Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА I. Модели планирования свободных двусторонних договоров, заключаемых участниками конкурентного оптового рынка электроэнергии ... 23
1.1. Введение 23
1.2. Согласование интересов договаривающихся сторон свободного двустороннего договора . 24
1.3. Участники конкурентного оптового рынка электроэнергии, заключающие свободные двусторонние договоры 25
1.4. Специфика представленных в главе постановок задач планирования свободных двусторонних договоров 29
1.5. Модели планирования свободных двусторонних договоров типа I. 29
1.6. Модели планирования свободных двусторонних договоров типа П. 39
1.7. Процесс согласования партнерами стоимости свободного двустороннего договора и суммарного объема поставки электроэнергии в рамках договора... 42
1.8. Учет случайного поведения цен на рынке на сутки вперед 43
1.9. Планирование нескольких свободных двусторонних договоров 45
1.10. Заключение по главе 1 51
ГЛАВА П. Учет системных ограничений и выплат за использование инфраструктуры конкурентного оптового рынка электроэнергии при планировании свободных двусторонних договоров 53
2.1. Введение 53
2.2. Постановка задачи планирования свободного двустороннего договора энергосбытовой организацией с учетом системных ограничений 55
2.3. Планирование свободного двустороннего договора энергосбытовой организацией в случае, когда системные ограничения при прогнозируемом установившемся режиме работы энергосистемы не выполняются 58
2.4. Постановка задачи планирования свободного двустороннего договора генерирующей компанией с учетом системных ограничений 60
2.5. Планирование свободного двустороннего договора с учетом выплат за использование инфраструктуры оптового рынка электроэнергии 61
2.6. Заключение по главе II 66
ГЛАВА III. Метод, алгоритм и программная реализация задачи планирования свободных двусторонних договоров 67
3.1. Введение 67
3.2. Метод динамического программирования 69
3.3. Особенности применения метода стохастического динамического программирования при решении задачи планирования свободного двустороннего договора ! 72
3.4. Алгоритм реализации метода стохастического динамического программирования для планирования свободного двустороннего договора партнерами, определяющими график поставок 73
3.5. Алгоритм решения задачи планирования свободного двустороннего договора партнерами, следующими предложенному графику поставок 77
3.6. Программная реализация метода стохастического динамического программирования для решения задачи планирования свободного двустороннего договора 78
3.7. Заключение по главе III 81
ГЛАВА IV. Рациональное агрегирование информации при планировании свободных двусторонних договоров 82
4.1. Введение 82
4.2. Требования нормативно-правовых документов к представлению информации по свободному двустороннему договору 84
4.3. Выбор способа агрегирования информации при решении задачи планирования свободного двустороннего договора 87
4.4. Постановки задач планирования свободного двустороннего договора при использовании агрегированной информации о ситуации на конкурентном оптовом рынке электроэнергии в будущем 90
4.5. Процесс согласования параметров свободного двустороннего договора при иерархическом построении организационных моделей с агрегированием имеющейся прогнозной информации по уровням времени 95
4.6. Заключение по главе IV 95
ГЛАВА V. STRONG Внесение изменений в условия свободного двустороннего договора
и его прерывание STRONG 97
5.1. Введение 97
5.2. Свободный двусторонний договор с возможностью изменения поставок электроэнергии и его расторжения 99
5.3. Постановка задачи внесения изменений в условия свободного двустороннего договора для его участника, инициирующего изменения 104
5.4. Определение целесообразности внесения предлагаемых изменений в условия свободного двустороннего договора 112
5.5. Заключение по главе V 117
Заключение по диссертации 118
Литература
- Согласование интересов договаривающихся сторон свободного двустороннего договора
- Постановка задачи планирования свободного двустороннего договора энергосбытовой организацией с учетом системных ограничений
- Особенности применения метода стохастического динамического программирования при решении задачи планирования свободного двустороннего договора
- Свободный двусторонний договор с возможностью изменения поставок электроэнергии и его расторжения
Введение к работе
Актуальность. Торговля электроэнергией на отечественном оптовом рынке ведется по трем основным формам — это краткосрочная торговля с почасовым согласованием спроса и предложения (рынок на сутки вперед), торговля в рамках балансирующего рынка (обеспечение сбалансированного режима производства и потребления электрической энергии) и средне- или долгосрочная торговля с заключением договоров на физические поставки электроэнергии в будущем (регулируемые и свободные двусторонние договоры (СДД) купли-продажи электроэнергии) [66, 103, 112].
Двусторонние договоры являются одним из основных видов торговли на отечественном и зарубежных оптовых рынках электроэнергии (ОРЭ) [18, 27, 44, 46, 115, 116]. Двусторонний договор - это соглашение, в соответствии с которым поставщик обязуется поставить покупателю электрическую энергию в определенном количестве и требуемого качества, а покупатель обязуется принять и оплатить электрическую энергию на условиях заключенного договора [94, 112, 119]. Двусторонние договоры относятся к форвардным контрактам, они планируются и заключаются на поставку товара в будущем, начиная с определенной даты, в то время как цена товара устанавливается в момент заключения сделки [5, 9, 41, 60, 107].
