第06章電力市場(chǎng)與輸電網(wǎng)絡(luò)

第六章

電力市場(chǎng)與輸電網(wǎng)絡(luò)1引言2經(jīng)輸電網(wǎng)絡(luò)的分散買賣3經(jīng)輸電網(wǎng)絡(luò)的集中買賣一、引言輸電網(wǎng)開放是電力市場(chǎng)的重要特征。輸電網(wǎng)開放就是輸電網(wǎng)的一切者必需將輸電網(wǎng)無歧視地開放給一切運(yùn)用者。面臨的問題電力調(diào)度集中調(diào)度〔PoolDispatch〕雙邊調(diào)度〔BilateralDispatch〕多邊調(diào)度〔MultilateralDispatch〕阻塞管理〔CongestionManagement〕根本思緒：建立競(jìng)爭(zhēng)機(jī)制，利用價(jià)錢手段進(jìn)展電力買賣量的增減，從而降低過載線路的潮流功率。輸電費(fèi)用輸電費(fèi)用計(jì)算方法輸電費(fèi)用分?jǐn)偡椒ňW(wǎng)損分?jǐn)偡椒捎脗鬏敳鸥伞睞vailableTransferCapacity，ATC〕二、經(jīng)輸電網(wǎng)絡(luò)的分散買賣兩份買賣：G1－L1：300MW；G2－L2：200MW當(dāng)A－B間的傳輸容量低于500MW時(shí)，為保證買賣的順利實(shí)現(xiàn)，可購買物理輸電權(quán)〔physicaltransmissionrights〕輸電權(quán)是對(duì)輸電容量的一種權(quán)益，PTR賦予其一切者在特定時(shí)間在給定輸電支路上傳輸一定容量電力的權(quán)益。PTR存在的問題：1、并行途徑問題：忽略電阻、無功功率、損耗傳輸途徑由物理定律而不是市場(chǎng)參與者的志愿決議例如設(shè)B－Y：400MW，其中I：1－2－3：160MW，II：1－3：240MW，但受線路容量限制，實(shí)踐上Pmax＝(0.5/0.2)*126=315MW再思索D－Z：200MW，其中3－2－1：80MW，3－1：120MW，

于是，線路中的實(shí)踐潮流為：1－2：160－80＝80MW，不越限。1－3：240－120＝120MW2、逆向流問題3、物理輸電權(quán)與市場(chǎng)力兩節(jié)點(diǎn)例子中的G3三、經(jīng)輸電網(wǎng)絡(luò)的集中買賣此時(shí)，系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)員也起著市場(chǎng)運(yùn)轉(zhuǎn)員的作用采用節(jié)點(diǎn)電價(jià)〔nodalprice〕或區(qū)域電價(jià)〔zonalprice〕1、兩節(jié)點(diǎn)的例子兩地域的供應(yīng)函數(shù)分別為：B區(qū)：πB＝10＋0.01PB$/MWh，DB＝500MWS區(qū)：πS＝13＋0.02PS$/MWh，DS＝1500MW〔1〕不互聯(lián)時(shí)的分析：B區(qū)：PB＝500MW，πB＝15$/MWhS區(qū)：PS＝1500MW，πS＝43$/MWh〔2〕互聯(lián)線路能傳送1600MW由于B區(qū)電價(jià)低，負(fù)荷全部由B承當(dāng)，那么B區(qū)：PB＝2000MW，πB＝30$/MWhS區(qū)：PS＝0MW，πS＝13$/MWh〔3〕市場(chǎng)平衡的情況：邊沿電價(jià)πB＝πS＝24.3$/MWh，供電量PB＝1433MW，PS=567MWB－S：933MW〔4〕線路受限情況：線路傳輸才干400MW。結(jié)果：PB＝900MW，πB＝19$/MWhPS＝1100MW，πS＝35$/MWh小結(jié)：只需互聯(lián)線路的輸電容量低于自在買賣所需的容量，兩地域間的差價(jià)就一定存在。