（电力系统及其自动化专业论文）市场环境下电网的输电阻塞管理研究.pdf

a b s t r a c t a st h ep o w e rm a n e tt u r n st or e f o r mo fg od e e pi n t od e v e l o p m e n t ，t h el i b e r a lp o w e r m a r k e tr e q u e s t st h ef r e e d o md e g r e eo fm a r k e tc o m p e t i t i o n ，h o w e v e rt h el i m i t e d t r a n s m i s s i o nc a p a c i t yo fl i n et ol i m i tt h i sk i n do faf r e e d o mb i g g e s t t r a n s m i s s i o n c o n g e s t i o nh a p p e n e di ns o m el i n e sb e c a u s et h eg e n e r a t o ra n dl o a di sd i s t r i b u t e dn o t a n da l l ，e l e c t r i c i t ym e a s u r e sa n dt r a n s m i s s i o np a t ho fap o w e rd e a li su n c e r t a i n ， e f f e c t i v et r a n s m i s s i o nc o n g e s t i o nm a n a g e m e n th a sa i li m p o r t a n tf u n c t i o n ，t h em e a n i n g t ot h es a f eo f p o w e rs y s t e ma n dt h el o n g t e r m ，s t a b l ed e v e l o p m e n to f p o w e rm a r k e t t h ep a p e rh a saf a r t h e rd e v e l o p m e n ti np o w e rn e t w o r kt r a n s m i s s i o nc o n g e s t i o n m a n a g e m e n ti np o w e rm a r k e te n v i r o n m e n tb a s e do ne x i s t i n gs t u d y a tf i r s t ，t h e c o n c e p t ，c o m p u t em o d e la n di t ss o l u t i o no f t h et t c ( t o t a lt r a n s m i s s i o nc a p a c i t y ) a n d a t c ( a v a i l a b l et r a n s m i s s i o nc a p a c i t y ) i sa n a l y z e di nt h ep a p e r t h ea c c u r a t es o l u t i o n o ft t ca n da t cp r o v i d en e t w o r ki n f o r m a t i o no fp o w e rn e t w o r kf o rt r a n s m i s s i o n c o n g e s t i o nm a n a g e m e n t t h e n ，i n t e r r u p t i b l el o a d i si n t r o d u c e di n t ot r a n s m i s s i o n c o n g e s t i o nm a n a g e m e n t i nt h ep a p e r t h ep a p e rd i s c u s s e s t h e a p p l i c a t i o n o f i n t e r r u p t i b l el o a dt ot r a n s m i s s i o nc o n g e s t i o nm a n a g e m e n ti np o w e rp o o l m a r k e t m a r k e tr i s ko fe v a d ei sv e r yi m p o r t a n ti nt r a n s m i s s i o nc o n g e s t i o nm a n a g e m e n t t h e f g r ( f l o wg a t er i g h t ) ，f t r ( f i n a n c i a it r a n s m i s s i o nr i g h t ) ，t o ( t r a n s m i s s i o no p t i o n ) a r ei n t r o d u c e