（电力系统及其自动化专业论文）市场环境下的电力系统电压安全及预防控制研究.pdf

摘要 ( 4 ) 基于电力市场集中交易模式，提出一种功率注入控制方法( p o w e ri n j e c t i o n c o n t r o lm e t h o d - p l c m ) ，用于统一求解电压稳定及热稳定预防控制问题以消除网络阻 塞，该方法以功率注入为控制手段，并针对安全恢复和安全裕度恢复两种安全标准。该 方法的核心为电压稳定及热稳定恢复或者电压稳定及热稳定裕度恢复对功率注入的灵 敏度，并将这些灵敏度以线性化安全约束的形式加入各种优化目标，如l l 范数和k 范 数目标。以实际系统为例验证了方法的有效性，并比较了以及l i 范数目标与k 范数目 标的异同。需要说明的是，该方法同样适用于求解管制模式下的阻塞管理问题。 ( 5 ) 基于电力市场双边交易模式，提出一种交易控制方法( t r a n s a c t i o nc o n t r o l m e t h o d - t c m ) ，用来统一求解电压稳定及热稳定预防控制问题以消除网络阻塞，并针对 安全恢复和安全裕度恢复两种安全标准。该方法的核心为电压稳定及热稳定恢复或者电 压稳定及热稳定裕度恢复对交易的灵敏度，并将这些灵敏度以线性化安全约束的形式加 入各种优化目标，如l l 范数和k 范数目标。同样，以实际系统为例验证了方法的有效 性，并比较了l l 范数目标与k 范数目标，以及功率注入控制法与交易控制法的不同。 ( 6 ) 提出一种考虑故障的，电压稳定及热稳定约束的多交易并行可用传输容量评估 方法，分别以l l 范数与k 范数为优化目标，前者致力于最大化传输容量，而后者则致 力于在各个交易之间相对公平地分配传输容量。通过数值仿真比较并分析了并行传输与 非并行传输的不同，以及l i 范数目标与k 范数目标对a t c 值的影响。 ( 7 ) 以时域仿真为工具，研究并比较了感应电动机负荷与一般非线性动态负荷在短 期电压失稳中的作用；同时研究并比较了s v c 、s t a t c o m 以及并联电容器在预防短 期电压失稳中的作用。 关键词：微分代数模型；电压安全评价；电压稳定；热稳定；分岔边界追踪；动态 无功备用；电力市场模式；预防控制；阻塞管理；可用传输容量；短期电压失稳 h a b s t r a c t s t u d yo nv o l r a g es e c u r i t ya n dp r e v e n t i v e c o n t r o lo fp o w e rs y s t e m si n d e g r e g u a l ，r e de n v i r o m e n t s a b s t r a c t v o l t a g ei n s t a b i l i t yi sw i d e l yr e c o g n i s e da sas i g n i f i c a n tt h r e a to fp o w e rs y s t e mb l a c k o u t h e n c e ，v o l t a g es e c u r i t ya s s e s s m e n t ( v s a ) i so n eo ft h em o s ti m p o r t a n tt a s k si nc o n t r o l c e n t e r so fp o w e rs y s t e m s w i t ht h eo p e n i n go fl a r g ee l e c t r i c i t ym a r k e t s ，i nm a n yc o u n t r i e s ， m o r ea n dm o r ep o w e rt r a n s a c t i o n sh a v eb e e ne s t a b l i s h e d m o r e o v e r , p o w e rs y s t e m so f t e n o p e r a t ei nu n f o r e s e e nc o n d i t i o n ss i n c et r a n s a c t i o n sf o l l o wd i f f e r e n tp a t t e r n st h a nt h o s e a s s u m e da tt h ep l a n n i n gs t a g e o b v i o u s l y , s y s t e mo p e r a t i o ni sp u s h e dc l o s e ra n dc l o s e rt oi t s l i m i t sa n dt h e r ei san e e df o ra p p r o p r i a t et o o l st oi d e n t i f yd a n g e r o u sc o n t i n g e n c i e s 。a s s e s s s e c u r i t ym a r g i n sa n ds u g g e s tp r e v e n t i v ea n dc o r r e c t i v ea c t i o n s h e n c e ，v s ab e c o m e se v e r l i m o r ei m p o r t a n ti nt h eo p e na s s e s se n v i r o n m e n ta n ds h o u l db ep e r f o r m e di nc o n t r o lc e n t e r sf o r o p e r a t i n gp o i n t sf o r e c a s t e do nt h ee a c hh o u ro ft h en e x td a yb u ta l s oi nr e a lt i