电力市场下输电阻塞管理方法研究

电力市场下输电阻塞管理方法研究（电力市场理论与应用课程论文）学号： 姓名： 学院： 专业：电力市场下输电阻塞管理方法研究摘要：在电力市场环境下，通常把违反输电系统的安全性限制称为输电阻塞。由于电力市场交易方式呈多样化，因而输电阻塞问题不容忽视。输电阻塞管理是指由于发电竞争提出的输电服务要求超过了电网的实际输送能力而采取的市场缓解机制。本文通过研究我国目前电力市场环境下的输电阻塞管理现状，介绍现有的输电阻塞管理研究现状，并且介绍了几种输电阻塞管理方法。关键词：电力市场；阻塞管理；研究现状；管理方法；1 引言在理想的电力市场中, 电力系统中任意节点的发电机可以自由地向任意节点的负荷供电, 从而保证市场的最大自由度。然而输电系统的两个基本特性 输电阻塞和网损极大地限制了这种自由度。在实际的电力市场运作中, 随着发电、用电市场规模的增大, 阻塞出现的机会也增大。研究合理化解输电阻塞和降低网损方法的输电阻塞管理成为输电管理的核心内容。输电阻塞(transmission congestion) 是指输电系统由于本身网络的容量限制,不能满足所希望的输电计划的状态。它通常指输电系统在正常运行或进行事故安全检查时出现了以下两种情况:输电线路或变压器有功潮流超过允许极限；节点电压越限。在电力市场化以前, 由于系统调度和各发电厂同属一个实体, 输电阻塞管理只需由垄断电力公司中的调度员向各个电厂发出调度指令, 根据需要调节机组出力, 直至电力系统运行在输电约束之内即可。但是, 电力市场化之后, 输电系统和发电厂成为彼此独立的经济实体, 负责系统运行的独立系统调度员（ISO）必须平等对待各个市场参与者, 在社会效益最大化和购电成本最小化等目标下找出合理的输电阻塞管理方法, 调整网络潮流, 在保证系统安全的同时, 也要维护市场的效率。2 输电阻塞管理的研究现状在电力市场中，不仅需要相应的阻塞管理方法来消除阻塞，还必须通过相应阻塞定价机制为输电系统的公平使用和长期规划提供正确的价格信号，即通过输电系统的有效定价机制来缓解阻塞，并促进网络的正常发展。针对不同的电力市场模式，人们采取不同的方法综合处理阻塞。由于输电阻塞是由网络输电容量与输电计划之间的矛盾引起的。因此，消除阻塞的方法，首先可以从网络的物理特性考虑，尽可能通过调整网络结构和控制器参数改变网络潮流，以消除阻塞，从而避免更改发电计划以及由此导致的阻塞费用，使发电方案最优。调整网络结构和控制器参数的方法如下： 增加新的输电线路； 调节有载调压变压器的抽头； 使用柔性交流输电系统(AFCTS)；2.1 输电阻塞管理研究的一般内容输电阻塞管理的目标是制定一系列规则，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，同时为系统的长期投资规划提供有效信息。从短期而言，阻塞管理需要制定一公平的削减交易的计划和制定新的调整准则，从而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；从长期而言，阻塞管理应该通过价格信号为系统的长期健康发展提供激励，以通过电网的良好规划来消除长期输电阻塞。 在电力市场环境下，各发电商的发电成本的信息不是透明的。为了取得公平与效益，输电阻塞管理应该通过经济性控制来实现，不能用强制性的指令进行控制。此时，对于发电商来说，有限输电容量的分配、阻塞线路上的功率潮流如何削减，是控制的关键；对用户来说，阻塞引起的功率不足如何在各负荷中反映，是控制的关键。另外，在经济控制的环境下，阻塞管理就不仅仅是解决输电网络约束问题，还包括对阻塞定价和阻塞费用在市场成员之间的公平分摊的。目前，各国学者对于输电阻塞的研究集中在以下几个领域: 如何准确计算输电线路的最大输电容量（Total Transmission Capacity，TTC）和ATC，为阻塞管理提供准确的网络信息。 提高线路的输电能力以缓解输电阻塞。 利用电价杠杆对输电阻塞进行调整。 电力潮流削减规则的制定。 阻塞定价及阻塞费用分摊方法的制定。 输电权的设计。电价法是基于经济学原理，用电能的价格来反映电能的稀缺程度。