山西電網(wǎng)機(jī)組供熱及非供熱電量分解交易方案研究

徐宏銳

（國網(wǎng)山西省電力公司電力交易中心，山西 太原 030001）

山西電網(wǎng)機(jī)組供熱及非供熱電量分解交易方案研究

徐宏銳

（國網(wǎng)山西省電力公司電力交易中心，山西 太原 030001）

針對山西電網(wǎng)現(xiàn)行市場交易機(jī)制與當(dāng)前電網(wǎng)運行方式的矛盾，根據(jù)山西電網(wǎng)運行特性制定了供熱及非供熱電量分解交易方案。通過分析，可以有效緩解現(xiàn)行市場交易機(jī)制與當(dāng)前電網(wǎng)運行方式的矛盾，同時通過歷史數(shù)據(jù)測算驗證了方案的有效性和可行性，且為電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行提供有力的技術(shù)保障。

供熱；非供熱；電量分解；電力交易

0 引言

受宏觀經(jīng)濟(jì)影響，山西省用電負(fù)荷持續(xù)低迷，電力供大于求的局面進(jìn)一步凸顯，電力平衡更加困難。隨著新投機(jī)組陸續(xù)并網(wǎng)，裝機(jī)規(guī)模不斷攀升，供熱機(jī)組、風(fēng)電機(jī)組容量持續(xù)增長，電力平衡、民生供熱、新能源消納等矛盾更加突出，山西電網(wǎng)機(jī)組運行方式明顯呈現(xiàn)“供熱期供熱機(jī)組運行（部分供熱機(jī)及全部非供熱機(jī)組停運）、其他時段非供熱機(jī)組運行（部分非供熱機(jī)組及全部供熱機(jī)組停運）”的態(tài)勢。

隨著市場電量占比增大，現(xiàn)行市場交易機(jī)制與當(dāng)前電網(wǎng)運行方式的矛盾愈發(fā)凸顯，導(dǎo)致出現(xiàn)交易結(jié)算問題繁多，省公司墊資等情況。為保證電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行，同時配合電改過渡，迫切需要有合理高效的過渡期交易機(jī)制來匹配現(xiàn)行的電網(wǎng)方式，從而促進(jìn)電力市場健康發(fā)展。迄今為止，國內(nèi)外在交易模式與電網(wǎng)運行方式結(jié)合方面做了大量研究[1-5]。結(jié)合山西電網(wǎng)運行情況，本文研究制定過渡期交易方案供熱及非供熱電量分解交易方案。

1 機(jī)組供熱及非供熱電量分解交易方案

按照供熱期和非供熱期的時間分界點，將發(fā)電單元的年度發(fā)電量分解為供熱期電量和非供熱期電量。根據(jù)發(fā)電單元的歷史利用小時，可以分別折算得到發(fā)電單元供熱期折算容量Pr和非供熱期折算容量Pf，二者之和為發(fā)電單元的實際裝機(jī)容量。各類市場交易開始前，交易中心判斷發(fā)電企業(yè)機(jī)組是否為供熱機(jī)組，如果是，再判斷當(dāng)前發(fā)電企業(yè)所得全部電量是否大于供熱期以熱定電電量歷史值，如果大于，則該發(fā)電企業(yè)按照折算容量Pf參與本次交易，否則按照常規(guī)容量參與交易；如果為非供熱機(jī)組，再判斷當(dāng)前發(fā)電企業(yè)所得全部電量是否大于非供熱期發(fā)電量的歷史值，如果大于，則該發(fā)電企業(yè)按照折算容量Pr參與本次交易。可以形成發(fā)電單元參與市場容量的分段函數(shù)如下。

如果發(fā)電單元為供熱機(jī)組，則

當(dāng)發(fā)電單元所獲得的總電量Qh小于其供熱期以熱定電電量Qr時，發(fā)電單元按照額定容量Pe參與市場；當(dāng)獲得電量Qh大于以熱定電電量Qr而小于其上一年總發(fā)電量Qz時，發(fā)電單元按照非供熱期折算容量參與市場；當(dāng)獲得電量Qh大于其上一年總發(fā)電量Qz時，發(fā)電單元不得參與市場。

如果發(fā)電單元為非供熱機(jī)組，則）

當(dāng)發(fā)電單元所獲得的總電量Qh小于其非供熱期電量Qf時，發(fā)電單元按照額定容量Pe參與市場；當(dāng)獲得電量Qh大于非供熱期電量Qf而小于其上一年總發(fā)電量Qz時，發(fā)電單元按照供熱期折算容量Pr參與市場；當(dāng)獲得電量Qh大于其上一年總發(fā)電量Qz時，發(fā)電單元不得參與市場。同樣，可以得到電量平衡公式

