（電力系統(tǒng)及其自動化專業(yè)論文）電力市場的阻塞管理和動態(tài)行為研究.pdf

沌運動的特點。根據(jù)電價動態(tài)行為的混沌特性，提出了基于混沌理論的電價預測模型。 該模型在電價及其相關因素等多變量時間序列重構的相空間上，利用遞歸神經網絡來 跟蹤相空間相鄰相點間的演化行為，建立起電價的全局和局域預測模型，較好地實現(xiàn) 了電價的短期預測。 關鍵詞：電力市場，阻塞管理，交易調整，阻塞定價，動態(tài)行為，混沌 i i a b s t r a c t t h ee l e c t r i c p o w e ri n d u s t r y h a s e x p e r i e n c e d o rh a sb e e n e x p e r i e n c i n g a l l u n p r e c e d e n t e dr e f o r m a t i o no fd e r e g u l a t i o nt o t r a d i t i o n a lm o n o p o l ya n di n t r o d u c t i o no f c o m p e t i t i o ni nm a n y c o u n t r i e sa l lo v e rt h ew o r l di nt h el a s td e c a d e s ar m i o n a ls o l u t i o nt o t h ee c o n o m i ca n d t e c h n o l o g i c a li s s u e so np o w e r m a r k e ti sk e yt ot h es u c c e s s f u lo p e r a t i o no f p o w e rm a r k e t a m o n gt h o r n ，c o n g e s t i o nm a n a g e m e n ta n dd y n a m i cb e h a v i o rp r o b l e m sa r e i m p o r t a n ta s p e c t s o fp o w e rm a r k e tr e s e a r c h c o n g e s t i o nm a n a g e m e n ti s t h ec e n t e ro f t r a n s m i s s i o n m a n a g e m e n t ；i t sr a t i o n a ls o l u t i o np l a y sam a j o rr o l ei no p e na c c e s so f t r a n s m i s s i o nn e t w o r k d y n a m i cb e h a v i o ra n a l y s i sp r o v i d e st h eb a s i st od e t e r m i n eb i d d i n g s t r a t e g yo fg e n e r a t o r s ，m a n a g ed e m a n ds i d e sa n dr e g u l a t em a r k e tm o d e l s t h e r e f o r e ，t h i s d i s s e r t a t i o nd e v o t e dt ot h er e s e a r c ho nc o n g e s t i o n m a n a g e m e n ta n dd y n a m i cb e h a v i o r p r o b l e m so f p o w e r m a r k e t 1 1 1t h ea s p e c to f c o n g e s t i o nm a n a g e m e n t t h ee x i s t i n gt r a n s a c t i o na d j u s t m e n tm o d e l s a r eb r i e f l yr e v i e w e d ，a n dau n i f i e df r a m e w o r kf o rt h e s em o d e l si s d e v e l o p e d w i t ht h e i n t r o d u c t i o no fs e v e r a l p e r f o r m a n c ei n d e x e s ，t h ee x i s t i n gm o d e l s a l e a n a l y z e d a n d c o m p a r e d t h em e r i t sa n dd e f e c t so f t h ee x i s t i n gc o n g e s t i o n p r i c i n gm e t h o d sa r cd i s c u s s e d ， b ym e a n so f t h ea u m a n n s h a p l e yv a l u e ，as o l u t i o nc o n c e p ti nt h ec o o p e r a t i v eg a m ew i t h i n f i n i t e l ym a n yp l a y e r s ，a nc o s ta l l o c a t i o nm e t h o di sp r o p o s e dt oo v e r c o m et h ed