调峰电价与可中断负荷联动机制研究

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统一调峰电价计算方法
统一调峰定价方法 "首 先 求 得 总 购 电 成 本 ’包
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括购买可中断负荷成本 $" 然 后 将 该 成 本 全 网 分 摊 " 形成一个全网统一调峰电价 ! 统一调峰电价 #;8>= 为 %
平下降 & 尤其暴露在调峰时段 ! 电网的日峰谷差增
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引言
传统电力系统模式下 ! 电价统一制定 ! 在此基础
大 ! 全网调峰能力不足 ! 某些地区出现 % 拉闸限电 $ 现 象 & 在市场环境下 ! 为实现社会效益最大化 ! 避免限 电引起纠纷 ! 研究一套符合国情和市场改革初期的 调峰定价算法 ! 利用价格杠杆调节电网的供需关系 具有现实意义 & 市场定价主要有 " 种方式 * 基于成本分解定价 和基于供需关系定价 & 目前多数调峰定价研究是基 于 发 电 侧 成 本 分 析 ,!-! 适 用 于 发 电 商 确 定 调 峰 机 组 的调峰成本 ! 没有考虑供需关系 ! 不适合用作电网调 度调峰电价 & 文献 ," - 讨论了可中断负荷参与系统调 峰的模式 ! 说明台湾电力公司利用可中断负荷参与 调峰效果显著 ! 但没有涉及调峰定价对供需关系的 影响 & 在传统调峰思想的基础上 ! 利用可中断负荷的 补偿机制 ! 根据均衡理论确定调峰价格 ! 提出分区调 峰电价和统一调峰电价 " 种调峰定价方法 ! 适用于 调度交易中心利用价格杠杆调节供需关系 ! 符合市 场规律 &
电 力 市
吴集光等 ! 调峰电价与可中断负荷联动机制研究 )*)+,-.+ /01)-
场
调峰电价 与可中断负荷联动机制研究
吴集光 !!刘俊勇 !!牛怀平 !!杨
"!# 四川大学 电气信息学院 ! 四川 成都
可 !!"
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$!%%$& #"# 四川省电力公司调度中心 ! 四川 成都
摘
要 ! 在分析传统调峰方式基础上 ! 提出一种调峰交易模式 ! 即调度机构将所有参与调峰的负荷 停 止 用
’+
电 力 市 场
中 国 电 力
低谷时采用低谷电价 ! 负荷得到一种变相的补偿 " 调 峰利用负荷需求对价格的弹性关系 ! 调峰的实质是 利用可中断负荷参与峰荷时段的供需调整 " 传统峰 谷电价中 ! 补偿方式比较隐蔽 ! 调峰负荷缺乏有序管 理 ! 属于粗放调度模式 " 加之峰谷电价比例固定且不 能相差太大 ! 导致实施效果不好 " 在电力市场环境下 ! 市场参与者的目标是利益 最大化 ! 为满足系统安全条件停电或减少用电的可 中断负荷应该获得补偿 ! 参与调峰的负荷出让的用 电容量被认为是可中断负荷容量 " 在此基础上提出 一种调峰交易方式 # 在调峰时段 ! 调度机构根据安全 需要 ! 将所有参与调峰的负荷停止用电或减少用电 的容量当作一种 $ 电力资源 % 买 入 ! 将 其 可 中 断 负 荷 补 偿 费 &以 下 简 称 补 偿 费 ’视 为 该 (电 源 %的 购 电 成 本 ! 引入一个可中断负荷补偿机制 ! 巧妙地实现了 ( 电源 % 买入 " 调度交易中心按补偿费由低到高顺序 和满足供需平衡的原则依次收购 ( 电力资源 %& 可中 断负荷 ’! 购买可中断负荷的成本由仍然继续用电的 用户分摊 !进而得到由供需关系确定的调峰电价 " 该 交易方式把传统调峰方法下的 (暗补 %方式转变成 (明 补 %方式 !明确了可中断负荷在调峰时的利益和义务 "
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根据供需关系定价基本原理
基于微观经济学均衡理论和电网经济调峰要
求 ! 提出了根据供需双方需求定价的调峰定价模型 +
图"
供需关系和价格
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均衡关系定价基本原理
负荷需求量 !* 与电价 " 之间关系 ! 表示为需求
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11( 方式购入容量可以按照一台等值发电机组
考虑 ,1;( -;<( 是目前普遍采用的控制方式 ! 与其 它电网交易的容量是恒定的合同交易电量 !8:7 + 参 与 调 峰 的 可 中 断 负 荷 容 量 被 认 为 $电 力 资 源 %+ 可中断负荷容量 !#@; 与补偿费 $8 之间的关系 ! 表示为 #
