Матричный метод адресности для получения узловых цен на электроэнергию тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.14.02, кандидат технических наук Батюнин, Андрей Владимирович

• Батюнин, Андрей Владимирович
• кандидат технических наук
• 2006

Оглавление диссертации кандидат технических наук Батюнин, Андрей Владимирович

Глава 1. Принципы учета сети при ценообразовании.

1.1. Два этапа ценообразования.

1.2. Способы нахождения и использование узловых цен.

1.3. Выводы к главе.

Глава 2. Получение узловых цен с помощью метода адресности.

2.1. Математическая постановка задачи.

2.2. Метод определения узловых цен. 2.3. Основные этапы методда определения узловых цен.

2.4. Свойства матрицы А.

2.5. Примеры расчета узловых цен и проверка финансового баланса в сети.

2.6. Сравнение узловых цен, полученных МНМЛ и методом адресности.

2.7. Описание программного обеспечения «112ЕЬ».

2.8. Выводы к главе.

Глава 3. Исследование чувствительности узловых цен.

3.1. Устойчивость узловых цен и оценка влияния режима.

3.2. Матрица чувствительности узловых цен к входным ценам (матрица адресности)

3.3. Влияние сети на получение узловых цен по методу адресности.

3.4. Анализ чувствительности матрицы В к изменению режима. 3.5. Зональное ценообразование.

3.6. Некоторые аспекты применения узловых цеи.

3.6.1. Обоснование оплаты потребителями за потребленную электроэнергию.

3.6.2. Узловые цены как индикатор узких мест.

3.7. Выводы к главе.

Глава 4. Анализ узловых цен для реальных схем.

4.1. Чувствительность узловых цен к заявкам генератора для реальных схем.

4.2. Зональное ценообразование для реальных схем.

4.3. Анализ узловых цен по заданным маршрутом.

4.4. Анализ узловых цен по ярусом.

4.5. Выводы к главе.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Матричный метод адресности для получения узловых цен на электроэнергию»

Актуальность работы.

Развитие рыночных отношений в процессе производства, передачи, распределения и потребления электроэнергии идет большими темпами [56].

Математические модели, обеспечивающие информационную поддержку системному оператору (СО), администратору торговой системы (АТС), должны включать как физические (технологические) так и коммерческие (финансовые) переменные, такие как цены в узлах, потоки стоимости энергии. Электроэнергетическая система соответственно должна рассматриваться и как технический объект, требующий соответствующего технологического управления, и как объект бизнеса, служащий для извлечения прибыли.

Разработанность такого математического обеспечения недостаточна, актуальна разработка инструментария, позволяющего рассматривать задачи технологического и финансового управления в комплексе.

В данной работе рассматривается проблема определения узловых цен, которая возникает из-за наличия потерь и ограничений по параметрам режима в электрической сети и широко обсуждается в мировой литературе.

Суть проблемы, как известно, заключается в следующем.

При транспортировке электроэнергии от генераторов к потребителям часть энергии теряется. В общем случае, чем больше "электрическое расстояние" от источника электроэнергии до потребителя, тем больше потери. Соответственно, потребитель, присоединенный к сети в узле, далеком от источников электроэнергии, вынужден за то же количество потребляемой электроэнергии платить больше, чем потребитель вблизи источника энергии. На цену также влияет наличие ограничений на пропускную способность отдельных сечений в электрической сети, ограничений на мощность генераторов, ограничений на напряжение в узлах. Выход переменных режима на активные ограничения "запирает" более экономичные варианты потокораспределения и состава генерирующих мощностей, что также приводит к подъему цен.

Цена электроэнергии в данном узле / в данное время и есть узловая цена. Знание узловых цен позволяет потребителям и генераторам выбрать стратегию подачи заявок на аукцион и обеспечивает "прозрачное" и логичное распределение платы за эту электроэнергию, когда потребитель платит пропорционально затратам на выработку потребленной именно им электроэнергии, а так называемое перекрестное субсидирование отсутствует.

Учет сети при аукционном ценообразовании широко начал применяться постое работ Швеппе и его коллег [1, 2]. В настоящее время число работ, посвященных узловым ценам, достаточно велико. Следует особо отметить большой вклад, внесенным еще в 50-ые годы Горнштейном В.М., Марковичем И.С, Круммом Л.А., Кир-чмайером, Карпентьером Дж.в настоящее время интересные результаты получили Бартоломей П.И., Гросс Г., Гальяна Ф., Дж. Бялик, Д. Киршен, Ф. Ву, Голуб И.И., Р.Аллан, Л. Чен, В. Хоган, Филиппова Т.А., Русина Н.О, Железко Ю.С. и др.

