基于LMP_FTR及优先权调度的输电阻塞管理方法研究_第三章四种输电阻塞管理方法

3 .3.2 节点电价中阻塞管理费用与网损费用的分离
如上所述，节点电价包含了很多因素，其中最重要的是阻塞因素和网损因素， 根据节点电价的形成原理，可以在节点电价中分离出阻塞管理费用与网损费用。下 面根据该区域电力市场日前竞价交易的数学模型和节点电价的计算过程来推导该 区域电力市场中节点电价中的阻塞费用分量与网损费用分量。 该区域电力市场日前竞价交易出清模型如下式所示。
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第三章 四种输电阻塞管理方法及其应用研究
个独立的市场，然后每个市场分别进行独立的出清。该方法主要适用于阻塞发生在 某些固定输电线路的电网中，主要应用于北欧和美国加州等电力市场中。 （ 2 ） 交易削减法 交易削减法是以区域间联络线为主要对象，是通过可用传输容量（Available Transmission Capability，ATC）与交易电量的比较，来确定每笔交易能否实现的 一种输电阻塞管理方法。该方法主要在美国电力市场的大区域联络线阻塞管理中应 用。 （ 3 ） 最优潮流法 该方法主要是根据市场参与者的报价，考虑系统中线路输送容量限制，调用基 于最优潮流的优化程序进行阻塞管理，以消除系统中的线路阻塞。该方法主要应用 于 NETA 的实时平衡市场和美国 PJM 日前市场等电力市场中。 （ 4 ） 电能回购法 电能回购法是一种实时消除阻塞的方法。当系统调度员发现系统中潜在或者实 际已经存在的危机网络安全的阻塞时，通过在市场中买卖电量，产生与形成阻塞的 潮流方向相反的交易来削减阻塞，目前，该方法主要应用于北欧国家国内平衡市场 的阻塞管理。
∂g it
∂Pdit
+ µ1 (1 +
∂PLt
∂Pdit
)
+
u6 ∑
∂aikt g it
∂Pdit 公式
(3-6)
式（3-6）将节点电价分为了三个分量。其中， ρ c , p 为节点电价中系统中能量分 量，包括发电机报价、系统的维护费用等； ρl , p 为节点电价中网损分量； ρ con , p 为节 点电价中由于阻塞而产生的分量。
3.2 3.2 输电阻塞管理的基本概念与实践 输电阻塞管理的基本概念与 实践 3.2.1 电力市场中阻塞管理的基本概念
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 （Transmission Congestion） ，这些安全性限制包括系统的稳态约束和动态约束， 例如输电线路或变压器的热容量限制，节点电压限制，系统的各种稳定限制等。为 了消除阻塞，需要采取阻塞定价以及发电机再调度等经济技术措施，以使系统运行 于一定的安全和可靠的水平内，同时维持电力市场的有效运行，这一过程称为阻塞 管理（Congestion Management） 。 阻塞管理作为电力市场中保证输电安全的一个重要的手段，其目的主要是制定 一系列合理的调整规则，有效地调控发电机和负荷，使系统的短期运行具有一定的 安全性和可靠性裕度，同时也要保证输电容量在各成员间的公平分配，为系统各成 员提供有效的短期和长期的经济信号。从短期而言，阻塞管理需要制定一系列公平 的削减交易的计划和调度规则，从而实现电力系统的安全经济调度，保证系统的安 全可靠运行；从长期而言，阻塞管理通过价格信号，促进电力市场的公平竞争，提 高电力市场的运行效益，为系统健康稳定的发展提供激励。
3.2.2 3.2.2 目前世界电力市场中成熟的阻塞管理方法
由于各个国家输电系统的特点不同，采用的阻塞管理方法也不尽相同。目前国 外电力市场中成熟的阻塞管理方法主要有以下几种： （ 1 ） 市场分裂法 市场分裂法也称为分区定价法。该方法主要是：首先将整个电力市场进行一次 总的出清，如果区域中存在阻塞，则将整个市场按照预先设定的价格区域划分为几
第三，将拉格朗日函数对各负荷值求偏导： ∂Cit ( g ) ∂P ∂g it ∂g ∂L = − µ1 (1 + Lt − ) − (u2 + u3 + u4 + u5 )∑ it ∂Pdit ∑ ∂Pdit ∂Pdit ∑ ∂Pdit ∂Pdit
-
u6 ∑
∂aikt g it
∂Pdit
公式(3-4)
GNit ≤ git ≤ GM it GNRit ≤ git ≤ GMRit
∑a
- µ5 ( git − GMRit ) − µ6 (∑ aikt git − LLkt )
ikt
git ≤ LLkt
公式(3-4)
其次，根据式（3-3）形成拉格朗日函数，得到：
L = ∑ Cit ( git ) − µ1 (∑ Pdit + PLt − ∑ git ) - µ2 ( git − GM it ) − µ3 ( git − GNit ) − µ4 ( git − GNRit )
min
∑C (g
it
it
)
s.t. ∑ git × LFi = Lt + LREFt git ≤ GM it GNRit ≤ git ≤ GMRit
公式(3-1)
∑a
ikt
git ≤ LLkt
