CN114996888A - 中长期电力市场交易规模的测算方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种中长期电力市场交易规模的测算方法，在保证电力电量平衡的前提下，结合市场用户与市场机组的现状与规划情况，基于中长期电力市场下的用户侧与电源侧双向匹配进行测算。该法克服了现有分析方法主要依靠专家主观估算的缺陷，分别对电源侧市场空间和用户侧交易需求进行合理计算并双向匹配、拟合校核确定，从系统性、规范性、客观性方面保证了测算工作的有序准确进行。本发明已应用于省级电力市场的实施方案，为电力市场规划的制定和电力市场运营与监管提供了科学指导和支撑。

Description

中长期电力市场交易规模的测算方法

技术领域

本发明属于电力交易分析技术领域，尤其涉及一种中长期电力市场交易规模的测算方法。

背景技术

目前，全国大部分省份已进入中长期电力市场交易阶段，部分省份进入中长期电力市场交易与现货交易并行阶段，市场需求稳步扩大，如何提前谋划好市场交易成为关键。结合电力交易实际情况可知，提前测算出下一年度中长期电力市场交易规模是开展下一年度交易的关键前置条件之一，然而，当下的分析测算主要依靠电力市场领域专家的主观估算，缺乏系统规范的方法，准确性值得商榷，难以满足新时期下中长期电力市场交易规模测算工作的要求。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种中长期电力市场交易规模的测算方法，从系统性、规范性、客观性方面保证了测算工作的有序准确进行。

为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：

中长期电力市场交易规模的测算方法，在保证电力电量平衡的前提下，结合市场用户与市场机组的现状与规划情况，基于中长期电力市场下的用户侧与电源侧双向匹配进行测算。

上述中长期电力市场交易规模的测算方法，包括以下步骤：

第一步：根据电网日负荷曲线情况以及风电、光伏、火电、气电、水电、核电电源的机组参数与出力特性，以多类型电源的调度运行成本最小化，建立多类型电源调度模型，计算各类电源的出力情况、发电量，确定各类电源的平衡利用小时数；

第二步：结合电力市场所在省份的市场机组情况及建设规划，确定待预测年的市场电源类型；

第三步：分别计算各类型市场电源的市场电量规模；

第四步：计算电源侧市场空间；累计求和第三步中计算得到的各类型市场电源的市场电量；

第五步：用户侧的交易需求测算；

第六步：电源侧与用户侧双向匹配，取第四步电源侧市场空间与第五步用户侧交易需求的较小值为中长期电力市场交易的初步空间；

第七步：市场化率电量校核。

第五步中：若结合市场的大用户情况分布以及工业占市场电量的占比较大，考虑用户侧主要为工业用户，工业用户切割为常规工业用户与大工业用户；其中，常规工业用户的市场需求为其历史用电需求乘以增长率确定，大工业用户为其历史用电需求与未来扩产带来新增用电需求的和。

第七步按以下进行操作：通常市场规模的变化符合logistics函数描述的生长曲线变化规律，利用最小二乘法拟合历史以及预测年份市场化率的Logistic拟合函数，结合曲线修正预测年份的市场化率，并结合市场电量取整，求得最终的中长期电力市场交易规模。

第三步包括：

计算火电的市场电量规模；火电市场电量规模为火电发电量扣减保供热保安全电量；考虑历史年份火电实际利用小数与未来几年电量平衡中火电的利用小时数存在较大差距，同时国家相关文件明确未来火电的定位由主力电源转向调节性电源，故火电的利用小时数存在一定的不确定性，需对火电利用小时数进行敏感性分析，设定高、中、低三个方案；而后采用火电利用小时数与装机规模的乘积求得火电发电量；其中，高方案火电利用小时数取历史年火电利用小时数与预测时间段内逐年全区平衡中的火电利用小时数的最大值；中方案取历史年火电利用小时数与预测时间段内逐年全区平衡中火电利用小时数的平均数；低方案取历史年火电利用小时数与预测时间段内逐年全区平衡中的火电利用小时数的最小值；保供热保安全电量根据保供热保安全装机规模占全区火电机组的占比乘以火电年发电量确定；

