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发电厂的竞价模型(一)

国际电力网  来源:电力市场观察  日期:2016-11-30

1.概述

发电企业在确定竞价策略时必须结合自身的特点。火电厂较高的生产运行成本和火电机组的运行约束对竞价策略有着极大的影响。

燃料成本

燃料成本在火电机组的运行成本中可以多达70%,对竞价有决定性的作用。

起停费用

火电机组的起停费用高,不利于制定灵活的竞价策略。

机组性能

火电机组的起停时间长,启动、停机时间可以多达几个小时、甚至更长,因此在确定竞价策略时,需要在较长时间范围内做充分考虑;火电机组的升、降负荷速率限制了竞价的灵活性,当然,从另一方面看,也可以作为优势,即使火电机组某个时段竞价失败,由降负荷速率的限制,也不能停机。

在确定火电机组竞价策略时,边际成本与机组组合有着重要的作用。

2.成本计算

火电厂的成本包括:燃料成本、运行维护费、折旧、销售税金、管理费、财务费用。

1)无负荷成本

无负荷成本被定义为总的在零网络输出下的理论热能或燃料,乘上性能系数、燃料成本、有关的维修成本和季节因素或其他调节因数。不考虑传输损耗因数。

无负荷燃料需通过研究理论的输入输出曲线或零网络输出下的测试数据来得到。发电厂需要使用无负荷燃料值来推算机组无负荷成本。

2)边际成本

边际成本被定义为一个特定的机组负荷水平上的生产1MW功率所需的热能或燃料增量,乘上燃料成本、有关的维修成本和季节因素和/或传输损耗因数。

一般而言,火电机组的煤耗特性可以用总的热能(或燃料)输入与MW输出二次曲线来拟合:

Cv=a+bP+cP2

其中:Cv为机组煤耗(费用),P为发电机出力。

煤耗特性是机组的变动成本。机组的发电利润:

G=λP-Cv–Cf

其中:G为利润,λ售电电价,Cf为固定成本

机组可以得到最大利润的条件是G的导数为0,即:

λ=b+2cP

或者说,当电价等于边际成本时,可获得最大利润,这符合经济学的一般规律。火电机组的边际成本也就是通常所说的煤耗微增率。不过需要注意的是,此时的最大利润只是数学意义上的极值点,根据电价等于边际成本计算得出的机组出力受限于机组的最大、最小出力;而且,此最大利润不一定是正值,或者说,此最大利润可能是最小亏损点。

机组竞价上网希望获得最大的利润,因而边际成本对确定竞价交易策略有着重要的意义,报价人员可以根据机组的边际成本特性确定一系列的价格、出力数据作为报价的参考。

3)总成本

总成本被定义为总的理论热能或燃料减去在一个特定机组负荷水平上的无负荷热能或燃料,乘上性能系数、燃料成本、有关的维修成本、季节因素和/或传输损耗因数和无负荷成本。

4)与成本有关的因数

性能系数

性能系数反映一个特定时间段预测的实际被使用的理论燃料比率。由于机组的年龄或改进、燃料性能的改变、季节的环境状态等,性能系数可能会变化。

燃料成本

蒸汽机组和柴油发电机组的总的与燃料有关成本定义如下:

燃料成本=基本燃料成本+其他与燃料相关成本+允许SO2排放成本+维修因数+允许NOX排放成本。

核电厂机组的总的与燃料有关的成本定义如下:燃料成本=基本的核燃料成本+边际维修因数

3.机组组合

在竞价成交后,一般给出的是电厂总的出力,电厂应该根据机组的特性确定最经济的机组开停计划和机组间的负荷经济分配,以便用最小的成本完成发电计划,以获得尽可能多的利润。这正是机组组合的目的所在。

发电市场中电厂的机组组合与计划体制下的机组组合最大的不同在于优化的目标函数,发电市场中的机组组合的目标函数是利润最大,不是成本最小。

机组组合的目标函数如下式:

同时,满足以下约束条件:

负荷平衡条件:

4.火电厂竞价数学模型

能量竞价问题应该表述成电力市场中各发电商或大用户的竞价策略模型来进行优化。一方面,使发电商获得更大的收益的报价也会增加失去发电机会的风险;而另一方面,使发电商有更大的可能性赢得交易的报价又会降低发电商的收益。因此,一个好的竞价策略应该在这两者之间取一个最优的折衷。

下面提出了一个火电发电商的竞价模型,该模型是一个将报价因子作为嵌入参数的带参数动态规划问题,可被看成是一个报价商自身的机组组合问题。报价策略就是在已知市场预测电价和火电机组微增成本曲线的前提下制定最优报价曲线,以满足预先制定的目标和机组运行约束,比如机组最小开停机时间,爬坡速率约束,最大、最小发电机出力约束等。

从而达到预期的经济目标:

1)日总收益;

2)日平均收益;

3)日总发电量;

4)支付给发电商的日总支付费用等。

每个报价因子µ唯一的决定了交易日各时段的一条报价曲线。这里提出的报价模型体现了报价因子µ(或交易日各时段的报价曲线)与以上的预定经济目标之间的关系。

应当注意到当所有发电商将机组生产成本微增率曲线提交到能量交易市场时,这个能量竞争交易市场就是完美的竞争市场。在完美竞争市场条件下,每个发电商都将获得最大收益,整个系统的运行成本也将达到最小。

假设:报价曲线可以按照不同的方式来形成。许多发电商通常在升高或降低发电机组的微增生产成本曲线的基础上形成他们的报价曲线。在数学描述上,本文定义的报价曲线被假设为是微增生产成本与报价因子的乘积的函数,如下所示:

对应的报价成本表示为:

报价曲线将被提交到能量市场交易中心并用来决定市场清算价格。(※)式中引入的µ将帮助报价商在市场竞争中选择合理的报价曲线以达到其自身的目标。

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