научная статья по теме ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЗОН ВЛИЯНИЯ СЕТЕВЫХ ОГРАНИЧЕНИЙ НА УЗЛОВЫЕ ЦЕНЫ Энергетика

Текст научной статьи на тему «ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЗОН ВЛИЯНИЯ СЕТЕВЫХ ОГРАНИЧЕНИЙ НА УЗЛОВЫЕ ЦЕНЫ»

№ 1

ИЗВЕСТИЯ АКАДЕМИИ НАУК ЭНЕРГЕТИКА

2014

УДК 621.311

© 2014 г. ВАСЬКОВСКАЯ Т.А.12, ВОЛОДИН Д.В.23

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЗОН ВЛИЯНИЯ СЕТЕВЫХ ОГРАНИЧЕНИЙ НА УЗЛОВЫЕ ЦЕНЫ

В статье предлагается новый подход к анализу влияния сетевых ограничений на узловые равновесные цены на оптовом рынке электроэнергии и мощности. Анализ такого влияния затруднен вследствие ежедневно меняющихся топологии электрической сети, состава включенного генерирующего оборудования, режима работы генерирующего и энергопринимающего оборудования, стратегий участников рынка. Расчет метрики (расстояния) для сравнения зон (множества узлов) под влиянием сетевых ограничений в различные моменты времени с различными параметрами режима электроэнергетической системы позволит идентифицировать такие зоны для последующего сбора статистики и анализа влияния сетевых ограничений на технологические и экономические результаты рынка на сутки вперед.

Ключевые слова: оптовый рынок электроэнергии, оптимизация, сетевые ограничения, узловые равновесные цены, расстояние.

Введение. Конкурентный оптовый рынок электроэнергии в России существует уже десять лет. Он встроен в непрерывный процесс планирования и управления электроэнергетическим режимом ЕЭС России. На оптовом рынке используется модель узлового ценообразования, в основе которого лежит идея об определении цены электроэнергии для каждого узла сети. Цены различны в каждом узле и рассчитываются при решении задачи оптимизации электроэнергетического режима по экономическим критериям (см. Приложение). Результатами расчета являются узловые равновесные цены, активная и реактивная мощность генерации и нагрузки в узлах, перетоки активной и реактивной мощности в ветвях.

При передаче мощности от генераторного узла в нагрузочный часть ее расходуется на потери в линиях электропередач и трансформаторах. Вырабатываемая генератором мощность продается по цене генераторного узла. Дошедшая до нагрузочного узла мощность покупается по цене в нагрузочном узле. Поскольку в нагрузочный узел поступает меньший объем мощности, цена в нагрузочном узле выше цены в генераторном узле. Поэтому в узловой цене кроме собственно цены вырабатываемой мощности учитывается цена потерь при доставке этой мощности в нагрузочный узел.

Когда сетевые ограничения (П.3) активны, формируется ненулевая цена сечения (сечение 5 "насыщается"). В результате насыщения сечения с каждой из его сторон образуются зоны, которые условно можно назвать зонами дешевой и дорогой мощности. К зоне дешевой мощности относятся узлы, в которых нельзя увеличить выработку мощности, какой бы дешевой она ни была. К зоне дорогой мощности относятся узлы,

Национальный исследовательский университет (МЭИ), г. Москва.

^Департамент мониторинга рынка НП "Совет рынка", г. Москва.

3МФТИ (ГУ), г. Москва.

в которые из-за невозможности передать дешевую мощность поставляется более дорогая мощность.

Таким образом, на формирование узловой цены влияет цена производства мощности, ее потери и сетевые ограничения. Для рассматриваемой задачи оптимизации цена в узлеу представляется тремя составляющими [1]:

ь 1 = ьо + ьо ^ + Е дpГ, (1)

дР1 5 дР1

где Х0 — узловая цена в референтном узле (узле, относительно которого раскладывается узловая цена); Рь — совокупные нагрузочные потери мощности в электрической сети; Ру = I РС — I — суммарная нагрузка в узле у; Р., = I Р/ — поток мощности

С Е С/ ^ Е О/ (1,1) Е 5

в сечении 5; ст. — множители Лагранжа, соответствующие ограничению 5 на переток по контролируемому сечению в прямом и обратном направлениях.

Референтным узлом может быть любой узел, например, балансирующий. Второе слагаемое

АХл = Х0 —-

л 0 д Р1

обусловлено потерями в электрической сети, третье —

АХ/ = I СТ дР; (2)

5 1

появляется, если одно или несколько ограничений на переток по сечению становятся активными. То есть когда переток активной мощности в одном или нескольких контролируемых сечениях устанавливается на максимально или минимально допустимых уровнях. Численное значение третьего слагаемого позволяет формально определить зоны дешевой и дорогой мощности [2]. Если оно положительно, то узел у принадлежит зоне дорогой мощности, если отрицательно — зоне дешевой мощности.

Такие параметры расчета режима электроэнергетической системы как топология сети, включенное генерирующее оборудование, пропускная способность контролируемых сечений, актуализируются ежедневно для каждого часа и имеют определяющее влияние на формирование зон и изменение состава узлов в них. При этом они часто изменяются, что существенно затрудняет сбор статистических данных для анализа влияния сетевых ограничений на узловые равновесные цены. Дополнительная сложность появляется при учете ценовых стратегий участников оптового рынка, которые спросом и предложением (ценовыми заявками) также оказывают влияние на режим электроэнергетической системы и востребованность пропускной способности сетевой инфраструктуры рынка.

