（电力系统及其自动化专业论文）计及可中断负荷的阻塞管理方法.pdf

硕士学位论文 a b s t r a c t t h ei n n o v a t i o no fe l e c t r i cp o w e ri n d u s t r yf r o mv e r t i c a li n t e g r a t e dm o n o p o l yt 0 c o m p e t e dm a r k e tc r e a t e san e wd e v e l o p m e n t a lo p p o r t u n i t yf o re l e c t r i cp o w e ri n d u s t r y ， w h i l eg i v e sr i s et om 蛆yn e wp r o b l e m s 距dc h a i l e n g e ss u c ha st r 拍s m i s s i o nc o n g e s t i o i t i s 姐i m p o r t a n ti s s u e a sar o u t eo ft r a n s p o r t i n gp o w e r ，t h en o m “s t 砒eo f t r a n s m i s s i o nn e t w o r ki sa ni m p o r t 她tf a c t o ro nm es a f e t y 姐dr e l i a b i l i t yo fs y s t e m 觚d c o m p e t i t i o ni ne i e c t r i cm a r k e t i no r d e rt oi n s u r e 血es a f e t ya n dr e l i a b i l i t yo fs y s t e m ， w em u s tt a k ee f f i c i e n tm e 髂u r e st om a n a g et r a n s m i s s i o nc o n g e s t i o n w i t ht h eo p e n i n go fd e m a n d i n gs i d e ，i n t e r r u p t i b l el o a dc a nb cv i e w e da sar e s e r v e o fg e n e r a t i o n 缸dt r 蛆s m i s s i o n nh a sg r e a te f 艳c to nr e l i e v i n gt h eu p t i g h tp o w e r s u p p l ys i t i l a t i o n a tp e a l 【l o a ds i t u a t i o n ，t h ei n t e r r i i p t i b l el o a dm 髓a g e m e n tp m v i d e s 髓 e f 佟c t i v ec o n g e s t i o n 托l i e v i n gw a yb ys h i r i n gt h ep e a kl o a dt ol o wl o a dt i m es e g m e n t s b yu s i n gt h ec u s t o m e r s p o w e rc o n s u m p t i o nn e x i b i l i t y o nt h es i t l l a t i o no f 订a n s m i s s i o nc o n g e s t i o n ，t a k i gt t 增i i t i a t i v ea n dc o n t r d l l e ds u s p e d i n go ft h es u p p l y o fi n t e r m p t i b l el o a dc a nr e l i e v et r a n s m i s s i o nc o g e s t i o na n da v o i dl a r g ea r e ab l a c k o u t t h i s p a p e rp r o p o s e s a m u l t i o b j e c t i v ec o n g e s t i o nm a n a g e m e n t m e t h o d c o n s i d e r i n gt h ep a r t i c i p a t i o no fi n t e r m p t i b l e l o a d s a 也r e eo b j e c t i v em o d e ii s e s t a b l i s h e dt oe l i m i n a t em o s te f e c i e n t l yt h ec o n g e s t i o n t h et h r e eo b j e c t si n c l u d et h e l e 船tn 哪b e ro fi n t e r m p t i b l ec o n s u m e r s ，t h el e a s tn u m b 盯o