Q為發(fā)電單元年度總發(fā)電量，Qj為年度計劃發(fā)電量，Qs為年度直接交易發(fā)電量，Qr若為供熱機(jī)組，該值為年度供熱期以熱定電電量，若為非供熱機(jī)組，該值為非供熱機(jī)組在供熱期的發(fā)電量，Qf為年度非供熱期發(fā)電量。

根據(jù)公式

可以得到

公式（4）至（9）中H為發(fā)電單元利用小時數(shù)，P為發(fā)電單元裝機(jī)容量。Pj為年度計劃電量折算容量，Ps為年度直接交易電量折算容量，若為供熱機(jī)組，該值為供熱期以熱定電電量折算的容量，Pr若為非供熱機(jī)組，該值為非供熱機(jī)組在供熱期的折算容量，Pf為年度非供熱期電量折算容量。

最后可以得到滿足保底電量后按折算容量可獲得的市場電量

Qsz為滿足保底電量后按折算容量可獲得的市場電量、Pz為折算容量。

方案流程圖如圖1所示。

圖1 供熱及非供熱電量分解折算流程圖

2 方案特性分析

2.1 總電量上限分析

根據(jù)容量計算公式，可以得到發(fā)電企業(yè)電量上限公式如下。

如果發(fā)電單元為供熱機(jī)組，則

當(dāng)供熱機(jī)組獲得電量Qh小于其以熱定電電量Qr時，其上限QUL為上一年實際發(fā)電量Pz；當(dāng)獲得電量Qh大于其以熱定電電量Qr而小于上一年實際發(fā)電量Qz時，其上限為基礎(chǔ)電量QN與折算容量Pz根據(jù)剩余天數(shù)計算所得的電量之和；當(dāng)獲得電量Qh大于上一年實際發(fā)電量QZ，其上限為獲得電量Qh。

如果發(fā)電單元為非供熱機(jī)組，則

當(dāng)非供熱機(jī)組獲得電量Qh小于其非供熱期電量Qf時，其上限為上一年實際發(fā)電量Qz；當(dāng)獲得電量Qh大于其非供熱期電量Qr而小于上一年實際發(fā)電量Qz時，其上限為基礎(chǔ)電量Qn與折算容量Pz根據(jù)剩余天數(shù)計算所得的電量之和；當(dāng)獲得電量Qh大于上一年實際發(fā)電量Qz，其上限為獲得電量Qh。

可以得出本方案沒有固化發(fā)電企業(yè)的電量上限，符合市場自由競爭的規(guī)律。

2.2 月度電量上限分析

常規(guī)上限計算公式為

公式中，Qa為允許機(jī)組申報的月電量上限、Qb為月機(jī)組最大可上網(wǎng)電量、Qc為月機(jī)組年度計劃分解電量、Qd為月年度直接交易分解電量。

結(jié)合本方案考慮，上限有可能為

公式中，Pz為機(jī)組折算容量、Tm為當(dāng)月天數(shù)。

所以，月度電量上限應(yīng)該取兩者的較小值

3 方案測算方法

3.1 測算方法

a）按照地理位置劃分供熱時段，北部機(jī)組供熱期為10月15日—次年4月15日，中部機(jī)組供熱期為11月1日—次年3月31日，南部機(jī)組供熱期為11月15日—次年3月15日，年中其他時段為非供熱期。

b）剔除風(fēng)電、光伏、水電以及年內(nèi)新投產(chǎn)機(jī)組相關(guān)數(shù)據(jù)，為避免對分析數(shù)據(jù)產(chǎn)生影響，剔除2014年新投產(chǎn)的機(jī)組數(shù)據(jù)。部分發(fā)電企業(yè)的廠內(nèi)電量互轉(zhuǎn)對測算產(chǎn)生一定影響，在計算中予以剔除。

c）按照供熱時段分別統(tǒng)計發(fā)電單元供熱、非供熱電量。定義供熱及非供熱保底量，對于供熱機(jī)組就是供熱期滿足供熱要求所需的電量，對于非供熱機(jī)組就是非供熱期滿足機(jī)組運行所需的電量。這里不單獨考慮調(diào)峰調(diào)頻機(jī)組的相關(guān)電量，因總電量中已經(jīng)考慮了該部分電量。

d）按照發(fā)電單元對應(yīng)的利用小時折算供熱容量和非供熱容量。

e）計算滿足供熱及非供熱保底量后，發(fā)電單元可獲得最大市場量。對于供熱機(jī)組，獲得量為滿足供熱電量后，機(jī)組按照Pf參與市場所獲得的電量；對于非供熱機(jī)組，獲得量為滿足非供熱期運行電量后，機(jī)組按照Pr參與市場所獲得的電量。

