（电力系统及其自动化专业论文）输电权在阻塞管理中的应用.pdf

青岛大学硕十学侥沧文 a b s t r a c t t h ew o r l d w i d ep o w e ri n d u s t r yi s e x p e r i e n c i n gu n p r e c e d e n t e dr e s t r u c t u r i n g f o r b r e a k i n gt r a d i t i o n a lm o n o p o l y ，i n t r o d u c i n gc o m p e t i t i o na n de s t a b l i s h i n ge l e c t r i c i t y m a r k e t s t h ei n n o v a t i o no fe l e c t r i cp o w e ri n d u s t r yf r o mv e r t i c a li n t e g r a t e dm o n o p o l yt o c o m p e t e dm a r k e tc r e a t e san e wd e v e l o p m e n t a lo p p o r t u n i t yf o re l e c t r i cp o w e ri n d u s t r y , w h i l eg i v e sr i s et om a n yn e wp r o b l e m sa n dc h a l l e n g e ss u c ha st r a n s m i s s i o nc o n g e s t i o n t h ee l e c t r i c i t yw h i c hi st h eg o o do ft h ee l e c t l i c i t ym a r k e th a sm a n ys p e c i a lc h a r a c t e r i s t i c s i tm u s td e p e n do nt h en e t w o r kt ot r a n s f e re l e c t r i c i t y i fw er e a l l yh o p et h a tt h es u b s t a n c e o fm a r k e tc o m p e t i t i o nc a nb ee m b o d i e da n dt o i m p r o v ee f f i c i e n c yo fe l e c t r i cs y s t e m ， o p t i m i z er e s o u r c e s ，w em u s tt a k ee f f i c i e n tm e a s u r e st om a n a g et r a n s m i s s i o nc o n g e s t i o n v i e w i n gf r o mp o w e rn e t w o r kd i s p a t c h e r , c o n g e s t i o nm a n a g e m e n ta i m sf o ra d j u s t i n g g e n e r a t i o n sa n dl o a d st or e l i e v ec o n g e s t i o na n da l l o c a t i n gr a t i o n a l l yt h ec o n g e s t i o nc o s t s v i e w i n gf r o mm a r k e tp a r t i c i p a n t s ，w h e nt h et r a n s m i s s i o nr e s o u r c e sa r er e a l l yl i m i t e d ，t h e a i mo fc o n g e s t i o nm a n a g e m e n ti st og i v et h e mt h em e a n st oa v o i dc o n g e s t i o nr i s k b o t h o ft h e mw a n tt oe l i m i n a t i o nt h et r a n s m i s s i o nc o n g e s t i o n ，b u tt h e yh a v ed i f f e r e n td e s i r e s s ot h em a n a g e m e n tm e t h o d sa r ed i f f e r e n t t h i si st h ep r o b l e mw h i c hc o n g e s t i o n m a n a g e m e n tn e e dt os o l v e t h ep a p e rf o r m u l i z e sm o s tt r a n s m i s s i o nr e c e n t