（电力系统及其自动化专业论文）节点边际电价与阻塞管理算法的研究.pdf

中文摘要 念”，应用线性优化模型解决我国目前中长期交易的阻塞管理。本文分析我国的中 长期交易特点以及电力工业的特征，提出将基尔霍夫电流定律作为等式约束条件， 将校核支路作为优化变量，建立中长期阻塞管理模型。采用线性优化方法求解该模 型。为了使计算方法适合工程应用，本文提出了“二次优化”的概念：第一次优化 得到可行解，第二次优化得到最优解。该方法确保了在任何报价情况下都可以得到 可行解。该方法在我国东北区域电力市场进行了验证，获得现场认可。 6 研究了在节点边际电价环境下发电商报价策略问题。针对价格接受者这一特 殊群体，本文制定了收益期望值最大化的优化策略。通过收益函数和电价概率密度 的积分获得期望收益。为了使该策略得以实现，本论文提出了以曲线拟合表征概率 密度的思想，使得该方法得以实际应用。应川2 0 0 3 2 0 0 5 年p j mz o n e 日前市场的 节点边际电价验证该方法的有效性。 阻塞管理与节点边际电价的研究对电力市场安全运行和健康发展具有重要意 义。本论文的研究成果对我国电力市场建设与发展具有一定的理论指导意义和实际 应用价值。 关键词：电力市场，阻塞管理，节点边际电价，报价策略 i i 华北电力大学博士学位论文 a b s t r a c t c o n g e s t i o nm a n a g e m e n ti sa ni m p o n a n tf u n c t i o no f 也ei s oi nm a i n t a i n i n gs y s t e m s e c u r i t ya n dr e l i a b m t y d i f 绝r e n tc o n g e s t i o nm a n a g e m e n tm e t h o d o l o g i e sa r ea d o p t e d a c c o r d i n gt od i f 诧r e n tt y p e so ft r a n s a c t i o no rs e t t l e m e n tm e c h a n i s m l o c a t i o n a lm a r g i n a l p r i c e s ( l m p ) ，ap r i c i n gm e t h o du s e dt op r i c ee n e r g yp u r c h a s e sa n ds a l e si nm a r k e t ，a l s o c a na l l e v i a t ec o n g e s t i o n b a s i n go nt h et h e o r e t i c a ls t u d ya n dp r a c t i c a la p p l i c a t i o no f d o m e s t i ca n di n t e m a t i o n a lc o n g e s t i o nm a n a g e m e n tm e t h o d sa n dl o c a t i o n a lm a r g i n a l p r i c e ，t h i sp a p e rd o e ss o m ei n d e p t hs t l l d yo ft h e s et w op r o b l e m sc o n s i d e r i n gc h i n e s e e l e c t r i c i t ym a r k e tc h a r a c t e f i s t i c s s o m er e 蛐l t sh a v ea p p l i c a t i o n si ni n d u s t r y 1l i n e a rs y s t e mo fe q u a “o n si su s e dt or e s e a r c ho nf e l a t i o n s h i p so fl o a c t i o n a l m a r g i n a lp r i c ea n dm a r 舀n a lg e n e r a t o ra n do fm a r g i n a lg e n e r a t o ra n ds b a d o wp r i c e so f c o n g e s t i o nl i n e s a f t e r w a r d s ，t h er e l a t i o n s h i pb e t w e e nl o a c t i o n a lm a r g i n a lp r i c ea n d s h a d o wp f i c e so fc o n g e s t i o nl i n e si sd e d u c e d e c o n o m i cp h e