电力市场经济与管理自学笔记

写本文主要是用于为以后可能从事的电力市场相关方向做点铺垫

第二章 电力经济学基本原理

这一章和高中政治时学的《经济生活》有点类似，是介绍微观经济学的相关专业术语与知识。
首先要引出本章最重要的几个字母：
Q：数量，Quantity；
P：价格，Price；
S：供给，Supply；
D：需求，Demand。
其中Qs代表商品的供给量，Qd代表商品的需求量。

2.1 供给、需求与均衡

2.1.1 需求曲线

需求是指在一定时期内，消费者在某种商品所有可能的价格水平下，愿意且能够购买的商品数量。
总结来说：需求是购买欲望与支付能力的统一
影响需求的因素包括：商品本身的价格（最重要的因素），消费者收入（Income，写为I），其他相关商品价格的影响等，但是总体上，为了简化分析，我们通常只考虑商品价格对需求的影响，即Qd=f（P）
我们首先可以用表格分析，如下：

但是这样不够直观，我们可以用需求曲线来表示

照理来说函数的横纵坐标应该换位置的，但是经济学里这样画貌似是约定俗称的
当然上述的表格还可以用函数Q=-100P+900来表示

2.1.2 供给曲线

供给是指在一定时期内，生产者在某种商品所有可能的价格水平下，愿意且能够提供出售的商品数量。
总结来说：供给是供给欲望与供给能力的统一
影响供给的因素包括：商品本身的价格（最重要的因素），生产要素的价格（Cost，写为C），生产技术的变化（生产力=（劳动+资本+土地）*技术）等，但是总体上，为了简化分析，我们通常只考虑商品价格对供给的影响，即Qs=f（P）
我们同样可以用表格分析，如下：

我们同样可以用供给曲线来表示

该供给曲线可以用函数Q=100P-100来表示

2.1.3 供给需求的平衡

这个主要是会分析不同的情况，用经济学的方法，用数学的方法都可以。

以上图为例子进行分析，在价格为P1时，需求在K点，供给在L点，KL代表供过于求的部分，表示出现超额供给的情况，那么该商品就会降价，降低到E点（Equal），此时价格为P0，供需达到平衡；
在价格为P2时，需求在N点，供给在M点，MN代表供不应求的部分，表示出现超额需求的情况，那么该商品就会涨价，涨到E点（Equal），此时价格为P0，供需达到平衡；

2.2 成本论基础

2.2.1 成本的概念

经济成本=会计成本+机会成本
会计成本可以直接理解为记录在账本上的钱
机会成本是指生产者所放弃的使用的生产要素在其他生产用途中所能得到的最高收入

2.2.2 短期成本曲线

这里同样建议用英语单词的首字母记忆，后续的专有名词太多了
S：短期，Short-run；
L：长期，Long-run；
F：固定的，Fixed；
V：变化的，Variable；
T：总共，Total；
A：平均，Average；
M：边际，Marginal；
C：成本，Cost。
对于短期成本，有

$$STC\left(Q\right)=TFC+TVC\left(Q\right)$$
即厂商的短期总成本=（短期）总不变成本+（短期）总可变成本
短期成本曲线如下所示：

用函数的知识也可以理解STC=TVC+TFC的原因
若考虑短期平均成本，相比短期总成本复杂一些，分析如下：
对于平均不变成本，有
$$AFC\left(Q\right)=\frac{TFC}{Q}$$
很明显AFC为一条单调递减的曲线
对于平均可变成本，有
$$AVC\left(Q\right)=\frac{TVC}{Q}$$
其函数图像是一个开口朝上的U形曲线，原因是边际报酬递减曲线
因此类比短期总成本STC，短期平均成本SAC的表达式如下：
$$SAC\left(Q\right)=\frac{TC\left(Q\right)}{Q}=AFC+AVC\left(Q\right)$$
函数图像如下

