基本介紹
- 中文名：電力市場中的機組組合理論
- 外文名：Theory of unit commitment in electricity market
- 背景：電力負荷呈現出周期性起伏波動
- 目標：實現與給定負荷的平衡
- 意義：考察電力市場的電能交易
- 建議：電能與備用的一體化交易等
背景,電力市場環境下的機組組合,存在問題,意義,建議,
背景
研究電力市場問題，必然與電力市場的結構、規則等密切相關。在電力市場環境下，機組組合的作用與電力市場的模式有密切的關係。當電能交易和系統運行調度由同一家機構負責時，這種市場交易模式與傳統的運作方式相似，因此稱為聯營體(Pool模式。在此模式下，機組組合是市場運營機構的獨立系統運行員(ISO)的重要工作之一，而在其它模式的市場中，發電商將自己進行機組組合。在Pool模式的電力市場中ISO採用機組組合作為電能交易算法是由電力商品的特殊性以及電力技術的狀況決定的。
現代大規模電力系統中，發電資源由眾多各類型的發電機組組成，不同類型的機組有不同的成本特性和運行、技術約束條件。隨著人們生產、生活活動的規律性變化以及天氣等因素的影響，電力負荷呈現出周期性起伏波動的特性。如果僅靠改變機組出力而不改變啟停機組的數目，在已開機機組的容量範圍內往往難以通過調節滿足負荷的這種變化。
電力市場環境下的機組組合
在壟斷式電力工業中，根據機組的運行成本進行機組組合是系統運行調度人員在運行日前一天的一項重要工作。市場化改革後，電力工業發、輸、配一體的壟斷格局被打破，雖然各國各地區的結構重組存在著多種形式，但基本的一點是發電側首先引入了競爭，機組的發電計畫不再是系統運行員調度命令的結果，而是以機組報價為基礎競爭的結果。
這種在市場參與者標價基礎上以一定規則決定資源配置和資源價格的方式稱為拍賣，又稱為競價。具有集中控制特徵的機組組合在競爭的電力市場中的地位和作用如何?它如何適應電力市場的要求?這些問題正在引起關注。
首先我們必須看到，電力工業市場化改革是電力工業發展的必然趨勢。長期以來，電力工業被認為是自然壟斷的。實際上，電力工業的發展經歷了自由競爭一一壟斷一一放鬆管制的過程。起步階段，電力工業是一個完全競爭的市場。比如在1887-1893年間，芝加哥有24家電站通過自己的網路向其周圍的用戶供電[3]。但充分的競爭並沒有帶來高效率，重複的電網建設使電價居高不下。隨著工農業生產和城市人民生活的發展，電能的需求量迅速擴大:而能源和水能資源豐富的地區又往往遠離用電比較集中的城市和工礦區，造成用電與供電地理位置的不一致性，這些進一步惡化了孤立電力系統的運行狀況，同時也促進了電力技術的進一步發展。當規模經濟效益出現時，發、輸、配一體的壟斷電力工業就形成了。發展到20世紀80年代，大規模電力系統壟斷式經營的規模經濟效益達到了極限。
電力市場環境下的機組組合應考慮網路安全約束已成為一種共識。電力的傳輸必須以電力網路為依託，且遵循特定的物理規律，即總是沿著阻抗最小的路徑。這也就是說，在電力市場上，難以確定具體的消費者和具體的供給者之間的關係。發電商所售的電流向了哪些電力負荷，消費者消耗的電力來自哪家發電商都是難以明確的，並不以經濟契約為依據。網路的影響還會造成不同方向的電能交易相互制約的問題。因此，機組組合只有計及電力網路的約束，才能在保證電網的安全可靠運行的同時實現最優的電能交易，考慮網路安全約束的機組組合己套用於一些實際的電力市場。
存在問題
通過對機組組合研究的全面了解我們看到，電力市場環境下的機組組合研究還存在以下問題有待深入:
1. UC隨電力工業改革而變化，從一家壟斷到市場競爭，評價UC的標準以及考慮的制約因素(數學表示上稱為約束條件)都應跟著變化，如何建立適應這一變化的UC模型、概念等顯得尤為重要和急切，這對問題本質的深刻理解，挖掘問題特徵，提出更有針對性的求解方法是有益的。
2.把握電力技術與市場原則的融合，是市場環境下電力技術研究的關鍵。相似或相同機組引起機組組合在電力市場環境下出現不公平問題，是電力技術對電能交易制約的一種表現。如何解決這一問題，關係到電力工業是否能良性發展，研究尚未達成一致意見，應引起重視。
3.電力系統市場化運行驅使電網越來越運行於安全極限的邊緣，因此，考慮網路安全約束的機組組合變得尤為重要。對網路安全約束機組組合(SCUC)的研究己有大量的成果，但網路約束對機組啟停的制約機理仍有待揭示。特別是在市場環境下，網路制約在UC中的責任歸屬還沒有得到明確，這成為以市場手段解決網路安全約束對UC制約的障礙。作為反映網路約束對電能交易制約的經濟信號，節點電價與機組組合狀態的確定有何關聯還缺乏研究。
4.電力工業市場化改革給UC提出的另一個挑戰是需求側的影響。由於單邊電力市場存在諸多的不足，用戶參與市場交易正逐步推行。由於社會生產和人們生活對電力的高度依賴，用戶根據電價變化改變用電行為的規律複雜變化。對用戶參與日前市場電力競爭的研究，需藉助於考慮需求回響的機組組合來開展，該問題的數學模型有待建立，求解方法有待開發。
意義
電能交易是電力市場的核心問題。但電又是一種特殊的商品，它要求供需瞬時平衡並對輸電網有強烈的依賴，這使得電能交易難以通過耗時的買賣雙方私下協商達成，有組織的日前電力市場和實時電力市場是必需的。選擇適合電力技術特點的電能交易方式是電力市場的首要任務。電能交易的一個重要特點是，隨著需求的周期性變化，承擔發電任務的機組集合也在變化，並決定市場的電價。
因此，電能交易的中心任務是合理分配資源、平衡供需，並在此過程中發現商品價格，實現這種交易的最佳方式是拍賣。
拍賣是競爭定價，由競買人通過激烈的競爭，最終由出價最高者獲得拍賣商品並決定價格。如果將用戶需求的電能作為拍賣商品，由發電商投標競賣電能，這種拍賣過程恰好與機組組合問題具有相似的特徵，因此機組組合算法成為電力市場中重要的一種交易算法。機組組合具有真實反映機組發電成本實際組成的特性，並有利於考慮電網及機組的各種約束，用其做電能交易算法可充分保證發電計畫的可行性與經濟性。但伴隨電力工業壟斷經營而出現的機組組合問題在競爭的電力市場中必將發生相應的變化。特別是把握電力技術與市場原則的融合，破解網路約束對電力交易的制約機理，以及引入需求側回響以改進單邊市場的不完善性等問題，都急待解決。
總之，研究電力市場中的機組組合，揭示它在電力市場中的作用，解決它所存在的問題，對於考察電力市場的電能交易具有十分重要的理論價值和實踐指導意義。
建議
市場是電力市場框架中承上啟下的環節，因此，市場環境下，機組組合如何在物理上保證電能長期契約和期貨交易的實現，如何完成電能與備用的一體化交易還有待研究。
考慮網路安全約束的機組組合中機組啟停狀態的確定與節點電價存在著聯繫，下一步的工作，爭取給出市場條件下考慮網路安全約束機組組合可行解存在的充分必要條件的理論證明。