由于維持系統(tǒng)平安而產(chǎn)生的約束使得輸電網(wǎng)產(chǎn)生阻塞，將一致的市場(chǎng)分割為各自獨(dú)立的市場(chǎng)，各地域負(fù)荷的添加將必需由當(dāng)?shù)貦C(jī)組單獨(dú)來承當(dāng)。因此，各國的發(fā)電邊沿本錢是不同的。假設(shè)各分別的電力市場(chǎng)依然是充分競(jìng)爭(zhēng)的話，那么，其各自的價(jià)錢依然等于其邊沿本錢。由于各邊沿本錢因發(fā)電、用電地點(diǎn)的不同而不同，可稱之為實(shí)時(shí)價(jià)錢。假設(shè)系統(tǒng)中每個(gè)節(jié)點(diǎn)都定義不同的電價(jià)，那么又稱為節(jié)點(diǎn)價(jià)錢。通常買進(jìn)功率的地域的實(shí)時(shí)價(jià)錢高，而賣出功率的那么低。〔5〕阻塞剩余

用戶付費(fèi)：發(fā)電商收益買賣中心付給發(fā)電商：900×19＋1100×35＝55600$買賣中心收到用戶電費(fèi)：500×19＋1500×35＝62000$阻塞剩余：62000－55600＝6400$＝400×〔35－19〕＝400×16阻塞價(jià)錢：35－19＝16$/MWh2、三節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)〔1〕網(wǎng)絡(luò)無約束時(shí)，經(jīng)濟(jì)調(diào)度PA＝125MW，PB＝285MW。網(wǎng)絡(luò)中的潮流情況:a.由KAL、KVL定律

b.利用疊加原理首先，1－2的60MW電力傳輸引起的潮流其次，1－3的300MW電力傳輸引起的潮流潮流結(jié)果：1－2：156MW，1－3：204MW，2－3：96MW購電費(fèi)用：125×7.5＋285×6＝2647.5$〔2〕修正經(jīng)濟(jì)調(diào)度：1－2越限，需進(jìn)展調(diào)整。首先思索添加母線2的出力，即機(jī)組C發(fā)電設(shè)在bus2添加1MW，那么bus1需減少1MW，對(duì)潮流的影響為：1－2潮流的變化：減少0.6MW2－3潮流的變化：減少0.4MW要消除30MW的越限，那么PC＝30/0.6＝50MW，PA減到75MW，PB仍為285MW。潮流結(jié)果：1－2：126MW2－3：116MW1－3：184MW購電費(fèi)用：75×7.5＋285×6＋50×14＝2972.5$〔3〕思索添加母線3的出力進(jìn)展調(diào)整：PD=75MW，PA減到50MW.購電費(fèi)用：50×7.5＋285×6＋75×10＝2835$〔4〕節(jié)點(diǎn)電價(jià)計(jì)算：在該節(jié)點(diǎn)以最經(jīng)濟(jì)的方式多供應(yīng)1MW負(fù)荷所需的本錢。bus1，π1＝7.5$/MWhbus3，由發(fā)電機(jī)A供，會(huì)呵斥線路1－2過流，所以由發(fā)電機(jī)D供，π3＝10$/MWhbus2，由發(fā)電機(jī)C供太貴，應(yīng)由bus1或3的發(fā)電機(jī)供，同時(shí)，不能呵斥線路1－2過流，分析得：ΔP1＋ΔP3＝1MW0.6ΔP1＋0.2ΔP3＝0解得：ΔP1＝－0.5MWΔP3＝1.5MW所以，π2＝1.5×10－0.5×7.5＝11.25$/MWh在一個(gè)沒有輸電約束的系統(tǒng)中，假設(shè)我們將一切機(jī)組視為恒邊沿本錢模型，那么除一臺(tái)機(jī)組〔邊沿機(jī)組〕之外的一切機(jī)組要么滿負(fù)荷發(fā)電，要么不發(fā)電。邊沿機(jī)組的邊沿本錢決議了整個(gè)系統(tǒng)的電價(jià)。當(dāng)輸電限值約束了經(jīng)濟(jì)調(diào)度時(shí)，某些機(jī)組的出力遭到限制，將介于上下限之間而成為邊沿機(jī)組。通常，系統(tǒng)中假設(shè)存在m個(gè)輸電約束，那么就有m+1個(gè)邊沿機(jī)組。每一臺(tái)邊沿機(jī)組都決議著它所在節(jié)點(diǎn)的邊沿價(jià)錢。其他節(jié)點(diǎn)的邊沿價(jià)錢是由一切邊沿機(jī)組的價(jià)錢組合所決議的，這種組合又取決于約束網(wǎng)絡(luò)中KVL的作用。計(jì)算機(jī)求解的方法〔OPF〕〔i〕三節(jié)點(diǎn)例子的表達(dá)