最后要引出短期边际成本的概念，这个是蛮陌生的一个名词。
短期边际成本的概念：SMC是在短期内，企业额外一单位产量所引起的总成本的增加量，表示企业多生产一单位产量引起的总成本的变动
又因为FC始终不变，因此SMC的变动与FC无关，SMC实际上等于所增加单位产量所增加的可变成本VC。即：
$$SMC\left(Q\right)=\frac{dTC\left(Q\right)}{dQ}=\frac{dVC\left(Q\right)}{dQ}$$
如果觉得边际成本的概念有些难理解，可以从下面一个例题中理解：已知产量为9单位，总成本为95元；当产量增加到10单位时，平均成本为10元。当产量从9单位增加到10单位的边际成本是多少？
解：增加1单位后，总成本为10*10=100元，成本增加了100-95=5元，因此边际成本为5元。
我的理解是，函数最后一小截△x=1时对应的△y

2.2.3 长期成本曲线

这里了解一些概念即可，重要的是要理解短期和长期的区别
长期总成本（LTC，Long-run Total Cost）：长期总成本LTC是指厂商在长期中，在每一个产量水平上通过选择最优的生产规模所能达到的最低成本

在不同的生产数量下，会有不同的STC曲线，而LTC曲线，就是无数条短期总成本曲线的包络线
长期平均成本（LAC，Long-run Average Cost）：长期平均成本LAC表示厂商在长期内按产量平均计算的最低总成本；而在每一个产量水平上，都存在长期平均成本LAC曲线和某一条短期平均成本SAC曲线的相切点，该短期平均成本SAC曲线所代表的生产规模就是生产该产量的最优生产规模，该切点所对应的平均成本就是相应的最低平均成本。

第三章 电力需求特性与成本特性

3.1 电力的需求特性

3.1.1 电力负荷的概念

这里可以联系《电力系统稳态分析》的内容理解
电力负荷：指电力用户的用电设备在某一时刻所耗用的功率
电力负荷分为有功负荷和无功负荷，一般情况下电力负荷常指有功负荷
发电负荷是指发电厂对电网承担的供电负荷，等于发电机组输出功率减去同一时刻发电厂的厂用电负荷，这里要主要是有厂用电消耗的，联系稳态分析第五章调频那里的耗量特性（F，W——P）曲线，为什么当发出有功功率为0是截距（耗煤量）不为零？
系统负荷是指电力系统中所有电力用户的总负荷与输配电功率损耗之相。 无功功率不适于远距离输送（为什么？）， 因此系统负荷通常就是指系统有功负荷， 也简称为电力负荷。

3.1.2 电力负荷曲线

电力负荷曲线主要有日负荷曲线和年持续负荷曲线

• 日负荷曲线是描述一日内电力负荷随时间（以小时或者更小的时间尺度为单位）变化的由线。—— 主要用于电力系统安全经济调度（日前调取、日内调度、实时滚动）、 电力市场仿真分析等
• 年持续负荷曲线是根据一年内各时点系统负荷数据， 从最大负荷到最小负荷， 各个负荷值的累计持续时间排列出来的曲线。——主要用于电源规划中分析需要建设什么类型的发电机组的经济性分析等

3.1.3 电力负荷特性

电力负荷特性是指电力负荷具有随时间变化的特性，具有周期性和不确定性。通常，不同行业类型用户的负荷特性存在较大差异

3.1.4 负荷预测

负荷预测是指通过数学模型和方法来预测特定区域或用户的电力需求或电量需求

3.1.5 电力需求的概念

电力需求是一定时期内， 电力用户在所有可能的电力价格水平下，愿意且能够购买的电量或电力。

3.1.6 电力需求的管理

电力需求的管理本质上是向电力用户提供的营销业务。

3.1.7 电力需求响应（电力市场方向的热点）

电力需求响应（Demand Response， 简称DR）是指， 电力市场中的用户针对市场价格信号或者激励机制做出响应， 并改变正常电力消费模式的市场参与行为。
优点：促进电力平衡和系统安全稳定运行，降低全系统的电能供应成本，有利于可再生能源消纳，有利于节约化石能源、减少污染