l y p a r t i c u l a r l y , t r a n s m i s s i o nr i g h t sa l e c o n g e s t i o nm a n a g e m e n tm e t h o d sp r e s e n t e di n t r o d u c e da n da n a l y z e di nd e t a i l f g ra n d f t ra r ei l l u m i n a t e dd e t a i l a n a l y z i n gt h e i rm a i na d v a n t a g e sa n dd i s a d v a n t a g e s ，a n dt h e n ah y b r i dt r a n s m i s s i o nr i g h ti s i m p r o v e d i ti s af i n a n c i a li n s u r a n c e i nf g ro rf t r ， b u y i n gt r a n s m i s s i o nr i g h tm e a n sb u y i n gt h er i g h tt ou s es o l f i el i n e s ，b u ti nt h i sm e t h o dt h e m a r k e tp a r t i c i p a n t sb u yi n s u r a n c et oh e d g et h e i rt r a n s a c t i o n s s ow h e nl i n e sa r ec o n g e s t e d ， t h em a r k e tp a r t i c i p a n t sd on o th a v et os u f f e rt h er i s ko ft h ee l e c t r i c i t yp r i c er i s i n g t h e e r i e c t i v e n e s sa n dp r a c t i c a l i t yo f t h em o d e la r ev e r i f i e db ys o m en u m e r i c a ls a m p l e s k e yw o r d s ：e l e c t r i c i t ym a r k e t ；t 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 ；f g r ；f t r f i n a n c i a lt r a n s m i s s i o nr i g h tw i t hi n s u r a n c et h e o r y 学位论文独创性声删、知识产权权属声明 学位论文独创性声明 本人声明，所呈交的学位论文系本人在导师指导下独立完成的研究成果。文中依法引用他人的成 果，均已做出明确标注或得到许可。论文内容未包含法律意义上已属于他人的任何形式的研究成果， 也不包含本人已用于其他学位申请的论文或成果。 本人如违反上述声明，愿意承担由此引发的一切责任和后果。 论文作者签名：肩黎稚 日期：年月日 学位论文知识产权权属声明 本人在导师指导下所完成的学位论文及相关的职务作品，知识产权归属学校。学校享有以任何方 式发表复制、公开阅览、借阕以及申请专利等权利。本人高校后发表或使用学位论文或与该论文 直接相关的学术论文或成果时，署名单位仍然为青岛大学。 本学位论文属于： 保密口，在年解密后适用于本声明。 不保密口。 ( 请在以上方框内打“”) 论文作者签名：套蠢疆 日期：年月 目 导师签名：主圣王咧 8 期：年月日 ( 本声明的版权归青岛大学所有，未经许可，任何单位及任何个人不得擅自使用) 第一章绪论 第一章绪论 1 1 电力市场综述 作为国民经济和社会发展的基础产业，电力行业的主要任务就是经济、安全、 可靠的提供电能。 最原始的电力工业是存在竞争的。随着技术的进步，尤其是高压输电技术使得 远距离输电成为可能，而大容量、高参数发电技术的进步使得电力公司的规模不断 扩大，电力生产成本不断降低，电力系统不断显现出规模效应。而且由于电力行业 的固有的技术条件限制使得电力行业呈现出一个自然垄断的特征，形成了行业进入 壁垒，所以电力行业很难成为一个可以的竞争市场。电力行业的管理形成了集中的 一体化的垄断管理模式。在这种垄断管理的模式下，政府将电力工业作为一项公用 事业进行监管，为发电、输电和配电的基础建设提供资金，并保证输电网和配电网 的使用权。同时，政府通过宏观调控协调电力工业与其它产业的发展，在全社会 范围内进行资源的优化配置，实现社会效益最大化。但是随着技术的进步，它的负 面效应开始逐步显现，主要包括：非生产性成本的增加，以及在电价受到管制的情 况下政府要承担巨大的财政负担。 为了消除这些负面影响，自2 0 世纪8 0 年代开始，世界各国陆续开始了电力市 场改革。电力系统市场化改革的目标就是通过市场化竞争来实现资源的优化配置 促进电力工业长期持续稳定的发展。