Hale Waihona Puke Baidu
;/0－*/70 (:7.4:2 ’, 联 络 线 功 率 频 率 偏 差 控 制 ;<(
&;/0－ */70 2:3= >40560789 </3? (:7.4:2 ’+ 因此购入容量 供给函数为 #
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!./0 +#./0 &" ’ !./0 +!8:7
11( 方式 1;( -;<( 方 式
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式中 % % #", "#" "$ "#’ $-. 为等式约束条件 && ’", "#" "
$"#’ $!. 为不等式约束条件 &#" ($ (#’ 分别表示电网
指令性电价 ( 参与调峰的可中 断 负 荷 容 量 及 相 应 的 补偿费 ) 根据实际应用要 求 和 上 述 分 析 " 讨 论 分 区 调 峰 电价和统一调峰电价 / 种定价方法 *
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因此 ! 供给函数 ! $ 应 该 是 发 电 容 量 ! - - 互 联 电 网间交易容量 !./0 - 被买入用于调峰的可中断 负 荷 容量 !#@; 三者之和 ! 表示为 #
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式中 %
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5( ( # +%8 分 别 表 示 从 互 联 电 网 * 购 入 电 量
电或减少用电的容量当作一种 " 电力资源 # 买入 ! 参与调峰的负荷具有可中断负荷的特性 ! 因此明确 提 出 参与调峰的负荷被认为是可中断负荷 ! 把可中断负荷补偿费视为该 " 电源 $ 的购电成本 ! 引入一个可 中 断 负荷补偿机制 ! 实现了 % 电源 $ 买入 & 在该模式下 ! 应用微观经济学理论 ! 重点提出了分区调峰电价 和 统 一调峰电价 " 种调峰定价方法 ! 抓住调峰定价的实质 ! 实现了调峰电价调节供需关系 ! 使市场有限资 源 优 化再分配 ! 实现社会效益最大化 & 该算法适用于我国电力市场改革初期 ! 利用调峰电价调节供需关系 ! 缓 解缺电矛盾 & 关键词 ! 调峰电价 ’ 电力市场 ’ 供需关系 ’ 可中断负荷 中图分类号 ! ()*+! 文献标识码 ! , 文章编号 ! !""#$%&#% (’""& )%"$""&-$%&
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制定调峰电价
调峰电价 应 该 是 满 足 系 统 安 全 约 束 条 件 下 ! 供
需平衡的价格 + 由图 , 分析 ! 无约束情况下 ! 系统供 需平衡时 ! 系统调峰电价为 $3 + 在经济学中 ! 任何需 求都不是刚性的 ! 负荷的需求随价格弹性变化 + 负荷 具有两面性 ! 当电价上升时 ! 部分负荷转变为可中断 负荷停电 ! 出让相应的容量 ! 获 得 补 偿 ! 由 原 来 的 需 求函数关系转变成为供给函数关系 + 供 给 函 数 转 化 成 虚 线 ! 此 时 的 供 需 平 衡 价 格 为 $D + 因此 ! 制定调峰 电价问题转变成一个购 电 成 本 最 小 为 目 标 函 数 ! 寻 求供需平衡最优解的优化问题 +
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可中断负荷的管理与补偿机制
可中断负荷管理方法是 ! 负荷与负责平衡机制
当 !*!!$!C ! 表示市场买光卖光 ! 市场达到平 衡 ! 供需关系平衡时得到的价格如图 , 中的价格 $3 +
的机构签订一个可中断负荷合同 ! 在固定的系统峰 值负荷时间或任何系统需要的时间用户减少他们的 负荷需求 " 这些用户通过安装负荷限制器或电网调 度控制可中断负荷动作 ! 达到减负荷的目的 ! 同时按 照合同补偿停电损失 )!*+ 具体补偿额可以通过 " 种方式获得 # 一种方法 由用户申报可中断负荷 容 量 及 其 相 应 的 补 偿 费 , 另 一 种 方 法 是 由 类 似 于 #$% -&’ 或 $( 等 机 构 对 用 户 进行评估 + 调度交易中心按补偿费由低到高顺序排 列可中断负荷 + 文献 )) * 提出可中断负荷补偿机制 ! 不仅激励负 荷积极参与可中断管理 ! 而且提供了可中断负荷补 偿费计算方法 ! 合理解决了利用可中断负荷激励与 补偿的矛盾 +
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调峰交易模式和补偿机制