3.2 电力的成本特性

3.2.1 电力的成本

根据《电力系统稳态分析》的知识，我们可以知道电力系统一般可以分为发电——输电——变电——配电——用电。
第一个环节对应发电成本，第二、三、四个环节对应供电成本、第五个环节对应用电成本，下面将一一介绍这些成本。
（1）发电成本
发电成本（Generating Cost）是以发电企业为成本计算单位，核算发电企业在发电运行过程中产生的全部耗费。
其中发电量包括厂用电量和向电网供电网。
（2）供电成本
供电成本是以供电企业为成本计算单位， 核算为送电、变电、 配电、 用电以及售电所发生的全部耗费。
影响供电成本的因素包括：供电量、最大需量、用电时间、负荷率（负荷率为某一时段内平均负荷与最大负荷的比值，当平均负荷相同负荷率越低，说明我大负荷所占用的时间较长）、同时率（同时率是指一组用户的综合最大负荷与组中每个用户的最大负荷之和的比值，同时率越大说明我是所有机组中需求量最大的）、电压等级（低电压等级需要承担低电压的线路和变电设施的费用）
（3）用电成本

3.2.2 电力成本结构及其特点

不同类型发电机组中的发电成本是电力系统经济调度与电力系统规划的基础数据和优化模型的组成部分。

3.2.3 各类电源固定成本对比及其变化趋势

可再生能源的建设成本逐渐降低， 未来可再生能源机组在电力市场中的竞争能力会逐渐增强

3.2.4 火电机组的变动成本及其特性

（1）煤耗特性与煤耗成本
燃煤发电机组的煤耗特性曲线：燃煤发电机组单位时闸的煤耗量与其输出功率的关系曲线。

燃煤特性的煤耗特性曲线一般可用二次多项式函数表示：
$$F=a{P}^2+bP+C$$
F是机组供电煤耗量（吨／小时，t/h）， 真意义是锅炉稳燃状态（即不投油）下， 在机组承担不同的负荷条件下机组每小时的煤耗量；P是机组发电功率（MW），a, b, c是煤耗特性参数。

3.2.5 其他电源的变动成本

第四章 电力系统经济调度

这里先推荐下北京交通大学许寅老师在bilibili上的本科《智能电网》中的一节——第6讲-经济调度与最优潮流，可以让大家对经济调度有非常直观的认识。需要注意的是许老师不仅上传了本科课程，还上传了研究生课程，本科期间学习本科配套的第6讲即可，如果还有兴趣可以学习下用Python/Matlab+gurobi算线性规划，认识下优化就行

4.1 概述

4.1.1 电力系统经济调度的含义

要理解电力系统经济调度，首先要回想下电力系统运行的特点/电能生产、输送、消费的特点：电能不能大量储存、工况的改变十分迅速（暂态过程非常快速）、与国民经济之间关系密切……，因此区别于一般的工业生产调度，电力系统经济调度是指：在保证电力系统安全可靠（安全、安全、安全！）的前提下，最优安排各类电力资源的运行，以最低成本满足电力供需平衡。

4.1.2 电力系统经济调度的作用

从短期来看，首先是能够降低发电成本（省钱）；其次，互联电网的联合经济调度，可以降低系统备用率（我差的地方可以由你来出，不用我另外花钱备用了）；最后，还可以方便一些能源政策的实施，例如现在的“双碳”。
电力系统经济调度，主要包括了

1. 安全约束经济调度——Security-constrained economic dispatch（SCED）：在已知电力资源投入/退出状态组合的基础上，优化电力资源的具体运行水平，在满足 系列安全约束的同时，最小化发电成本。
2. 安全约束机组组合——Security-constrained unit commitment（SCUC）：优化电力资源的投入/退 出状态组合，在满足一系列安全约束的同时， 最小化发电成本。

4.2 经济调度

4.2.1 单时段经济调度

这部分可以联系《电力系统稳态分析》第五章节有功调频——三次调频的内容，方法就是用拉格朗日乘数法。

4.2.2 线性化单时段经济调度

基本求解方法是从各个机组分段中边际成本最小的分段开始分配负荷， 并将各个段的出力相加， 直到满足负荷， 进而计算得到各机组最终出力大小

4.2.3 多时段经济调度

4.2.4 输电网模型

4.2.5 安全约束经济调度

4.3 机组组合