Классифицировать эти подходы можно с разных точек зрения, с математической точки зрения и с экономической, которая будет подробнее обсуждаться в главе 1.

Подробнее остановимся на математических аспектах. Можно выделить два основных подхода.

1. Применение метода неопределенных множителей Ла-гранжа (МНМЛ) для определения состава оборудования, участвующего на конкурентном рынке, и определения штрафных функций для учета уравнений электрической сети [1-7]. Коэффициенты этих штрафных функций (множители Лагранжа) выступают как составляющие узловых цен.

2. Анализ потокораспределения - трасс прохождения электроэнергии от источников к потребителям и определение возникающих при этом потерь и ограничений [2, 5-16, 55, 59]. К этим подходам относится и рассматриваемый в данной работе метод, основанный на использовании так называемого метода адресности (МА) [17, 18]. Наличие метода адресности, во-первых, расширяет арсенал средств вычисления узловых цен, и во-вторых, обладает рядом дополнительных полезных свойств. Главное из них - независимость МА от процедуры выбора конкурентного состава станций. В частности, этот состав не обязательно должен быть оптимальным. Поэтому МА удобно стыкуется с любой независимой программой потокораспределения и программой оценивания состояния ЭЭС, особенно если речь идет об анализе реально свершившегося (а не планируемого) потокораспределения.

Метод адресности позволяет снять обсуждаемый в [19,20] вопрос о финансовой ответственности производителя и потребителя за потери электрической энергии в сети, так как в узловые цены, рассчитанные МА, автоматически включается составляющая потерь в сети. Метод адресности позволяет определять цену транзита электроэнергии.

Цели работы:

1) разработка и анализ финансово-технологических моделей для апостериорных (по факту) взаиморасчетов между потребителями и производителями (электростанциями) и для оплаты за транзит электроэнергии по сети ФСК;

2) разработка метода и программы для определения узловых цен матричным методом;

3) исследования алгоритмов формирования ценовых зон для сложных сетей;

4) анализ чувствительности узловых цен к изменениям различных факторов.

Методы исследования

Исследования базируются на использовании математического программирования, теории графов, теории чувствительности.

Объектом исследования является электроэнергетическая система, как физико-технический объект и как объект бизнеса.

Научная новизна

В диссертации получены и выносятся на защиту следующие результаты:

1) разработка нового метода определения узловых цен для сбалансированного режима;

2) методика оценки чувствительности узловых цен;

3) методика образования ценовых зон;

4) программный продукт, являющийся инструментом определения узловых цен и ценовых зон в сети ЭЭС.

Практическая значимость работы заключается в разработке метода учета потерь и ограничений при обосновании платы каждого потребителя. Этот метод дополняет получение двойственных оценок, получаемых с помощью МНМЛ.

Достоверность

Полученные результаты и выводы проверены аналитическими методами, тестовыми расчетами и согласованностью результатов с полученными другими методами.

Апробация работы

Основные результаты работы докладывались и обсуждались в ИСЭМ СО РАН г. Иркутск на XXXIII, XXXV конференции научной молодежи, АГТА г. Ангарск, на II Всероссийской научнотехнической конференции "Энергосистема: управление, качество, конкуренция", Екатеринбург, 2004.

Публикации

Основное содержание работы изложено в 6 печатных работах.

Структура работы

Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения, литературы, приложений, 22 рисунков и 28 таблиц.

Заключение диссертации по теме «Электростанции и электроэнергетические системы», Батюнин, Андрей Владимирович

4.5. Выводы к главе

1. Показаны способы анализа узловых цен на реальных схемах.

2. Показана структуризация схем ЭЭС для анализа и синтеза процедур ценообразования, использующих информацию об узловых ценах и чувствительность этих цен к изменению ценовых заявок генераторов к появлению ограничений и потерь.

Заключение

1. Разработан простой и прозрачный метод получения узловых цен на основе коммерческо-технологических моделей.

2. Анализ реальных схем показал, что узловые цены, определенные по МА, достаточно устойчивы при изменении режима.

