电力经济与管理输电

1、电力经济与管理输电第1页，共76页，2022年，5月20日，18点32分，星期四9/23/20221 第七章市场环境下的输电系统运营第2页，共76页，2022年，5月20日，18点32分，星期四9/23/20222内容提要概述输电服务的定义、特点、分类输电网开放相关问题阻塞管理输电定价7 电力市场环境下的输电系统运营第3页，共76页，2022年，5月20日，18点32分，星期四9/23/202237.1输电服务概述第4页，共76页，2022年，5月20日，18点32分，星期四9/23/20224内容提要输电服务的定义输电服务的特点输电服务的分类输电网开放相关的问题输电定价、阻塞管理、网损分摊、

2、安全控制7.1 概述第5页，共76页，2022年，5月20日，18点32分，星期四9/23/202257.1.1 输电服务的定义 输电服务：将电能安全、经济地从电能的卖方(发电商)传送到买方(负荷)的服务。包括两个方面：基本的传输服务主要辅助服务：为保证电网安全、经济运行如调频、备用、无功电压调节等7.1 概述第6页，共76页，2022年，5月20日，18点32分，星期四9/23/202267.1.2 输电服务的特点网络服务：以某网络设施为载体规模经济：固定成本大，平均成本下降垄断性物理传输规律外部性7.1 概述第7页，共76页，2022年，5月20日，18点32分，星期四9/23/20227

3、垄断性输电网：自然垄断在同一地区建设两个电网不经济输电线建设：可以竞争同一网中不同线路由不同公司建设输电网调度：垄断所有权与调度权分离7.1.2 输电服务的特点：电网公司1：电网公司2调度：ISO第8页，共76页，2022年，5月20日，18点32分，星期四9/23/20228电在电网中的传输由物理规律决定电力的传输路径不能由合同确定线路功率与节点注入功率：非线性的关系从理论上无法确定各个节点注入或各个交易在每条线路中引起的功率数值无法确定每个电网用户分别使用了多少电网物理传输规律f12=g1 (f1, f2 ,x)f13=g2 (f1, f2 ,x)f23=g3 (f1, f2 ,x)f12

4、 , f13 , f23 : 非线性函数7.1.2 输电服务的特点G1G2f12f13f23f1f2123第9页，共76页，2022年，5月20日，18点32分，星期四9/23/20229环流问题：在连通的环网中，任意两点之间的电力交易都会流经网络中所有的支路外部性：一个交易对电网使用的变化会影响整个网络的状态，包括各条支路上的潮流和各个节点的电压，因此影响到其他交易对电网的使用。f12=g1 (f1, f2 ,x)f13=g2 (f1, f2 ,x)f23=g3 (f1, f2 ,x)外部性7.1.2 输电服务的特点G1G2f12f13f23f1f2123第10页，共76页，2022年，5月

5、20日，18点32分，星期四9/23/202210外部性好的外部性：一个交易的存在使电网的输电能力增加，其他交易得益坏的外部性：一个交易的存在使电网的整体输电能力和安全裕度减小7.1.2 输电服务的特点G1G2f12f13f23f1f2123第11页，共76页，2022年，5月20日，18点32分，星期四9/23/2022117.1.3 与输电服务相关的问题输电定价成本分析：组成？如何计算？分摊：分摊给谁？如何分摊？阻塞管理、安全运行与控制网络约束：如何调度？输电网的规划与扩建谁来进行规划？如何规划？如何保证充足的投资？7.1 概述第12页，共76页，2022年，5月20日，18点32分，星期

6、四9/23/2022127.1.4 输电网开放输电网开放：输电网必须向所有用户公平地、无歧视地开放如果电网有传输功率的剩余容量，对任何人提出的功率传输的要求(没有威胁电网的安全稳定运行) 都必须满足使用者要需交纳一定费用什么是公平：对所有用户采用相同的规则规则的公平性7.1.4 输电网开放第13页，共76页，2022年，5月20日，18点32分，星期四9/23/202213输电网开放的公平性输电定价：如何收费才公平？完全按照传输功率的大小，还是考虑发、收点的物理距离？如何确定每笔交易使用电网的程度？农村与城市阻塞处理：发生阻塞时，应裁减哪个交易？按相同比例？按对阻塞线路的贡献？7.1.4 输电

