电力市场阻塞管理中的电价.docx

第 32 卷 增刊 2电 网 技 术vol. 32 supplement 22008 年 12 月power system technologydec. 2008文章编号：1000-3673（2008）s2-0223-03中图分类号：f416.2文献标志码：a学科代码：790625电力市场阻塞管理中的电价高彦辉（中国电力科学研究院，北京市 海淀区 100192）electrical price of congestion management in power marketgao yan-hui（china electric power research institute，haidian district，beijing 100192，china）摘要：当输电功率超过输电系统容量限制时，就会发生输电 阻塞。为了保证电网安全，必须进行阻塞管理以消除阻塞。 对阻塞费用的合理定价是电力市场成功运营的重要问题。文 中介绍了电力市场阻塞管理中的几种电价，并具体说明节点 边际电价在美国 pjm 和加州电力市场中的应用。关键词：电力市场；阻塞管理；节点边际电价；区域边际电 价；系统边际发电价格0引言在微观经济学中，价格规律起着决定性作用， 使市场自发地调节商品的供需关系，调节资源的配 置。电力市场是采用法律、经济等手段，本着公平竞 争、自愿互利的原则，对电力系统中发电、输电、供 电、用户等各成员组织协调运行的管理机制和执行系 统的总和。建立电力市场的主要目的是：引入竞争， 提高效率，降低电价，改善服务，持续发展1。电价是所有电力商品(产品和服务)价格的总 称，是电力生产、输送、分配和销售等各环节价格 的集合。从电能生产消费的过程来看，电价可分为 上网电价(发电价)、输电电价、配电电价和销售电 价2。电价的定制方法很多，例如：边际成本电价 法、两部制电价法、博弈论定价法、期权期货定价 法等3。在电力市场环境下，阻塞管理除了通过对 交易计划的调整消除阻塞以外，还必须对消除阻塞 的费用进行合理的定价。本文介绍了电力市场阻塞管理中常用的几种 电价：节点边际电价、区域边际电价、系统边际发 电价格4-8，并详细说明节点边际电价在美国 pjm 和加州电力市场中的应用。1阻塞管理中的几种电价1.1节点边际电价节点边际电价(locational marginal price，lmp)定义为在考虑网络的物理特性以及发电机组边际 成本的情况下，系统向该节点供电的微增成本。 lmp 反映了在某个节点上增加单位负荷的供应所 增加的费用，即节点边际成本。系统某地 lmp 反 映的是向该地供应(发出)最后 1 mw 功率时的边际 成本，一般来说，它考虑了电能的边际成本、输电 阻塞成本以及边际网损成本。电力市场中的电能价格采用节点电价，能反映 电能在系统中不同地理位置的母线上不同时刻的 价值，反映电力资源的稀缺程度，为电力生产者、 消费者、投资者和管理者提供电价信号，提高电力 资源使用效率，优化电力资源配置，促进电力市场 稳定发展。lmp 既反映了节点电能供应的微增成 本，也反映了输电线路的阻塞成本。因此，通过 lmp 不仅可以得到计及输电阻塞的发电计划，而且求出 的节点电价也为阻塞费用的分摊提供了依据，同时 lmp 的计算也是输电权市场设计的基础。lmp 另 一个重要特点是保证电能价格与输电价格的一致 性，节点间线路的输电价格具体表现为 lmp 之差， lmp 可以体现网络约束对节点边际成本的影响，为 发、用电双方提供激励信号。1.2 区域边际电价区域边际电价(zonal marginal price，zmp)是指 对于具有相近边际成本的母线集合，其电价是该集 合内节点电价按负荷大小的加权平均值。在实际电 网中，人们发现输电阻塞通常只是频繁地、明显地 发生在某些区域间，而在这些区域外，输电阻塞发 生的概率较小，情况也比较轻微，为此提出区域边 际电价来代替节点边际电价。当区内无阻塞现象时，同一区内的节点具有相 同的区域边际电价。当电网存在输电阻塞时，按阻 塞断面将市场分成几个不同的区域，每个区域有自224高彦辉：电力市场阻塞管理中的电价vol. 32 supplement 2己的区域边际电价。合理的分区边界必须准确地体 现电网的阻塞状况。