設(shè)PB=285，PC=0，P12＝126結(jié)果：PA＝50，PD＝75，P23＝－66，P13＝159Cost＝2835〔ii〕普通表達(dá)商業(yè)剩余節(jié)點(diǎn)1節(jié)點(diǎn)2節(jié)點(diǎn)3系統(tǒng)負(fù)荷(MW)5060300410發(fā)電(MW)335075410節(jié)點(diǎn)電價(jià)($/MWh)7.511.2510用戶付費(fèi)($/h)37567530004050發(fā)電商收益($/h)2512.507503262.5阻塞剩余($/h)787.5〔5〕非直觀的經(jīng)濟(jì)流〔6〕嚴(yán)重的非直觀經(jīng)濟(jì)價(jià)錢當(dāng)支路2-3的容量降為65MW時(shí)情況〔7〕節(jié)點(diǎn)價(jià)錢與市場(chǎng)力假設(shè)支路2-3而不是支路1-2存在約束機(jī)組C叫價(jià)低于目前的節(jié)點(diǎn)邊沿價(jià)錢5.00$/MWh，它決議以3.00$/MWh參與競(jìng)爭(zhēng)節(jié)點(diǎn)2處提出一個(gè)較低的叫價(jià)，使節(jié)點(diǎn)3處的電價(jià)從10.00$/MWh上升到12.00$/MWh，并且其發(fā)電量從77.5MW上升到85MW機(jī)組D抬高其價(jià)錢到20.0$/MWh機(jī)組D抬高其叫價(jià)，除了使機(jī)組C虧本外，還會(huì)添加本人的收益，即使是在出力減少的時(shí)候：〔8〕小結(jié)在沒有邊沿機(jī)組的節(jié)點(diǎn)處，其節(jié)點(diǎn)價(jià)錢與有邊沿機(jī)組的節(jié)點(diǎn)價(jià)錢相比，可高可低，也可介于其中，甚至節(jié)點(diǎn)價(jià)錢可以為負(fù)數(shù)！上述結(jié)果能夠違反普通意義上的經(jīng)濟(jì)概念，但是它們?cè)跀?shù)學(xué)上是正確的。這些價(jià)錢不僅受制于經(jīng)濟(jì)還受制于KVL。甚至在簡單的三節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)中，了解這些價(jià)錢也是很費(fèi)時(shí)費(fèi)力的。對(duì)于實(shí)踐的系統(tǒng)，這種分析會(huì)更加復(fù)雜。非直觀價(jià)錢在很多實(shí)踐系統(tǒng)中都已發(fā)現(xiàn)過。3、集中買賣系統(tǒng)中傳輸風(fēng)險(xiǎn)的管理需求什么樣的新合約方式用于控制與輸電阻塞相關(guān)的風(fēng)險(xiǎn)討論的結(jié)論可同樣解釋損耗引起的影響〔1〕新的合約方式回想：集中買賣市場(chǎng)中的參與者也允許進(jìn)展雙邊合同買賣，以躲避節(jié)點(diǎn)電價(jià)變化帶來的風(fēng)險(xiǎn)。B和S間無輸電阻塞，B的電廠與S的鋼鐵廠簽署差價(jià)合同：400MW，30$/MWh。實(shí)時(shí)電價(jià)為24.30$/MWh，結(jié)算情況：B的電廠售電400MW，得到收益為400×24.3=$9720S的鋼鐵公司買進(jìn)400MW，支付400×24.3=$9720鋼鐵公司支付400(30-24.30)=$2280給B以處理差價(jià)合約。B的電廠和S的鋼鐵公司以30$/MWh的有效電價(jià)進(jìn)展了400MW的買賣。