电力市场运营结构及交易类型.ppt

第一节电力市场运营结构及交易类型,一、概述完整的电力市场:,一般划分为中长期合约交易市场、期货与期权交易市场、日前交易市场、辅助服务交易市场、实时交易（平衡）市场,第一节电力市场运营结构及交易类型,相应交易包括：,中长期合约市场交易期货与期权市场交易、日前市场交易、辅助服务市场交易、实时（平衡）市场交易；,第一节电力市场运营结构及交易类型,二、定义（一）中长期合约市场：是现货交易的一种形式，根据预先签订的合约商定付款方式，进行电量的买卖，在一定时期内进行实物的交割。可以通过竞价产生，也可以双边签订。一般占电力市场初期整个电力交易中心电量的70%80%。作用：市场有序、规避风险、稳定价格；,第一节电力市场运营结构及交易类型,分类：1、发电侧竞争的单一购买者电力市场1）年度合约交易市场：2）月度合约交易市场：,第一节电力市场运营结构及交易类型,2、发电侧竞争、输电网和配电网开放、多个购买者或零售竞争的电力市场中：1）长期市场：通过交易人进行双边交易，交易不细化到每隔0.5小时，交易量很大。它基于年度基本负荷。零售公司可以从电力生产者直接购买电力并通过输电网传送，交纳过网费。2）中期市场：通过交易人或交易中心进行电能的买卖。交易基于季度、月或周的基本负荷，交易产品相对标准化，部分交易可以细化到0.5小时的交易时段，交易量较大,第一节电力市场运营结构及交易类型,（二）期货与期权交易市场期货交易：期货的英文为Futures，是由“未来”一词演化而来，其含义是：交易双方不必在买卖发生的初期就交收实货，而是共同约定在未来的某一时候交收实货。期权：未来一段时间内可以买卖的权力，是买方向卖方支付一定数量的金额（权利金）后拥有的在未来一段时间内（美式期权）或未来某一特定日期（欧式期权）已事先规定好的价格（履约价格）向卖方购买（看涨期权）或出售（看跌期权）一定数量特定标的物的权力，但不负有必须买进或卖出的义务。,是指当事人双方权利义务指向的对象,第一节电力市场运营结构及交易类型,（1）看涨期权（买入期权）：1月1日，标的物是铜期货，它的期权执行价格为1850美元/吨。A买入这个权利，付出5美元；B卖出这个权利，收入5美元。2月1日，铜期货价上涨至1905美元吨，看涨期权的价格涨至55美元。A可采取两个策略：行使权利一一A有权按1850美元/吨的价格从B手中买入铜期货；B在A提出这个行使期权的要求后，必须予以满足，即便日手中没有铜，也只能以1905美元吨的市价在期货市场上买入而以1850美元吨的执行价卖给A，而A可以1905美元/吨的市价在期货币场上抛出，获利50美元（1905一1850一5）。B则损失50美元（1850一1905+5）。售出权利一一A可以55美元的价格售出看涨期权、A获利50美元（55一5）。如果铜价下跌，即铜期货市价低于敲定价格1850美元吨，A就会放弃这个权利，只损失5美元权利金，B则净赚5美元。,第一节电力市场运营结构及交易类型,（2）看跌期权（卖出期权）1月1日，铜期货的执行价格为1750美元吨，A买入这个权利付出5美元；B卖出这个权利，收入5美元。2月1日，铜价跌至1695美元吨，看跌期权的价格涨至55美元。此时，A可采取两个策略：行使权利一一一A可以按1695美元吨的中价从市场上买入铜，而以1750美元吨的价格卖给B，B必须接受，A从中获利50美元（1750一1695一5），B损失50美元。售出权利一一A可以55美元的价格售出看跌期权。A获利50美元（55一5。如果铜期货价格上涨，A就会放弃这个权利而损失5美元，B则净得5美元。