e f e c t so f t h es h a d o wp r i c em e t h o da n dt h em a r g i n a la n di n c r e m e n t a lm e t h o di nt h ec o n g e s t i o nc o s t a l l o c a t i o nt oc o n g e s t e dl i n e s i no r d e rt od e s c r i b et h ef u z z yc h a r a c t e r i s t i c so ft r a n s a c t i o n c u r t a i l m e n tp r o b l e m ，at r a n s a c t i o nc u r t a i l m e n tm o d e lb a s e do n f u z z yt h e o r yi sp r o p o s e d ，i n t h i s m o d e l ，t h ee s t a b l i s h m e n to ft h ef u z z yc u r t a i l m e n ts e ta n dt h ef u z z yo p t i m i z a t i o n c u r t a i l m e n tm o d e lc a r lr e d u c et h ei m p a c to ft h ec o m p u t a t i o n a le r r o r so f t h ep t d f so nt h e t r a n s a c t i o nc u r t a i l m e n ta n dl e a dt ol e s sc u r t a i l m e n tt h a nd o e st h ec r i s po p t i m i z a t i o nm o d e l w h e n s l i g h tv i o l a t i o no ft h eo p e r a t i o n a ll i m i t si sa l l o w e d i nv i e wo ft h ee x i s t i n gn e t w o r k p a r t i t i o n i n gm e t h o d sf o rz o n a lp r i c i n g ，b yt a k i n gi n t oa c c o u n tu n c e r t a i n t i e si nt h eg e n e r a t i o n b i d s ，l o a d sa n db i l a t e r a lt r a n s a c t i o n sa n di n t r o d u c i n gt h es c a l es p a c et h e o r yt h a ts i m u l a t e s h u m a nv i s u a ls y t t 韶n ，an e t w o r k p a r t i t i o n i n gm e t h o db a s e do nt h es c a l es p a c eh i e r a r c h i c a l n i c l u s t e r i n g i s p r o p o s e d ，a c h i e v i n g a c c u r a t en e t w o r k p a r t i t i o n i n g w i t h o u t a n y ap r i o r i p a r t i t i o n i n gk n o w l e d g e i nt h e a s p e c t o fd y n a m i cb e h a v i o rs t u d y , b yu s i n gc o u r n o tm o d e lt om o d e lt h e o l i g o p o l i s t i cg a m e o f g e n e r a t o r si np o w e rm a r k e t ，t h ec o u m o td y n a m i cm o d e l sw i t ha n d w i t h o u tn e t w o r kc o n s t r a i n t sa r e p r e s e n t e d b a s e do n t h e s em o d e l s ，t h en a s h e q u i l i b r i u ma n d i t ss t a b i l i t ya r ea n a l y z e dq u a l i t a t i v e l y ；t h ee f f e c to fs o m em a r k e tp a r a m e t e r si sd i s c u s s e do n i t ss t a b i l i t y , t h em a r k e td y n a m i cb e h a v i o r sa r es i m u l a t e da sm a r k e t p a r a m e t e r sv a r y , a m o n g t h e m ，t h ep e r i o d i co rc h a o t i cd y n a m i cb e h a v i o r sa r ef o c u s e dw h e nt h em a r k e tp a r a m e t e