Согласно [103, 113] доля регулируемых двусторонних договоров ежегодно уменьшается. В будущем оптовый рынок электроэнергии в России станет полностью конкурентным1. После окончания реформирования ОРЭ в значительной степени возрастут объемы поставок электроэнергии в рамках СДД, увеличится число этих договоров, и торговля по ним станет преобладающей.
В данной работе рассматривается планирование, заключение, корректировка и расторжение СДД на полностью конкурентном оптовом рынке электроэнергии. Конкурентный оптовый рынок электроэнергии в России имеет
1 Согласно Постановления Правительства РФ от 7.04.07 г. № 205 ОРЭ станет полностью конкурентным с 1 января 2011 г.
относительно небольшой срок функционирования2 и характеризуется частым изменением нормативных документов в условиях переходного периода. Использование СДД на практике в нашей стране началось также относительно недавно. В рамках работы нового оптового рынка электроэнергии и мощности первый свободный двусторонний договор был заключен 20.09.2006 г. между ОАО «ГидроОГК» и ОАО «Новосибирскэнерго» на поставку электроэнергии, вырабатываемой Саяно-Шушенской ГЭС [68].
СДД особенно распространены на ранних стадиях становления энергетических рынков, когда биржевая торговля финансовыми обязательствами еще не развита в достаточной степени. Эти договоры позволяют сторонам снизить финансовые риски, обусловленные колебанием цены на рынке на сутки вперед (РСВ) и повысить надежность электроснабжения потребителей [8, 42, 68, 93].
СДД могут заключаться на период от нескольких дней до нескольких лет. Заключение СДД дает покупателю электроэнергии долгосрочные гарантии того, что определенные в договоре объемы электроэнергии будут поставлены по договорной цене в соответствии с оговоренным в договоре графиком поставок [41]. Поставщику заключение СДД позволяет выбирать платежеспособного потребителя, обеспечивать рациональную загрузку своего энергетического оборудования и повышать эффективность его использования [60, 96]. СДД используются для уменьшения изменчивости цен на рынке на сутки вперед. Снижая объем электроэнергии, продаваемый на основе конкурентного отбора ценовых заявок, СДД уменьшают возможности для его участников использовать свое монопольное положение на ОРЭ и вести биржевую игру на повышение или снижение цен. К примеру, если
2 01 ноября 2003 г. некоммерческое партнерство «Администратор торговой системы» (НП «АТС») провело первые в истории России торги электроэнергией в секторе конкурентной торговли «5-15%». На торгах было зарегистрировано 13 участников: 6 покупателей и 7 продавцов. Администратору торговой системы было подано 30 ценовых заявок. Общіш объем торгов составил 13 млн. кВтч по средневзвешенной цене 26,4 коп/кВтч [66].
генерирующая компания продала часть своей энергии по договору, она имеет меньше оснований для снижения выработки для поставки на РСВ в целях поднятия равновесной цены [4, 10, 31, 107].
Заключение СДД несет определенный риск, связанный с тем, что условия работы оптового и розничного рынков электроэнергии могут существенно отклониться от ожидаемых показателей на момент заключения договора. При этом участники ОРЭ, заключившие СДД, могут понести убытки. Так при незапланированном повышении цены на рынке на сутки вперед поставщик по двусторонним обязательствам получает меньше прибыли, нежели при продаже электроэнергии через РСВ. Для выработки стратегии участия в разных рынках электроэнергии, для снижения рисков конкурентного ОРЭ и для максимизации прибыли необходимо планировать объемы поставок по СДД, заключать договоры с приемлемой стоимостью и, при необходимости, корректировать объемы поставок электроэнергии [9, 41, 117, 118].
Рынок на сутки вперед и рынок свободных двусторонних договоров оказывают взаимное влияние и взаимодействуют между собой. Так величины, сроки действия и цены СДД влияют на объем торговли и цены на РСВ. Состояние же РСВ влияет на решения партнеров при заключении договоров. Взаимодействие этих рынков заключается в том, что часть электроэнергии, получаемая по СДД, может перепродаваться на РСВ, а энергия, покупаемая на РСВ, может поставляться в счет выполнения двусторонних обязательств [9, 41].
При планировании поставок электроэнергии по СДД важно использовать адекватные математические модели, отражающие специфику отечественных рынков электроэнергии. Сложность выбора численного метода для планирования поставок объясняется большой размерностью задачи по числу переменных и случайным характером исходной информации. Поэтому анализ и реализация математических моделей для планирования и коррекции параметров СДД. а также разработка методов и алгоритмов их применения в практических целях является актуальным.
Обзор работ, посвященных СДД. В настоящее время существует круг отечественных работ, посвященных исследованиям вопросов построения и эффективности работы конкурентного оптового рынка электроэнергии в России. Можно выделить работы: Аюева Б. И., Веселова Ф.В., Воропая Н.И., Кузовкина А.И., Макарова А.А., Михайлова В.И., Обоскалова В.П., Паламарчука СИ., Пикина С. и Эдельмана В.И..
Отдельные проблемы планирования и корректировки СДД рассмотрены в работах зарубежных авторов, среди которых Bjorgan R., Borenstein S., Liu С.-С, Gedra Т. W., Conejo A. J., Galiana F. и другие.