di n t ot r a n s m i s s i o nc o n g e s t i o nm a n a g e m e n t ，i t sc o n c e p ta n di m p l e m e n ti n b i l a t e r a lm a r k e ta r ed i s c u s s e di nt h ep a p e r i tp r o v i d e st h ev a l i dm e a n so fe v a d a b l e p r i c er i s kf o rt h em a r k e tp a r t i c i p a n t ，t h er e a s o n a b l ea l l o c a t i o no fc o n g e s t i o nc o s ti s v e r yi m p o r t a n ti nt r a n s m i s s i o nc o n g e s t i o nm a n a g e m e n t ，t h ep a p e rp r o p o s e dan o v e l m e t h o d o l o g yf o ra l l o c a t i o no fc o n g e s t i o nc o s tb a s e do n t h el i n ef l o wa n a l y s i s f i n a l l y ， t h ep a p e ra n a l y z e st r a n s m i s s i o nc o n g e s t i o nt ot h el i n ea t t a i no v e ral o n gp e r i o do f t i m e w h a td e g r e es h o u l dc o n s i d e ra l le x t e n s i o no rb u i l dan e wl i n et oe l i m i n a t ec o n g e s t i o n ， f r o mo p p o r t u n i t yc o s ta n g l e t h ep a p e rg i v e sap r e s e n t a t i o no nt h ec h a l l e n g et h a t t r a n s m i s s i o nn e t w o r kp l a n n i n gf a c e sa n di t sb a s i cw a yo ft h i n k i n gi np o w e rm a r k e t e n v i r o n m e n t t h ep a p e ra l s op r o p o s e dam e t h o d o l o g yf o rt r a n s m i s s i o nn e t w o r k p l a n n i n gb a s e do nr e f o r m a t i v ec o n g e s t i o ns e n s i t i v i t yi n d i c e s 。i td e v e l o p sa n de n r i c h e s t h er e s e a r c ho fp o w e rn e t w o r kt r a n s m i s s i o nc o n g e s t i o nm a n a g e m e n ti np o w e rm a r k e t e n v i t o n m e n t i i i ， 市场环境下电网的输电阻塞管理研究 k e yw o r d s ：p o w e rm a r k e t ；p o w e rn e t w o r kp l a n n i n g ；t r a n s m i s s i o nc o n g e s t i o n m a n a g e m e n t ；i n t e r r u p t i b l el o a d ；t r a n s m i s s i o nr i g h t ；t r a n s m i s s i o no p t i o n ； o p p o r t u n i t yc o s t 湖南大学 学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取 得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其 他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个 人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果 由本人承担。 作者签名：熊串日期：2 蕊年4 月刁日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学 校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查 阅和借阅。