（技术经济及管理专业论文）电力市场环境下我国输电服务定价及费用分摊机制研究.pdf

p r i c i n ga n d t a r i 仟a l l o c a t i o no nc h i n a s p o w e rt r a n s mi s s i o ns e r v i c eun d e r e l e c t r i c i t ym a r k e t d i s s e r t a t i o ns u b m i t t e dt o n o r t hch i n ae l e c t r i cp o w e ru n i v e r s i t y i np a r t i a lf u l f i l l m e n to ft h er e q u i r e m e n t s f o r t h ed e g r e eo f d o c t o ro fm a n a g e m e n t i n t e c h n o l o g ye c o n o m i c sa n dm a n a g e m e n t b y l i zhouliangl l l o n s u p e r v i s e db y p r o f q ij i a n x u n e c o n o m i c sa n d m a n a g e m e n ts c h o o l m a r2 0 1 0 价及 独立 进行研究工作所取得的成果。尽我所知，除文中已经注明引用的内容外，本学位论文的 研究成果不包含任何他人享有著作权的内容。对本论文所涉及的研究工作做出贡献的其 他个人和集体，均己在文中以明确方式标明。 关于学位论文使用授权的说明 本人完全了解华北电力大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保管、 并向有关部门送交学位论文的原件与复印件；学校可以采用影印、缩印或其它复制手 段复制并保存学位论文；学校可允许学位论文被查阅或借阅；学校可以学术交流为 目的，复制赠送和交换学位论文；同意学校可以用不同方式在不同媒体上发表、传播 学位论文的全部或部分内容。 ( 涉密的学位论文在解密后遵守此规定) 作者签名：銎虱 导师签名： e l 期：丝 皇：幺：丛 e t 期： 的所有用户能够公开、公平地使用输电网，并将电能安全、经济、优质地输送 达用电终端，最终对其用户收取合理的输电服务费用。如何有效、合理、公平 地进行输电定价并合理分摊相应成本的问题时我国电网企业必须面对的重要 课题，也是保证我国电力工业市场化改革能够成功进行下去的关键问题之一。 针对上述问题，本文系统分析了市场环境下电网的功能转变，界定了输电 服务机构的职能和其关键的技术经济与管理问题。在此基础上，重新界定了市 场环境下区域输电的成本分类，明确了市场环境下需要重点关注的定价及费用 分摊问题。 考虑到我国目前已形成的区域市场框架，研究了区域定价机制的经济学原 理，结合我国未来可能存在的集中双边交易共存的市场模式，对比分析了两 种交易模式所形成的区域电价的异同，从而为我国未来电力市场建设提供相应 的理论依据。在理论分析的基础上，研究了市场环境下三类输电服务费用的分 摊方法及其相应的定价机制。首先，结合市场环境下输电网络的交易特点，提 出了基于安全经济调度和线路影响的阻塞成本分摊步骤，建立相应模型，并通 过算例进行了模型检验：其次，考虑到市场环境下我国即将启动大量双边交易 的发展趋势，结合人工智能和博弈论中的相关理论提出了一种兼顾市场公平和 谈判因素影响的输电网损分摊方法；第三，基于保证输电服务机构合理回收成 本以及保证市场中长短期内成本效率的目标，运用边际成本的思想，应用灵敏 度矩阵，初步建立了电网使用费的分摊模型及其应用方法。 针对我国电力工业市场化改革阶段输电服务的特点，提出了适用于过渡阶 段的输电定价监管模型，提出基于输电服务质量的价格上限模型，并通过算例 进行了应用性分析。 上述研究充分考虑了我国未来区域电网可能存在的交易类型和技术发展 情况，研究成果对开展“发电企业与电力用户直接交易的模式和规则 在定价 与成本分摊机制方面具有重要的理论价值和实践意义。 