电力经济学基础-3

1、第三章第三章电力商品定价电力商品定价-电力现货定价电力现货定价程 瑜华北电力大学内容内容1.系统边际电价系统边际电价2.现货市场中的阻塞管理现货市场中的阻塞管理3.节点边际电价节点边际电价1 系统边际电价o 在无网络约束时ISO按发电商报价从低到高购买电能未中标负荷我要买最便宜的电1 系统边际电价我要买最便宜的电负荷o 在无网络约束时ISO按发电商报价从低到高购买电能2 阻塞管理阻塞管理2.1阻塞管理提出的背景2.2阻塞管理定义2.3阻塞管理的特征和重要性2.4阻塞管理的发展2.1阻塞管理提出的背景o 电网资源的稀缺性。电网在电力系统中属于一种稀缺资源。线路输电能力的有限性天然地制约着电力需求

2、的无限增长。o 传统计划体制下，线路功率越限是内部问题。o 市场经济体制下，线路功率越限涉及各方市场主体的利益均衡。2.1阻塞管理提出的背景o 传统的电力工业是按地域建立垄断性的发电、输电、供电一体化的垂直管理体系。o 它有一套严密的计划管理体系以实现规划、运行、调度，完成诸如负荷预测、状态估计、发电调度、无功控制、AGC、开停机计划、事故预想和紧急安全控制等功能。o 在这种体制下，电力系统中所有涉及到的问题都视为内部子问题大多可通过行政手段，或是各方协调的方法来解决。2.1阻塞管理提出的背景o 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

3、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。o 长期的解决办法就是对电网的扩建和设备的更新与替换。o 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，以上这些方法都不易给出公平或明确的经济信号。2.1阻塞管理提出的背景o 市场环境下，传统的发电、输电、供电垂直一体化的垄断型经营分解为独立的发电公司、输电公司和配电公司。o 上述解决支路越限的传统方法，在新的环境下已不再适用，于是阻塞管理问题便应运而生。2.1阻塞管理提出的背景o 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

4、合理的缓解阻塞是各方研究的焦点。o 在市场经济的条件下，买卖双方要求都能自由的进出市场与电力网络的物理特性这两者是一对天然的矛盾体。如何协调好这对矛盾体，公平对待矛盾双方是阻塞管理的核心问题。2.2阻塞管理定义o 从技术上讲就是需要建立一套合理的调度方案，使系统各线路在容量限制的范围内安全运行；o 从经济上讲，就是需要制定一套合理的输配电阻塞费用的分摊方案，使有利益冲突的各方能得到正确的经济激励，尽可能消除阻塞现象。2.3阻塞管理的特征和重要性o 保持系通安全稳定运行；o 合理利用输电网资源；o 保障电力工业健康发展；o 优化系统运行。2.4阻塞管理的发展o 在市场初期，市场模式较为简单，人们

5、通常采用简单阻塞管理方法。阻塞管理方法分类非基于市场not market-based基于市场market-based交易类型type of contract按比例分配pro rata阻塞价格法congestion price修补法remedial methods显性拍卖explicit auctioning隐性拍卖implicit auctioning市场分裂market splitting再调度redispatching逆流交易counter trading先到先服务型first come,first serve2.4阻塞管理的发展o 随着市场模式的复杂化，尤其是电力市场对安全性的要求，节点

6、边际电价成为了阻塞管理的首选方案。n 节点边际电价（Locational Marginal Price）既是衡量电能价值的一种定价方式，同时也是缓解阻塞的一种方法。n 目前美国建立的几个电力市场如：PJM、ERCOT、SPP(Southwest Power Pool )、NY-ISO、CAISO、ISO-NE、MISO均采用或将要采用节点边际电价作为阻塞管理和电能量现货市场定价的方法。3.节点边际电价节点边际电价3.1节点边际电价概述3.2节点边际电价计算3.3阻塞盈余的计算3.4复杂网络的节点边际电价3.1节点边际电价概述o 经济含义：当前系统运行状态下某节点增加一单位有功，同时保证电力系统