n o m e n ac a u s e db y c o n g e s t i o na r ee x p l a i n e dt h a tc o n g e s t i o nw i l ld e c r e a s et o t a ls u r p l u s 2a c d ci t e r a t i v em e t h o dc a l c u l a t i n gl o a c t i o n a lm a r g i n a lp r i c ew i t hl o s s e si s p r o p o s e d d c o p fi si nc h a r g eo fe c o n o m i cd i s p a t c h ，a n da cp o w e rf l o wt a k e sc h a i 苫eo f l o s s e s t h e s et w op r o c e s s e si t e f a t eo n ea n o l h e r “l im e t h o dc o n v e r g e n c e ，a n dt r a n s p o s e j a c o b i a nm a t r i xi sa d o p t e dt oc a l c u l a t ep e n a l t yf a c t o r s l m pw i t hl o s s e si sd e d u c e d a c c o r d i n gw i t hl m pw j t h o u tl o s s e sg o tb yd c o p fa n dp e n a l t yf h c t o r s i e e e1 4b u s s y s t e mi su s e dt oi l l u s t r a t eh o ws l a c 王【b u sa f f c c t sl m pa n dc o n v e r g e n c e i e e e1l8b u s s y s t e mi sa d o p t e dt ot e s t i 母t h i sm e t h o dh a se n g i n e e r i n ga p p l i c a t i o nv a l u e 3a l l t i m e p e r i o d o p t i m i z a t i o n m o d e lf o rl o a c t i o n a lm a r g i n a l p “c es u p e “o rt o s i n g l e t i m e - p e r i o do p t i m i z a t i o nm o d e li sp r o p o s e d t h i sm o d e ld e v e l o p e sl o a c t i o n a l m a 唱i n a ip f i c et h e o r y a n dc o n t r i b u t e st o e l e c t r i c i t y m a r k e t o p t i m a lo p e r a t i o n 。 a l l t i m e p e r i o do p t i m i z a t i o nm o d e lp r o v i d eat h e o r e t i c a lb a s i sf o re c o n o m i cd i s p a t c ho f e l e c t r i c i t ym a f k e t t h ep j m - i s of i v eb u ss y s t e ms t u d yc a s es h o w st h a ti nt h ed a y a h e a d m a r k e t ， a l l t i m e p e r i o do p t i m i z a t i o n m o d e lc a n a c c o m p l i s hs e c u f i t y c o n s t f a i n e d e c o n o m i cd i s p a t c hm o r ee f 亿c t i v et h a ns i n g l e t i m e p e r i o do p t i m i z a t i o nm o d e l - i e e e l l 8 b u si su s e dt oa n a l y z er c i a “o n s h i pb e t w e e ns c a l a ro fo p t i m a lp e r i o da n dt i m e c o n s u m p t i o n 4s e c u r i t yc o n s t r a i n e do p t m