关键词：电网市场功能，阻塞定价经济性，网损分摊，费用分摊机制，输电定 价监管 a b s t r a c t t h e 如n c t i o na i l dr o l eo ft r a n s m i s s i o n n e t w o r ki s c h a n g e df u n d a m e n t a l l y w i t h w o r l d w i d ep o w e ri n d u s t r yd e r e g u l a t i o na n dr e c o n s t r u c t i o n u n d e rt h e n e wc o n d i t i o n ， t r a n s m i s s i o nc o m p a n i e sm u s te n s u r et h en e t w o r kt ob ep r o v i d e do p e n l ya n df a i r l yt oa l lu s e r s ， i n e l u d i n gg e n e r a t o r s ，e l e c t r i c i t yd i s t r i b u t o r sa n dc o n s u m e r s ，a n d m a k es u r et h ee l e c t r i ce n e r g y t r a n s p o r t e dt o t h el o a d e r sw i t hs e c u r i t y ,e c o n o m ya n dh i g h q u a l i t y t h e t r a n s m i s s i o n c o m p 锄i e sc 0 u l de v e n t u a l l yr e c e i v ec e r t a i nt r a n s m i s s i o ns e r v i c et a r i f ff r o mu s e r s i nt h i s c o n t e x t ，t r a n s m i s s i o np r i c i n gi s s u e s ，n a m e l y , h o w t oc h a r g et r a n s m i s s i o nn e t w o r ku s e r s e f f e c t i v e l y r e a s o n a b l ya n df a i r l y ，i sb e c o m i n gac u t t i n g - e d g ea n dp r a c t i c a ls i g n i f i c a n c eh o t i s s u e c o n s i d 删o ni s s u e sa b o v e ，t h ef u n c t i o no ft r a n s m i s s i o nn e t w o r ka n d t h er e l a t i v es e r v i c e a r ef i r s t l vs t u d i e di nt h i sp a p e r i nr e s p e c to fc h i n a sr e a l i t i e s ，as y s t e m a t i c em a r k e t f u n c t i o n s o f 缸饥s m i s s i o nn e t w o r k sa r es u g g e s t e d ， f o l l o w e db yw h i c hi m p o r t a n t i s s u e sa b o u t t r a n s m i s s i o np r i c i n gi np o w e rm a r k e t ，n a m e l y , t r a n s m i s s i o nc o n g e s t i o np r i c i n g , t r a n s m i s s i o n l o s sp r i c i n g ，n e tl o s sa l l o c a t i o n a n dt r a n s m i s s i o nt a x a t i o nm e c h a n i s m ，a r ea n a l y z e d r e s p e c t i v e l y c o r 塔i d e r i n gt h ec o m m o nf r a m e w o r ko fc h i n a sr e g i o n a lm a r k e t ，a ne c o n o m i ca n a l y s i s w a sm a d e ，i no r d e rt oc o m p a r et h ep r i c i n gd i f f e r e n c e sb e t w e e nc e n t r a l i z da n db i l a t e r a lt r a d e m o d e b a s e do nt h et h e o r e t i c a la n a l y s i s ，t h i sp a p e rm a d ean e ws y s t e mo nt r a n s m i s s i o nc o s t