,与差价合同的比较？,第一节电力市场运营结构及交易类型,期权合约：期权买方向期权卖方支付一定数量的权利金后，即获得在规定的期限内按事先约定的价格买进或卖出一定数量相关商品的期货合约权利的一种标准化合约，主要包括以下几个因素：买方、卖方、权利金、敲定价格、通知和到期日。,期货与期权交易市场：市场有序、规避风险、稳定价格；,电能的期权合同交易还没有得到广泛应用。电能备用容量供应长期合同常常同时包含期权费用和行权价格，在形式上比较接近于期权合同。,第一节电力市场运营结构及交易类型,（三）日前市场落实中长期合同电量，组织日前竞价，通过竞争发现日前市场价格，满足电网安全和经济的机组开停计划；基于日前负荷预测、电网线路状况、检修计划、联络线计划、机组报价、机组可用性等作出的最优决策方案,第一节电力市场运营结构及交易类型,（四）实时（平衡）市场：组织实时不平衡市场，通过竞争发现实时市场价格；（五）辅助服务市场：通过竞争发现保证电力商品质量的市场价值。,第一节电力市场运营结构及交易类型,三、完整电力市场运营的特点1.有单独的辅助服务市场；已备用市场为例，在日前电力市场结束后，交易中心将组织备用服务投标。如果发电商在购电计划安排之后还有备用能力，就可以向交易中心申报备用容量以及相应的报价信息。交易中心将按照报价由低到高逐步采购，直到采购的备用容量达到规定的数量为止。,第一节电力市场运营结构及交易类型,第一节电力市场运营结构及交易类型,2.组织实时平衡市场以经济的手段鼓励市场成员为实时调度和控制提供尽可能的调节空间。3.实时经济控制策略选有利于提高系统资源利用率且报价低的机组参与控制。4.平等电力用户和发电商、输电公司、供电公司之间是平等的市场关系，以经济作为纽带联系在一起。,例题,魏国电力与照明公司拥有一座发电厂，并且负责向一部分负荷供电。该公司积极参与电力市场交易，针对6月11日上午10点至11点这一时段，它已经签订了如下所示的一系列合同：（1）高峰时段的长期购电合同，小时交易数量是600MW，价格等于20.00$/MWh（2）低谷时段的长期购电合同，小时交易数量是400MW，价格等于16.00$/MWh（3）与某一大工业用户签订的长期售电合同，交易数量是50MW，该合同采用的是19.00$/MWh的统一价格,例题,（4）其它用户向它购电时应支付的电费是21.75$/MWh（5）售电期货合同，交易数量等于200MW，价格是21.00$/MWh（6）购电期货合同，交易数量等于100MW，价格是22.00$/MWh（7）买入期权，交易数量是150MW，履约价格是20.50$/MWh（8）卖出期权，交易数量是200MW，履约价格是23.50$/MWh（9）买入期权，交易数量是300MW，履约价格是24.00$/MWh,例题,所有期权的期权费均为1.00$/MWh。高峰时段定义为从上午8点到晚上8点这一时间范围。6月11日上午10点至11点的最终交易执行结果如下所列：（1）现货价格等于21.50$/MWh（2）包括大工业用户在内，魏国电力与照明公司的总负荷是1200MW（3）电厂的实际生产量是300MWh，平均生产成本为21.25$/MWh假设所有的不平衡电能均按现货市场价格结算，计算该公司在上述交易时段的利润或损失情况。在什么样的现货价格条件下，该公司的利润或损失能减小到零？现货价格的这种变化会对哪些期权合同产生影响？