3.2 實例說明

實例：某發(fā)電企業(yè)甲機(jī)組容量共60萬kW，且為供熱機(jī)組，按照供熱時間段劃分（10月15日—次年4月15日），2015年供熱電量Qr為21.07億kW·h，非供熱期電量Qf為9.74億kW·h，實際電量為30.81億kW·h，2015年利用小時為5 135.5 h。

A的保底電量即為21.07億kW·h。供熱電量與非供熱電量分別除以利用小時，得到供熱折算容量Pr及非供熱折算容量Pf分別為41.03和18.97萬kW，那么A再參與市場的容量為Pf即18.97萬kW，理論上可獲得的最大電量為16.6億kW·h，考慮到0.75的負(fù)荷率，可獲得12.46億kW·h的電量，總電量即為21.07+12.46=33.53億kW·h。

4 數(shù)據(jù)分析

4.1 供熱及非供熱電量比分析

供熱期電量比非供熱期電量，如果比值越大說明季節(jié)運行特性明顯，即供熱運行特性明顯，反之如果比值越小，說明非供熱運行特性明顯。供熱及非供熱電量比越接近1，說明機(jī)組運行季節(jié)影響較小，機(jī)組在電網(wǎng)中調(diào)頻作用明顯。

根據(jù)分析，供熱及非供熱電量比值最大的10家電廠全部為供熱機(jī)組，這些機(jī)組實際運行中供熱運行特性明顯。比值最小的10家電廠全部為非供熱機(jī)組，同樣非供熱運行特性明顯。比值均衡的電廠正體現(xiàn)其在電網(wǎng)中的調(diào)頻特性，都是電網(wǎng)中重要的電源支撐點；2014年和2015年數(shù)據(jù)基本一致，體現(xiàn)數(shù)據(jù)的有效性較強(qiáng)，可參考性較大。

4.2 測算分析

按照方案思路，可以測算得到發(fā)電單元在滿足保底電量后理論上可從市場獲得的最大電量，然后對比分析測算總電量與實際總電量的偏差。分別對兩年的數(shù)據(jù)進(jìn)行偏差百分比最大和最小值比對，通過計算可知，實際電量與計算電量偏差占總量百分比最小的發(fā)電企業(yè)，全部為受季節(jié)特性影響較大的發(fā)電企業(yè)，實際電量與計算電量偏差占總量百分比最大的發(fā)電企業(yè)，全部為受季節(jié)特性影響較小的發(fā)電企業(yè)。

4.3 測算值與實際值供熱及非供熱電量占比分析

根據(jù)方案，可以測算得到發(fā)電企業(yè)獲得的供熱期電量和非供熱期電量以及各自的占比。對比分析2014—2015年發(fā)電企業(yè)供熱電量與非供熱電量的測算值與實際值的占比變化情況，如表1所示，可以得出每年發(fā)電企業(yè)供熱電量與非供熱電量占比基本沒有變化，所以本方案對供熱電量和非供熱電量的電量占比沒有影響。

表1 供熱電量與非供熱電量的測算值與實際值的占比變化情況表

4.4 按容量等級分析

4.4.1 按容量等級對電量占比進(jìn)行分析

按照容量等級對發(fā)電企業(yè)進(jìn)行分組，對比分析各容量等級發(fā)電企業(yè)的實際發(fā)電量和測算得到的電量占比,見表2，可以得出每年實際電量和計算電量占比基本沒有變化，所以本方案不會產(chǎn)生機(jī)組利用小時倒掛問題。

表2 各容量等級發(fā)電企業(yè)的實際發(fā)電量和測算得到的電量占比表

表3 各容量等級機(jī)組電量的標(biāo)準(zhǔn)偏差

4.4.2 按容量等級對測算結(jié)果進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)偏差分析

標(biāo)準(zhǔn)偏差用以衡量數(shù)據(jù)值偏離算術(shù)平均值的程度。標(biāo)準(zhǔn)偏差越小，分布越平均，反之，越不均衡。引入該指標(biāo)用以衡量本方案是否違背市場“自由競爭”的原則。為了保證樣本計算的精確度，本次分析嚴(yán)格按照各容量等級進(jìn)行劃分。由表3可以看出，本方案測算電量的標(biāo)準(zhǔn)偏差值全部大于實際電量值，即分布不均衡，說明本方案不會對市場的自由競爭性有干擾。