a n dp r i c i n gm e t h o d s f i r s t l y , c o n s i d e r i n gt h et r a n s a c t i o nc h a r a c t e r i s t i c s o ft r a n s m i s s i o n n e t w o r ki nt h ep o w e rm a r k e t ，c o n g e s t i o nc o s t s h a r i n gp r o c e d u r ei sp r o p o s e d ，f o l l o w e dw h i c h as i 埘i u l a t i o ni sm a d et ot e s tt h es u g g e s t e dm o d e l s e c o n d l y ，c o m b i n e dt h es t a t u sq u ow i t h v a d e t vb i l a t e r a lt r a n s a c t i o n si np o w e rm a r k e t ，b a s e do nt h er e l e v a n tt h e o r e t i c a lr e s e a r c ho f a r t i f i c i a li n t e l l i g e n c ea n dg a m et h e o r y , t h et r a n s m i s s i o nn e t w o r kl o s s a l l o c a t i o nm e t h o d c o n s i d e r i n gf a i rm a r k e ti ss t u d i e d d u r i n gt h eg r a d u a l l i b e r a l i z a t i o np r o c e s so fe l e c t r i c i t y m 破e t ，t h el o s sa l l o c a t i o ns t r a t e g ym i g h te v e nb e c o m et h eo u t c o m eo fm a r k e tp a r t i c i p a n t s n e g o t i a t i o n s l o s s a l l o c a t i o n p r o p o s e di sc o m p a t i b l ew i t h s u c hf l e x i b l er e s u l t so ft h e n e g o t i a t i o n s t h i r d l y , i no r d e rt oe n s u r et h et r a n s m i s s i o ns e r v i c ep r o v i d e r st or e c o v e r t h ec o s t r e a s o n a b l y ，t or e a c ht h ec o s t e f f e c t i v eg o a l si ns h o r ta n dl o n g e rt e r m ，t h es e n s i t i v i t ym a t n x w h i c hi sb a s e do nt h em a r g i n a lt h e o r yi ss u g g e s t e d ，t h et r a n s m i s s i o nt a r i f f sa l l o c a t i o nm e t h o d i sp r e l i m i n a r i l yd e s i g n e d o nb e h a v eo ft h et e c h o n o l o g ya n ds e r v i c e sp r o m o t i n g , ap r i c er e g u l a t i o nm o d e li s s u g g e s t e da tl a s t t h er e s e a r c hr e s u l t sp l a ya l li m p o r t a n tr o l et os u p p o r tt h ee x p l o r a t i o no f t t k e yw o r d s ：n e t w o r k sm a r k e tf u n c t i o n ，e c o n o m yo fc o n g e s t i o np r i c i n g ，l o s sa l l o c a t i o n ， t a r i f fa