電力市場下輸電阻塞管理方法研究

1、輸電阻塞管理方法研究摘要：在電力市場環(huán)境下，通常把違反輸電系統(tǒng)的安全性限制稱為輸電阻塞。由于電力市場交易方式呈多樣化，因而輸電阻塞問題不容忽視。輸電阻塞管理是指由于發(fā)電競爭提出的輸電服務(wù)要求超過了電網(wǎng)的實際輸送能力而采取的市場緩解機制。本文通過研究我國目前電力市場環(huán)境下的輸電阻塞管理現(xiàn)狀，介紹現(xiàn)有的輸電阻塞管理研究現(xiàn)狀，并且介紹了幾種輸電阻塞管理方法。關(guān)鍵詞：電力市場：阻塞管理：研究現(xiàn)狀：管理方法：1引言在理想的電力市場中，電力系統(tǒng)中任意節(jié)點的發(fā)電機可以自由地向任意節(jié)點的負荷供電，從而保證市場的最大自由度。然而輸電系統(tǒng)的兩個基本特性-輸電阻塞和網(wǎng)損極大地限制了這種自由度。在實際的電力市場運作中

2、，隨著發(fā)電、用電市場規(guī)模的增大，阻塞出現(xiàn)的機會也增大。研究合理化解輸電阻塞和降低網(wǎng)損方法的輸電阻塞管理成為輸電管理的核心內(nèi)容。輸電阻塞（transmission congestion）是指輸電系統(tǒng)由于本身網(wǎng)絡(luò)的容量限制，不能滿足所希望的輸電計劃的狀態(tài)。它通常指輸電系統(tǒng)在正常運行或進行事故安全檢查時出現(xiàn)了以下兩種情況：輸電線路或變壓器有功潮流超過允許極限：節(jié)點電壓越限。在電力市場化以前，由于系統(tǒng)調(diào)度和各發(fā)電廠同屬一個實體，輸電阻塞管理只需由壟斷電力公司中的調(diào)度員向各個電廠發(fā)出調(diào)度指令，根據(jù)需要調(diào)節(jié)機組出力，直至電力系統(tǒng)運行在輸電約束之內(nèi)即可。但是，電力市場化之后，輸電系統(tǒng)和發(fā)電廠成為彼此獨立的經(jīng)

3、濟實體，負責(zé)系統(tǒng)運行的獨立系統(tǒng)調(diào)度員（ISO）必須平等對待各個市場參與者，在社會效益最大化和購電成本最小化等，目標下找出合理的輸電阻塞管理方法，調(diào)整網(wǎng)絡(luò)潮流，在保證系統(tǒng)安全的同時，也要維護市場的效率。2輸電阻塞管理的研究現(xiàn)狀在電力市場中，不僅需要相應(yīng)的阻塞管理方法來消除阻塞，還必須通過相應(yīng)阻塞定價機制為輸電系統(tǒng)的公平使用和長期規(guī)劃提供正確的價格信號，即通過輸電系統(tǒng)的有效定價機制來緩解阻塞，并促進網(wǎng)絡(luò)的正常發(fā)展。針對不同的電力市場模式，人們采取不同的方法綜合處理阻塞。由于輸電阻塞是由網(wǎng)絡(luò)輸電容量與輸電計劃之間的矛盾引起的。因此，消除阻塞的方法，首先可以從網(wǎng)絡(luò)的物理特性考慮，盡可能通過調(diào)整網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

4、和控制器參數(shù)改變網(wǎng)絡(luò)潮流，以消除阻塞，從而避免更改發(fā)電計劃以及由此導(dǎo)致的阻塞費用，使發(fā)電方案最優(yōu)。調(diào)整網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和控制器參數(shù)的方法如下：（1）增加新的輸電線路：（2）調(diào)節(jié)有載調(diào)壓變壓器的抽頭：（3）使用柔性交流輸電系統(tǒng)（AFCTS）；2.1輸電阻塞管理研究的一般內(nèi)容輸電阻塞管理的目標是制定一系列規(guī)則，有效地控制發(fā)電機和負荷，使系統(tǒng)的短期運行具有一定的安全和可靠性裕度，同時為系統(tǒng)的長期投資規(guī)劃提供有效信息。從短期而言，阻塞管理需要制定一公平的削減交易的計劃和制定新的調(diào)整準則，從而實現(xiàn)電力系統(tǒng)的最優(yōu)安全經(jīng)濟調(diào)度，保證系統(tǒng)安全可靠運行：從長期而言，阻塞管理應(yīng)該通過價格信號為系統(tǒng)的長，期健康發(fā)展提供激勵

