中小型水電站現貨交易中日前電力曲線的探索與應用

甘肅電投大容電力有限責任公司 闞磊旭

1 市場背景

自2018年11月電力現貨交易運行至今，電站通過不斷地研究現貨交易規則，爭取電費收益最大化的過程中面臨以下兩種困難。一是可調節庫容有限。電站額定蓄水位891.5m，死水位890.5m，總庫容280萬m3，可調節庫容僅49萬m3，單臺機組滿發引用流量86m3/s，在不計入庫流量的前提下，從額定水位到死水位單臺機組滿負荷運行僅1.5h。二是機組振動區過寬。單機容量38.33MW，可運行區間僅為13～15MW和33MW以上的負荷，其他區域均為振動區所在。現貨市場主要是以開展日前、日內實時電能量交易和備用、調頻等輔助服務交易。在以上兩種困難并存而無法避免的前提下，本文通過分析2020年、2021年現貨交易試運行和結算，發現現貨交易規則中日前電力計劃對電費收益的影響，并通過計算建立了日前電力計劃申報規律，為電站創造效益提供了有價值的參考依據[1]。

2 技術原理及性能指標

2.1 課題研究的內容和方向

本文通過研究電力現貨市場結算規則，收集大量數據分析發現，日前上網電量計劃的高低和形狀，在一定程度上都影響著電費收益。一是當日前出清均價高于實時出清均價時，日前上網電量計劃越高，電費總收益就會增加；當日前出清均價低于實時出清均價低時，日前上網電量計劃越高，電費總收益就會減少。二是日前電力曲線的形狀分直線型和凹凸型，通過研究發現，直線型電力曲線較凹凸型電力曲線有提高收益的優勢[2]。

2.2 現貨交易結算規則

R總電費=R中長期電費+R日前偏差電費+R實時偏差電費。其中，R中長期電費=R跨省區中長期交易+R省內大用戶直購電+R基數電量。

R日前偏差電費=Σ[（Q日前上網電量.t-Q中長期電量.t）＊P日前現貨市場價格.t]。

R實時偏差電費=Σ[（Q實時市場出清電量.t-Q日前市場出清電量.t）＊P日前現貨市場價格.t]。

2.3 日前計劃上網電量的申報和日前電力曲線的生成

水電機組作為價格接受者參與電力現貨市場，在日前現貨市場中申報權益電量和次日計劃發電量，調度機構根據來水預測、綜合利用需求，參考水電機組申報數據，依據當日新能源發電預測，制定次日或多日水電站廠96點逐15min日前計劃出力曲線，并優先予以出清。

2.4 日前上網電量計劃的高低對電費收益的影響

現貨交易最終的電費收益是由市場價格決定，日前上網電量計劃在一定程度上也影響著電費的收益。本文分兩種情況分析日前上網電量對收益的影響，一是當日前出清均價高于實時出清均價時；二是當日前出清均價低于實時出清均價時，分別計算電費收益情況。某天日前現貨市場中長期平均負荷50MW，日前計劃平均出力100MW，實時出力150MW，計算全天電費收益。

當日前出清均價低于實時出清均價時。日前計劃上網電量較實際上網電量增加10%～50%和減少10%～50%對收益的影響。假設日前出清均價為219元/MW，實時出清均價為225元/MW。計算情況如圖1所示。

圖1 日前計劃上網電量較實際上網±（10%-50%）收益情況對比圖

當日前出清均價高于實時出清均價時。日前計劃上網電量較實際上網電量增加10%～50%和減少10%～50%對收益的影響。假設日前出清均價為225元/MW，實時出清均價為219元/MW。計算情況如圖2所示。

圖2 日前計劃上網電量較實際上網±（10%-50%）收益情況對比圖

日前上網電量計劃的高低對電費收益的影響總結。通過以上計算可見：當日前出清均價高于實時出清價格高時，日前上網電量計劃越高，電費總收益就會增加；當日前出清均價低于實時出清均格時，日前上網電量計劃越高，電費總收益就會減少。