r s a r eo u to ft h es t a b i l i t yr e g i o no ft h en a s h e q u i l i b r i u m i nt h er e c o n s t r u c t e dp h a s es p a c e ，t h e c h a o t i cf e a t u r eo fe l e c t r i c i t yp r i c ea n dl o a di nt w oa c t u a lp o w e rm a r k e ta r ea n a l y z e da n d v e r i f l e db yt h ee x t r a c t i o no ft h em a i nf e a t u r eo fa t t r a c t o r sa n dt h ev e r i f i c a t i o nm e t h o do f s u r r o g a t ed a t a d u et ot h ec h a o t i cb e h a v i o ro fe l e c t r i c i t yp r i c e ，t h es h o r t t e r mf o r e c a s t i n g m o d e lo f e l e c t r i c i t yp r i c ei sp r o p o s e db a s e do nc h a o st h e o r y , i nt h i sm o d e l ，t h ep h a s es p a c e i sr e c o n s t r u c t e db ym u l t i v a r i a t et i m es e r i e s ，i et h es y s t e ml o a da n da v a i l a b l eg e n e r a t i n g c a p a c i t yt i m es e r i e s ，a n df u r t h e rt h eg l o b a la n dl o c a le l e c t r i c i t yp r i c ef o r e c a s t i n gm o d e l s b a s e do nt h er e c u r r e n tn e u r a ln e t w o r ka r ee s t a b l i s h e d t h r o u g ht r a c i n gt h ee v o l u t i o nt r e n do f t h ea d j a c e n tp h a s ep o i n t si nt h ep h a s es p a c e ，a c h i e v i n ga c c u r a t es h o r t t e r mf o r e c a s t i n go f t h ee l e c t r i c i t y p r i c e k e y w o r d s ：p o w e rm a r k e t ，c o n g e s t i o nm a n a g e m e n t ，t r a n s a c t i o na d j u s t m e n t ，c o n g e s t i o n p r i c i n g ，d y n a m i cb e h a v i o r , c h a o s i v 獨創(chuàng)性聲明 y 5 7 8 s 6 3 本人聲明所呈交的學位論文是我個人在導師指導下進行的研究工 作及取得的研究成果。盡我所知，除文中已經標明引用的內容外，本論 文不包含任何其他個人或集體已經發(fā)表或撰寫過的研究成果。對本文的 研究做出貢獻的個人和集體，均已在文中以明確方式標明。本人完全意 識到本聲明的法律結果由本人承擔。 學位論文作者簽名：楊洪明 2 0 0 3 年1 1 月7 日 學位論文版權使用授權書 本學位論文作者完全了解學校有關保留、使用學位論文的規(guī)定，即： 學校有權保留并向國家有關部門或機構送交論文的復印件和電子版，允 許論文被查閱和借閱。本人授權華中科技大學可以將本學位論文的全部 或部分內容編入有關數(shù)據(jù)庫進行檢索，可以采用影印、縮印或掃描等復 制手段保存和匯編本學位論文。 保密口，在年解密后適用本授權書。 本論文屬于 不保密口。 ( 請在以上方框內打“4 ”) 學位論文作者簽名：楊洪明指導教師簽名：何仰贊段獻忠 2 0 0 3 年1 1 月7e t2 0 0 3 年1 1 月7 日 罄溺意 1 緒論 本章闡述了電力市場環(huán)境下阻塞管理和動態(tài)行為研究的重要意義，綜述了阻塞管理和動態(tài)行 為問題的研究現(xiàn)狀，簡單介紹了本文研究的主要內容。 1 1 問題的提出 電力工業(yè)正在由傳統(tǒng)的壟斷管制型向競爭監(jiān)管型轉變，解除管制、引入競爭已成 為世界各國電力行業(yè)發(fā)展的總趨勢，如英國、美國、智利、阿根廷、巴西、墨西哥、 加拿大、澳大利亞、德國、西班牙、挪威、日本、韓國以及中國等許多國家的電力工 業(yè)都發(fā)生或正在醞釀著一系列深刻的改革【l 。5 】。電力工業(yè)的這一巨大改革就是要將電力 工業(yè)納入市場經濟運營體系之中，通過市場競爭來實現(xiàn)資源的最優(yōu)配置，提高效率， 降低成本，保證優(yōu)質服務，實現(xiàn)合理規(guī)劃，促進電力工業(yè)長期持續(xù)穩(wěn)定發(fā)展。 