fi n t e r m p t i b l ei o a d s 锄dt h e l e a s tt o t a lc o s tt h a tt h eo p e r a t o ro ft h es y s t e mp a y st ot h ei n t e r m p t i b l ei o a d s c o m b i n i n gw i t hm ef e a t i l r e o ft h ep r o p o s e dm o d e l ，al i n e a rm u l t i - o b j e c t i v e o p t i m i z a t i o na l g o r i t 岫b a s e do nt h em e m b e r s h i pf h n c t i o no ff u z z yt h e o f yi sp u t f o r w a r d t h ec a s eo ft h ei e e e3 0b u st e s ts y s t e mu n d e rn o r m a lo p e r a t i o nc o n d i t i o n a n dt h a ts u b j e c t e dt oas p e c i f i e df 撕l tc o n d i t i o n s 缸es i m u l a t e d s i m u l a t i o nr e s u l t s s h o wt h a ti ti sn o to n l ya d v 锄t a g e o u so v e rt h ee x i s t i n gs i n g l e o b j e c t i v em o d e lb u ta l s o f h s ta n dr e l i a b l ei ns o l u t i o n k e yw o r d s ：e l e c t r i c i t ym a r k e t ；t r 姐s m i s s i o nc o n g e s t i o nm a n a g e m e m ；m e m b e r s h i p f u n c t i o n ；f u z z yo p t i m i z a t i o n 湖南大学 学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研 究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论 文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文 的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。 本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。 作者签名：周舂明 日期：明年月压日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定， 同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子 版，允许论文被查阅和借阅。本人授权湖南大学可以将本学位论文 的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印 或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。 本学位论文属于 l 、保密口，在年解密后适用本授权书。 2 、不保密团。 ( 请在以上相应方框内打“”) 作者签名： 导师签名： 阁春明 日期： 日期： 口g 年 o k 年 j 月 f 月 心日 f r 日 第1 章绪论 l 。1 本文研究的背景和意义 发、输、配电的长期垂直蓥断使褥电力产业缺乏竞争、功率低下，不利于实 现资源的优化配置和降低成本，电力服务与价格均难以满足社会发展的需求。解 决这一闽题的根本办法是打破稃业垄断、引入竞争梳制、建立电力市场 l 。在竞争 的电力市场环境中，就要求输电网络对所有市场参与者公开开放。对子我国这样 一今幅员辽嗣、自然姿深缺乏弱国家，输电网的开放显褥尤为熏要，它宵利于实 现全国资源的优化配置，促进水力资源的充分利用降低发电成本，同时还能带 动资源事富的题部经济的迅速发展。但输电网络救有限传输容量和传戆损失是输 电网络的两大基本特征，输电网络的有限传输容量有可能导致传输阻塞。 在电力市场环境下，输电网开放以及跨区域电能交易的日益增多，特别是我 国大嚣域联羼、西电东送等工稷的实施，再加上输龟资源豹有限性，将使输电疆 塞问题日益严重。系统阻塞的盥接原因是由于存在输电线路的热容量限制和系统 豹稳定经限制。系统输电容量的限制带来的影响使系统的安全性程稳定性受到藏 胁，使电能交易计划无法实现，影响资源的优化配置和利用，还可能导致市场力 的滥爆，使电价发生扭曲。在竞争的电力市场下，如何公乎地进话阻塞管理成为 输电网络开放必须解执的问题之一牡 ，。 