电力市场是相对于传统的垄断的电力工业两言 的，它是实现电力工业结构重组而引入商业竞争机制后的一大类新型电力工业资产 结构、经营管理和运行管理模式的总称【6 】。电力市场改革的内容包括：放松对电力 行业的管制，实施电力工业重组，在具有竞争潜质的环节引入市场机制形成竞争性 市场。 根据各国经验引入电力市场的目的主要是：引入竞争、提高效率、降低电价， 改善服务、持续发展。通过引入竞争机制，促使发电、输配电、电力销售等环节提 高效率、降低成本从而降低电价；提高供电可靠性、改善对用户的服务；利用市场 的调节和激励机制，引导投资更合理促进资源优化和环境保护形成内在发展动 力，逐步构成良好循环。电力市场具有显著的外在经济性，直接受益者是参与市场 的各成员，间接受益者是全社会。这就是各国都积极发展电力市场的原因【7 l 。 目前，电力市场的竞争主要局限于发电侧，也有少数电力市场开放了零售侧的 竞争，但是输电系统由于地理、经济、技术的原因仍然保持着垄断状态 从1 9 9 8 年我国确立了以“厂网分开，竟价上网”为指导方针进行市场化改革，首 先确定山东、上海、浙江、辽宁、吉林、黑龙江等六个省级电力系统进行电力市场 改革运行，并取得了一定成果。 青岛大学硕十学位论文 经济学研究的核心问题是资源的有效配置。资源是有限的而需求是无限的，因 此电力市场的主要目的是通过竞争合理有效的配置资源。在电力市场中有两种产品， 即电能和各种辅助服务。作为电力市场的主要商品电能自然不必多介绍，辅助服务 包括电能的输送、电压的调节、备用能量的提供、无功功率的补偿，它们主要保证 电力系统的可靠稳定运行。这足电力市场与其他市场主要的不同点。目前对研究电 力市场也就足集中这几个方面。电力市场对传统电力系统带来了经济和技术两方面 的要求和问题。 经济方面，电价机制和交易形式是电力市场研究的主要问题。电价理论主要包 括电价的预测即电能成本分析和电力市场中电价的形成机制两个方面。电能成本预 算是电价预测的基础，也是电力市场进行宏观调控、优化资源配置的影响凶素。但 是成熟电力市场的电价是通过市场形成的。电力市场的交易模式主要分为联营体交 易模式、双边交易模式和混合交易模式。其中竟价上网的方式和竞价策略是电力市 场理论中研究的热点问题，有很强的随机性和实时性要求。 技术方面主要是围绕电力市场环境下电力系统的安全稳定运行问题。 输电阻塞是电力市场条件下电力系统运行的个重要现象。从市场经济学的观 点来看，双边交易最能体现市场自由竞争的效益，但是这种双边交易对电力系统统 一调度带来很大的问题。最突出的问题是电力系统的某些部分会趋于容量极限，而 使电力系统运行承受很大的风险，这就是电力市场中的输电阻塞问题。缓解电力网 络的输电阻塞是电力市场环境下保证电力系统安全运行的关键，因此首先就需要有 一个完善的在线分析软件来发现可能存在的隐患；其次在运行巾如果发现了阻塞问 题，则要用经济和技术手段来消除它；并且由于阻塞成本和合同执行的不确定性， 还要给市场的参与方提供有效的规避风险的手段。h o g a nw w 首先针对阻塞给1 ：场 带来的金融风险在1 9 9 2 年提出了金融性输电权( f i n a n c i a lt r a n s m i s s i o nr i g h t ) 的概念， 交易商可以通过事先购买f t r 来规避在实际的交易中由于输电阻塞而产生的价格波 动风险。f t r 是种被动的金融性合同，因此对于调动前缓解阻塞的作用很小。基 于希望使线路潮流实际能与输电合同相匹配的思想，h u n g - p oc h a o 等人在1 9 9 6 年提 出了基于潮流输电权( f l o w g a t er i g h t s ) 的概念。f g r 不仅有规避风险的作用而且还增 加了容量预留的功能，通过对每条线路的使用者收费来解决阻塞问题但由于电网 结构复杂，假设很难符合实际的情况。 1 。2 输电阻塞产生的原因及危害 输电阻塞是由于输电网络约束的限制，使输电网的输送能力不足以同时传输所 有市场交易所要求的输送电能的一种状态l l 】。典型的输电阻塞是输电线路和变压器 过负荷。在电力改革以前，电能交易一般只在相邻区域进行，所以发生输电阻塞的 第一章绪论 几率很小，即使发生阻塞，由于是集中管制的也可以通过行政手段来消除阻塞，而 且不用考虑经济效益。 在理想的电力市场中，电力系统任意节点的发电机是可以自由地通过网络向任 意一个节点负荷供电的，这样就可以保证市场的最大自由度。然而由于电力系统的 固有特性，输电阻塞和网损不可避免的限制了这种自由度。在电力市场环境下，随 着发电和用电市场规模的扩大，功率流动的随意性增大，电能交易以利润最大为目 标，从而发电成本较低的发电商出力较大，电网中输电费用相对较低的线路传输功 率将会增大，这种情况将使电网出现阻塞的机会大大增加附l 。 输电阻塞的出现可以造成以下后果：无法建立新的电力交易合同，使己有的合 同不可行；出现预料之外的强迫停运：局部地区的电价垄断等。目前，己经投入运 行的电力市场运行经验表明，电力市场发生输电阻塞的现象比较频繁，并且输电阻 塞在较大程度上限制了市场效率的提高。因此，建立一种快速、有效、合理的阻塞 管理机制对于电力市场的健康发展十分重要。 电力市场环境下输电阻塞对电力市场的短期运营和长期发展的影响主要表现在 以下几个方面： 1 ) 输电阻塞将削弱电力市场竞争机制。