實例分析：以電站11月18日現貨交易實時數據（圖3）為例，日前上網電量曲線形狀不變，將日前上網電量等比例分別升高和降低10%～30%，分別計算實際電費收益情況：日前上網電量上浮10%、20%、30%對收益的影響（圖4、圖5）。

圖3 日前電力+10%和實時交易曲線

圖4 日前電力+20%和實時交易曲線

圖5 日前電力+30%和實時交易曲線

在原有交易的基礎上將該日日前市場電力曲線數值依次提高+10%、+20%、+30%（圖4、圖5），當日中長期、實時電量、電價保持不變，計算收益如下：根據計算公式帶入圖4、圖5所列數值可計算出日前電力曲線同比例增高依次提高+10%、+20%、+30%時，實際結算電費為：333251.04元、332114.63元和330978.23元，比實際結算電費依次降低1136.41元、2272.82元、3409.22元。降低率依次為：-0.34%、-0.68%、-1.03%。

在原有交易的基礎上將該日日前市場電力曲線數值依次降低-10%、-20%、-30%，當日中長期、實時電量、電價保持不變，計算收益如下：

根據計算公式帶入圖6、圖7所列數值可計算出日前電力曲線同比例依次降低-10%、-20%、-30%時，實際結算電費為：336219元、337027元和337834元，比實際結算電費依次增加1136元、2272元和3409元。增加率依次為：+0.34%、+0.68%、+1.03%。

圖6 日前電力-10%和實時交易曲線

圖7 日前電力-20%和實時交易曲線

產生的直接收益：同比例升高和降低日前電力曲線計劃的收益情況對比（圖8）。

圖8 各種情況下收益交易對比情況

在原有11月18日現貨交易曲線的基礎上將該日同比例依次升高+10%～30%，降低-10%～20%，日中長期、實時電量、電價保持不變，計算收益進行對比。可以得出：日前電力曲線同比例增加10%、20%、30%，電費總收益依次減少0.34%、0.68%、1.03%，也就是說日前電力曲線計劃較實際計劃發電量每增加10%，電費總收益將減少0.34%。反之，日前電力曲線計劃較實際計劃發電量每降低10%，電費總收益將增加0.34%。這是一個日前平均出清價格低于實時平均出清價格的實例，證明當日前出清均價較實時出清均格低時，通過降低日前上網電量計劃的申報值，使電費總收益增加。因此，水電廠在申報日前計劃上網電量時通過電力供需分析，合理準確判斷日前電力價格和實時價格，采取升高或者降低日前發電量計劃增加收益[3]。通過分析電站三次現貨交易數據，日前出清均價都低于實時出清均價，電站可以適當采用降低日前發電量計劃值增加收益。

3 日前上網電量曲線形狀對電費收入的影響

根據目前市場運行情況，日前電力計劃曲線分兩種（特殊情況下的特殊曲線除外），一種是直線型（圖9），另一種是凹凸型（圖10）。從本文（2.4）可見，日前電力曲線的高低對收益是有影響的，下面分別分析計算實時偏差為正、負兩種情況下，直線型和凹凸型日前電力曲線對電費收益的影響。

圖9 直線型日前電力曲線

圖10 凹凸型日前電力曲線

3.1 實時偏差為正偏差

即實時發電量曲線高于日前發電量計劃曲線，對比兩種日前發電量曲線下的電費收益。假設某天日前現貨市場出清價格：0～10時的價格為0.25元/kWh，10～16時的價格為0.05元/kWh，16～24時的價格為0.25元/kWh，實時市場出清價格與日前市場出清價格完全相同，中長期負荷5MW，日前計劃平均出力10MW，實時平均出力15MW，計算全天電費收益。

