電力交易模式下的阻塞管理研究綜述

電力交易模式下的阻塞管理研究綜述

隨著輸電網(wǎng)絡(luò)開放和區(qū)域能源事務(wù)的增加，阻礙的可能性也在增加。在電力市場化以前,由于發(fā)、輸、配電同屬一個實體,消除阻塞只需由壟斷電力公司中的調(diào)度員向各個電廠發(fā)出調(diào)度指令,根據(jù)需要減少和調(diào)節(jié)機組出力,直至電力系統(tǒng)運行在輸電約束之內(nèi)即可。但是,電力市場化之后,輸電系統(tǒng)和發(fā)電廠成為彼此獨立的經(jīng)濟實體,負責(zé)系統(tǒng)運行的獨立系統(tǒng)調(diào)度員(ISO)不能直接發(fā)指令要求減少機組出力,必須平等對待各個市場參與者,按事先確定的削減交易計劃和調(diào)整準(zhǔn)則實行,以保證系統(tǒng)安全可靠運行。因而阻塞管理成為近幾年研究的熱點。本文總結(jié)了國內(nèi)外聯(lián)營交易模式下的阻塞管理的研究成果。解決輸電阻塞的方法,主要是通過交易計劃的調(diào)節(jié)解決阻塞問題。阻塞管理的目標(biāo)是制定一系列規(guī)則,控制發(fā)電機和負荷,使系統(tǒng)的短期運行具有一定的安全和可靠性裕度,同時為系統(tǒng)的長期投資規(guī)劃提供有效信息。目前的阻塞管理方法主要有節(jié)點電價法、區(qū)域電價法和限上和限大的方法等幾種。1最優(yōu)調(diào)度的數(shù)學(xué)模型節(jié)點電價法,即采用直流潮流為基礎(chǔ)的、計及線路約束的最優(yōu)潮流(OPF)算法,并用線性靈敏度因子幫助解決阻塞,相應(yīng)的電價機制為“節(jié)點電價”(nodalprice)。節(jié)點電價法實質(zhì)上是一個基于最優(yōu)潮流的算法。在聯(lián)營交易模式下,各發(fā)電商和用戶向電力聯(lián)營中心提交各自的功率/價格曲線,由電力聯(lián)營中心根據(jù)不同的目標(biāo)進行最優(yōu)潮流計算,得到一個滿足各種約束的發(fā)電計劃。當(dāng)在約束方程中計入網(wǎng)絡(luò)安全約束(支路潮流約束)時,得到的發(fā)電計劃就是經(jīng)過阻塞管理的發(fā)電計劃。只考慮有功功率時可以建立最優(yōu)調(diào)度的數(shù)學(xué)模型:對于僅允許發(fā)電投標(biāo)的單一買方市場,目標(biāo)函數(shù)可以為購電費調(diào)整量最小和購電成本最小。而僅允許發(fā)電側(cè)投標(biāo)的單一買方市場只是電力市場發(fā)展的最初級階段,電力市場的最終模式將是發(fā)電和負荷側(cè)全面放開的形式。這時負荷側(cè)也允許投標(biāo),最優(yōu)潮流的目標(biāo)函數(shù)則可以為社會效益最大和市場交易量量最大,社會效益最大就是以最小的電能生產(chǎn)成本獲得最大的收益。市場交易量最大就是在現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)輸電容量下,最大可能的滿足負荷用電。上述數(shù)學(xué)模型中:h(u,x)=0為潮流方程等式約束;g(u,x)≤0為不等式約束,包括發(fā)電機組、系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)安全約束;u為控制變量向量,包括各個節(jié)點上輸入或輸出的有功功率,x為狀態(tài)變量向量;在最優(yōu)化潮流求解中,為簡簡化計算、提高計算速度,通常采用經(jīng)過簡化的直流潮流模型對n節(jié)點的電力系統(tǒng),直流潮流法的數(shù)學(xué)模型,稱為節(jié)點注入有功功率列相量。,稱為節(jié)點電壓相位角列相量。,稱為節(jié)點電納陣,它是一個(n-1)階對稱方陣。功率傳輸分布因子PTDF2區(qū)域電價法消除輸電阻塞的最佳方法區(qū)域電價法,它是根據(jù)阻塞線路(或線路割集)進行“市場分裂”,相應(yīng)的電價機制為“區(qū)域電價”(zonalprice)。節(jié)點電價法雖然采用了簡化的直流潮流模型來提高速度,但是在(1)式的不等式約束g(u,x)≤0中把所有的線路輸電容量約束都考慮進來,使得計算復(fù)雜、影響速度。在實際運行中,人們發(fā)現(xiàn)輸電阻塞通常只是頻繁地、明顯地發(fā)生在某些區(qū)域之間。而在這些區(qū)域內(nèi),輸電阻塞發(fā)生的概率較小。為此,提出區(qū)域電價法來簡化、替代節(jié)點電價法。我們用一個簡單的兩區(qū)域系統(tǒng)討論,如圖1(a),假設(shè)A、B是兩個區(qū)域,它們內(nèi)部輸電阻塞發(fā)生的概率較小,但是連接AB母線的輸電線經(jīng)常出現(xiàn)阻塞現(xiàn)象。