,年度合约交易,年度基数电量,年度竞价电量,年度预留电量+负荷预测偏差,年度合约电量的分月电量,月度竞价电量,月度预留电量,年度合约交易,年度合约电量的分日电量和月度竞价的分日电量,月度合约交易,短期负荷预侧,电网安全约束等,日前市场（预调度计划）,实际负荷,不平衡,实时平衡市场,第二节年度合约交易市场设计,一.年度合约交易市场设计(1)年度合约交易可以年为交易时段，也可以以月为交易时段。(2)根据下一个交易年的负荷预测，将每年预报的电网发电量分成三部分：年度基数电量年度竞争电量年度预留电量,第二节年度合约交易市场设计,年度基数电量：以前签订的购电合约，规定了机组的利用小时数，上网电价、保证电量等等，属政策性电量；年度竞争电量=年度负荷预测电量*（1年度预留系数）年度基数电量预留电量：由于为合约交易，交易风险比较大。因此合约电量一般小于预测电量，预留电量可以在月度交易中实施。其中年度基数电量+年度竞争电量约占全年电量的70%80%。,第二节年度合约交易市场设计,(3)发电公司应收到的市场公开信息：全年所需总电量、年度基数电量、年度竞价电量；每月所需总电量、月度基数电量、月度竞价电量；各上网机组的年度基数电量,第二节年度合约交易市场设计,(4)发电公司向市场运行部门申报的数据：竞价上网电价考虑检修后，机组年度最高上网电量考虑检修后，机组月度最高上网电量、月度基数电量、月度竞价电量检修计划,第二节年度合约交易市场设计,(5)市场运行部门根据发电公司申报的数据和负荷预测的结果，按照购电成本最低的原则，运行合约交易计算程序，确定年度合约；(6)年度合约计算的结果信息发布：各发电公司年度竞价上网电价机组年度基数电量，竞价上网电量考虑检修后，机组月度基数电量、月度竞价电量；检修计划,第二节年度合约交易市场设计,二.电力市场年度合约交易计算的数学模型；目标函数：以年度购电费用最小为目标安排年度竞价电量。t=1，2，。，T，T=12约束条件：电网年度竞价上网电量平衡电网年度基数电量平衡；,第j台机组的年竞争电量报价,第j台机组年度竞争电量在第t个月的上网电量,第二节年度合约交易市场设计,3.各机组年度基数电量约束,4.各机组月竞价上网电量约束：,第j台机组年度基数电量的分月电量,第j台机组的年度基数电量,第j台机组第t个月的最大出力,第二节年度合约交易市场设计,求解：1.各机组月度基数电量的确定；根据机组的年度检修计划，年度基数电量及每月电网预报的电量，按一定比例将年度基数电量分配到月，得出各机组月度基数电量；2.各机组年度竞价上网电量的确定：利用线性规划求解得出各机组年度竞价上网电量及竞价分月上网电量；,第二节年度合约交易市场设计,三.电力市场年度合约交易的滚动计算在各机组年度基数电量给定及年度竞价上网电量确定后，根据机组从年初到当前调度月为止累计已经完成的电量，考虑年检修计划及备用等因素的变化，对本年度未来月份各机组的发电计划加以调整。以便保证年度基数电量和竞价上网电量的完成。,第三节月度合约交易市场设计,一、月度合约交易市场设计1.月度合约交易以日为时段；2.根据下一个交易月的负荷预测，将每年预报的电网发电量分成四部分：年度基数电量分月电量年度竞争电量分月电量月度竞争电量预留电量前三部分占月度电量的85%90%；,第三节月度合约交易市场设计,月度竞价电量=月度负荷预测电量*（1月度预留系数）年度基数电量在该月的分摊电量年度竞价电量在该月的分摊电量月度预留电量：因为月度交易还具有一定的风险，尽管小于年度风险，但仍有一定的预留系数。月度竞价电量和月度预留电量来自于年度预留电量以及负荷偏差所产生的电量,第三节月度合约交易市场设计,3.发电公司应收到的市场公开信息：全月所需总电量、年度基数电量的分月电量、年度竞价电量的分月电量；月度竞价电量月度预留电量4.