電力工業(yè)的市場化改革帶來了多方面的經濟效益，如降低發(fā)電成本，提高對用戶 的供電水平，實行公平的調度，吸引各方投資等，但是，它同時也導致了一系列新問 題的出現(xiàn)，如電網的安全運行與控制問題、市場交易問題、市場監(jiān)管問題等。盡管從 最早的電力市場改革到現(xiàn)在已經有2 0 多年，很多國家和地區(qū)都建立了電力市場，但目 前仍然存在著許多沒有解決的問題，有些市場的運行還很不穩(wěn)定。在2 0 0 1 年春，美國 的c a l i f o m i a 市場出現(xiàn)的電力危機就是最明顯的例子，大規(guī)模停電、電力批發(fā)價格飛 漲、電力公司破產【6 ，7 】。對電力市場相關經濟技術問題的合理解決成為了市場成敗的關 鍵，對這些問題的研究也引起了電力工作者、經濟學家、政治學家等的廣泛關注，電 力市場研究成為電力系統(tǒng)領域最重要的研究內容之一。本文對其中的兩個重要問題， 即阻塞管理和動態(tài)行為進行了深入的研究。 電力市場與其它商品市場的不同在于( 輸電環(huán)節(jié)表現(xiàn)得尤為突出) ：電能輸送通過 結構復雜的輸電系統(tǒng)進行，要遵守基爾霍夫定律，同時必須滿足多種物理約束，輸電 路徑十分復雜，且不能人為指定。輸電系統(tǒng)的這種復雜特性限制了市場交易的自由傳 送。當輸電網的傳輸功率超過它的傳輸限值( 包括輸電線路的熱容量限制和系統(tǒng)的穩(wěn)定 性限制) 時，便出現(xiàn)了阻塞。阻塞使原有的電能交易計劃無法實現(xiàn)，使系統(tǒng)的安全性和 穩(wěn)定性受到威脅，影響了系統(tǒng)資源的最優(yōu)配置和利用，還可能導致市場力的濫用，引 起市場電價的扭曲。因此，研究合理地解決阻塞問題已成為輸電網管理的核心內容， 阻塞的有效管理成為了電力市場化成功運營的重要標志。 在電力市場中，每個市場成員( 發(fā)電廠、輸電公司和用戶) 都是一個獨立的經濟利 益主體，自身利益的最大化是其唯一的目標，因而利潤最大化是其運動的動力所在， 最大利潤點是其運動的方向。然而，電力市場成員的運動不是孤立的，在物理基爾霍 夫定律的支配下，電力市場依靠電價與供求數(shù)量等信號來協(xié)調各個市場成員的運動， 最終實現(xiàn)電力系統(tǒng)資源的優(yōu)化配置，實現(xiàn)電力市場的社會效益的最優(yōu)。電力市場的這 種動態(tài)行為，即發(fā)電商、用戶和輸電公司之間的交易量以及市場電價隨時間而變化的 演化過程包含了市場中的各種信息，綜合反映出各種市場因素的變化特點。分析并掌 握電力市場的動態(tài)行為特性有助于市場管理者制定有效的市場規(guī)則來合理運營電力市 場，也有助于市場參與者制定有效的交易計劃來獲得最大的經濟利潤。動態(tài)行為的研 究為發(fā)電商報價策略的制定、電力需求側的管理以及電力市場模式的監(jiān)管提供了基礎， 對于電力市場研究與實踐的深入開展有著極其重要的意義， 1 2 阻塞管理的研究現(xiàn)狀 阻塞( c o n g e i t i o n ) 是由于輸電網絡約束的限制，使輸電網的輸送能力不足以同時 傳輸所有市場交易的一種狀態(tài)，它表征出輸電網的有限容量特性1 8 , 9 】。阻塞為輸電設備 的過負載，即輸電線路或變壓器上的傳輸功率超過其允許的最大限值。在傳統(tǒng)的壟斷 管制模式下，由于系統(tǒng)調度和各發(fā)電廠同屬于一個經濟實體，阻塞管理只需由壟斷電 力公司中的調度員向各個發(fā)電廠發(fā)出調度指令，根據(jù)需要調節(jié)發(fā)電機組出力，直至電 力系統(tǒng)運行在輸電約束之內即可 1 0 】。然而，在電力市場化運營之后，輸電系統(tǒng)和發(fā)電 廠成為彼此獨立的經濟利益實體，負責系統(tǒng)運行的獨立系統(tǒng)調度員( i n d e p e n d e n t s y s t e mo p e r a t o r ，簡稱為i s o ) 必須平等對待各個市場參與者，在市場效益最大或發(fā)電 費用最小等目標下找出合理的阻塞管理方法，調整網絡潮流，在保證系統(tǒng)安全的同時， 維護市場的效率。 阻塞是由網絡輸電容量與交易計劃( 包括聯(lián)營體p o o l 中的交易計劃也包括雙邊 多邊交易計劃) 之間的矛盾引起的，合理解決阻塞的方法主要有兩類：基于輸電網運行 參數(shù)優(yōu)化的阻塞消除方法和基于交易計劃調整的阻塞消除方法 1 1 , 1 2 】。前一類阻塞消除 方法是通過優(yōu)化輸電網絡結構和控制器參數(shù)來改變網絡潮流，以消除阻塞。這種方法 避免了市場交易計劃的更改，可以獲得最好的市場經濟效益。但是，該方法無法完全 消除阻塞。于是人們紛紛展開了第二類阻塞消除方法的研究，這也是本文研究的重點。 阻塞管理中交易計劃的調整既涉及技術又涉及經濟問題。從短期而言，它需要制定公 平的交易裁減和調整方案，確保系統(tǒng)的安全可靠運行：從長期而言，它需要制定正確 的阻塞電價為系統(tǒng)的長期健康發(fā)展提供激勵 1 3 , 1 4 】。 1 2 1 基于輸電網運行參數(shù)優(yōu)化的阻塞消除 輸電網絡作為電力交易的流通平臺，應該盡可能提高自身的輸送能力以保證電力 市場的自由度和競爭性。當出現(xiàn)阻塞時，首先應通過對輸電網絡結構和現(xiàn)有控制設備 的調整來最大限度地滿足市場參與者的交易計劃。目前電力系統(tǒng)中常見的可控設備有 變壓器分抽頭、移相器和各種并聯(lián)補償裝置。f a c t s 技術的應用將為系統(tǒng)潮流的控制 提供更加有力的工具，提高i s o 通過輸電網運行參數(shù)的優(yōu)化解決阻塞問題的能力。 