（电气工程专业论文）电力市场输电网阻塞管理的研究.pdf

重庆大学硕士学位论文中文摘要 摘要 电力市场改革就是将电力工业从传统的垄断管制型向竞争监管型转变，解除 管制、引入竞争已经成为世界各国电力行业发展的总趋势。随着输电网开放以及 转运业务或跨区域电能交易的日益增多，输电阻塞问题日益严重。阻塞分割了完 整的电力市场，削弱竞争机制，导致发电资源在整个网络中优化配置失效，增加 了发电成本，减少了市场效率。电力市场阻塞管理就是要制定一套公平的调整准 则，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：通过价格信号 为系统的长期健康发展提供激励。 文章着重从以下几个方面对电力市场阻塞管理问题进行探讨，主要包括以下 几个方面： 阻塞管理包括线路潮流的消除和阻塞调度费用的分摊。针对国内外阻塞管 理的研究方法进行了归类、分析和比较，详细阐述了各种典型的阻塞管理方法的 优点和不足之处。 对电力系统功率分布系数进行了详细的论述。对联合转移分布系数的概念、 计算模型及求解进行了分析。联合转移分布系数没有平衡机的假设，其本身蕴含 丰富的阻塞调度信息，而且比传统的功率传输分布系数更加稳定联合转移分布 系数求取主要是基于系统内两个节点增减对于线路潮流的影响，特别在双边交易 模式下，能够为成对出现的交易转运业务提供阻塞管理的必要信息。这对于要求 通过调度系统节点上发电机( 负荷) 功率注入( 汲取) 来消除阻塞管理来说具有良好的 实用性。 在联营体交易模式下，提出发电负荷期权进行阻塞管理，发电企业和负荷 在阻塞情况下具有了较大的灵活性，有利于市场的资源合理流动：在双边交易模 式下，着重分析金融输电权和基于潮流的物理输电权的优缺点，提出改进的输电 权参与阻塞管理。改进型输电权持有者可以有效地在其权利范围内享有调度优先 权，超出其权利范围的部分则与市场其他成员一起接受公平的调度。这样不仅可 以有效地减少输电权持有者的损失，又不影响整个系统的经济调度，而且使得市 场参与者积极主动参与阻塞管理。 关于阻塞管理的费用，采用了网络拓扑分析方法进行潮流跟踪，按造成线路 阻塞责任大小进行分摊。 关键词：电力市场；阻塞管理：联合转移分布系数；发电负荷期权；改型性 输电权；阻塞费用分摊 重庆大学硕士学位论文英文摘要 a b s t r a c t r e s t r u c t u r i n go ft h ee l e c t r i c i t yi n d m 办) 。如果某交易商的双边交易合同需要从节点k 输 电q 到节点，那么它需要支付p ，g p 。q 的费用给电力交易中心；如果它拥 有相应的输电权，那么它将得到一定百分比的补偿，即获得( 办q p t q ) 的补偿 ( o s 1 ) 。未购买相应f t r 则补偿系数= 0 ，购买相应f t r 且完全给予补偿则 补偿系数口= l 。因此交易商在结算时输电阻塞的支出和补偿收入是有所抵消的， 这样就可以通过预先购买f 1 1 l ，交易商获得阻塞价格( 转化为输电权价格) 和电价的 确定性。 由于l m p 已隐含考虑了潮流，因此f t r 不需要定义功率实际流动的路径，是 在节点和节点之间定义的，与输电路径无关；l m p 已经隐含考虑了阻塞的机会成 本，市场参与者支付的电价里已经包含了阻塞费用，因而f t r 可以起到正确的激 励交易商有效的使用输电网的作用 2 4 3 基于潮流的输电权嘲一嘲 金融输电权的目的是在阻塞已成为既成事实的情况下，尽量合理分摊阻塞成 本和让交易商有效地规避阻塞带来的金融风险。而基于输电线路上定义输电权不 受潮流运行方式影响的优点，h u n g - p oc h a o 等在1 9 9 6 年首次提出了基于潮流的输 电权( f l o wg a t er i g h t s ) 的概念 基于潮流的输电权赋予权利所有者在使用指定关键路径( f l o wg a t e ，f g ) 时，不 仅有获取金融补偿的权利，且有计划优先安排的权利，兼有金融输电权和物理输 电权的特性。输电权的设计应尽可能使输电阻塞定价尽可能与实际功率流动匹配。 重庆大学硕士学位论文 2 输电网阻塞管理理论与方法 所以首先需要解决的问题就是如何使得交易和实际产生的潮流相匹配。h u n g - p o c h a o 采用基于直流潮流的功率转移分布系数( p o w e rt r a n s f e rd i s t r i b u t i o nf a c t o r s ， p t d f ) 来解决这一问题。p t d f 定义为改变某一节点的注入功率，某一支路潮流会 相应发生变化，该支路功率的变化量与注入功率变化量之比。由此可以求得各双 边交易在网络各支路上产生的潮流 在实际网络中如果所有线路都考虑，则整个输电权将非常复杂。处理方法为 通过预测或根据运行情况确定一系列容易出现阻塞的线路，即f l o wg a t e 。f l o w c r a t e 可以是一条线路，也可以是一系列线路组成的割集。它取决于网络拓扑、系 统参数和运行状态。正常情况下，f l o wg a t e 具有一定的稳定性，可以根据系统参 数及电能交易计划进行预测。 