Значительная часть зарубежных работ, таких как [б, 25, 40, 58] и др., посвящены задаче совместного использования двусторонних договоров и различных видов финансовых инструментов, применяемых на энергетических рынках. Так в [40] предлагается комбинировать опционный договор для летних жарких дней с двусторонним договором физической поставки электроэнергии. В этой статье предложено использование прогнозов погоды. Исходя из предположения того, что объемы потребления электроэнергии на розничном рынке электроэнергии зависят от температуры окружающей среды (в летние дни с высокой температурой нагрузка и цены на РСВ высокие), авторы статьи утверждают, что прогнозирование погоды и использование комбинации опционного и двустороннего договоров позволяют энергосбытовой организации хеджировать риск несения убытков от приобретения электроэнергии на РСВ по относительно высокой цене. В случае, когда в часы пиковой нагрузки приобретенной электроэнергии по двустороннему договору недостаточно для обеспечения поставок конечным потребителям, энергосбытовая организация может приобрести электроэнергию по опционному договору.
В [25] также обсуждается применение двустороннего договора совместно с опционным. Такая комбинация договоров в этой статье названа отгонным форвардным контрактом. Авторами [25] анализируются различные варианты его использования для получения максимальной прибыли как для поставщика,
так и для потребителя в зависимости от цены электроэнергии на РСВ. В отличие от [40] в [25] рассмотрена возможность получения дополнительной прибыли от использования двустороннего договора для потребителя на ОРЭ, имеющего некоторую гибкость в потреблении электроэнергии в том смысле, что потребление может быть прервано без предупреждения и без потери предшествующей прибыли. Такой потребитель в случае, когда цена электроэнергии на РСВ выше, чем цена покупки по двустороннему договору, может купленную по договору электроэнергию не потреблять на свои производственные цели (если это выгодно), а перепродавать на РСВ. Аналогичная задача рассмотрена и для производителя электроэнергии, имеющего гибкость в генерации электроэнергии.
В [6] рассматривается применение фьючерсных, опционных и двусторонних договоров для хеджирования рисков, связанных со стохастическим характером цены электроэнергии на рынке на сутки вперед. В этой работе демонстрируется, что фьючерсные и опционные договоры - это эффективные инструменты участников ОРЭ для снижения рисков конкурентного рынка, связанных с изменчивостью цен на энергию на РСВ. С точки зрения авторов предложенная методика совместного применение фьючерсных, опционных и двусторонних договоров на ОРЭ - это эффективное средство для получения прибыли.
Однако непосредственное использование предложенных в вышеуказанных работах моделей участниками ОРЭ в нашей стране пока не представляет возможности. Это связано с тем, что конкурентный ОРЭ в России находится в стадии реформирования и имеет относительно небольшой срок функционирования. В настоящее время на отечественном ОРЭ различные виды финансовых инструментов (например, опционные и фьючерсные договоры) пока не применяются.
Из работ, посвященных использованию двусторонних договоров без дополнительного применения финансовых инструментов можно выделить [9] и [1,2,37,38].
В [9] рассмотрены вопросы планирования гибких двусторонних договоров купли/продажи электричества. Эти договоры позволяют совершать гибкое планирование поставки и спроса электрической энергии, т.е. изменять размер поставок электрической энергии в отдельные интервалы времени при сохранении общего договорного объема. Также в статье обсуждается ценообразование гибких двусторонних договоров, основанное на принципе отсутствия спекуляции. Ценообразование этих договоров влечет за собой планирование линии поведения с учетом ожидаемых цен на рынке на сутки вперед. Для учета случайного характера формирования цен на рынке на сутки вперед в [9] предложено моделирование прогноза этих цен с помощью Марковских процессов. В [9] рассмотрены общие принципы планирования двусторонних договоров покупателями и поставщиками электроэнергии на ОРЭ без учета особенностей их производственной деятельности. В условиях ОРЭ России для крупного потребителя и гарантирующего поставщика постановки задачи планирования СДД имеют определенные различия. Используя отдельные положения работы [9] в представленной диссертационной работе учитываются особенности отечественного оптового рынка электроэнергии (см. глава I).
Специфика осуществления производственной деятельности различными видами участников ОРЭ при планировании СДД учтена в работах [1, 2, 37, 38]. Так в статьях [1, 37] рассматривается крупный потребитель, который приобретает электроэнергию на РСВ и по СДД. Дополнительно в статье обсуждается возможность крупного потребителя управлять собственным генерирующим оборудованием (например, небольшой дизельной электростанцией). Представлена математическая модель, согласно которой для минимизации затрат крупный потребитель определяет необходимые объемы закупок электроэнергии в рамках СДД и РСВ и объемы производства на собственном генерирующем оборудовании.
В статье [38] рассмотрена задача планирования СДД энерго сбытовой организацией с учетом ее участия в торговле на РСВ и осуществления продажи
электроэнергии конечным потребителям на розничном рынке. В [2] рассмотрена задача планирования СДД для генерирующей компании. Однако в работах [1, 2, Ъ1, 38] не представлен математический аппарат, позволяющий решать предложенные оптимизационные задачи планирования СДД с большим числом временных интервалов и искомых переменных. В данной диссертационной работе для этой цели предложено использование метода динамического программирования.