7、网开放第14页，共76页，2022年，5月20日，18点32分，星期四9/23/202214美国联邦能源管理委员会在888和889号令中提出提出的背景？垂直垄断：电力公司同时拥有发电和输电 水平分割：不同地区的输电网属于不同的电力公司 如：美国意义：公平竞争的条件实现方法：政府法令保证 厂网分开，打破垂直的垄断输电开放的背景与意义7.1.4 输电网开放第15页，共76页，2022年，5月20日，18点32分，星期四9/23/2022157.1.5 输电服务的类型根据输电服务的一些属性，可以将其分为不同的类型按照服务方式点到点或网络服务 按优先级 服务持续的时间长期和短期 按服务对象的类型本地和

8、转运 7.1 概述第16页，共76页，2022年，5月20日，18点32分，星期四9/23/2022161)点到点服务和网络服务点到点的服务：卖方和买方在网络中的位置都确定的输电服务主要针对双边交易(多边交易)，比如发电厂和大用户之间的供电合同卖方（买方）的位置即发点可以是一个或多个网络服务：卖方和买方只有一方的位置确定主要针对电力联营体中的交易7.1.5 输电服务的类型点到点:A-C(10),A-D(20),B-C(20) 网 络:A(30), B(20),C(-30),D(-20)ABCDGG30203020第17页，共76页，2022年，5月20日，18点32分，星期四9/23/2022

9、172）按优先级分类确定(firm)的交易:不能被随意中断，又称为预约输电服务(reserved transactions)不是绝对的，在系统发生事故或一些其它的情况下，可能也不能保证其实现。非确定(non-firm)的交易适时中断(curtailable)：在特殊情况下可被中断适时执行(as-available) ：在指定的地区和指定的时间内网络有空闲容量时才被执行 二者的区别实际上是优先级不同，前者的优先级比后者高7.1.5 输电服务的类型第18页，共76页，2022年，5月20日，18点32分，星期四9/23/202218按照其他的方法分优先级按签订合同时间的先后按照愿意支付输电(阻塞)

10、费用的多少优先级的不同在电力市场中的反映阻塞调度：优先级高的首先得到调度，而优先级低的首先被裁减；输电定价：高优先级的输电服务一般要支付比低优先级的输电服务更高的的价格 7.1.5 输电服务的类型第19页，共76页，2022年，5月20日，18点32分，星期四9/23/2022193）服务持续的时间长期和短期 长期和短期: 相对而言长期服务：一般在一年以上对其收费主要考虑对投资的回收问题短期服务：可以是一个小时、一天、一个星期、一个月等对其收费主要考虑短期的经济运行 7.1.4 输电服务的类型第20页，共76页，2022年，5月20日，18点32分，星期四9/23/2022204）按服务对象的

11、类型本地和转运 转运(wheeling)：拥有电网的电力公司作为第三方给电网外的电力买、卖者提供的输电服务电力公司仍然具有垂直一体化的垄断运行结构,但要求向独立发电公司和大用户提供输电服务；本地用户(native customer)：相对转运用户而言电力公司所属电网内的输电用户，在电力市场化以前已经支付了电网的部分成本，也称为现有的用户。转运:过渡时期的产物7.1.5 输电服务的类型电网1 G1L1电网2 G2L2电网3 G3L3Gi-Li : 本地用户服务 Gi-Lj (ij): 转运第21页，共76页，2022年，5月20日，18点32分，星期四9/23/2022217.2阻塞管理简介第2

12、2页，共76页，2022年，5月20日，18点32分，星期四9/23/202222可用输电容量ATC线路AB的传输极限:200MW现有交易:A-B :50MWATC=150MW7.2 阻塞管理简介BAG1 = 300MWG2 = 200MWL1 = 50MWL2 = 300MW现有交易情况下, 还可以传送多少功率?第23页，共76页，2022年，5月20日，18点32分，星期四9/23/202223阻塞定义: 网络不能满足所有交易的需求线路AB的传输极限:200MW现有交易:A-B :50MW新增交易: 250MW7.2 阻塞管理简介BAG1 = 300MWG2 = 200MWL1 = 50M