进行市场结算时，对于f g r 完全覆盖( 即购买了所有必需的f o r ) 的交易， 交易商不必支付任何阻塞费用对于f g r 覆盖不完全的电能交易，根据调度结果 计算出相应阻塞线路的影子价格，然后按交易对这些线路阻塞的“贡献”来收费。 与以节点电价差作为阻塞电价的方法相比，这种定价方式更加透明。 f g r 适用于双边交易的电力市场，有两个明显的优点； 在输电权交易过程中，交易商将直接面对阻塞的机会成本。通常情况下， 若电能交易会引起阻塞，阻塞费用在实际调度前可知。这使得交易商更加谨慎的 指定自己的交易计划，在阻塞管理中处于主动的角色； 在实际运行中，发生阻塞会使得整个网络的节点边际价格波动。交易商更 愿意看到稳定的价格，并希望自己的交易计划能确保执行，输电权规避价格风险 的功能和与之相关的优先权在一定程度上满足了这种要求。 2 5 阻塞对电力市场均衡的影响 2 。5 。1 电力市场要素咖 构成电力市场的要素主要有：市场主体、市场客体、市场载体、市场电价、 市场规则、市场监管。 市场主体，与其他商品市场一样，电力市场的市场主体也是由商品生产者、 消费者、经营者和市场管理者组成。在传统电力系统中，用户始终处于被动的地 位，而在电力市场中，用户则具有一定的选择性和能能性。由于电力市场的需要， 电力市场中的成员可以在供应者和用户两者之间转换角色 市场客体，普通商品市场的客体是指买卖双方交易的对象，即商品。电力 市场的客体与市场本身的发达程度有关，主要包括电力( 电量) 、辅助服务或期权 1 7 重庆大学硕士学位论文2 输电网阻塞管理理论与方法 等。电力市场有别于其他商品市场之处，就在于电力生产、输送、消费必须同时 完成，具有供需动态平衡的特殊性。这一特点是其他任何商品所不具备的。 市场载体，普通商品市场的载体通常是指网点设施、仓储设施、运输设施、 遥讯设施、交易场所等。电力市场的载体是“电网”。由于电网具有自然垄断的属 性，常常由国家或其委托的公司统一管理，为了保证电力市场公平、公正、公开 的“三公”原则，电网必须对所有成员无条件地开放。 市场电价，是电力市场的核心和杠杆，是电力市场中传递供求变化最敏感 的信号，也是体现管理思想的重要工具。与此同时，电价也有其自发性和盲目性 的一面，政府管理部门应进行适度调控和监管，保证价格水平基本稳定，维护公 平竞争。研究电价的关键是电价形成的机制和电价结构。电价形成机制是遵循价 值规律和供求调节规律，有市场形成价格的定价机制。电价结构通常包括电价构 成和电价体系两部分。电价构成包括市场成本、期间费用、利润和税金四部分。 电价体系是指不同商品之间的比价关系和同种商品价格在不同流转环节的差价关 系，以及它们之间的有机联系。电价体现可以经常变动，它在一定程度上是由国 民经济的运动而引起的。 随着电力市场的成熟和完善，“电力商品”不仅限于电力和电量，围绕电力平 衡存在的各种服务也将称为商品，并在电力市场中大量交易。 市场规则，电力市场应该具备各种详细的规则，如市场进入规则、交易规 则、竞争规则和运行规则。 市场监管，是指依靠行政组织、司法组织、经济维织、新闻媒体等，按照 市场规则，对市场行为和市场运行过程进行监督的全过程。市场监管应该具备六 项职能：预见职能、监督职能、判断职能、补救职能、仲裁职能和情报职能。 2 5 2 阻塞对电力市场均衡的影响 均衡分析是经济学分析市场运行的基本方法，电力市场均衡是指市场中电力 供给与电力需求的暂态平衡。 市场主体中的发电商在一定时期和价格水平内，有着各自意愿的电能生产产 量，由此形成的电力供给函数。与传统电力系统不同的是，在电力市场环境下发 电商作为独立的经济实体，为了追求自身利益的最大化，它在竞价上网报价过程 中不可能完全暴露自身的生产成本曲线，所形成的报价曲线只是对生长成本曲线 的一个衡量。 同样用户在一定时期和价格水平内，有着各自意愿的电能需求数量，由此形 成的电力函数函数。传统的用户在电力系统中只处于被动的接受地位，但在电力 市场环境下，风险有可能导致电价的飞涨，所以用户需求不再统一是刚性的 重庆大学硕士学位论文2 输电网阻塞管理理论与方法 如图2 - 2 和图2 - 3 所示，发电商以其成本为基础进行电力交易如曲线s ，电价 p 与供给电量g 成正比，随着电量本身的增加其电价也正比增加称为供给量的变 动；负荷以其购买电力的成本为基础进行电力交易如曲线d 1 ，电价p 与供给电量g 成反比，随着电量本身的增加它能够接受的电价也随着减少称为需求量的变动嗣。 畔 p t p 0 图2 - 2 发电商供给曲线图圈2 - 3 负荷需求曲线 f i 9 2 2g r a p ho fs u p p l y f i 9 2 3g r a p ho fd e m a n d 如果在发电商和用户之间的输电线路出现了阻塞，即使得发电商供给量受到 了限制，则图2 - 2 中发电商的供给曲线开始从墨平移到蜀即表明供给有所减少， 即供给曲线向左移动表明供给减少，向右移动表明供给增加。由于负荷用户的需 求是不变，阻塞导致的只是需求量的变动，所以需求曲线不移动 如图2 4 所示，在电力市场环境下通过竞争已经达到一个相对稳定的状态 点，即一个电力市场均衡。形成系统的交易计划，整个电力市场发电企业向用户 提供吼的电量并以矶的价格结算。