提高发生输电阻塞区域的电价，通过经济因素影响阻塞电能的需求，降低阻塞线路上的负荷，以此减缓线路输电阻塞发生的情况。运用电价法，还可以为阻塞费用的分摊提供依据，如：可以定义阻塞费用为两点间的实时电价差。电力潮流的削减规则是代替以往的行政命令，通过设定一套透明、公平、合理的方法来分配有限的输电容量，对超出线路容量外的潮流进行削减。为消除输电网络阻塞，电网运行者不得不调用一些电力设备，如 FACTS 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。2.2 现有的输电阻塞管理方法1. 限上和限下的输电阻塞管理英国电力市场应用了限上和限下的方法进行输电阻塞管理。首先由电力联营中心根据各发电商的报价，不计及电网的任何约束，做出一个最小发电费用计划；然后将最后一台进入发电计划（报价最高）的机组的报价作为系统边际发电成本价格；在这个价格基础上,计及系统容量费用；最后得出联营购入价作为市场清除价。上述发电计划未计及网络安全约束，因此，实际运行中，当发电计划出现输电阻塞时，需要对未纳入发电计划的容量按报价由低到高的顺序安排机组发电（限上），已纳入发电计划的容量按报价由高到低的顺序安排机组停发或少发电（限下）。多发电量按机组实际报价由联营中心付费补偿，少发电量按联营购入价和实际报价之差补偿。在英国电网中，阻塞费用既包含联营体购电费用的上升，也含有给予限下机组的利润补偿。如何合理分摊这些费用，防止投机行为和阻塞费用的不合理升高，是该方法亟待解决的问题。2. 节点电价方式的输电阻塞管理节点电价法的基本框架是由Schweppe等人于1988年首先提出的,它实质上是一个基于最优潮流的算法。由于节点电价具有明确的经济意义，能为新输电设施和新电厂的规划提供明显的经济信号，基于节点电价方式的输电阻塞管理受到青睐。但美国西部2263节点电网的研究表明,节点电价对运行条件和网络特性相当敏感(也就是输电阻塞情况会明显影响电价),导致发电商和用户承担的阻塞费用及电价波动太大。且在节点电价下，由于拥挤分量的作用，负荷节点电价总是高于电源节点，这样导致全部用户支出大于全部电源收入，一般将这一差额称之为交易盈余（merchandise surplus,MS）。通常处理交易盈余有两种途径：一是用于支付输电权和输电阻塞合约所有者；二是用来减少发电商和用户的接网费，作为电网固定成本的一部分。通过潮流跟踪直接将交易盈余返回给用户，可以合理、有效地消除交易盈余。在节点电价方式下，另一个主要问题是可能引起市场成员的投机行为。3. 分区电价方式的输电阻塞管理北欧电力市场，是世界上第一个己经运行的跨国电力市场，它包括挪威、瑞典、芬兰和丹麦四个国家。与其它电力市场不同，它没有中心计划、调度机构，仅有一个电能交换机构和五个系统运行机构(丹麦分为西丹麦和东丹麦)，每个机构负责部分电网。 由于挪威输电网的拓扑特点，许多输电阻塞都表现为某些输电走廊过负荷，挪威使用价格分区防止输电阻塞。因此，当预知输电阻塞可能发生时，输电网沿这些走廊分为价格区，并且价格区的划分通过系统运行机构在实时市场之前宣布。价格区一般2至3个，这样的划分是基于系统运行机构的考虑和经验。当价格区宣布后，每一个报价者必须在每个区域分开报价(报价者仅仅只在一个区域内拥有发电机或负荷不必分开报价)。实时市场首先以无输电阻塞的情形，在每个区域内由发电和负荷决定实时价格。如果价格区之间的传输电能没有超出极限，则就是这个无阻塞电价，全系统的电价相同。当价格区之间的传输电能超出了极限，每个价格区分别决定价格。电力富余的区域价格低，刺激减少发电或增加负荷。在电力短缺区域，增加发电直到所有的输电约束满足。价格分区的输电阻塞管理方法，在放射状的输电网络中，可以得到很好的结果，用于北欧电力市场和加州电力市场，是一种有效的事前输电阻塞管理方法。 这种方法能够提供长期的经济信号，为电厂和输电网的投资提供了良好经济信号，且电价对所有的市场参与者都是透明的。但对于存在很强环流的网络，现在尚不存在广泛认同的合理划分区域的方法。因此，这种方法一般应用于区域间电力市场或有明显联络线约束的电力市场中。4. 削减双边交易的输电阻塞管理在双边交易模式或双边交易与电力联营相结合的模式中，若已提交并注册的双边合同超出了系统中某些线路的最大输送容量；或在实际运行时，某些线路己经发生阻塞，却没有负荷调整以减轻阻塞线路的潮流。