l l o c a t i o nm e c h a n i s m ，t r a n s m i s s i o np r i c i n gr e g u l a t i o n i i i 目录 目录 第一章引言1 1 1 选题背景与意义1 1 2 国内外研究现状3 1 3 本论文的主要研究内容及创新点8 1 3 1 本论文的主要研究内容8 1 3 2 本论文的创新点l o 第二章市场环境下电网及输电服务机构的功能定位1 2 2 1 市场环境下电网的功能转变1 2 2 1 1 电网的传统功能1 2 2 1 2 电网的发展及其功能的演变1 3 2 1 3 电网的市场功能1 5 2 2 电网的市场价值分析2 4 2 2 1 电网的直接效益2 5 2 2 2 电网的间接效益2 6 2 2 3 电网的市场附加值2 6 2 2 4 电网的市场价格2 6 2 2 5 电网市场价值的计算2 7 2 3 市场环境下输电服务机构的职能转变2 8 2 3 1 输电服务的技术局限2 8 2 3 2 输电阻塞问题2 9 2 3 1 3 阻塞管理与电力市场效率2 9 2 3 4 输电服务机构所面临的管理问题3 1 2 4 市场环境下区域输电成本的界定3 2 2 4 1 国外区域输电成本分类综述3 2 2 4 2 国内输电系统目前的成本分类3 3 2 4 3 已有输电定价方法3 5 2 4 4 我国区域电力市场输电定价方案研究3 5 2 5 小结3 6 第三章市场环境下区域性定价的经济学原理3 7 3 1 区域性定价的原理及其经济性分析3 7 i v 华北电力人学博十学位论文 3 1 1 输电阻塞定价原理3 7 3 1 2 输电阻塞定价的竞争性4 0 3 1 3 输电阻塞定价的经济性4 1 3 2 不同交易模式下区域阻塞定价的经济性对比4 2 3 2 1 集中交易模式下的竞争性区域电价4 2 3 2 2 集中与双边交易模式下竞争性区域电价的比较4 5 3 3 小结4 7 第四章市场环境下区域输电阻塞成本分摊方法研究4 9 4 1 市场环境下长短期内的输电阻塞管理方法4 9 4 1 1 市场环境下阻塞管理方法的选取原则4 9 4 1 2 长短期内的阻塞管理方法5 0 4 2 输电阻塞成本及其分摊模型综述5 3 4 3 基于安全约束和线路影响的最优潮流阻塞定价模型5 7 4 3 1 最优潮流法的基本原理5 8 4 3 2 阻塞分摊步骤及模型6 2 4 3 3 算例及讨论6 4 4 4 小结7 0 第五章市场环境下兼顾公平的网损分摊及其定价问题研究7 1 。 5 1 市场环境下的输电网损分摊原则71 5 2 已有网损分摊方法的对比分析7 2 5 2 1 典型的网损分摊方法7 2 5 2 2 已有网损分摊方法的优缺点分析7 3 5 3 基于人工神经网络博弈论的网损分摊方法7 4 5 3 1 方法原理7 5 5 3 2 系统描述以及数据生成7 9 5 3 3 算例及分析8 0 5 4 小结8 2 第六章市场环境下输电服务成本回收及其分摊机制8 3 6 1 传统模式与市场环境下输电服务成本回收的比较8 3 6 2 基于合理补偿的成本回收机制8 4 6 2 1 基于合理补偿的成本回收机制的经济学原理8 4 v 目录 6 2 2 成本补偿及费用分摊方法的对比分析8 6 6 3 基于长期激励的输电服务费用分摊机制8 8 6 3 1 目标与原则8 9 6 3 2 方法描述8 9 6 3 3 考虑输电线路中的交互影响分析9 1 6 3 4 电网使用费的修正9 l 6 3 5 实施的保障条件9 4 6 4 小结9 4 第七章市场环境下我国区域输电定价的监管机制研究9 5 7 1 已有电价监管方法回顾。9 5 7 2 基于质量服务因子的输电价格监管模型9 6 7 2 1 输电定价管制模型的提出9 6 7 2 2 基于服务质量的价格管制模型9 7 7 2 3 服务质量因子的取值9 8 7 3 算例1 0 1 7 4 小结1 0 4 第八章结论与展望1 0 6 参考文献1 0 8 致i 射11 4 攻读博士学位期间发表的论文1 1 5 攻读博士学位期间参加的科研工作1 16 v i 华北电力大学博十学位论文 1 1 选题背景与意义 第一章引言 目前，世界上很多国家都在进行或将要进行电力工业的改革，改革的主要 内容集中于如何放松管制，对传统电力工业进行结构重组，以及引入市场的竞 争机制。电力工业的产业重组使输电网的功能和角色都发生了重大的变化，输 电公司允许所有电网使用者( 包括发电公司、电力销售商和购电用户等) 能够 公开、公平地使用输电网，并将电能从生产环节安全、经济、优质地输送到消 费环节，最终对其用户收取一定的输电服务费用。在此背景下，输电定价问题， 即如何有效、合理、公平的收取输电费用成为一个具有前沿性和实际意义的热 点问题，也是保证电力工业市场化能够成功进行下去的关键问题之一。 