Различные виды прерываемых договоров рассматриваются в [47, 48, 49, 59]. Принцип использования прерываемого договора заключается в том, что при изменении внешних условий одной стороне позволяется нарушать свои обязательства по поставкам электроэнергии другой стороне в определенные временные интервалы. При этом за нарушение своих обязательств по договору инициатор нарушения выплачивает противоположной стороне финансовую компенсацию.
В работах [48, 49] представлена постановка задачи, решаемой сбытовой организацией для оптимального использования нескольких прерываемых договоров с конечными потребителями на розничном рынке электроэнергии. В диссертационной работе механизмы и принципы прерываемых договоров адаптированы для использования при заключении, изменении и расторжении свободных двусторонних договоров на отечественном конкурентном ОРЭ.
Несмотря на многие положительные стороны использования СДД, а также наличие научных разработок для отдельных составляющих этой задачи, в настоящее время не существует методики, позволяющей участникам отечественного ОРЭ эффективно планировать, заключать и корректировать
сдд.
Цели и задачи работы. Основной целью работы является разработка комплексной методики планирования, заключения, корректировки и расторжения свободных двусторонних договоров для снижения рисков конкурентного ОРЭ и максимизации прибыли его участников.
Для достижения этой цели в работе ставились следующие задачи:
разработка моделей оптимизационных задач планирования СДД для разных сочетаний возможных партнеров по договору с учетом случайного характера исходной информации и взаимосвязи СДД и рынка на сутки вперед;
разработка принципов взаимного согласования партнерами по СДД его периода действия, суммарного объема, и стоимости поставок электроэнергии в рамках договора, а также объемов поставок на отдельных временных интервалах;
учет ограничений по работе энергосистемы при планировании СДД и выплат партнеров по договору за использование услуг инфраструктурных организаций ОРЭ;
выбор численного метода для планирования СДД, который позволяет решать оптимизационные задачи с большим числом временных интервалов и переменных задачи при случайном характере исходной информации;
разработка алгоритма реализации выбранного метода и его программная реализация для практического планирования СДД;
исследование возможности и эффективности использования агрегирования исходной прогнозной информации при планировании СДД;
разработка принципов коррекции условий СДД после его заключения для страхования партнеров от рисков конкурентного рынка электроэнергии и для получения дополнительной прибыли.
Методическая база. В качестве методической базы в данной работе используются:
действующие законы, постановления, регламенты и другие законодательные и нормативно-технические положения, относящиеся к сфере оптового и розничного рынков электроэнергии в России;
методы математического (линейного, нелинейного и динамического) программирования;
язык программирования для ПК в среде MATLAB (версия №7). Научная новизна работы заключается в следующем:
Разработка математических моделей для оптимального планирования поставок электроэнергии в рамках СДД;
разработка принципов согласования интересов партнеров по СДД;
адаптация метода стохастического динамического программирования для решения оптимизационной задачи планирования СДД;
разработка принципов учета системных ограничений при планировании
СДД;
распределение агрегированных поставок электроэнергии в рамках планируемого СДД, РСВ и розничного рынка по иерархическим временным уровням;
принципы и модели определения экономической целесообразности коррекции действующего СДД и его прерывания.
Практическая ценность работы. Использование принципов и положений, разработанных в данной работе, позволяет:
максимизировать прибыль участников ОРЭ;
покупателям на ОРЭ рационально распоряжаться закупаемой по СДД электроэнергией, наилучшим образом планировать свое участие в рынке на сутки вперед и розничном рынке;
поставщикам на ОРЭ эффективно загружать генерирующее оборудование, оптимизировать участие в рынке на сутки вперед и обеспечивать наиболее рациональное использование энергоресурсов;
участникам ОРЭ отслеживать экономическую эффективность действующего СДД и принимать решения об изменении его условий (расторжении);
использовать разработанные алгоритм и его программную реализацию для практического планирования и коррекции СДД;
Реализация работы. По всем разделам методики выполнены различные исследования на численных примерах. Результаты исследований подтверждают возможность и целесообразность применения предложенной методики для планирования, заключения и корректировки СДД.
Апробация работы. Основные положения работы представлены на конференциях-конкурсах научной молодежи ИСЭМ СО РАН (Иркутск, 2006, 2007, 2008 гг.), ежегодной Всероссийской научно-практической конференции с международным участием «Повышение эффективности производства и использования энергии в условиях Сибири» (Иркутск, 2007, 2008 гг.), международном семинаре "Liberalization and Modernization of Power Systems: Risk Assessment and Optimization for Asset Management" (Иркутск, 14-18.08 2006 г.).
В 2008 году на конференции-конкурсе научной молодежи ИСЭМ СО РАН автор с работой «Методика планирования и корректировки свободных двусторонних договоров на оптовом рынке электроэнергии» занял первое место.
Публикации. Основное содержание диссертации отражено в 7 печатных работах, одна из которых опубликована в издании, рекомендуемом перечнем ВАК РФ.
Объем и структура работы. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, заключения, библиографического списка, содержащего 120 наименований и 2 приложений. Объем работы (без приложений и списка литературы) - 121 страница. Работа содержит 22 рисунка (включая схемы, размещенные в Приложении №2) и 27 таблиц. Общий объем диссертации — 180 страниц.