a lp o w e rf l o wm o d c li su t i l i z e df o f c o n g e s t i o n m a n a g e m e n to fd a y a h e a dm a r k e t p r i m a l d u a li n t e r i o rp o i n tm e m o d 姐dp a f t i c l es w a m r 英文摘要 o p t i m i z a t i o na r ep r e s e n t e df o rs o l v i n gt h i sm o d e l i e e e l l 8b u ss y s t e m i su s e dt o c o m p a e f 诧c t i v e n e s so ft w om e m o d s 5a c c o r d i n gt oa n n u a lt r a n s a c t i o na n dm o n t h l yt r a n s a c t i o no fn o r t h e a s tf e g i o n a l e l e c t r i c i t ym a r k e to fc h i n a ， l i n e a ro p t i m i z a t i o nm o d e lw i t hl w os u b o o p t i m i z a t i o n c o n c e p t i o ni sp r o p o s e dt o d e a lw i t hm e d i u ma n dl o n g t e 加l r a n s c t i o n c o n g e s t i o n m a n a g e m e n to fm e d i u ma n dl o n g t e n nt r a n s c t i o n f o rn o r t h e a s tr e g i o n a le l e c t r i c i t y m a r k e to fc h i n aa d o p t e d p r e g e n t l yi sl o c a lo p l i m i z a t i o nm e t h o d o l o g y w i t hc o n v e r g e n c e d e f c c t an o v e lc o n g e s t i o nm a n a g e m e n tm o d e lf o fm e d i u ma n dl o 玎g l e mt r a n s c t i o n o b e y d i n g k i r c h h o 馑sl a w ，c o n s i d e r i n gs e c u “t yc o n s t r a i n e db m n c h e sa so p t i m i z e d v a “a b i e s f o rt h es i t u a t i o nt h a tt h el i n e a ro p t i m i z a t i o np r o b l e mh a sn os o l u t i o n s ，at w o s u b o p t i m i z a t i o nc o n c e p t i o ni sp r o p o s e d ，t h a ti s ，d u r i n gt h e f i r s t s u b o p t i m i z a t i o n p r o c e s s ，t h eo p t i m i z a t i o nm o d e li ss e tu pt og e tt h ef e a s i b l es o l u t i o nd o m a i n ，t h ei nt h e s e c o n ds u b o p t i m i z a t i o np r o c e s s ，t h eo p t i m a ls o l u t i o ni so b t a i n e 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t i m a l b i d d i n gp r i c ea n de x p e c t e d p r o f i t si sa n a l y z e d t h eb i d d i n gs t r a t e g yi so b t a i n e db ym a x i m i z i n gt h ee x p e c t e dp r 0 6 t s ac a s e ds t u d yw i t hh i s t o r i c a ld a t aw i mc u r v e6 t t i n