计算核电的市场电量规模；结合核电在电力系统的运行特性以及市场化情况，核电发电量均为中长期交易市场电量；

计算风电的市场电量规模；风电出力具有显著的不确定性，风电市场电量通过风电可发电量乘以风电出力的置信水平系数核算，风电出力的置信水平系数根据历史风电出力特性确定；为增强预测的包容性，高方案、中方案、低方案风电出力系数分别取统计意义上风电出力保障率为97％、95％、90％对应的出力系数。

第一步中：多类型电源调度模型的建立包括目标函数与约束条件；目标函数为多类型电源的调度运行成本最小；约束条件包括电力电量平衡约束，风电、光伏和核电全额消纳约束，火电机组出力约束、气电出力约束、水电出力约束等。

目标函数满足下式：

式中∶N_wind、N_pv、N_thermal、N_gas、N_water、N_nuclear分别为风电、光伏、火电、气电、水电、核电的机组数量；i为机组编号；t为按逐小时序列编号(全年取值1-8760)； C_wind,i、C_pv,i、C_thermal,i、C_gas,i、C_water,i、C_nuclear,i分别为风电、光伏、火电、气电、水电、核电的i号机组的度电运行费用；P_wind,i,t、P_pv,i,t、P_thermal,i,t、P_gas,i,t、P_water,i,t、P_nuclear,i,t分别为风电、光伏、火电、气电、水电、核电的i号机组于t时刻的调度出力。

约束条件分别为：

1)电力电量平衡约束，即任意时刻电源出力和与负荷相等，具体表达式如下：

式中，P_load,t为t时刻的负荷；

2)风电、光伏和核电全额消纳约束，即任意时刻风电、光伏和核电的调度出力与资源条件决定的出力一致，具体表达式如下：

P_wind,i,t＝P_{wind,actual,i,t}、P_pv,i,t＝P_{pv,actual,i,t}、P_nuclear,i,t＝P_{nuclear,actual,i,t}

式中，P_{wind,actual,i}、P_pv,actual,i、P_{nuclear,actual,i}分别为风电、光伏和核电的i号机组于t时刻资源条件决定的出力；

3)火电机组出力约束，即火电的调度出力需介于火电机组的最小技术数出力与装机容量之间，具体表达式如下：

P_{thermal,min,i}≤P_thermal,i,t≤S_thermal,i

式中，P_{thermal,min,i}、S_thermal,i分别为火电的i号机组的最小技术出力与装机容量；

4)水电出力约束，即水电调度出力需不大于于水资源决定的最大出力，具体表达式如下：

0≤P_water,i,t≤P_{water,actual,i}

式中，P_{water,actual,i}为水资源决定的水电i号机组的最大出力。

5)气电出力约束，即气电的调度出力需介于零与气电机组装机容量之间，具体表达式如下：

0≤P_gas,i,t≤S_gas,i

式中，S_gas,i为气电装机规模决定的气电i号机组的最大出力。

针对目前电力交易分析缺乏系统性、规范性等问题，发明人建立了一种中长期电力市场交易规模的测算方法，在保证电力电量平衡的前提下，结合市场用户与市场机组的现状与规划情况，基于中长期电力市场下的用户侧与电源侧双向匹配进行测算。该法克服了现有分析方法主要依靠专家主观估算的缺陷，分别对电源侧市场空间和用户侧交易需求进行合理计算并双向匹配、拟合校核确定，从系统性、规范性、客观性方面保证了测算工作的有序准确进行。本发明已应用于省级电力市场的实施方案，为电力市场规划的制定和电力市场运营与监管提供了科学指导和支撑。

附图说明

图1是本发明中长期电力市场交易规模的测算方法的流程图。

图2是市场化率的合理性校验图。

具体实施方式

为进一步说明本发明如何实施，以广西壮族自治区中长期电力市场为实际样本，2019 年为基准年，2020-2023年电源装机均采用广西十四五电力规划成果，参照上述方法计算 2021-2023年广西电力中长期市场的交易规模。