假設(shè)節(jié)點(diǎn)價(jià)錢比30$/MWh高,B的電廠將支付S的鋼鐵公司差價(jià)以處理合約。假設(shè)聯(lián)絡(luò)線傳輸功率限制為400MW，那么B的節(jié)點(diǎn)價(jià)錢為19.00$/MWh,而S的節(jié)點(diǎn)電價(jià)上升為35.00$/MWh，結(jié)算：B以19.00$/MWh的價(jià)錢售電400MW，實(shí)時(shí)市場(chǎng)得到收益為：400×19=$7600差價(jià)合同結(jié)算的收益為：400×30=$12000，因此，按現(xiàn)貨價(jià)錢虧$4400，應(yīng)該由S的鋼鐵公司根據(jù)合約來支付。S的鋼鐵公司以35.00$/MWh的價(jià)錢購買400MW，實(shí)時(shí)市場(chǎng)應(yīng)支付：400×35=$14000差價(jià)合同應(yīng)支付：400×30=$12000。因此，按現(xiàn)貨價(jià)錢多支出$2000，S的鋼鐵公司等待B的電廠按差價(jià)合約來承當(dāng)。有阻塞時(shí)，差價(jià)合同不能正常進(jìn)展〔2〕金融輸電權(quán)〔Financialtransmissionrights〕差價(jià)合同中的總?cè)鳖~為:4400＋2000＝6400$/h阻塞剩余400×(35－19)＝6400$/h推導(dǎo)阻塞存在時(shí)處置差價(jià)合約的解析表達(dá)設(shè)：差價(jià)合約敲定價(jià)為,合同量為F按合同鋼鐵公司支付電廠得到收益按現(xiàn)貨市場(chǎng)鋼鐵公司支付電廠得到收益假設(shè)鋼鐵公司希望得到補(bǔ)償：

電廠希望得到補(bǔ)償假設(shè)，可見在時(shí)，結(jié)論：到達(dá)最大傳輸才干時(shí)，阻塞剩余便表征兩地市場(chǎng)按差價(jià)合約的補(bǔ)償數(shù)量處理方法：金融輸電權(quán)〔FTRs〕金融輸電權(quán)：是指在網(wǎng)絡(luò)的恣意兩節(jié)點(diǎn)之間，賦予持有者的一種特權(quán)，該特權(quán)的收益為購買的傳輸量和兩節(jié)點(diǎn)間價(jià)錢差的乘積假設(shè)傳輸沒有阻塞，節(jié)點(diǎn)B和節(jié)點(diǎn)S間就沒有差價(jià),FTRs的持有者就得不到收益FTRs的持有者〔發(fā)電者或用電者〕對(duì)傳輸量的起點(diǎn)和終點(diǎn)并不關(guān)懷S的一個(gè)用戶擁有FMWh的金融傳輸權(quán)，他可以:在B以電價(jià)購買FMWh，運(yùn)用它的傳輸權(quán)使其可以“免費(fèi)〞到達(dá)S，此時(shí)有效地支付為；在S以電價(jià)購買FMWh，需支付，但運(yùn)用它的傳輸權(quán)又可獲得收益為?！舶l(fā)電者與用電者〕如何得到FTRs在每一市場(chǎng)周期內(nèi),系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)員應(yīng)該確定聯(lián)絡(luò)線上所能傳輸?shù)牟鸥?。這一才干的FTRs被拍賣給最高價(jià)的招標(biāo)者。這種拍賣對(duì)一切參與者〔發(fā)電、用電，以及尋求差價(jià)來盈利的投機(jī)者〕開放，同時(shí)該權(quán)益可以自在買賣?！?〕點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的金融輸電權(quán)FTRs被定義為網(wǎng)絡(luò)中從任一節(jié)點(diǎn)到任何其它節(jié)點(diǎn)間的輸電權(quán)，這兩個(gè)節(jié)點(diǎn)間不一定有支路的直接銜接。