电力市场环境下的输电阻塞管理

科 学 管 理电力市场环境下的输电阻塞管理刘明顺１ 周杰娜１ 罗 雪２（１．贵州大学电气工程学院，贵州 贵阳 ５５０００３；２．贵阳市供电局，贵州 贵阳 ５５０００３） 摘 要：电力市场的开放，将不可避免地发生输电阻塞问题。

为了确保电力系统的安全经济运行，需要对输电系统进行 有效的管理。

与传统的方法相比，现在的研究更强调在经济方面的重要性。

本文对不同市场交易模式下的阻塞调度，及 市场环境下阻塞成本的分摊进行了综述；最后对最新的研究方向做了分析。

关键词：电力市场；阻塞管理；阻塞定价 Transmission Congestion Management under Electricity Markets １ １ ２ ＬＩＵ Ｍｉｎｇ－ｓｈｕｎ ，ＺＨＯＵ Ｊｉｅ－ｎａ ， ＬＵＯ Ｘｕｅ （１．Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｃｏｌｌｅｇｅ ｏｆ Ｇｕｉｚｈｏｕ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｇｕｉｚｈｏｕ ５５０００３ Ｃｈｉｎａ；２．Ｇｕｉｙａｎｇ Ｐｏｗｅｒ Ｓｕｐｐｌｙ Ｂｕｒｅａｕ，Ｇｕｉｚｈｏｕ，５５０００３ Ｃｈｉｎａ） Abstract: ｔｈｅ ｏｐｅｎｉｎｇ ｅｌｅｃｔｒｉｃｉｔｙ ｕｎａｖｏｉｄａｂｌｙ ｌｅａｄ ｔｏ ｔｈｅ ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ ｃｏｎｇｅｓｔｉｏｎ ｐｒｏｂｌｅｍ．ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ ｉｓ ｐｌａｙｉｎｇ ａｎ ｉｎｃｒｅａｓｉｎｇｌｙ ｖｉｔａｌ ｒｏｌｅ ｔｏ ｅｎｓｕｒｅ ｔｈｅ ｅｌｅｃｔｒｉｃｉｔｙ ｓｙｓｔｅｍ ｏｐｅｒａｔｉｎｇ ｉｎ ａｎ ｓｅｃｕｒｅ ａｎｄ ｅｃｏｎｏｍｉｃ ｏｐｅｒａｔｉｏｎ． Ｃｏｍｐａｒｅ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｔｒａｄｉｔｉｏｎａｌ ｍｅｔｈｏｄ，ｔｈｅ ｎｅｗ ｒｅｓｅａｒｃｈ ｆｏｃｕｓ ｏｎ ｔｈｅ ｅｃｏｎｏｍｙ． Ｉｎ ｔｈｉｓ ｐａｐｌｅ， ｓｅｖｅｒａｌ ｃｏｎｇｅｓｔｉｏｎ ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ ｍｅｔｈｏｄｓ ａｒｅ ｒｅｖｉｅｗｅｄ，ｔｈｅ ｃｏｎｇｅｓｔｉｏｎ ｄｉｓｐａｔｃｈ ｕｎｄｅｒ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｔｒａｄｉｎｇ ｐａｔｔｅｒｎｓ， ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ ｏｆ ｃｏｎｇｅｓｔｉｏｎ ｃｏｓｔ，ｔｈｅ ｌａｔｅｓｔ ｒｅｓｅａｒｃｈ． Key words: Ｅｌｅｃｔｒｉｃｉｔｙ ｍａｒｋｅｔ；Ｃｏｎｇｅｓｔｉｏｎ ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ；Ｃｏｎｇｅｓｔｉｏｎ ｐｒｉｃｉｎｇ随着电力市场的逐步开放，电能交易也日益增多，使 得输电网络的阻塞问题变得越来越严重。

电力系统的输电 阻塞是指由于本身输送容量的限制，不能满足电能输送的 要求，通常包括输电线路或变压器有功潮流超过允许极限 和节点电压越限等。

严重的输电阻塞不仅会使电力系统的 安全性和稳定性受到破坏；同时，它也会让电能交易计划 难以实现，破坏电力市场的公平性和经济性。

同时市场环 境下的自由竞价和双边合同等因素也增大了潮流的不确定 性，这些都需要合理地分摊其风险成本，用正确的市场信 号来引导利益不同的各市场方，达到降低风险的目的。