现有的市场分区方法主要有以 下 2 种：第 1 种是以阻塞线路为基础的市场分区界 定方法，该方法规定分区边界必须由阻塞线路组成， 新的分区边界的建立也要以新的阻塞线路为基础； 第 2 种方法是以节点电价为基础的市场区域界定方 法，即同一区域内的节点电价基本接近，不同区域 的节点电价差别较大。zmp 机制不仅是一种区域电 价机制，而且是一种阻塞管理机制。zmp 机制有 2 个特点：一是体现电源和负荷的区域性分布，能引 导电源和负荷的合理选址；二是考虑了阻塞只是频 繁发生于分区之间的特点，因此阻塞管理较易实现。 1.3系统边际发电价格系统边际发电价格(system marginal price，smp) 是指在满足机组运行约束的条件下，逐时段按机组 报价由低到高进行排序，最后一个满足负荷的机组 报价。交易中心与发电商之间的结算按照 smp 进 行，发电商的收入=系统边际电价售电量，这种结 算方式有利于市场的良性循环：发电商追求更大利 润和扩大市场份额的内在动力促使发电商降低成 本，以保证自身在电力市场中的竞争力。在负荷出清、机组出清的情况下，smp 值唯一； 在图 1 所示的情况下，smp 值非唯一9。电价电机组以其发电母线处的 lmp 结算，负荷方以其 负荷母线处的 lmp 支付，负荷需求方要支付阻塞 成本，阻塞成本等于负荷需求方与发电供给方两地 的 lmp 差值，并利用 ftr 来规避阻塞产生的风险。 ftr 基于实时电价理论，由于网络阻塞引起各节点 的 lmp 不同，lmp 已经隐含考虑了阻塞的机会成 本，参与现货市场竞标的交易商在相应节点按 lmp 进行交易；期货交易(双边交易)的交易商向输电系 统运行机构支付阻塞费，即功率注入节点和功率流 出节点的 lmp 之差。对从节点 i 到节点 j 的双边电 能交易，假设两节点电价分别为 pi 和 pj ，那么此双 边交易合同每单位电能交易需支付的阻塞费用为 pi - pj 。交易商可预先购买 ftr 以获得补偿，从而 规避因节点间 lmp 差别而引起的阻塞风险。pjm 电力市场利用 lmp 和 ftr 对输电阻塞进行管理的 计算过程说明如下10。2.2计算 lmp根据 lmp 的定义计算 lmp，lmp 反映了在某 个节点上增加单位负荷的供应所增加的费用，即节 点边际成本。计算方法为基于边际发电机组贡献的 灵敏度计算方法，即根据最经济安全约束调度法 则，在考虑传输限制的情况下，以最小花费为目标，求某点负荷增加(例如某节点增加 1 mw 负荷)时各 边际发电机组的报价。d0 s0 d1 s1o实际出力机组报价曲线负荷报价曲线出力当系统不发生输电阻塞时，系统各点 lmp 相 同，通常等于进入调度的最高发电报价；当系统发 生输电阻塞时：图 1 smp 解非唯一的情况smp 解非唯一情况下的求解如下：令 a =plm(i) =kj=1s j pj| d0 - s0 | 0 ，b = min(d0 , s0 ) - max(d1, s1 ) 0 ，c =| d1 - s1 | 0 ， d = min(d1, s1 ) 0 。则p= d + b + c (a + b + c)sma + 2b + c求出的 smp 解满足：1）界限要求：定价范围式中：k 为系统边际发电机组的数量；sj 表示节点i 增加 1 mw 负荷，第 j 台边际发电机组的贡献，mw； pj 为第 j 台边际发电机组的电能价格。2.3计算市场成员需要支付的输电阻塞费用负荷点 i 得到电源点 j 的 pij 电能需支付的阻塞在理论区间之内；2）一致要求：公式适用各种情况；3）对等要求：负荷侧和发电侧对等；4）灵敏 度要求：smp 能对报价变化作出合理响应，报价的费用为cij = pij plm (i) - plm ( j)变化不会引起 smp 的剧烈变化。2lmp 在美国 pjm 电力市场阻塞管理中的 应用2.1概述pjm 电力市场利用 lmp 和输电权(fixed transmission rights，ftr)对输电阻塞进行管理：发2.4ftr 分配为保证全部固定输电服务要求在可靠性标准的 控制范围内可以实施，pjm 为每个计划周期执行年基 础的同时可行性测试。这个测试的目的是在现有的输 电系统能力下保证所有预定输电权利。同时可行性测 试的设计用来保证 pjm 在正常情况下的阻塞收入。