采用區(qū)域電價法消除AB母線間輸電線的阻塞,首先,根據(jù)阻塞的歷史數(shù)據(jù)將整個網(wǎng)絡(luò)劃分成A、B2個區(qū)域。其次,運用2.1節(jié)中的最優(yōu)化潮流方法進行調(diào)度,網(wǎng)絡(luò)安全約束中只考慮A、B2個區(qū)域間的輸電線,A、B區(qū)域內(nèi)的所有線路都不要考慮。最后,在上述調(diào)度的基礎(chǔ)上,再次運用最優(yōu)化潮流方法調(diào)整區(qū)域內(nèi)各發(fā)電商和用戶的功率。這樣能較快的消除阻塞,但是在解決輸電阻塞問題時又存在另外一個缺陷,即由于阻塞影響使得從用戶收取的費用經(jīng)常比支付給發(fā)電商的費用大,從而產(chǎn)生了交易盈余。還是用圖1敘述交易盈余的產(chǎn)生,當(dāng)線路沒有傳輸容量限制時,在電力聯(lián)營中心,區(qū)域A、B競價上網(wǎng)的電價分別為250元/(MWh)和300元/(MWh),根據(jù)最優(yōu)化潮流計算,總負荷為300MW(100MW+200MW),以購電費最少為目標(biāo)函數(shù),則區(qū)域A的發(fā)電出力為300MW,提供全部負荷,區(qū)域B出力為0。全網(wǎng)同價,市場結(jié)算價格為250元/(MWh)。當(dāng)線路AB的傳輸容量為100MW,按原計劃發(fā)電,線路AB上出現(xiàn)阻塞,考慮到AB線路的約束,用區(qū)域電價法重新進行最優(yōu)化潮流計算,調(diào)整發(fā)電計劃,區(qū)域A被迫少發(fā)100MW,區(qū)域B增發(fā)100MW。區(qū)域A的電價仍為系統(tǒng)邊際電價250元/(MWh),而區(qū)域B的電價由于發(fā)生傳輸阻塞而提高為300元/(MWh),此時電力聯(lián)營中心的購電費用為8萬元/h(250×200+300×100),用戶上交的電費為8.5萬元/h(250×100+300×200),用戶上交電費與交易中心購電費用之差為5000元/h(85000元-80000元),這就是交易盈余。顯然,電網(wǎng)公司不能因阻塞而擁有交易盈余,因為這樣不利于電網(wǎng)健康發(fā)展,我們可以把交易盈余補償給阻塞區(qū)域即區(qū)域B的用戶。3市場上的阻塞管理限上和限下的方法,即聯(lián)營在不計約束的情況下,根據(jù)負荷量按市場結(jié)算價格(MCP)統(tǒng)一購電、安排發(fā)電計劃后,運行時發(fā)生阻塞,用限上方法(對未納入發(fā)電計劃的機組,按報價由低到高安排發(fā)電)和限下方法(對已納入發(fā)電計劃的機組,按報價由高到低減少發(fā)電或停發(fā))管理。節(jié)點電價法和區(qū)域電價法,實質(zhì)上都是尋優(yōu)算法,采用的數(shù)據(jù)是電廠自報的功率/價格曲線,其中有的電廠為了多獲利,可能會采取策略性的報價,使得用一般算法不能達到最優(yōu)。而且在處理支路阻塞情況時不夠靈活。而限上和限下的方法相對來說就簡單、實用些,它在英國電力市場也應(yīng)用了多年。該方法首先由電力聯(lián)營中心根據(jù)每個電廠的報價,從報價最低的開始累加,可得出一條“價格——發(fā)電量”曲線。再根據(jù)用電需求與電價的關(guān)系可繪出一條“價格——需求量”曲線。兩條曲線相交處即為“市場結(jié)算價格”(MCP)。報價低于或等于MCP的電廠一律按MCP價格上網(wǎng)售電。報價高于MCP的電廠即告競爭失敗(見圖2)。這是一個時段(1h)的發(fā)電計劃,未計及網(wǎng)絡(luò)安全約束。在實際運行中,當(dāng)出現(xiàn)傳輸阻塞時,需要對未納入發(fā)電計劃的容量按報價由低到高的順序安排機組發(fā)電(限上),已納入發(fā)電計劃的容量按報價由高到低的順序安排機組停發(fā)或少發(fā)電(限下)。這種方法盡量運用經(jīng)濟規(guī)律來管理電力市場的運營,公平合理,簡單易行,比較適合于我國的情況。下面是各機組競價上網(wǎng)的例子各電廠某一時段申報的競價上網(wǎng)曲線用坐標(biāo)曲線表示,如圖2所示。根據(jù)供需平衡的原則,市場結(jié)算價為兩曲線交點處的260元/MWh,報價低于260元/MWh的機組上網(wǎng)發(fā)電,即發(fā)電廠1報價為230元/MWh的機組可發(fā)電70MWh,報價為260元/MWh的機組可部分發(fā)電,發(fā)電廠2報價為250元/MWh的機組可發(fā)電50MWh,但不論報價是多少,電力聯(lián)營中心的購電價均為260元/MWh。而發(fā)電廠2報價為300元/MWh的機組不能發(fā)電。若出現(xiàn)傳輸阻塞,調(diào)整發(fā)電計劃,按限上和限下的原則,發(fā)電廠2報價為300元/MWh的機組可能上網(wǎng)發(fā)電,而發(fā)