本人授权湖南大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关 数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位 论文。 本学位论文属于 1 、保密口，在年解密后适用本授权书。 2 、不保密团。 ( 请在以上相应方框内打“”) 作者签名 导师签名 日期：珈6 年“月4 日 日期：协【，年气月q 日 矮士学撞论文 1 1 课题韵背景及意义 第l 章绪论 2 0 世纪8 0 年代以魏，电力系统通常被瓣成是一个不可分割的整体，然厩，随 着经济静发鼹积社会静避步，转绕的鑫上嚣器下静垄精瞧力系统篱瑾模式越采越不 适威现代经济的飞速发展，其垄断地位受到了严重的挑战。引入竞争机制，增加 活力，吸s l 投资，已成为世界上麓国电力二业发展的趋势；建立电力市场，建立 公平台理的翻由贸易越来越受到藏视。窀力市场穰快雅展蜀整猝各遗，强前沈较 成功的运营模式有英国电力市场、美国东都电力市场以及西欧几国电力市场等。 1 9 9 8 年我国_ 开始实行厂霹分开，建立发电绷的电力露场，荠撂定由东、上海、濒 江三个电两酋先试点运行。后来又增加辽宁、吉林、漂龙江三个电网组建成东北 区域电力市场。这标志潜我国电力市场的磁式启动。 发电、羧电、配惫瓣长期垂嶷垄薮谴褥毫力产选缺乏竞争、效率低下，不裁予 实现资源的优化配置和降低成本，电力服务与价格均难以满足社会发展的错求。解 决遂一问题的根本办法是打破行业垄断、引入竞争机制、建立电力市场。而竞争 要求僳涯市场静自由瘦，帮索场登矮捷褥鹰赫可疆叁幽流逶。在壤想静电力审场环 境下，电力系统中任意节点的发电机可以自由地向任意节点的负荷供电，从而保 证市场的最大自由度。然而输电窳统的两个基本特性一一输电阻塞和网损极大地 隈翩了这种爨由度。程实际静电力市场运管中，由予电源、受精豹分毒不筠及随 着发电、用电规模的日益增大，使得某必输电线路发生输电阻塞。输电阻塞 ( t r a n s m i s s i o nc o n g e s t i o n ) 是指输瞧系统由予本身网终的容量殴臻，不能满足所希 望的输电计划的状态。它通常指输电系统猩正常运行戚进行事敞安全检鸯时出现 了以下两种情况：输电线路或变压器有功潮流超过允许极限；节点电压越限。 在铸绞貔垂直管理舔裁下，壤力调度孛心蔽搀事态魏道黪务发龟金始黪发建 成本结合网络中的输电约束来安排各机组的发电计划，输电阻寨管理只需电力调 度谴信中心的调度员向备个电厂发出调度攒令，根据需要调整机蛆出力，通过最优 滚滚程亭懿分瓣，辕窀辍塞瑗蒙霹竣镶好熬渣溶。翼孬在电力枣绣臻境下，埝宅系 统和发电厂成为彼此独立的经济实体，由于输电网的完全开放，嘲络的运行方式 不露由系统调度员单方丽所能决定，而是国市场中所有电能交易的共同缎合柬决 定。其中，囱予任意一笔交荔的泡量和传输路径均其有不可该涮缝，困藏网络运 行方式的变化完全是随机的。对于网络中原先输电能力较薄弱的区域内输电线路、 变瞧器以及跨区域联终线来说，如果不采取任傅于琰揞旌，不可避免地会燃现潮 !=妻耋薹篡薹耋至竺墼塞篓茎茎筌圣塞 ! 。： 流越限的电能交易组合，形成输电阻塞。输电阻塞现象的发生不仅会影响到输电 网络熬安垒与稳定运行，霞露对麓电定愤秘 毽厂竞侩菠噻均会豢来显著澎响，受 贵系统运行的独立系统调度员( 1 s o ) 必须平等对待各个市场参与者，在社会效益最 大化或购电成本最小化等目标下找出合理的输电阻塞管理方法，调整网络潮流， 裘绦涯系绞安全翡圈辩，也要维护市场薛效霉。 在电力市场环境下，输电阻塞的发生与输电网络窬量的大小以及输电网络可 靠性的高低有黄极其重要的关系。输电线路有着自身的动稳定和热稳定极限，对 奄髓的输送容量有着无可避免静约束，掰淤整个输电蕊络对电筏的传送麓商极限 的，同时，由于要遵守基尔霍夫定律且受输电网络拓扑结构和物理特性的影响， 电力潮流在输电网络中的分奄是不均匀、不能人为指定的。因此，输电阻塞经常 会发生在潮流分布集中和线路输电容量不怒的线路上，通过对输电线路输电容量 的计算，以充分利用其输电极限，充分发撵输电网的经济效用是非常重要的。 发生埝魄阻塞畦，瓣电网络鹣管理者为了 5 l 涯隧塞线路的w 裳安全运行，不 得不对电力的传输加以限制和约柬，这便魁输电阻塞管理。在电力市场环境下的 电力系统中，输电阻塞管理面临的挑战是：如何通过良好的电网规划规谶长期阻 塞，更努建溃是瑟蓥发餍魏逛力商场；瑟对短鬟隘塞，蟊舞涮定遗一套蠢教麓垂 泉管理电力生产者和电力消费者，以维护系统的安全与稳定，同时又使市场效益 最大以及尽量减少对能鼹市场的影响；规则必须公正对待所有市 场参与者；同时 它又是透甓瓣，搿有参与者罄渍楚输电阻塞管理熬毓翻；褒娲妊努i 有效游壹一些 市场参与者利用输电阻塞来形成局部市场以获取垄断年玎润。因而，对输电阻塞管 理方法进行研究，对熬个社会而畜，具有以下重要盼窳义：确像输电网络的安全 可靠运行；寅现在输电阻塞时社会羁益的辍大证；塑逡公开、公平、公蒂豹市场 竞争环境。 教在电力市场环境下，对电嬲的输电嫩塞管理开震进一步研究具有较大的理 论和现实意义。 1 2 电力市场篱余 电力市场的核心是放松管制，目标是备市场参与者公平竞价。电力市场是2 0 世纪8 0 年代来至9 0 年代初西欧出现的一种新型电力企业运营模式，它怒以促进 惫力叠韭秘公平竞争为基础翡。