根据市场成员拥有的 ftr 价值进行输电阻塞第 32 卷 增刊 2电 网 技 术225收益的分配，多余的阻塞收益按照持有 ftr 的数量 比例或价值比例进行分配。3lmp 在加州电力市场阻塞管理中的应用3.1概述运行经济调度是以最小生产成本为目的计算 最佳发电与负荷的匹配。系统边际价格、区域价格和节点价格都是经济调度的副产品。加州使用 lmp 进行阻塞管理，lmp 由以下几部分构成：电量价格、 阻塞费用、网损费用。3 节点电力系统如图 2 所示，忽略线损，所有 支线的电抗都等于 1，bc 线路的热容量限制为 50 mw， pa =50 usd/mw， pb =10 usd/mw。系统在不同负荷情况下的潮流如图 2 所示。 0 mwga25 mw25 mw50 mw75 mwgb 2 mwga24 mw26 mw50 mw74 mwgb4 mwga23 mw27 mw50 mw73 mwgblc=75 mwlc=76 mwlc=77 mw(a) (b)图 2 不同负荷情况下的潮流结果(c)3.2计算不同负荷情况下的 lmp(c)smp 由不考虑输电约束的电力交易计划确定，这是当 lc=75 mw时 ，系统成 本为 75 10 =为了排除输电网络的影响，尽可能真实地反映电力750 usd ；当 lc=76 mw 时，系统成本为 74 10 +2 50 = 840 usd ；当 lc=77 mw 时，系统成本为供需状况，体现发电商之间的公平竞争。基于节点电价的阻塞管理理论在中国电网的应用研究工作11-137310 + 2 40 = 930usd ；当 lc=75 mw 时，lmp(c)=已经开展，这些研究工作对中国电力市场的发c 点负荷为 76 mw 时的系统成本-c 点负荷为75 mw 时的系统成本=840-750=90(usd/ mw)。当 lc =76 mw 时，lmp(c)=c 点负荷为 77 mw 时的系 统成本 -c 点负荷为 76 mw 时的 系统成 本 = 930-840= 90(usd/mw)。3.3 计算系统阻塞费用当 lc=75 mw 时，系统阻塞费用为(90 - 50) 25 + (50 - 10) 25 +(90 - 10) 50 = 6000 usd当 lc=76 mw 时，系统阻塞费用为(90 - 50) 26 + (50 - 10) 24 +(90 - 10) 50 = 6000 usd3.4 阻塞费用的支付如果线路 bc 没有热容量限制，在 lc=76 mw 时，系统潮流结果如图 3 所示，此时 lmp(c)= 10(usd/mw) ，购电费用节省了 76 90 - 76 10 =6 080 usd ，c 点负荷是受益者，所以 c 点负荷应 支付阻塞费用 6 000 usd。25.33 mw0 mw76 mw展具有一定的借鉴意义。参考文献1 赵遵廉，辛耀中，郭国川电力市场运营系统m北京：中国电 力出版社，2001：12 国家电力监管委员会中国电力市场名词解释m北京：中国电 力出版社，2005：633 陈睿，袁若宁几种电价模型的探讨j当代经济，2005(5)：634 张森林区域电力市场中月度撮合交易竞价机制研究(二)考虑输电 价格、输电损耗折价和环保因素的类 pab 结算机制j继电器， 2006，34(11)：66-705 尚金成，张兆峰，韩刚，等区域电力市场竞价交易模型与交易机 制的研究(二)电价机制及其稳定制度、市场风险及其规避、结算机制 与市场盈余公平分配模型j电力系自自动化，2005，29(13)：5-126 茅于轼电力定价的几个经济学问题j能源政策研究，2005(5)：5-77 丁晓莺，王锡凡一种基于独立电价变量的节点电价模型j电 力系统自动化，2006，30(8)：16-208 柯进，管霖电力市场下的输电阻塞管理技术j电力系统自动 化，2002，26(14)：20-259 冯冬涵，甘德强，钟金，等电力市场出清价格的非唯一性及定 价新办法j电力系统自动化，2006，30(12)：27-3210 pjm：5 bus exampledb/ol/services/training/ down loads/20050713-gen-101-lmp-overview.pdf11 张哲，江长明，许晓菲，等基于节点电价的阻塞管理理论在华北电网的应用j电网技术，2008，32(6)：81-86ga4结论2