В первой главе представлены модели оптимизационных задач планирования СДД для разных сочетаний возможных партнеров по договору с учетом случайного характера исходной информации и взаимосвязи СДД и рынка на сутки вперед.
Во второй главе рассматривается учет ограничений по работе энергосистемы и выплат участников ОРЭ за использование услуг инфраструктурных организаций оптового рынка электроэнергии при планировании СДД.
В третьей главе описываются алгоритм и программная реализация планирования СДД, основанные на адаптации метода стохастического динамического программирования для решения этой задачи.
В четвертой главе приведено исследование возможности и целесообразности агрегирования прогнозной информации при планировании
СДД.
В пятой главе представлена схема принятия решения по внесению изменений в условия заключенного СДД и его расторжению для предотвращения несения значительных убытков или получения дополнительной прибыли. Приведены постановки оптимизационных задач, решаемых партнерами по СДД для принятия решения о внесении изменений в условия договора и его расторжении.
В приложениях приведены схемы решений отдельных задач планирования и корректировки свободных двусторонних договоров, блок-схемы программной реализации алгоритма планирования СДД, а также ряд численных примеров по основным разделам методики планирования и корректировки СДД.
Согласование интересов договаривающихся сторон свободного двустороннего договора
Планирование СДД ведется каждым его партнером до заключения договора по прогнозной (априорной) информации о ситуации на рынках электроэнергии [6, 37]. В договорах, как правило, оговариваются такие параметры, как: - суммарный объем поставки по договору, Г(МВт-ч); - стоимость договора, J (руб.), или цена электроэнергии, поставляемой по договору, У/Г(руб./МВт-ч); - дата и время начала и окончания договорного периода Т; - число временных интервалов, N внутри договорного периода и длительность каждого интервала; минимальное и максимальное количество электроэнергии (МВтч), поставляемой в рамках договора в t-ыи временной интервал, х п и х ; - время между планированием договора и началом поставок электроэнергии. Этот параметр влияет на качество информации, используемой при планировании договора [9, 41, 42].
Независимые покупатель и поставщик электроэнергии, участвуя в рынке на сутки вперед, достигают максимума своей выручки при разных параметрах СДД. Так, при высокой цене на рынке на сутки вперед покупатель заинтересован в увеличении поставок по СДД. В это же время для поставщика наибольшую прибыль приносит увеличение продаж на рынке на сутки вперед и сокращение поставок по СДД.
Для согласования интересов договаривающихся сторон в данной работе, как и в [9], используются два типа СДД:
Тип I: Покупатель определяет объем электроэнергии, который он будет получать в рамках СДД в каждый временной интервал t. Поставщик обязан обеспечить поставку электроэнергии согласно требованию покупателя. Такие СДД дают возможность покупателю более рационально распоряжаться закупаемой по договору электроэнергией, наилучшим образом планировать свое участие в рынке на сутки вперед и добиваться максимальной для себя прибыли.
Тип II: Поставщик определяет объем электроэнергии, который он желает продавать в рамках СДД в каждый интервал времени t. Покупатель обязан принять поставляемое количество электроэнергии согласно решению поставщика. Такие договоры дают возможность более эффективно загружать генерирующее оборудование, оптимизировать участие поставщика в рынке на сутки вперед, обеспечивать более рациональное использование энергоресурсов и максимизировать прибыль поставщика [9, 41].
Использование двух типов договоров - один из способов согласования интересов договаривающихся сторон. Именно такой подход используется в настоящей работе при планировании будущих поставок. Предполагается, что потенциальные партнеры по СДД способны сделать предварительный выбор стороны, определяющей график поставок электроэнергии на весь период действия договора.
В состав субъектов оптового рынка входят участники обращения электрической энергии — поставщики электрической энергии (генерирующие компании или отдельные электростанции [10, 103, 112]) и покупатели электрической энергии (энергосбытовые организации, крупные потребители электрической энергии, гарантирующие поставщики) [112]. Рассмотрим подробнее особенности участия субъектов оптового рынка в торговле на рынке на сутки вперед и в торговле по свободным двусторонним договорам.
I. Конкурентные энергосбытовые организации.
Конкурентные энергосбытовые организации (ЭСО) являются субъектами оптового рынка электроэнергии России, которые одновременно участвуют в розничном рынке и обеспечивают электроснабжение конечных потребителей на некоторой территории. Эти организации могут участвовать в торговле на рынке на сутки вперед и заключать СДД на покупку электроэнергии с генерирующими компаниями [103, 112].
ЭСО прогнозирует условия работы оптового и розничного рынков электроэнергии, в том числе значения цен на рынке на сутки вперед, объемы потребления электроэнергии конечными потребителями и др., и учитывает этот прогноз при планировании СДД [45, 50, 51, 54, 57].
II. Гарантирующие поставщики.
Гарантирующий поставщик (ГП) электрической энергии - организация, обязанная заключить договор купли-продажи электрической энергии с любым обратившимся к нему потребителем либо с лицом, действующим от имени и в интересах потребителя и желающим приобрести электрическую энергию [104, 112].
