市场环境下电力产业中的交易问题及相关优化模型研究

摘要

打破垄断，建立竞争性的电力市场是我国电力体制改革的目标。市场化的交易机制将改变传统的电力工业运营模式，发电商、供电公司、电网公司和用户都将成为独立的市场主体参与市场交易。电力体制改革的目的就是为了建立竞争性的电力市场，通过各种交易方式，以电价为调节手段，实现电力资源的优化配置。本文针对市场环境下电力产业中的交易问题及其优化模型进行研究，本文主要工作如下： 研究了不同电力产业运营模式下的电力产业价格链形态以及相应的价格形成机制。我国电价形成机制由过去单一的政府定价逐渐发展成政府监管定价、市场竟价和合同定价的多种定价机制。针对我国电力产业价格链和电力改革的现状，提出了完善我国电力产业价格链，降低我国电价水平的一些措施和途径。 介绍了目前发电企业与电网企业的主要交易方式和结算方式，介绍了机组的发电成本构成，并分析了影响发电成本的主要因素。针对单一买方的电力市场建立了发电企业与电网企业交易的主从二级优化模型。提出了电力市场交易协调优化的框架，并针对长期、中期、短期和超短期电力市场建立优化模型进行分市场协调优化。 对发电企业非递增报价进行了经济学分析，得出发电企业非递增报价是有其发电成本理论基础的。据此本文设计了发电企业非递增报价的形式，建立了差别定价方式下的电力交易优化模型研究发电企业非递增报价下的电力交易优化问题。由于交易模型中存在离散和连续两类不同性质的变量，其目标函数为非连续、不可微的函数，本文提出了一种启发式优化算法，算法计算简单方便,收敛速度快。 论述了市场环境下水电参与竞价需要考虑的问题。针对水电参与竞价下电网企业购电的交易优化问题，建立了电网企业购电优化的离散混合规划模型。优化原则是在水火电满足负荷功率的条件下追求购买火电的费用最小,水电机组不参与竞价且水电的购买费用在模型体现为零，这样就保证了水电优先上网发电。为了解决多时段、多类变量的非线性离散混合规划问题，对负荷和机组根据负荷类型进行分类以简化模型，并提出了分解协调的求解方法,从而简化了模型的复杂性，避免在求解过程中的出现“维数灾”的问题，提高了算法的有效性。 针对电网企业如何购买备用容量才能使自身利益最大化问题，利用会计成本法对发电机组的备用报价进行分析，建立发电侧备用容量的优化模型：同时根据用户上报的可中断负荷和可中断电价进行排序，建立以用户可中断负荷为备用容量的离散优化模型，最终构建了双侧开放的备用市场联合优化模型。由于电网企业对可中断负荷用户承担备用的处理方式只能是停止供电。因此电网企业最优购用备用容量优化模型中含有离散变量，为此根据最速下降原理提出了一种启发式算法，使模型更加实用，符合实际情况。研究表明与单独利用发电侧备用或用户侧备用相比，联合优化备用优于单独发电侧备用和单独的用户可中断负荷备用。 结合世界各国放开用户选择权的经验，研究了我国目前发电企业向大用户直接供电急需解决的问题，并提出了目前发电企业向大用户直接供电交易的适当模式，即经公共电网进行直供电交易。针对大用户壹供电价格设计问题，建立了用户用电量与电价之间的分段线性函数关系，同时将发电企业的发电成本分成容量成本与备用成本，分别在用户功率段上分摊,保证了发电成本的成功回收。建立了双目标优化的电价设计模型兼顾双方的利益，实现发电企业与用户效益的最大化。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章 引言

1.1研究背景

1.2研究目的和意义

1.3国内外研究动态

1.4本文的主要工作和创新点

第二章 我国电力产业交易中的价格链问题

2.1电力产业价格链的形态

2.1.1垂直垄断模式下的电力价格链

2.1.2单边开放市场下的电力价格链

2.1.3批发竞争模式下的电力价格链

2.1.4零售竞争模式下的电力价格链

2.2电力产业价格链的形成机制

2.2.1政府监管定价

2.2.2合约交易定价

2.2.3市场竞争定价

2.3我国电力产业价格链存在的主要问题

2.3.1电力产业价格链结构上的不合理

2.3.2发电市场竞争程度有待提高

2.3.3电力需求侧缺乏价格响应

2.4完善我国电力产业价格链的途径

2.4.1放宽产业准入标准

2.4.2逐步促进配售分离

2.4.3抑制发电商市场力

2.4.4完善零售电价体系

2.5本章小节

第三章 发电企业与电网企业的交易问题及优化模型

3.1发电企业与电网企业的交易方式

3.1.1中长期电力合约交易

3.1.2电力期货与期权交易

3.1.3日前电力市场交易

3.1.4实时电力市场交易

3.1.5辅助服务市场交易

3.1.6电力交易方式的比较

3.2发电企业与电网企业交易的结算方式

3.2.1统一结算方式

3.2.2按报价结算方式

3.2.3基于撮合交易的结算方式

3.2.4结算方式的比较

3.3发电企业与电网企业的交易优化模型

3.3.1电网企业购电优化模型

3.3.2发电企业报价前的成本分析

3.3.3发电企业的上网报价模型

3.3.4发电企业备用容量报价模型

3.4发电企业与电网企业交易的协调优化模型

3.4.1交易协调优化的框架

3.4.2长期合约交易优化模型

3.4.3中期合约交易优化模型

3.4.4短期交易优化模型

3.4.5超短期交易优化模型

3.5本章小节

第四章 发电企业非递增报价下电网购电的交易优化模型

4.1发电企业非递增报价的经济学分析

4.2发电企业非递增报价曲线的设计

4.3差别定价方式下电网购电优化模型

4.4启发式求解算法

4.5算例分析

4.6本章小节

第五章 水电参与竞价下电网企业购电的交易优化模型

5.1不同水电资源的上网特性

5.1.1以发电为主的水电站

5.1.2径流式水电站

5.1.3季调节、年调节水电站

5.1.4梯级水电站

5.2市场环境下水电参与竞价需要考虑的问题

5.2.1优先利用水电

5.2.2水电交易的市场模式设计

5.2.3梯级水电站的报价方式和协调

5.2.4辅助服务补偿机制

5.2.5水火电价差及区域不经济平衡

5.3考虑水电竞价的交易优化模型

5.4负荷及机组的处理

5.5分解协调方法

5.6本章小节

第六章 用户参与备用下电网购电的交易优化模型

6.1备用的分类

6.2备用的成本

6.3备用的获取

6.3.1传统的备用获取方式

6.3.2电力市场中备用的获取方式

6.3.3用户承担备用

6.4用户参与下的备用交易优化

6.5发电机组备用报价模型

6.6备用容量的购买模型

6.6.1发电侧备用容量的优化模型

6.6.2用户侧备用的成本优化模型

6.7发电侧与用户侧的购买备用容量的联合优化模型

6.8算例研究

6.9本章小节

第七章发电企业对大用户直接供电的交易问题及优化模型

7.1用户选择权放开的国际比较

7.2发电企业对大用户直接供电的交易模式

7.2.1专线直供交易

7.2.2转运直供交易

7.3交易主体的界定

7.3.1大用户的界定

7.3.2发电企业的界定

7.4直供电交易的电价设计

7.4.1用户用电量与电价的关系描述

7.4.2电价对发电商的影响的数学描述

7.4.3电能交易价格的确定

7.5直供电交易的过网费与辅助服务

第八章 总结与展望

参考文献

致 谢

个人简历

攻读博士学位期间发表的学术成果

攻读博士学位期间参加的科研工作