m e ，i no r d e rt o f a c eu n f o r e s e e ne v e n t s t h et s os h o u l de v a l u a t es e c u r i t ym a r g i nw i t hr e s p e c tt oc r e d i b l e c o n t i n g e n c i e s i nc a s eo fc o n g e s t i o n ，i e w h e ns e c u r i t ym a r g i na r ed e e m e di n s u f f i c i e n to r w h e nt h es y s t e mh a sn om a r g i nw i t hr e s p e c tt oap l a u s i b l ec o n t i n g e n c y , t h et s os h o u l d d e t e r m i n et h eb e s tp r e v e n t i v ea c t i o n st or e s t o r es u c hm a r g i n s 1 m i st h e s i si so n l yd e v o t e dt o s e v e r a lt o p i c so nt h ep o w e rs y s t e mv o l t a g es t a b i l i t ya n di t sp r e v e n t i v ec o n t r o l su n d e rt h e d e r e g u l a t e de n v i r o n m e n t m a i nr e s e a r c hw o r k sa n dc o n t r i b u t i o n sa r es u m m a r i z e da sf o l l o w s ： ( 1 ) a i m i n ga tt h ed i f f e r e n t i a la l g e b r a i cm o d eo fp o w e rs y s t e ma ts t e a d y - s t a t e ，t h i sp a p e r p r e s e n t sas y s t e m a t i ca n da d a p t i v ec o n t i n u a t i o nm e t h o df o rd e t e c t i o no fs a d d l en o d e b i f u r c a t i o n ( s n b ) ，l i m i ti n d u c e db i f u r c a t i o n ( e r a ) a n da l lt h ed e v i c el i m i tp o i n t s ( l p s ) f i r s t l y ，a na d a p t i v es t e ps i z ec o n t r o lm e t h o di si n t r o d u c e df o rt r a c i n go fe q u i l i b r i u mm a n i f o l d a n dd e t e c t i o no ft h es n bp o i n t t h i ss t e ps i z ec o n t r o lc o n s i d e r st h ec u r v a t u r eo ft h em a n i f o l d a n daq u a d r a t i ci n t e r p o l a t i o np o l y n o m i a li si n t r o d u c e dt op r e d i c tt h en e x tc o n t i n u a t i o np o i n t s e c o n d l y a n o t h e rp r e d i c t o r c o r r e c t o rs c h e m ei sp r e s e n t e dt of i n da l lt h el p sa n di d e n t i f yt h e l i bp o i n t as y s t e m a t i cm e t h o dt r i e st oc o r n b i n et h et w oc o n t i n u a t i o ns c h e m e sa n d 】e a dt oa m o r ee f f e c t i v em e t h o df o rs n b ，l p s ，a n dl i bd e t e c t i o n t h ep r o p o s e dm e t h o di s d e m o n s t r a t e dt h r o u g hs e v e r a ln u m e r i c a lt e s t s i no u rn u m e r i c a le x p e r i m e n t s ，t h em e t h o di s i l l a b s t r a c t v e r ye f f e c t i v ec o m p a r e dw i t he x i t i n gm e t h o d ( 2 ) b a s e do nt h ed i f f e r e n t i a la l g e b r a i cm o d e lo fp o w e rs y s t e ma n db i f u r c a t i o nb o u n d a r y t r a c i n gm e t h o d ，v o l t a g es e c u r i t yi se v a l u a t e