在传统的垂直管理繇境下，系统谜度和各发电厂弼属于一个实体，电力诞度 中心根据各发电企业的成本特点，运用最优瀚流程序得如最优的发电计划，然后 由调度员向各个电厂发出调度指令，根据发电计划调节机组出力，直到电力系统 运行在输电约束之内，避免了隰塞的发生。但是。电力市场纯改革之后，发电、 输电、配电分开，各自成为独立的经济实体，因此要求对每个市场参与者公平， 公正。输电阻塞管理方法应在毂会效益最大化和赡电成零最小优等目标下确定， 在保证系统安全的同时，也要维护市场的效率。新建电厂，新建线路对于长期存 在和由予网架结 奄不会理带来的阻塞较淹合适，且是治本之策。但是，由于匡家 资源政策和环境保护的要求，它们并不是最好的、有时也可能不是可行的办法。 随着需求侧的逐步开放，可中断受荷( i n t e 娜p t i b l e l o a d ，i l ) 作失一种虚拟的备 用发电容量资源和输电容量资源，在调峰和降低阻塞等方面越来越受到关注。当 出现输电阻塞时，主动而受控地中止对可中断负荷的供电可以宥效减轻阻塞，避 免相继开断面引莛大嚣积不受控镌停电。 因此，本论文将主要研究可中断负荷在阻塞管理问题中的运用。 及可中断负荷的阻塞管理方法 l 。2 国内外研究现状 国内外的电力学者对电力市场环境下的阻塞管理进行了大量的研究与探讨f 6 “舶。 针对不同的交易模式，提出了多种阻塞管理方法，归结以后大体分为嚣大类：一 类是以直流潮流为基础的，计及线路约束的最优潮流( o p f ) 算法，计算出最优发 电计划m 1 4 】。另一类是输电计划再调度，通常是系统运行人员为市场参与者提供可 用传输容量等市场信息，以防止阻塞的发生。o 阡可较为精确遮确定发电计划， 同时还附加提供节点电价等信息。但是o p f 本身的算法太复杂，在交易商策略性 投标的情况下，优化调度的实际意义不大。第二类方法主要是在双边交易撰式或 混合交易模式中运用，在发现输电计划将引发阻塞的情况下，采用一定的调整规 则和模型对输电计划进行再调度。但是这和双边交易中的各交易方在当初签订合 同时的意图不一致，这不仅使得所签订的远期合同失去其本身的意义，而且还给 会同的执行带来7 一定的风险i ”1 鲥。 随着区域间功率交换的增多，地区间联络线的阻塞逐渐成为电力市场竞争和 优化的“瓶颈”。人们寻找新的方法来解决阻塞问题，其中一个重要的趋势是运用 市场枧截，弓l 入可交易输电权。h o g 矩首先针对输电阻塞带来的金融风险，提出 了金融输电权( f i n 托c i a lt r a n s m i s s i o nr i g h t s ，f t r ) 的思想，交易商可通过购买f t r 来规避由于阻塞两产生的价格波动的金融风险。f 孤实质上是一释被动的金融性 合同，因此对于在调度前缓解阻塞而言，作用很小馆l 。h u n g p o c h a o 等人予1 9 9 6 年提出了基于潮流的输电权( f l o w g a _ t er i 曲t s ，f g r ) ，实际定义和分配了使用输 电端口的输电容量的权利。f g r 不仅有规避风险的作用且增加了容量预留的功能， 通过对每条阻塞线路的使用者收费来解决阻塞问题。但由予电网结构复杂，其假 设难以符合实际情况【2 q ”】。 随着电力市场逐步深入，可中断负荷作为一种备用发电容量资源得到越来越 多的国家的重视1 2 2 1 。实施可中断负荷可以调动需求侧参与市场的积极性，有利于 市场中各类参与者。可中断负荷管理，实际上是鼓励用户与电力公司签订可中断 供电合同。它允诲电力公司在某个特定时瓣按合同规定的权限范围切除部分用户 负荷，同时给予这些用户一定的缺电补偿，以降低高峰时段的用电负荷，缓解供 电紧张状况。这种方法的众多优点使其成为许多国家的电力企业广泛采用的需求 侧管理手段，也是学者专家们关注的焦点。将可中断负荷用于降低阻塞方面，也 是当前研究的热点之一当线路发生阻塞时，电力公司根据合同的权限切除用户 豹部分受赞，使该线路的负荷降至输电线路所能承受的范围内，劳利用最优潮流 程序分析确定切负荷后的线路潮流分布是否满足电网稳定髋及安全可靠输电的要 求，通过这种方法能够很好的缓解线路的阻塞状况。基前孱内外已经有很多学者 针对该问题做了研究： 文献【2 3 】建立了一个可中断负荷参与电力批发市场竟价的阻塞管理模型。该模 硕士学位论文 型是由两个优化问题组成。外层模型可以帮助独立系统调度员( 1 n d 印e n d e n ts y s t e m o p e r a t o r ，i s o ) 完成发电机组调度并确定节点电价。内层模型w 以协助i s o 根据 用户报价及其对阻塞管理的影响削减有效消除阻塞的i l 。 文献【2 4 1 研究多边交易模式下可中断负荷参与拍卖的阻塞管理方法。文中建立 了可中断负荷参与的阻塞管理模型，该模型在满足不同目标的基础上，结合拍卖 市场上层户上报的价格及最大可中断薰，来确定每个参与拍卖的月i 户的实际切除 负荷量，从而有效地缓解阻塞。 文献【2 5 】从可中断负荷管理的原理出发，将可中断负荷g f 入到输电阻塞管理 中，提出了通过潮流优化辅以可中断负荷控制的消除阻塞的最优调度模式。 文献【2 6 】在电力市场联营交易模式下，采用节点实时电价机制时的传输阻塞管 理问题，焉基于最优潮流的节点实时电傍算法及软件，分折了用户侧可中断负荷 管理和电网无功补偿设备对消除传输阻塞的作用。 文献【2 7 】弓i 入了愿意支付因子来衡量合同在电能输送中豹优先级，增大该因子 可有效预防负荷被大量削减。 