但是如果由于输电线路传输功率越限，产生了 阻塞现象，发电企业的电力不能按计划输送，用户的需求电力不能按计划得到满 足，即阻塞导致了此市场均衡受到了破坏。阻塞使得发电商和用户经过各种变量 的数值调整，电力市场因此会得到一定的经济信号，用以调节电力生产、电力消 费，使电力企业和用户的交易行为得到相互的协调，电力市场的交易活动又重新 达到相对稳定的状态曰点，即新的市场均衡。形成系统的实际的交易，发电企业 向用户提供g ，的电量并以办的价格结算。值得注意的是在复杂电力系统结构中受 到外部性的影响，吼一q ，的量并不一定是输电线路阻塞的越限量。 原来的市场均衡产生的交易额是以6 嘣为对角线的四边形，丽新的市场均衡产 生的交易额是以o b 为对角线的四边形。可以清晰的发现阻塞使得市场交易额减少 了。而阻塞管理就是要在这两个市场均衡之间以较为经济有效的方式实旌平稳过 渡，并且使得交易额减少降到最低 1 9 重庆大学硕士学位论文 2 输电网阻塞管理理论与方法 图2 - 4 阻塞对市场均衡的影响 f i 9 2 - 4e f f e c to fm a r k e tb a l a n c eb yc o n g e s t i o n 2 6 本章小结 本章根据电力市场环境下输电阻塞管理环境特点进行了分析，并分别对基于 灵敏度的阻塞调度算法的发电转移分布系数、广义发电转移分布系数、发电联合 转移分布系数进行了分析比较，为进一步建立阻塞管理调度模型算法奠定了基础。 发电转移分布系数g s d f 的概念蕴涵了平衡机假设，它的计算依赖于平衡发 电机的选择，所以选择不同的平衡节点得到调度结果也不一样。 广义发电转移分布系数g g d f 不需要平衡发电机，也无需维持总发电量不变， 直接的好处就是当系统发电量变化时，不必重新进行潮流计算来建立初始的运行 状态。但是，g g d f 的概念假设潮流只是发电机出力的函数，没有考虑负荷的分 布对于线路潮流的影响。 发电联合转移分布系数g j s d f 不需要平衡发电机，它的概念已蕴涵了系统功 率平衡，对于g g d f 的引申可以求取负荷的变化对于系统线路潮流的影响。对于 g j s d f 的系数分量的求取主要采用求和运算，使得计算效率显著提高。将g j s d f 引入电力市场阻塞管理的线路阻塞消除计算过程中。方法简单有效。 采用b i a l e k 算法进行潮流跟踪，求取发电机或负荷对于输电线路是基于比例 分摊原则的网络拓扑分析通过这种算法可以清楚的解释系统中各发电机和负荷 对于阻塞线路的利用份额，由此可以较为合理的在各发电商和负荷中按使用程度 进行阻塞费用的结算。 电力市场竞争使得资源优化配置，以此同时也带来了风险。引入风险管理参 与电力运营，可以极大的提高市场参与者积极性，同时为整个市场竞争提供了安 全稳定的环境。产权机制一直是关注的焦点，输电权的引入为各输电用户规避阻 塞风险提供了一种全新的途径，特别在于复杂交易的双边模式环境下。 重庆大学硕士学位论文 2 输电网阻塞管理理论与方法 最后从微观经济学的角度分析了阻塞对于市场均衡的影响。在完全开放的电 力市场参与者如发电公司、负荷用户的一切行为都可以据此为依据，分析阻塞对 于市场成员的行为的影响 2 1 重庆大学硕士学位论文 3 结合风险分散的联营体模式阻塞管理 3 结合发电负荷期权的联营体模式阻塞管理 3 1 概论 电力联营体( p 0 0 1 ) 模式也被称为“总量市场模式”或“强制性电力库模式”， 是指在一个区域，只有一个集中的、竞争的市场，有时也称为“电力库”。电力供 需双方交易的全部电量及其电价都必须经由现货市场竞争确定，发电商竞争获取 发电上网的权利，但不为特定用户发电；供电商或电力用户也仅在电力库，而不 是从特定的发电商那里购电。i s o 根据市场报价制定交易计划，负责对电网进行调 度运行，实施阻塞管理并进行费用结算，结构模式见图3 - 1 一- 信息资金流 图3 - 1 电力联营体模式结构图 f i g3 - 1p a t t e r no fp o o lt r a d e 电力联营体模式还存在两种细分模式： 非竞争购电模式：即仅在发电侧进行卖方之间的竞争投标，报价低的发电 商优先上网发电；而所有买方的购电权利是平等的，无须提交购电投标、对购电 价格的形成没有影响。 竞争购电模式：发电侧进行卖方之间的竞争投标，报价低的发电商优先上 网发电；买方也要提交购电的投标，报价低的购电用户有可能购不到电，最终的 系统价格由电力需求和电力供应的报价曲线共同决定。 3 。2 结合发电一负荷期权的联营体模式阻塞管理 3 2 1 电力市场期权交易 在电力市场引入期权交易，通过期权灵活的杠杆作用可以使得发电公司和负 荷用户有效地规避阻塞风险和减少损失期权是指在未来一定时期可以买卖的权 重庆大学硕士学位论文3 结合风险分散的联营体模式阻塞管理 利，是买方向卖方支付一定数量的金额( 指权利金) 后，拥有在未来一段时间内 或未来某一特定日期以事先规定好的价格向卖方购买或出售一定数量的特定标的 物的权利，但没有必须买进或卖出的义务。期权交易事实上就是这种权利的交易， 买方有执行也有不执行的权利，完全可以灵活选择。 