阻塞在一定程度上限制了区域外的发电 商进入本地电力市场，减少了本地发电企业的竞争对手，从而电力市场的竞争体制 得不到真正的体现。 2 ) 无法建立新的输电合同，而且会使一些固有的输电合同无法执行j 出现意外 的被迫停运，传输网络中备节点的交易量发生改变，系统调度员需要重新安排调度 发电计划，增加了调度的难度。 3 ) 产生阻塞成本，从而增加运营成本，提高了电价进而影响到用户的利益。 4 ) 妨碍了电价的界定，可能会导致电价扭曲，造成区域性电价垄断 5 ) 影响电力资源的优化配置和利用，使局部市场力滥用 为此，各国研究人员根据其所在国家的电力市场运营机制和产业政策，提出了 多种输电阻塞管理方法。电力市场中阻塞管理的目的是1 3 】：制定有功规划，满足系 统安全标准；为市场参与者提供适当的经济信号；以有效的手段消减阻塞带来的负 面效应。阻塞管理的研究至今尚未完善，还有很多工作需要进一步开展，需要发掘 更加公平，公正、合理和高效的输电阻塞管理机制，以促进电力市场灵活运转。保 证电力系统安全稳定运行的。因此，设计在技术上可行、经济上合理的阻塞管理措 施以缓解或消除阻塞并提供适当的经济信号，以实现促进电力资源的合理配置、输 电系统的发展，具有重要的理论和现实意义。 青岛大学硕士学位论文 1 3 阻塞管理的主要方式 由于输电阻塞是由网络输电容量和实际的交易计划之问的矛盾引起的，因此阻 塞管理的目标就是制定一些规则，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，同时为系统的长期规划提供信息。并且为了电力市场 真正发挥它的作用，具备一定的竞争自由性，要能够引导市场各参与方主动的采取 有效的措施来预防阻塞发生而导致损失的风险。 从短期来言，阻塞管理的目的就是制定公平的削减交易的计划和调整准则，来 实现电力系统的最优调度，实现电力系统的安全稳定运行。而长期目的就是能通过 价格信号为系统的长期健康的发展提供有效的激励。对于规避阻塞风险来说，就是 通过阻塞管理提供的方法，能让电力市场的参与者能主动来控制自己的损失。 输电阻塞管理包括三方面的闷题：阻塞谓度，阻塞定价以及阻塞费用的分雒。 1 3 1 运用物理手段进行阻塞调度 前面已经提到过输电阻塞是网络输电容星和实际的交易计划之间的矛盾引起 的。围绕矛盾的两个方面解决输电阻塞的闽题就应该分两步来走。首先最先想到 的一点就是提高网络的输电容量，如果输电容量足够大就跟本不存在阻塞的问题。 所以我们就要从这个方面来找寻解决问题的方法。提高网络的输电容量最直接的一 个方法就是架设新的输电线路，但是实际的问题中不能不考虑经济、投资的问题。 所以我们的方法是尽可能的通过改变网络结构和控制器参数来改变网络潮流，以化 解或者舒缓阻塞问题。实际电网可以通过调整母线运行方式( 拓扑结构调整) ，调节 变压器抽头，调相器和利用f a s c t 装置来整合完成。 文献f 8 】中通过调整所有线路、变压器、母线等的开关投切位置，调整辅助服务 提供的有功无功，调整变压器抽头的位置、平衡节点的电压，考虑功率平衡等约束 进行优化最终解决阻塞问题。采用这种方法可以同时获得最优出力安排和电网最优 运行方式。但是缺点是计算量太大，不能保证完全消除各种约束越限，而且这种方 法是用同一种运行方式来评估计算正常和故障绪况下鲍越限，这与实际馈况是不符 合的。 s d v a s t a v as c 研究了f a c t s 装置在缓解阻塞和减小交易裁减方面的作用。以静 止无功补偿器( s v c ) 和晶闸管控制串联补偿器( t c s c ) 两种f a c t s 装置为例，进行了 仿真计算，得出的结论表明f a c t s 装置以合适的参数安置在合适的地点可以增大 系统的输电能力，有效缓解阻塞和减小交易的裁减量。但文中没有提出一种有效的 方法来确定f a c t s 装置的安装地点及其参数，只是采取了试探性的方法来解决这一 问题【9 】。s i n g hs 研究了在系统规划中如何确定f a c t s 装置装设的最佳位置以及在运 行时如何优化f a c t s 装置的参致两个问题，并且提出了种基于灵敏度来确定 第一章绪论 f a c t s 装置最佳安装地点的方法【l o l 。 在日前利用f a c t s 解决阻塞的文献中，大多数都只涉及技术而未提及其费用问 题。由于f a c t s 设备投资较高，用于阻塞管理，从经济角度来讲是否可行尚有待研 究。另外，有关f a c t s 的研究并末充分考虑f a c t s 设备与其他控制手段之间的相互 配合来共同消除阻塞，有关这一方面的研究还需进一步加强。 1 3 2 阻塞管理中潮流的控制方法 上面提到的是用物理手段来改变网络中的潮流。输电管理的首要任务是确保电 力系统的优化运行。通过潮流的最优化分析可以很好的预防输电阻塞。2 0 世纪6 0 年代，法国电力公司的j c a r p e n t i e r 首次提出的最优潮流o p f ( o p t i m a lp o w e r f l o w ) 的 模型【i l l ，从此其研究和应用领域逐渐扩大，成为网络分析和优化运行中不可或缺的 工具。