13、WL2 = 300MW 第24页，共76页，2022年，5月20日，18点32分，星期四9/23/202224阻塞管理方法再调度、裁减、分区、报价 阻塞成本的计算、分摊与定价社会条件历史条件经济条件解决输电阻塞方法7.2 阻塞管理简介第25页，共76页，2022年，5月20日，18点32分，星期四9/23/2022251）再调度：通过对发电机出力的调整来解决阻塞问题 G1:减小出力, G2: 增加出力7.2 阻塞管理简介BAG1 = 300MWG2 = 200MWL1 = 50MWL2 = 300MW200MW第26页，共76页，2022年，5月20日，18点32分，星期四9/23/20222

14、6复杂系统： 选取哪些发电机进行再调度，取决于发电机的调整报价和所用的优化目标函数 7.2 阻塞管理简介BA第27页，共76页，2022年，5月20日，18点32分，星期四9/23/2022272）分区法 发生阻塞时，根据阻塞的线路、界面进行分区，将一个市场分裂为多个市场，每个市场产生一独立的价格 7.2 阻塞管理简介AB一般用于日前市场的阻塞调度跨越不同区的交易需按照区间的价格差支付阻塞费用适用于连接不是很紧密的区域之间的阻塞的解决难点是：如何进行分区。联系紧密的网络内部的阻塞第28页，共76页，2022年，5月20日，18点32分，星期四9/23/2022283）裁减法 发生阻塞时，根据某

15、种原则对交易进行裁减双边交易：裁减交易联营体中的参与者：裁减负荷和发电量裁减原则：当交易之间有优先级区别时，按照优先级进行裁减 无优先级区别时：损失最小或裁减量最小等双边交易因减少交易量损失的效益联营体中的参与者因减少负荷或发电量而产生的损失阻塞成本：对电网来说，如果不需对裁减的电量进行补偿，就没有显示的阻塞成本，因此不存在阻塞成本分摊的问题 7.2 阻塞管理简介第29页，共76页，2022年，5月20日，18点32分，星期四9/23/2022294）基于报价的方法 各个交易在上报交易量的同时上报愿意支付的阻塞费用，即在发生阻塞时愿意支付多少来购买稀有的输电的权利 发生阻塞时，按照愿意支付的阻

16、塞费用高的交易首先得到满足的原则进行调度 在许多电力市场中应用的输电权方法可以看为是一种基于报价的方法7.2 阻塞管理简介第30页，共76页，2022年，5月20日，18点32分，星期四9/23/202230输电权简介 输电权利用输电网或输电网的一部分进行电力传输的权利为了规避风险输电权的价格：愿意支付的阻塞费用输电权的类型物理或金融点到点或基于支路(flow-gate)obligation或option7.2 阻塞管理简介第31页，共76页，2022年，5月20日，18点32分，星期四9/23/202231输电权简介G1G2f12f13f23f1f21237.2 阻塞管理简介物理包括收益权和

17、使用权 金融只有收益权，没有使用权 点到点的输电权定义为节点间的 基于潮流的输电权定义为基于支路的option期权。P0时，得到收益， P0时，得到收益， P0时，需向输电公司或ISO支付 第32页，共76页，2022年，5月20日，18点32分，星期四9/23/2022327.3输电服务定价第33页，共76页，2022年，5月20日，18点32分，星期四9/23/2022337.3.1 输电定价概述输电定价的重要性输电网开放是电力市场实现公平竞争的前提输电费用是电力市场参与者总成本中的一个不可忽视的部分市场参与者行为主要由成本和价格决定7.3 输电服务定价合理的输电定价方法对电力市场的经济、

18、安全运行有着极其重要的作用，对市场各主体的风险也有很大影响第34页，共76页，2022年，5月20日，18点32分，星期四9/23/202234定价方法的评判不能一概而论与定价希望达到的目标有关定价原则经济效率：最重要目标短期：实时经济运行长期：电网、电源、负荷的规划和建设 公平：有争议可行性：简单，透明，容易理解7.3 输电服务定价第35页，共76页，2022年，5月20日，18点32分，星期四9/23/202235设计定价方法时考虑的实际因素：考虑相应国家或地区的实际政治、经济背景及电网的实际特点等市场化以前企业的定价方法 市场对价格变化的承受能力 发电市场的形式 电网的特点，包括电网的大