期权合约是指期权买方向期权卖方支付一定数额的权利金后，即获得在规定 期限内按事先约定好的敲定价格买进或卖出一定数量相关商品的一种合约基本 类型有看涨期权和看跌期权。看涨期权又称买入期权，其持有者享有以履行价购 买某种资产的权利；看跌期权又称卖出期权，其持有者享有以履行价出售某种资 产的权利。在期权合约中规定其持有者只能在到期日行使权利的期权称为欧式期 权；持有者可以在到期日之前的任何时间行使权利的期权称为美式期权。构成期 权合约的要素有：买方、卖方、权利金、敲定价格、通知和到期日【3 7 】【耜】。 与普通商品不同，电力市场中的商品“电能”的交易传输不能自由决定基 尔霍夫定律使得潮流的分布不仅取决于电网结构，而且取决与系统中各个节点的 功率注入量。这就使得整个电力市场在判断潮流分布上具有事前的盲目性，为了 避免这种不确定性带来的实施传输过程中遇到阻塞，使得系统运行费用大幅度增 长，i s o 需要通过价格来对输电用户进行协调。传统的阻塞调度是通过调度发电机 出力，即改变发电商交易量来消除阻塞，刚性负荷无论阻塞导致的价格有多高都 是无条件的接受，消除阻塞就是要削减阻塞送端的“限下”机组出力，在阻塞受 端增加“限上”机组的出力。而在电力市场环境下，引入期权可以将电力交易从 纯粹的物理交易上延伸到金融交易，这就使得电力市场特殊物理交易交得相对灵 活。 3 2 2 发电一负荷期权的提出 在阻塞管理中引入一般的期权，即发电商购买阻塞负荷口袋里其他发电商的 发电期权，在阻塞需要调整该发电商机组出力时行使其期权权利，让负荷口袋中 的发电商以约定好的价格上调机组出力满足负荷需求。这种发电期权即是让权利 买方在出现阻塞情况下，在负荷口袋中找到一个替代者为其发电 然而这只是一种方式，电力市场主体中还有负荷用户参与市场。只调度发电 企业机组出力进行阻塞管理，势必会引起电价的升高，这对于负荷用户来说不可 能一味地接受这种高电价而保持其电能需求的刚性。在传统的电力系统电力紧张 时，负荷也不是全体都保持不变，我国也对负荷进行了分级。而在电力市场环境 下，负荷用户也在竞争中逐渐获得自主性，任何需求都不是刚性的，而是随价格 变化，负荷用户需求同样遵循市场规律，由此电力市场阻塞管理也在寻求新的途 径消除阻塞。利用可中断负荷参与阻塞管理方法w j i - 靳i 的研究已有许多，负荷管理 重庆大学硕士学位论文3 结合风险分散的联营体模式阻塞管理 对于消除阻塞时反映迅速，而且相对于调整发电机出力来说成本更低。假设线路 两端节点f ( 一个发电供应商和一个负荷用户) 和节点_ ，( 一个负荷用户) 在不考虑线 路阻塞的情况下，市场形成交易计划和一个统一的电价即市场出清价，所有成员 以市场出清价结算。由于线路萝的输电容量限制，对于节点_ ，的用户而言，最大可 能供给的功率为，i 恤。i s o 计算出节点- ，的电价，即在消除阻塞的同时提供给节点 ，用户最大的输电容量。 本文承接了负荷调整的思想，针对于联合转移分布系数的概念根据式( 2 5 ) 可以 先求得系统的g s d f ，通过式( 2 6 ) 和g j s d f 的性质可以求得全部的联合转移分布 系数矩阵。对于g j s d f 矩阵元素g 。的广义理解就是当系统节点f 增加单位功率 注入，节点，减少同样的单位功率注入，其他的节点功率注入保持不变，则系统线 路k 的潮流变化量。g j s d f 矩阵信息中这些元素的特性给予阻塞调度削减潮流越 限方法提供了丰富的信息。 从g 。，的矩阵元素可以得到以下的调整策略信息： 当节点f 和j 都是发电机节点时，对应着成对发电机出力增减对于线路k 的 潮流影响； 当节点f 为负荷节点，节点，为发电机节点，则对应着负荷注入功率增加， 即负荷减少，同时发电机出力减少对于线路k 的潮流影响； 节点f 为发电机节点，节点，为负荷节点，则对应着发电机出力增加，同时 负荷注入功率减少，即负荷增加对于线路k 的潮流影响； 节点f 和j 都是负荷节点时，对应着成对负荷汲取功率的增减对于线路k 的 潮流影响； 对于的调整策略即是传统阻塞管理调整系统各节点发电出力； 对于和的g j s d f 元素绝对值相等且相差一个负号，即是引入可中断负荷 结合发电机出力调整。 对于节点f 和，都是负荷的g j s d f ，其含义为系统中其他的节点功率注入都 保持不变，仅这两个负荷节点进行调整来消除阻塞。可以理解为阻塞管理管理过 程中引入发电负荷期权，购买发电负荷期权的发电商在阻塞发生时可以行使其权 利，将电量销售给阻塞送端的其他负荷，保证它在阻塞情况下受到的影响最小， 也就是该发电商通过这种期权形式分散了阻塞风险。 3 2 3 发电一负荷期权的交易条件 对于联营体模式下，发电企业和负荷只关心自身电力商品的买卖。如果在发 电企业报价形成计划交易的时候引入了风险决策，即发电企业考虑到发电计划可 能会在交易实施时遇到阻塞，则它可以在市场上寻求另外的负荷用户与其签订发 重庆大学硕士学位论文3 结合风险分散的联营体模式阻塞管理 电负荷期权合约：如果在实际交易过程中有阻塞出现，导致该发电商出力必须减 少时，可以将其部分电力销售给这些负荷；如果实际没有阻塞出现，则此权利自 动失效。 