发电公司向市场运行部门申报的数据：月度竞价上网电价考虑检修后，机组月度最高上网电量及月度竞价上网电量；考虑检修后，机组日最高上网电量、日竞价上网电量、年度基数电量和竞价电量的分日电量检修计划,第三节月度合约交易市场设计,5.市场运行部门根据发电公司申报的数据和负荷预测的结果，按照购电成本最低的原则，运行月度合约交易计算程序，确定月度合约；6.月度合约计算的结果信息发布：各发电公司月度竞价上网电价机组年度基数电量和竞价上网电量的分日电量考虑检修后，月度竞价上网电量及月度竞价上网电量的分日电量；检修计划,第三节月度合约交易市场设计,二、电力市场年度合约交易计算的数学模型；目标函数：以月度购电费用最小为目标安排月度竞价电量。，,t=1，2，。，T，T为各月天数,第j台机组的月竞争电量报价,第j台机组月度竞争电量在第t日的上网电量,第三节月度合约交易市场设计,约束条件：电网月度竞价上网电量平衡,2.电网年度合约电量的分月电量平衡,；,第j台机组年度基数电量和竞价电量分月电量的日基数电量,电网年度合约电量分月电量,第三节月度合约交易市场设计,3各机组年度合约电量的分月电量约束,4.各机组日竞价上网电量约束：,第j台机组第t日的最大出力,第三节月度合约交易市场设计,求解：1.各机组年度基数电量和年度竞价上网电量的分日电量的确定；按一定比例将年度基数电量的分月电量和年度竞价上网的分月电量分配到日，得出各机组年基数电量和年度竞价上网电量的分日电量；2各机组月度竞价上网电量的确定：利用线性规划求解得出各机组月度竞价上网电量及竞价上网电量的分日电量；,第三节月度合约交易市场设计,三年度交易和月度交易合约成分表,第四节预调度计划,1、预调度计划概念1）预调度计划：在日前交易市场中制定的交易计划为预调度交易计划；,第四节预调度计划,2）预调度计划管理系统：是电力市场运营的核心功能之一，是实现日前市场竞价的关键环节。它利用市场成员申报的数据、短期负荷预测、电网输送容量、年交易计划、月交易计划、合同、安全约束等信息，按照市场规则指定的优化目标，制定次日发电计划、交换计划、辅助服务计划、决策上网电价，并实现交易管理的功能。,第四节预调度计划,3）预调度交易管理子系统的模块组成,第四节预调度计划,2.预调度交易计划的特点在计划经济时期，传统的发电计划是基于全信息的调度决策，并且调度运行部门对下属电厂拥有完全的控制权，在电力市场环境下，资源优化的总体思路是分散决策、整体协调；(1)结算规则的变化：在传统的发电计划中，电厂的付费电价基于机组的成本核定，在电力市场环境下，各厂上网电价都基于统一的系统边际电价。（2）电厂报价曲线的复杂化：传统是各个机组的发电成本曲线，而在电力市场条件下，可以根据电力供求关系的变化，对不同的时间申报不同的电价曲线。,第四节预调度计划,根据实际需要，报价曲线限定为非凹，其中包括上升型、下降型、平报价、V型报价(即，只允许单个谷存在)，如图所示。,第四节预调度计划,（3）交易计划的公平性电厂不再是被动的被调对象，而是转化为平等的市场成员。可以对交易计划提出质疑。(4)发电计划的最优性在电力市场环境下，电网交易人员能否制定经济的发电计划将直接影响到电力市场中所有成员的利益（电厂、输电公司、供电公司、用户）。,第四节预调度计划,3、购电价格决策1）数学模型在购电价格决策模型中，各时段的决策过程是解耦的。对于时段的购电价格决策数学模型，其目标函数为购电费用最低，有三种形式。(1)边际电价模型。此时，全部机组采用统一价格结算，而此时的全部机组出力总和与系统总负荷平衡。