№ 3
ИЗВЕСТИЯ АКАДЕМИИ НАУК ЭНЕРГЕТИКА
2014
УДК 621.311
ВОЗМОЖНОСТЬ УПРАВЛЕНИЯ СВОБОДНЫМИ ЦЕНАМИ РЫНКА ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ ПУТЕМ ИЗМЕНЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ СЕТИ И ЭНЕРГОПРИНИМАЮЩЕГО ОБОРУДОВАНИЯ
© 2014 г. ВАСЬКОВСКАЯ Т. А.
Национальный исследовательский университет (МЭИ), г. Москва. НП "Советрынка", г. Москва e-mail: tatiana.vaskovskaya@gmail.com
В статье предлагается новый подход к анализу ценовых сигналов оптового рынка электроэнергии и мощности, который основан на анализе влияния входных данных задачи оптимизации электрического режима, а именно: параметров электрической сети и энергопринимающего оборудования, которые могут изменяться под влиянием управляющих устройств. Показана возможность управления свободными ценами на электроэнергию на оптовом рынке электроэнергии путем изменения параметров управляющих устройств и энергопринимающего оборудования. Дополнительным эффектом от управления свободными ценами может стать повышение эффективности передачи электроэнергии и экономичное использование топливно-энергетических ресурсов (энергосбережение).
Ключевые слова: рынок электроэнергии, цена на электроэнергию, оптимизация, управление.
POSSIBILITY OF ELECTRIC POWER MARKET PRICES CONTROL BY CHANGING PARAMETERS OF ELECTRIC POWER NETWORK AND POWER RECEIVERS
Vaskovskaya T.A.
National Research University "Moscow Power Engineering Institute".
Nonprofit Partnership "Market Council", Moscow e-mail: tatiana.vaskovskaya@gmail.com
This article covers a new approach to the analysis of price signals of the wholesale electricity market based on the analysis of influence of input data of the optimal power flow, namely: parameters of the electric power network and power receivers that can change under the influence of control devices. This article shows the possibility to control electric power prices at the wholesale power market by changing parameters of the electric power network and power receivers. Increase of efficiency of electric power transmission and more economic use of fuel and energy resources (energy saving) can be additional effects of price control.
Key words: electric power market, electricity price, optimization, control.
Рис. 1
Оптовый рынок электроэнергии и мощности с конкурентным ценообразованием функционирует в России с 2003 г. Электроэнергия и мощность представляют собой особые товары, поставляемые и покупаемые в рамках Единой энергетической системы России в границах единого экономического пространства Российской Федерации. Продажа мощности для электрической станции означает обязательства по поддержанию готовности выдать электрическую мощность в сеть в заданном объеме. На рынке электроэнергии обеспечивается спрос на потребление электроэнергии с наиболее эффективной загрузкой электрических станций на основе реализуемых электрических режимов. На рынке мощности обеспечивается долгосрочная надежность поставок электроэнергии с наименьшими возможными затратами. Участниками рынка являются крупные поставщики и покупатели электрической энергии и мощности. К поставщикам относятся владельцы (арендаторы) генерирующего оборудования установленной мощностью не менее 5 МВт. К покупателям относятся энергосбытовые и энерго-снабжающие организации, крупные потребители с присоединенной мощностью не менее 20 МВА. Организации, осуществляющие импортно-экспортные операции, являются одновременно и поставщиками, и покупателями электроэнергии и мощности.
Взаимодействие между участниками рынка обеспечивается организациями технологической и коммерческой инфраструктуры. Технологическая инфраструктура обеспечивает передачу электрической энергии по электрическим сетям и оперативно-диспетчерское управление электроэнергетическим режимом. Коммерческая инфраструктура осуществляет на основе саморегулирования функции по организации эффективной системы оптовой и розничной торговли электрической энергии и мощности, проводит финансовые расчеты, организует систему измерений и сбора информации о фактическом производстве и потреблении электроэнергии и мощности участниками оптового рынка.
Экономические отношения на оптовом рынке электроэнергии и мощности основаны на конкурентном (свободном) ценообразовании. Свободные цены на оптовом рынке электроэнергии и мощности дают ценовые сигналы для развития генерации и электрических сетей, для энергоэффективного потребления. В работах [1—4] исследовано влияние узловых цен на электроэнергию устройств, управляющих параметрами элементов электрической сети. В данной статье предлагается использовать ценовые сигналы и дать практичный инструмент для участника рынка по управлению свободными ценами на электроэнергию в среднесрочной перспективе. Показывается возможность регулирования узловых цен на электроэнергию путем изменения параметров электрической сети и энергопринимающего оборудования.
Рассмотрим возможность такого управления на простом примере электроэнергетической системы из примера 9.7 [5], состоящей из трех узлов (рис. 1). В схеме три линии электропередачи, два генераторных узла 1, 2 и нагрузочный узел 3. Сопротивления ли-
н PQ
1500
ю а
(D
1400
«
Я 1300
(D
1250
30 X13, Ом
10
40 20
30 X13, Ом
40 20
30 X13, Ом
40
Рис. 2
ний: Z12 = 10 + j20 Ом; Z13 = 15 + j30 Ом; Z32 = 10 + /25 Ом. Узел 1 принят в качестве балансирующего, напряжение U1 = 115 кВ. Нагрузка в узле 3 — S3 = 46,188 + /23,094 МВА.