3. Предложены аналитические методы исследования чувствительности узловых цен при применении метода адресности. Упорядочение номеров узлов по убыванию показателей чувствительности узловых цен позволяет определить зоны влияния генераторов.

4. Полученный метод реализован в экспериментальной программе получения узловых цен для любых реальных схем ЭЭС.

5. Разработанные методы позволят существенно повысить обоснованность получения узловых цен для эффективного управления ЭЭС в рыночных механизмах функционирования, в частности они решают проблему разделения ответственности генераторов и потребителей за потери в сети.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Батюнин, Андрей Владимирович, 2006 год

1. Caramanis M., Bohn R. E., Schweppe F. C. Optimal Spot Pricing: Practice and Theory // 1.EE Trans. Power Apparatus and Systems. vol. PAS-101, September 1982, pp. 3234-3245.

2. Schweppe F. C., Caramanis M. C., Tabors R. D., Bohn R. E.и

3. Spot Pricing of Electricity. // Boston, M. A.:Kluwer, 1998.

4. Ren Y., Galiana F. D. Pay-as-Bid Versus Marginal Pricing: -Part I: Strategic Generator Offers // IEEE Trans, on Power Systems, vol. 19, № 4, 2004, pp. 1771- 1776.

5. Chen, Suzuki, Wachi, Shimura. Components of Nodal Prices for Electric Power Systems// IEEE Trans, on Power Systems, vol. 17, № 1, Feb. 2002, pp. 41-49.

6. Ilic M., Galiana F., Fink L. Power Systems Restructuring // Kluwer Academic Publishers 1998, pp 559.

7. Kirschen D, Allan R, Strabac G. Contributions of Loads and Flows // IEEE Trans, on Power Systems, vol. 12, No. 1, 1997, pp. 52-60.

8. Lui, Li, Tang. A Quick and Practicable Power Flow Tracing Method On Electric Energy Market Part I: Theoretic Fundament //k IEEE Power Engineering Society 2001 Winter Meeting Advance Program., Jan 28 Feb 01. 2001 Columbus, Ohio USA, pp. 65-70.

9. Lui, Li, Tang. A Quick and Practicable Power Flow Tracing Method On Electric Energy Market Part II: A New Practicable Method // IEEE Power Engineering Society 2001 Winter Meeting Advance Program., Jan 28 Feb 01. 2001 Columbus, Ohio USA, pp. 70-75.y.

10. Galiana F. D., Phelan M. Allocation of Transmission Losses to Bilateral Contracts in a Competitive Enviroment // IEEE Trans, on Power Systems, vol. 15, № 1, Feb. 2000, pp. 143-150.

11. Bompard, Correia, Gross, Amelin. Congestion-Management Schemes: A Comparative Analysis Under a Unified Framework // IEEE Trans, on Power Systems, vol. 18, № 1, Feb. 2003, pp.346.352.

12. Hogan W. W. and Ring B. J. On minimum-uplift pricing for electricity markets//(http://ksgwww.ilarvard.edu/heng/).

13. Baughman M. L., Siddigi S. N., Zarnikau J. W. Advanced pricing in electrical systems // IEEE Trans, on Power Systems,vol. 12, № 1, Feb. 1997, pp. 489-502.

14. Son Y.S., Baidick R., Lee K-H., Siddiqi S. Short -Terms electricity Market Auction games analysis: uniform and Pay-As-Bid Pricing //IEEE Power Engineering society, voll9, №4, Nov.2004.

15. Гамм А. 3., Голуб И. И., Батюнин А. В., Гамм А. А. Узловые средневзвешенные цены на электроэнергию // Электричество, № 10, г. Москва, 2005, с. 17-25.

16. Гамм А. 3., Голуб И. И., Гамм А. А., Батюнин А. В. Использование адресности при вычислении узловых цен на электроэнергию // Вестник № 12, УГТУ УПИ, Екатеринбург, 2004, с. 35-39.

17. Ерохин П. М., Паздерин А. В., Паниковская Т. Ю., Карпенко А. А. Проблемы распределения ответственности за потери электрической энергии между участниками энергообмена // Вестник № 12, УГТУ УПИ, Екатеринбург, 2005, с. 54-61.