因此，购电费用最低等效于边际电价最低。其模型表达为,第四节预调度计划,(2)一机一价模型。此时，每个机组采用自己的运行点报价结算，购电费用最低的表达模型为(3)综合电价模型。该价格体系为加权平均价格，由公式确定，也可能是指定接近边际价格的若干机组来确定。,第四节预调度计划,上述(1)、(2)、(3)情形均满足以下约束条件：a)系统有功平衡,b)机组最大和最小出力约束,Pt,jIt，jPmax,t=1,2,T,该模型的优化决策变量包括：各机组的开停状态变量It,j，各机组的出力值Pt,，j。,第四节预调度计划,式中:ft,j机组j在时段t的申报电价曲线函数；Gt时段运行机组的集合；PSMP(t)该时段下的边际机组；Dtt时段的系统总有功负荷；Pt,j,Pmin,j,Pmax,j机组j在t时段的有功出力、有功出力的下限和上限；It,j机组j在t时段的开停状态变量，It,j=1表示开机，It,j=0表示停机。,第四节预调度计划,4、水电购电计划1）数学模型模式一：水电没有申报电价时。目标函数：系统负荷各时段峰谷差最小化。模式二：水电申报电价时。目标函数：系统各时段边际电价与负荷需求乘积最小化。,第四节预调度计划,约束条件：1)水库的强迫出力约束2)水库的最大日发电量约束3)水电的可调出力范围约束,4、水电购电计划,该模型的物理意义在于：在满足各种水库运行的条件下，最大效益地利用水资源，即降低火电系统的边际电价。,第四节预调度计划,式中Pi(t)水电厂i在t时段的发电容量；PF,i(t)水电厂i在t时段的强迫出力；Pi,Pi水电厂i，的在计划周期内最小和最大的可调度发电容量；Ei，水电厂i的最大日发电量；T计划持续时段数；,第四节预调度计划,5、火电购电计划1）概述火电系统预调度计划由火电机组组合与经济分配组成。在基于边际电价(SMP)的机组组合模型中，预调度计划的优化目标为购电费用最小，它直接与边际电价相关。经济分配是在机组组合状态确定的情况下，以购电成本最低为目标，在满足机组和电网安全约束的条件下，优化决策各发电机组的出力曲线。因此经济分配是机组组合的细化阶段。,第四节预调度计划,在安排购电计划时应该是首先安排报价低的机组发电，然后安排报价高的机组发电，所以随着负荷的变化系统边际电价(SMP)也会有所变化，其趋势应该是跟随负荷的变化，在负荷水平高的时段SMP也应该高，而在负荷水平下降的时段SMP也应该下降。,第四节预调度计划,（一）模型的优化目标交易计划的目标函数是最小化该时段的购电总费用，而购电总费用基本上只与系统负荷及系统边际电价SMP有关。由系统边际电价的定义，SMP由开机机组中工作点电价最高的机组决定。记,按照新的结算规则，t时段的总购电费用为fSMP,t*从而目标函数变为,第四节预调度计划,又因为功率平衡，有,目标函数即,min,或等价,约束条件如机组出力约束、起停机时间约束、线路潮流约束等等,第四节预调度计划,6、区域间电力交易计划（参考辅助服务中多区域联合电网的交易计划）1）进行区域间电力交换的意义解决电力资源分布不平衡的问题跨区域调峰和互为备用；增强电力系统内部的竞争，促进其发展2）区域电力交换的关键在保证安全稳定的情况下，确定区域的交换功率，促进本区域的经济效益；,第四节预调度计划,3）目标函数区域间电力交易将导致本区域效益的最大化约束条件：区域间联络线输电容量,本区域供电上限,本区域的负荷平衡,第四节预调度计划,本区域的备用约束,t=1,2,.,式中：,，,-时段t本系统的发电容量，j发电机最大发电容量；,-时段t本系统的负荷；,，,-系统正负备用率；,，,-联络线在t时段输入与输出功率大小；,+Pj,第四节预调度计划,7、安全矫正策略通过状态估计、潮流计算、故障分析和预想事故分析，预测在某些方式下会出现哪些问题，并回答如何处理这些问题，提出安全措施。