Несмотря на широкое распространение узловой модели ценообразования за рубежом, анализ сетевых ограничений и их влияние на узловые цены не учитывают ежедневно изменяющиеся условия функционирования электроэнергетических систем. В данной статье предложена новая постановка формулирования и решения задачи анализа сетевых ограничений, а именно: определение устойчивых к внешним изменениям зон влияния сетевых ограничений на узловые цены, для которых возможен сбор статистики режимных параметров электроэнергетической системы и ценовых стратегий участников в диапазоне до нескольких лет.

Идентификация зон

Для простоты ограничимся рассмотрением зоны, где влияние ограничений привело к росту равновесных цен на электроэнергию (далее — Зона), случай с падением рав-

новесных цен аналогичен. В местах, где необходимо отметить различия, будут даны дополнительные комментарии.

Поскольку вклад системных ограничений определяется из (П.3), естественным параметром, идентифицирующим Зону, является контролируемое сечение, активное ограничение которого привело к росту цен. Поэтому первым идентификатором Зоны является контролируемое сечение. Также необходимо различать ограничения по одному и тому же сечению: активность ограничения на максимальный и минимальный переток по сечению должно приводить к формированию разных Зон.

Включение или выключение линии электропередачи или изменение других входных параметров может изменить состав узлов в Зоне и тем самым создать путаницу в ее идентификации. В то же время Зона может быть сформирована ограничениями по двум или более контролируемым сечениям. Рассмотрение Зон, задаваемых набором сечений, представляет еще большую сложность, поскольку существуют ситуации, когда решающую роль играет одно ограничение, а набор второстепенных может меняться. В этом случае построение метрики, которое позволило бы обобщить две такие Зоны, не представляется возможным, поскольку не всегда можно определить, какое из ограничений является основным.

Но поскольку узлы могут находиться под влиянием ограничений от нескольких сечений, одна и та же группа узлов может находиться в разных Зонах по сработавшему ограничению. Это означает, что Зоны, как множества узлов, могут находиться в любом из следующих видов соотношений: не пересекаются, пересекаются и не вложены, пересекаются и одно вложено в другое, совпадают.

Таким образом, изначально Зона влияния системных ограничений задается следующими параметрами:

1) контролируемое сечение;

2) направление сработавшего ограничения и как следствие характер влияния на цены (увеличение/уменьшение);

3) набор узлов, составляющих Зону.

В дальнейшем будем считать, что уникальный набор этих параметров задает сущность зоны.

Алгоритм выявления и сравнения

Особенностью задач, для которых строится алгоритм, является невозможность проведения анализа после сбора данных за весь анализируемый период. Таким образом, предъявляемые к алгоритму требования заключаются в возможности обновления набора известных сущностей за счет регулярно поступающей информации.

Предлагаемый алгоритм состоит из двух этапов: на первом этапе происходит выявление новой зоны как набора узлов; на втором проводится сравнение полученной зоны с уже найденными ранее и фиксируется результат.

На первом этапе используется третье слагаемое узловой равновесной цены (2) по каждому контролируемому сечению 5 отдельно, где интерпретируется как стоимость соответствующего ограничения в прямом или обратном направлениях. В случае, если ограничение не активно, равны нулю, поскольку для ограничений неравенств должны быть выполнены условия дополняющей нежесткости. При этом значение частной производной в оптимальной точке можно интерпретировать как степень

дР

влияния соответствующего ограничения на цену в узле: к^ = ^^. Поскольку стоимость ограничения всегда положительна, направление влияния ограничения (снижение/увеличение цены) определяется знаком коэффициента.

Зона дорогой мощности состоит из узлов, для которых выполняется следующее неравенство:

Мк = {п.}: V/ / £тй1, (3)

Заявки генераторов

Таблица 1

Номер генератора

Номер узла

Количество, МВт • ч

Цена, руб./МВт • ч

1 1 80 750

2 2 80 750

3 22 50 450

4 27 55 550

5 23 30 475

6 13 40 625

где кш1п — параметр алгоритма.

Зона дешевой мощности состоит из узлов, для которых выполняется аналогичное неравенство:

N = {/: V/ -к/ > кШш- (4)

Множество узлов N будем называть прототипом зоны. Результатом первого этапа являются прототипы Зон, определенные на каждый момент расчета равновесных цен анализируемого периода.

На втором этапе полученный набор прототипов Ик, к е {1, 2, 3, ...} необходимо сопоставить и выявить наиболее стабильные, из которых будет сформирована сущность зоны дешевой/дорогой мощности. Учитывая замечания и требования к алгоритму, изложенные ранее, расчет сущностей и статистики для них должен быть осуществлен за один проход по данным, поэтому основная цель состоит в получении множества узлов, являющегося достаточно хорошей оценкой для схожей группы прототипов только по информации, которая уже была проанализирована. Иными словами, нельзя сначала просмотреть весь набор

Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.

Показать целиком