调峰的交易模式
传统的峰谷电价调峰方法是在峰荷时提高电
价 ! 引导一些负荷停止或减少用电 ! 可认为停电或减 少用电 ( 出让电量 ) 的这部分负荷为可中断负荷 & 在
基金项目 ! 国家重点基础研究发展计划 (-*+ 计划 ) 资助项目 ("%%’/0"!*-%& )’ 四川电网辅助服务市场模式研究及补偿对策实 时软件编制资助项目 作者简介 ! 吴集光 (!-$*－)! 男 ! 湖南长沙人 ! 副教授 ! 博士研究生 ! 从事电力市场方面的研究 & 1－23456 789:9－9;<7=>?#@=2
函数 #
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数学模型
优化目标函数
该算法核心是通 过 价 格 杠 杆 调 节 供 需 关 系 ! 把
发 电 容 量 !- 和 价 格 " 之 间 关 系 ! 表 示 为 供 给 函数 #
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电 力 市
吴集光等 ! 调峰电价与可中断负荷联动机制研究
场
有限资源重新最优配置 ! 满足 所 有 约 束 条 件 下 " 购 电成本 ! #"! "#" "$"## $ 最小化 " 优化目标函数为 %
上 ! 制定了丰峰 + 枯峰 + 丰谷 + 枯谷 + 丰 平 和 枯 平 等 多 种电价 ! 有效解决供需矛盾 ! 为电力系统安全和经济 运行做出了贡献 & 但传统的调峰电价存在明显不足 * (! ) 调峰电价缺乏灵活性 ! 不能完全反应市场供需关 系 ! 对供需调节作用不充分 &(" ) 参与调峰的负荷 ! 没 有明确的义务和利益联系 ! 缺乏鼓励负荷参与调峰 积极性 &(+ ) 电网调度人员只能被动地接受负荷的响 应 ! 无法主动运用价格杠杆调控供需关系 ! 实现优化 调度 & 国外许多电力市场通过竞价拍卖方式确定调峰 时段电价 ! 利用平衡机制或补充报价确定实时电价 等手段管理不平衡电量 & 我国目前处于电力市场改 革初期 ! 试点单位实现了部分电量竞价上网的电力 市场运行模式 ! 简单套用国外通过拍卖方式获得调 峰电价的方法不适合我国电力市场现状 & 国 内 目 前 电 力 缺 乏 ! 以 四 川 电 网 为 例 ! 自 "%%% 年 以 来 ! 最 大 负 荷 需 求 由 $+% 万 AB 增 长 至 -$% 万 AB ! 增 幅 达 &"( ! 而 装 机 容 量 只 增 加 $$ 万 AB ! 仅 增 加 +#’( ’ 而 且 各 水 电 厂 来 水 偏 枯 ( 水 电 占 总 装 机 $"#’C )! 火 电 厂 电 煤 供 应 不 足 且 煤 质 较 差 ! 全 网 出现了不同程度的电力供应不足问题 ! 系统稳定水 收稿日期 ! "%%’－!%－!.’ 修回日期 * "%%’－!"－!&
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互联 电 网 间 交 易 容 量 ! ./0 & 从 其 它 电 网 买 入 或 卖出电量 ’! 该容量 的 供 给 函 数 与 联 络 线 功 率 控 制 方 式 有 关 + 控 制 方 式 有 ! 种 # 恒 定 频 率 控 制 11( &123. 140560789 (:7.4:2 ’, 恒 交 换 功 率 控 制 1;( &123.
,?))
及其价格 &
" 5( 为该电网总发电量 ! " " "
5( 为全
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分区调峰电价计算方法
局部地区发生阻 塞 时 " 利 用 分 区 调 峰 电 价 模 型
网的有功网损 ! 式 ’@ $ 的 结 果 是 满 足 阻 塞 约 束 条 件 下 的 最 优 解 " 而 式 ’7. $ 的 结 果 是 全 网 统 一 优 化 解 " 可 中 断 负 荷补偿费全网统一优化排序 ! 优 化 计 算 时 " 体 现 在 式 ’7. $ 分 子 第 2 项 小 于 式 ’@ $ 分 子 第 2 项 " 降 低 总 购电成本 & 加之式 ’7. $ 采 用 全 网 用 电 负 荷 共 同 分 摊 总购电成本 ! 上述 / 个因素导致统一调峰电价整体 低于分区调峰电价 ! 由 式 ’3 $ ! ’7. $ 知 " 调 峰 价 格 由 负 荷 需 求 决 定 " 供需差额越大 " 参与调峰的 可 中 断 负 荷 容 量 增 大 " 调峰电价越高 & 另一方面 " 调峰电 价 越 高 " 负 荷 需 求 越 少 "提 供 的 可 中 断 负 荷 容 量 越 多 "调 峰 容 量 变 化 越大 " 调峰效果越明显 ! 调 峰 电 价 随 市 场 供 需 关 系