即通过系统中可以控制变量的控制来消除潜在的约束条件越限现象或已经存在约束条件的越限现象，使之保持或恢复安全状态。,第五节日前交易市场的运作机制,一、流程1电力交易中心向发电公司公布信息，包括：公共信息：短期负荷预报报曲线、日前竞争负荷曲线、私有信息：各发电公司机组合约出力计划日前竞争负荷=短期负荷预报值不参与市场竞争的发电出力合约计划出力与区外电力交易计划负荷；2发电公司向电力交易中心申报的数据a)技术数据：发电机组的参数及运行特性b)经济数据-报价3电力交易中心对数据审核4竞价5发布竞价结果6执行,第六节实时平衡市场,一.概述由于天气、电网故障等偶然因素的存在，日前计划给出的出力水平与实际运行时的负荷水平可能出现较大偏差，所以日前做出的发电计划必需根据电网实时运行情况进行调整。平衡市场与备用资源同时被作为调节的手段。,第六节实时平衡市场,二.实时平衡市场的数学模型实时平衡市场是为了鼓励发电商参与调节电力不平衡量。愿意参与平衡市场的发电商可以提前数小时申报可用上调范围及上调价格和可用下调范围及功率下调价格。在实时调度中，系统调度员首先根据系统总不平衡量，决定启用上调机组还是下调机组。然后，根据调节价格排序，从价格低的机组开始调度，直到满足不平衡量。,第六节实时平衡市场,按照市场边际定价原则，最后一台调节的机组成为边际调节机组，其调节报价成为边际调节价格，所有参与调节的机组将均被付以边际调节价格。或按照一机一价定价原则，参与调节的机组的结算价格为其报价。实时平衡交易模型将考虑各种实际运行约束，以调节费用的最小化为目标。前按照市场边际定价原则的模型的目标函数是：,第六节实时平衡市场,或者前者对应于系统不平衡量为负(需要增加总发电量)的情形，后者对应于系统不平衡量为正的情形(需要降低总发电量)。约束条件是，以及所有系统约束和机组约束条件。和分别是对应的调节报价；是机组i在时段t的正的调节量。,第六节实时平衡市场,三.实时平衡市场的拥塞管理,当输电网络出现拥塞时，如何实现最优的实时控制是电网公司必然面临的难题之一。控制策略必须保证对所有的市场成员是公平和公正的。拥塞约束通常以两种形式反映出来。一种是线路的限制，另一种是节点的电压约束。,第六节实时平衡市场,在实际应用中，大约需要30min左右校核一次系统拥塞情况。调度员调用拥塞管理程序以确定计划调整方案。该调整方案可能是调整机组出力，也可能是切负荷，也有可能两种调节手段都执行。与简单的实时平衡市场不同，拥塞管理可能在上调某些机组的出力的同时，下调其他机组的出力。拥塞管理模型的目标函数是未来一段时间内总调节费用的最小化，,其中调节费用的计算考虑了平衡调节市场的结算规则，即按照统一的边际上调价格和边际下调价格付费，或按照一机一价定价原则，参与调节的机组的结算价格为其报价。对第一个优化调节程序，调节费用是各机组出力的调整量的函数,按照市场边际定价原则的模型的目标函数是:,第六节实时平衡市场,第六节实时平衡市场,和分别是对应的调节报价；是机组在t时段的正的调节量。约束条件与考虑电网安全约束的电力交易计划相同。如果需要切负荷，可以执行第二个优化调节程序，优化目标中加入切负荷的手段。即:,切机目标函数,式中用户j乐意支付的用电价格：安排削减用户j的负荷量。,第六节实时平衡市场,切机与切负荷的目标函数,