在我国，随着特高压输电技术的不断发展和三级电力市场结构的逐渐完 善，区域电力市场的作用日趋明显。不断趋于自由竞争的交易模式以及区域内一 外电力互供互济的需求，为电网赋予了新的市场功能。然而目前，我国尚未形 成独立的输电定价与费用分摊机制，使得电网在市场环境下的价值没有得到很 好的体现。我国将要开展的发电企业与电力用户双边交易，以及未来电力合约 市场的建设，为输电服务机构( 电网公司) 提出了新的挑战。价格作为任何一 个市场中的核心问题，在保障系统安全运行的前提下，促进输电服务有效定价、， 相关费用公平分摊、服务成本合理补偿的工作势在必行。 有效的输电服务定价，应能在满足电网运行经济效益的同时保障输电用户 与电网公司双方的利益共赢。首先，输配电定价模式需要保证输电系统经营者 能够合理回收其财产性和服务性的成本；其次，一个有效的定价结构应能向市 场主体发出信号，向其告知输电网络运营过程中所产生的成本，以鼓励电网投 资主体和用户合理规划和利用输电网络的资产；第三，输配电定价方案中十分 关键的一点是要能给予所有输电服务用户一个公平竞争的场地，这就要求注意 平等地对待输电服务用户，而不受其规模、资产或其他因素的影响。综上所述， 输电定价过程中必须考虑各种影响因素以及各个相关主体之间的交互作用，而 不是机械地对某一方面给予特别的关注。但目前为止，理论研究和实践表明， 很难建立一种适合不同市场运营模式的输电定价和费用分摊机制，在实现上述 综合目标的过程中，还存在一些技术上的困难【l 。】。其中，如何在保证输电服 务机构( 电网公司) 收支平衡的同时向市场提供正确的经济信号，是输电定价 和收费过程中的一个难点问题。 首先，输电定价研究包括如何确定输电线路的输电价格以及电力市场成员 l 第一章引言 如何公平合理地分摊价格两方面内容。而输电成本是输电定价的基础，只有掌 握输电成本特性才可以制定出科学合理的输电定价。输电服务定价过程中需要 综合考虑、合理分摊的成本包括固定成本和变动成本两大方面，也称为固定接 入费用和电能传输费用。近年来，市场设计者以及交易主体越来越关注于变动 成本的确定与分摊问题，由此，输电阻塞管理和网损分摊成为市场环境下输电 定价工作的重点研究问题。新的市场环境下，设计价格和费用分摊机制需要兼 顾考虑更多影响因素，如长期投资、市场不确定性因素、人为因素等。因此， 有必要基于新的应用需求，重新界定市场环境下输电环节的成本和费用体系， 从而为制订有效的定价和费用分摊机制奠定基础。 第二，随着电力市场的不断发展成熟，无论是国外还是国内，输电网的开 放是必然的趋势，而输电阻塞则是制约输电网开放和发展的瓶颈。我国未来若 要实现大规模的跨区交易，输电阻塞管理及其相关的定价机制是必须要解决的 问题。电力市场环境下，除了通过网络扩容，应更加广泛地利用市场机制进行 阻塞管理。已有研究中普遍采用的是基于最优化潮流计算的节点电价机制，此 类方法可以获得计及输电阻塞的发电计划，并且为阻塞成本的分摊提供依据。 然而，节点电价会随着网络运行条件和网络特性的变化产生很大的波动，使得 各市场参与者承担价格波动的金融危险性太大，容易造成市场不稳定。在非集 中化市场中可使用物理输电权解决阻塞问题，这种方法可以反映阻塞价格与区 域价格的基本特性。但是，在大型网络用物理输电权中解决阻塞的问题还存在 一定的困难。对于我国来说，在区域市场初步形成，输电网络逐渐开放，跨区 交易规模不断增加，双边交易即将展开的大环境下，应采用怎样的输电定价机 制，是值得从经济学理论和应用实践两方面共同论证的问题。 第三，市场环境下，阻塞成本是跨区交易输电费用中的主要部分。一般来 看，阻塞成本是根据交易在阻塞线路中所引起的潮流变化来分摊的。关于这类 问题，目前有许多解决方法，各类方法都有其优越性，也存在各自的局限性。 市场环境下，究竟应该采用哪类方法进行计算，除了需要考虑交易模式的特点 之外，还应考虑市场模式和结算的需求。因此，在特定的市场模式下应该进行 怎样的阻塞管理，以及如何针对某种输电阻塞管理成本进行核算、定价和分摊， 值得我们结合具体的市场模式来进一步探讨。 第四，输电网损分摊是各种市场环境下都要重点关注的定价要素。尤其在 市场环境下，发电公司和用户都会提出以下的问题：例如，一台发电机组的电 究竟送达了哪些负荷，在某个用户中发电公司提供的潮流究竟有多大，发电公 司在某个电力设备上引起的损耗究竟有多大等问题，这些问题是输电费用公正 分配的基础，也是输电定价的重要依据。另一方面，这些问题是传统的电路理 2 华北电力人学博士学位论文 论无法解决、电力市场环境下又无法回避的问题。目前的网损分摊方法种类较 多、方法不一，还存在很多做法和争议，但总体上可以分为基于市场经济类的 网损分摊和基于电力系统类的网损分摊，不管是何种方法都要首先保证电力系 统的稳定运行，同时，还要尽量充分体现公开、公平、公正的市场原则，维护 各市场参与者的经济利益，且易于被市场成员理解和接受。