19、小、网架的强弱、阻塞的多少等 市场的阶段 有时这些原则之间可能是矛盾的7.3 输电服务定价第36页，共76页，2022年，5月20日，18点32分，星期四9/23/2022367.3.2 输电价格的组成 输电成本固定成本：与输送的电量无关的成本可变成本：与输送的电量有关的成本7.3 输电服务定价固定成本输电成本可变成本网损辅助服务费用阻塞费用电网建设费、检修费、运行管理人员费用等第37页，共76页，2022年，5月20日，18点32分，星期四9/23/202237输电服务定价方法 7.3.2 输电价格的组成经济学最优定价方法边际成本定价输电固定成本大规模经济电网公司亏损对不同成本按不同方法定价

20、入网费使用费网损辅助服务费容量费接入费第38页，共76页，2022年，5月20日，18点32分，星期四9/23/2022381）接入费对每个接入网络的用户收取的费用与实际输电量没有关系回收把电力送入或送出输电网的变电站等相关设备的费用。专用设备7.3.2 输电价格的组成输电网G第39页，共76页，2022年，5月20日，18点32分，星期四9/23/2022392）容量费 对每个接入网络的用户收取的费用与实际输电量没有关系一般以年费或月费的形式收取由发电机的装机容量或用户的峰荷值和其所在位置等确定回收公共输电设备的固定成本邮票法、区域价格法、节点价格法7.3.2 输电价格的组成输电网G第40页

21、，共76页，2022年，5月20日，18点32分，星期四9/23/202240容量费的设计方法邮票法 最简单的方法首先需要在发电机和负荷之间分摊在发电机之间的分摊：按照额定容量的比例在负荷之间的分摊：变压器额定容量/典型状态下的峰荷邮票法：基于区域电网的，或基于省网的7.3.2 输电价格的组成Ctotal:要分摊的总容量费； rg:容量费中分给发电机的部分Cgi （ Cli ） :发电机（负荷）i分摊的容量费Pgi （ Pli ） :发电机（负荷）i的额定容量/峰荷Ng:发电机数目； Nl:负荷数目；第41页，共76页，2022年，5月20日，18点32分，星期四9/23/202241入网费的

22、设计方法区域价格法 将整个电网分成若干个区，对每个区域确定不同的容量费 区域的划分可以采用多种方法最简单：和行政区域的划分一致，如英国早期方法一些特殊的方法，如瑞典根据地理位置（纬度）划分容量费区域。最准确的方法是根据电网的特点划分区域发电机的区域划分和负荷的区域划分可以一致，也可以不一致7.3.2 输电价格的组成第42页，共76页，2022年，5月20日，18点32分，星期四9/23/202242瑞典容量费 7.3.2 输电价格的组成纬度瑞典克朗/kW，每年5251147发电商用户或输出 接入国家电网的容量费用与接入点的地理位置有关，且发电商、用户的情况不同（以上数据引自2002年）第43页

23、，共76页，2022年，5月20日，18点32分，星期四9/23/202243英国容量费7.3.2 输电价格的组成第44页，共76页，2022年，5月20日，18点32分，星期四9/23/202244入网费的设计方法节点价格法 每个节点的价格都不同一般根据系统峰荷或几个典型状态下电网的状况确定节点的费率长期边际/微增成本方法 比较少用7.3.2 输电价格的组成第45页，共76页，2022年，5月20日，18点32分，星期四9/23/2022452）使用费（和使用有关的费用）与用户对电网的实际使用情况有关输送功率、时间及上下网点主要用来回收输电可变成本，有时也用来回收部分的输电固定成本一般按照每