Дополнительно положим, что цена производства электроэнергии в генераторных узлах c1 = 1000 руб./МВт • ч, c2 = 800 руб./МВт • ч. Предполагается, что расчеты ведутся в часовом интервале и значения электроэнергии численно равны значениям мощности. Очевидно, что загрузка генерации в генераторном узле 2 экономически выгоднее, поскольку у нее ниже цена производства электроэнергии. Однако в зависимости от состояния сетевой инфраструктуры, например, из-за сетевых ограничений передачи мощности, генерация в узле 1 может быть востребована.
Положим, что имеется ограничение на передачу активной мощности в линии 2—3 Ps max = 25 МВт. Наличие такого ограничения обуславливает необходимость разгрузки генерации в узле 2 и загрузку генерации в узле 1. Необходимо подобрать оптимальный электроэнергетический режим, минимизируя целевую функцию
c1P1 + c2P2 ^ min.
(1)
Ограничениями оптимизационной задачи являются нелинейные уравнения электрического режима и сетевое ограничение в линии 2—3. Результаты оптимизационного расчета следующие. Генерация в узлах 1 и 2: S1 = 24,82 + /11,92 МВА; S2 = 22,74 + /14,24 МВА. Напряжения в узлах 2 и 3: U2 = 114,65Z-0,16° кВ, U3 = 109,26Z-2,33° кВ. Перетоки мощности в начале линий: S12 = 2,27 + /0,86 МВА; S13 = 22,55 + /11,06 МВА; S23 = 25,00 + +/15,09 МВА.
При использовании метода множителей Лагранжа для решения задачи оптимизации в задачу для каждого ограничения вводятся дополнительные переменные — множители Лагранжа. Множители Лагранжа к нелинейным уравнениям электрического режима по активной мощности характеризуют величину изменения значения целевой функции в результате малого изменения нагрузки активной мощности в определенном узле и рассматриваются в качестве цен на электроэнергию. Для генераторных узлов 1 и 2, пока активно сетевое ограничение, эти множители и, соответственно, цены на электроэнергию будут равняться 1000 и 800 руб./МВт • ч. Множитель Лагранжа к ограничению по балансу активной мощности в узле 3 рассматривается как цена электроэнергии для потребителя, которая равна 1379,98 руб./МВт • ч.
Похожая задача решается на оптовом рынке электроэнергии на сутки вперед в России с тем различием, что в данной работе не рассматриваются заявки покупателей электроэнергии. Нагрузка в узле 3 задана фиксированным значением мощности. В та-
н РР
^ 1400 а
а>
^ 1380
оЗ X си
1360
-4
к 26 э
сЗ
а
о
®24
§22 х В о
^ 20
До^ Ом
18 4 -4
х10-3
1 1 1
- Р1 _
Р2 "
- \-
1 1 1
Вшунт, Ом х10-3
^ун^ Ом
4
х10-3
Рис. 3
ком случае минимизация целевой функции (1) равносильна максимизации функции благосостояния [6].
Проведем серию оптимизационных расчетов при различных значениях индуктивного сопротивления линии 1—3 Х13 от 20 до 40 Ом и рассмотрим его влияние на цену электроэнергии в узле 3. Увеличение Х13 приводит к увеличению полного сопротивления линии 1—3. Это приводит к снижению доли перетока полной мощности, протекающей от генераторных узлов по этой линии, и увеличению доли перетока, протекающего по линии 2—3, что приводит к утяжелению режима, поскольку в линии 2—3 установлено ограничение на максимально допустимый переток активной мощности. В результате генерация в узлах 1 и 2 перераспределяется: в узле 2 снижается, в узле 1 повышается, поэтому значения целевой функции (1) и цены для потребителя растут. При снижении Х13 наблюдается обратная ситуация. Результаты полученных зависимостей цены в узле 3, загрузки генерации в узлах 1 и 2 и целевой функции (1) от параметра Х13 представлены на рис. 2.
Таким образом, при снижении параметра Х13 наблюдается эффект как для потребителя в виде снижения цены электроэнергии, так и в целом для рынка в виде снижения значения целевой функции, что означает более экономичное использование топливно-энергетических ресурсов.
Подключим к узлу 3 шунт с реактивной проводимостью Вшунт и проведем вторую серию оптимизационных расчетов при различных значениях Вшунт от —4 • 10-3 до 4 • 10-3 См. Результаты этой серии расчетов показывают более сложные зависимости (рис. 3). Так, генерация мощности в узлах 1 и 2 и целевая функция (1) в диапазоне изменения Вшунт имеют выраженные минимумы (максимумы). Следует отметить, что цена снижается при емкостном характере сопротивления шунта. Это свидетельствует о зависимости цены для потребителя от его коэффициента мощности. Причем, чем выше коэффициент мощности, тем ниже цена на электроэнергию. Если в нагрузочном узле реактивная мощность изменит знак, это приведет к еще большему снижению цены на электроэнергию, пока та не достигнет минимума. Дальнейшее увеличение параметра Вшунт приведет к росту цены на электроэнергию.
По результатам этой серии расчетов отметим, что цены на электроэнергию, формируемые на
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.