借鉴国内外经验， 对于中国电力市场而言，网损分摊应针对输电网、配电网和独立发电商或大 用户分别考虑。因此，如何在定价过程中体现影响输电网损这一关键影响因素， 以及如何在各输电网用户之间分摊这一成本，还有待于结合我国未来的电力工 业发展趋势进行重新的定义和研究。 第五，输电服务成本的合理补偿问题始终是一个悬而未决的问题。结合国 内外的实践经验来看，完全基于市场经济原理的费用分摊和成本回收方法仍然 难以兼顾发电商、用户以及输电服务提供者的利益需要。输配环节应该有其独 立的价值表现，然而就目前来看，输电费用的分摊与回收方面，仍然有必要通 过一定程度的政策干预来完成市场机制难以解决的问题，这就涉及到输电费用；， 分摊( 或税金机制) 的设计问题。电力市场环境下，电网使用费用如何在各主 体之间合理分摊，是值得我们考虑的问题，这对我国未来是否能够实现输电网 络的开放具有至关重要的意义。 第六，现阶段，我国电力行业各个环节都逐渐向市场化过渡的阶段。这一 关键的转折阶段，如何通过相应的措施和模型，实现对输电环节运营与定价的 有效管控，在保证输电服务企业合理回收成本的同时，促使其不断提升技术水7 平和服务质量，是保证输电环节可持续发展和不断开放的保证。因此，有必要 结合我国输电环节的发展现状，研究适用于我国的输电定价监管机制。 因此，输电阻塞成本、输电网损分摊以及输电成本回收是整个输电价格体 系中的三个重要组成部分。此外，过渡阶段内如何对输电定价进行合理监管， 以使得我国电力市场改革能够可持续地进行下去，也是需要重点解决的问题。 本文将在国内外理论研究的基础上，结合我国可能存在的交易模式，考虑未来 输电管理中需要涉及的约束条件，并研究适用于我国的竞争性输电电价理论体 系与方法。在此基础上，设计研究相应的阻塞成本、网损成本以及电网使用费 的分摊机制，提出可行的输电价格监管方法，从而为我国未来输电环节中市场 机制的引入提供相应的依据。 1 2 国内外研究现状 电力工业市场化的一个前提条件是输电系统相对开放，为发电公平竞争提 供场所，使得电力交易各方能够在公平、无歧视的条件下使用输电资源或设备。 3 第一章引言 为了达到这个目的，采用适当的输电定价方法至关重要。在输电网开放的环境 下，如何对输电网进行有效的管理，从而保证交易有序进行，系统安全运行， 成本合理回收，具有重要的理论意义和实践价值。 ( 1 ) 输电阻塞管理及其相关问题 如果不存在输电线路容量的约束，那么电力市场可以在完全竞争的条件下 进行交易，而不需要研究电网阻塞定价的问题。然而市场环境下，发、输环节 分离使得各个发电商自主决策、在市场中自由竞争，由此就会导致输电阻塞。 因而，输电阻塞管理成为市场运营中所必须考虑的问题。 阻塞管理就是网络阻塞出现情况下所采取的处理措施和方法。阻塞管理的 主要目的是协调各个区域间的输电联络线使用者，对联络线的输电计划进行有 效的管理，以便最大程度地利用系统资源和实现社会经济效益。已有的阻塞管 理包括：重调度，对销交易模式，以及基于输电权的阻塞管理。重调度是传统 电力体制中应用最为广泛的输电阻塞管理方法，这种方法只是对发电机组出力 和负荷进行简单地调整，而不能提供任何经济信号。根据阻塞程度的不同，可 以分为三个阶段【4 】，即：1 ) 只调整发电机组出力，不需调整双边合同和负荷； 2 ) 需要调整发电机组出力和双边合同；3 ) 负荷也参与阻塞管理。这三个阶段 随着阻塞的进一步加重而顺次实施。对销交易模式是一种基于市场的削减阻塞 的方法，其重点要解决的是那些由于某条线路潮流越限所导致的输电阻塞问 题。该方法下，调度中心在发现潜在的或者已经存在的危及网络安全的阻塞时， 会通过安排与形成阻塞的潮流相反的交易来削减阻塞，这一模式在北欧电力市 场的短期阻塞管理中已经得到应用 5 - 9 j 。 基于竞争经济理论、前人的研究成果和国际上的实践经验可知，由于输电 线路的容量有限，因此会经常造成不同区域之间价格不同，由于物理上的输电 容量约束的存在，将使得竞争性电力市场中出现区域价格差异。而这个价格差 值就是电网阻塞的价格 1 0 - 1 2 】。一些研究结果认为，阻塞价格与电网的经济利益 无关，不需要采用集中的方式来确定，它是竞争性电力市场上自行发生的。由 此，基于输电权的阻塞管理逐渐成为学术界和电力市场机制设计的研究热点和 未来主要的发展趋势。很多学者将金融输电权与其它方法结合起来( 如分摊阻 塞成本和使用差价合同) ，采用综合的方法来进行阻塞管理。与此同时，输电 权也逐渐应用到一些国家的市场设计之中。比较成功的实践为美国p j m 区域 内采用的阻塞管理方式：在同前交易和实时阻塞管理方面，i s o 采用节点电价 法来反映阻塞成本及输电网损；而在长期阻塞管理方面，i s o 则是通过长期金 融输电权使得市场参与者规避电价波动风险，从而激励电网投资。 ( 2 ) 输电阻塞定价及其成本分摊问题 4 华北电力人学博士学位论文 电力市场环境下，输电定价方法研究的要点是：基于“功率实际流动路径” 的定价方法和基于“输电阻塞”的定价方法。一个合理的输电价格应该能够向 造成输电阻塞的市场成员征收合理的输电阻塞费，并向缓解输电阻塞的市场成 员给予合理的补偿支付。在确定输电价格时考虑输电阻塞因素，能够促使有限 的输电容量按照用户认可的输电价值得以有效地分配【l3 。2 叭。目前的阻塞管理方 法主要有两大类：一是采用直流潮流为基础的、计及线路约束的最优潮流 ( o p f ) 算法，并用线性灵敏度因子帮助解决阻塞，相应的电价机制为节点电 价机制( 1 0 c a t i o n a lm a r g i n a lp r i c e ，l m p ) ；另一种方法是根据阻塞线路( 或线 路割集) 进行区域市场划分，并由此形成相应的区域电价( z o n a lp r i c e ) 。以文 献 2 1 为代表，一些研究直接采用最优潮流方法来消除阻塞，其算法精简，所 得到的缓解阻塞效果比较明显。但这样的方法主要以技术指标为依据，缺乏相 应的经济原理，无法向用户清楚地解释各节点存在电价差异的原因，从而难以 有效激励市场成员根据经济信号提前规避阻塞。由l m p 理论可知，当输电网 出现阻塞时，阻塞成本将严重影响整个电价。文献【2 2 2 9 通过经典算例分析了 节点电价和阻塞成本。实践方面，基于节点电价的阻塞管理理论在许多国家取 得了较好的应用效果 3 0 - 3 6 】，尤其是美国。在过去的十余年，其他国家也对输电 价格展开了大量的研究和市场实践。例如，德国、法国和日本的电网经营者或 所有者就会将阻塞成本内化捆绑到电价中。英格兰威尔士电力库中，阻塞成 本是通过全面的收入需求管制法来内化，并通过绩效管制来激励电网公司降低 阻塞，这种阻塞成本内化的方法的另一个潜在理由是防止采用分区定价 ( l o c i t i o n a lp r i c i n g ) 而增加行使市场力的可能。新英格兰和德州，采用邮票 法重新计量调度成本将阻塞成本显化，基于每小时电量分配到全网用户，为了 防止恶意阻塞，这种做法正在逐步被淘汰。在p j m 和新西兰，现采用节点电 价的。而在加州和澳大利亚，则采用区域电价( z o n a lp r i c e ) 来计算区域阻塞 价格，他们利用复杂的监控、数据和计算系统来确定各点( 区) 的当地电力出 清价l m p ( 1 0 c a t i o n a lm a r k e t c l e a r i n gp r i c e ) 和不同的电网使用者对重新调度 成本的责任，将阻塞成本分配到导致阻塞的特定用户。借鉴国外的相关经验， 文献 3 7 】结合我国华北电网的实际特性，应用实际电网模型和参数，在考虑机 组上下限、线路热稳定极限等约束的同时，还考虑了输电断面暂态稳定极限约 束，并结合不同竞价比例分析了各种情况下的节点电价和阻塞成本，从而探索 华北区域电力市场的建设方法。 ( 3 ) 输电网损定价及其成本分摊问题 输电网损问题是电力市场化改革中有必要考虑的问题，它既可以包含在输电 定价问题中，也可以单独进行考虑。输电损失成本取决于输电线上的潮流，如何 5 第一章引 言 根据各项输电业务对输电线路的潮流影响来分摊输电损失成本，是一个较为复杂 的问题。随着电力市场改革的进行，市场成员和管理者们不仅需关心网损的大小， 更多地需关心网损的归属问题，即每个发电商对电网造成了多少损耗以及输电服 务的相关用户如何为此支付费用等问题。 目前，不少研究者都关注并试图解决这一复杂的问题。已有的输电网损耗 分摊方法主要分为物理类的分摊方法和经济类的分摊方法两大类。其中，物理 类分摊方法主要有比例分摊方法【3 8 4 5 】、基于灵敏度的分摊方法【4 6 郴】、基于非 线性函数的分摊方法以及基于功率分布的分摊方法【4 9 50 1 。而经济类分摊方法 主要包括邮票法【5 、博弈论【5 2 】和s h a p l e y 值分摊方法【5 3 】等。 对于物理类的分摊方法，近年来许多学者都以a c 潮流法为基础研究输电 成本分配方法。其中包括潮流敏感性分析法、完全a c 潮流求解法以及潮流分 解法。文献 5 4 5 8 基于电网基本原理提出了跟踪交流潮流的理论和方法，将系 统中每个节点进行等效( 节点注入功率等效为电流源，流出功率等效为恒定阻 抗) ，而后根据等效后的节点电路图，应用叠加定理和复功率定义得出复功率 分配的重要结论，即与节点相关联的任一支路注入复功率按比例在各流出功率 支路上分配。文献 5 9 提出考虑有功和无功功率的潮流追踪迭代算法来分摊网 损，作者考虑到了无功功率可产生有功功率损耗而有功功率也可产生无功功率 损耗，但是在潮流追踪过程中存在无功功率的组成和归属不清的问题。文献 6 0 】 在对网络状态进行严格等值变换的条件下提出了复功率网损的联合分摊原则： 不同用户问公用输电路径上的复功率损耗按照各用户复功率的比或用户复电 流的共轭比进行分摊。