反映这一线性规律的分布因子。这一近似线性规律是以线路潮流的原函数为数学基础,不存在潮流方程线性化的假设,不依赖平衡节点的选取,由此得到的线性分布因子计入了发电有功、无功功率的耦合,同灵敏度方法相比更具有实际的物理意义,且具有较高的线路潮流计算精度。发电权交易的进行会引起潮流的变化,进而引起网损变化,因此需要确定交易主体的网损责任以便对电网公司进行补偿。确定公平合理的网损补偿原则不但能够明确发电企业的责任,而且可以规范和促进发电权交易市场的公平开展。论文结合发电权交易网损增量的特点,基于电路理论推导得出发电权交易网损增量和发电权交易量之间的解析表达式,并根据网损功率分布特征定义了网损增量的交易归属和电源归属,体现了交易与潮流分布的一致性。在此基础上进行了发电权网损变化成本的计算。该方法考虑了发电权交易网损增量的特点,直观的反映了交易对网损变化的影响,具有一定的物理意义和经济意义。按照“高低匹配”原则组织的发电权撮合交易模式具有交易时序性,其交易结果未必是真实潮流下目标函数的最优解。论文结合电力系统和发电权交易的特点,设计了统筹全局的“全状态”撮合交易模式,采用遗传算法直接在高维、非线性的发电权交易实数解空间搜索满足目标函数和约束条件的最优解,由于将撮合结果中可能存在的交易对并行处理,因此不但可以在非线性约束条件下避免撮合交易时序性对优化结果的影响,而且求解结束后可以同时获得交易匹配和各机组交易量,该方法适用于任意复杂形式的发电权撮合交易模型。为了维护系统安全,发电权交易组织者常常要取消或削减发电商申报的交易电量,这将给那些依靠发电权交易来规避因非计划停机或燃料不足而不能完成发电合同风险的发电商带来损失。针对该问题,论文改进了一种新型输电权,发电商可以根据自己的需要选择购买该输电权以规避线路阻塞造成计划发电权交易电量无法完成的风险。借鉴输电权的思想,建立了引入金融输电权的发电权交易阻塞调度模型,该模型下,购买了输电权的发电商可以优先进行撮合交易,未能完成的交易可以获得经济补偿。发电权交易的实施一方面要适应现有的发电调度模式,一方面要考虑到节能减排、规避市场风险的双重需要。论文建立以远期交易市场为主,日前交易市场为辅的发电权交易模式；根据日前发电权交易市场的特点,建立了双边可选择的发电权远期-期权合约交易模型。模型中,将发电权交易单位网损变化成本引入合约中断价格的计算,使交易模型具有引导交易向减小系统网损的方向进行的功能。远期与日前交易相结合的发电权交易市场一方面给予发电权参与双方更多的交易灵活性,使得参与者可以在市场有利的情况下获得进一步获利的机会,一方面充分发挥了发电权交易在电力市场中节能降耗、规避市场风险的作用,有利于发电资源的优化配置,维护系统的安全,提高社会效益。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 论文选题背景及意义
• 1.1.1 选题背景
• 1.1.2 选题意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 网损分摊问题的研究现状
• 1.2.2 基于灵敏度分析的发电机输出功率分布因子的研究现状
• 1.2.3 发电权交易的研究现状
• 1.3 本文的主要工作和创新点
• 1.3.1 发电权交易快速安全校核方法的研究
• 1.3.2 发电权交易网损增量的分摊方法的研究
• 1.3.3 发电权交易模型及其求解方法的研究
• 第2章 用于发电权交易快速安全校核的发电机有功功率线性分布因子
• 2.1 引言
• 2.2 应用灵敏度分析方法计算的功率分布因子
• 2.2.1 灵敏度分析的基本方法
• 2.2.2 对灵敏度分析方法的思考
• 2.3 发电机有功输出功率在线路上的功率份额呈近似线性分布的现象
• 2.3.1 电网络功率分布理论
• 2.3.2 发电机有功输出功率和其在线路上的功率份额的近似线性关系
• 2.4 发电机有功输出功率在线路上的功率份额呈近似线性分布的数学分析
• 2.5 基于最小二乘拟合技术的发电机有功输出功率线性分布因子
• 2.6 发电权交易线路潮流快速安全校核步骤
• 2.7 算例比较分析
• 2.8 本章小结
• 第3章 发电权交易网损增量的计算及分摊
• 3.1 引言
• 3.2 发电权交易网损增量的特点
• 3.3 面向交易的网损变化量分摊
• 3.4 网损变化成本的计算
• 3.5 算例分析
• 3.5.1 面向交易的网损变化量分摊
• 3.5.2 网损变化成本的计算
• 3.6 本章小结
• 第4章 发电权交易"全状态"撮合交易模式
• 4.1 引言
• 4.2 "高低匹配"原则组织的撮合交易对发电权交易阻塞调度结果的影响
• 4.3 "全状态"撮合交易模式
• 4.3.1 发电权交易阻塞调度模型
• 4.3.2 "全状态"撮合交易模式
• 4.3.3 发电权交易解空间的矩阵表示
• 4.3.4 算例分析
• 4.4 应用遗传算法求解发电权交易阻塞调度模型的实现
• 4.4.1 遗传算法简介
• 4.4.2 染色体编码
• 4.4.3 适应度函数的设定
• 4.4.4 遗传算法的收敛性
• 4.4.5 遗传算法求解交易模型的公平性分析
• 4.4.6 算法流程
• 4.4.7 算例分析
• 4.5 本章小结
• 第5章 发电权交易阻塞风险规避模型
• 5.1 引言
• 5.2 金融输电权的阻塞风险规避
• 5.2.1 金融输电权的概念
• 5.2.2 应用于发电权交易的金融输电权
• 5.3 引入金融输电权的发电权撮合交易模型
• 5.4 交易模型的结算方式
• 5.5 引入金融输电权的发电权交易管理步骤
• 5.6 算例分析
• 5.7 本章小结
• 第6章 远期与日前交易相结合的发电权交易模型
• 6.1 引言
• 6.2 日前发电权交易市场的特点
• 6.2.1 发电权交易电量存在冗余
• 6.2.2 发电权交易价格的不确定性
• 6.3 远期与日前相结合的发电权交易市场
• 6.4 双边可选择的发电权远期交易合约的设计
• 6.4.1 电力远期合约交易的概念及形式
• 6.4.2 引入单位网损变化成本的双边可选择远期交易合约的实现
• 6.4.3 引入单位网损变化成本的双边可选择远期交易合约对系统的影响
• 6.4.4 远期与日前交易相结合的发电权交易市场的可存在性分析
• 6.4.5 双边可选择的发电权远期交易模型的创新机制
• 6.5 远期与日前交易相结合的发电权交易市场的组织管理
• 6.6 算例分析
• 6.6.1 数据及计算结果
• 6.6.2 算例结果分析
• 6.7 本章小结
• 第7章 结论
• 参考文献
• 攻读博士学位期间发表的论文及其它成果
• 攻读博士学位期间参加的科研工作
• 致谢
• 作者简介