18. Аюев Б. И., Ерохин П. М., Паздерин А. В., Паниковская

19. Т. Ю. Алгоритмы распределения потерь между участниками оптового рынка электроэнергии // Вестник № 12, УГТУ УПИ, Екатеринбург, 2005, с. 61-70.

20. Ерохин П. М., Обоскалов В. П. Узловые заявки на конкурентном рынке электрической энергии // Вестник УГТУ-УПИ4)12 (42). Энергосистема:управление, качество, конкуренция. Екатеринбург, 2004, с. 52-56.

21. Ren Y., Galiana F. D. Pay-as-Bid Versus Marginal Pricing: Part II: MarketBehavior Under Strategie Generator Offers // IEEE Trans, on Power Systems, Vol.19, № 4, 2004, pp.ч- 1777-1783.

22. Якушева Г. M., Васильева А. В., Лобанова JI. Б. Большая математическая энциклопедия //Филологическое общество "Слово"; OJIMA-ПРЕСС Образование. 2004, 640 с.

23. Крумм Л. А. Методы оптимизации при управлении ЭЭС // Академия наук СССР, Сибирское отделение СЭИ . Издательство «Наука» Сибирское отделение, 1981г., с. 315.

24. Гамм А. 3., Голуб И. И. Адресность передачи активных и реактивных мощностей в электроэнергетической системе -"Электричество", 2003, №3.

25. Войтов О. Н., Гамм А. 3., Голуб И. И. Сравнение маргинальных и затратных узловых цен в ЭЭС// Сборник трудов 4-й научно-технической конференции; Благовещенск. 2005, с. 3742.

26. Гамм А. 3., Голуб И. И., Войтов О. Н., Бровяков Ю. А.

27. Технико-экономические модели электроэнергетических систем // Информационные технологии контроля и управления на транспорте. Иркутск: ИрИИТ, 2000.Вып. 7, с. 145-154.

28. Гамм А. 3., Голуб И. И. Апостериорный анализ потоко-распределения для построения финансово-технологических моделей ЭЭС // Управление электроэнергетическими системами -новые технологии и рынок. Сыктывкар, 2004, с. 82-91.

29. Сахаров Н. А. Метод наивыгоднейшего распределения нагрузки между несколькими работающими генераторами. -«Электричество», 1927, № 5, с. 167-168.

30. Болотов В. В. Теоретические основы выбора экономического режима сложной электроэнергетической системы. М.-Л., Изд-во АН СССР, 1947,272 с.

31. Горнштейн В. М. Наивыгоднейшее распределение нагрузки между параллельно работающими электростанциями. М., ГЭИ, 1949.

32. Горнштейн В. М. Наивыгоднейшее режимы работы гидроэлектростанций в энергетических системах М., ГЭИ, 1959, 248с.

33. Маркович И. М. Энергетические системы и их режимы., 3-е изд., М., Энергия, 1963.

34. Гамм А. 3., Крумм JI. А., Шер И. А. Основные принципы расчета стационарного режима сложной электрической системы с разбивкой на подсистемы. Изв. АН СССР. Энергетика и транспорт, 1965, № 6, с. 7-15.

35. Смирнов К. А. Метод фиксированных параметров и метод базисных относительных приростов для расчета экономичного режима энергосистемы. «Электричество», 1964, № 1, с. 35-38.

36. Гамм А. 3. Методы расчета нормальных режимов ЭЭС на ЭВМ. Изд-во Сибирский энергетический институт СО АН СССР, Иркутск , 1972, 180 с.

37. Гамм А. 3., Голуб И. И., Войтов О. Н. Сравнение маржинальных и средневзвешенных цен в электроэнергетической системе. Сб. трудов Всероссийской научно-технической конференции с международным участием, Благовещенск, 2005, с. 37

38. Математическая модель конкурентного оптового рынка электроэнергии в России / М. Р. Давидсон, 10. В. Догадушкина, Е. М. Крейнес, Н. И. Новикова и др. // Теория и системы управления.- 2004, № 3, с. 72-83.

39. Гамм А. 3., Голуб И. И. Два алгоритма определения узловых цен на электроэнергию // Вестник Амурского Гос. Ун-та №21. 2003 Серия естественных наук., с. 104-107.

40. Conejo A. J., Galiana F. D., Arroyo J. М., Garcia-Bertrand

41. R. Economic Inefficiencies and Cross-Subsidies in an Auction-Based Electricity Pool // IEEE Trans, on Power Systems, vol. 18, № 1, Feb. 2003, pp. 221-228.