现对目前主要的算法进行简单的评述。 d o m m e lh w 和t i n n e vw f 于1 9 6 8 年提出简化梯度算法，此类算法以牛顿法 潮流计算为基础，利用罚函数处理越界的函数不等式约束，用拉格朗日乘子法判别 是否越界【l “。简化梯度法方法简单、容易实现，但是该方法收敛性较差，特别是在 接近最优点附近收敛很慢，而且算法的计算量也很大。 线性规划算法【1 3 1 被广泛应用于处理目标函数和约束条件为线性函数的优化问 题。对于有功优化因子问题和安全校正类o p f 问题，对偶单纯型法可以取得很好的 效果。但在处理目标函数( 网损、电压) 不可分的优化问题时，需要进行线性化处理， 优化结果通常不很理想。 1 9 8 4 年d i s u n 提出了经典的牛顿法最优潮流算法【l ”，是o p f 的一次飞跃。牛 顿法的主要优点是具有二阶的收敛性、算法鲁棒性强，同时利用了电力系统的物理 特性以及h e s s i a n 矩阵的稀疏结构；而其主要难点是如何确定起作用的不等式约束 集，通常需要用实验迭代确定有效约束集，增加了算法的复杂度与计算时间；另外 此类方法处理函数型不等式约束效果不甚理想。这些问题己经成为限制牛顿类最优 潮流算法实际应用的主要瓶颈。 1 9 8 4 年，k a r m a r k a r 提出了一种薪型的具有多项式时间特性的线性规划内点算法 i s l 。经过十几年的发展，目前内点法主要可以分为投影尺度法、仿射尺度法、原一 对偶内点算法三类。 1 3 3 阻塞管理中输电权的应用 运用物理手段和最优潮流控制都是针对整个电力市场，如何做到尽可能好的利 用现有电鼹条件预防输电阻塞的发生。而对于市场的参与者只关心怎样才能预防输 电阻塞带来的风险输电权的概念就是针对市场参与者提出的。目前针对于输电权 的研究中主要有两种理论，即金融性输电权( f 1 r ) 和物理性输电权( f c r ) 。 5 青岛大学硕士学位论文 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，单线路的物理输电权无法事先确定；而且整个 输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施。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旌来分配阻塞费用和确定潮流削减规则。 1 3 4 阻塞费用分摊 为消除嘲络阻塞，电 c ) 4 运行者不得h i 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。 在费用分摊方面，任震等提出一种实用的考虑输电费用分摊的电力交易方法， 该方法基于直流潮流方程，在忽略网损的前提下，把线路有功潮流表示为各个节点 注入有功的线性函数，反映线路潮流的实际来源及各节点对输电线路的利用程度， 并以此为依据在各节点问分摊输电费用，提出输电费用分摊因子的概念i 】6 】；江辉等 提出了基于交流潮流追踪，提出了一种面向全电对用户的阻塞费用分配的新方法， 该方法先将阻塞费用分给相应的支路，然后按各发电机对阻塞支路的贡献将阻塞费 用分到各发电机，最后按功率组成分量分配给相应的用户。该方法不产生销售盈余， 并消除了用户之间的补贴，给发电侧和负荷侧提供了准确的经济信息【l ”；杨洪明等 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，通过g a u s s 积分法较为简单和精确地计算出分摊结果，实现了阻塞费用在阻塞线路上的公平分 摊1 1 蜘。 1 4 各国电力市场的阻塞管理方法 1 4 1 p j m 电力市场 p j m 是由宾夕法尼亚、新泽西和马里兰三州互联电力系统独立调度公司的简称， 是北美地区最大的互联电力系统，也是全世界第四大中心调度的互联电网。 p j m 电力市场是用金融性输电权( f t r ) 来进行阻塞管理。当阻塞发生时，p j m 利 用阻塞线路两端不同的节点边际电价( l m p ) ，来进行阻塞输导管理，一方面传输用 户( 包括点对点传输用户、网络用户和输电业主) 必须交纳阻塞收费；另一方面，购 买了固定输电权f t r ( f i r mt r a n s m i s s i o nf i g h t s ) 的传输用户有权参与阻塞收费的分配 d 9 , 2 0 2 1 。 6 第章绪论 1 4 2 北欧电力市场 由挪威、瑞典、芬兰和丹麦组成的北欧电力市场是目前唯一运行的国际电力市 场。它没有一个统一的中央调度中心，只有一个统一的电力联营市场和三个系统调 度员，系统谝度员根据不同的情况采用三种不厨的方泫来解决阻塞问题【2 2 3 ”， 1 ) 市场分裂法，又称区域电价法。即在出现阻塞时，原来同一价格的整个电力 市场分裂为具有不同价格的两个或多个区域，引起阻塞的区域电价会比正常时高， 而发电能力有富余的区域电价比正常时要低一些，从而鼓励市场参与者通过调整交 易消除线路容量越限。 这种方法有以下优点：l 提供了长期经济信号。对于拥挤通道的下游区，由于 电价偏高，用户会倾向于选择其他能源供应，而投资者受到高电价的吸引，乐于在 电力缺乏区建造新的发电厂。