文獻 1 5 1 研究了利用現(xiàn)有控制參數(shù)的調整，包括線路、變壓器、母聯(lián)開關的投切 位置、輔助服務的有功和無功、變壓器抽頭位置等來解決阻寨問題的優(yōu)化方法，但未涉 及f a c t s 裝置。文獻 1 6 研究了f a c t s 裝置在緩解阻塞和減小交易裁減方面的作用。 以靜止無功補償器( s v c ) 和晶閘管控制串聯(lián)補償器( t c s c ) 兩種f a c t s 裝置為例進 行了仿真計算，得出的結論表明f a c t s 裝置以合適的參數(shù)安置在合適的地點，可以 增大系統(tǒng)的輸電能力，有效緩解阻塞和減小交易的裁減量。但文中沒有提出一種有效 的方法來確定f a c t s 裝置的安裝地點及其參數(shù)，只是采取了試探性的方法來解決這 一問題。文獻 1 7 1 9 同時研究了在系統(tǒng)規(guī)劃中如何確定f a c t s 裝置裝設的最佳位置 以及在運行時如何優(yōu)化f a c t s 裝置的參數(shù)兩個問題，并且提出了一種基于靈敏度來 確定f a c t s 裝置最佳安裝地點的方法。 在目前利用f a c t s 解決阻塞的文獻中，大多數(shù)都只涉及技術而未提及其費用問 題。由于f a c t s 設備投資較高，用于阻塞管理，從經濟角度來講是否可行尚有待研 究。另外，有關f a c t s 的研究并未充分考慮f a c t s 設備與其他控制手段之間的相互 配合來共同消除阻塞，有關這一方面的研究還需進一步加強。 1 2 2 基于交易計劃調整的阻塞消除 在輸電網結構和參數(shù)優(yōu)化之后仍不能完全解決阻塞問題，i s o 必須對市場參與者 提出的交易計劃進行調整，從而實現(xiàn)阻塞的消除，確保電力系統(tǒng)的安全運行。基于交 3 易計劃調整的阻塞消除問題是在滿足輸電網運行和安全約束的條件下，以交易計劃調 整為目標的優(yōu)化問題。因而，該問題解決的關鍵在于構建合理的交易調整模型，即如 何設定交易計劃的調整目標和選取約束條件。 在不同的電力市場中，所采用的交易模式不同，處理阻塞的時段不同，設定的調 整目標不同，對輸電網約束的處理不同，都會導致不一樣的交易調整模型，由此得到 不同的交易調整結果。下面按照優(yōu)化目標和約束條件以及阻塞處理時段對交易調整模 型的影響來分別探討現(xiàn)有的交易調整模型。 一、交易調整模型的優(yōu)化目標 調整目標是交易調整模型構建的關鍵，它的選取直接影響著市場各交易調整量的 大小，影響著交易者報價策略的制定，決定著基于交易調整的阻塞消除方法能否公平 地對待每個市場參與者，直接關系到阻塞管理機制運營的成敗。目前，廣泛采用的調 整目標主要有兩大類：調整費用最小和調整量最小。 1 ) 調整費用最小 在采用交易者上報的調整標來消除阻塞的方法中，交易調整模型的優(yōu)化目標一般 為調整費用最小。調整費用是指購買調整標的費用。調整標是在交易計劃的基礎上， 交易者提供的調整交易電量的報價，它包括增標( 增加交易電量的報價) 和減標( 減少交 易電量的報價) 兩個部分，報價曲線一般要求是單調上升的，可以是連續(xù)函數(shù)或分段函 數(shù)。對于p o o l 交易而言，發(fā)電商和用戶可以按照各自的意愿，獨立地上報調整標 2 0 , 2 1 】。 對于雙邊多邊交易而言，交易的雙方或多方可以分別上報各自的調整標 8 , 2 2 , 2 3 】，也可 以采用一起上報調整標的方式 2 4 , 2 5 , 2 6 】。 在采用p o o l 交易的模式中，調整標的獲取除了交易者在原p o o l 交易計劃的基礎 上重新上報調整標以外，還可以采用交易者原先上報的容量標( 容量標是交易者上報的 用以決定p o o l 交易計劃的報價) 來反映交易調整的費用 2 7 1 。采用容量標作為調整標的 這種報價形式雖然不能實時反映出交易調整的費用，在一定程度上削弱了交易者參與 阻塞管理的積極性，但它卻可以簡化p o o l 交易的報價環(huán)節(jié)，避免市場電價的較大波動。 該報價方式在許多實際運營的電力市場，如英國的e n g l a n d w a l e s 市場的初期、美國 的p j m 、n e w e n g l a n d 和n e wy o r k 市場都有應用 2 8 - 3 0 】。 采用調整標資源來消除阻塞的方法可以積極發(fā)揮交易者參與阻塞管理的能動性， 盡量以市場的手段來進行交易的調整。在調整標如實反映交易調整價值的前提下，能 獲得在輸電網運行約束允許范圍內最好的經濟效益。然而，在交易者數(shù)量較少，競爭 _ 4 程度十分有限的市場中，交易者很容易操縱市場，在最大利益的驅動下交易上報的調 整標難以真正反映出交易調整的價值，造成以調整費用最小為目標的交易優(yōu)化調整失 去意義。此外，當市場中交易調整標資源短缺時，或者在輸電網發(fā)生意外事故，無交 易調整標資源時，也無法再啟用該方法來消除阻塞。為此，人們提出了直接采用調整 交易電量來消除阻塞的方法，設計了調整量最小的優(yōu)化目標。 2 1 調整量最小 調整量是指調整后的交易電量與交易計劃電量之間的偏差。對于p o o l 交易而言， 交易的調整量一般是指發(fā)電功率的調整量，此時用戶不參與功率的調整 3 1 1 。只有在通 過發(fā)電資源的調整仍然無法完全消除阻塞時，才會進一步考慮負荷功率的裁減【3 2 1 。對 于雙邊多邊交易而言，交易的調整會在發(fā)電方和用戶兩側同時進行，而且為了保持雙 邊多邊的交易形式，發(fā)電功率和負荷功率的調整量大小始終保持一致 3 3 - 3 8 1 。 