电力市场环境下中长期发电容量充裕性问题的研究

论文摘要

世界范围内的电力工业市场化改革改变了电力系统管理、规划和运行的本质,中长期发电容量充裕性问题因而也具有了新的特点和面临新的挑战。长期发电容量充裕性问题在传统环境下主要是长期电力需求预测的准确性问题,而市场环境下则变成各发电公司分散投资决策的结果。发电容量在一些国家的不足、过剩或周期性变化所产生的巨大负面影响,已经引起越来越广泛的注意。确保长期发电容量充裕性成为电力市场建设需要解决的重要基础问题之一。为此,学术界和工业界提出并实践了各种方法,但依然没有一致结论,仍需要对其进行深入研究,这包括:仅靠单一能量市场能否引导足够的发电投资;现有的市场机制/模式哪个更有效;如何进行市场设计和确定相关参数;以及谁应该对确保发电容量充裕性负责,市场引导与管制手段哪个更有效,政府或监管机构负有什么职责等相关问题。同时,与中期发电容量充裕性密切相关的发电机组检修计划安排也发生了根本改变,由系统调度机构的集中调度转变为各发电公司最大化各自利益的分散决策。发展适应于电力市场环境的发电机组检修计划的方法框架是解决确保中期发电容量充裕性这一问题的关键所在。本论文针对上述几个方面的问题进行了比较系统的研究,取得了一定的研究成果。1)首先对能否依靠单一能量市场来确保长期发电容量充裕性这一重要而基本的问题进行了理论模型分析和实践应用方面的讨论,结果表明无论在理想的完全竞争市场环境下,还是在实际运营的电力市场中,单一能量市场模式都难以确保发电容量的充裕性。2)重点总结和分析比较了近似传统规划法、容量费用模式、容量责任和装机容量模式、区域装机容量市场法、期权法、运行备用支付法和用户侧容量定购法等用于解决长期发电容量充裕性问题的方法,明确了各方法理论上的优缺点和在应用上的可行性和适用范围等。3)讨论了确保发电容量充裕性的责任主体、方法的设计思路等,提出了确保发电容量充裕性的方法所应具备的特征,构建了一种能够满足这些特征的计及机组利用小时数的容量责任模式。4)为研究随机环境下确保发电容量充裕性方法的参数设计问题,构建了从待决策问题的有效决策前沿曲线形状的全局角度出发的目标与机会平衡规划法,通过权衡目标收益和实现机会两个因素的数值关系和二者变化速度的对比关系,最大限度地提高决策者的决策效用。5)构建发电容量充裕性评价体系,即在一定的能源、金融和环保等政策下,按地域和时间两个维度,全面考虑电力工业内外影响发电容量充裕性的因素进行评估,以提供发电容量充裕性的预警机制、发输电规划协调和相关政策效果的评估机制、电源投资信号的指导发布机制,并基于指标体系的特点,提出结合层次分析法、基于均衡函数的变权模式和模糊综合评价方式的指标评价方法。6)为确保中期发电容量充裕性,首先为发电公司构造了一种计及条件风险价值的中期运行规划模型,以此为基础,研究了市场环境下的发电机组检修计划安排的特点,并建立了市场环境下调度机构协调机组检修计划的模型。该模型在分析检修计划对系统安全的影响时,不仅考虑了发电容量充裕度,还通过基于输电断面的N-1分析和拥塞率的概念适当计及了输电网络容量约束和随机的线路断开故障,并利用所提出的协调系数保证了各发电公司之间的公平性。此外,还提出了合适的算法和收入盈余的次序补偿分摊法。最后对论文所作的研究工作进行了简要总结,并指出了在这一领域有待进一步深入研究的问题。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 目录
• 第一章 绪论
• 1.1 课题的背景与意义
• 1.1.1 电力工业市场化改革
• 1.1.2 电力工业市场化改革对发电容量充裕性的影响
• 1.1.3 世界各国电力市场在确保发电容量充裕性方面的运营经验
• 1.1.4 电力市场环境下确保发电容量充裕性的研究现状