与发电竟价上网所不同的是，这种期权报价是以阻塞管理为目的，应该对它 的使用有所限制；如果放任市场参与者对于这种期权容量自由报价，则有可能使 得负荷用户进行市场投机，扰乱正常的电力上网报价交易。期权交易过程中期权 容量应该匹配于可中断负荷的容量，也就是期权交易容量应该在可中断负荷容量 范围内，如果超出可中断负荷的容量即会出现此类负荷在一开始的交易形成报价 时采取投机行为。发电公司根据此类负荷愿意支付的容量来与其签订期权交易合 约 为此对于发电负荷期权的设计规则如下； 市场竞价上网结束之后形成计划交易； 考虑到阻塞风险市场上进行可中断负荷报价； 根据可中断负荷报价见图3 - 2 ，匹配发电负荷期权交易的容量。 一 q o q m 图3 - 2 可中断负荷报价表 f i 9 3 2b i do fi n t e r r u p t i b l ei o a d 需要特别指出的是，发电负荷期权行使过程中接受调整的负荷有两类：一类 是可中断的负荷；另一类则是匹配于中断负荷的负荷。 可中断负荷参与阻塞管理，对于其消除阻塞而中断部分需求，应该给予适当 的补偿； 匹配于中断负荷的负荷参与阻塞管理，是发电负荷期权的一个重要部分。这 种负荷的在阻塞时段的增加是受经济利益刺激的锕，增加负荷的部分只是相当于 改变了负荷的用电计划，将未来某个对段的负荷用电计划提前。总的来说，这种 增加的负荷整体上仍然保持着某一时间段内的负荷需求总量不变 3 2 4 发电一负荷期权的具体实施方法 发电负荷期权实际上是发电企业通过风险分散将损失减小的一种措施，即阻 重庆大学硕士学位论文3 结合风险分敖的联营体模式阻塞管理 塞时必须削减的发电量可以通过风险分散，将部分电力转而销售给其他负荷。 在实际电力市场中的负荷用户在阻塞发生时是具有一定的调整能力的，这就 为结合风险分散的进行阻塞管理提供了条件实质上就是利用负荷的这种调整能 力，在阻塞发生时只需要调整阻塞受端的负荷，而通过合理的价格刺激阻塞送端 的负荷也参与调整，使得原本受阻塞影响的发电企业通过风险分散保证了计划产 量。这样一方面可以简单有效地消除阻塞；一方面避免了发电机组的频繁调整， 稳定整个系统的安全运行；而且可以更大的发挥此类负荷的社会生产效应。 具体的实施办法为：在电力市场报价形成交易计划的时候不考虑线路阻塞约 束，发电企业报价和负荷报价形成一个市场出清价。如果发电公司为了规避阻塞 带来的风险，则可以从周围的负荷那里购买发电负荷期权，即这些负荷的参与对 于系统运行阻塞来说是起积极作用的发电商在购买发电。负荷期权后如果出现阻 塞，可以将被调整的电力以高于其向下调整报价而低于市场出清价的价格卖出售。 这样发电企业就可以通过支付一定金额获得发电- 负荷期权，在阻塞调度过程中保 证发电量在一定程度内不受调整。 传统的灵敏度分析 5 s 1 5 9 求取灵敏度系数矩阵时，由于计算需要选择平衡节点， 所以求得的灵敏度矩阵受平衡节点的限制，即调度过程中根据灵敏度分析所得到 的调度结构可能因为平衡节点选取的不同而不同。与之对应参与调度的输电用户 都是理性而独立的经济实体，如发电商的运营目标就是要实现自身经济利益的最 大化，没有任何一个发电商愿意在常规情况下将自己的机组作为平衡节点机组， 来承担整个系统的不平衡量。这种做法不仅经济性欠佳与实际情况相悖，而且实 践也证明没有任何一个发电机组能够完全无条件承担整个系统的不平衡量。 采用联合转移分布系数( g j s d f ) 来求取输电用户对于输电网各线路的灵敏度 矩阵。g j s d f 的系数g 。，的物理意义是：系统在保持其他节点上有功注入不变的 基础上，节点f 上增加单位有功注入，并且另一节点_ ，上减少相同的有功注入后线 路k 的潮流改交量。它没有平衡节点假设，在系统一定的网络结构下是唯一的；在 计算上各元素之间可以根据g j s d f 本身特有的性质相互求取，不需要稀疏技术， 易于编程实现；在实际调度分析过程中思路清晰，不会造成调度方案的多样化。 基于g j s d f 的灵敏度的阻塞管理使得调度方法实用、高效，并且能够向输电用户 清晰地解释整个调度过程 在电力联营体模式下基于联合转移分布系数的阻塞管理如下： 步骤l ：i s o 组织发电商进行报价，发电商根据低价机组优先上网的原则形成 交易计划。最后一个上网发电的机组价格为市场出清价，所有发电机组统一以这 个电价结算，即全网电价一致。为适应电力市场运营需要，充分体现市场竞争的 公平性，i s o 还组织各发电商( 和用户) 就调整量进行报价，形成调整价格，其中包 重庆大学硕士学位论文3 结合风险分散的联营体模式阻塞管理 括增加和减少功率注入的价格。 步骤2 ：根据式( 2 5 ) 、式( 2 6 ) 及式( 2 1 1 ) 至式( 2 1 7 ) 可以求得联合转移分布系数 矩阵。i s o 向整个市场公布g j s d f 信息，发电企业根据g j s d f 矩阵元素信息寻找 匹配可中断负荷的负荷，与其签订发电负荷期权合约，约定发电企业遇到阻塞时 可以向它出售电力 步骤3 ：进行潮流计算求解系统各线路的潮流，校核各支路是否有潮流越限， 即要满足条件( 2 4 ) 。 步骤4 ：如果线路k 潮流越限，g j s d f 矩阵的第k 行代表各输电用户对系统第 k 条支路的灵敏度。由于g j s d f 的性质有式( 2 1 4 ) 。