生产成本、目标函数以及节点电价

北京清能互联科技有限公司战略咨询总监陈雨果 目录 目录 生产成本 目标函数 节点电价 生产成本 启动成本 ·后动成本是与发电机组后动以及便发电机到达同步速率的相关成本。启动成本分为三种状态>热态人 》温态 ·启动成本再启动燃料、燃料相关成本、性能系数、广用电成本、启动维护成本以及额外的劳动成本决定。 ·单位：$/次 空载成本 空载成本是每小时固定的成本，指以发电机组维持同步转速，且输出功率为零时的成本。 类比一一汽车发动，但未行驶时的成本 ●单位： $/Hr 生产成本 （热耗率曲线）平均燃料曲线 热耗率曲线描述了生产每MWh的电能所需消耗的热量 >一般来说，机组运行在最小技术出力时效率最低，随着出力增加效率提高，>纵轴用MMBtu/MWh表示，横轴用MW表示，>可将生产XMW的发电机的热耗率解释为：生产XMW电能时，每单位电能所需要的热值 热耗率等于输入热量(MMBtu)除以输出功率(MWh)。热耗率越小，效率越高。 热耗率曲线反映机组在其运行范围内的效率。 总燃料曲线（输入-输出曲线） ，输入-输出曲线可以由热耗率曲线乘以机组输出的电能（MW）得到：·输入输出曲线描述了每小时所需的热量与机组输出电能的函数关系，可通过回归分析，形成输入热耗量与输出功率之间的函数表达式， 总燃料曲线（输入-输出曲线） 利用线性回归，可以得到输入输出曲线的函数表达式为y=5E-12x4-5E-09x3+0.0016x2+9.6891x+306.75高次项系数很小 边际成本曲线 边际成本曲线=(2E-11MW3-1.5E-8MW2+0.0032MW+9.6891)×（（3.5+0.15）×1.02)供给曲线 空载成本（$/小时）=（空载燃料*性能系数*燃料成本） 广东的实际数据 最小出力运行成本 正常情况下，火电机组都存在最小稳定技术出力限制 发电机组维持同步转速，且输出功率为最小稳定技术出力时，每小时的运行成本也是一个相对固定的数一一最小出力运行成本（机组最小稳定技术出力费用） 总发电成本的表示方式 采用上升型报价曲线的解释 1、数学方面的解释 》非单调递增的边际报价曲线（IncrementalCostCurve）会产生非凸（nonconvex）的总费用曲线(Input-outputCurve) 》非凸的总费用曲线会使得市场出清结果不一定找到全局最优解，影响社会福利 采用上升型报价曲线的解释 1、数学方面的解释 采用上升型报价曲线的解释 非单调递增的边际报价曲线下，市场均衡点非稳定均衡点 采用上升型报价曲线的解释 3、PJM的实际操作方式 若曲线拟合结果为递增型边际成本曲线一一不作调整。 若曲线拟合结果为非递增型边际成本曲线调整空载成本，使得边际成本曲线为递增型 边际成本曲线 ·边际燃料曲线：y（x）=2E-11x3-1.5E-8x2+0.0032x+9.6891 ：边际成本曲线：边际燃料曲线×（燃料成本+可变运行与维护成本）×性能系数 ·燃料成本（TRFC）：基本燃料成本+燃料处理成本+其他燃料相关成本 ·可变运行与维护成本（VOM）：与发电量有关的维护成本，等效折算为燃料 ：性能系数（PerformanceFactor）：实际消耗总燃料/理论消耗总燃料 边际燃料曲线（增量热耗率曲线） 增量热耗率描述在当前出力水平下，再增加1MW单位出力所消耗的燃料一一边际燃料。 边际燃料曲线为总燃料曲线的一阶导数。 ·总燃料曲线：y=5E-12x4-5E-09x3+0.0016x2+9.6891x+306.75 边际燃料消耗随着出力增加而增加对应边际燃料消耗，发电机组的报价曲线也应随着出力增加而增加 空载燃料 ·空载燃料(MMBtu/Hr）是指在发电机维持同步转速下维持零输出功率的燃料消耗。 