这样可以达到优化资源配置的目的；2 阻塞引起的分 区价格耐所有的市场参与者都是透明的。但对于环网，尚不存在广泛认同的合理划 分区域的有效方法。 2 ) 通过“买回( ( b u y b a c k ) ”机制解决输电阻塞。当发生输电阻塞时，系统调度员， 可以通过在实时讽节市场( r e g u l a t i n g m a r k e t ) 土购买“在某些区域增加发电”，以及赂买 “在某些区域减少用电”的方法来解决输电线路阻塞，称为“买回”。参与竞价的机组 将其边际成本价格同时报给调节市场和能量市场( 现货市场) 。例如，系统中从区域 a ( 边际价格为$ 2 5 m w h ) 到区域b ( 边际价格茭j s 4 s m w h ) 之问的输电线路预调度潮流 超出线路容量i m w ，则系统调度员要求区域b 出力增加i m w ，葡时区域a 的出力 减少1 m w 来消除这条线路的阻塞，这其中系统调度员为该调整所付出的成本是 “8 - 2 5 ) i = 2 3 ，这笔买回费用可以从收来的输电费用中得到平衡。买回法的实质是， 由于阻塞许多时候是由低价区向高价区送电引起的，因此系统调度员可以要求高价 区价格较高的机组增加出力，低价区域减少出力，以消除线路过负荷。 3 ) 通过电价政策来消除输电阻塞。该方法主要用于瑞典。由于瑞典的输电网是 按地理南北分布的，输电阻塞往往由从北向南的潮流引起，所以瑞典的系统调度就 设定发电机组的入网费( c o n n e c t i o nf e e ，p o i tt a d i f ) 北方较高，南方较低，鼓励在南 方建发电厂，借此减轻输电阻塞这种电价政策是一种解决输电阻塞的远期方法。 1 4 3 英国电力市场 英国主要采用浮动成本( u p l i f tc o s t ) 管理输电阻塞。在英国电力市场上，电价分 为两种：联营体向发电厂的购电价( p p p ) 和联营体对用户的售电价( p s p ) 。购电价的 基本计算公式为：p p p - = s m p + c p 其中s m p 为系统边际电价，c p 为容量费。系统边际电价在负荷预测的基础上 按机组的报徐捧序确定。c p 的按以下公式决定；c p = - l o l p x ( v l l - s m p ) ， 青岛大学硕士学位论文 l o l p 为失负荷率，v l l 为失负荷损失。英国电力市场中，l o l p 的值设定在 0 0 0 1 ，失负荷损失的范围在2 3 0 0 0 m w h 。除了现货市场，英国还设立发电安装 容量市场，在英国电力市场上发电机的价格分为四种情况：i 若机组被排入无约束 发电计划，并在当天正常运行，则该机组的价格等于p p p ：2 若机组被排入无约束 发电计划，但在系统安全约束的要求下没有在当天运行，则该机组的价格为：p p p 该 机组的报价：3 若机组虽然报价，但没有被排入无约束发电计划，而后又在系统安 全约束的要求下当天运行，则该机组的价格为：该机组的报价+ c p ；4 若机组虽然报 价，但没有被排入无约束发电计划，也没有在当天运行，则该机组的价格等于c p 。 由此可知，容量费用是对发电公司为系统提供潜在容量的备用容量的一种补偿。设 立该发电安装容量市场有两个好处，一方面可以激励发电公司在负荷需求之上保留 一定的备用，另一方面竟价能力差的老机组可以参加容量市场，减少了市场化对老 机组的冲击。 联营体对用户的售电价p s p f l j 联营体购买价p p p 和浮动价u p l i f t 组成，售电价计 算公式为：p s p = p p p + u p l i f t ，其中浮动价包括由于输电网络阻塞等物理限制所引 起的附加成本、由于负荷预测误差和发电不足引起的成本以及维持系统电压在指定 范围内所需要的成本等。u p l i f t 对应的浮动成本由i s o 平均分摊给所有的用户，不考 虑市场成员对网络约束的影响，该方法的主要优点是简单，最大的缺点则是难以刺 激市场参与者事先采取相应的措施，以避免造成阻塞，其如何合理分摊阻塞管理所 引起的成本是一个尚未很好解决的问题m j 。 正是由于输电网在电力系统及电力市场中的特殊地位和关键性作用，使得阻塞 管理成为电力市场理论中非常重要的一部分。阻塞管理内容复杂：竞争模式( s i n g l e b u y e r w h o l es c a l e ) ，市场交易模式( 联营体交易模式，双边交易模式，混合交易模式 等) 交易时序( 期货交易，现货交易，实时平衡) ，交易范围( 对立市场，跨区域交易， 过网) ，阻塞调整目标( 购电成本最小，社会效益最大，调整量最小) ，处理方式( 集中 优化分散优化) ，阻塞风险管理等都是阻塞管理的重要内容。这些方面也都影响着 阻塞管理的具体方法。 1 5 本文的工作重点 本文对电力市场中输电阻塞产生的原因、背景进行了阐述，并对目前己提出的 阻塞管理方法进行了综合分析和概述。重点对金融性输电权和基于潮流的输电权在 阻塞管理中的运用进行了论述、分析和比较。并且在此基础上迸一步提出了混合型 输电权，进行阻塞风险的规避。具体工作如下： 1 1 介绍了目前国际上几个典型的电力市场阻塞管理的方法，对这些阻塞管理方 法进行了较为全面的分析和比较； 皇 第一章绪论 2 1 分析说明了金融性输电权在阻塞管理中的具体应用，以及对电网的长期发 展、市场力的影响。 