5、，以通過電網(wǎng)的良好規(guī)劃來消除長期輸電阻塞。在電力市場環(huán)境下，各發(fā)電商的發(fā)電成本的信息不是透明的。為了取得公平與效益，輸電阻塞管理應(yīng)該通過經(jīng)濟性控制來實現(xiàn)，不能用強制性的指令進行控制。此時，對于發(fā)電商來說，有限輸電容量的分配、阻塞線路上的功率潮流如何削減，是控制的關(guān)鍵對用戶來說，阻塞引起的功率不足如何在各負荷中反映，是控制的關(guān)鍵。另外，在經(jīng)濟控制的環(huán)境下，阻塞管理就不僅僅是解決輸電網(wǎng)絡(luò)約束問題，還包括對阻塞定價和阻塞費用在市場成員之間的公平分攤的。目前，各國學(xué)者對于輸電阻塞的研究集中在以下幾個領(lǐng)域：（1）如何準確計算輸電線路的最大輸電容量（Total Transmission Capacity，

6、TTC）和ATC，為阻塞管理提供準確的網(wǎng)絡(luò)信息。（2）提高線路的輸電能力以緩解輸電阻塞。（3）利用電價杠桿對輸電阻塞進行調(diào)整。（4）電力潮流削減規(guī)則的制定。（5）阻塞定價及阻塞費用分攤方法的制定。（6）輸電權(quán)的設(shè)計。電價法是基于經(jīng)濟學(xué)原理，用電能的價格來反映電能的稀缺程度。提高發(fā)生輸電阻塞區(qū)，域的電價，通過經(jīng)濟因素影響阻塞電能的需求，降低阻塞線路上的負荷，以此減緩線路輸電阻塞發(fā)生的情況。運用電價法，還可以為阻塞費用的分攤提供依據(jù)，如可以定義阻塞費用為兩點間的實時電價差。電力潮流的削減規(guī)則是代替以往的行政命令，通過設(shè)定一套透明、公平、合理的方法來分配有限的輸電容量，對超出線路容量外的潮流進行削減

7、。為消除輸電網(wǎng)絡(luò)阻塞，電網(wǎng)運行者不得不調(diào)用一些電力設(shè)備，如FACTS裝置、電容器等，或者調(diào)整潮流采用一些價格更高的機組輸送的電力。2.2現(xiàn)有的輸電阻塞管理方法1.限上和限下的輸電阻塞管理英國電力市場應(yīng)用了限上和限下的方法進行輸電阻塞管理。首先由電力聯(lián)營中心根據(jù)各，發(fā)電商的報價，不計及電網(wǎng)的任何約束，做出一個最小發(fā)電費用計劃然后將最后一臺進入發(fā)電計劃（報價最高）的機組的報價作為系統(tǒng)邊際發(fā)電成本價格：在這個價格基礎(chǔ)上，計及系統(tǒng)容量費用：最后得出聯(lián)營購入價作為市場清除價。上述發(fā)電計劃未計及網(wǎng)絡(luò)安全約束，因此，實際運行中，當(dāng)發(fā)電計劃出現(xiàn)輸電阻塞時，需要對未納入發(fā)電計劃的容量按報價由低到高的順序安排機組

8、發(fā)電（限上），已納入發(fā)電計劃的容量按報價由高到低的順序安排機組停發(fā)或少發(fā)電（限下）。多發(fā)電量按機組實際報價由聯(lián)營中心付費補償，少發(fā)電量按聯(lián)營購入價和實際報價之差補償。在英國電網(wǎng)中，阻塞費用既包含聯(lián)營體購電費用的上升，也含有給予限下機組的利潤補償。如何合理分攤這些費用，防止投機行為和阻塞費用的不合理升高，是該方法亟待解決的問題。2.節(jié)點電價方式的輸電阻塞管理節(jié)點電價法的基本框架是由Schweppe等人于1988年首先提出的，它實質(zhì)上是一個基于最優(yōu)潮流的算法。由于節(jié)點電價具有明確的經(jīng)濟意義，能為新輸電設(shè)施和新電廠的規(guī)劃提供明顯的經(jīng)濟信號，基于節(jié)點電價方式的輸電阻塞管理受到青睞。但美國西部2263節(jié)