3.1.1 日前電力曲線為直線型時的電費收益

總電費=中長期電量×中長期電費+日前偏差電量×日前出清價格+實時偏差電量×實時出清價格=36610.35+24750+22162.50=83522.85（元）。

3.1.2 日前電力曲線為凹凸型時的電費收益

總電費=中長期電量×中長期電費+日前偏差電量×日前出清價格+實時偏差電量×實時出清價格=35160+22750+22750=80660（元）。

通過以上分析可見，在實時偏差為正偏差的情況下，直線型日前電力曲線在增大收益上有一定的優勢。

3.2 實時偏差為負偏差

即實時發電量曲線低于日前發電量計劃曲線，對比兩種日前發電量曲線下的電費收益。假設的日前和實時價格與3.1條相同，中長期負荷5MW，日前計劃出力15MW，實時出力10MW，計算全天電費收益。

3.2.1 日前電力曲線為直線型時的電費收益

總電費=中長期電量×中長期電費+日前偏差電量×日前出清價格+實時偏差電量×實時出清價格=35160+47500-23750=58910（元）。

3.2.2 日前電力曲線為凹凸型時的電費收益

總電費=中長期電量×中長期電費+日前偏差電量×日前出清價格+實時偏差電量×實時出清價格=35138+47500-26231=56406（元）。

通過以上分析可見，在實時偏差為負偏差的情況下，直線型日前電力曲線在增大收益上有一定的優勢。

4 日前上網電量形狀對電費收益的影響總結

在實時偏差為正偏差和負偏差兩種情況下，直線型日前上網電量計劃曲線對電費收益的增加有一定的優勢。因此，水電廠在申報日前計劃上網電量和自計劃時按照96點平均負荷進行申報，確保出清后的日前上網電量為一條直線，為電廠爭取更大的利益創造前提條件。

實例分析：以電站11月18日現貨交易曲線為例，分別計算對比直線型和凹凸型日前上網電量對總電費收益的影響。

4.1 直線型日前電力曲線

以電站11月18日現貨交易曲線為例，中長期電量曲線（圖11）、日前和實時交易電價都保持不變，將日前上網電量曲線轉換為直線計算總電費收益。根據計算公式可算出結算電費為：307667.58（中長期電費）+68618.08（日前偏差電費）-25262（實時偏差電費）=351023.66元（總收入）。

圖11 直線型日前電力現貨交易曲線

4.2 凹凸型日前電力曲線

以電站11月18日現貨交易數據（圖12）為例，計算實際電費收益情況：根據計算公式可算出11月18日實際結算電費為：307667.58（中長期電費）+73159.74（日前偏差電費）-45415.40（實時偏差電費）=335411.93元（總收入）。

圖12 11月18日現貨交易中長期、日前和實時交易曲線

4.3 直線型和凹凸型日前上網電量對比情況分析

從電站11月18日現貨交易實時數據分析計算可以得出：直線型電費收益較凹凸型日前電力曲線電費收益多15611.73元，增長率4.65%。因此也可以得出：直線型日前計劃電量曲線對總電費收益有較大的提高。

5 產生的直接收益

按照電站年設計發電量4.62億kWh，平均電價0.25元/kWh計算，總收益為1.155億元，按照增長率4.65%計算，每年可增加收益537萬元。

6 研究結論

本文通過對市場交易規則的研究和探索，研究和總結出了在規則允許的條件下，通過分析市場交易價格，合理調整日前發電量計劃可以實現收益逐步增加的方法，并在實際電力市場現貨交易中得到了驗證和應用，為電力企業增收、創收提供了新的思路和方法。通過分析驗證得出了直線型日前計劃曲線對發電收益有一定的優勢。直線形狀在一定程度上減小發電負荷的受限程度，極大的釋放了市場可操作性空間，為爭取高價格下的實時現貨交易創造了條件。通過合理的降低日前現貨上網電量交易計劃，在一定程度上擴大了實時市場的交易空間，使得機組運行可調節范圍增大，可利用實時市場價格優勢，實現現貨交易年收入增加500余萬元。