dw i t hr e s p e c tt oc r e d i b l ec o n t i n g e n c i e s t h e p r o p o s e dm e t h o dc a ns p e e d u pt h ee v a l u a t i o np r o c e s sw i t hh e l pf r o mt h eb o u n d a r yp r e d i c t o r a n dc o r r e c t o r c o m p a r e dw i t hm a r g i ns e n s i t i v i t y , b i f u r c a t i o nb o u n d a r yt r a c i n gp r o v i d e sa l l a c t u a lv a l u eo ft h em a r g i nb yc o n s i d e r i n ga l lt h en o n l i n e a rf a c t o r s i tc a ne s t i m a t et h em a r g i n f o ra n yl a r g ec h a n g ei ns y s t e mp a r a m e t e r sf a s t e rt h a nt h ee x i s t i n gm e t h o d sa n dp r o v i d em o r e a c c u r a t ei n f o r m a t i o nt h a nt h em a r g i ns e n s i t i v i t ya n dt h er e l e v a n ti n f o r m a t i o na b o u tt h e n o n l i n e a rc h a r a c t e r i s t i c sb e t w e e nm a r g i na n dc o n t r o lp a r a m e t e r s t h ep r o p o s e dm e t h o di s d e m o n s t r a t e dt h r o u g hs e v e r a ln u m e r i c a lt e s t s ( 3 ) t h er e a c t i v er e s e r v e so fd y n a m i cr e a c t i v es o u r c e sh a v ea ni m p o r t a n te f f e c to n p o s t - c o n t i n g e n tv o l t a g es t a b i l i t y t h ee v a l u a t i o no fr e a c t i v ep o w e r 咒s e r v e sh a sg a i n e d a t t e n t i o nw i t h i nt h ec o n t e x to fu n b u n d l i n go fg e n e r a t i o na n dt r a n s m i s s i o n w eh a v ep r o p o s e d as y s t e m a t i cm e t h o dt oe v a l u a t er e a c t i v ep o w e rr e s e r v e sw i t hr e s p e c tt oac o n t i n g e n c y t h e c e n t r a lc o n c e p tp r o p o s e dh e r ei st h ee f f e c t i v er e a c t i v er e s e l w eo fag e n e r a t o r ( o ro t h e rr e a c t i v e g o n r c e s ) w i t hr e s p e c tt oag i v e nc o n t i n g e n c y t h el a t t e ri st a k e na st h er e a c t i v ep o w e r p r o d u c e db yt h eg e n e r a t o ri nt h em a r g i n a l l ya c c e p t a b l ep o s t - c o n t i n g e n c ys i t u a t i o n f o ra s p e c i f i e dc o n t i n g e n c y , e f f e c t i v er e a c t i v e r e s e r v eo fs y s t e mi sd e f i n e da st h e w e i i g h t e d s u m m a t i o no ft h a to fe a c hr e a c t i v es o u r c e w h i l e t h ew e i g h t sf a c t o ro fe a c hr e a c t i v es o u r c ei s r e p r e s e n t e da st h es e n s i t i v i t yo fi t sr e a c t i v ep r o d u c t i o nt ot h ec o n t i n g e n c yp a r a m e t e r t h e r e a c t i v er e s e f v e $ a r eo b t a i n e da sab y p r o d u c to ft h eb i f u r c a t i o nb o u n d a r yt r a c i n g ，t h u sa tn o a d d