• 1.2 电力市场环境下确保发电容量充裕性需要解决的问题
• 1.3 本文的主要工作
• 第二章 关于单一能量市场模式引导发电投资的理论和实践分析
• 2.1 引言
• 2.2 对完全竞争市场条件下的单一能量市场模式的理论分析
• 2.2.1 基本假设
• 2.2.2 各技术类型机组是否都无法完全回收成本
• 2.2.3 切负荷和稀缺电价的关系
• 2.2.4 最优装机容量和发电公司实现收支平衡的装机容量的关系
• 2.2.5 对机组所需补偿的讨论
• 2.3 对现实运营环境下的单一能量市场引导发电投资的困境分析
• 2.4 结语
• 第三章 对确保长期发电容量充裕性的主要方法的比较分析
• 3.1 引言
• 3.2 近似传统规划的方法
• 3.3 容量的商品机制
• 3.3.1 理论基础和实践支持
• 3.3.2 容量费用法和容量责任法
• 3.3.3 区域装机容量市场法
• 3.3.4 容量的商品机制的发展趋势
• 3.4 能量市场主框架下的解决方法
• 3.4.1 容量的期权方法
• 3.4.2 运行备用支付法
• 3.4.3 用户侧容量订购法
• 3.5 对确保我国发电容量充裕性的启示
• 3.6 结语
• 第四章 确保长期发电容量充裕性的方法设计
• 4.1 引言
• 4.2 相关重要问题的讨论
• 4.2.1 确保发电容量充裕性的责任主体
• 4.2.2 方法的设计思路
• 4.2.3 设计过程中需注意的问题
• 4.3 确保长期发电容量充裕性的方法应具有的特征
• 4.4 计及机组利用小时数的容量责任模式
• 4.4.1 容量市场拍卖机制
• 4.4.2 数学模型
• 4.4.3 容量费用支付机制
• 4.4.4 必要的辅助措施
• 4.4.5 分析讨论
• 4.5 结语
• 第五章 目标与机会平衡规划法
• 5.1 引言
• 5.2 随机优化决策分析
• 5.2.1 随机优化模型简述
• 5.2.2 有效决策前沿曲线
• 5.3 目标与机会平衡规划法
• 5.3.1 目标与机会平衡原理
• 5.3.2 数学模型
• 5.3.3 模型特点
• 5.3.4 求解方法
• 5.4 算例及分析
• 5.5 结语
• 第六章 长期发电容量充裕性评价指标体系
• 6.1 引言
• 6.1.1 政府或监管机构的职能
• 6.1.2 电力工业外部环境对发电容量充裕性的影响
• 6.1.3 评价指标体系研究现状
• 6.2 发电容量充裕性预警指标体系
• 6.2.1 供电充裕度评价指标体系
• 6.2.2 发输电规划协调度评价指标体系
• 6.3 发电容量充裕性相关政策分析评估指标体系
• 6.4 发电投资指导指标体系
• 6.5 评价方法
• 6.6 算例及分析
• 6.7 结语
• 第七章 电力市场环境下中期发电容量充裕性问题的研究
• 7.1 引言
• 7.2 电力市场环境下计及风险的发电公司中期运行规划
• 7.2.1 基本假设
• 7.2.2 售电利润模型
• 7.2.3 基于CVaR模型的风险度量
• 7.2.4 发电公司中期运行规划模型
• 7.2.5 求解方法
• 7.3 市场环境下发电机组检修计划安排的新特点和新挑战
• 7.3.1 市场环境所带来的新特点
• 7.3.2 构建公平合理协调机制的挑战
• 7.4 市场环境下发电机组检修计划的安排
• 7.4.1 检修计划安排框架和协调模型
• 7.4.2 协调模型求解方法
• 7.4.3 收入盈余的次序补偿分摊法
• 7.5 关于检修计划对系统安全性影响的分析
• 7.5.1 系统安全可靠性指标
• 7.5.2 在N-1原则下的拥塞率计算
• 7.6 算例及分析
• 7.7 结语
• 第八章 总结与展望
• 参考文献
• 作者攻读博士学位期间发表的有关学术论文
• 致谢