1、电力经济学基础（电力经济学基础（2）-阻塞管理与节点边际电价阻塞管理与节点边际电价基础知识v学习内容：学习内容： 阻塞管理 区域边际电价 节点边际电价1 阻塞管理阻塞管理阻塞管理提出的背景v电网资源的稀缺性。电网在电力系统中属于一种电网资源的稀缺性。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稀缺资源。线路输电能力的有限性天然地制约着电力需求的无限增长。电力需求的无限增长。v传统计划体制下，线路功率越限是内部问题。传统计划体制下，线路功率越限是内部问题。v市场经济体制下，线路功率越限涉及各方市场主市场经济体制下，线路功率越限涉及各方市场主体的利益均衡。体的利益均衡。阻塞管
2、理提出的背景v传统的电力工业是按地域建立垄断性的发电、输传统的电力工业是按地域建立垄断性的发电、输电、供电电、供电一体化一体化的垂直管理体系。的垂直管理体系。v它有一套严密的计划管理体系以实现规划、运行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、调度，完成诸如负荷预测、状态估计、发电调度、无功控制、度、无功控制、AGC、开停机计划、事故预想和、开停机计划、事故预想和紧急安全控制等功能。紧急安全控制等功能。v在这种体制下，电力系统中所有涉及到的问题都在这种体制下，电力系统中所有涉及到的问题都视为视为内部子问题内部子问题大多可通过行政手段，或是各方大多可通
3、过行政手段，或是各方协调的方法来解决。协调的方法来解决。阻塞管理提出的背景v当实际运行中出现线路功率越限时，短期的处理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。行切除负荷，以降低流过线路的功率。v长期的解决办法就是对电网的扩建和设备的更新长期的解决办法就是对电网的扩建和设备的更新与替换。与替换。v这些方法都存在一个通病那就是责权不清，资金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
4、是对于系统运行人员还是电力分配不明晰。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。平或明确的经济信号。阻塞管理提出的背景v传统的发电、输电、供电垂直一体化的垄断型经传统的发电、输电、供电垂直一体化的垄断型经营分解为营分解为独立的独立的发电公司、输电公司和配电公司发电公司、输电公司和配电公司。v上述解决支路越限的传统方法，在新的环境下已上述解决支路越限的传统方法，在新的环境下已不再适用，于是阻塞问题便应运而生。不再适用，于是阻塞问题便应运而生。阻塞管理提出的背景v当线路潮流越限时如何分清各方的责任，如何给当
5、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的运行，公正合理的缓解阻塞是各方研究的焦点。v在市场经济的条件下，买卖双方要求都能自由的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重要组成。矛盾双方是阻塞管理的重要组成。阻塞管理定义v从技术上讲就是建立一套合理的调度方案，使系从技术上讲就是建立一
6、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；统各线路在容量限制的范围内安全运行；v从经济上讲，就是制定一套合理的输配电阻塞费从经济上讲，就是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。的经济激励，尽可能消除阻塞现象。阻塞管理的特征和重要性v保持系通安全稳定运行；保持系通安全稳定运行；v合理利用输电网资源；合理利用输电网资源；v保障电力工业健康发展；保障电力工业健康发展；v优化系统运行。优化系统运行。阻塞管理的发展v在市场初期，市场模式较为简单，人们通常采用在市场初期，市场模式较为简单
7、，人们通常采用简单阻塞管理方法。简单阻塞管理方法。v随着市场模式的复杂化，尤其是电力市场对安全随着市场模式的复杂化，尤其是电力市场对安全性的要求，节点边际电价成为了阻塞管理的首选性的要求，节点边际电价成为了阻塞管理的首选方案。方案。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 s
8、plitting再调度redispatching逆流交易counter trading先到先服务型first come,first serve市场分裂-区域边际电价v定义：在一定的系统运行状况下，区域新增加单定义：在一定的系统运行状况下，区域新增加单位电力需求时，所需增加的最小购电成本。区域位电力需求时，所需增加的最小购电成本。区域边际电价反映不同区域的短期边际成本，随着用边际电价反映不同区域的短期边际成本，随着用电时间和位置的不同而不同。电时间和位置的不同而不同。市场分裂-区域边际电价v存在条件：在不计网损情况下，不同区域之间存存在条件：在不计网损情况下，不同区域之间存在输电阻塞。如果没有阻
9、塞，各区域边际电价相在输电阻塞。如果没有阻塞，各区域边际电价相同，就是系统边际电价。同，就是系统边际电价。v影响区域边际电价的因素：报价、需求、阻塞。影响区域边际电价的因素：报价、需求、阻塞。区域边际电价稳定限额150MW报价￥800/MWh 负荷1=50MW负荷2=350MW区域区域2P1=200MW最大出力=250MW报价 ￥200/MWhP2=40MW，P2max=150MWP3=160MWP3max=160MW报价 ￥600/MWh区域区域1阻塞盈余发电企业的售电收入是否等于电力用户的购电支出？发电企业的售电收入是否等于电力用户的购电支出？阻塞管理的发展v节点边际电价（节点边际电价（L
10、ocational Marginal Price）既）既是衡量电能价值的一种定价方式，同时也是缓解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。阻塞的一种方法。v目前美国建立的几个电力市场如：目前美国建立的几个电力市场如：PJM、ERCOT、SPP、NY-ISO、CAISO、ISO-NE、MISO均采均采用或将要采用节点边际电价作为阻塞管理和电能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。量现货市场定价的方法。2 节点边际电价与金融输电权节点边际电价与金融输电权介绍内容v节点边际电价节点边际电价v金融输电权金融输电权目前定价、结算方法v按报价结算按报价结算 v按
11、市场出清价结算按市场出清价结算 v按节点边际电价结算按节点边际电价结算 按报价结算v中标机组的结算价格为机组投标时的报价中标机组的结算价格为机组投标时的报价按市场出清价结算 v所有中标机组按最后一台中标机组的报价进行结所有中标机组按最后一台中标机组的报价进行结算算目前澳大利亚国家电力市场采用这种结算方法节点边际电价美国各区域电力市场广泛采用节点边际电价v节点边际电价的起源节点边际电价的起源vFRED C. SCHWEPPE提出提出 v经济含义：当前系统运行状经济含义：当前系统运行状态下某节点增加一单位有功态下某节点增加一单位有功，同时保证电力系统安全运，同时保证电力系统安全运行所需的最小购电费