文献【2 8 3 l 】设计了激靡机制鼓励焉户上报真实缺电成本，解决电压越限弓l 起 的阻塞。 一些学者也将i l 作为二级备用容量，文献【3 2 】即将i l 引入了二级备用辅助服 务市场，提出了将i l 作为运行备雳魏新思路，将i l 的应用拓展到了更广泛的领 域。 1 3 本文主要研究内容 本文对电力市场中输电阻塞产生的原因、背景进行了阐述，并对目蓠已经提 出的阻塞管理方法进行了分析和概述，同时从需求侧出发，使用户参与到阻塞管 理当中。并且在此基勰上，提出了一种可中断负荷参与的阻塞管理模型。具体工 作如下； ( 1 )本文分析了阻塞管理方法的发展状况及其对电网稳定性和安全可靠输电的 重要作用，并对当前国内外已提出的各种阻塞管理方法进行了较为全面的分析与 比较。 ( 2 )本文研究了需求便! | 管理在电力市场中豹运用，劳对需求侧管理中的可中断 负荷的市场运茜管理情况以及国内外可中断负荷管理的实施情况进行了详细的讨 论与研究。总结了可中断负荷在电力市场多方萄的运用，为开震可中断负荷的管 理提供了有益的借鉴。 ( 3 )本文针对双边交易模式下的竞标结构，建立了一种可中断负荷参与阻塞管 理的多目标数学模型，该模型同时考虑了可中断用户数量最少、可中断负荷量最 少和i s o 支付给可中断用户的总费用最少三个目标函数，因此可以实现在消除限 计及可中断负荷的阻塞管理方法 塞的同时，兼顾了i s 0 在选择有效消除阻塞的最优i l 削减方案时所要考虑的三个 现实因素。 一 ( 4 )由于对多目标问题寻求绝对的最优解是相当困难的，有时甚至是不可能的， 因此将模糊化理论引入到本文的多目标规划问题当中，能够同时兼顾三个目标函 数，使三个目标在网络约束与安全约束条件下都最大程度地实现，避免了三个目 标函数相互矛盾的缺点，能够得到一个比较理想的折中值。 ( 5 )本文通过修改的i e e e3 0 节点系统，对正常运行，发电机意外停机以及支 路意外断开三种情况下产生的阻塞分别进行了仿真。仿真结果证明，该模型能够 有效地消除阻塞，确保输电线路不再出现过负荷情况，比单目标更具有综合优势。 硕士学位论文 第2 章市场环境下的输电阻塞管理 电力市场改革的主要目标是通过引入市场竞争来降低成本、提高效率，促进 电力系统长期稳定的发展。作为发电商和用户间的电能输送通道，输电网的正常 运行不仅是影响系统安全可靠的重要因素，也对市场的竞争具有显著影响。因此， 为确保输电网的安全和可靠，输电阻塞在实际的电网运行中是必须避免的。若市 场交易造成了传输阻塞，则系统调度员必须通过阻塞管理消除阻塞。输电阻塞 ( t r 蛆s m i s s i o n c o n g e s t i o n ，t c ) 是指输电网络本身的物理限制，使得输电网络不 能满足在无约束情况下所希望的最优输电计划。如何进行输电阻塞管理、如何做 到公平地对待每一个电网用户也成为电力市场的一个核心问题。输电阻塞管理， 实质上是通过一种出现阻塞后的阻塞成本分摊方案，使利益冲突各方都能得到正 确的市场激励来尽可能消除阻塞现象。 阻塞管理方法与电力市场交易模式有着密切的关系。由于不同的电力市场开 放程度不同，市场交易模式及电力市场组成也将不同【”l 。因此本章讨论了电力市 场结构，电力市场交易类型以及电力市场交易模式，并对几种典型的阻塞管理方 法进行了详细的分析与比较。 2 1 电力市场结构 决定市场结构的因素主要有两个【3 4 】：市场上买者和卖者的数量及产品的特性。 商品的特性能够影响销售该商品的市场结构。如果以卖方行为和市场竞争程度为 依据，市场结构可以划分为四类：完全竞争市场、完全垄断市场、垄断竞争市场 和寡头垄断市场。就市场效率而言，完全竞争市场优于垄断竞争市场，垄断竞争 市场优于寡头垄断市场，寡头垄断市场又优于完全垄断市场。 1 完全竞争市场 完全竞争市场是不受任何个体阻碍和干扰的市场，完全竞争环境中的企业是 价格接收者。经济学意义上的完全竞争市场必须符合以下条件： ( 1 )市场上必须有足够多的买者和卖者，任何一个市场成员都无法通过自己的 买卖行为影响总产量或市场价格。 ( 2 )买者和卖者可以自由进出市场，各种生产资料可以完全自由流动。 ( 3 )市场上销售的产品为标准化产品，是同质和无差异的，买者对于具体的卖 者并无特别的偏爱。 ( 4 )所有的买方与卖方都完全掌握市场状况及其变化趋势。 完全竞争市场能使企业在平均成本最低点上进行生产。资源得到了有效的利 计及可中断负荷的阻塞管理方法 用，消费者能以低价购买所需的商品，买卖双方公平合理。因此，完全竞争市场 是理想的、富有效率的市场结构。 2 完全垄断市场 完全垄断市场又称为独家垄断市场，是指市场完全由一家厂商所控制。由于 垄断企业可以通过限制产量来提高市场价格，从而获取超额利润，因此一般不会 在平均成本的最低点上进行生产。由于缺乏有效的市场竞争，市场价格往往高于 生产成本，所提供的产量不是最优的，资源没有得到充分利用。由于不存在竞争 压力，缺乏改进产品、进行技术革新的动力。完全垄断市场被认为是经济效率最 低的一种市场结构。 3 垄断竞争市场 垄断竞争市场是介于完全竞争市场和完全垄断市场之间的一种市场结构，与 寡头垄断市场相比，垄断竞争市场的特性更靠近完全竞争市场。 垄断竞争市场环境下，商品的价格是由市场和垄断企业共同决定。