7、安全运行所需的最小购电费用。3.1节点边际电价概述 理论的起源及发展：1978年，美国麻省理工学院教授F.C.Schweppe在其论文Power Systems 2000: Hierarchical Control Strategies：Multilevel controls and home minis will enable utilities to buy and sell power at real time rates determined by supply and demand中提出了电力市场的概念。1980年，教授在其论文Homeostatic Utility Control中

8、提出了实时电价(spot price)的概念。随着电力工业市场化进行，实时电价理论逐步完善，目前学术界及工程界规范地称之为节点边际电价（ Locational Marginal Price）。它实质上是反映系统中不同位置的实时实时供供应应成本和市场供求关系成本和市场供求关系。 o 节点边际电价是在保障电力系统安全运行的基础上计算出来的。n 以保障电力系统安全运行的要求作为约束条件。3.1节点边际电价概述3.1节点边际电价概述经济含义经济含义o 节点边际电价是经济调度的副产物，保证全系统购电费用最小o 衡量系统资源稀缺状况3.1节点边际电价概述o 节点边际电价作用：1.度量买卖电的价格2.衡量阻

9、塞费用3.1节点边际电价概述o 发电机按所在节点的LMP收费o 负荷按所在节点的LMP付费o 双边交易需支付功率流出节点与功率注入节点的节点边际电价差3.2节点边际电价计算o 牢记节点边际电价的含义，使我们更清楚认识节点边际电价的计算。某节点在某时刻的节点边际电价（LMP）当前系统运行状态下该节点该节点增加一单位一单位有功，同时保证保证电力系统安全运行电力系统安全运行所需的最小购电费用最小购电费用。3.2节点边际电价计算o 电力系统是一个复杂非线性系统o 满足基尔霍夫定律o 电力系统的安全运行的约束转化为有功功率的约束 3.2节点边际电价计算目标函数：购电费用最小 约束条件： 1）功率平衡（不

10、考虑网损） 2）线路最大输送能力 Iiiipf)(min0iji Ij JpdTTCljillinepdpP_),(模型中考模型中考虑了网络虑了网络阻塞阻塞 支路l的最大输电能力 支路l的传输功率节点注入与线路潮流之间的关系 3.2节点边际电价计算 LMP计算的公式说明：构造扩展拉格朗日函数 扩展拉格朗日函数对负荷节点求偏导_( )()( ,)iiijlline lijl TTCi Ii Ij Jl LFf ppdPp dp_(,)line lijjll LjjPp dFLMPdd3.2节点边际电价计算o 实际应用中采用直流潮流模型支路功率的分布可以类比成简单电路3MW1MW3MW2MW3.2

11、节点边际电价计算ABCI = 1I = 1I = 1100300300200100PDFs (Out C)Line1/32/3A-C2/31/3B-CAIn BA-B1/3-1/3ABCI = 1I = 1I = 1200600600200400ABCI = 1I = 1I = 1100900600400500300负荷分布系数负荷分布系数3.2节点边际电价计算AB竞价电量竞价电量: 100 MW投标价格投标价格: $30/MW中标电量中标电量 = 150 MWLMP = $20/MW中标电量中标电量 = 0 MWLMP = $20/MW150 MW竞价电量竞价电量: 200 MW投标价格投标

12、价格: $20/MWLimit: 200 MWActual: 150 MW无阻塞发生无阻塞发生节点节点1节点节点23.2节点边际电价计算AB150 MW中标电量中标电量 = 60 MWLMP = $20/MW中标电量中标电量 = 90 MWLMP = $30/MWLimit: 60 MW竞价电量竞价电量: 200 MW投标价格投标价格: $20/MW阻塞发生阻塞发生竞价电量竞价电量: 100 MW投标价格投标价格: $30/MW节点节点1节点节点23.3阻塞盈余的计算AB竞价电量竞价电量: 100 MW投标价格投标价格: $30/MW中标电量中标电量 = 150 MWLMP = $20/MW中