第一步：就广西逐年进行2021-2023年电力电量平衡。平衡结果如表1：

表1 2021-2023年电力电量平衡表(单位：亿千瓦时、小时)

第二步：结合广西电力市场的现有市场机组情况及电力市场规划，确定2021-2023年的市场电源为火电、核电、风电。

第三步：分别计算各类型市场电源的市场电量规模。

广西2019年的火电利用小时数为4295h，根据第一步平衡结果，2021年、2022年、2023年火电平衡利用小时数为4793h、4261h、4043h；根据前述思路，确定火电市场化利用小时数(未扣减保供热保安全电量)及市场电量如表2。

表2火电市场化利用小时数及市场电量(单位：亿千瓦时、小时)

根据第一步平衡结果与前述思路，确定核电的市场电量如表3。

表3核电市场电量(单位：亿千瓦时)

年份	高方案	中方案	低方案
				2021年	152	152	152
2022年	235	235	235
				2023年	317	317	317

风电市场电量通过风电可发电量乘以风电出力的置信水平系数核算，风电出力的置信水平系数根据历史风电出力特性确定。高方案、中方案、低方案风电出力系数分别取风电出力置信水平97％、95％、90％分别对应的出力系数0.0881、0.1104、0.1418。

表4风电市场电量(单位：亿千瓦时)

年份	平衡电量	高方案	中方案	低方案
					2021年	130	18	14	11
2022年	160	23	18	14
					2023年	180	26	20	16

第四步：累加火电、核电、风电市场电量(即累加表2-表4所示结果)，计算电源侧市场空间。

表5电源侧市场空间(单位：亿千瓦时)

年份	高方案	中方案	低方案
				2021年	938	894	851
2022年	1041	1033	1026
				2023年	1186	1155	1126

第五步：用户侧交易需求测算，结果如表6所示。

表6用户侧交易需求测算表(单位：亿千瓦时、万千瓦)

第六步：电源侧与用户侧双相匹配，取表5、表6的小值并取整，得到2021-2023年中长期电力市场交易的初步空间分别为930、1040、1190亿千瓦时。

第七步：市场化率电量校核。如图2所示，结合logistics函数描述的生长曲线，利用最小二乘法拟合历史进行曲线修正，得到2021-2023年中长期电力市场交易规模分别为930、1030、1150亿千瓦时。

Claims (8)

1.一种中长期电力市场交易规模的测算方法，其特征在于在保证电力电量平衡的前提下，结合市场用户与市场机组的现状与规划情况，基于中长期电力市场下的用户侧与电源侧双向匹配进行测算。

2.根据权利要求1所述的中长期电力市场交易规模的测算方法，其特征在于包括以下步骤：

第一步：根据电网日负荷曲线情况以及风电、光伏、火电、气电、水电、核电电源的机组参数与出力特性，以多类型电源的调度运行成本最小化，建立多类型电源调度模型，计算各类电源的出力情况、发电量，确定各类电源的平衡利用小时数；

第二步：结合电力市场所在省份的市场机组情况及建设规划，确定待预测年的市场电源类型；

第三步：分别计算各类型市场电源的市场电量规模；

第四步：计算电源侧市场空间；累计求和第三步中计算得到的各类型市场电源的市场电量；

第五步：用户侧的交易需求测算；

第六步：电源侧与用户侧双向匹配，取第四步电源侧市场空间与第五步用户侧交易需求的较小值为中长期电力市场交易的初步空间；

第七步：市场化率电量校核。

3.根据权利要求1所述的中长期电力市场交易规模的测算方法，其特征在于第五步中：所述用户侧主要为工业用户，工业用户切割为常规工业用户与大工业用户；其中，常规工业用户的市场需求为其历史用电需求乘以增长率确定，大工业用户为其历史用电需求与未来扩产带来新增用电需求的和。

4.根据权利要求1所述的中长期电力市场交易规模的测算方法，其特征在于第七步按以下进行操作：利用最小二乘法拟合历史以及预测年份市场化率的Logistic拟合函数，结合曲线修正预测年份的市场化率，并结合市场电量取整，求得最终的中长期电力市场交易规模。