gt e c h n i q u e sp r o v e st h ev a l i d a t i o no f t h i sb i d d i n gs t r a t e g y i ti si m p o r t a n tf o rh e a l t hd e v e l o p m e n ta n ds e c u r i t yo p e r a t i o no fe l e c t r i c i 哆m a r k e tt o s t u d y o nc o n g e s t i o nm a n a g e m e n ta n dl o c a “o n a lm a r 酉n a l p r i c e t h ec o n g e s t i o n m a n a g e m e n tm o d e ls u b m i t t e di n t h et h e s i sf o fm e d i u ma n dl o n g t e mt r a n s c t i o nh a s b e e nv a l i d a t e di nn o n h e a s tr e g i o n a l e l e c t r i c i 哆m a r k e to fc h i n a a c d ci t e r a t i v e m e t h o di sp r o p o s e dt oc a l c u l a t el o a c t i o n a lm a r g i n a lp r i c ew i t hl o s s e s a n t i m e p e r i o d o p t i m i z a t i o nm o d e ld e v e l o p e si o a c t i o n a lm a 唱i n a lp r i c et h e o r ya n dc o n t r i b u t e s t o e l e c t r i c i t ym a r k e to p t i m a lo p e m t i o n f r i l i t so fr e s e a r c hh a v eaw i d e rs i g n i f i c a n c ef o r b u i l d i n ga n dd e v e l o p i n go fe l e c t r i c i t ym a r k e ti nt h e o r e t i c a la n dp r a c t i c a la s p e c t s k e yw o r d s ：e l e c t r i c i t ym a r k e t ，c o n g e s t i o nm a n a g e m e n t ，l o c a t i o n a lm a r g i n a lp r i c e s ， b i d d i n gs t r a t e g y i v 华北电力大学博士学位论文 声明 本人郑重声明：此处所提交的博士学位论文阻塞管理与节点边际电价的研究， 是本人在华北电力大学攻读博士学位期间，在导师指导下，独立进行研究工作所取得的 成果。尽我所知，除文f f i 已经注明引用的内容外，本学位论文的研究成果不包含任何他 人享有著作权的内容。对本论文所涉及的研究工作做出贡献的其他个人和集体，均已在 文中以明确方式标明。 签 日期：翘彳名 ， 关于学位论文使用授权的说明 本人完全了解华北电力大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保管、 并向有关部门送交学位论文的原件与复印件；学校可以采用影印、缩印或其它复制手 段复制并保存学位论文；学校可允许学位论文被查阅或借阅；学校可以学术交流为 目的，复制赠送和交换学位论文；同意学校可以用不同方式在不同媒体上发表、传播 学位论文的全部或部分内容。 ( 涉密的学位论文在解密后遵守此规定) 作者签 日 华北电力大学博士学位论文 1 1 论文研究背景 第一章绪论 传统的电力工业是按地域建立垄断性的发电、输电、供电一体化的垂直管理体 系。最典型特征是：在电网所及的广域里只有一个拥有发电、输电以及配电的“电 力企业”，它有一个或一套控制一i 心以实现规划、运行、调度，完成诸如负荷预测、 状态估计、发电调度、无功控制、a g c 、开停机计划、事故预想和紧急安全控制等 功能。一个垄断的电力工业，垄断一个或数个地域电力的生产、输送、分配和销售， 然后，用一个包括所有成本的集总式电价销售给用户。在这种体制下，电力系统中 所有涉及到的问题都视为内部子问题大多可通过行政手段，或是各方协调的方法来 解决。 自2 0 世纪8 0 年代后期以来，电力工业在一些国家和地区不同程度地经历了一 场放松管制的变革，开放电力市场。