文献【6 1 】复数分摊因子将使分摊结果的定性性质发生变 化，比如对一个纯电阻支路线路中显然没有无功损耗，但按复数分摊因子分摊 后某一用户会分到无功损耗，对此对用户而言是难以接受的。文献f 6 2 提出了 一种面向交易的网损分摊新方法，该方法将该方法将双边交易功率等效成电流 源，并将其引入节点电压方程，以此为基础推导出交易电流在网络中各支路的 分布系数，证明该分布系数只与电网的结构参数有关，而与交易电流的大小无 关。根据上述分布系数可以准确求出各交易对支路传输功率的贡献份额以及各 交易承担支路网损。 上述物理方法有效地分摊了输电网损，但是按复功率之比分摊损耗会造成 一种让用户难以接受的“无中生有”现象：即线路中没有无功损耗，但是按复 功率比例分摊后某一用户却分摊到了正的无功损耗。潮流跟踪法及基于物理的 方法，因机理与市场模式无关，激励信号不足，在未来的市场环境下其推广应 用可能会受到一定的阻碍。文献 6 3 】的研究表明，网损分摊应该在数学、物理、 经济等层面上综合考虑。基于节点电价理论的网损因子法j 下好满足这一要求。 6 华北电力人学博十学位论文 利用实时电价或网损微增率分摊网损，其出发点是完全竞争电力市场中社会效 益的最大化，它把电网的物理结构与电力市场运行的经济特征有效地融合在一 起，理论基础坚实，物理概念清晰，实施简单，因此在国外电力市场中得到较 多的应用 6 4 - 6 6 。网损费用的分摊各国也不同，与阻塞成本的收取有些类似。法 国、日本，网损由输电公司通过捆绑的网络收费得到补偿；德国、新英格兰、 德州，基于按期更新的潮流数据，在全网范围内收取( 通常向负荷侧收取) ； 挪威、澳大利亚，基于按期更新的潮流数据，按计算出的各点各时的网损系数 收取；加州、英格兰威尔士，利用详细的模型和数据，反复计算各结算期间( 半 小时或一小时) 动态的网损数据；p j m 和新英格兰州也将采用这一方法。 ( 4 ) 输电费用分摊问题 近年来，国内外的研究大都是围绕着不同的市场交易模式下如何分摊网损 成本和阻塞成本等问题来展开的。采用的方法主要包括基于潮流的方法和基于 费用流的方法。潮流跟踪方法因其可用于分析支路潮流源于哪些发电机组，最 终流向哪些负荷而被应用到输电费用和网损分摊的计算分析中 6 7 - 7 3 。而经济层 面的研究中，主要包括基于边际成本价格的分摊方法和基于合作博弈论的成本 分摊方法。前者主要依据微观经济学理论，考虑到短期边际成本价格能够在短 期内获得最优资源分配，因此一个随机的反应边际成本的实时市场价格在电力 市场中对所有的代理商来说是一个有效的经济指标。后一种方法则是基于网损 分摊的本质从经济学理论中找到新的更适合的定价理论。文献 7 4 提出了将合 作博弈应用于输电成本分配的思想，此后的研究都是根据博弈论各算法的不同 特点将分摊模型细分，并将算法的应用细化到固定成本、转运费、网损、阻塞 成本等不同输电费用类别【7 5 ，7 6 1 。 电力市场环境下，最终的输电费确定原则可概括为：合理补偿成本、合理 确定收益、坚持公平分摊、促进效率提高。具体来看，输电定价和费用分摊机 制还要保证输电服务机构( 如我国的电网公司) 能够回收各种长短期成本，由 此才能将促进电力工业市场化的可持续发展。针对输电费用分摊问题，r u d n i c k 等人基于每个用户在每条输电线路上引起的潮流变化来分摊成本，提出了利用 不同的输电分配系数分配缺额的追加成本方法【77 1 。其研究中引入了广义发电分 布系数( g g d f ) 和广义负荷分布系数( g l d f ) 来简化计算，但是g g d f 和 g l d f 只表示线路潮流与各发电机组和负荷之间的灵敏度关系，并不能准确反 映发电机组和负荷之间的供应分配情况。b i a l e k 和k i r s c h e n 等人分别提出了潮 流跟踪法来确定线路潮流的流动情况，为按照线路的使用度来分摊成本提供了 准确的计算方法，但该方法没有考虑环流的问题，而且损耗的分摊原则的确定 对于输电成本的分摊有直接的影响【7 8 ，7 9 1 。文献 8 0 ，81 基于潮流分析和图论分 7 第一章引言 别对网损分摊问题和输电设备的利用份额问题进行了研究。首先提出了作为过 网费潮流分析基础的两个电流分解公理，据此推导出分摊网损和确定输变电设 备利用份额的基本原则，建立了数学模型：在此基础上，以图论为依据提出了 潮流标注有向图中不存在有向回路的论断，并建立了一套算法，对多个电力系 统的网损分摊和输变电设备利用份额问题进行了计算。文献 8 2 探讨了电力市 场环境下多区域互联电网固定成本的分摊问题，给出了固定成本分摊的合作博 弈模型。针对输电固定成本分配的核仁模型未考虑输电阻塞的情况，提出了一 种区域核仁算法。 随着市场化进行的不断推进，系统阻塞现象频频发生，国