5.根据权利要求1所述的中长期电力市场交易规模的测算方法，其特征在于第三步包括：

计算火电的市场电量规模；火电市场电量规模为火电发电量扣减保供热保安全电量；对火电利用小时数进行敏感性分析，设定高、中、低三个方案；而后采用火电利用小时数与装机规模的乘积求得火电发电量；其中，高方案火电利用小时数取历史年火电利用小时数与预测时间段内逐年全区平衡中的火电利用小时数的最大值；中方案取历史年火电利用小时数与预测时间段内逐年全区平衡中火电利用小时数的平均数；低方案取历史年火电利用小时数与预测时间段内逐年全区平衡中的火电利用小时数的最小值；保供热保安全电量根据保供热保安全装机规模占全区火电机组的占比乘以火电年发电量确定；

计算核电的市场电量规模；结合核电在电力系统的运行特性以及市场化情况，核电发电量均为中长期交易市场电量；

计算风电的市场电量规模；通过风电可发电量乘以风电出力的置信水平系数核算，风电出力的置信水平系数根据历史风电出力特性确定；高方案、中方案、低方案风电出力系数分别取统计意义上风电出力保障率为97％、95％、90％对应的出力系数。

6.根据权利要求1所述的中长期电力市场交易规模的测算方法，其特征在于第一步中：所述多类型电源调度模型的建立包括目标函数与约束条件；所述目标函数为多类型电源的调度运行成本最小；所述约束条件包括电力电量平衡约束，风电、光伏和核电全额消纳约束，火电机组出力约束、气电出力约束、水电出力约束等。

7.根据权利要求6所述的中长期电力市场交易规模的测算方法，其特征在于所述目标函数满足下式：

式中∶N_wind、N_pv、N_thermal、N_gas、N_water、N_nuclear分别为风电、光伏、火电、气电、水电、核电的机组数量；i为机组编号；t为按逐小时序列编号；C_wind,i、C_pv,i、C_thermal,i、C_gas,i、C_water,i、C_nuclear,i分别为风电、光伏、火电、气电、水电、核电的i号机组的度电运行费用；P_wind,i,t、P_pv,i,t、P_thermal,i,t、P_gas,i,t、P_water,i,t、P_nuclear,i,t分别为风电、光伏、火电、气电、水电、核电的i号机组于t时刻的调度出力。

8.根据权利要求6所述的中长期电力市场交易规模的测算方法，其特征在于所述约束条件分别为：

1)电力电量平衡约束，即任意时刻电源出力和与负荷相等，具体表达式如下：

式中，P_load,t为t时刻的负荷；

2)风电、光伏和核电全额消纳约束，即任意时刻风电、光伏和核电的调度出力与资源条件决定的出力一致，具体表达式如下：

P_wind,i,t＝P_{wind,actual,i,t}、P_pv,i,t＝P_{pv,actual,i,t}、P_nuclear,i,t＝P_{nuclear,actual,i,t}

式中，P_{wind,actual,i}、P_pv,actual,i、P_{nuclear,actual,i}分别为风电、光伏和核电的i号机组于t时刻资源条件决定的出力；

3)火电机组出力约束，即火电的调度出力需介于火电机组的最小技术数出力与装机容量之间，具体表达式如下：

P_{thermal,min,i}≤P_thermal,i,t≤S_thermal,i

式中，P_{thermal,min,i}、S_thermal,i分别为火电的i号机组的最小技术出力与装机容量；

4)水电出力约束，即水电调度出力需不大于于水资源决定的最大出力，具体表达式如下：

0≤P_water,i,t≤P_{water,actual,i}

式中，P_{water,actual,i}为水资源决定的水电i号机组的最大出力。

5)气电出力约束，即气电的调度出力需介于零与气电机组装机容量之间，具体表达式如下：

0≤P_gas,i,t≤S_gas,i

式中，S_gas,i为气电装机规模决定的气电i号机组的最大出力。

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