其中： Cit ( g it ) 为机组 i 在 t 时刻的报价函数； git 为机组 i 在 t 时刻的出力； LFi 为 机组 i 的网损因子； Lt 为 t 时刻全网的需求（负荷+网损） ； LREFt 为 t 时刻全网的网损 修正因子； GM it 为机组 i 在 t 时刻的最大出力； GNRit 为机组 i 在 t 时刻考虑爬坡约束 的最小出力； GMRit 为机组 i 在 t 时刻考虑爬坡约束的最大出力； aikt 为机组 i 在 t 时刻 对线路 k 的敏感系数； LLkt 为 t 时刻线路 k 的最大输送能力。 首先，系统出力约束可以改写成以下形式：
其中 µi 为拉格朗日乘子。 根据 K-T 条件得到： ∂L ∂Pdit = 0 又根据负荷的用电特性可知：
∑ ∂C
∑ ∂C ( g ) ∂P
it
it
( git ) ∂Pdit = ρit
公式(3-5)
其中， ρit 为第 i 个负荷的节点电价。 则节点电价可以表示为#43; u4 + u5 − u1 )∑ = ρc , p + ρl , p + ρcon , p
3.3.3 节点电价算例分析
以双节点系统（如图 3-1 所示）来分析节点电价产生过程。
图 3-1 双节点系统示意图
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华北电力大学博士学位论文
当忽略系统线路损耗，节点 A、B 间联络线传输容量为无限大时，有节点 A 流 向节点 B 的潮流为 300MW，根据系统中机组的报价与出力，计算得到区域 1 的边际 发电成本为 25$/MWh，节点 A 和节点 B 的节点电价均为 25$/MWh，如图 3-2 所示。
3 .3.1 节点电价的优缺点分析
节点电价之所以被国外多个电力市场采用，是因为它具有如下优点： 第一，节点电价合理地反映了电能的价值。节点电价包涵了每个节点的市场主 体的报价、网损、阻塞等信息，能够反映电能在系统中不同地理位置、不同时刻的 价值。
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华北电力大学博士学位论文
第二，节点电价合理地反映了电力资源的稀缺程度。节点电价越高，说明该节 点所处区域的电源供应越不充足。 第三，节点电价能够合理地引导电源与电网投资。节点电价通过价格信号激励 电源投资商在电力缺乏地区进行投资，同时节点电价反映了线路阻塞和输电能力等 情况，可以合理引导输电线路的建设。 第四，节点电价能够引导电力用户合理消费电力、节约能源。电能缺乏的地区 一般来说节点电价高，此信号如果能传递给用户，则可以激励电力用户节约能源。 但是，节点电价也存在很多缺点，例如计算比较复杂，包含的信息较多，使市 场参与者难以直观地进行市场判断等。
LMP 是指考虑发电的边际成本和输电网的物理结构后，在一条特定的母线上增 供一个单位的电能所需的成本。满足一条母线上负荷增长的最低电力报价决定这条 母线的 LMP。 由最优化数学理论可知， 输电网中任何节点的 LMP 是该节点的等式约束方程 （即 注入功率与排出功率之和等于零）的对偶变量（也叫影子变量） 。也可以说，LMP 是 在某一节点上增供 1MW 的电力而增加的成本。当电网中的线路发生阻塞时，相应节 点的 LMP 会不同。如果最优化模型中不包含线路输电容量约束方程，或者输电容量 限值定的很大，那么所有母线的 LMP 都相等。这个 LMP 等于运行成本最高的那台发 电机组（边际机组）的边际成本。在这种情形下，没有阻塞费用。如果有输电线路 发生阻塞，那么不同母线之间，或者不同的区域之间，会产生不同的 LMP。此时会 产生输电阻塞费。
25 25 25×200=5000 25×1200=30000 25×500=12500
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有阻塞
20 30 20×200=4000 30×1200=36000 20×400=8000
第三章 四种输电阻塞管理方法及其应用研究
支付电厂 B 电费（$） 阻塞盈余（$）
25×900=22500 (25-25)×300=0
30×1000=30000 （30-20）×200=2000
从以上计算可以看出，在系统无阻塞时，系统内各节点的节点电价均相同，系 统无阻塞盈余；当系统中存在阻塞时，系统内各节点的电价包含发电成本、阻塞分 量（如考虑系统网损，则还包括网损分量） ，并且系统存在阻塞盈余。
3 .4 区域边际价格（ 区域边际价格 （ LMP） LMP） 法
3.2.3 3.2.3 本章研究的四种阻塞管理方法
本章重点研究节点电价法、区域边际价格法、最优利用可用传输能力法和输电 权交易法四种基本方法及其应用。
3 .3 节点电价法 节点电价 法
节点电价理论从 20 世纪 70 年代发展起来，作为一个先进的理论，目前已被国 外很多电力市场采用，如美国的 PJM 电力市场、新英格兰电力市场、纽约电力市场 中均采用节点电价体系，美国 FERC 在 2002 年公布的“标准电力市场设计” （SMD） 中也推荐采用节点电价体系。 节点电价理论是基于经典的经济调度模型，在资源配置和各种约束条件满足的 情况下，通过基于最优潮流的优化程序，计算得到各个节点的电价，因此它与经济 调度和最优潮流有着深刻的联系。