这剩t 以实现资源合理配置，保障电力工业可持 续性发展为目标的改革使得电力系统在管理和经营观念上有了本质的变化。传统的 发电、输电、供电垂直一体化的垄断型经营分解为独立的发电公司、输电公司和配 电公司。通过引入市场竞争机制来降低成本，优化资源配置，提高效率，促进电力 系统长期稳定发展。电力市场的蓬勃发展向电力系统运行的各个环节提出了许多新 的挑战，新的观念、新的问题应运而生【l j 。 电网在电力系统中属于一种稀缺资源，这里的稀缺不是指资源在绝对数量上的 多寡，而是指相对于人们无限多样，不断上升的需求来说相对不足。线路输电能力 的有限性天然地制约着电力需求的无限增长。同时在市场经济的条件下，要求买卖 双方都能自由的进出市场与电力网络的物理特性这两者是一对天然的矛盾体。如何 协调好这对矛盾体，公平对待矛盾双方是阻塞管理的重要组成。 在传统的电力工业中，各发电实体统一调度，利润共同分摊。当实际运行中出 现线路功率越限时，短期的处理方法是用行政的命令调整各发电机输出功率，如果 经过调整仍不能满足电力系统的安全运行只能靠强行切除负荷，以降低流过线路的 功率。长期的解决办法就是对电网的扩建和设备的更新与替换。这些方法都存在一 个通病那就是责权不清，资金分配不明晰。无论是对于系统运行人员还是电力系统 中的各参与者，以上这些方法都不易给出公平或明确的经济信号。 美国麻省理工学院教授f c s c h w e p p e 在1 9 7 8 年发表的论文p o w e r 绪论 s y s t e m s 2 0 0 0 ：h i e r a r c h i c a lc o n t r o ls t m t e g i e s l 纠中提出了“电力市场”的概念。在 接下来的2 0 多年时间里许多国家都根据本国的特点建立适应本国或是本地区的电 力市场模式，其目标就是要合理分配资源，公正、公平、公开的对待所有参与者。 电力市场的模式虽然多种多样但大家有一个共同的特点就是电力市场的各参与者 成为独立的实体，不再受统一管制。输电网作为发电商和配电商之问的桥梁，在电 力市场体系中起着重要的作用。与其它商品市场不同，电力市场属于网络经济，一 切电力商品的实物交易都在电网上完成，同时商品交换受到电网天然属性的制约， 这种制约就是传输功率的极限。因此保证电网的安全运行，公平、公正、公开的管 理电网是电力市场健康发展的前提条件。解决支路越限的传统方法，在新的环境下 已不再适用，于是阻塞问题便应运而生。当线路潮流越限时如何分清各方的责任， 如何给出正确而又及时的信息，保障电力系统安全稳定的运行，公正合理的缓解阻 塞是各方研究的焦点。 1 2 阻塞问题和节点边际电价的研究意义 阻塞管理从技术上讲就是建立一套合理的调度方案，使系统各线路在容量限制 的范围内安全运行；从经济上讲，就是制定一套合理的输配电阻塞费j h 的分摊方案， 使有利益冲突的各方能得到正确的经济激励，尽可能消除阻塞现象。阻塞管理的特 征和重要性表现在以下几个方面： ( 1 ) 合理利用输电网资源：电力市场虽然采用新的管理模式和新的运行体制，但 是它的发展是建立在原有传统的电力工业基础上，同时底层的技术支持不变。在新的环 境下如何允分利用原有资源是阻塞管理所重点考虑的。不能冈为一发现阻塞就盲订的扩 建线路。 ( 2 ) 保持系统安全稳定运行：阻塞从物理的角度来说就是线路传输的功率接近其 极限值。长期过载会造成线路机械强度下降，接触电阻增加，绝缘性能降低。严重时可 能造成电力系统故障。例如2 0 0 3 年美国加拿大8 月1 4 号的大停电，其中一个原冈就是 克利弗兰北郊的五条线路中其中一条线路过载，电流加热导线造成下垂，碰到一棵树上 造成线路跳闸。负荷转移到其余线路上后，致使其他线路过载，随后第二条线路升温软 化落在树上导致跳闸，其余三条承担了原来五回线路的负荷之后相继跳闸。这次停电事 故造成l o o 多个发电厂，几十条高压输电线停运，损失负荷6 1 8 g w ，持续停电时间2 9 小时，波及地域2 4 0 0 0 平方公里，受停电影响人口约5 0 0 0 万，经济损失3 0 0 亿美元【3 1 。 ( 3 ) 保障电力工业健康发展：电力工业要健康发展首先一个前提就是市场规则要 公平合理。以往解决线路越限时产生的费用采取平均分摊的方法。这利一不分因果的做法 已不适应新的电力工业体制。阻塞管理就是要辨别出造成阻塞的起因，然后通过公平的 2 华北电力大学博 ：学位论文 市场规则、公正的技术手段，解决阻塞问题。将阻塞这一物理现象转化为经济信号，引 导资源优化配置。 ( 4 ) 优化系统运行：电力改制以后各参与实体不再相互隶属，他们都为自身利益 最大化而安排自己的生产活动。行政命令已不适应新的环境，联系他们的只有经济利益 这一纽带。市场经济的一个基本教条是：市场这只“看不见的手”使得一群“自私”的 个人组成了一个稳定有序、不断发展的社会【4 】。阻塞管理应该将原始的市场信号加以改 进，使其能够正确的引导用户，而达到系统的优化运行。 