i t i o n a lc o m p u t a t i o n a lc o s t i na d d i t i o n ，w ea l s op r o p o s ead i m e n s i o n l e s si n d e xn a m e da s r e a c t i v er e s e r v es e c u r i t yi n d e xt ob ea sam e a s u r eo fp o w e rs y s t e mv o l t a g es t a b i l i t y t h e p r o p o s e dm e t h o di sd e m o n s t r a t e dt h r o u g hs e v e r a ln u m e r i c a lt e s t sa n ds e v e r a lc o n c l u s i o n sa r c p r e s e n t e d ( 4 ) b a s e do nt h ep o o lm o d e l ，a ni n t e g r a t e dm e t h o di sp r e s e n t e dt od e t e r m i n e 。i ns o m e o p t i m a lm a n n e r ，t h ep r e v e n t i v ea c t i o n sn e e d e dt or e m o v ev o l t a g ea n dt h e r m a ls t a b i l i t y c o n g e s t i o na i ma ts e c u r i t yr e s t o r a t i o na n ds e c u r i t ym a r g i nr e s t o r a t i o n t h eh e a r to ft h e d e v e l o p e dm e t h o di st h ed e r i v a t i o no fs e n s i t i v i t i e si n d i c a t i n gt h er e l a t i v ee f f i c i e n c yo ft h e v a r i o u sb u si n j e c t i o n st or e s t o r ev o l t a g e t h e r m a ls t a b i l i t yo ri n c r e a s ea l li n s u f f i c i e n tv o l t a g e t h e r m a ls t a b i l i t ym a r g i na n du s eo ft h e s es e n s i t i v i t i e si nl i n e a r i z e ds e c u r i t yc o n s t r a i n t st h a t c a nb ei n c o r p o r a t e dt ov a r i o u so p t i m i z a t i o no b j e c t i v e s ，s u c ha sl tn o r ma n dl 2n o r m n u m e r i c a le x a m p l e so ft h ep r o p o s e da p p r o a c h e sa r e g i v e nf o rar e a l l i f es y s t e ma n d i l l u s t r a t e dt h a tt h el in o r l ny i e l d st h em i n i m u md e v i a t i o nf r o mt h em a r k e te q u i l i b r i u mb u t i v a b s t r a c t m a y b ed e e m e dd i s c r i m i n a t o r y o nt h eo t h e rh a n d t h ebn o r mi sl e s sd i s c r i m i n a t o r y ，a l l o w s t oa c c o u n tf o rs e n s i t i v i t yi n a c c u r a c i e sb u tl e a dt ol a r g ec h a n g eo f c o n t r o lv a r i a b l e s ( 5 ) b a s e do nt h eb i l a t e r a lt r a n s a c t i o nm o d e l ，a l li n t e g r a t e dm e t h o di sp r e s e n t e dt o d e t e r m i n e ，i ns o m eo p 6 m a im a n n e r , t h ep r e v e n t i v ec o n t r o l sn e e d e dt or e m o v ev o l t a g ea n d t h e r m a ls t a b i l i t yc o n g e s f o na i ma ts e c u r i t yr e s t o r a t i o na n ds e c u r i t ym a r g i nr e s t o r a t i o n t h e h e a r to ft h ed e v e l o p e dm e t h o di st h ed e r i v a t i o no fs e n s i t i v i t i e si n d i c a t i n gt h er e l a t i v e e f f i c i e n c