9、點電網(wǎng)的研究表明，節(jié)點電價對運行條件和網(wǎng)絡(luò)特性相當(dāng)敏感（也就是輸電阻塞情況會明顯影響電，價），導(dǎo)致發(fā)電商和用戶承擔(dān)的阻塞費用及電價波動太大。且在節(jié)點電價下，由于擁擠分量的作用，負荷節(jié)點電價總是高于電源節(jié)點，這樣導(dǎo)致全部用戶支出大于全部電源收入，一般將這一差額稱之為交易盈余（merchandise surplus，MS）。通常處理交易盈余有兩種途徑：一是用于支付輸電權(quán)和輸電阻塞合約所有者：二是用來減少發(fā)電商和用戶的接網(wǎng)費，作為電網(wǎng)固定成本的一部分。通過潮流跟蹤直接將交易盈余返回給用戶，可以合理、有效地消除交易盈余。在節(jié)點電價方式下，另一個主要問題是可能引起市場成員的投機行為。3.分區(qū)電價方式的輸

10、電阻塞管理北歐電力市場，是世界上第一個己經(jīng)運行的跨國電力市場，它包括挪威、瑞典、芬蘭和丹麥四個國家。與其它電力市場不同，它沒有中心計劃、調(diào)度機構(gòu)，僅有一個電能交換機構(gòu)和五個系統(tǒng)運行機構(gòu)（丹麥分為西丹麥和東丹麥），每個機構(gòu)負責(zé)部分電網(wǎng)。由于挪威輸電網(wǎng)的拓撲特點，許多輸電阻塞都表現(xiàn)為某些輸電走廊過負荷，挪威使用價格分區(qū)防止輸電阻塞。因此，當(dāng)預(yù)知輸電阻塞可能發(fā)生時，輸電網(wǎng)沿這些走廊分為價格區(qū)，并且價格區(qū)的劃分通過系統(tǒng)運行機構(gòu)在實時市場之前宣布。價格區(qū)一般2至3個，這樣的劃分是基于系統(tǒng)運行機構(gòu)的考慮和經(jīng)驗。當(dāng)價格區(qū)宣布后，每一個報價者必須在每個區(qū)域分開報價（報價者僅僅只在一個區(qū)域內(nèi)擁有發(fā)電機或負荷不必

11、分開報價）。實時市場首先以無輸電阻塞的情形，在每個區(qū)域內(nèi)由發(fā)電和負荷決定實時價格。如果價格區(qū)之間的傳輸電能沒有超出極限，則就是這個無阻塞電價，全系統(tǒng)的電價相同。當(dāng)價格區(qū)之間的傳輸電能超出了極限，每個價格區(qū)分別決定價格。電力富余的區(qū)域價格低，刺激減少發(fā)電或增加負荷。在電力短缺區(qū)域，增加發(fā)電直到所有的輸電約束滿足。價格分區(qū)的輸電阻塞管理方法，在放射狀的輸電網(wǎng)絡(luò)中，可以得到很好的結(jié)果，用于北歐電力市場和加州電力市場，是一種有效的事前輸電阻塞管理方法。這種方法能夠提供長期的經(jīng)濟信號，為電廠和輸電網(wǎng)的投資提供了良好經(jīng)濟信號，且電價對所有的市場參與者都是透明的。但對于存在很強環(huán)流的網(wǎng)絡(luò)，現(xiàn)在尚不存在廣泛認

12、同的合理劃分區(qū)域的方法。因此，這種方法一般應(yīng)用于區(qū)域間電力市場或有明顯聯(lián)絡(luò)線約束的電力市場中。4.削減雙邊交易的輸電阻塞管理在雙邊交易模式或雙邊交易與電力聯(lián)營相結(jié)合的模式中，若已提交并注冊的雙邊合同超出了系統(tǒng)中某些線路的最大輸送容量或在實際運行時，某些線路己經(jīng)發(fā)生阻塞，卻沒有負荷調(diào)整以減輕阻塞線路的潮流。此時，系統(tǒng)運行機構(gòu)不得不削減雙邊交易。為了公平地處理各方的經(jīng)濟利益沖突問題，系統(tǒng)運行機構(gòu)削減雙邊合同時必須遵循事先確定的標準：（1）確定削減雙邊交易的目標函數(shù)：以最小阻塞調(diào)整費用為目標函數(shù)還是以調(diào)整量最小為目標函數(shù)，或是以最小化合同偏差的平方為目標函數(shù)。（2）基于每個計劃對安全約束的影響因子或