则g j s d f 矩阵的第k 行各元 素表示各输电用户对线路潮流的影响能力。因此负的灵敏度对应消除阻塞的能力， 即寻找第k 行全部负的灵敏度分量。 步骤5 ：i s o 根据输电用户对阻塞线路的影响和各自的支付意愿进行阻塞调度。 r a i n + 乃) 嵋 ( 3 1 ) f t 扣l s i s t 1 只o + q 刮0 f 最口 ( 3 2 ) 屿纰孟 ( 3 3 ) t 屿妒k ( 3 4 ) 其中，以和，分别为增量报价和减量报价； 【s - 】为g j s d f 系数中影响线路k 的负灵敏度分量； 只，为g j s d f 对应的调整量； 最。和最分别为线路七的初始潮流和容量限制； a 只：o 、a 巧。分别为对应f 节点的最大增加量和，节点的最大减少量。 步骤6 ：根据式( 2 2 0 ) 至( 2 2 4 ) n - - j 以求得各输电用户对每条线路的利用份额，本 文采用按比例分配原则对阻塞线路的使用者进行阻塞费用分摊。 整个阻塞管理算法流程见图3 3 。 重庆大学硕士学位论文3 结合风险分散的联营体模式阻塞管理 市场报价形成交易计划 公布g j s d f 信息 负荷可中断报价 发电一负荷期权交易 + 潮流计算 番 寻找过载支路 匹配于可中断负荷的发 电一负荷期权参与阻塞 调度 l 以调整费用最小进行调度 确定发电机负荷功率调整量 图3 - 3 联营体模式下阻塞管理算法流程 f i 9 3 - 3f l o wc h a r to fa l g o r i t h mu n d e rp o o ll m t t e r n 重庆大学硕士学位论文 3 结合风险分散的联营体模式阻塞管理 3 3 算例分析 本文采用i e e e 9 节点的电力系统，如图3 - 4 所示。 4 7 图3 - 4i e e e - 9 系统结构图 f i 9 3 - 4t o p o l o g i cs t r u c t u r eo fi e e e - 9s y s t e m 考虑某个交易时段普通的阻塞管理、引入可中断负荷的阻塞管理、引入发电- 负荷期权的阻塞管理三种方法进行比较。系统结构的参数见表3 - 1 表3 - 1i e e e - 9 系统支路参数 t a b l e 3 1b r a n c hd a t ao fi e e e - 9s y s t e m 支路编号支路首末端支路导纳线路容量 p u m w l 1 - 20 25 0 23 - 20 1 5 6 0 3 l - 40 2 59 0 44 - 50 55 8 53 50 3 5 9 5 6005 7 2 77 _ 40 0 56 8 88 - 70 1 06 5 99 - 8 0 i 07 0 1 0 6 - 90 1 09 5 重庆大学硕士学位论文3 结合风险分数的联营体模式阻塞管理 发电商某个时段市场报价见表3 - 2 表3 - 2 发电装机容量及电能报价表 t a b l e 3 - 2g e n e r a t o rc a p a c i t ya n db i d 报价为正常报价，括号内为调整报价，规定削减机组出力给予报价的一半进 行补偿市场中负荷需求岛、厶、厶、厶、厶分别为7 2 m w 、9 5 m w 、1 3 0 m w 、 3 5 m w 、2 0 m w 发电商根据低价机组优先上网的原则，形成的交易计划g i 、g ，、 瓴、g 7 分别为i i o m w 、1 3 5 m w 、9 8 m w 、9 m w ，和市场出清价2 0 0y u m w h ， 系统g j s d f 信息和计划交易的系统线路潮流见表3 - 3 和表3 4 。 表3 - 3 计划交易的系统线路潮流 t a b l e 3 3s y s t e mf l o wo fp r o p o s et r a d e 此时5 号线路3 5 的容量为9 5 m w 而计算得到潮流越限6 0 4 5 9 m w ，即出现 阻塞。 表3 4 系统g j s d f 信息 t a b l e 3 - 4g j s d fo fs y s t e m g o j ( o 1 2 8 4 )g q j 1 2 s 4 )g 5 - i j 1 0 0 9 )g s q 。，( 0 0 6 4 2 ) g k j ( o 1 0 0 9 )g “j 0 2 7 s ) g o t ( o 0 2 7 s ) g 5 ”( 0 1 9 2 7 ) g = 2 j 垡：坚21 叠2 塑：! ! 堡垒2 竺：! 箜1 2g 重塑：! 箜坠 重庆大学硕士学位论文3 结合风险分散的联营体模式阻塞管理 传统的阻塞调度，即消除阻塞就是要削减阻塞送端机组出力，在阻塞受端 找到替代的机组出力满足负荷。 由式( 3 1 ) - 式( 3 4 ) 可得调整结果：g 、g ，、g 、q 分别为l l o m w 、 1 0 3 6 2 5 3 m w 、9 8 m w 、4 0 3 7 4 7 m w ，即g 削减出力3 1 3 7 4 7 m w ，g ，增加出力 3 l3 7 4 7 m w 。阻塞管理的调整费用为2 0 3 9 3 6 元。 