以調整量最小為目標的優(yōu)化函數(shù)主要可以分為兩大類：交易調整量的絕對值最 小【3 3 , 3 4 ；交易調整量的加權平方和最小，其中不同的交易調整模型采用了不同的加 權系數(shù)，如文獻 3 5 ，3 6 采用了完全相同的加權系數(shù)，即都為l ：在北美可靠性委員會 ( n o r t ha m e r i c a ne l e c t r i cr e l i a b i l i t yc o u n c i l ，縮寫為n e r c ) 制定的輸電網傳輸負荷裁 減規(guī)則( t r a n s m i s s i o nl o a d i n gr e l i e f , 縮寫為t l 鼬中，采用了交易計劃電量的倒數(shù)作 為交易調整量的加權系數(shù) 3 7 1 ；文獻 3 8 】則采用了交易者上報的愿意付費系數(shù) ( w i l l i n g n e s s t o p a y ) 作為加權系數(shù)。 采用不同的調整目標會導致不同的交易調整特性。采用交易調整量絕對值最小的 目標函數(shù)，交易的調整量完全取決于交易對阻塞線路的靈敏度系數(shù)，只有靈敏度系數(shù) 最大的幾個交易才會被調整。采用交易調整量平方和最小的目標函數(shù)，交易的調整在 交易對阻塞線路靈敏度系數(shù)為正的所有交易之間分攤，調整量的大小與靈敏度系數(shù)的 大小成正比，與交易調整的加權系數(shù)成反比。 3 ) 調整費用和調整量最小 在有些交易調整模型中，還會采用調整費用和調整量最小的目標函數(shù)【3 9 1 。這種交 易調整模型往往會出現(xiàn)在p o o l + 雙邊多邊的交易模式中，為了簡化交易的報價環(huán)節(jié)， 一般是對雙邊多邊交易采用調整量函數(shù)，對p o o l 交易采用調整費用函數(shù)，且調整標 直接從p o o l 交易上報的容量標獲得。 總之，調整目標的形式多種多樣，它的合理選取要視市場的交易模式、阻塞發(fā)生 的頻率和程度、電力市場的發(fā)展階段以及電力系統(tǒng)的運營水平等眾多因素來綜合考慮。 二、交易調整模型的約束條件 約束是交易調整模型構建的必要條件。只有它的合理選取才能保證阻塞的真正消 除，確保系統(tǒng)運行的可靠和安全，也才能使交易計劃的調整切實可行。優(yōu)化問題的約 束條件無一例外都由等式約束和不等式約束構成。在交易調整模型中，等式約束包括 網絡的潮流方程，即節(jié)點的功率平衡等式約束，在有些情形下還包括雙邊多邊交易市 場的分離約束，不等式約束則由輸電線路的傳輸功率約束、發(fā)電機組出力限值約束以 及交易調整量限值約束等組成。 交易調整模型的網絡潮流方程存在d c 潮流方程和a c 潮流方程兩種形式。d c 潮 流方程是在忽略線路電阻，電壓幅值取1 等假設條件下，對a c 潮流方程進行的一種 簡化形式。由于d c 潮流方程的線性化，它可以簡化交易調整模型的求解過程，更直 觀地分析交易調整模型的調整特性，因而在很多文獻報道的交易調整模型中采用了 d c 潮流方程阱3 柏1 。然而，實際輸電網絡的物理特性滿足a c 潮流方程，如何對采用 a c 潮流方程的交易調整模型進行快速有效的求解，更準確地分析出它的交易調整特 性是今后進一步努力的方向。 在有些交易調整模型中，要求滿足雙邊多邊交易市場的分離約束，即在交易調整 之后，保持各個交易的發(fā)電功率和負荷功率大小相等2 4 ，4 0 。在忽略輸電網損的情況下， 只要雙邊多邊交易滿足市場分離約束，p o o l 交易的發(fā)電功率和負荷功率自然平衡，即 自然滿足市場分離約束。市場分離約束確保了在交易調整過程中，不會因為i s o 的調 整而在交易者之間產生新的交易。交易者之間的交易關系保持不變。但它卻限n t 用 戶電力需求的最大滿足，削弱了市場的經濟效益 4 ”。 對于輸電線路傳輸功率不等式約束的處理，在一般情況下都是一次考慮全部線路 的傳輸功率約束，從而同時消除所有輸電線路的阻塞。當輸電網絡進行電價區(qū)域劃分 時( 電價區(qū)域劃分是在使用區(qū)域電價的電力市場，如挪威和美國的c a l i f o r n i a 等市場中， 按照電價的相 l ；l 程度對輸電網進行分割，這一問題將在下一小節(jié)中進行詳細介紹) ，阻 塞消除問題會分為區(qū)域間的阻塞消除和區(qū)域內的阻塞消除 4 2 - 4 5 】。于是，在輸電線路傳 輸功率約束的處理方面，需要首先考慮區(qū)域間線路的傳輸功率約束，然后再計及區(qū)域 內線路的傳輸功率約束。 三、阻塞處理階段對交易調整模型的影響 在實際的電力市場中，交易市場按照時間劃分存在日前市場、時前市場和實時市 場。與此相對應，阻塞的處理就需要在不同的時段來完成，如在美國p j m 市場中，阻 塞的處理在日前市場和實時市場中進行 2 5 , 4 2 】；在c a l i f o r n i a 市場中，目前市場、時前市 場和實時市場都需要進行阻塞的消除 4 0 , 4 2 。 在不同的時段上處理阻塞，所采用的交易調整模型會存在一定程度的差異。上面 介紹的交易調整模型主要是針對l ：t 前市場和時前市場中阻塞的消除而提出的。在實時 市場的阻塞消除中，除了考慮有功功率交易計劃的調整外，還需要進行無功功率、旋 轉備用等輔助服務的調整。輔助服務的調整可以借鑒有功功率的調整方法，采用容量 標報價、調整標報價等手段，并在交易調整模型的優(yōu)化目標中體現(xiàn)【9 a 6 , 4 7 。在輸電網運 行約束方面，除了考慮正常狀態(tài)下的運行約束以外，還需要考慮意外事故情況下的約 束。