垄断竞争 市场富有效率的竞争有利于促进技术进步和社会发展，抵消或者超过它的弊端所 带来的影响，因而被认为是当代可行的市场经济规模。 4 寡头垄断市场 寡头垄断市场中只有几家大企业提供行业的大部分产品，形成寡头的主要原 因是规模经济的发展结果。与上述三种市场结构不同的是，寡头市场的厂商存在 相互依存的关系。在寡头垄断条件下，产品价格并非由市场关系决定，而是少数 寡头垄断者通过协议或默契来制定。寡头垄断企业同样选择在边际成本等于边际 收益的水平上进行生产，每家企业首先要推测竞争对手的产量，然后根据利润最 大化的原则来确定自己的产量。寡头竞争市场存在竞争，可带来产品的多样化和 技术革新。寡头垄断市场的效率高于完全垄断市场，但低于垄断竞争市场。 2 2 电力市场交易模式 当前世界各国的市场模式大致分为两个基本类型：联营体( p 0 0 1 ) 模式和双边交 易模式【3 4 l ( b i l a t e r a lt r a d e sm o d e l ) 。从这两个基本模式可以派生出p + b 模式( 联营体 模式+ 双边交易模式) 、多边交易模式。 1 电力联营体( p 0 0 1 ) 模式 电力联营体模型也叫总量市场化模型，是指购售电计划必须在联营中心内进 行，并由电能供应方、电能需求方与联营中心进行交易的方式。该模式允许用户 签订金融合同，以规避市场中的风险。p o o i 模式最大的特点是将电网看作电能交 易的中心，所有发电公司以及所有用户都与电网运营中心发生经济关系。在p o o l 模式中，整个电力系统被划为发电、输电、供电环节。竞争在发电侧和供电侧分 别展开，在市场初期也可能只开放发电侧市场。在这一模式下，要求与所有市场 硕士学位论文 成员无利害关系的独立的电网运营机构进行电网的调度、运行。电网运营机构根 据各发电商的市场报价制定交易计划，计算系统边际电价、输电电价、辅助服务 电价。在p o o l 模式中，也可能存在双边交易，但是很有限，自由度也很小。英国、 智利、阿根廷等国以及美国p j m 电力市场、澳大利亚的c t o r i a 电力市场都属于 这一市场类型。 在发电侧电力市场中，作为电力市场初期的过渡，可采用一种称为“单一购买 者模式”( 它也是一种联营体模式) ，或称“1 + n ”模式，“l ”是指电力市场的单一购 买者，即电网运营机构；“n ”是指参与市场竞争的各个独立发电商。用户不能与发 电商直接签订购电合约，而只能由电网经营机构采用趸售或零售的方式供电。这 样，电网运营机构通过负荷预测制定电力交易计划，并负责电力实时平衡，保证 对用户安全、可靠供电。但是，该模式的交易透明度不如双边交易模式。调度部 门作为电网运营企业的核心，必须坚持“公平、公正、公开”原则，努力做到公正 和透明。 2 双边交易模式 双边交易模式也叫非管制型电力联营体( p 0 0 1 ) 模型或净量市场化模型，是指所 有购售电交易均在发电公司和配电公司之间独立进行的交易模式。双边交易模式 能够最好地实现使用户直接、自由地选择供应商的目的，也就是说，电能用户与 供应商能根据自身情况独立地安排彼此间的电力交易。 双边交易模式的最大特点是发电商与电力用户或各自的代理直接签订电力合 约。该模式一般不单独存在，而是与p o o l 模式共存，且双边交易市场所占的份额 较大。实际上，当前应用的双边交易模式都应该称为p + b 模式。双边模式比p o o i 模式的竞争更加充分。在该模式下，市场交易与调度运行职能一般被分离。市场 交易由p o w e re x c h a n g e ( p x ) 或s c h e d u l i n gc o o r d i n a t o r ( s c ) 负责，确定交易量以及 交易价格。其中p x 负责p o o l 市场的运营，s c 负责双边交易的协调。i s o 负责调 度运行职能，确保全系统的安全、可靠运行。一旦电网出现阻塞或其它安全隐患， i s 0 负责启动输电阻塞管理程序，协调各市场的交易。i s 0 还负责辅助服务市场的 运行，并制定输电电价和辅助服务价格。美国加州、北欧、新西兰等国家的电力 市场都是属于该模式，本文的研究正是基于这一模式。 3 多边交易模式 该模式完全不存在p o o i 市场或p x 机构，并且考虑了经纪人( b r o k e r ) 、零售商 ( r e t a i l e r ) 等市场中间环节，是在双边交易基础上发展起来的一种更广泛的、基于 分布协调的市场模式，可以看作双边交易模式的高级形式。传统的集中协调功能 被设计到信息结构之中，市场交易与调度运行完全分离。该模式反映了电力市场 的真实特点一一部分管制下的竞争，并且能够与现有的两种基本模式共存于统一 市场框架中。协调多边交易模式从理论上讲比较完美，但是只适用于充分竞争的 计及可中断负荷的阻塞管理方法 市场环境。 2 3 电力交易的类型 一个完整的电力市场，一般划分为现货交易市场( 日前交易市场) 、中长期合 约交易市场、期货与期权交易市场、辅助服务交易市场、实时交易市场几种p ”。 相应地，电力市场中的交易包括日前交易、中长期合约交易、期货与期权交易、 辅助服务交易、实时市场交易。 1 日前交易 在日前交易市场中，发电商参与发电电能的竞标，由交易中心决策最优的交 易计划及结算电价。在日前交易市场中制定的交易计划也称作预调度交易计划， 本文所建立的竞标过程就是以该交易形式进行的。