f r e dc s c h w e p p e 教授提出电力市场的概念后，在其文章h o m e o s t a t i cu t j l i t y c o n t r o l 中提出了实时电价( s p o tp r i c e ) 的概念【5 】。此概念对电力工业产生了革命性 的影响，在此之前电力t 业一直采用会计学成本核算方法确定电价，以此保证电力 企业收支平衡。实时电价理论则从电能生产函数出发，推导出现货电价，并分析了 现货屯价各个组成部分的含义【6 l 。当时的实时电价理论具有明显的时代特征，它是 在生产成本的基础上分析电价的经济含义【”。实时电价提出后大量学者为此投入了 精力，最优潮流成为了研究实时电价的重要手段1 8 l 。最优潮流模型中各种约束条件 的拉格朗日乘子即对应着组成实时电价的各价格分量。随着电力工业市场化的进 行，实时电价的理论缛到不断的完善与扩充，并得以实际应用。目前学术界及工程 界规范地称之为节点边际电价( l o c a t i o n a im a r g i n a lp r i c e ) 9 j 。节点电价既是衡 量电能价值的一种定价方式，同时也是缓解阻塞的一种方法【1 1 】。 美国能源管理委员会( f e r c ，f e d e r a le n e r g yr e g u l a t o r yc o m m i s s i o n ) 在2 0 0 2 年 公共决议【1 2 】中提出以节点边际电价和金融输电权为基础，建立高效电力市场。目 前美国建立的几个电力市场如：p j m 【1 ”、e r c ot f l 4 m9 1 、s p p 【2 们、n y - i s o 【2 ”、 c a i s o l 2 2 1 、i s o n e 【2 3 1 、m l s o 【2 4 1 均采用或将要采用节点边际电价作为阻塞管理和电 能量现货市场定价的方法。我国华东电力市场的日前市场也采取节点边际电价，但 采用的节点边际电价软件均由国外公司提供，国内对节点边际电价核心知识仍掌握 不够全面。 1 3 阻塞管理、节点边际电价的研究状态现状 在市场初期，市场模式较为简单，人们通常采用简单阻塞管理方法。随着市场 模式的复杂化，尤其是电力市场对安全性的要求，节点边际电价成为了阻塞管理的 首选方案。早期简单的阻塞管理主要针对联络线，可分成两大类：非基于市场的阻 塞管理和基于市场的阻塞管理【2 ”。图l l 是对这种分类的一个简单描述。 3 绪论 交易类璋! c o u n t e fn a d i n g 图l 一1 简单阻塞管理分类 f i gl - 1s i i i l p l ec l 勰s m c a t i o no f c o n g e s t i o ni m n a g e n 忙n t 非基于市场阻塞管理方法中，按交易类型进行阻塞管理，该方法认定长期合同 优先级高于短期合同。先到先服务型阻塞管理和按比例分配两利，方法都是按一定的 规则将输电容量分配给用户。以上三类阻塞管理方法，在行为上比较武断，无法经 济地利用联络线，同时无法体现市场化这一原则。 1 9 9 9 年1 1 月的佛罗伦萨管理者大会上e t s o ( e u r o p e a nt r a n s m j s s i o ns y s t e m 0 p e r a t o r s ) 做的“跨境交易阻塞管理方法的评估”，2 0 0 1 年3 月在布鲁塞尔，欧洲委 员会做的“关于欧洲议会和欧洲委员会对跨境电力交易规定的建议”和2 0 0 4 年9 月欧委会传统能源董事会作的“阻塞管理指导纲要解释说明”，以上草案中提出了 五种基于市场的阻塞管理方法。这五种方法首先可分为两大类：一类是阻塞价格法， 它包括显性拍卖、隐性拍卖、市场分裂法；另一类是修补法，它包括再调度和逆流 交易法。阻塞价格法是将阻塞信号传递给市场参t j 者，通过价格的调整使得流经阻 塞线路的有功始终保持在允许额定范同内。修补法则是将阻塞问题留给t s o ，由 t s o 保证电网的安全稳定运行。 l 显性拍卖法 t s o 将可能出现阻塞的线路的容量拿出来拍卖，出价最高者获得输电容量。拍 卖的方式可以有好几种，传统的拍卖方法为投标人对他所要购买的东西进行投标， 所有r l 一标的人按出清价结算。这种阻塞管理方法的优点是鼓励联络线使用者依照自 己的需求进行投标，同时他具有透明性，潜在收益性等特点。但是当一笔交易引起 多回线阻塞或是存在并行潮流的时候，这种方法就显得没那么优越了。没有阻塞发 生时也需要对输电容量进行拍卖，这样会对交易带来不便。显性拍卖法产生的阻塞 4 华北电力大学博士学位论文 盈余可以用于扩建电网。正是由于这些优点，该方法曾在欧洲广泛应用。德国到荷 兰，比利时到荷兰，法国到英国的直流线路，英国到爱尔兰，丹麦到德国这些联络 线均采用过此种方法。 2 隐性拍卖法 参与跨境交易的发电商与当地的发电商一起竞价，联络线的容量分配给那些出 价最低的跨境交易发电商，直到联络线容量达到额定值。这种方法对发电商而言具 有输电权与交易捆绑在一起的特点。