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清华大学鲁宗相、林弋莎等:中长期合同竞价市场下自主确定检修计划对系统运行影响的探讨

中长期合同竞价市场下自主确定检修计划对系统运行影响的探讨

林弋莎1鲁宗相1*乔颖1马明2

(1. 电力系统及发电设备控制和仿真国家重点实验室(清华大学电机系);2. 国网甘肃省电力公司)

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本文发表在《全球能源互联网》2020年第3期,受甘肃省青年科技基金计划项目(18JR3RA011)、甘肃省重大专项(17ZD2GA010)、国网甘肃省电力公司科技项目(52272716000K)资助。

文章导读

随着厂网分开的实行及电力市场的发展,发电公司成为独立经济实体。发电机组检修计划的制定主体有望由系统运行部门转变为发电公司。美国宾夕法尼亚、新泽西和马里兰3州互联系统(Pennsylvania-New Jersey-Maryland,PJM)、北欧和英国等电力市场都允许在一定前提下由发电公司自主确定发电机组的检修计划。但澳大利亚电力市场曾发生过发电公司在高峰负荷时期对大容量机组进行检修的情况;美国加州于2000年发生发电公司依靠检修实现发电容量持留,导致电力紧缺的情形。此时,发电公司的检修计划需要满足非检修时段利益的最大化,该利益与市场规则相关。中国电力市场尚处发展初期,调度机构仍然占有集中确定机组检修计划的权力。中长期合约交易电量占整个电力交易的70%~80%,有必要针对中长期合同竞价市场规则,模拟发电公司自主确定机组检修计划时的检修行为,分析其对系统运行可能造成的影响,从而为是否放开以及如何放开检修计划安排奠定基础。

文章亮点

(1)结合中国中长期合同竞价市场的基本规则,构建了综合机组竞价和检修策略的两阶段动态博弈模型;

(2)分析了市场环境下机组检修行为对系统运行可靠性和经济性的影响;

(3)探讨了市场要素调整的影响。

摘要

电力市场环境下是否应由发电公司自主确定机组的检修计划仍存争议。相比计划经济体制下以系统可靠性为单一优化目标的检修计划,由发电公司安排各自的检修计划只保证对系统运行的可行性而不保证最优性,可能给系统运行带来风险。重点研究了中长期合同竞价市场环境下发电公司自主安排检修计划对系统运行的影响。借助综合机组竞价和检修策略的博弈论方法模拟检修行为,评估系统运行的可靠性和经济性。相比垂直管理模式下的检修方案,中长期合同竞价市场下的机组检修行为可能恶化系统运行的可靠性和经济性。另外,需要警惕发电公司故意延长检修时长抬高电网购电价格的问题,并关注竞争电量和竞价上限不合理设置时小容量机组检修导致的高市场出清电价的可能性。

主要内容

电力市场环境下是否应由发电公司自主确定机组的检修计划仍存争议。相比计划经济体制下以系统可靠性为单一优化目标的检修计划,由发电公司安排各自的检修计划只保证对系统运行的可行性而不保证最优性,可能给系统运行带来风险。

本文构建综合机组竞价和检修策略制定的博弈论模型,既能反映发电公司间检修安排的博弈,又能体现发电公司在中长期合同竞价市场中的竞价过程。


图1 基于博弈论的问题分析框架

考虑机组在中长期合同竞价市场中的竞价以及相应收益,本文采取两阶段动态博弈分析机组检修计划制定问题。该动态博弈问题可以转化为机组竞价均衡约束下的机组检修计划均衡求解问题,将动态博弈问题分解为两个静态博弈均衡求解问题。

图2 三机检修均衡迭代求解流程图

三机及以上系统的解析推导步骤与两机系统相同,但是需要分析的情况数目明显增加。实际中常常改用循环迭代的方法求解。对三台机组分属三个发电公司的情形,需要依次在另两台机组最优竞价求得的前提下,计算最优竞价。对于三机分属两发电公司的情形,以发电机组2和发电机组3属于同一发电公司为例,则只是机组2和3的竞价b2*和b3*需要共同优化使得期望收益(J2+J3)取得最大值,如红色框线部分,且只需对机组1的竞价b1进行循环。而如果三机同属一家发电公司,则该发电公司垄断市场。为最大化其收益,其竞价策略将使市场总是以竞价上限作为出清电价,而且总是低成本机组优先得到安排。


表3 发电公司2(拥有机组2和3)调整机组检修的结果

研究表明:1)市场环境下,完全由发电公司自主决定检修行为,从供电可靠性和经济性都可能劣于垂直管理模式,且性能表现与市场中检修机组对发电公司的从属结构有关。2)发电公司存在故意延长检修时长以增加其发电收益的可能性。3)即使检修机组的发电能力很小,在发电能力与竞争电量满足特定关系的情况下,可能导致经济性的明显恶化,反映出合理设置竞争电量与竞价上限的必要性。


本文引文信息

林弋莎,鲁宗相,乔颖,等. 中长期合同竞价市场下自主确定检修计划对系统运行影响的探讨[J]. 全球能源互联网,2020,3(3):272-279.


LIN Yisha, LU Zongxiang, QIAO Ying, et al. Self-determined unit maintenance scheduling and its influence on system operation in medium- to long-term contract bidding market [J]. Journal of Global Energy Interconnection, 2020, 3(3): 272-279 (in Chinese).

作者简介

林弋莎


博士研究生


主要研究方向为新能源、多能互补

E-mail:

lys_ncepu@126.com



鲁宗相


博士,副教授


主要研究方向为电力系统可靠性、风电/太阳能发电并网分析与控制、分布式电源及微电网、能源与电力宏观规划。通信作者

E-mail:

luzongxiang98@tsinghua.edu.cn



乔颖


博士,副教授


主要研究方向为新能源、分布式发电、电力系统安全与控制

E-mail:

qiaoying@tsinghua.edu.cn


研究团队

清华大学“电气工程”专业连续多年全国排名第一,拥有“电力系统与发电设备控制与仿真”国家重点实验室。电机系目前拥有院士3人,长江学者特聘教授4人,IEEE/IET Fellow16人,具有雄厚的人才基础和研究实力。

鲁宗相副教授课题组致力于电力系统灵活性、可靠性、可再生电源发电预测、优化运行等领域的研究。发表论文150余篇,其中SCI收录24篇,EI收录100余篇。中国科学引文数据库CSCD收录155篇论文,H指数为21,总被引1987篇次。2007、2014年2次获得领跑者5000论文奖,1篇论文获中国科技期刊2016年度优秀论文奖,1篇论文获中国电机工程学会2018年度优秀论文三等奖。

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编辑:张宇

审核:白恺