3 1 对基于潮流输电权的定价方法和实施步骤做了详细介绍，并指出了基于潮流 输电投存在的溺题。 4 ) 比较两类输电权并针对其存在问题提出了引入保险概念金融性输电权的新 方法，阐述了新方法的原理，对新方法在不同电力市场模式下具体实施步骤进行了 研究，通过实例说明了输电权在联营体交易模式和双边交易模式下进行阻塞管理的 具体实施过程。 9 第二章金融性输电权在阻塞管理中的应用 第二章金融性输电权在阻塞管理中的应用 在绪论中已介绍了电力市场输电阻塞的基本情况并简单介绍了输电权在阻塞管 理中的应用。本章将详细地介绍输电权的概念及目前的应用以及存在的问题。 随着区域问功率交换的增多，地区间联络线的阻塞逐渐成为整个电力市场竞争 和资源优化的瓶颈。人们寻找新的方法来解决阻塞问题，其中的一个重要趋势就是 运用市场机制，引入可交易输电权。h o g a n 于1 9 9 2 年在合同路径的基础上提出了 g o n t r a g tn e t w o r k 模型，首次提出了输电容量权的概念l 捌，其主要观点是采用输电容 量权来分配阻塞成本，同时为市场参与者提供一个规避价格风险的工具。因此这个 输电权概念是一种金融性输电权的概念。h u n g p oc h a o 等提出了基于潮流的输电权 即f g r 。目前输电权的研究中主要是两大类的输电权即金融性输电权和物理性输电 权l 明。 2 1 金融性输电权的定义 金融性输电权f t r 即f i n a n c i a lt r a n s m i s s i o nr i g h t ，在有些时候也写做f i x t r a n s m i s s i o nr i g h t 。但是其基本的设计理念是相同的，就是所有权的权利通过容量 预留赋予拥有某条线路输电权的市场参与者可以优先使用这条线路，或者是通过提 供这条线路的使用权而获得这条线路的收益。它定义了区域之问m w 数量级的传输 容量。不过f t r 并没有赋予它的拥有者有唯一使用这条线路的权利。相反，f t r 存 在于一个允许所有市场参与者进入输电系统的环境中，而不论他是不是拥有输电权。 这种线路所有权的权利也会激励市场参与者投资电网：他们清楚他们的投资是受到 保护的，因为作为回报他们可以得到固定的输电权，并且可以交易和定价。他的这 种可以规避风险的功能使其成为在推动建设合理的市场中一个有效的工具。f t r 使 市场参与者传输服务的价格固定，而不是因为发生阻塞而变化【划。 2 2 金融性输电权的应用 f i r 是存在于市场参与者( 任何个体或组织) 和系统运行员问的合同。是基于实 时电价理论的。市场参与者基于不同节点区域边际电价l m p ( 1 0 c a t i o nm a r g i n a lp r i c e ) 的不同来支付阻塞费用。由实时电价理论可知，当阻塞发生时不同节点的l m p 是不 同的，在不考虑网损时阻塞费用为功率注入节点和流出节点的l m p 的差值和流过此 支路的电量之积。设l m p l 和l m p 2 分别为注入节点和流出节点的实时电价，q 为流 过此支路的交易量。则如果市场参与者不拥有f t r ，它要支付的阻塞费用为 q x ( l m p 2 一l m p , ) i 勰，2 9 l 。 当网络没有发生阻塞时，其l m p t 和l m p 2 的值是相等的，从而没有阻塞费用； 当发生阻塞时，交易方就要支付阻塞费用，并且阻塞费用随着节点电价差值的增加 1 1 青岛人学硕+ 学位论文 而增加。但是如果交易方获得了输送此支路输电量为q 的权利，则i s o 在结算时将 此阻塞费用返还给f f r 的拥有者，从而两者抵消规避了阻塞带来的风险。 通过定义参考节点，可以对节点之间的f i r 进行分解。比如，从节点a 到节点 b 之间的f t r 可以分解为从节点a 到参考节点之问的f i r 和从参考节点到节点b 的f t r 的组合。这种分解的特性使得f r r 比较容易计算。 下面用图2 - 1 所示的简单系统来说明f t r 的基本原理。 p e 墨 国2 - 1 两节点简单系统 - l o a d 日。 碍 图2 - 2 两节点系统的供应和需求曲线 c ， 节点1 为发电节点，其发电边际成本曲线为c 。，节电2 为符合节点，其需求曲 线为q ，线路1 到2 的输电上限为q 。假设只考虑有功，并不计网损。由图2 - 2 中可知，发电成本曲线和需求曲线的交点所对应的电量超过线路的最大输出量，所 以此线路发生阻塞。只能按线路最大容量q 来输电，此时节点1 和节点2 的电价 分别为p i 和p 2 ，对于从节点l 和节点2 数量为。，的交易，购电商需要支付的购电 费用为。昱，而发电商获得的卖电收入为日。x 置，从而产生的阻塞费用为 q 。x ( 最- p , ) ，也就是交易盈余。如果购电商预先拥有从节点1 到节点2 电量为q 。 的f r r ，则在结算对购电商可以获得的补偿“。( 足一日) 。从而抵消了其支付的阻 塞费用。 