yo ft h et r a n s a c t i o n st or e s t o r ev o l t a g e t h e r m a ls e c u r i t yo ri n c r e a s ea l li n s u f f i c i e n t v o l t a g e t h e r m a ls e c u r i t ym a r g i na n du s eo ft h e s es e n s i t i v i t i e si nl i n e a l i z e ds e c u r i t yc o n s t r a i n t s t h a tc a l lb ei n c o r p o r a t e dt ov a r i o u so p t i m i z a t i o no b j e c t i v e s ，s u c ha sl ln o r r na n dki i o i t i i n u m e r i c a le x a m p l e so ft h ep r o p o s e da p p r o a c h e sa l eg i v e nf o rar e a l l i f es y s t e ma n ds e v e r a l c o n c l u s i o n sa l ep r e s e n t e d ( 6 ) w eh a v ep r o p o s e d as i n g l e o p t i m i z a t i o n - b a s e dc o m p u t a t i o np r o v i d i n g t h e s i m u l t a n e o u sa t c so fas e to ft r a n s a c t i o n su n d e rb o t hv o l t a g es t a b i l i t ya n dt h e r m a ls t a b i l i t y c o n s t r a i n t s h e r et o o ，t w oo b j e c t i v ef u n c t i o n sw e r ec o n s i d e r e d w h i l et h el lo b j e c t i v e m a x i m i z e st h eu o ft h et r a n s m i s s i o nc a p a c i t y , t h eko n ey i e l d saf a i r e rc a p a c i t ya l l o c a t i o n - t ot h ev a r i o t i st r a n s a c t i o n s n u m e r i ct e s t si l l u s t r a t et h a tt h es i m u l t a n e o u sa t c ss e c ms u i t a b l e r a t h e ri ni o n g i t u d i n a ls y s t e mw h e r es e v e r a lt r a n s a c t i o n st e n d st ou s et h es a m ec o r r i d o r , w h o s e c a p a c i t ym u s tb ef a i r l ya l l o c a t e db e t w e e nt h et r a d e r s o nt h eo t h e rh a n d ，n o n - s i m u l t a n e o u s a l l o c a t i o no ft r a n s m i s s i o nc a p a c i t yr e m a i n so fi n t e r e s ti nm e s h e dn e t w o r k s ( 7 ) s h o r t - t e r mv o l t a g ei n s t a b i l i t yi sr e l a t i v e l yl e s sw e l lk n o w nt h a ni t sm o r et r a d i t i o n a l l o n g - t e r mc o u n t e r p a r t , m a i n l yb e c a u s et h e r ea r en o ta sm a n yw e l l d o c u m e n t e di n c i d e n t so f s h o r t t e r mv o l t a g ei n s t a b i l i t ya sl o n g - t e r mo n e s t h i sp a p e rd i s c u s s e saf e wa $ p e c t st h e i n d u c t i o nm o t o rl o a da n dt h eg e n e r i cn o n - l i n e a ld y n a m i cl o a di ns h o r t t e r mv o l t a g ei n s t a b i l i t y i na d d i t i o n ，t h eu s eo fs v c ，s t a t c o ma n ds h u n tc a p a c i t o rt oc o u n t e r a c ts h o r t - t e r mv o l t a g e i n s t a b i l i t yi si n v e s t i g a t e da n dc o m p a r e d a tl a s t ，s e v e r a lc o n c l u s i o n