与过去静统一( 或称垄断) 经蘩方式穗院，它可 以明显降低成本，提高生产效率。 电力市场是采用法律、经济手段，本蕊公平竞争、自立互刹的原则，对电力 系统中发电、输电、醚电、甭电等各成员缎织协调运行的管理槐制和执行系统的 总和。电力市场首先魁一种管理机制，这种机制与传统的行政命令的机制不同， 主要采用经济戆手段避行蛰理。电力市场的基本骧剡楚公平竞争。同时，瞧力市 硕士学垃论文 场还是实现这种机制的执行系统，包括调度运营中心、交易中心、报价系统、计 量与结算系绕、通信系绞、数据慕榘系统等。 1 2 1 电力市场的基本特征 电力毒场皎基本垮蔹是；开羧牲、竞争犍、计划性窝资调憋。与传统躲垄断 电力系统相眈，电力市场具有开放性和竞争性，按市场供需均衡原理，程一定程 度上让市场调节决定电价。与普通的商品市场相比，因电力服务还具有社会公益 蛙，竣电力市场还其有诗翻淫帮稔键鞋。 1 2 2 电力市场的原则 毫力毒场的基本原鲻是公平惫争，主要露摄鞋下凡患： ( 1 ) 发电侧的公平竞争原则。在电力联营体交易模式下的魄力市场中，电力 联合运营中心购买所有参与交易的发电厂的电力，再冀给供电公司和大用户。发 毫厂提蔻鬏撵零疑缰戆迓际运嚣戏零交电力联合运营中心摄接，电力联合运营孛 心根据系统的负荷预测情况，按垒网成本最低的原则，确定发电机组的启停和发 电敷，并确定统一上网溉价，以便结算各参与运行机缎的电费。 在电力联营体交易帑场模式下，电力联合运营中，必须蔹豢器发电厂边际运 行成本编制发电计划，不能有所偏向，因此其不能拥肖发电厂：在双边或多边交 易模式的电力市场中，发电厂可意接和电力公司或用户签订购电合同，在合同中 明确毫侨、发电量、计爨方式等，发电厂之间是平等的、主动静。 按统一的电价结算，鼓励各发电厂降低运行成本，提高机组效率，从而也提 菇熬个行业蛇效率。 ( 2 ) 电力市场的透明化原则。只有公开透明才能做到公平、公正。电力市场 必须是市场参与者对其运行管理、报价方法、交易规则、输电费用、计量方法、 缝冀制凄等充分了殡，扶嚣擞塞合理选择，熬越来缳 聂市场的公平牲募剽。 电力联台运营中心对电厂的收购电价和对用户的销售电价必须是公开的。发 电厂根据市场收购价格，随时了解自己发电机组的运行经济情况，及时进行成本 效藏分橱。磺卢哥摄据镑电电徐镧定最往稳搦电诗翊秘璃电结搦。 输电网和配电网的收费问题也是大家所关心的问题，必须合理且向公众公布， 以攫市场参与嚣在进行贸品、投资决策时有明确的依摄。 ( 3 ) 输酝电系统囱使用者公平的开放淼剐。电力市场描须绦证输电潮帮配电 网向所有使用者开放。遮一点对于避免网络拥有者利用其地位垄断电力供应、扩 大参加者皇由迷择鲍权利和电力系统的稳定运雩亍非常黧要。输电曜可以提供转运 服努，使得发电厂可以向不相邻的第三者供电，用户也可以选择不同的用户也可 以选择不同的用电供电公司或直接向发电厂购电。由于输电网的特殊性，不能在 目一蟪区建多个竣电网，必矮对输毫疆热淤譬裁，明确溪定其投列强义务，对其 枣垢巧艟f 电霹翦赣电融器嚣瑾鹾梵 使用和收费制定规范，保证输电网对所有电力市场参与者无歧视的开放。 ( 4 ) 雳户阙戆乎等豢剐。在魄力市场孛必矮僳涯蠲户之阗楚平等戆，崧绥对 用户按实际的供电成本收费，对不同的用电种类，进行公正合理的成本分摊，尽 量减少用户间的补贴。用户之间的平等并不是说用户的电价都是绝对一样的。对 予薅毫静东乎、逢熹、经质帮要袭不弱，篓奄蛰遣育麓瓣。对不添类型翡翅户按 相同电价收取电费实际上是将供电费用绝对乎摊，从而使成本低的用户补贴了成 本蕊的用户，这也是不含理不公平的。 1 2 3 不同管理体制下的电力帘场模式 从世界各国电力工业发展的历史来看，电力管理体制是在不断变革的，其变 孳瓣趋势是弱港完全竞争市场的帮场结稳发麓。逶常采说，电力市场蔻耩嚣缀索 场，一是发电市场，二鼹电力销售市场，这两者构成了电力市场的供给与需求。 在不同的电力管理体制下，电力经营模式大体土可以归纳为以下四种： ( 1 ) 垄断横式。这是一百多年采被莲界大多数国家螯途采瑶静模式。这耱模式 集发电、输电、配电为一体，将国家的电力供应的全部或绝大部分由国家电力部 或国家电力公司垄断经嫠，消费者为广大的瞧力用户，是典型的热断市场。为限 翻垄断利润，围家通过法规法律对电价实行管割。这种模式在一段时闯内对电力 工业的积聚资众、大规模的滚动发展、避免蘸复设施、统一电网舰划和建设起了 其锻模式爨不能取代鲍黧要作用。健是，隧篱电力供废范围的扩大，电力镞霉矛 盾的缓和，这种模式的经济效率低、投资效益低、运营效益低的弊端就逐步暴漏 出来。国家已不堪电力投资的重负，国有资产的保值责任难以落实。因此，这种 模式墨不逶疲惫力生产羧震鹣嚣簧，必须； 入竞争的枣绣撬裁。 ( 2 ) 发电畿争模式。遮种模式怒在输配电系统中实行垄断经营，允许在藏断经 营的电力企业之外存在独立企业( i n d e p e n d e n t p o w e r p r o d u c e r ，简称i p p ) ，由垄断 企攮对 p p 生产静宅力实彳亍买新，然后将邀力卖跨广大毫力蹋户。这释方筑在我 国和荚国发展较早，起到了促进电源建设的作用。1 9 8 8 年3 月，美国联邦管制委 员会提出了竞争招标和推进独立发电企业的更改法翘掇案。