В данной работе рассматривается гарантирующий поставщик, который занимается только энергосбытовой деятельностью. ГП составляет прогнозы потребления электроэнергии конечными потребителями на розничном рынке. Кроме того, ГП прогнозирует цены электроэнергии на рынке на сутки вперед, участвует в торговле на этом рынке и планирует покупки электроэнергии по свободным двусторонним договорам. В рамках рынка на сутки вперед ГП может продавать приобретенную по СДД электроэнергию, а также покупать электроэнергию для обеспечения поставок конечным потребителям.
Источник прибыли гарантирующего поставщика в рамках розничного рынка электроэнергии — сбытовая надбавка (регулируемые сбытовые надбавки включаются в цену на электрическую энергию, поставляемую гарантирующими поставщиками потребителям электрической энергии на розничном рынке [112]), которую получает эта организации за услуги по энергосбытовой деятельности. Эти услуги могут включать только сбытовую деятельность или, кроме этого, в определенных случаях включать деятельность
по передаче электроэнергии по распределительным сетям [103]. Возможная прибыль, которую допускается извлекать гарантирующему поставщику, ограничивается сбытовой надбавкой, устанавливаемой уполномоченным государственным органом. Поэтому для ГП нет оснований стремиться извлечь как можно больше прибыли.
Постановка задачи планирования свободного двустороннего договора энергосбытовой организацией с учетом системных ограничений
Глава посвящена планированию свободных двусторонних договоров на конкурентном ОРЭ с учетом потерь электроэнергии при ее передаче, пропускной способности отдельных участков сети и других ограничений по работе энергосистемы. Для этого участникам СДД при его планировании предлагается рассматривать установившиеся режимы работы (УРР) энергосистемы на интервалах времени почасового графика поставок по договору. Установившийся режим - это режим работы энергосистемы, при котором параметры режима могут приниматься неизменными [78].
Обеспечение надежной работы Единой энергосистемы (ЕЭС) в России является одной из основных функций Системного оператора - ОАО «Системный оператор - ИДУ ЕЭС России» (СО). Данная организация выполняет краткосрочное (на предстоящие сутки), среднесрочное (месяц, квартал, год) и долгосрочное (до 5 лет) планирование (прогнозирование) электроэнергетических режимов, учитывая различные параметры работы энергосистемы [67, 83, 102, 112]. В свою очередь участники СДД сами определяют свою стратегию участия на оптовом и розничном рынках электроэнергии в будущем (энергосбытовые организации самостоятельно прогнозируют объемы потребления электроэнергии конечными потребителями, а генерирующие компании — объемы своего производства электроэнергии [108] и т.д.), в том числе и при планировании СДД [112]. На ОРЭ возможна такая ситуация, когда участники СДД спланируют договор с такими параметрами, которые будут недопустимы по техническим соображениям. Для покупателей электроэнергии (ЭСО, КП, ГП) такая ситуация может складываться в случае, когда они прогнозируют увеличение объемов потребления электроэнергии по сравнению с рассмотренными СО. При этом по условиям работы энергосистемы может оказаться невозможным увеличение объемов потребления для покупателей электроэнергии. В свою очередь, при планировании СДД поставщиком электроэнергии (ГК), желающим увеличить объемы своей генерации по сравнению с запланированными ранее, имеется риск того, что перетоки по линиям электропередач превысят допустимо возможные значения. В указанных ситуациях СО, при рассмотрении спланированного и заключенного СДД, не даст согласия на его регистрацию.
Для того чтобы участникам ОРЭ избежать получения недопустимых режимов в будущем, в представленной работе предлагается планировать СДД с учетом прогнозируемых установившихся режимов работы энергосистемы на часовых интервалах, принимая во внимание системные ограничения на производство, транспортировку и потребление электроэнергии, а также потери электроэнергии при ее передаче. Для этой цели участникам СДД предлагается использовать приближенное моделирование УРР. Использование приближенного моделирования позволяет упростить определение допустимых параметров планируемого СДД. Применение приближенного моделирования обусловлено также тем, что у субъектов ОРЭ, как правило, нет полной информации о параметрах режима энергосистемы (затратные характеристики электростанций, уровни напряжения в узлах и линиях энергосистемы, объемы вырабатываемой реактивной энергии, графики ремонта оборудования на электростанциях и др.).
При планировании СДД на более длительных интервалах времени (месяц, квартал) учет системных ограничений обеспечивается за счет рассмотрения прогнозных балансов выработки и потребления электроэнергии.
В данной главе также рассмотрено планирование СДД с учетом выплат за передачу электроэнергии по Единой национальной электрической сети и других выплат за использование инфраструктуры ОРЭ (оплата услуг СО, НП «АТС» и др.). Рассмотрение затрат на оплату системных услуг позволит участникам СДД более точно определять свою стратегию поставок электроэнергии по заключаемому договору и стратегию участия в рынке на сутки вперед.
Учет системных ограничений требует моделирования установившихся электроэнергетических режимов работы энергосистемы. Для планирования СДД, как и во многих других коммерческих задачах, оправдано использование упрощенных моделей расчета УРР.