图2 1 给出了日前交易市场的结 构。 中长期 音约交 易数据 音同臂 理数据 电厨约 柬数据 发电公 司申报 数据 无电网安全约束文易计划确定 考虑电罔安全约柬烹曼计赶i 制定( 安全校棱) l 墨竺苎型堡苎ll 墨竺竺竺苎苎j1 望塑璺塑翌苎l 图2 1 日前交易市场结构 ( 1 )p o o l 模型下的日前交易市场 在该市场下，市场运行部门必须按照规则规定的时间表运行日前市场，并且 将时间表公布于众。如果市场运行部门要修改时间表，必须按照规则的规定进行。 交易中心代表需求各方，以“单一买主”的身份出现，交易中心根据总需求( 负荷 或各类辅助服务) ，要求各个发电厂进行报价，然后按照低价优先的原则，安排交 易计划，并保证交易中的公平、公正、公开。对应的结算规则可以采用边际价格 机制，也可以按照报价进行结算。 ( 2 )双边交易模型下的日前交易市场 在该市场中，可以通过交易人、交易中心或日前拍卖进行电能买卖，标准化产 品交易( o 5 h 或0 5 h 的简单组合) ，参与者可能很多，但多数交易量不大。每个交 易时段的发电计划由发电商自己决定，并且上报给电网运行中心。本文采取的就 是这一模式。 2 合约交易 硕士学位论文 合约交易可以分为中长期合同交易市场、短期合同交易市场、期货和期权交 易市场等。其中最典型的是中长期合约交易，它是现货交易的一种形式，根据预 先签订的合同商定付款方式买卖电量，在一定时期内进行实物交割的交易。它可 以通过竟价产生，也可以通过双边签订。 根据目前我国电力市场的实际情况，可将中长期合约交易分为年度合约和月 废合约。翦者可以以年度或者月度为单位进行竟价上网，后者则是以月度为单位 进行竟价。单一购买者从许多不同的发电商中选择，以鼓励发电阶段的竞争。年 度合约交易按月分为1 2 段，即从每月1 目的o ：o o 开始至每月最厝一天的2 4 ：o o 为 一段；月度交易按日分段，即每个交易目为一段。上述两种交易电量一般占电力 市场初期整个电力交易的7 0 8 0 ，是保证电价稳定的重要手段。 毫力市场中电价的波动使得风险管理成为市场参与者市场行为的一项重要内 容。市场参与者可以用电力长期合约以及电力期货管理市场风险。长期合约能够 为电力用户提供稳定的电力供应，同时为发电商带来长期稳定的需求，丽且能够 锁定电力价格以回避电价波动风险。因此，世界各国在电力市场化初期均大量采 用长期合约进行电力交易，如英国、挪威、澳大荦j 亚等。 3 期货与期权交易 期货交易是按一定规章制度进行的期货合约的买卖，联货市场就是进行期货 交易的场所。期货交易与合约交易相似，但是期货交易的双方都被允许在支付了 一定的保证金或违约金后，与其他市场成员再度交易，或退出期货交易、转入现 货交易。丽期货市场的运行则可以排除现货市场供求不稳的情况，从而有效地揶 制市场不正常的价格波动，同时可以为发电商、用户等提供转移市场价格波动风 险蛇途径。 期权是指在未来一定时期可以买卖的权利，是买方向卖方支付一定数量的金 额后拥有的在未来一段时间内以事先规定好的价格向卖方购买或出售一定数量的 特定标准的物的权利，但不负有必须买进或卖出的义务。期权交易事实上就是这 种权利的交易。 4 。 实对交易 为了保证供需平衡、维持系统稳定，电力市场运行部门可以在当天实时修改 发电厂发电计划，发布实时调度指令。实对市场在实时运行前短时间内开市，各 发电商申报机组的上、下可调容量和相应报价。当调度员需要对系统进行预防性 控制或者事故后恢复控钺时，就可以利用这些申报信息，确定一个最优豹调节方 案，对交易计划进行实时调整。图2 2 给出了在实时电力市场中的发电平衡调度过 程。 计及可中断负荷的阻塞管理方法 图2 2 实时市场中的电网调度 5 辅助服务交易 辅助服务市场是为了实现各种辅助服务的交易决策、管理和定价，使系统在 购买辅助服务费用最低的情况下获得各种辅助服务，保证电力系统的安全稳定运 行。辅助服务是电网的安全稳定运行所必需的，分为基本辅助服务和有偿辅助服 务。基本辅助服务按照有关规则的规定，是发电公司的义务，必须提供；有偿辅 助服务由市场运作部门有偿购买使用。 发电辅助服务包括：有功频率控制( a g c ) ；旋转备用；非旋转备用；替代备 用；无功及电压支持；恢复及黑启动。 对于发电商而言，这几类市场都是其参与竞争的舞台，所以发电商要充分分 析各个市场，合理分配在各交易市场中参与竞价的发电容量或出力，分散风险、 提高发电公司的总利润。 2 4 阻塞管理方法综述 输电阻塞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。因此，阻塞管理的目标是制定一系列规划，有效地控制发电机和负荷， 使系统的短期运行具有一定的安全和可靠性裕度，同时为系统的长期投资规划提 供有效信息，并且为了使电力市场名副其实，有一定的自由竞争力度，要能够引 导电力市场各参与方主动采取措施积极规避阻塞引发的损失风险。从短期而言， 阻塞管理需要制定一公平的削减交易的计划和制定新的调整准则，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；从长期而言，阻塞管理应该 通过价格信号为系统的长期健康发展提供激励；从阻塞风险的规避来说，阻塞管 理则需要提供相应的方法，使得市场成员能够有控制自己损失的主动权。 