阻塞管理包括两部分内容，一部分是对发电计划进行 校核，消除阻塞，在满足约束条件下，达到总购电费用最 小的目标；另一部分是对阻塞费用的计算及分摊。

阻塞管理的目标是制定一系列规则来有效地控制发电 机和负荷，使得系统在一定时期内能安全可靠地运行，同 时为以后的规划投资提供有效的信息。

从短期来说，阻塞 管理主要是调整交易计划的一个策略，它需要制定一套公 平的交易计划削减和调整的准则，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；从长期来说， 阻塞管理应该通过价格信号来激励系统健康发展［１］。

本文对 市场环境下不同交易模 式下的输电阻塞管理数学模型进行 了初步的总结，为制定适合我国的阻塞管理模型及阻塞成 本分摊提供参考。

１ 阻塞调度 消除阻塞最直接的方法就是削减或调整发电量和负荷收稿日期：２００９－０９－０８ 修回日期：２００９－１０－１８大小，重新进行电力分配。

引入市场机制后的，就必须在 特定的市场模式和交易规则下，通过一系列规则来控制发 电和负荷功率，使电力系统的短期运行裕度满足可靠性要 求，并为长期投资和合理的发输电容量分布提供正确的激 励信息。

电力市场有多种交易模式，如联营体交易模式、双边 和多边交易模式、联营体和双边混合交易模式。

电力市场 的交易模式不同，阻塞调度的方法也不同。

（１）联营体交易模式下的阻塞调度。

在这一模式下， 有独立的电网运营机构进行电网的调度和运行，它们根据 各发电商提供的电力和价格曲线，按照负荷预测的需求等 原则来确定发电机的发电计划和边际价格。

这种模式下的 阻塞管理可以分为两种：一种是直接利用最优潮流（ＯＰ Ｆ），考虑系统的各种约束条件，得到满足约束的最优发电 计划；另一种是建立在确定的市场出清价上，再根据某种 原则对发电计划安全校正。

①直接利用ＯＰＦ的阻塞调度。

最优潮流的模型可以描述 为确定一组使目标函数最小的最优控制变量ｕ，同时满足一 系列约束条件： ——（式１）；ｓ．ｔ． —— （式２）； ——（式３），式中：ｘ和ｕ分别是状态变量 和控制变量。