因此，在實時市場所采用的交易調整模型的構建和求解會比日前市場和時前市場 的交易調整模型更復雜。本文主要研究日前市場和時前市場中，基于有功功率交易計 劃調整的阻塞消除問題。 目前，在基于交易計劃調整的阻塞消除問題的研究方面，人們已經展開了一些研 究工作，針對不同的交易模式和交易時段，構建出大量的交易調整模型。但是，由于 這一問題的復雜性，仍然存在許多有待進一步解決的問題，如：對現(xiàn)有的交易調整 模型進行統(tǒng)一描述，在一致的性能評價體系下對它們進行評價和比較，探討各自的優(yōu) 缺點以及適用的場合；尋找有效的優(yōu)化算法來求解交易調整模型，使得在較短的時 間內即可完成阻塞的消除，滿足電力市場實時運營的要求；尋求公正、透明的阻塞 消除方法，合理、有效地發(fā)布交易調整信息。 1 2 3 阻塞費用的定價方法 在微觀經濟學中，價格規(guī)律起著決定性作用，使市場自發(fā)地調節(jié)商品的供應和需 求，調節(jié)資源的配置。在電力市場環(huán)境下，阻塞管理除了通過對交易計劃的調整消除 阻塞以外，還必須為消除阻塞的費用進行合理的定價。阻塞費用的合理定價必須實現(xiàn) 阻塞費用在市場成員之間的公平分攤，促進輸電網的有效使用，從而減少阻塞的發(fā)生。 而且只有對阻塞費用進行合理定價，才能真正做到在阻塞情況下非歧視地對待所有市 場參與者，從而實現(xiàn)輸電網的公平開放。因而，阻塞費用的合理定價成為了阻塞管理 中的核心和焦點問題。目前，阻塞費用的定價方法主要可以分為兩大類：節(jié)點區(qū)域定 價法和阻塞費用分攤法。 一、節(jié)點區(qū)域定價法 1 1 節(jié)點定價法 節(jié)點電價( s p o t p r i c e ，也稱為實時電價) 理論的研究可以追溯到7 0 年代末期。1 9 8 8 年，美國麻省理工學院的s c h w e p p e f c 等人系統(tǒng)地提出了節(jié)點電價理論 4 8 a 節(jié)點電價 反映出下一時刻單位節(jié)點負荷( 注入負的有功功率) 所需的總費用，即節(jié)點的邊際成本。 從微觀經濟學的角度出發(fā)，節(jié)點電價法為市場提供t i e 確的電價信號f 4 8 ，4 9 1 。 在阻塞管理中，節(jié)點電價出現(xiàn)在交易調整模型的優(yōu)化結果之中，等于節(jié)點功率平 衡等式約束對應的l a g r a n g e 乘子。它完整地體現(xiàn)了網絡約束對節(jié)點邊際成本的影響， 當輸電網發(fā)生阻塞時，各個節(jié)點的電價將出現(xiàn)明顯的差異。在忽略輸電網損的情況下， 對于p o o l 交易而言，發(fā)電機和負荷按照所在節(jié)點與平衡節(jié)點的電價差收取和支付阻塞 費用；對于雙邊多邊交易而言，它們按照負荷節(jié)點與發(fā)電節(jié)點之間的電價差支付阻塞 費用。 在實際應用中，采用節(jié)點電價法來定價阻塞費用也存在著明顯的不足：由于節(jié) 點電價對輸電網的運行狀態(tài)極為敏感，這種定價方法會造成交易承擔的阻塞費用波動 較大 8 , 5 0 , 5 t 】。從用戶收取的費用往往比支付發(fā)電商的費用大，即出現(xiàn)阻塞盈余 ( c o n g e s t i o ns u r p l u s ) 。阻塞盈余的合理分配成為了在應用節(jié)點電價法進行阻塞定價時 必須解決的一個棘手問題。文獻 5 2 指出處理阻塞盈余的兩種途徑：一是用于支付輸 電容量權的所有者，一是用來減少發(fā)電商和用戶的接網費，作為輸電網固定成本的一 部分。文獻 5 3 則認為通過潮流跟蹤法直接將阻塞盈余返回給用戶，可以合理、有效 地消除阻塞盈余。 2 1 區(qū)域定價法 在實際的電網運行中，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，阻塞發(fā)生的概率較小，情況也比較輕微。為此，人們提出了區(qū)域電價法。 它是節(jié)點電價法的一種簡化形式，是指在區(qū)域內采用相同電價，而在不同區(qū)域間采用 不同電價的一種定價方法【5 4 1 。在采用區(qū)域電價法進行阻塞定價的機制中，只有區(qū)域之 間的交易需要按照區(qū)域間的電價差支付阻塞費用，而區(qū)域內的交易則不需要支付任何 阻塞費用。在區(qū)域電價為市場提供較為準確電價信號的前提下，這種定價方法簡化了 阻塞費用的結算，提高了市場電價的確定性，增進了雙邊多邊交易市場的流動性。 區(qū)域電價法的實現(xiàn)一般分成兩個步驟來進行：將整個輸電網絡劃分成多個電價 區(qū)域，區(qū)域數(shù)目最少為1 ，最大為輸電網的節(jié)點總數(shù)。計算出區(qū)域電價。在區(qū)域電 價法的使用過程中，準確的電價區(qū)域劃分是制定有效、簡潔定價方法的關鍵。目前， 8 在實際運行的電力市場中，電價區(qū)域的劃分一般都是基于系統(tǒng)運行人員的經驗和判斷 4 0 , 4 3 。然而，由于輸電網絡的龐大和復雜，僅僅憑借人的經驗制定的電價區(qū)域劃分方 案很難做到準確、合理。文獻 4 4 】介紹了輸電網為輻射網絡時，以阻塞線路為區(qū)域邊 界的電價區(qū)域劃分方法。然而，實際的輸電網卻是環(huán)形網絡，僅以阻塞線路為邊界將 無法實現(xiàn)輸電網絡的區(qū)域分割。文獻【5 5 】提出了根據(jù)節(jié)點間電價的相似性來劃分輸電 網絡的思想，卻沒有給出具體的實現(xiàn)方法?；谝陨戏治觯绾螌旊娋W絡進行準確、 合理的區(qū)域劃分是區(qū)域電價法使用中有待解決的一個重要環(huán)節(jié)。 