第六章电力市场中市场力与输电网阻塞管理

第六章电力市场中的输电网阻塞管理与市场力上次课的回顾1、OPF的计算（梯度、牛顿、解耦）2、OPF的应用1）节点电价的计算2）UC-OPF交易算法3）输电费用的计算4）输电网络分区5）阻塞管理第六章电力市场中的输电网阻塞管理与市场力第一节输电网阻塞管理1.输电网阻塞简介输电阻塞(transmissioncongestion)是指输电系统由于本身网络的容量限制，不能满足所希望的输电计划的状态。它通常指输电系统在正常运行或进行事故安全检查时出现了以下几种情况：1输电线路或变压器有功潮流超过允许极限；2节点电压越限；3超过输电线路的热容量限制和系统稳定性的限制。第六章电力市场中的输电网阻塞管理与市场力第一节输电网阻塞管理1.输电网阻塞简介在电力体制改革以前，电力交易通常只在相邻区域进行，输电阻塞发生几率较小。电力市场环境下，由于输电网的完全开放准入，供需双方可以自由确定双边合同，自由竞价，互联区域的交易增多，甚至出现第三方转运交易，网络的运行方式不再由系统调度员单方面所能决定，而是由市场中所有电能交易的共同组合来决定。其中，由于任意一笔交易的电量和传输路径均具有不可预测性，因此网络运行方式的变化完全是随机的。第六章电力市场中的输电网阻塞管理与市场力第一节输电网阻塞管理1.输电网阻塞简介在理想的电力市场中，电力系统中任意节点的发电机可以自由地向任意节点的负荷供电，从而保证市场的最大自由度。然而输电系统的两个基本特性－输电阻塞和网损极大地限制了这种自由度。第六章电力市场中的输电网阻塞管理与市场力第一节输电网阻塞管理1.输电网阻塞简介在实际的电力市场运作中，随着发电、用电市场规模的增大，功率流动的随意性增大，且网络潮流的分布主要取决于电力交易的分布，而电力交易以利润最大化为导向，不可避免地出现输电费用较低的线路传输功率较大，发电成本较低的机组出力较大的情况，增加了发生阻塞的机会，特别是对于网络中原先输电能力较薄弱的区域内输电线路、变压器以及跨区域联络线来说，如果不采取任何干预措施，将会出现潮流越限的电能交易组合，形成阻塞.。第六章电力市场中的输电网阻塞管理与市场力第一节输电网阻塞管理1.输电网阻塞简介在传统的电力工业中，各发电实体统一调度，利润平均分摊。当实际运行中出现线路功率越限时，短期的处理方法是用行政的命令调整各发电机出力，如果经过调整仍不能满足电力系统的安全运行只能靠强行切除负荷，以降低流过线路的功率。长期的解决办法就是我们经常听到的对电网的扩建和设备的更新与替换。第六章电力市场中的输电网阻塞管理与市场力第一节输电网阻塞管理1.输电网阻塞简介这些方法都存在一个通病那就是：责权不清，资金分配不明晰。无论是对于系统运行人员还是电力系统中的各参与者，以上这些方法都无法给出公平或明确的经济信号。第六章电力市场中的输电网阻塞管理与市场力第一节输电网阻塞管理1.输电网阻塞简介电力市场的出现就是要合理分配资源，公正、公平、公开的对待所有参与者。传统的解决支路越限的方法，在新的环境下已不再适用，于是阻塞管理问题便应运而生。当线路潮流越限时如何分清各方的责任，如何给出正确而又及时的信息，保障电力系统安全稳定的运行，公正合理的缓解阻塞是各方研究的焦点。第六章电力市场中的市场力与输电网阻塞管理第一节输电网阻塞管理1.输电网阻塞简介阻塞现象的发生将会影响到输电网络的安全与稳定运行，对输电定价和电厂竞价策略均会带来显著影响。输电阻塞的出现可以造成以下后果:无法建立新的电力交易合同;使己有的合同不可行:出现预料之外的强迫停运;局部地区的电价垄断等。因此，建立一种快速、有效、合理的阻塞管理机制对于电力市场的健康发展十分重要。第六章电力市场中的市场力与输电网阻塞管理第一节输电网阻塞管理2.输电网阻塞的经济性影响Nomarketclearingprice,differentnodal(zonal)prices（没有统一的市场出清价，只有不同的节点价）Reductionintheefficiencyofthemarketasmeasuredbythesocialsurplus（市场效率降低）Deadweightloss（产生社会效益损失）CongestionRents（市场盈余或阻塞费用）Zonepartitioningofthemarket（市场分区）Reductioninthequantitytraded（交易量减少）Opportunitytoexercisemarketpower（实现市场力的机会）ILLUSTATIONEXAMPLECm1=20+0.05pA€/MWPA=700MWCm2=25+0.1pB€/MWPB=300MWDA=500MWDB=500MW200MWLMPA=55€/MWLMPB=55€/MWunconstrainedABCm1=20+0.05pA€/MWPA=550MWCm2=25+0.1pB€/MWPB=450MWDA=500MWDB=500MW50MW=PABmaxLMPA=47.5€/MWLMPB=70€/MWconstrainedAB第六章电力市场中的市场力与输电网阻塞管理第一节输电网阻塞管理2.输电网阻塞的经济性影响(1)没有统一的市场出清价，只有不同的节点价图中节点A、B各有一发电商和用户，节点A发电商报价函数CmA=20+0.05PA(€/MW)，最大供给量为PAmax=700MW，用户需求DA=500MW。节点B发电商报价函数CmA=25+0.1PB(€/MW)，用户需求DB=500MW。用户愿意支付均为80€/MW第六章电力市场中的市场力与输电网阻塞管理第一节输电网阻塞管理2.输电网阻塞的经济性影响(1)没有统一的市场出清价，只有不同的节点价在无网络约束下，由于节点A的发电商供电成本比节点B的发电商供电成本低，将优先调度节点A的发电商。其中节点A用户从A发电商购买500MW；节点B用户从A发电商购买200MW，从B发电商购买300MW。