此时，系统运行机构不得不削减双边交易。为了公平地处理各方的经济利益冲突问题，系统运行机构削减双边合同时必须遵循事先确定的标准: 确定削减双边交易的目标函数：以最小阻塞调整费用为目标函数还是以调整量最小为目标函数，或是以最小化合同偏差的平方为目标函数。 基于每个计划对安全约束的影响因子或敏感度。先削减对安全约束影响最大的，再依影响因子或敏感度从大到小削减。 基于合同通知系统运行人员的时间。后注册的合同首先被削减，此原则使预定早的获利，而不能给时间比较相近的所有用户以相等的机会，并且与能量市场的效益无关。 基于市场参与者为避免交易被削减而愿意支付的额外费用的多少。市场参与者有权决定与别人竞争，以保证自己的负荷不被削减。额外费用越多，交易的削减部分越少。这样的决定由合同双方事先宣布，作为对线路阻塞时的补偿。 基于双边合同参与者为了避免重要的合同被削减而愿意支付的输电电价。在最优潮流（Optimal Power Flow，OPF）法中，以线路传输功率极限相对应的影子价格(shadow price)为参考标准。如果为了避免因阻塞削减合同而愿意支付的输电价格没有超出影子价格，就可能削减此双边合同。 基于模糊理论的双边交易削减。5. 利用输电权进行输电阻塞管理输电权是对输电容量的一种权利，它赋予其所有者使用该相应输电容量的权利或者取得与其相关的经济利益的权利。引入输电权后，电力市场上可交易的商品有3种：电能、辅助服务、输电权。基于节电电价方法的输电阻塞管理是隐式地决定输电约束引起的机会成本，且当有多种交易形式时难以确定优先权。而输电权方法显式地确定阻塞机会成本，并用市场化的方法进行管理。 输电权分为物理型输电权和金融型输电权： 物理型输电权使其所有者获得其电能在电网中一个可以通行的路径。物理输电权的拥有者，保证自由地使用两节点之间的输电路径。其所有者有权使用，也有权在二手市场转让这个权利。因此，这样的权利可以有效地消除能量合同涉及到的价格风险问题。 金融型输电权，它保证其拥有者在网络中的给定路径输送电能的权利，不能保证在物理上输送电能，但能够确保其持有者规避输电阻塞所导致的阻塞成本风险。这样的权利使得其所有者在给定路径获得输电电价或在使用节点电价的市场中获得两节点价格之差。因此，它可以消除使用输电路径的价格风险。更重要的是，不管其所有者是否使用了此路径，都有权获得补偿，所以可以独立于物理上的网络而使用。 输电权的交易通过输电权市场进行，一般在期货市场进行输电权的初始拍卖。拥有物理型输电权的交易商相应得到实时调度的优先权。拥有金融型输电权的交易商在发生输电阻塞时，其受损后可获得相应的补偿。3 结论1. 当电网出现输电阻塞时，阻塞费用将显著影响整个电价，甚至使相关节点的电价发生尖峰现象，即短时间内价格迅速上窜，可以达到平时的一倍甚至两倍，输电阻塞管理中有效的规避市场风险是其研究重要内容。2. 在电力市场条件下，应该用合适的阻塞管理方法来解决电网的输电阻塞。参考文献：【1】 参见国务院关于印发电力体制改革方案的通知(国发20025号).【2】 叶泽.电力竞争M.北京:中国电力出版社,2003.【3】 杜松怀,电力市场M.北京:中国电力出版社,2003.【4】 于尔铿,韩放.电力场北京M:中国电力出社,1998.【5】 李帆,朱敏.英国电力市场及输电系统简介.电网技术,1999,23(2): 33-40.【6】 张永平,倪以信.输电阻塞管理的新方法评述(二):金融性输电权及与FGR之比较17电网技术,2001,25(9): 16-20.【7】 国家电力调度通讯中心.美国电力市场调度与运行.中国电力出版社,2002,26-34.【8】 方军,张永平. 输电阻塞管理的新方法评述(一): 基于潮流的可交易输电权J. 电网技术,2001,25(7): 4-7.【9】 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) :20-25.【10】 GlVatitsehH,AlvaradoF. 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