Предлагаемый для использования в данной работе упрощенный подход к расчету УРР основывается на следующих допущениях: Рассматривается распределение не мощности, а электроэнергии в системе; Рассматривается распределение только активной энергии. Распределение реактивной энергии считается сбалансированным; Считается, что электрическая сеть приведена к одному уровню напряжения; Считается, что значения потерь электроэнергии в связях известны и заданы в долях от протекающих перетоков. Значения потерь задаются на основании опыта эксплуатации сети с учетом схемы соединения и режима загрузки оборудования; Считается, что переток электроэнергии по связи между узлами энергосистемы в каждый интервал времени может течь только в одном направлении. Такие допущения позволяют исключить из рассмотрения уровни напряжения, перетоки и потери реактивной энергии.
Особенности применения метода стохастического динамического программирования при решении задачи планирования свободного двустороннего договора
Спецификой оптимизационной задачи планирования СДД партнером, определяющим график поставок по договору, является то, что при планировании СДД отдельные временные интервалы t не могут рассматриваться и оптимизироваться независимо один от другого, т.к. ограничения по объемам продаж/покупок и суммарному объему электроэнергии по СДД делают интервальные объемы поставок по СДД взаимосвязанными в рамках суммарного объема договора V. Увеличенные объемы поставок электроэнергии по СДД в одни интервалы приведут к снижению поставок в другие интервалы.
В свою очередь для партнера по СДД, следующего предложенному графику поставок, объемы продаж/покупок электроэнергии в рамках СДД на временных интервалах t жестко установлены другой стороной по договору и не могут изменяться. В этом случае поставки на временных интервалах t могут рассматриваться и оптимизироваться независимо друг от друга, поэтому оптимизационные задачи для партнеров по СДД, следующих предложенному графику поставок, решаются оптимизацией на каждом отдельном временном интервале. При этом значение общей выручки по СДД определяется суммированием отдельных выручек, полученных на интервалах.
Для обеих сторон СДД метод решения задачи должен рассматривать график поставок по договору как оптимальный многошаговый процесс во времени.
.Рассмотрим решение оптимизационной задачи (2)-(9) планирования СДД типа I конкурентной энергосбытовой организацией с помощью метода стохастического динамического программирования. Реализация метода с построением функций будущей выручки производится в два этапа [93, 94].
Первый этап - обратный ход. Цель этого этапа - построение ФБВ для интервалов t = 2, ...,N. Для этого:
1. Вводятся исходные данные задачи: условия ограничений (3)-(9) и прогноз цен на рынке на сутки вперед и др. параметры.
2. Вводятся дополнительные переменные х и, t = l,...,tN_x (рис. 5., справа). Эти переменные отражают объем поставок электроэнергии по СДД после завершения интервала t. На последнем интервале fa, дополнительная переменная х = 0.
3. Для каждого интервала t, кроме первого, задается несколько предположительных значений поставленного объема электроэнергии на начало рассматриваемого временного интервала. Назовем эти предположительные значения состояниями договора х т на начало интервала t (рис. 5., слева).
4. Для учета случайной величины цены электроэнергии на рынке на сутки вперед для каждого значения состояния договора на каждом временном интервале t задаются т дискретных ценовых уровней (сценариев) р\ t с предположительной вероятностью появления каждого уровня %\ в интервале /.
5. Для последнего интервала fa определяется значение целевой функции: m т шах{р? ( + )-2 (Р ,_,н ) " + Е (Р ,_,н О s } (72) i=i i=i Функция будущей выручки для последнего интервала равна нулю.
Задача решается для каждого предположительного состояния договора х /щ для интервала fa с соблюдением ограничений по суммарному размеру договора: х +х% +x%=v и ограничений (4)-(9) для интервала fa. Максимум (72) определяется по переменным x kN ,x sN ,х .
На интервале fa строится функция будущей выручки / " для интервала fa.\. Точками этой функции являются значения целевой функции (72), соответствующие заданным значениям x jfa.
6. Функция будущей выручки / " аппроксимируется полиномом второй степени с использованием метода наименьших квадратов по точкам, найденным в пункте 5.
Построение функций будущих выручки на обратном ходе решения задачи планирования СДД показано на рис. 5. (слева).
7. На интервале fa.i для каждого заданного состояния договора решается оптимизационная задача с функцией будущей выручки, полученной на интервале fa. При этом целевая функция на интервале fa.\ принимает вид: т т i=i /=1 \ JJ Задача решается для каждого предположительного состояния договора х $ для интервала tN.\ с соблюдением ограничений: - по суммарному размеру договора х1" + х + х 1 + - = V; N N - на дополнительную переменную x nin - ]Г х ; - на неотрицательность переменных х? 1 О, х О, л; -1 0, jcjj О и ограничений (4)-(8). В (73) х - задаваемые состояния договора для интервала tN.\.
Максимум (73) определяется по переменным x kN l ,x sN l ,х " 1 ,х 1. Значения целевой функции (73), соответствующие заданным для интервала tN-i значениям состояния договора х щ , являются точками, по которым с помощью аппроксимации строится функция будущей выручки для интервала tN-2 Формирование функций будущей выручки по заданным значениям состояния договора продолжается для интервалов tN.$ , ..., t2. Второй этап - прямой ход.