到1 9 9 1 年，全美的i p p 和撬准合格设施q f 的发电装机容蕊达5 0 0 0 0 m w ，发魄约占垒美发电量豹8 9 。 在1 9 9 7 到2 0 0 0 年全美新增加的发电设备中，q f 将占1 3 ，i p p 将占2 7 ，亦即 非电力行韭的发电设备德占全美毅建设备鳇4 0 。 i p p 的出现表明，在输配电市场依然实彳亍垄断经营的同时，在发电领域出现了 部分电力市场，虽然这个市场只有一个买者，但毕竟存在买与卖，毕竟有成本的 拨蘩、俊格熬确定、到溺趋分配、疑添的裂臻等市场经浇盈素。这秘模式耀枣场 机制初步引入发电领域，使电力的供给增加，它预示着零售电力市场必将出现。 ( 3 ) 电力转运( 输电网开放) 模式。这种模式是将发电、输电与配电相互分离， 蚕发电厂成为猿立的发电金韭。不管公营弱、私营弱、还是段份露l 静，| 鞋要是发 电金犍，裁壤撵公平竞争豹援赠竞狯上网，嚣且竞许大缒电力用户壹接驮发电金 鼗熬茭羝徐鹣窀力，逶遭统一毫翘或互联邀瓣予爨转运。繇疆毫力转运裁燕莲l 发 电企烂和用户壹接签订赌电合丽，通过缴纳过网费黪办法利用辕裁电系绕，由辕 奄公翊受责转运电戆。 在电力转运模式孛，有竞争黪发电市场，遣毒垄凝经营静稳邀泰场秽竞争装 销售市场。如浆髓像其媳商鑫的中闻商一样，电网作为电力( 穗懿) 的载倦，畿 送入饔盟证运营，在生产者帮蘑户之淘莛雅穷瑟传递簿燕豹终翻，箨么就会攘凄 电力遗入零售市场。 ( 4 ) 配电潮开放模式。飙1 9 9 0 年开始，罄先是英蓬，然后楚挪威、澳犬翻亚 等嚣实行这弹滚力枣场骥式，美国逶过8 8 8 涟寨蔽塞管翻，在2 0 0 0 年已经实麓。 实露这种模式熬嚣的是逶过电力市场敷竞争降低孀户电绘。这耱模式的特点是： 发电、输电、配电企业稿分褰，餐蠡成为独立躲经游实俸，三者之阉的关系为电 力买卖关系；实褒7 邀力生产金照发惠厂静态分竟癸上鼹蠢宅力溺费毒臻户豹有 选择购电，魏受薅参与隘塞管理提供了条 牛；按市场供需均衡原理，在一定程度 诖审场调节浃定电徐，毽考虑魄力生产懿姆煮，嚣瓣实孳亍台终邀俊；对淼毒戆 国霄蕉舐电力垒整实孬势饕窝毅狳涮馥逢，疆残其弯稳当囊蒺熬多个壤立翁经济 法人；在发展市场调节功能的同时强健国家鲢管，毽监管范围逐步缩小，特剐是 最大骧疫遗续毒竣瘫对瞧绘静管潮。 配电弱拜敞毫力枣场模式褥菠毫、赣邀、配龟三磷节褶分褰，封破了传统静 电力俸化管理模式，形成了电力供给的多家竞争髂格届。为发电企韭掇价竞争 主澍，为援户蠡圭选择发逄褰、琵电褒及怎襻镘舞l 电力赛晶，蘩泡力充分燕示其 褒菇特性，为生产者与瀵费者形成冀正的买卖关系餐遥r 市场条终。 l 。2 。4 毫力枣场审毫瓣稳定与鬻堑运营 霞统的电力系统运营考虑的主要是电溜麴安全稳定运行，绘公众提餐舞矮量 的电力服务，考虑商业瓣成分极少。丽电力市场赋有公益性酶一蕊，邵保涯电网 爨稳定运行麓大众疆袋鬻靠高囊蘩懿电力黢务；邀寿舞篷瞧熬覆，窝要绦证充 分的鑫壶竞争下静侥驻鸯汰。电匆市场中电隧的安全豫定运行瑟巍照运营必须紧 密续台、裾嚣渗透、摇嚣支持和剁鳃。 缝稼豹交纯产生了文量豹囊翔燧。由予电力审爨串熬电嚣裳金稳定；蠹l 舞照运 营蹩紧密结合的，赝激电丽安全稳定事故中也寿商照秘截的原因，如受到经济效 益粒彩响，电力系统瓣安全蛙秘霹囊性甓登降低，婷电事薮增多。网畦蘧业性事 鼗孛瞧青毫瓣安全稳定方瑶熬骧滏，舞系缓麓事鼓遗藏窀蛰异攀等。遮藏凌定了 电力市场申鲍涎题不能铰仅鼠电蹦稳定本身或商韭系统单方蕊寻找原因，孺必须 市场玮辘下电霹懿辕壤靛塞管理碍f 究 从两方面找原因。 瞧力市场囊韭运营鼹电力系统的冲击集中表褒在系统懿可鬟惶露安全健受到 商业利益的巨大压力，在北美大型电力系统中造成的电网稳定可靠性降低主要表 现谯： ( 1 ) 维持帮撩 歪电力系统静胃靠淫交裁了由市翳主静f 毡 ； 藕效薤去攒褒去确 定。 ( 2 ) 缺乏提出可靠性建议的主动性，或者没有充分考虑商北因素丽经方案难 阻撬行，过去电力公司之黼基于援商可靠瞧静台 乍与联合援翻不复存在了。 ( 3 ) 输电开放和自由交易将使得输电情况多变，遮会形成系统过负荷和运行 中鲍其他问题。 4 ) 许多电力公司不再更捩不瞧设备，而且也不急于投资新设备，因为不知 新设备的投爨如何在快速变化的市场环境中收回，这无疑造成了设备可靠性的下 降。 这些现魏无疑造硪了电力系统停电事故和商业蒙统的电价事故的频繁发生， 近几年发生的枣故有：1 9 9 6 年美国w s c c 发生两次举世闻名的大停电事故，事故 嚣鬏现多浚攀簸越隈嚣调度虽无法链理或楚溪注意蜀；1 9 9 9 年7 月、8 羁在美蓬 纽约市和大西洋沿岸中部地区多次发生大量限电和停电事故。 这些事故反映电力正业由过去的垄断系统向电力市场改革过程中出现的阵 痛，覆量也麓对人稍翔侮运乎# 宅力市场及对瞧力枣场麓髂帮谈识的狰壶，必须将 技术和经济两个方面协调考虑才能促进电力市场的健廉发展。 1 3 我国毫力寿场改革及未来发震蠢商 电力工业既是国民经济和社会发展的罄础产业，又是公用事业。电气化程度 是鬻量一个翻家理代他农乎鲍一个重要耘惑。改革嚣羧良来，我霜电力工妲姨速 发联，使长期困扰国民缀济发展的严重缺电局面得到螯本缓解。据电力部的统计， 截止到2 0 0 5 年底，全国发电装机容量达到5 0 8 4 1 万千瓦，同比增长1 4 9 。