各种阻塞管理方法的简要阐述如下： 硬士学位论文 2 。4 1 基手o p f 的阻塞警理方法 在传统的垂直管理环境下，电力调度中心以发电厂的实际生产成本或用户的 真实收益数据作为控制变量，葶 | 瘸最优潮流磴净进行调度，驻避免凄现传辕阻寨 现象。针对联营体交易模式，提出了节点电价法，英实质上是基于集中调度的最 优潮流计募问题，控制变量采用鹩是发毫厂或焉产弱投标数据，不仅可域得劐系 统约柬条件下的最优输电计划，还可豁计算出系统备节点的边际价格，侔为优纯 调度时产生的副产晶。其基本模型如下： 趣m ，苫，# ) s ( 墨“) = o( 2 1 ) g ( 南帮茎e 其中础，( x ，甜) 为目标函数，墨“分别为状态变量向量和控制变量向爨。 # 联矗却) = o 为潮流方程等式约束；g 阮嚣) 墨o 为不等式约柬，包括发电枧组、系统和 网络安全终索。根据电力市场殍放稷度战不露，该o p f 模型的嚣标函数包括以下 死耱： 对于仅允许发电侧投标的单一买方市场，冀目标遨数为购电成本最小； 妇q ( 鬈) ( 2 2 ) 问 对于买方私卖方市场帮稽教的输电嚼开救援式，露户侧氇获得巍出交易投， 就时静目标函数为袄会效益最大，韶以最小的电能生产成本获得最大的收益： 幽q 婚) 一零婚) ( 2 + 3 ) f ， 在式( 2 2 ) 和式( 2 3 ) 中譬( 岛) 易嗨) 分别表示第f 台枫缎和第歹个用户的撤价 函数。 文献【3 5 】提出了一种基于o p f 的阻塞管理横型，依据发电厂和用户的调整报 徐，霹默同对调整实对平餐帮场下的笈电规趣龙班及必要时削疆部分短耀双边合 同案，该文献成用改造的线性原对偶内点法求觯o p f 模挺。目标函数是调整费用 最小： m i n ( 口媚+ + c a 彳) + 掣a ( 2 4 ) li j 式中o ，粥+ ，鹾一分羽为第f 个市场成员联营部分熬增发亳赞、增发毫 力和减发电价、减发电力；掣，啦，为第j 个市场成员双边交易部分的调煞电价和 调整奄力。 文献( 3 6 】提出了一种利用灵敏度分析进行实时阻塞管理的数学模型及算法，在 只考虑谲整节熹有功功率豹情撼下，考虑了电力市场中戳塞簿理的两种目标：( 1 ) 计及可中断负荷的阻塞管理方法 发电机的出力及负荷的调整容量综合最少；( 2 ) 发电机的出力及负荷的调整费用 总和最少。为了有效地消除阻塞，首先根据灵敏度系数找出对削减该支路过负荷 最灵敏的节点，并确定应调整的注入功率数量。这种方法有针对性地削减部分节 点的注入功率或负荷以避免系统出现更大的问题，适用于实时运行中的快速阻塞 管理。 文献【3 7 】在电力市场联营交易模式下，采用基于最优潮流的节点实时电价算法 及软件，分析了用户侧可中断供电管理和电网无功补偿设备对消除传输阻塞的作 用。 文献 3 8 】充分利用电价这一杠杆来对市场各成员进行协调，指出了电力市场环 境下各成员之间的经济利益关系。在发生阻塞时通过激活输电线路阻塞价格因子 来抬高输电价格，使得供求均衡点在线路容量极限之内，从而消除阻塞。这种方 法的优势在于不是通过输电计划再调度来裁减发生阻塞时各交易的交易量，避免 了交易成员对交易裁减方式的公平性和透明度的争议，直接利用价格因子的手段 消除阻塞，并提供了正确而丰富的经济学信号。使得受阻塞地区市场电价上升， 从而使其自觉地减少用电量，而且通过其他线路增加了临近区域的购电量，即通 过转移购电方向来加速消除阻塞。 综上所述。基于o p f 的阻塞管理方法对于消除输电线路的阻塞，维持电力系 统的可靠性和安全稳定运行有很好的效果。因此本文引入可中断负荷，建立了一 个基于o p f 的多目标阻塞管理模型。 2 4 2 基于输电权的阻塞管理方法 利用可交易输电权来进行阻塞管理，已成为近年来电力市场理论研究中的重要 趋势和研究热点。它赋予其所有者使用相应输电容量的权利或者取得与其相关的 经济效益的权利。可交易输电权的引入不仅为市场参与者提供了有效的风险规避 手段，而且为有效的输电资源在电力市场中的公平使用，输电成本的合理分摊提 供了有效的方法。 目前已提出的输电权基本模型主要有三种：基于合同路径( c o n t r a c t p a t h ) 的 合约路径权，基于合约网络( c o n t r a c tn e t 、v o r k ) 的金融输电权，基于交易在网络 中的潮流分布的基于潮流输电权( f l o w - b a s e dt r 她s m i s s i o nr i g h t s 或f l o wg a t e 耻g h t s ) 。 1 合约路径权 合约路径法首先要计算可用传输容量( a t c ) 并将其发布在o a s i s 网站上， 很多个计划项目在该网站上自动地投标，从而通过计算选择一个最佳的路型3 9 】。 该方法认为网络中两节点之间的能量传输是在预先定义好的一组最佳路径上来进 行的，即购买一组预先定义好的输电路径来传输交易的电能。这种方法虽然方便 硕士学位论文 输电费用的结算，但也存在着一些问题，例如；在确定最佳路径时，a t c 不能经 常的反复的被计算。当有新交易加入时，a 1 r c 已经发生了改变，该方法确定的路 径忽视了网络中环流所带来的外部影响定义过于粗糙。由于电力传输系统与其 他网络不同，电能的流动很难控铡，电能按照物理定律传输，面不是鬏据预先定 义的合约路径传输。