隐性拍卖法的收益理论上与显性拍卖法的收益 相等。葡萄牙到西班牙的联络线采用过这种方法。 3 市场分裂法 相对以上两种方法市场分裂法算是比较复杂、成熟的一种阻塞管理方法。市场 分裂法处理阻塞的过程为：首先各区分别竞价，形成自己的出清价格。如果出清价 一样，那么就不需要通过联络线进行电量交易。如果出清价不同出清价高的区域向 出清价低的区域通过联络线购买电量。出清价低的区域未中标机组按照投标价格从 低往高增输出功率；出清价高的区域l | j 标机组按照投标价格从高往低减输出功率， 该过程持续直到两个区域的出清价相同或是联络线上的功率达到额定值为止。市场 分裂法很重要的一个优点是可以方便市场参与者，他们只需要在各自的市场内买卖 电量，而无需到对方的市场提交报价。与前两种方法作比较，市场分裂法可以处理 未经预料的阻塞问题，挪威应用过这种方法。 4 再调度 市场参与者不考虑电网的物理约束，当系统发生阻塞时，阻塞信号并不是传递 给市场参与者而是传递给t s o ，t s o 通过重新调度，调整机组输出功率以消除阻塞 问题。这种方法需要两个甚至多个t s o 参与完成。在结算时t s o 要向增输出功率 机组支付费用，从减输出功率机组那得到补偿。t 只是般来说增输出功率的价格要 高于减输出功率价格，所以在再调度过程中t s o 是要冈阻塞而支付费用。这种方 法能促使t s o 对电网进行正确的投资。但这利一方法有两个不利的要素，一是市场 太脆弱，容易受到策略性报价的干扰。因为发电商很容易发现哪台发电机在阻塞时 扮演消除阻塞的重要角色。二是这种方法会产生争执，对发电机的调整可能产生各 方利益的冲突。 5 逆流交易 逆流交易可以被视为市场化的再调度。再调度是t s o 直接对发电机进行功率 重新分配，这种方法在传统的电力系统中被认为是天经地义的，但在电力市场环境 下，这种做法就显得与市场规则格格不入。逆流交易法是通过报价，t s o 买卖电量 使得阻塞线路上的过载情况得以消除。为了缓解阻塞t s o 不得不接受对他们不利 5 绪论 的市场价格。t s o 为缓解阻塞而支付的费用，理论上至少不低于再调度所需的费用， 实际中要比冉调度高。该方法所带来的优点是增加透明度，竞价过程更具有竞争性。 欧委会对阻塞管理提出的目标是阻塞管理的方法在短期应具有经济效率，长期 则应该正确地引导电网投资。以上五种方法在短期目标的效果相近，但在长期目标、 机构设置、交易费用、与电力改革目标的兼容性、应对市场策略性操纵，这些方面 有所不同。 阻塞价格法是将联络线的价格信号传递给市场参与者，这样鼓励发电商在出清 价格高的区域兴建电厂，以减少阻塞。阻塞价格法无法对t s o 提供正确的激励信 号。因为从阻塞，i t s 0 可以获得收益，冈此欧委会建议限制阻塞费j j 的使用，以 保证电网投资。阻塞费用与电网扩建没有直接的关系，它只表征当前阻塞线路的价 值。阻塞价格法获得的收益如果用来进行电网投资，不能保证最有效的利用这些资 金，无法确定哪里需要扩建线路，需要扩建多少容量的线路。因此应h 阻塞价格法 进行阻塞管理需要套完整合理的电网规划。在阻塞管理的长期几标中修补法的作 用正好与阻塞价格法相反。修补法是将阻塞费川转嫁到t s o 身上，因此t s o 需要 尽量减少阻塞，它可以最有效的进行电网的扩建。在所有的阻塞管理方法中，没有 一种可以避免投机性报价的影响，阻塞管理总会受到某些处于重要地位的发电机的 影响。就以上阻塞方法而言，补救法较阻塞费川法更能易受到投机行为的干扰。但 从处理复杂网络这一点而言补救法比阻塞价格法更有优势。 交易削减法是一剩一辅助的阻塞管理方法，在电网发生阻塞时，依据阻塞的严重 情况，按照定的规则削减不同优先级别交易以缓解阻塞。北美能源标准委员会 ( n o r t h a m e r i c a ne n e r g ys t a n d a r d s b o a r d n a e s b ) 制定了完整的t l r ( t r a n s m i s s i o n l o a d i n gr e l i e f ) 执行规则，并对t l r 的级别作了详细的规定，一共制定了七个级别 【2 6 1 。 t l r 级别l ：通知系统稳定管理部门( r e l i a b i l i t ya u t h o r i t i e s ) ，系统存在潜在 的系统运行极限( s y s t e mo p e r a t i n gl i m i t ) 越限现象或是互联可靠运行极限 ( i n t e r c o n n e c t i o nr e l i a b i l i t yo p e r a t i n g “m i t ) 越限现象。 t l r 级别2 ：将输电水平维持在当前状态下，以防止系统运行极限越限或是互 联可靠运行极限越限的发生。 