对于式（１），对于单一买方市场，一般以购电成本最 小为目标函数；对于开放负荷侧购电的市场，主要以社会 效益最大为目标函数。

式（２）为潮流方程的等式约束；式 （３）是包括发电机功率约束、支路潮流约束和电压约束的作者简介：刘明顺（１９８６－），男，硕士研究生，研究方向为电力市场。

69中国西部科技２００９年１０月（下旬）第０８卷第３０期 总第１９１期确保系统的安全性。

文献［６］在以调整费用最小为目标函数 的实时平衡市场阻塞管理模型中，对基于灵敏度的启发式 算法、优化类算法、以及改进的优化算法进行了对比研 究。

文献［１］在同样的模型中加入了可中断负荷这一因素来 解决实时电力市场中的阻塞问题。

２ 阻塞成本的分摊 阻塞产生的原因是由于电能交易对输电容量的需求超 过了输电网络自身的容量限制。

因此在解决阻塞问题时， 势必会引起一些不必要的损失，这就是阻塞成本。

需要合 理地将其分摊给给相应的市场方。

目前的研究有两种方 法。

一种是基于实时电价理论的节电电价理论。

即在不考 虑网损时，线路的阻塞费用等于其两端节点的电价之差 （影子价格）。

这种情况下，阻塞费用并不明显地体现出 来，而是通过节点电价隐性地分摊。

即当阻塞发生时，相 应的引起阻塞的节电电价会有很大的波动，以此作为价格 信号，引导电网使用者的市场行为来达到社会效益最优。

影子价格和节点电价的关系如下： ——（式７） 式中： 为Ｌａｇｒａｎｇｅ乘子，也是约束的影子价格， ； 为功率传输分布因子矩阵Ｈ的第ｉ行， 。

另一种是基于嵌入成本方法来确定输电线路的阻塞费 用，阻塞的定价方式采用“谁引起、谁负责”的原则分摊 阻塞费用。

它首先将阻塞调度产生的阻塞费用分摊给各条 阻塞线路，得到每条阻塞线路的阻塞费用；然后根据各交 易对阻塞线路的贡献率把阻塞费用分摊给各交易方。

文献 ［７］以总发电成本最小为目标函数，按照经济调度获得阻塞 成本，用阻塞边际成本与负荷之积来衡量各节点用户对阻 塞大小的影响。

文献［８］基于阻塞消除前后的双边交易在阻 塞线路中引起的潮流变化量来分摊阻塞费用。

３ 阻塞管理的研究新进展 主要关注电力市场期权市场对输电阻塞管理中的应用 及风险规避、考虑各种系统安全约束条件和其它因素的阻 塞模型。

文献［９］在分析金融输电权ＦＴＲ规避阻塞风险的特点和 不足后，引入输电期权ＴＯ概念来有效规避阻塞给各市场参 与者带来的风险。

文献［１０］则将线路的输电权放在远期市 场中和电量一起进行交易，如果交易商购买了实际发生阻 塞线路的输电权时，由ＩＳＯ建立的阻塞基金池按照一定的原 则给予补偿，反之不补，以实现对阻塞风险的规避。

文献 ［１１］对发电权交易的阻塞调度及结算方法进行了研究。

完整的阻塞管理框架应该考虑各种系统安全约束。

文 献［１２］［１３］分别对联营体模式下和双边交易模式下考虑静 态电压稳定性约束的阻塞管理进行研究，以阻塞成本最小 化为目标，建立满 足电压安全性要求的阻塞管理方案。

同 时在引入市场因素后，利用可中断负荷来对阻塞进行有效 管理也是研究点之一，文献［１４］［１５］就对考虑可中断负荷 因素建立了新的阻塞管理模型，且进行了算例分析对比。

４ 结语不等式约束。

②基于安全校正的阻塞调度。

最早出现的基于安全校 正的阻塞管理是英国早期电力市场的两阶段阻塞管理：先 对发电商报价曲线进行排序确定发电计划和边际价格；再 由电网公司进行安全校核并最终确定发电计划。

其数学模 型目标函数有两种 ：一是发电机和负荷的总调整量最小； 二是发电机和负荷的总调整成本最小。

——（式４） 式中： 是发电机的功率调整量（或调整成本）； 是负荷的调整量（或负荷调整成本）。

（２）双边、多边交易模式下的阻塞调度。

在双边、多 边交易模式下，发电商和用户根据自身的经济利益来签订 交易合同，但是受到系统传输容量制约，并不是所有提交 的合同都能得到执行，这时候就需要ＩＳＯ对双边交易进行校 核。

因此双边或多边交易模式下的阻塞管理是如何调整双 边交易。

文 献 ［３］中 提 出 使 用 愿 付 费 因 子 （ ｗｉｌｌｉｎｇｎｅｓｓ ｔｏ ｐａｙ）作为调整交易的权重，即发电商在报价中为了使交易 不被调整或削减而愿意额外付出的单位容量的阻塞费用。

获得如下的调整模型。

——（式５） 式中：ｗ为愿付费因子矩阵；ｕ为调整后的交易量； 为 调整前的交易量；Ａ为调整策略矩阵。

文献［４］提出了一个基于发电商申报增减容量价格的调 整方法，通过调整发电容量来解决阻塞 问题。

为了体现交 易的优先权和交易商对交易量的需要，要对各交易的调整 量赋予相应的权重。

（３）联营体、双边混合模式下的阻塞调度。

混合模式 的特点是允许存在双边和联营体等多种交易。

但是也正因 此而使阻塞调度变得复杂。

其核心研究问题主要有：合同 电量和现货电量的比例、预测发生阻塞需要调整计划时按 照何种原则来调整各种类型的交易、在实时平衡市场如何 调度。

如何协调双边模式交易和联营体模式交易的调整，一 般有三种情形：只调整联营体交易、只调整双边交易、采 用一些方法来协调处理两种不同模式下的交易权重。

前两 种相当于单一运行模式下的阻塞调度，因此，主要是做第 三种方式的研究。

文献［５］就讨论了这方面的优先问题，其 模型如下： ——（式６） 式中：ｕ为单位列矢量； 为带权重的Ｐｏｏｌ交易减少 量； 为带权重的双边交易减少量； 为初始Ｐｏｏｌ负荷总 收益； 为初始的Ｐｏｏｌ发电总成本。