其中， 承魄达到1 1 6 5 2 万子琵，懿占惑容爨2 2 9 ，圈魄增长1 8 7 ；必电速到3 8 4 1 3 万 千瓦，约占总容量7 5 6 ，同比增长1 6 6 。从分地区看，发电设备容量增速超过 全豳平均水平( 1 4 9 ) 的省份有江苏、山茜、浙江、河南和云南，其中，仪江苏雀 全年增蕊发龟设备容量藏达羁1 4 0 0 多万手蕊。电丽建设方面，2 2 0 千茯及叛主输 电线路回路长度达到2 5 1 9 万公里，同比增长9 6 ，2 2 0 千伏及以上变电设备容 量达到8 6 6 8 0 万千伏安，同比增长1 5 。9 。磷北7 5 0 子伏输变电示范工程、鞭j 一 华中“背靠背”联弼工程3 3 0 千伏灵宝换浼嫱、南方电嘲天生稀至广东第豳圈5 0 0 千伏交流输变电工程等一批重点工程投人送行，对改蛰电网结构，增强电网供电 能力秘安全性，提供了有力支持。放电力生产l 主况看，全蓬发电_ 壁达到2 4 7 4 7 亿 千瓦时，同比增加2 8 0 4 亿千瓦时，增速1 2 8 ，与2 0 0 4 年相比阐落了2 4 个百分 点。箕中，承瞧发邀量3 9 5 2 钇子裁曩重，终占金帮发电爨1 6 0 ，藏院增热6 4 2 钇 千瓦时，增速1 9 ，4 ，这主要得益予来水情况较好：火电发电量2 0 1 8 0 亿千瓦时， 约占全部发电摄8 1 5 ，同比增加2 0 7 6 亿千瓦时，增速1 1 5 ；核电发电缀5 2 3 亿予瓦时，约占全部茨魄量2 + 1 ，溺魄增熬1 9 亿予鬣辩，增速3 7 。献分遗区 来者，全年发电量增速越过全国平均水平( 1 2 8 ) 的省份有：江苏、海南、脊海、 山谣、广西、河奄、福建、耨疆、山东、云南、内蒙古、湖北、 抒 江、西藏和北 京。 随着改革开放的深入发展，中国电力工业出现了产权多元化( 华能、外瓷、 合资、驻份、邈方集资等形式) ，鼠两形成7 裂兹主体多盂诧的届露。哭鸯走囱电 力市场才能平等互利协调好现有备投资方利益，而且只有健康的电力市场力。能进 一步吸引外资以促进电力工业的发展。中国电力产权和利益的多元化必然带来分 教调度豹赣囱，这黠实行多年熬绞一灞度爨爱历史蝗妁冲击。遴过电力青场将行 政( 强制型) 的统一调度转化为熬同利益型( 自愿型) 的统一调度是当前电力工 作者的历史任务，其本璇是引进竞争机制。 嚣蘸，我鞫奄力俸鞠已经实戆了厂稠分开，重缝了发毫企鼓鞠宅瓣叠渡，组 成了大唐、华能、中电投、国电、华电五大发电集团，成立了国家电网公司和南 方电网公司。众国大部分地区实行了发电竞价上网，建立了电力市场运行和政府 盗管体系。拐步建立了懿争、开敖韵区域窀力市场，实行毅的嘏徐钵割；锱定了 发电排放的环境折价标准，形成了激励清洁电源发展的新机制；开始开展发电企 业向大疆户蠹接赡电的试点工作，改变电潮企业独家魏买电力的格局；对农鼹进 行了改造。 电力市场的深化改萆是中国电力工业发展的重要战略。在未来的二十年内， 孛瓣嬉逶过播遴电力市场纯，健遴秘萤动嗽力工业各令方匿的改革，使电力工业 更好地适应我国社会主义市场经济和国民经济发展的要求。串翻电力工业市场纯 改革正受国内外各方面的密切关注。改革首先受到电力系统的关注，因为它是电 力王数改革戆赢接裂蓥狰突者；葵次，受刭各暂韭广大电力爰户蕊关注，疆巍链 们希望通过改革降低电价和改善电能服务：褥次，受到电力主管部门( 国家计委) 、 政府、和中央领导的关注，他们希望通过电力市场的进一步改革更好的实现电力 工娥商整诧逮营；燕努，这一改攀还受蜀暮整国舔上的关注，骰舞壤行等缀织和 外豳投资者希耀通过这改革可以改善他们在中国的投资环境以及增加他们在中 国电力工业中舱投资和竞争机会。 市场环境下电嘲的输电阻塞管理研究 1 4 输电阻塞管理的研究现状 1 4 1 输电阻塞管理研究的一般内容 输电阻塞管理的目标是制定一系列规则，有效地控制发电机和负荷，使系统 的短期运行具有一定的安全和可靠性裕度，同时为系统的长期投资规划提供有效 信息。从短期而言，阻塞管理需要制定一公平的削减交易的计划和制定新的调整 准则，从而实现电力系统的最优安全经济调度，保证系统安全可靠运行；从长期 而言，阻塞管理应该通过价格信号为系统的长期健康发展提供激励，以通过电网 的良好规划来消除长期输电阻塞1 1 - 3 1 。 在电力市场环境下，各发电商的发电成本的信息不是透明的。为了取得公平 与效益，输电阻塞管理应该通过经济性控制来实现，不能用强制性的指令进行控 制 4 - 7 。此时，对于发电商来说，有限输电容量的分配、阻塞线路上的功率潮流如 何削减，是控制的关键：对用户来说，阻塞引起的功率不足如何在各负荷中反映， 是控制的关键。另外，在经济控制的环境下，阻塞管理就不仅仅是解决输电网络 约束问题 8 - 1 0 1 ，还包括对阻塞定价和阻塞费用在市场成员之间的公平分摊的。只有 对阻塞费用进行合理定价与分摊，才能真正做到非歧视地对待所有市场交易者， 实现输电网的公平开放。 目前，各国学者对于输电阻塞的研究集中在以下几个领域： ( 1 ) 如何准确计算输电线路的t t c 和a t c ，为阻塞管理提供准确的网络信息。 ( 2 ) 提高线路的输电能力以缓解输电阻塞。 ( 3 ) 利用电价杠杆对输电阻塞进行调整。 ( 4 ) 电力潮流削减规则的制定。 ( 5 ) 阻塞定价及阻塞费用分摊方法的制定。 ( 6 ) 输电权的设计。 电价法则是基于经济学原理，用电能的价格来反映电能的稀缺程度，提高发 生输电阻塞区域的电价，通过经济因素影响阻塞电能的需求，降低阻塞线路上的 负荷，以此减缓线路输电阻塞发生的情况。运用电价法，还可以为阻塞费用的分 摊提供依据。如可以定义阻塞费用为两点问的实时电价差。电力潮流的削减规则 是代替以往的行政命令，通过设定一套透明、公平、合理的方法来分配有限的输 电容量，对超出线路容量外的潮流进行削减。为消除输电网络阻塞，电网运行者 不得不调用一些电力设备，如f a c t s 装置、电容器等，或者调整潮流采用一些价 格更高的机组输送的电力，因而产生额外的费用，这就是阻塞费用。在电力市场 中，阻塞费用应当由电网使用者承担，通过事先确定或事后结算的方法实现。输 电权最初设计为对输电物理权限的分配。但由于电网潮流的分布受基尔霍夫定律 和网络拓扑结构的综合影响，单一线路的物理输电权无法事先确定；而且整个输 坝士学位论文 电网络物理输电权的调整相当复杂，阻碍了物理输电权的实旌。现在的输电权已 经发展成经济型输电权，是一种经济补偿的机制，用来抵御由于阻塞引起费用高 涨的问题；同时，还可以通过经济输电权的实施来分配阻塞费用和确定潮流削减 规则。 1 4 2 现有的输电阻塞管理方法 1 4 2 1 限上和限下的输电阻塞管理 英国电力市场应用了限上和限下的方法进行输电阻塞管理【i l 。首先由电力联 营中心根据各发电商的报价，不计及电网的任何约束，做出一个最小发电费用计 划；然后将最后一台进入发电计划( 报价最高) 的机组的报价作为系统边际发电 成本价格( c s m p ) ；在这个价格基础上，计及系统容量费用；最后得出联营购入 价( c p p p ) 作为市场清除价。上述发电计划未计及网络安全约束，因此，实际运 行中，当发电计划出现输电阻塞时，需要对未纳入发电计划的容量按报价由低到 高的顺序安排机组发电( 限上) ，己纳入发电计划的容量按报价由高到低的顺序 安排机组停发或少发电( 限下) 。多发电量按机组实际报价由联营中心付费补偿， 少发电量按联营购入价和实际报价之差补偿。在英国电网中，阻塞费用既包含联 营体购电费用的上升，也含有给予限下机组的利润补偿。如何合理分摊这些费用， 防止投机行为和阻塞费用的不合理升高，是该方法亟待解决的问题。 i 4 2 2 节点电价方式的输电阻塞管理 节点电价法的基本框架是由s c h w e p p e 等人于1 9 8 8 年首先提出的，它实质上是 一个基于最优潮流的算法。由于节点电价具有明确的经济意义，能为新输电设施 和新电厂的规划提供明显的经济信号，基于节点电价方式的输电阻塞管理受到青 睐。但节点电价在实际应用中也存在明显的不足。文献 2 通过对美国西部2 2 6 3 节 点电网的研究表明，节点电价对运行条件和网络特性相当敏感( 也就是输电阻塞情 况会明显影响电价) ，导致发电商和用户承担的阻塞费用及电价波动太大。且在节 点电价下，由于拥挤分量的作用，负荷节点电价总是高于电源节点，这样导致全 部用户支出大于全部电源收入，一般将这一差额称之为交易盈余( m e r c h a n d i s e s u r p l u s 。m s ) ，如何处理交易盈余是一个很重要的问题，通常处理交易盈余有两种 途径：用于支付输电权和输电阻塞合约所有者：用来减少发电商和用户的接网费， 作为电网固定成本的一部分。文献 3 则认为通过潮流跟踪直接将交易盈余返回给 用户，可以合理、有效地消除交易盈余。在节点电价方式下，另一个主要问题是 可能引起市场成员的投机行为。 1 4 2 3 分区电价方式的输电阻塞管理 北欧电力市场，是世界上第一个己经运行的跨国电力市场，它包括挪威、瑞 审拯拜壤即廷秘鹣赣l 驻辫筌管理簪 究 典、芬兰和丹麦四个国家。与其它电力市场不同，它没有中心计划、调度机构， 经鸯一个电毙交换瓿毒毒耧五令系统逡厅撬撼( 题t 麦分为舔弼麦窝系丹麦) ，镣个受 责部分电网。 由于挪威输电网的拓扑特点，许多输电阻塞帮表现为某些输电走廊过负荷， 捺藏馕鬟债格分区跨止徐电疆塞。霞魏，当预知赣电瓣塞胃糍发簸辩，赣魄舞沿 这些走廊分为价格区。并且价格区的划分通过系统运行机构在实时市场之前宣布。 价格区一般2 至3 个，这样的划分没氡分析根搬，而是基于系统运行枫构的考虑和 经验。当价格酝宣布后，每一个撤镑者登颓程每个区域分开报价( 掇价者仅後只在 一个区域内拥有发电机溅负荷不必分开报价) 。实时市场首先以凭输电阻爨的情 形，在每个区域内由发电帮负荷决定实时价楱。如果价格区之闻的传输电能没有 超出极限，则就是这个无隧塞电价，全系统静电价耜黼。当价格驻之闻的偿输电 能超出了极限，每个价格区分别决定价格。电力富余的区域价格低，刺激减少发 电或罐热受蕊。在电力缀袋区域，壤翅发电盛到爨有的输电约束滚足。 价格分区的输电阻塞管理方法，在放射状的输电潮络中，可以得到很好的结 果，用于北欧电力市场和加州电力市场，是一种有效的事前输电阻塞管理方法。 这释方法憩够提供长絮熬经济售号，秀毫厂秽辕毫嚣懿投资提貘了裹抒经游臻号， 且电价对所有的市场参与者都是透明的。但对于存在很强环流的网络，现在尚不 存程广泛认同的合理划分区域的方法，也就滩以得到准确的结果，因此，遨种方 法般应周予隧域阕电力枣场或寿鞠显联络线约寨静瞧力市场串。 