sa l ep r e s e n t e d k e yw o r d s ：d i f f e r e n t i a l - a l g e b r a i ce q u a t i o n sf d a e ) ；v o l t a g es e c u r i t ya s s e s s m e n t ； v o l t a g es t a b i l i t y ；t h e r m a ls t a b i l i t y ；b i f u r c a t i o nb o u n d a r yt r a c i n g ；p r e v e n t i v ec o n t r o l s ； d y n a m i cr e a c t i v er e s e r v e ；d e r e g u l a t i o nm o d e s ；c o n g e s t i o nm a n a g e m e n t ；a v a i l a b l et r a n s f e r c a p a b i l i t y ；s h o r t t e r mv o l t a g ei n s t a b i l i t y v 上海交通大学 学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立 进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不 包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究 做出重要贡献的个人和集体，均已在文申以明确方式标明。本人完全意 识到本声明的法律结果由本人承担。 学位论文作者躲5 躜勉 日期：驴7 年，月3 日 上海交通大学 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。本人授权上海交通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。 保密口，在一年解密后适用本授权书。 本学位论文属于 不保密回。 ( 请在以上方框内打“4 ”) 学位论文作者签名：；髓- 1 继指导狮签名：诌彩 日期： 叼年1 月、日 日期：p7 年1 月3 日 第一章绪论 1 1 研究的背景和意义 第一章绪论 电力系统是一个复杂的大规模非线性动态系统，尤其近年来不断引入的新技术、新 设备增强了系统的非线性程度，其稳定性分析是规划和运行中最重要的任务之一。长期 以来，电力系统功角稳定问题一直倍受关注，对这一问题发生的机理己有比较清楚的认 识并发展出一套相对完备的分析方法和控制措施【l 羽。但自二十世纪七十至八十年代以 来，国际上多个大型电力系统中接连发生了电压失稳事故，它们的共同特点是：系统受 到扰动之后，系统中的频率和角度基本维持不变，而某些节点电压则持续下降且不可控 制，最终导致系统失去大量负荷或导致系统崩溃瓦解。电压失稳已经被广泛认为是电力 系统崩溃的重要威胁之一【4 t5 1 。若无特别说明，本文并不严格区分电压稳定和电压安全 两个术语。 电力市场的发展和远距离、跨大区域电网的互联在提高经济效益、优化资源配置的 同时，也对电力系统的安全稳定运行提出了更加严峻的挑战1 6 l 。在电力市场环境下，系 统各部分的所有权发生了变化，决策过程从单独的运行机构分散到了不同的利益实体之 间，从而系统运行条件的不确定性大大增加，系统稳定裕度、备用容量以及对突发事件 的应变能力与以往相比都有很大的不同。如果市场规则不能引导出充足的可用发电和输 电容量，以及市场运营不能及时保证发电和输电备用裕度，则市场竞争将会给系统的安 全稳定运行带来诸多问题，其中之一便是电压不稳定或电压崩溃引起的局部失负荷或大 面积停电。 1 9 9 6 年7 月2 日美国西部联合电网( w s c c ) 停电事故的调查结果指明：事先未经研 究过的实际运行条件使调度员不知所措，缺乏稳定裕度的概念。因此不知系统离开安全 稳定极限有多远。2 0 0 3 年8 月1 4 日北美东部电网发生了一次重大停电事故，1 0 0 多个 发电厂、几十条高压输电线路相继停运，损失负荷达6 1 8g w ，影响了五千万人口的用 电，经济损失高达三百亿美元。2 0 0 3 年8 月1 4 日北美大停电已经被认定为电压崩溃事 故m ，电压崩溃是由线路相继开断造成的，而线路开断又是由于线路过负荷后保护动作 造成的，而不是由低电压引起的。特别需要强调的是，受端无功短缺以及线路开断过程 中仍在运行的线路上无功潮流的大幅度上升是导致保护动作、线路跳闸的一个重要原 因。该事故表明，在电力市场环境下，必须制定统一的法规以激励独立发电商从维护整 个系统安全的角度出发，事故情况下，不仅向系统提供必要的有功支持，也要向系统提 供充足的无功支持。追溯至2 0 0 0 年加州电力市场失败的原因，需要认识到，在充分利 用竞争机制和价格手段的激励作用提高电力工业经济效率的同时，保证电力系统安全、 稳定、可靠运行仍然是市场化的首要任务。 第一章绪论 我国电力系统的发展方向是建立全国统一的互联大电网，以实现跨区域、远距离的 电能输送和交易，有效调节电力供求关系，引导电力投资，优化全国范围的能源资源配 置旧。因此，为了适应我国电网及电力市场发展的需要，有必要对市场环境下的安全稳 定问题进行深入细致的研究，并提出可能采取的策略。本文选择市场环境下的电力系统 电压安全及其预防控制作为研究方向，具有一定的现实意义。 1 2 当今的电力市场环境 1 2 1 电力市场发展回厩 二十世纪八十年代以来，席卷全球的电力工业市场化改革浪潮，宣告了传统的从电 能产生到分配都在一个公司控制下的垂直管理模式的终结。改革内容包括：放松对电力 企业的管制，将传统垂直一体化运行的电力工业分解为发电、输电、配电三个环节。在 具有竞争潜质的环节引入市场机制形成可竞争市场。简言之，电力市场改革就是通过市 场竞争来实现资源的优化配置，促进电力工业长期、持续、稳定发展。