42. Ponce de Leao M. T. and Saraiva J. T. Solving the Revenue Reconciliation Problem of Distribution Network Providers Using Long-Term Marginal Prices// IEEE Trans, on Power Systems, vol. 18, № 1, Feb. 2003, pp. 339-345.

43. Fernandes T. S. P. and Almadia К. C. A Metohodology for Optimal Power Dispatch Under a Pool-Bilateral Market// IEEE Trans, on Power Systems, vol. 18, № 1, Feb. 2003, pp. 182-190.

44. Chicco G., Napoli R., Postolache P., Scutariu M., Toader

45. C. Customer Characterization Options for Improving the Tariff Offer// IEEE Trans, on Power Systems, vol. 18, № 1, Feb. 2003, pp. 381-387.

46. Батюнин А. В. Математическая модель определения узловых цен и их устойчивость при изменениии режима // Сборник научных трудов т-1, Министерство образования и науки РФ, Федеральное агенство по образованию. АГТА. г. Ангарск, 2005,с. 196-201.

47. Батюнин А. В. Исследование чувствительности узловых цен при изменении мощности нагрузок и генераторов // Системные исследования в энергетике (Труды молодых ученых ИСЭМ СО РАН, Вып. 34). Иркутск: ИСЭМ СО РАН, 2004, с. 16-23.

48. Бартоломей П. И., Летун В. М. Проблема формирования ценовых заявок // Вестник № 12, УГТУ УПИ, Екатеринбург, 2004, с. 31-35.

49. Добровольский А. М., Филин Л. Д., Имамов В. Т. Практические аспекты учета расходов на оплату потерь электрической энергии при формировании тарифов на услуги по передаче электрической энергии // Вестник № 12, УГТУ УПИ, Екатеринбург, 2004, с. 42-44.

50. Ерохин П. М., Обоскалов В. П. Ценовые заявки на конкурентном рынке электрической энергии // Вестник № 12, УГТУ -УПИ, Екатеринбург, 2004, с. 52-57.

51. Аюев Б. И., Ерохин П. М., Чунарев И. В., Шубин Н. Г.

52. Вариант организации балансирующего рынка для условий ЕЭС России // Вестник № 12, УГТУ УПИ, Екатеринбург, 2005, с. 32-36.

53. Бартоломей П. И., Груздев П. П., Паниковская Т. Ю.

54. Моделирование ценовых заявок на конкурентном рынке электроэнергии // Вестник № 12, УГТУ УПИ, Екатеринбург, 2005, с. 36-43.

55. Лемех А. В., Паниковская Т. Ю. Краткосрочное прогнозирование узловой цены на конкурентном энергетическом рынке // Вестник № 12, УГТУ УПИ, Екатеринбург, 2005, с. 92-99.

56. Русина Н.О. Моделирование энергетических и экономических параметров режимов электроэнергетических систем с помощью электрического эквивалента // Сб. научных трудов НРГТУ.-1995.-№23

57. Анализ оптового рынка электроэнергии за 2005 год. Итоги, проблемы и перспективы развития.http://www.fas.gov.rU/competition/goods/analisys/a 5992,51Пт1

58. Батюнин А. В. Алгоритм определения узловых цен // Научно-техническая конференция: Тезисы докладов. В Зч. 41: Химическая технология, Техническая кибернетика. АГТА. г. Ангарск, 2004, с.92-93

59. Батюнин А. В. Узловые средневзвешенные цены на электроэнергию // Системные исследования в энергетике (Труды молодых ученых ИСЭМ СО РАН, Вып. 35). Иркутск: ИСЭМ СО РАН, 2005, с. 15-25.

60. Филиппова Т. А. Энергетические режимы электрических Ч станций и электроэнергетических систем: Учебник. Новосибирск: Изд-во НГТУ, 2005.-300 с.-(серия "Учебники НГТУ").

61. Гамм А.З. Попова Е.В. Адаптивное эквивалентирование электроэнергетических систем // Электричество, № 5, г. Москва, 2000.1. Расчет узловых цен

62. Узловые цены схемы ОДУ Сибири Узловые цены ОДУ Сибири прп увеличении цены генерации па 10 ед-ц в узле 6831 Данные матрицы В для узла 68311 2 3 4 5 6