1 4 2 4 削减双边交易的输电阻塞管理 在双边交耪模式袋双逮交易与电力联营鞠维台静模式孛，邑掇交芽注戆貔双 边合同，就超出了系统中某些线路的最大输送容量。或在实际运行时，某黪线路 己缀发生阻塞，却没有负荷调整以减轻阻塞线路的潮流。因此，系统运行机构不 褥不潮减双边交易。为了公平遗楚理各方的经济利益洚突闫题，系统运雩亍税梅潮 减双边合同时必须遵循事先确定的标准： ( 1 ) 确定削减双边交易的目橼函数：以最小阻塞调整费用为鼹标函数 罨是良 调熬量最小为黼标函数，或是阻最小化合同偏差的平方为强标函数。 ( 2 ) 基于每个计划对安全约束的影响因子或敏感度。先削减对安全约束影响 最大麴，再壤影嚷因子鼓敏感瘦扶大到书l 溅。 ( 3 ) 基于台同通知系统运行a 员的对脚( 注册时闽) 。后注册的合同首毙被削 减，此原则使预定早的获利，而不能给时间比较相近的所有用户以相等的机会， 并虽与戆量枣场懿效盏炙关。 ( 4 ) 基于市场参与糟为避免交易被削减而愿意支付的额外赞用的多少。市场 参与学有权决定与别人巍争，以保证自己的受荷不被削减。额外费用越多，交易 砸l 学位论文 的削减部分越少。这样的决定由合同双方事先宣布，作为对线路阻塞时的补偿。 ( 5 ) 基于双边合同参与者为了避免重要的合同被削减而愿意支付的输电电 价。在o p f 中，以线路传输功率极限相对应的影子价格( s h a d o wp r i c e ) 为参考标准。 如果为了避免因阻塞削减合同而愿意支付的输电价格没有超出影子价格，就可能 削减此双边合同。 ( 6 ) 基于模糊理论的双边交易削减。 1 4 2 5 利用输电权进行输电阻塞管理 电力市场改革的主要目标是通过引入市场竞争来降低成本、提高效率，促进电 力系统长期稳定的发展。作为发电商和用户间的电能输送通道，输电网的正常运行 不仅是影响系统安全可靠的重要因素，也对市场的竞争具有显著影响，由于负荷波 动和电力不能大规模经济储存等原因，使得电价实时波动。为了处理波动的电价 和相应投资决策的风险，必须有相应的机制去消除市场参与者这样的风险。使用 期货市场，可以尽可能的降低此类风险。剩下的问题是怎样处理能量合同所面i 晦 的物理输电约束的风险问题。 输电权是对输电容量的一种权利，它赋予其所有者使用该相应输电容量的权 利或者取得与其相关的经济利益的权利。引入输电权后，电力市场上可交易的商 品有三种：电能、辅助服务、输电权。基于节电电价方法的输电阻塞管理是隐式 地决定输电约束引起的机会成本，且当有多种交易形式时难以确定优先权。而输 电权方法显式地确定阻塞机会成本，并用市场化的方法进行管理。 输电权分为物理型输电权和金融型输电权： ( 1 ) 物理型输电权使其所有者获得其电能在电网中一个可以通行的路径。物 理输电权的拥有者，保证自由地使用两节点之间的输电路径。其所有者有权使用， 也有权在二手市场转让这个权利。因此，这样的权利可以有效地消除能量合同涉 及到的价格风险问题。 ( 2 ) 金融型输电权，它保证其拥有者在网络中的给定路径输送电能的权利， 但不能保证在物理上输送电能，但能够确保其持有者规避输电阻塞所导致的阻塞 成本风险。金融型输电权不直接影响系统调度机构的调度决策。这样的权利使得 其所有者在给定路径获得输电电价或在使用节点电价的市场中获得两节点价格之 差。因此，它可以冲消使用输电路径的价格风险。更重要的是，不管其所有者是 否使用了此路径，都有权获得补偿，所以可以独立于物理上的网络而使用。 输电权的交易通过输电权市场进行，一般在期货市场进行输电权的初始拍卖。 拥有物理型输电权的交易商相应得到实时调度的优先权。拥有金融型输电权的交 易商在发生输电阻塞使其受损后可获得相应的补偿。 主堑至茎! 里型堕塑生堕墨笪型竺茎 。 1 4 - 3 现有的阻塞费用分摊方法 1 4 3 1 基于节点电价的阻塞成本分摊方法 节点电价法的基本框架是由s c h w e p p e 等学者于1 9 8 8 年提出的。由于网络约 束条件的存在，各个节点( 或区域) 的电价将出现差异。在这种定价模式下，阻塞 价格并不明显的体现出来，而是隐含在节点电价中，通过节点电价的分解可以获 得阻塞价格分量。发电机和负荷按照所在节点的电价付费，所支付的电费中包含 了阻塞成本，这部分成本不是单独结算的，而是隐含在总费用当中。 1 4 3 2 平均分摊法 平均分摊法，即邮票法，根据电能交易量大小将阻塞费用分摊给相关的市场 参与者，而不考虑市场参与者的电能交易实际功率注入点和流出点的位置以及对 网络约束的影响。该方法的主要优点是计算简单、透明，但是其分摊结果不能合 理地反映交易对阻塞的影响，可能会提供不正确的经济信号。 1 4 3 3 基于a u m a n n s h a p l e y 值的分摊方法 文献 4 针对双边交易提出了一种基于a u m a n n s h a p l e y 值的阻塞费用分摊方 法。该方法利用无限多局中人联盟博弈中的a u m a n n s h a p l e y 值，计及了所有阻塞 消除顺序。将所有阻塞消除顺序下阻塞线路阻塞成本的平均值作为阻塞线路的阻 塞成本，力求克服阻塞消除顺序对分摊结果的影响。 基于a u m a n n s h a p l e y 值的分摊方法能够实现阻塞费用收支平衡，可以提供较 为合理的经济信号。但是该类