t l r 级别3 a ：通过削减点对点非i 占i 定交易( n o n f 彻p o i n t t o p o i n tt r a n s m i s s i o n s e r v i c e ) 以保证更高级别的交易可以进行。 t l r 级别3 b ：削减非同定交易计划以减轻系统运行极限越限或互联可靠运行 极限越限。 t l r 级别4 ：输电的重新分配。 6 华北电力大学博士学位论文 t l r 级别5 a ：通过按比例削减点对点吲定交易来重新分配输电服务，使得额外 的点对点固定交易得以进行。 t l r 级别5 b ：削减点对点同定交易以减轻系统运行极限越限或互联稳定极限 越限。 t l r 级别6 ：紧急状态。 t l r 级别0 ：t l r 状态结束。系统运行极限越限现象或是互联稳定运行极限越 限现象消失，系统处于正常状态。系统稳定管理部门各自恢复其交换交易。 图1 2 n a e s b 制定的1 1 且流程图 f i g1 2f l o w c h a nd e p i c t s o v e i wo f l l r 以上提到的阻塞管理方法简单实用，在电力市场初期被广泛采用。其中的一些 方法目前仍在采用如市场分裂法在我国东北区域电力市场采用。但随着市场化的深 7 绪论 入，工程界对阻塞管理方法有了进一步的要求，希望阻塞管理方法能够满足实时性， 能够适应各种网络，并且经济含义明确。面对这些要求，以往阻塞管理方法的缺陷 逐渐显露出来。随着对阻塞i 口j 题研究的深入，各种理论层出不穷。文献【2 7 】提出了 在能量市场上i s o 处理电网安全运行时的基本原则和处理阻塞时的方法与步骤。文 献【2 8 对现有各利，电力市场模式下的阻塞管理方法进行了评估。通过算例讨论了阻 塞管理对社会经济优化的效果。文献【2 9 】应用最优潮流计算在p o o l 模式和双边模 式下的阻塞费j 付。文献【3 0 】以直流潮流为基础建立了购电费用最小化的阻塞管理模 型。同时文中考虑了逆流( c o u n t c r n o w s ) 对阻塞费用的影响。文献【3 l 】考虑了静态电 压安全对阻塞管理的影响，利用阻塞成本空间中静态电压稳定边界的特性，求解满 足系统电压安全性要求的运行点。文献 3 2 】分析了f a c t s 元件对阻塞线路的影响， 采用内点法对优化模型进行求解。文献【3 3 】以市场参与者的满意程度最大化为优化 日标，建立阻塞模型。该模型的本质是在阻塞情况下以交易的调整量最小为日标函 数，但与以往口标函数不同的是在调整交易时该模型引入了模糊集的概念，通过计 算削减交易量的隶属函数来衡量市场参与者对阻塞管理的满意程度。针对阻塞费用 的分摊文献【3 4 】提出基于贡献因子理论的分摊方法，该方法可对阻塞费川进行连续 积分，而不是以往的离散移 分。文献【3 5 提出基于阻塞支路潮流变化量的阻塞成本 分摊方法。文献【3 6 】提出输电阻塞管理的灵敏度分析模型。 部分阻塞管理方法由于过于理论化，实用性不强，无法得到工程应用。随着人 们对节点边际电价的研究，以及美国能源管理委员会f e r c 提出的标准化电力市场 概念的实现，节点边际电价逐渐承担了阻塞管理的任务。 节点边际电价理论源于1 9 8 0 年，麻省理工的f r e dc s c h w e p p e 在其发表的经典 论文h o m e o s t a t i c u t i l i t y c o n t r o l 中提出了实时电价( s p o t p r i c e ) 概念。在此之前， 电力工业一直采用会计学成本核算方法确定电价，电力部门将原料成本、管理成本、 人员工资、维护成本、利润等部分的费用集总后分摊给用户。而实时电价则是依据 经济学理论推导出的电价，它反映系统的实时生产成本和市场供求关系，s c h w 印p e 认为：采用实时价格信号，电力系统就可以自我反应，自我协调，如同一个有机的 生物体，从而提高电力系统的安全与稳定，增进电力工业的社会效益。为了获得现 货电价信号，该文给出了关于能量市场( t h ee n e 唱ym a r k e t p l a c e ) 的构想发电厂 和用户通过一个市场系统进行交易，而输配电公司继续保持垄断，这完全可以看作 当今电力市场的雏形。文献【3 8 】详细的分析了节点边际电价的组成，并将影响l m p 的因素分解为发电机、阻塞、电压越限等方面。文献【3 9 】分析了无功功率对节点边 际电价的影响。文献【4 0 】将l m p 分区计算，该文认为这样做不但提高了计算速度， 而且有利于根据系统参数、运行情况的变化对l m p 进行灵敏度分析。在文献【4 1 】中 作者比较了交流模型下的l m p 与直流模型下l m p 的差异，分析的结果是作者认为通 8 华北电力大学博士学位论文 过简化直流模型计算出来的l m p 完全适合于实际应用。文献【4 2 】针对部分区域与主 网架通过一条联络线相连这种接线方式对l m p 所表现出来的特性进行了研究，在计 算l m p 时还计及负荷需求曲线的影响。为了减少阻塞费用文献 4 3 】提出了以节点边 际电价和潮流数据