函数关系V=5E-12x4-5E-09x3+0.0016x2+9.6891x+306.75中，令x（输出功率）=0得到的燃料消耗值即为空载燃料 ·输入-输出公式的Y轴截距=306.75MMBtu/Hr 采用上升型报价曲线的解释 》此情况下，发电机组的物理最小技术出力（PhysicalMinimum）与经济最小出力（EconomicMinimum）不一样。 PJM认为，只有在边际成本递增的出力区间，才是机组可以被经济调度（EconomicDispatch）的区间。因此，机组的经济最小出力为边际成本递增区间的起始点。 调整了机组成本曲线后，产生了损失机会成本，该部分成本PJM纳入机组空载成本中进行补偿。 PJM对机组空载成本的另一定义：使边际成本曲线单调递增的成本。此情况下，空载成本并无确切的物理意义，仅作为一个使得市场优化模型有效、市场价格激励正面的计算数据。 目录 目录 生产成本 目标函数 节点电价 优化（Optimization) 现货市场的出清本质是优化问题。 优化：指对于所期望的结果寻求最小化或最大化的过程 目标函数：ObjectiveFunction 实现所期望的结果必须考虑到资源的可用性或其他限制因素边界条件：BoundaryConditions 电能量市场的优化 ·现货市场的优化目标函数是最小化总生产成本。 ·边界条件包括： 》线路的热传输极限发电机运行约束》外部交易安排》区域可靠性要求》备用要求》调频要求 自标函数最小化生产成本 ·供应商的报价决定了生产成本 》最小化成本以满足电能平衡的需要 》系统运行中不违反约束条件 >决定日前和实时能量市场的价格 按照市场价格支付发电资源 目标函数最小化生产成本 ·发电机组的运行安排，需要尽可能实现系统以最低总成本的方式运行 ·生产成本是指在一定时期内一台机组的运行成本 ·生产成本分为两类： >每小时生产成本 >总生产成本 小时生产成本 ·每小时机组运行成本，假定机组已启动运行 通过加总该小时运行时产生的所有成本可以得到 》空载成本 》每小时总能量成本 小时生产成本空载成本小时能量总成本 生产成本计算示例 生产成本计算示例 空载成本=$500 ·第一段成本（经济最小出力）：50MW*$10=$500 ·第二段成本：(75MW-50MW)*$50=$1,250 第三段成本（额定有功功率）：(100MW-75MW)*$200=$5,000 生产成本计算示例 经济最小出力点的小时生产成本 空载成本+第一段增量成本=$500+$500=$1，000/小时 额定有功功率点的小时生产成本空载成本+第一段增量成本+第二段增量成本+第三段增量成本=$7250/小时 ·运行费率=（额定有功功率点的小时生产成本/额定有功功率）=$7250/小时/100MW= $72.50/MWh 总生产成本 ·通过加总机组的启动成本以及一段时间内的运行成本可得 ·总生产成本由两部分组成：启动成本一小时生产成本 总生产成本 ，假设机组运行时间为16小时，可计算总生产成本范围。 经济最小出力点的小时生产成本=$1,000/小时额定有功功率出力点的小时生产成本$7,250/小时 经济最小出力（50MW）运行16小时的成本： ?$1.000/小时*16小时=$16.000 额定有功功率（100MW）运行16小时的成本：?$7,250/小时*16小时=$116,000 假定机组热态启动 ：加上热态启动成本（S500) 》总生产成本范围： $16，500（经济最小出力）到$116.500（额定有功功率） 生产成本计算示例斜坡型报价 ·斜坡型报价曲线是每段报价段端点相连接形成的报价曲线 空载成本=$500 第一段成本（经济最小出力）： 50MW*$10=$500 (75MW-50MW)*$10)+((75MW50MW)*($50-$10)/2)=$750 