Решение задачи планирования СДД договора (2)-(9) с объемом V начинается с первого интервала. При этом используются готовые функции будущей выручки, полученные на обратном ходе решения [94]. Определяются искомые величины и значение целевой функции на интервале t.
Свободный двусторонний договор с возможностью изменения поставок электроэнергии и его расторжения
Для представления постановок задач планирования СДД с иерархическим построением оптимизационных моделей и агрегированием имеющейся прогнозной информации по уровням времени рассмотрим СДД, заключаемый на один год определяющей график поставок по договору конкурентной энергосбытовой организацией. Постановка задачи без агрегирования информации приведена в Главе I, согласно выражениям (2)-(9). В данном случае на всех иерархических уровнях, кроме последнего (часового), необходимо агрегировать следующую прогнозную информацию задачи (2)-(9): 1) цена электроэнергии на рынке на сутки вперед р\\ 2) розничная цена p d, по которой ЭСО будет продавать электроэнергию конечным потребителям;
Данные по ограничениям задачи: 3) необходимые объемы продажи конечным потребителям, x d ; 4) предельные объемы поставок по СДД в интервале t, хгтіПі х тах ; 5) максимальный объем закупки электроэнергии с рынка на сутки вперед в Интервале t, - 5 max J 6) максимальный объем продажи электроэнергии на рынок на сутки вперед в интервале/, ЛІтах В данной работе в представленном процессе планирования СДД с помощью агрегирования исходной информации используются усредненные величины, соответствующие рассматриваемому иерархическому временному уровню. Например, при решении оптимизационной задачи для ближайшего месяца используются среднесуточные данные и т.д.
Преимущество использования усредненных величин заключается в том, что в средней величине компенсируются случайные отклонения, присущие индивидуальным значениям. Являясь обобщенной характеристикой совокупности в целом, средняя величина не подменяет конкретные индивидуальные параметры [82].
Рассмотрим решение задачи (2)-(9) планирования СДД, заключаемого между ЭСО и ГК, когда планирование поставок по договору выполняет ЭСО, а ГК следует предложенному графику поставок.
На первом временном уровне планирования ЭСО решает оптимизационную задачу для периода Т, равного одному году. При этом временными интервалами t являются кварталы. На всех временных иерархических уровнях решается задача по выражениям (2)-(9) (см. Глава I). Для каждого уровня меняются только ограничения по суммарному объему СДД и агрегированные прогнозные величины. Для года на первом уровне времени данная задача решается с четырьмя временными интервалами и агрегированными по кварталам параметрами прогнозной информации.
Ограничение по суммарному объему электроэнергии в рамках СДД для годового временного уровня имеет вид: V =YV = Y(x +х } (19s) год 4-і кварт \ к _кварт ss_кеарт J V / где год - суммарный объем поставки электроэнергии за весь период действия СДД, равный одному году; VtKBapm — суммарный объем поставки электроэнергии за t-ът квартал; х[ кварт — количество электроэнергии, которое предполагает получить ЭСО по СДД и продать конечным потребителям за t-ът квартал; х1 кварт — количество электроэнергии которое предполагает получить ЭСО по СДД и продать на рынке на сутки вперед за t-ът квартал. После решения оптимизационной задачи планирования СДД на годовом временном уровне, решается задача для ближайшего (первого) квартала периода планирования СДД. При этом поквартальные суммарные объемы электроэнергии по СДД Vf определяются по найденным ранее переменным годовой задачи х[_№.ар„, и x ss_Keapm в соответствии с выражением: У кварт Хк_кеарт " " Xss_Keapm 1,2...4, C«U)
На этом иерархическом уровне временным интервалом / является один месяц. Ограничение по суммарному объему электроэнергии в рамках СДД для данного уровня времени имеет вид: з 3 "кварт 2-і "мес 2-і \Хк_мес Xss_.uec ) » V" U где V MCC - суммарный объем поставки электроэнергии за t-ът месяц; х[иес — количество электроэнергии, которое предполагает получить ЭСО по СДД и продать конечным потребителям за t-ът месяц; x ss_Mec - количество электроэнергии, которое предполагает получить ЭСО по СДД и продать на рынке на сутки вперед за t-ът месяц. Помесячные суммарные объемы электроэнергии по СДД V[iec определяются по переменным квартальной задачи х\_жс и х а_шс в соответствии с выражением: V =х[ +х , t= 1,2,3, (82) мес к_ліес SS_MCC) V /
При решении оптимизационной задачи на месячном уровне временным интервалом t являются одни сутки. Число временных интервалов определяется в зависимости от того, для какого месяца решается задача. На этом уровне ограничение по суммарному объему электроэнергии в рамках СДД имеет вид: Vмсс = 2-Усут 2 \Хк_сут + Xss_Lym) 5 (р ) t=\ 1=1 где V - суммарный объем поставки электроэнергии за t-ые сутки; х[ сут — количество электроэнергии, которое предполагает получить ЭСО по СДД и продать конечным потребителям за ґ-ьіе сутки; x ss gm - количество электроэнергии, которое предполагает получить ЭСО по СДД и продать на рынке на сутки вперед за t-ые сутки; Т — количество суток в рассматриваемом месяце.