如果以满足需求的最高发电商报价为结算的市场出清价，这样节点A和B的价格一样，均为55€/MW。如果TAB=50MW，线路AB只能传送50MW。此时节点A用户从A发电商购买500MW，节点B用户由于网络阻塞只能从A发电商购买50MW，这样节点A的发电商出力为550MW，节点A的电价为47.5€/MW；节点B用户另外从节点B发电商购买450MW，这样，节点B的电价为70€/MW。ILLUSTATIONEXAMPLECm1=20+0.05pA€/MWPA=700MWCm2=25+0.1pB€/MWPB=300MWDA=500MWDB=500MW200MWLMPA=55€/MWLMPB=55€/MWunconstrainedABCm1=20+0.05pA€/MWPA=550MWCm2=25+0.1pB€/MWPB=450MWDA=500MWDB=500MW50MW=PABmaxLMPA=47.5€/MWLMPB=70€/MWconstrainedAB第六章电力市场中的市场力与输电网阻塞管理第一节输电网阻塞管理2.输电网阻塞的经济性影响(2)网络阻塞使得社会效益达不到最大化，产生社会效益损失按照经济学的观点：市场上的供求均衡可以使买者和卖者得到的总收益最大化，即社会效益达最大化。这里社会效益包含消费者剩余和生产者剩余，所谓消费者剩余为买者的支付意愿减去买者的实际支付量；生产者剩余为卖者出售一种物品得到的量减去卖者的成本；如果不考虑网络因素，需求和供给可达到均衡，此时社会效益达到最大化。第六章电力市场中的市场力与输电网阻塞管理第一节输电网阻塞管理2.输电网阻塞的经济性影响(2)网络阻塞使得社会效益达不到最大化，产生社会效益损失在没有网络阻塞时：A节点社会效益=消费者剩余+生产者剩余=（80€/MW-55€/MW）*700MW+[55*700-700*（20+55）/2]=29750€B节点社会效益=消费者剩余+生产者剩余=（80€/MW-55€/MW）*300MW+[55*300-300*（25+55）/2]=12000€社会效益=41750€7005580第六章电力市场中的市场力与输电网阻塞管理第一节输电网阻塞管理2.输电网阻塞的经济性影响(2)网络阻塞使得社会效益达不到最大化，产生社会效益损失当网络发生阻塞时：A节点社会效益=消费者剩余+生产者剩余=（80€/MW-47.5€/MW）*550MW+[47.5*550-550*(20+47.5)/2]=25437.5€B节点社会效益=消费者剩余+生产者剩余=（80€/MW-70€/MW）*450MW+[70*450-450*(25+70)/2]=14625€社会效益=40062.5€社会效益损失=41750€-40062.5€=1687.5€。55047.580第六章电力市场中的市场力与输电网阻塞管理第一节输电网阻塞管理2.输电网阻塞的经济性影响（3）网络阻塞产生额外的阻塞费用（或交易盈余）所谓交易盈余是指在输电网发生阻塞时，市场运行部门的运行成本与市场运行部门支付给发电公司的发电收益之差。这部分费用由于是阻塞产生的，也称为阻塞费用。LMPATABmaxMCQSSQ[MW]MCQQ[MW]SGProducerSurplusS-Deadweightlossλ[€/MW]LMPBCongestedSDConsumerSurplusSMCongestionRents第六章电力市场中的市场力与输电网阻塞管理第一节输电网阻塞管理2.输电网阻塞的经济性影响（3）网络阻塞产生额外的交易盈余（或阻塞费用）阻塞前：交易中心从发电商收取：700MW*55€/MW+300MW*55€/MW=55000€交易中心从用户收取：500MW*55€/MW+500MW*55€/MW=55000€阻塞后：交易中心从发电商收取：550MW*47.5€/MW+450MW*70€/MW=57625€/MW交易中心从用户收取：500MW*47.5+500MW*70=58750€交易盈余=58750-57625=1125€LMPBASEDRE-DISPATCHCOSTpB[MW]LMPB=55Thedispatchcostspaidtothegeneratorsassumingnoconstraint:700MW*55€/MW+300MW*55€/MW=55000€ThedispatchcostspaidtotheLoadassumingnoconstraint:500MW*55€/MW+500MW*55€/MW=55000€0204060801001201400100200300400500600700800900100014010009008007006005004003002001000806018200100120AreaALoadAreaBLoadCmA(pA)CmB(pB)pA[MW][€/MW]LMPA=55PaidtoAGen.PaidtoBGen.[€/MW]LMPBASEDRE-DISPATCHCOSTThedispatchcostspaidtothegeneratorsinconstraint:550MW*47.5€/MW+450MW*70€/MW=57625€/MWThedispatchcostspaidtotheLoadinconstraint:500MW*47.5€/MW+500MW*70€/MW=58750€pB[MW]LMPA=47.5LMPB=700204060801001201400100200300400500600700800900100050MWTran.Constraint14010009008007006005004003002001000806040200100120AreaALoadAreaBLoadpA[MW][€/MW]PaidtoAGen.PaidtoBGen.[€/MW]第六章电力市场中的市场力与输电网阻塞管理第一节输电网阻塞管理2.输电网阻塞的经济性影响（3）网络阻塞产生额外的交易盈余（或阻塞费用）不