目前，国际上已 经有数十个电力市场处于运行之中。智利、阿根廷、英国、美国、澳大利亚等国的电力 市场改革给其电力工业带来了活力，并加快了世界上其他各国包括我国的市场化发展进 程。尽管有美国加州电力市场失败的教训，但更多的是成功的经验。放松管制、引入竞 争、实现电力工业市场化是不可逆转的历史趋势，也是电力工业发展进程中一次深刻的 变革嘲。 1 2 2 电力市场结构及模式 电力市场改革的基本思想是解除电力系统发、输、配、售垂直一体的垄断型产权及 管理结构，引入竞争机制，从而产生了广泛的利益实体，如独立发电商、输电系统运行 机构( t r a n s m i s s i o ns y s t e mo p e r a t o r - - t s o ) 、独立零售商、电力用户以及独立经纪人等。 从电力市场的结构来看，发电商为市场的供给主体，零售商及用户构成市场的需求主体， 而电力市场的输电部分则包括输电系统运行机构或，和输电网所有者。从市场交易的时间 跨度，可分为中长期市场和短期市场，或称为远期市场( f o r w a r dm a r k e t ) 和现货市场( s p o t m a r k e t ) 。从交易的产品来看，可分为电量市场、容量市场和辅助服务市场。按市场交易 的方式，可分为集中交易、双边交易、混合交易模式等。上述各种不同分类的组合形成 了不同的电力市场结构。 现货交易相对于期货交易而言，更接近运行时间，从而可以在实时运行前，进一步 调整电量供需，这样既可以减少实时运行时进行大量电量平衡的困难，有利于电网的安 全运行，又可回避实时系统运行中的电价波动风险。现货市场包括日前和实时平衡市场。 日前市场是提前一天组织交易的电力市场，发电商可以提前一天根据机组的经济性、技 2 第一章绪论 术性，例如检修计划、机组开停等组织生产。这种交易组织形式与电力生产的发电预调 度计划紧密结合，符合电力生产高度的计划性和组织性的技术特征，因此被大多数的电 力市场所采用。实时平衡市场的建立是由电力生产和消费的实时平衡特性决定的。作为 远期市场和日前市场的补充，实时市场不仅具备一定的电能交易功能，其更主要的任务 是维持系统的功率平衡和消除阻塞，从而提高电力系统运行的安全稳定性。世界各国电 力市场大多建立了实时平衡市场，并取得了成功的运营经验。 解除管制给电力系统的控制和运行带来了全面而深刻的变化。根据每个系统的不同 特性，可以实现各种各样的市场服务，尽管各种服务的实现有差别，仍然出现了两个概 念性的市场模式：集中交易( p 0 0 1 ) 以及双边合同( b i l a t e r a lc o n t r a c t ) 模式【9 l 。为了给用户 更多选择同时保持集中交易的优点，逐渐发展出一种混合集中及双边合同( h y b r i d p o o l - b i l a t e r a l c o n t r a c t ) 模式。因此，有些国家侧重于集中交易模式如智利、英国、瑞典、阿 根廷、西班牙等，而有些国家侧重于双边合同模式，如美国、挪威等。 ( 1 ) 输电系统运行机构( t s 0 ) 输电网虽然具有天然垄断性，但其在市场交易中具有平台和通道的作用，t s o 必须 确保输电网对市场成员无歧视开放，并独立于它们的经济利益。在某些市场中，t s o 是 完全独立的，因而称为独立系统运行机构( i n d e p e n d e n ts y s t e mo p e r a t o r - i s o ) ，在另外一 些市场中，t s o 同时也是输电网络的拥有者。t s o 的责任就是维护电力系统的安全稳定 运行，即便t s o 并不拥有系统的任何部分。为了达到这个目的，t s o 需要辅助服务市 场的支持，比如自动发电控制、旋转备用以及无功支持等，以获取必要的运行备用。t s 0 的一个重要任务就是进行阻塞管理，市场环境下，消除阻塞是一个更大的挑战，因为 t s o 对发电商没有控制权。为了提供更多的安全控制选择，t s o 应该拥有对日前市场与 平衡市场的垄断决策权，比如英国电力市场。 ( 2 ) 集中交易模式( p o o im o d e ) 集中交易模式有一个中立的实体负责运营日前市场，该实体也即市场操作员( m a r k e t o p e r a t o r - m o ) ，作为独立于交易之外的市场组织者，不从交易中牟取利益。发电商向 m o 提交下一个交易时段能提供的电量及要求的价格，m o 根据负荷预测和所有发电商 的报价，按照报价从低到高的原则确定发电调度计划和市场结算电价。一般情况下，市 场结算电价由边际机组的报价决定，即统一边际电价机制。 集中交易模式的突出特点在于用投标拍卖机制确定发电调度及市场结算价格。一般 有两种定价方法：统一定价方法及节点边际电价方法，两种定价方法的共同特点在于， 它们都是基于投标拍卖机制的，其目标在于最大化社会收益，也即发电商以最大的电价 卖出电价而电力消费者以最小的价格支付它们购买的电能。 现阶段电力市场集中交易模式下，一般采用边际定价方式进行市场交易结算。以 2 0 0 1 年以前的英国电力市场为例，在某一交易时段中，以最后一个被接受的发电商报价 作为此时段的全市场统一边际电价，对所有中标的发电公司均用此价格为基准进行结 3 第一章绪论 算。2 0 0 4 年1 月投入运营的我国东北电力市场也采用了这种定价方法。采用这种定价方 法的经济学理论依据是在一个完全竞争的市场中，市场出清价格应当等于市场边际。因 此电力市场中发电公司追求利润最大化的最佳策略是按照机组的边际成本报价，这时的 市场运作也是最有效率的。美国联邦能源管理委员会的标准化市场设计方案中将边际电 价作了进一步细化，提出了节点边际电价( l o c a lm a r g i np r i c e - l m p ) 的概念。在l m p 体系中，由于网损和输电线路容量差异，同一时段中不同节点上的边际电价各不相同， 市场中并不存在统一的边际电价，因此这种定价方法也为阻塞管理提供了经济依据。 ( 3