由此可以计算实际交易在系统线路上产生的潮流见表3 5 表3 5 方法1 实际交易的系统线路潮流 t a b l e 3 - 5 p r a c t i c es y s t e mf l o wo fm e t h o di 引入可中断负荷消除阻塞，假设市场中形成的有限的可中断负荷，数量和 可中断负荷价格见表3 - 6 。 表3 - 6 可中断负荷数量和价格 t a b l e 3 - 6q u a n t i t ya n db i do fi n t e r r u p t i b l el o a d 由于引入可中断负荷，即可在表3 - 4 的基础上再求得关于可中断负荷的g j s d f 系数，见表3 7 表3 7 关于可中断负荷的6 j s d f 系数 t a b l e 3 - 7g 3 s d fo fm a t c h i n gl o a d k j 0 9 1 7 )厶h j ( - 0 2 2 0 2 ) l 5 - 4 ( - 0 1 9 2 7 )钆。7 0 2 7 5 ) 墨纽j 塑：! ! 塑刍= 盐塑：! ! 婴生型塑：箜! 坐生址垡：! ! ! 垄 3 l 重庆大学硕士学位论文3 结合风险分散的联营体模式阻塞管理 由式( 3 1 ) 式( 3 4 ) 可得调整结果：g l 、g 3 、g 6 、g 7 分别为l l o m w 、 1 2 6 0 9 4 6 m w 、9 8 m w 、9 m w ，即g ，削减出力3 1 3 7 4 7 m w ，g 7 增加出力 3 1 3 7 4 7 m w ；厶、厶、厶、厶、厶分别为7 2 m w 、9 5 m w 、1 2 1 0 9 5 m w 、3 5 m w 、 2 0 1 v i w 。即g ，削减出力8 ，9 0 5 4 m w ，l 5 削减负荷8 9 0 5 4 m w 。阻塞管理的调整费 用为1 7 8 1 0 9 元 由此可以计算实际交易在系统线路上产生的潮流见表3 - 8 表3 _ 8 方法2 实际交易的系统线路潮流 t a b l e 3 - 8p r a c t i c es y s t e mf l o wo fm e t h o di i 在第一次市场报价形成计划交易的同时，i s o 公布g j s d f 系数信息。i s o 以线路灵敏度大小为依据寻求负荷用户与其签订协议，将发电商的风险分散。 如果i s o 在市场寻找匹配可中断负荷与可增长负荷的负荷对。为简单起见， 如i s o 找到阻塞送端期权负荷上：匹配阻塞受端可中断负荷、厶。厶购买电能 价格见表3 - 9 ，g j s d f 系数相应为。2 ( - o 1 6 5 1 ) ，工”2 ( - o 6 2 3 9 ) 表3 _ 9 期权负荷数量和价格 t 8 b l e 3 - 9q u a n t i t ya n db i do fo p t i o nl o a d 由式( 3 1 ) - 式( 3 4 ) 可得调整结果：g l 、q 、g 、g 7 的出力不变；厶、厶、厶、 三i 、厶分刹为8 1 6 9 0 5 m w 、9 5 m w 、1 2 0 3 0 9 5 m w 、3 5 m w 、2 0 m w 。即岛削减 负荷9 6 9 0 5 m w ，厶增加负荷9 6 9 0 5 m w 。 由此可以计算实际交易在系统线路上产生的潮流见表3 - 1 0 。 重庆大学硕士学位论文 3 结合风险分敦的联营体模式阻塞管理 阻塞管理的调整费用为1 4 5 3 5 7 元，这部分费用主要是由于削减了厶的负荷而 进行的补偿。由于保证了g 的出力不受调整，这部分费用应该由g 3 分摊。 由此这对匹配的负荷对调整，在阻塞管理中反应速度快，而且成本较其他方 法低 对比以上三种方法，阻塞管理结果分别见表3 1 l ，图3 - 5 和图3 - 6 。 表3 - l l 三种方法交易量对比 t a b l e 3 _ 1 1t i i ec o n t r a s to ft h r e em e t h o d s ，3 重庆大学硕士学位论文 3 结合风险分散的联营体模式阻塞管理 2 5 0 d 2 0 d d 1 5 0 d 1 0 0 0 5 0 0 o 阻塞管理交易量对比 单位lm w 市场交易实体 图3 5 三种方法的交易量对比 f i 9 3 5t 1 l ed e a lo ft h r e em e t h o d s 调整费用 单位；元 工i ii i i 图3 喝三种方法调整费用对比 f i 9 3 6t h ec o n g e s t i o nc o s to ft h r e em e t h o d s 对于阻塞费用的结算按市场参与者对阻塞线路的使用程度分摊，见表3 - 1 2 表3 - 1 2 市场参与者对于阻塞线路的使用程度分摊阻塞费用 t a b l e 3 1 2a p p o r t i o no fc o n g e s t i o nc h a r g e 3 g 3 9 5 0 0 0 07 2 6 7 9 1刍! ! ：! ! 塑! 垄：! ! 重庆大学硕士学位论文3 结合风险分散的联营体模式阻塞管理 3 4 本章小结 在联营体交易模式下，本章针对发电联合转移分布系数的特点，提出发电负 荷期权参与阻塞管理，对算例分析得到以下结论： 采用发电联合转移分布系数进行阻塞管理，不受平街节点选择的限制。