優(yōu)點(diǎn)：不需對(duì)網(wǎng)絡(luò)復(fù)雜性有充分的思索，功率在網(wǎng)絡(luò)中流通的途徑并不重要。三節(jié)點(diǎn)算例的再討論假設(shè)節(jié)點(diǎn)3的一個(gè)用戶與節(jié)點(diǎn)1的發(fā)電方簽署了一個(gè)差價(jià)合約，該合約敲定價(jià)為8.00$/MWh，傳輸電力為100MW，這個(gè)合約的參考價(jià)錢是節(jié)點(diǎn)1。用戶同時(shí)也購買了節(jié)點(diǎn)1到節(jié)點(diǎn)3的100MW的FTRs。節(jié)點(diǎn)1和節(jié)點(diǎn)3的價(jià)錢分別為7.50$/MWh和10.00$/MWh，合約的結(jié)算：用戶從節(jié)點(diǎn)3獲取100MW，向市場(chǎng)運(yùn)轉(zhuǎn)員支付100×10＝$1000；發(fā)電方從節(jié)點(diǎn)1注入100MW，向市場(chǎng)運(yùn)轉(zhuǎn)員收取100×7.5＝$750用戶為履行差價(jià)合約向發(fā)電方支付100×〔8-7.5〕＝$50；用戶擁有節(jié)點(diǎn)1到3的FTRs，向市場(chǎng)運(yùn)轉(zhuǎn)員收取100×〔10-7.5〕＝$250；上述完成后，用戶共為100MW電力商品的運(yùn)用支付$800，其電價(jià)為8$/MWh。市場(chǎng)運(yùn)轉(zhuǎn)員出賣的FTRs不應(yīng)超越網(wǎng)絡(luò)的實(shí)踐才干線路2-3傳輸容量限制在65MW節(jié)點(diǎn)2的用戶簽署60MW，價(jià)錢為8.00$/MWh的差價(jià)合約，其參考價(jià)錢仍為節(jié)點(diǎn)1，同時(shí)購買從節(jié)點(diǎn)1到節(jié)點(diǎn)2間60MWFTRs，結(jié)算：用戶從節(jié)點(diǎn)2獲取功率60MW，支付給市場(chǎng)運(yùn)轉(zhuǎn)員60×5＝$300；發(fā)電方在節(jié)點(diǎn)1注入功率60MW，從市場(chǎng)運(yùn)轉(zhuǎn)員收取60×7.5＝$450；按差價(jià)合約，用戶支付給發(fā)電方60×〔8－7.5〕＝$30；為結(jié)算FTRs，用戶支付給市場(chǎng)運(yùn)轉(zhuǎn)員60×〔7.5－5〕＝$150；上述完成后，用戶為運(yùn)用60MW電力商品需支付$480，相當(dāng)于差價(jià)合約敲定的價(jià)錢8$/MWh。市場(chǎng)運(yùn)轉(zhuǎn)員獲取的商業(yè)余額實(shí)踐為[(285＋47.5)×7.5＋77.5×10]－[50×7.5＋60×5＋300×10]＝$406.25<$412差別產(chǎn)生是由于系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)員實(shí)踐執(zhí)行不能按照拍賣FTRs時(shí)料想的傳輸容量進(jìn)展FTRs不應(yīng)看成是一種期權(quán)，而是一種在任何情況下都要履行的責(zé)任。〔4〕關(guān)口權(quán)〔Flowgaterights〕FTRs也可以定義為網(wǎng)絡(luò)中確定的一條支路或一個(gè)關(guān)口〔斷面〕的輸電權(quán)。這時(shí)的FTRs被稱為關(guān)口權(quán)〔FlowgateRights，F(xiàn)GRs〕〔基于潮流的輸電權(quán)〕與一條支路或關(guān)口〔斷面〕對(duì)應(yīng)最大傳輸容量的拉格朗日乘子或其影子價(jià)錢相聯(lián)絡(luò)三節(jié)點(diǎn)算例：節(jié)點(diǎn)3的一個(gè)用戶從節(jié)點(diǎn)1的發(fā)電方購買100MW功率，同時(shí)購買了100MW的FGR