第三段成本（额定有功功率）： ((100MW-75MW)*$50)+((100MW75MW)*($200-$50)/2)=$3125 生产成本计算示例斜坡型报价 经济最小出力点的小时生产成本： 空载成本+第一段增量成本=$500+$500=$1.000/小时 额定有功功率点的小时生产成本： 空载成本+第一段增量成本+第二段增量成本+第三段增量成本=$4.875/小时 ·运行费率=（额定有功功率点的小时生产成本/额定有功功率=$4875/小时/100MW=$48.75/MWH 生产成本计算示例斜坡型报价 假设机组运行时间为16小时，可计算总生产成本范围。 经济最小出力（50MW）运行16小时的成本： 经济最小出力点的小时生产成本=$1.000/小时额定有功功率出力点的小时生产成本$4.875/小时 ，$1,000/小时*16小时=$16.000 额定有功功率（100MW）运行16小时的成本： ·$4875/小时*16小时=$78.000 假定机组处于热态 ：加上热态启动成本(S500) 总生产成本范围 $16,500（经济最小出力）到$78,500（额定有功功率） 两种报价曲线比较 斜坡型报价曲线 阶梯型报价曲线 发电机组申报的是报价点，两种曲线只是点与点间的连接方式不一样。PJM市场充许发电机组自由选择报价曲线形状机组采用阶梯型报价曲线，出清结果只能在每个报价段的边界点上运行（边际机组除外）。机组采用斜坡型报价曲线，出清结果可以在经济最小出力至额定有功功率之间的任意点上运行。斜坡型报价曲线更贴近真实的机组边际成本曲线，斜坡型报价曲线下，出清计算模型更为复杂（总成本曲线为二次函数）。 计算生产成本的作用 阶梯型报价曲线 电能量市场中的系统运行费用补偿 ·电能量市场收益<生产成本？ 辅助服务市场中的机会成本计算 机组是否因提供辅助服务而处于非经济运行点？ 目录 目录 生产成本 目标函数 节点电价 节点电价 >节点边际电价（LocationalMarginalPrice）：指在满足当前输电网络设备约束条件和各类其它资源的工作特点的情况下，在某一节点增加单位负荷需求时所需要增加的边际成本。简称“节点电价”。 >PM的日前市场、实时市场均采用节点电价定价机制 节点电价 系统边际价格 系统边际价格（SMP） 。在当前的调度运行方式下，系统参考节点的增量能量价格 注：在计算LMP时，系统的增量负荷在参考节点进行平衡 ·SMP是在系统参考节点增加增量负荷所造成的边际成本 ·SMP不包含阻塞分量及网损分量 ·每一个节点的系统边际价格均相同（无地区差异） 节点电价 当约束出现时： ·传输限制阻碍了下一人最低成本发电机组的使用·靠近负荷中心的更高成本的机组被调用以满足需求·阻塞成本可以表述为“安全约束下的再调度成本" 节点电价 ·当节点处于约束上游（增加出力会加重阻塞 》阻塞分量为负 》机组得到负的收益 ·当节点处于约束下游（增加出力会减轻阻塞） 》阻塞分量为正 >机组得到正的收益 节点电价 边际网损分量（MLMP） 表示边际网损的价格。 根据边际网损因子定价。>边际网损因子是指节点上由于电力注入的小幅增加而造成系统损耗增加的百分比》通过网损惩罚因子计算。 ·不同地区间存在差异：用于网损定价》负荷侧支付网损费用》发电商收取网损费用 节点电价 ·当节点远离负荷时（增加出力会增加网损 》边际网损为负 》机组收益为负 ·节点靠近负荷时（增加出力会降低网损） 》边际网损为正 》机组收益为正 节点电价 节点电价计算 节点电价计算 影子价格（ShadowPrice） 约束生产的某一项资源增加一个单位，对生产目标函数的造成的变化。反映生产处于某种最优状态下的资源稀缺程度 节点电价计算 影子价格（shadowPrice） ·约束生产的某一项资源增加一个单位，对生产自标函数的造成的变化。·反唤生产处于桌种最优状态下的资源稀缺程度。 电能量市