二、阻塞費用分攤法 阻塞費用分攤法是根據(jù)市場成員對阻塞的貢獻大小來直接分攤阻塞費用的一種定 價方法，它具有明顯的合理特征，且不會產生阻塞盈余。很多文獻報道了阻塞費用分 攤方法的研究成果8 3 0 , 5 1 , 5 6 - 5 8 】。目前普遍認為該分攤方法可分成兩個步驟來進行n 第 一個步驟是將總的阻塞費用分攤給阻塞線路；第二個步驟是根據(jù)交易對阻塞線路傳輸 功率的貢獻，將阻塞線路的阻塞費用分攤給各市場交易。 在第一個步驟的實現(xiàn)方法中，文獻 s i n 用阻塞線路的影子價格來完成阻塞費用對 阻塞線路的分攤。由于只是通過阻塞費用與阻塞線路傳輸功率之間的微增關系來實現(xiàn) 它們之間的分攤，因此該方法的分攤結果存在明顯的不合理性?；诖?，文獻 5 6 1 提 出了一種改進方法邊際微增費用法，它采用了兩種不同阻塞消除順序下為消除線 路阻塞所需的費用，即線路的邊際費用和微增費用的平均值作為阻塞線路的阻塞費用， 獲得了較為合理的分攤結果。但是該方法并不能完全克服阻塞消除順序對分攤結果的 影響，仍具有一定的不合理性。 第二個步驟實現(xiàn)的關鍵在于計算出交易對阻塞線路傳輸功率的貢獻，解決這一問 題的計算方法較多，如基于靈敏度的方法【5 9 啦】、潮流比較法【6 3 5 1 和潮流跟蹤法5 3 6 7 0 】 等。這些方法從不同的角度，考慮了市場交易對阻塞的責任，并在此基礎上實現(xiàn)了阻 塞費用在市場交易之間的分攤。由于電力系統(tǒng)本身的非線性特性，潮流的跟蹤沒有絕 對正確的方法，因而阻塞費用的絕對公平分攤是不存在的。在實際的工程應用中，根 據(jù)交易類型，采用恰當?shù)乃惴▉慝@得交易對阻塞的貢獻程度。 1 2 4 阻塞管理的其它問題 、考慮動態(tài)安全約束的阻塞管理 在前面描述的阻塞管理問題都只考慮了線路傳輸功率的穩(wěn)態(tài)約束，即線路傳輸功 率不超過它的最大傳輸限值。雖然線路傳輸功率的限值可以是在考慮最惡劣、最嚴重 的運行方式和故障類型下得出，通過滿足線路傳輸功率的穩(wěn)態(tài)約束，可以保證系統(tǒng)的 安全穩(wěn)定運行。但是，這種方法并沒有直接將系統(tǒng)的動態(tài)安全約束計入到優(yōu)化模型中， 獲得的交易計劃偏保守，經濟性較差。因此，直接考慮系統(tǒng)動態(tài)安全約束的阻塞管理 問題受到了越來越多的關注。 文獻【7 l 】將暫態(tài)穩(wěn)定和電壓穩(wěn)定等約束考慮到交易調整的優(yōu)化模型之中，從而獲 得滿足系統(tǒng)動態(tài)約束的交易計劃。文中指出由于大量動態(tài)約束的加入，尋找有效算法 來求解這一優(yōu)化問題成為了關鍵。文獻 7 2 7 5 分別針對p o o l 交易模式、雙邊交易模式 和p o o l + 雙邊交易模式，提出了種考慮系統(tǒng)動態(tài)安全約束的阻塞管理方法，它利用 暫態(tài)能量函數(shù)和暫態(tài)能量裕度作為動態(tài)安全分析工具，求出暫態(tài)能量裕度對各發(fā)電機 輸出功率的靈敏度。在出現(xiàn)阻塞時，根據(jù)靈敏度的大小選擇最為適合的發(fā)電機組調整 其出力，從而解決阻塞問題。由于文獻中靈敏度的線性特性是從仿真結果中觀測到的， 缺乏理論依據(jù)，因此該方法雖然簡化了計算，獲得了較短的計算時間，但是計算精度 卻難以保證。文獻t 7 6 ，7 7 在英國電力市場新模式下，提出了基于市場報價的動態(tài)安全 約束阻塞管理的框架。所有的市場參與者都可報價以提供用于阻塞管理的資源。 基于動態(tài)安全約束的阻塞管理彌補了以往阻塞管理研究僅考慮線路傳輸功率穩(wěn)態(tài) 約束的不足，但目前的研究還處于探索階段，還存在著許多值得研究的問題，例如， 采用更加有效的算法來求解基于動態(tài)安全約束的優(yōu)化模型，更充分地利用市場機制來 促使市場參與者參與阻塞管理，衡量考慮動態(tài)安全約束阻塞管理的成本以及定價等問 題。 二、基于分散優(yōu)化的阻塞管理 目前，在實際電力市場運營中，i s o 通過對市場交易進行集中優(yōu)化來實現(xiàn)阻塞的 管理。對于確保系統(tǒng)安全來說，基于集中優(yōu)化思想的阻塞管理方式無疑具有優(yōu)勢，但 是它的缺點也是明顯的，例如，在市場參與者存在策略性投標行為的情況下。最終實 現(xiàn)的交易結果很難保證在經濟上是最優(yōu)的，i s o 的黑箱操作容易讓人對調度的公平性 和透明性產生懷疑。為了使電力市場的運營更加透明，充分調動市場參與者的積極性， 一些學者提出了基于分散優(yōu)化的阻塞管理機制。 文獻【7 8 】提出了協(xié)調多邊交易模式，它將系統(tǒng)的經濟功能和安全功能完全分離， 經濟決策由發(fā)電商和用戶自行通過多邊交易來進行，系統(tǒng)的安全功能則由系統(tǒng)運行員 ( p o w e rs y s t e mo p e r a t o r ) 負責。系統(tǒng)運行員發(fā)布負荷矢量( l o a d i n gv e c t o r ) 以指導多邊 1 0 - 交易的鑒定和修改，發(fā)布網損矢量( l o s sv e c t o r ) 來指導系統(tǒng)網損的分攤。文中證明了 通過交易者之間的多次協(xié)商，最終實現(xiàn)的交易結果可以達到總的社會效益最優(yōu)。 文獻e 7 9 1 設計了- - 0 0 n 用發(fā)布阻塞價格來進行阻塞管理的機制。該方法實現(xiàn)的前 提是需要對發(fā)電商的成本有比較準確的估計，在發(fā)電商完全理性的假設下，通過發(fā)布 阻