13、标电量中标电量 = 0 MWLMP = $20/MW150 MW竞价电量竞价电量: 200 MW投标价格投标价格: $20/MWLimit: 200 MWActual: 150 MW无阻塞发生无阻塞发生阻塞盈余=售电费-购电费=150*20-150*20 =0节点节点2节点节点13.3阻塞盈余的计算AB150 MW中标电量中标电量 = 60 MWLMP = $20/MW中标电量中标电量 = 90 MWLMP = $30/MWLimit: 60 MW竞价电量竞价电量: 200 MW投标价格投标价格: $20/MW阻塞发生阻塞发生阻塞盈余=150*30-90*30-60*20 =$600节点节点1

14、节点节点2竞价电量竞价电量: 100 MW投标价格投标价格: $30/MW3.3阻塞盈余的计算o 阻塞盈余如何计算l基于供给和需求报价，考虑电网安全约束，形成竞价交易结果。l计算各节点的节点边际电价l阻塞盈余=电力用户的购电支出发电企业的售电收入l阻塞盈余是：阻塞情况下，按照节点边际电价结算，市场交易实现的社会总福利。3.4复杂网络的节点边际电价3,000 1,600 1,000GenCo OffersG1: 1,200MW; $20/MWG2: 1,000MW; $35/MWGenCo OffersG3: 1,500MW; 30/MWG4: 1,000MW; 40/MWGenCo Offer

15、sG5: 2,000MW $45/MWG1* = 1,200G3* = 1,5001,5001,500G2* = 300G4* = 0G5* = 0不考虑支路约束的竞价结果3.4复杂网络的节点边际电价3,000 1,600 1,0001,000G3* = 1,500G2* = 0G4* = 100G1* = 10001,600G5* = 400AB线路断开时的竞价结果LMPC= $45LMPB = $40LMPA = $20GenCo OffersG1: 1,200MW; $20/MWG2: 1,000MW; $35/MWGenCo OffersG3: 1,500MW; 30/MWG4: 1,

16、000MW; 40/MWGenCo OffersG5: 2,000MW $45/MW3.4复杂网络的节点边际电价3,000 1,600 1,0001,000 750250G3* = 1,500G2* = 0G4* = 0G1* = 7501,250G5* = 750AB线路投运时的竞价结果GenCo OffersG1: 1,200MW; $20/MWG2: 1,000MW; $35/MWGenCo OffersG3: 1,500MW; 30/MWG4: 1,000MW; 40/MWGenCo OffersG5: 2,000MW $45/MW1200 1,600 1,000GenCo Offer

17、sG3: 1,500 $30GenCo OffersG5: 2,000 $45800 750400G3* = 0G1* = 12004001500 1,600 1,000GenCo OffersG1: 1,200 $20GenCo OffersG3: 1,500 $30GenCo OffersG5: 2,000 $45500 750500G3* = 1500G1* = 010003.4复杂网络的节点边际电价-叠加定律G2* = 0GenCo OffersG1: 1,200 $20G2: 1,000 $353.8复杂网络的节点边际电价-叠加定律2700 1,600 1,000GenCo Offe

18、rsG1: 1,200 $20G2: 1,000 $35GenCo OffersG3: 1,500 $30G4: 1,000 $40GenCo OffersG5: 2,000 $45800+500 750500-400G3* = 1,500G2* = 0G4* = 0G1* = 12001000+400G5* = 0阻塞后，优先削减机组的出力更经济：1）尽管机组报价低于3；2）但G1机组削减单位电能，对应AC负荷削减2/3单位；3）而G3机组削减单位电能，对应AC负荷削减1/3单位；750 1,600 1,000GenCo OffersG1: 1,200 $20GenCo OffersG3:

19、1,500 $30GenCo OffersG5: 2,000 $45500 750-250G3* = 0G1* = 7502501500 1,600 1,000GenCo OffersG1: 1,200 $20GenCo OffersG3: 1,500 $30GenCo OffersG5: 2,000 $45500 750500G3* = 1500G1* = 010003.4复杂网络的节点边际电价-叠加定律G5* = 0G5* = 02250 1,600 1,000GenCo OffersG1: 1,200 $20GenCo OffersG3: 1,500 $30GenCo OffersG5: 2,000 $451000 750250G3* = 1500G1* = 75012503.4复杂网络的节点边际电价-叠加定律G5* = 7503000 1,600 1,000GenCo OffersG1: 1,200 $20GenCo OffersG3: 1,500 $30Gen