24、个交易时段的电网情况收取三种常用方法邮票法、基于使用程度的方法 、节点电价法7.3.2 输电价格的组成第46页，共76页，2022年，5月20日，18点32分，星期四9/23/202246使用费的设计方法邮票法 使用费根据具体的输电量确定，不考虑传输距离的远近由于是邮票法，分给发电机和分给负荷的最终结果是相同的若由发电机承担，按照发电量的比例分摊若由负荷承担，按照用电量的比例分摊 7.3.2 输电价格的组成第47页，共76页，2022年，5月20日，18点32分，星期四9/23/202247使用费的设计方法基于使用程度的方法 根据电网用户对电网的使用程度分摊使用费对电网使用程度的确定并没有被一

25、致认可的方法，常用的方法包括直流分布系数法、兆瓦公里法、潮流跟踪法、基于电流的方法等 7.3.2 输电价格的组成第48页，共76页，2022年，5月20日，18点32分，星期四9/23/202248使用费的设计方法节点电价法 利用节点电价确定输电使用费两点之间输电的使用费价格等于这两个节点之间的节点电价之差优点：能提供有效的经济信号缺点：稳定性差，波动大 7.3.2 输电价格的组成第49页，共76页，2022年，5月20日，18点32分，星期四9/23/2022493） 网损网损分摊:非常困难网损函数: 非线性函数每条支路的网损：与电流的平方成正比不存在理论上“正确”的网损分摊方法。7.3.2

26、 输电价格的组成第50页，共76页，2022年，5月20日，18点32分，星期四9/23/202250网损分摊-邮票法按市场参与者的交易量比例分摊不考虑交易的上网点和下网点优点：简单，透明，易于使用缺点：分摊结果不能反映各交易对网损的实际影响，不能提供经济信号，也不公平 7.3.2 输电价格的组成第51页，共76页，2022年，5月20日，18点32分，星期四9/23/202251网损分摊-基于边际成本的方法利用实时电价或网损微增率分摊网损应用广泛可提供正确的经济信号但会导致收益盈余，计算也比较复杂。 7.3.2 输电价格的组成第52页，共76页，2022年，5月20日，18点32分，星期四9

27、/23/202252网损分摊-基于成本分摊的方法将总网损表示为对应于各个交易的功率或电流的函数形式。根据函数的性质，按照某种原则将总网损分摊给各个交易。能够在相当程度上计及各个交易对网损的实际影响，能够保证收支平衡一般比基于边际成本的方法便于计算7.3.2 输电价格的组成第53页，共76页，2022年，5月20日，18点32分，星期四9/23/202253网损分摊-基于成本分摊的方法如何分摊公共项I1I2R ?分摊方法：公共项平均分摊公共项按一次比例分摊公共项按h次比例分摊总网损按一次/二次比例分摊7.3.2 输电价格的组成第54页，共76页，2022年，5月20日，18点32分，星期四9/2

28、3/2022547.3.3 电网使用份额的确定方法输电定价的主要难点！潮流方程的非线性引起输电使用份额的确定方法合同路径法基于直流潮流分布系数的方法交流灵敏度法潮流跟踪方法潮流比较方法基于电流的方法7.3 输电服务定价第55页，共76页，2022年，5月20日，18点32分，星期四9/23/202255合同路径法 假定交易中的电力按照事先约定的路径进行传输，按照此路径确定各交易应该承担的成本。实际上，电在电网中的流动遵循物理规律，实际潮流与合同路径常常有很大的差别常常应用在不同地区的电力公司之间进行转运业务时输电费用的简化计算美国在电力市场改革初期不同电力公司之间转运费用的计算7.3.3 电网

29、使用份额的确定方法第56页，共76页，2022年，5月20日，18点32分，星期四9/23/202256基于直流潮流分布系数的方法在电力系统静态安全分析中经常使用的分布系数(Distribution Factors, DFs)可用来评估电能交易对输电系统的使用程度三种常用的基于直流潮流的分布系数：发电转移分布因子GSDFs(Generation Shift DFs)、广义发电分布因子GGDFs (Generalized Generation DFs)和广义负荷分布因子GLDFs(Generalized Load DFs) 优点：计算都非常简单 缺点：不能考虑无功的影响7.3.3 电网使用份额的