第_ 章金融性输电权在阻塞管理巾的应用 f t r 作为一种规避阻塞风险的金融工具，只有在指定的路径和阻塞方向一致时 ( 即流出节点的l m p 大于注入节点的l m p ) 才对f t r 的拥有者有利。当注入节点的 l m p 大于流出节点的l m p 时，f t r 的拥有者还要支付由于l m p 的差值引起的费用。 因此f t r 的拥有者在获褥f t r 之裁必须预测此权利对他是否有利。 下面来举例说明l m p 作为收益和费用时的不同点。 情况l 没有发生阻塞时 1 5 0 圈2 3 来发生阻塞 设k 每年的峰负荷为3 0 0 m w ，它和g l 签订2 2 5 m w 的合同，和g 3 签订1 3 5 m w 的合同，同时它获得了从节点i 到节点2 的2 2 5 m w 的f t r 当某一段l 2 的负荷为 1 5 0 m w ，由于没有超过线路l - 2 的限制，所以可以从g i 获得1 5 0 m w ，电价为1 5 0 元m w ，如图2 - 3 所示。 情况2 发生阻塞时l m p 作为收益 圈2 - 4 l i m p 作为收益 如图2 4 所示，当负荷l 2 达到峰荷3 0 0 m w 时，线路1 2 发生阻塞，只能传送 青岛大学硕十学位论文 2 2 5 m w 电能其余的电能需要从g 3 供给。由于l m p 3 大于l m p i ，系统产生了阻塞费 用，l 2 需要支付阻塞费用。 线路1 2 的阻塞费用= 2 2 5 x ( 2 0 0 1 5 0 ) = l1 2 5 0 元 线路3 - 2 的阻塞费用= 7 5 ( 2 0 0 - 2 0 0 ) = 0 由于l 2 获得了线路1 2 的2 2 5 m w 的f t r ，在结算时，l 2 被偿还阻塞价值，其阻 塞价值= 2 2 5 x ( 2 0 0 1 5 0 ) = 1 1 2 5 0 元，从而避免了支付1 1 2 5 0 的阻塞费用。 情况3 发生阻塞时l m p 作为阻塞费用 假设l i 和q 以2 0 0 元m w 签订1 0 m w 的购电合同，同时拥有1 0 m w 的从节点2 到节点l 的f t r ，但是交易的前一天l l 决定从g l 购电而不是g 2 ，图2 5 表示此时系 统的潮流图，因为l l 没有按指定路径购电，虽然没有支付阻塞费用，但他仍拥有 l o m w 的线路2 1 的f t r ，此时f t r 价值计算如下： f t r 价值= 1 0 x ( 1 5 0 - 2 0 0 ) = - 5 0 0 因此l 必须支付5 0 0 元，因为注入节点电价比流出节点电价要高，所以此f t r 变成了费用。 图2 - 5 l m p 作为费用 目前在各国电力市场中。美国的p j m 电力市场在他的阻塞管理过程中就是用的 这种方法。 2 3 金融性输电权对电网长期发展的影响 在前面的分析中我们提到阻塞管理的长期目的就是能通过价格信号为系统的长 期健康的发展提供有效的激励。现在我们来讨论金融性输电权对电网发展的影响作 用。 区域电价使发电商有了在什么地方，什么时间扩建的目标，阻塞租金的收费激 励市场参与者在他们认为合理的时间地点扩张输电网。当阻塞费用很高时市场就会 1 4 筇：章金融性输电权在阻塞管理巾的应用 促使电网的扩建，在那时市场参与者宁愿投资建设电网以消除或缓解阻塞也不愿意 支付昂贵的阻塞费用。 短期电网新增容量的建设者不用支付阻塞费用( 或者是使他们廉价的发电机组 闲置) ，因为一旦新容量建成就不会发生阻塞。冈此，至少是在最初时，他们以取得 f t r 来代替扩建网络不会产生任何的阻塞费用。但是在长期看来，这些f t r 就会变 得很重要。f t r 给予他们的持有者特定的权利，当这些新的输电线路又发生阻塞时 ( 或者时输电网络的使用费又升高时) ，他们可以通过收取阻塞租金来获得利益【3 l j 。 例l ： l 2 0 0 g a i g 2 g a s 圈2 6 没扩建电两 在图2 - 6 所示的系统中：整个系统的负荷是2 7 0 0 m w ，其中a 区有2 0 0 m w ，b 区有2 7 0 0 m w ，而线路的传输容量是1 0 0 0 m w 。在区域a 由发电机报价最低的开始 优先发电，即g a l 满负荷运转，提供】0 0 0 m w 的电能之后的2 0 0 m w 的电能由g 2 提 供。a 处的电价为最后并网的g a 2 的电价即$ 1 5 ，而区域b 处的电价为$ 3 0 。区：弘的 电价低于区域b 的电价，所以优先从a 处购电，由于线路传输极限的限制所以只能从 a 处购买1 0 0 0 m w 的电能，那么b 剩下的1 5 0 0 m w 的电能只能有8 处的发电机g s 提 供。 图2 - 7 扩建电同 图2 - 7 所示的系统相比图2 - 6 又增加了1 0 0 0 m w 的容量，g i 投资修建了这条线 路，这条线路的费用是$ 5 ，m w 厅。当市场电价高于$ 1 5 m w 丙时，这条线路的修建 青岛大学硕十学t i ) = 论文 可以缓解市场阻塞他就能获利。作为他们支付修建这条线路的补偿，他们将会获得 从a 至i j b 的1 0 0 0 m w 的f t r 这样就赋予他从a 到b 收取1 0 0 0 m w 的阻塞租金。总体 看来，输电系统是有效的，因为输电系统的平均收益是大于平均成本的 ( $ 9