4.5 特殊情況分析

a)個別電廠地處北部寒冷地區(qū)，且為非供熱機(jī)組，考慮機(jī)組防凍問題，冬季需開機(jī)運行，所以季節(jié)運行特性不太明顯，供熱及非供熱電量比值不突出。

b）個別電廠作為區(qū)域電網(wǎng)唯一較大的電源支撐點，其運行特性受季節(jié)特性影響較小，但是因其機(jī)組在2014—2015年連續(xù)進(jìn)行超低排放改造，使得計算得到的供熱及非供熱比值與其運行特性有一定差距。

5 結(jié)論

本文根據(jù)山西電網(wǎng)運行特性制定了供熱及非供熱電量分解交易方案，能有效緩解現(xiàn)行市場交易機(jī)制與當(dāng)前電網(wǎng)運行方式的矛盾，同時通過歷史數(shù)據(jù)測算驗證了本方案的有效性和可行性。相關(guān)結(jié)論說明如下。

a)按照本方案開展交易后，如果機(jī)組受季節(jié)影響越小，在滿足保底電量后，可獲得市場電量的機(jī)會越大，反之，受季節(jié)影響較大的機(jī)組，在滿足保底電量后，機(jī)組獲得市場電量的機(jī)會越小。

b)根據(jù)市場占比變化分析，可以推斷，發(fā)電企業(yè)歷史市場電量占比越高，發(fā)電企業(yè)的供熱及非供熱折算容量越均衡，即可以獲得市場電量的機(jī)會越大，同樣可以鼓勵發(fā)電企業(yè)參與市場的積極性。

c)本方案不會對年度總供熱電量和非供熱電量占比產(chǎn)生影響。也不會產(chǎn)生利用小時倒掛現(xiàn)象。同時，本方案能充分保證市場的自由競爭性。

d)本次分析以全部的市場電量為基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，并未細(xì)化分析市場內(nèi)各成分占比及與供熱及非供熱電量之間關(guān)系，所以市場內(nèi)各成分，除直接交易外，如特高壓電量、超低排放獎勵電量、河北增供、西龍池替代電量、發(fā)電權(quán)交易電量等是按照本方案思路以折算容量還是以全容量參與市場，本文并未給出定論。所以，需進(jìn)一步深入分析各成分對供熱及非供熱電量的影響關(guān)系。

e)由于基礎(chǔ)數(shù)據(jù)有限，加之新能源占比逐年提高，本方案未能深入研究市場電量占比變化對供熱及非供熱電量的影響。下一步，積累基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，結(jié)合模擬算法，進(jìn)一步分析市場電量占比變化對本方案的影響，給出定性結(jié)論。

f)本方案的測算結(jié)果均是理論值，與實際有一定偏差。為了降低改革風(fēng)險，有必要引入電力市場模擬方法，對每套方案在山西電力市場中的均衡狀態(tài)及發(fā)展演化過程進(jìn)行定性和定量分析比較，發(fā)現(xiàn)方案和規(guī)則中的設(shè)計缺陷和不足。下一步，將重點研究電力市場模擬算法，結(jié)合基礎(chǔ)數(shù)據(jù)對本方案以及新的市場規(guī)則進(jìn)行推演，檢驗設(shè)計方案中的不足和缺陷，提升方案完整性。

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Study on the Program of Heating and Non-heating Power Decomposition Transaction of Shanxi Power Grid

XU Hongrui
（State Grid Shanxi Power Trading Center of SEPC,Taiyuan,Shanxi030001,China）

To solve the contradiction between the current market trading mechanism and the operation mode of power grid,the programofheatingand non-heatingpower decomposition transaction is established based on the operation characteristics ofShanxi power grid.Byanalyzing,the programcould effectivelyalleviate the contradiction between the current market tradingmechanismand the operation mode ofpower grid.The validityand feasibilityofthe programhave been verified bycalculation with historical data,which provides a strongtechnical support for the safe and stable operation ofpower grid.

heatingsupply;non-heating;electricitydecomposition;power trading

TM73

A

1671-0320（2017）04-0045-05

2017-04-22，

2017-05-04

徐宏銳(1984)，男，山西汾陽人，2010年畢業(yè)于華北電力大學(xué)電力系統(tǒng)及其自動化專業(yè)，高級工程師，從事電力市場建設(shè)、交易規(guī)則管理等工作。