任意一个节点的注入功率发生变化，对整个互联网的潮流分 布都会造成影响；网络中某个地方的设备出现故障，可能会使整个系统崩溃；要 满足某一个新的负荷，可能会对离该负荷很远的发电机进行调节，因此，输电系 统不只是为电力供应点和电力需求点之间提供简单的物理连接。 2 金融输电权 金融输电权是减轻市场参与者阻塞风险的一种重要的方法，由于网络阻塞引 起各节点电价不同，这里称为区域边际电价( l o c a t i o n a lm a r g i n a lp r c e ，l m p ) 。 这种边际价格的不同为市场参与者造成了不确定性，而f t r 有效地减少了这种不 确定性。由实时定价理论，l m p 已经隐含考虑了阻塞的机会成本，参与现货市场 竞标的交易商在相应节点按l m p 进行交易；期货市场的交易商向i s o 支付阻塞费， 即功率注入节点和功率流出节点的l m p 之差。 交易商可预先购买f t r 以获得补偿，从而规避因节点问l m p 差别引起的阻塞 风险。假设定义了两节点的输电权，如果某交易商的双边交易合同需要在两节点 闻输电，那么它需要支付一定费用给i s o ；如果继拥有该输电权，那么此i s o 将 补偿该部分费用给输电权的所有者，从而两者抵消完全规避风险。因此，除了购 买输电权的支出外，交易商在清算时输电阻塞的支出和补偿收入是抵消的；在没 有发生阻塞时，阻塞费用为零。通过预先购买f t r ，交易商获得了阻塞价格( 转 化为竣电权价格) 和电价的确定性。l m p 计算己隐含考虑了潮流，因此f t r 本需 要定义功率实际流动的路径。 总之，f t r 是一种事先购买的权利，市场参与者可以事先购买它，在瞬络发 生阻塞对，拥有这种权利的企业，输送电力时只需要支付固定豹输电费用，而不 用支付由于阻塞而产生的阻塞费用。从而规避了阻塞的风险，使得输电的价格具 有稳定性。 3 基于潮流输电权 基于潮流的输电权兼有金融和物理输电权的特性，因为，在赋予投翻所有者 在使用指定关键路径时不仅有获取金融补偿的权力，且有计划优先安排的权力。 其出发点是：输电权的设计应使输电阻塞定价尽可能与实际功率流动匹配。这里 采用基于直流潮流的功率传输分布因予p t d f s ( p o w e ft r a n s m i s s i o nd i g t r i b u t i o n ) 来解决这一问题。对从节点小到n 的交易，对线路f 到，的p t d f 可定义如式( 2 1 ) ： p 研：盟：墨：墨二圣二当) 皈 爿g 、1 生圣要土竖墨篁篁巴量兰翌玄鎏 式中：哦为节点m 到节点刀的电能交易变化量；嵋为线路f 斗，上相应的 潮流变化量；五为线路f 斗歹的电抗；k 为节点阻抗矩阵的元素。 p t d f 在数值上即等于在交易的电能传输起始节点注入一个单位的有功，以假 设的参考节点为功率输出的节点的条件下，输电线路上分布的有功值。节点m 和 节点行之间q m w 的电能交易在线路f 斗，上产生的潮流为尸m 日，q ，根据 p t d f 表和线性化假设，对每个交易可求得在相关线路上的潮流。因此，要完成一 笔交易，应购买的f g r 由该交易基于p t d f s 计算的结果交易规则决定。也就 是说，交易规则表明的是电力交易对整个网络潮流分布的影响。事实上，只有在 那些易于发生阻塞的关键路径上的输电权才会被积极的交易，交易商通常也只需 拥有易于阻塞的关键路径的输电权，就可以规避风险。 一综上所述，对基于o p f 的阻塞管理方法和基于输电权的阻塞管理方法已经进 行了大量的研究，并产生了很多有价值的成果和宝贵的经验。随着市场的深入， 将可中断负荷用于降低阻塞方面，也是当前研究的热点之一。当线路发生阻塞时， 电力公司根据合同的权限切除用户的部分负荷，使该线路的负荷降至输电线路所 能承受的范围内，并利用最优潮流程序分析确定切负荷后的线路潮流分布是否满 足电网稳定性及安全可靠输电的要求，通过这种方法能够很好缓解线路的阻塞状 况，本文即以此为基础展开研究。 2 5 小结 输电网络对电力系统的可靠性和安全运行有着十分重要的作用，因此，输电 系统开放所引起的问题是电力市场理论中非常重要的一部分。其中，阻塞管理是 输电问题中的基本问题，其内容很复杂：包括竞争模式，市场交易模式( 联营体 交易模式，双边交易模式，多边交易模式等) ，交易时序( 日前交易，合约交易， 期货交易等) ，阻塞调整目标( 购电成本最小，社会效益最大，调整量最小等) ， 阻塞风险管理等。本章讨论了电力市场交易模式、电力市场交易类型、电力市场 结构及近几年来关于电力市场环境下阻塞管理的主要研究内容，同时，对基于o p f 的阻塞管理及基于输电权的阻塞管理方法进行了简要的分析和比较。 硕士学位论文 第3 章需求侧管理与可中断负荷 3 1 电力需求侧管理发展概况 早在1 9 8 2 1 9 8 4 年，美国e p r i 就开始研究和发展需求侧管理项目，需求侧管理 是需方资源。当今世界面临资源和环境问题的多重挑战，必须整合各方资源，优 化资源配置，提高运营效率。嚣求侧管理最有成效的工作是在电力部门，即进雩亍 电力需求侧管理和电力综合资源规划。电力需求侧管理的主题是用户，而不是某 项具体豹用电技术或产品。随麓市场观点逐步引入电力系统，系统对需求侧的观 点也发生改变。用电方不再是物理意义上的负荷而是作为消