30、确定方法第57页，共76页，2022年，5月20日，18点32分，星期四9/23/202257直流潮流假设线路电阻与电抗相比较小r=0忽略无功功率节点电压幅值标幺值等于1节点之间相角差很小 sin0,cos 1第58页，共76页，2022年，5月20日，18点32分，星期四9/23/202258三种分布因子比较相同：当某一节点的注入功率（这里包括了注入功率为正和为负两种情况）发生变化时，网络中各支路上流动的功率的变化情况 不同保持功率平衡的方法不一样 第59页，共76页，2022年，5月20日，18点32分，星期四9/23/202259三种分布因子比较GSDF：平衡节点Aij,k表示的是在节点

31、k增加单位注入，而在平衡节点减少单位注入（增加单位负荷）时线路ij功率的变化 GGDF：所有负荷节点Dij,g表示在发电节点g增加单位注入，而所有负荷节点按当前功率大小等比例增加时，线路ij功率的变化 GLDF：所有发电节点Dij,l表示在负荷节点l增加单位负荷，而所有发电节点按当前功率大小等比例增加时，线路ij功率的变化 第60页，共76页，2022年，5月20日，18点32分，星期四9/23/202260计算公式GSDFAij,k = (Xik - Xjk)/xij k表示任一节点；ij是任一线路 Xik ， Xjk指阻抗矩阵元素（降维，n-1维）xij指线路ij的电抗第61页，共76页，

32、2022年，5月20日，18点32分，星期四9/23/202261GSDF特性与参考节点有关选择的参考节点不同，结果不同任意两个节点的GSDF差相同与网络参数有关与系统运行状态无关 第62页，共76页，2022年，5月20日，18点32分，星期四9/23/202262计算公式GGDFDGij,g = DGij,R + Aij,gDGij,R = (Fij -(gR) Aij,gPg)/gPggG，G为发电机节点的集合；R为参考节点；Fij为线路ij上的有功功率；DGij,R表示参考节点的单位发电机注入对线路ij上功率的贡献Pg为节点g的发电机出力；第63页，共76页，2022年，5月20日，1

33、8点32分，星期四9/23/202263GGDF特性与参考节点的选择无关与运行状态有关线路的潮流节点的注入第64页，共76页，2022年，5月20日，18点32分，星期四9/23/202264计算公式GLDFDLij,l = DLij,R + Aij,lDLij,R = (Fij -(lR) Aij,lPl)/lPllL，L为发电机节点的集合；R为参考节点；Fij为线路ij上的有功功率；DLij,R表示参考节点的单位负荷注入对线路ij上功率的贡献Pl为节点l的发电机出力；第65页，共76页，2022年，5月20日，18点32分，星期四9/23/202265GLDF特性与参考节点的选择无关与运行

34、状态有关线路的潮流节点的注入第66页，共76页，2022年，5月20日，18点32分，星期四9/23/202266潮流跟踪方法最早提出：1996年，Bialek核心思想：比例分配原则。即假设节点的各注入等比例地分摊到各流出支路可用于考察每条支路中的潮流来自于哪些发电机，最终流向了哪些负荷确定各个交易对电网各支路的使用份额 优点：得到的分布因子都为非负值避免了其他方法中需要专门处理的反向潮流问题。存在的问题：不能提供足够的经济信息有些交易的确可以减轻输电网络的负荷，应鼓励 7.3.3 电网使用份额的确定方法第67页，共76页，2022年，5月20日，18点32分，星期四9/23/202267比例

35、共享原则 L3（L1）: 30*0.4 = 12; L3（L2）: 30*0.6 = 18; L4（L1）: 70*0.4 = 28; L4（L2）: 70*0.6 = 42; 40603070L3L2L1L47.3.3 电网使用份额的确定方法第68页，共76页，2022年，5月20日，18点32分，星期四9/23/202268潮流跟踪公式顺流跟踪|Pij|为从节点i流向支路i-j的平均功率(或直流功率)；PGk_av为节点k的发电机注入功率(根据网损进行了修正)；Pi_pass为流过节点i的总功率，等于所有流入支路功率的和加上该节点的发电机注入功率，DGij,k即为节点k的发电功率对线路ij功率的贡献因子。 第69页，共76页，2022年，5月20日，18点32分，星期四9/23/202269潮流比较方法基本思路：通过比较一些