13、敏感度。先削減對安全約束影響最大的，再依影響因子或敏感度從大到小削減。（3）基于合同通知系統(tǒng)運行人員的時間。后注冊的合同首先被削減，此原則使預(yù)定早的獲利，而不能給時間比較相近的所有用戶以相等的機會，并且與能量市場的效益無關(guān)。（4）基于市場參與者為避免交易被削減而愿意支付的額外費用的多少。市場參與者有權(quán)決定與別人競爭，以保證自己的負荷不被削減。額外費用越多，交易的削減部分越少。這樣的決定由合同雙方事先宣布，作為對線路阻塞時的補償。（5）基于雙邊合同參與者為了避免重要的合同被削減而愿意支付的輸電電價。在最優(yōu)潮流（Optimal Power Flow，OPF）法中，以線路傳輸功率極限相對應(yīng)的影子價格

14、（shadow price）為參考標準。如果為了避免因阻塞削減合同而愿意支付的輸電價格沒有超出影子價格，就可能削減此雙邊合同。（6）基于模糊理論的雙邊交易削減。5.利用輸電權(quán)進行輸電阻塞管理輸電權(quán)是對輸電容量的一種權(quán)利，它賦予其所有者使用該相應(yīng)輸電容量的權(quán)利或者取得與其相關(guān)的經(jīng)濟利益的權(quán)利。引入輸電權(quán)后，電力市場上可交易的商品有3種電能、輔助服務(wù)、輸電權(quán)。基于節(jié)電電價方法的輸電阻塞管理是隱式地決定輸電約束引起的機會成本，且當(dāng)有多種交易形式時難以確定優(yōu)先權(quán)。而輸電權(quán)方法顯式地確定阻塞機會成本，并用市場化的方法進行管理。輸電權(quán)分為物理型輸電權(quán)和金融型輸電權(quán)：（1）物理型輸電權(quán)使其所有者獲得其電能在

15、電網(wǎng)中一個可以通行的路徑。物理輸電權(quán)的擁有者，保證自由地使用兩節(jié)點之間的輸電路徑。其所有者有權(quán)使用，也有權(quán)在二手市場轉(zhuǎn)讓這個權(quán)利。因此，這樣的權(quán)利可以有效地消除能量合同涉及到的價格風(fēng)險問題。（2）金融型輸電權(quán)，它保證其擁有者在網(wǎng)絡(luò)中的給定路徑輸送電能的權(quán)利，不能保證在，物理上輸送電能，但能夠確保其持有者規(guī)避輸電阻塞所導(dǎo)致的阻塞成本風(fēng)險。這樣的權(quán)利使，得其所有者在給定路徑獲得輸電電價或在使用節(jié)點電價的市場中獲得兩節(jié)點價格之差。因此，它可以消除使用輸電路徑的價格風(fēng)險。更重要的是，不管其所有者是否使用了此路徑，都有權(quán)獲得補償，所以可以獨立于物理上的網(wǎng)絡(luò)而使用。輸電權(quán)的交易通過輸電權(quán)市場進行，一般在期

16、貨市場進行輸電權(quán)的初始拍賣。擁有物理型輸電權(quán)的交易商相應(yīng)得到實時調(diào)度的優(yōu)先權(quán)。擁有金融型輸電權(quán)的交易商在發(fā)生輸電阻塞時，其受損后可獲得相應(yīng)的補償。3結(jié)論1.當(dāng)電網(wǎng)出現(xiàn)輸電阻塞時，阻塞費用將顯著影響整個電價，甚至使相關(guān)節(jié)點的電價發(fā)生尖峰現(xiàn)象，即短時間內(nèi)價格迅速上竄，可以達到平時的一倍甚至兩倍，輸電阻塞管理中有效的規(guī)避市場風(fēng)險是其研究重要內(nèi)容。2，在電力市場條件下，應(yīng)該用合適的阻塞管理方法來解決電網(wǎng)的輸電阻塞。參考文獻：【1】參見國務(wù)院關(guān)于印發(fā)電力體制改革方案的通知（國發(fā)20025號）.【2】葉澤，電力競爭M.北京：中國電力出版社，2003.【3】杜松懷，電力市場M.北京：中國電力出版社，2003.【4】于爾鏗，韓放，電力場北京M：中國電力出社，1998.【5】李帆，朱敏，英