将 其引入阻塞管理调度模型方法简单快速，条理清晰： 电力系统潮流分布不但与系统结构有关，还以各节点注入功率有关，所以 消除阻塞的方法可以是调节节点发电功率注入，也可以是调整节点负荷功率，也 即将负荷看作是向系统注入负的功率的发电机。g j s d f 为阻塞管理提供了丰富的 调度策略信息。 引入负荷参与阻塞管理，提出发电负荷期权。可以减少发电机组的频繁调 整，有利于电力系统的稳定性；而且可以更大程度的发挥整个系统的效益。 重庆大学硕士学位论文 4 结合改进型输电权的双边交易模式阻塞管理 4 结合改进型输电权的双边交易模式阻塞管理 4 1 概述 双边( b i l a t e a f a l ) 交易模式属于“非强制电力市场”的一种形式。与电力联营体 模式明显不同的是：在这种模式下，不再强制电力供购双方参与电力库，绝大部 分的电力实物交易都是由供购双方协商完成的。在双边交易模式下，i s o 仅负责双 边交易匹配外的系统平衡、调度运行和输电阻塞管理等，结构模式见图4 - l 。 一卜信息资金流 圈4 - 1 双边模式结构图 f i 9 4 - 1p a t t e r no fb i l a t e r a lt r a d e 这种模式下的电力交易更接近于一般的商品市场，市场参与者享有更多的自 主权，强调电力买卖双方根据协商好的价格以合同的形式达成交易，仅向i s o 提 供交易计划向电网公司承担转运费用和管理费用；双边交易为需求侧提供充分的 参与机会，需求侧的参与会使需求侧管理和它的价格杠杆作用加强；电力联营体 的市场风险得到了转移和弱化。 4 2 改进型输电权的阻塞管理分析 4 2 1f i r 和f g r 的分析 目前提出的各种输电权本质上可以分为金融输电权( f t r ) 和物理输电权 ( f o r ) ，具体的定义和操作已在前文阐述，这里主要分析两种输电权的不足： 金融输电权e r r i ) f t r 的市场流动性问题 f t r 的定义是点对点的输电权利，而各个输电用户是处于网络上不同的节点。 重庆大学硕士学位论文4 结合改进型输电权的双边交易模式阻塞管理 当f i r 交易结束之后，输电用户购买了一定的数量的f t r ，但在实际的电力交易 过程中想要放弃这种权利，则在输电权二手交易市场上很难向其他的输电用户进 行转让。这种输电权类似于为网络中节点对量身订做的，难以为其他节点对所接 受。 2 ) f t r 的反向潮流问题 线路阻塞导致了线路两端的电价不一致，如果输电用户事先已经购买了该阻 塞线路一定输电容量的f t r ，则持有者可以得到相应的阻塞费用补偿。但是f t r 的设计是考虑输电方向的，如果输电用户购买的f t r 输电方向和实际潮流方向不 一致，则造成了购买该f t r 的输电用户的金融义务，即还要继续支付反向潮流的 阻塞费用。 3 ) f t r 阻塞费用结算的问题 f t r 对阻塞费用的影响是事后确定的，市场参与者只能被动地接受这一结果， 因此f t r 对于调度前缓解阻塞而言所起的作用是很小的，没用足够的指导性作用。 f t r 定义注定了它只能是对阻塞引起的费用增加进行金融风险的规避。在发生阻 塞之后，持有者可以得到阻塞管理费用的金融补偿，即将风险转嫁给了其他的输 电用户。 物理输电权f g r 1 ) f g r 的市场力问题 拥有大量f g r 的输电用户可能以此影响输电权的价格，进而影响i s o 的整个 调度方案。针对这一问题，美国联邦能源委员会f e r c 在标准市场设计规则中采 用了“u s e - i t - o r - l o s e - i t ”规则，即实际交易过程中如果f g r 持有者没有实际的潮流 输送，则该线路上它的f g r 权利自动失效 6 0 1 。 2 ) f g r 的潮流匹配问题 f g r 是根据功率传输分布系数( p t d f ) 来匹配实际潮流的，但是由于p t d f 的 求取本身受到了平衡节点选择的限制，使得不同的平衡节点有不同的p t d f 。造成 了输电用户购买f g r 匹配自己交易量产生的线路潮流不一致。 3 ) f g r 对于调度的经济性问题 f g r 持有者有权利排斥他人对于其权利覆盖范围内容量的使用，即调度的优 先权。在阻塞调度过程中f g r 持有者行使其权利，为了履行持有者的这种权利， i s o 有时不得不调用其他较为昂贵的机组来消除阻塞。电力市场阻塞管理的目标本 来就是要经济有效地进行调度，如果相应容量的f g r 发行收入不能覆盖系统调度 时的运行费用，则为了保持f g r 的权利就要牺牲电力市场运营的经济性，对于整 个市场而言是不合理的。 4 ) f g r 的可操作性问题 重庆大学硕士学位论文4 结合改进型输电权的双边交易模式阻塞管理 f g r 参与阻塞管理在较为简单的系统结构中有一定的效果，但是在实际电力 系统复杂的网络结构下，仍然按最初定义的模型参与阻塞管理，则可实施性不高。 4 2 2 改进型输电权的提出 基于f i r 和f g r 的各自特点本文提出了改进型的输电权( r e f o r m a t