12、用。行所需的最小购电费用。节点边际电价v节点边际电价作用：节点边际电价作用：1.度量买卖电的价格度量买卖电的价格2.衡量阻塞费用衡量阻塞费用节点边际电价v发电机按所在节点的发电机按所在节点的LMP收费收费v负荷按所在节点的负荷按所在节点的LMP付费付费v双边交易支付功率流出节点与功率注入双边交易支付功率流出节点与功率注入节点的节点边际电价差节点的节点边际电价差v节点边际电价是在保障电力系统安全运行的基础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。上计算出来的。v保障电力系统安全运行的要求作为约束条件，参保障电力系统安全运行的要求作为约束条件，参与节点边际电价的计算与节点边际电价的计
13、算节点边际电价电力系统安全运行v电压运行极限电压运行极限v热稳定极限热稳定极限v稳定运行极限稳定运行极限v等等等等变压器超出运行极限经济含义v节点边际电价是经济调度的副产物节点边际电价是经济调度的副产物v保证全系统购电费用最小保证全系统购电费用最小v衡量系统资源稀缺状况衡量系统资源稀缺状况节点边际电价v在无网络约束时在无网络约束时ISO按发电商报价从低到高购买电能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节点边际电价我要买最便宜的电负荷v在无网络约束时在无网络约束时ISO按发电商报价从低到高购买电能按发电商报价从低到高购买电能节点边际电价计算v电力系统是一个复杂非线性系统电力系统是
14、一个复杂非线性系统v满足基尔霍夫定律满足基尔霍夫定律v为使节点边际电价实用需要简化（精度保证在工为使节点边际电价实用需要简化（精度保证在工程允许范围内）程允许范围内）v电力系统的安全运行的约束转化为有功功率的约电力系统的安全运行的约束转化为有功功率的约束束节点边际电价-直流潮流v实际应用中采用直流潮流模型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支路功率的分布可以类比成简单电路3MW1MW3MW2MW节点边际电价-负荷分布系数ABCI = 1I = 1I = 1100300300200100PDFs (Out C)Line1/32/3A-C2/31/3B-CAIn BA-B1/
15、3-1/3ABCI = 1I = 1I = 1200600600200400ABCI = 1I = 1I = 1100900600400500300节点边际电价计算v牢记节点边际电价的含义，使我们更清楚认识节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。点边际电价的计算。 当前系统运行状态下某节点增加一单位有功，同当前系统运行状态下某节点增加一单位有功，同时保证电力系统安全运行所需的最小购电费用。时保证电力系统安全运行所需的最小购电费用。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
16、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阻塞发生阻塞发生阻塞费用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
17、 = 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费用=0阻塞费用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费用=$10/MW阻塞盈余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
18、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阻塞盈余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阻塞盈余v如何处理这部分盈余？如何处理这部分
19、盈余？金融输电权金融输电权v从阻塞中收取费用的权利从阻塞中收取费用的权利v与实际是否发电、购电无关与实际是否发电、购电无关金融输电权v各种类型输电权的优劣各种类型输电权的优劣Obligations：购买的金融输电权方向与实际阻塞方向相同获得收益购买的金融输电权方向与实际阻塞方向相反遭受损失金融输电权Options：购买的金融输电权方向与实际阻塞方向相同获得收益购买的金融输电权方向与实际阻塞方向相反收益为0金融输电权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/MW1
20、50 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B-A(obl)=1*(20-20)=$0金融输电权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投标价格投标价格: $20/MWLimit: 200 MWActual: 150 MW无阻塞发生无阻塞发生A-B(obl)=1*(20-20)=$0金融输电权AB竞价电量竞价电
21、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投标价格投标价格: $20/MWLimit: 200 MWActual: 150 MW无阻塞发生无阻塞发生B-A(opt)=1*(20-20)=$0金融输电权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
22、价格: $20/MWLimit: 200 MWActual: 150 MW无阻塞发生无阻塞发生A-B(opt)=1*(20-20)=$0金融输电权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B-A(obl)=1*(30-20)=$10金融输电权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
23、: 200 MW投标价格投标价格: $20/MW阻塞发生阻塞发生A-B(obl)=1*(20-30)=$-10金融输电权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B-A(opt)=1*(30-20)=$10金融输电权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A-B(opt)=1*max(20-30),0)=$0金融输电权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=150*30-90*30-60*20盈余 $600如果购买60MWB到A的金融输电权收益=60*(30-20)=$600
