1、电力市场环境下输电阻塞管理综述时间:2013-01-26 15:21来源:未知 作者:能源与节能 点击: 154 次摘要：在电力市场环境下，为确保电力系统安全经济运行，需对输电阻塞管理进行研究。输电阻塞管理的核心作用体现在：避免系统的不安全运行，避免了市场运行无效率和市场失灵。摘要：在电力市场环境下，为确保电力系统安全经济运行，需对输电阻塞管理进行研究。输电阻塞管理的核心作用体现在：避免系统的不安全运行，避免了市场运行无效率和市场失灵。从最优调度、经济学原理、使用柔性输电设备三个方面对输电阻塞管理这一领域进行了分类综述。关键词：电力市场;阻塞管理; 最优潮流;输电权;柔性输电设备0引言从上世纪
2、80年代以来，在世界范围内开始了电力改革的浪潮，其主要目的是打破垄断，引入竞争，提高效率，降低成本，健全电价机制，优化资源配置，促进电力发展，推进全国联网，构建政府监管下的政企分开、公平竞争、开往有序、健康发展的电力市场体系。电力市场和其它商品市场相比，具有一些不同的特征。在输电环节，特征主要表现在：电能输送是通过结构复杂的输电系统来进行的，要遵守基尔霍夫定律，同时必须要满足多种物理约束，输电路径十分复杂，而且不能人为指定。因此，输电阻塞管理已经成为电力市场研究的热点。电网有限的输电能力和稳定性限制不能满足电能同时分配的需求导致了输电阻塞发生。阻塞管理的目标是制定一系列规则，控制发电机和负荷，
3、让电网安全可靠的运行。从短期而言，阻塞管理目标是制定一个公平的削减方案和最优调度方案，让系统安全有效地运行。从长期而言，阻塞管理是为发电厂、电网公司和用户的投资提供激励信号。1基于最优调度的输电阻塞管理方法电力市场存在多种交易模式，如联营体交易模式、双边和多边交易模式，以及联营体和双边混合交易模式。在不同的交易模式下，系统调度人员将面对不同的优化问题。目前阻塞管理的最优调度方法大多是以最优潮流(OPF)为出发点，总结了不同交易模式下最优调度的阻塞管理方法1。最优潮流的数学模型可描述为确定一组目标函数最小的优化控制变量 u，并满足等式和不等式约束条件：式(1)中 x 和 u 分别为状态变量和控制
4、变量 ;式(2)为潮流方程等式约束;式(3)包括发电机发电功率约束、支路潮流约束和电压约束等。对不同的电力市场交易模式，最优调度选取的目标函数将有所不同。通常有以下几种：式(4)、(5)和(6)中 Ci(PGi) 为发电价 Gi 的成本函数;Bi(Dj)为负荷 Dj 的收益函数;Ci(Gi) 为发电机 Gi的收益函数;PGi 为第 i 台发电价发出的功率。双边交易的阻塞调度直流模式，优化目标为发电机的调整成本最小。即式(7)中 和 为发电机的微增成本和微减成本投标;式(8)中 为节点支路灵敏度矩阵;Z 和 Zmax 分别为初始潮流和潮流限值;式(9)中 和 为发电机发电功率调整量。对于不同调整
5、原则下的混合模式阻塞调度，虚拟交易网络(virtual transaction network)和交易矩阵(transaction matrix)的概念。各种交易模式均可用交易矩阵表示。以此为分析框架，输入变量为交易计划，处理网络阻塞时不考虑经济性，使用 OPF 程序进行调整，调整原则为交易矩阵的偏差最小。即：式(11)中 Tij 为调整后的交易量;TPij 为原始交易量;S 为考虑稳态约束条件的交易安全域。对于区域间输电阻塞，使用辅助问题原理(APP)和序列2次规划(SQP) 的分布式最优算法来解决跨区域的输电阻塞。可将跨区域阻塞问题描述为调整成本最小的优化问题，通过区域分解把跨区域阻塞管理
6、问题分解为多个区域的 SQP 问题，这些问题可在分布并行的方式下求解。一种基于风险的区域阻塞管理方法。用风险效用取代购电费用最小作为区域阻塞管理的目标函数，提出了全新的基于风险的区域管理算法(RBCM) 。该方法将决定安全性的2个重要因素，即事故的可能性和严重性用风险加以量化，并将风险定义为：事故发生的概率事故产生的后果。计算风险的方程式为：式(13)中 Zj 为除了阻塞支路 j 以外的线路功率;i 1,2， j-1，j+1。2基于经济学原理的输电阻塞管理方法在电力市场环境下，采用经济学方法进行输电阻塞管理，也是行之有效的阻塞管理方法。2.1基于电价的阻塞管理方法输电网在市场环境下，输电阻塞管
7、理不仅需要在短期通过价格信号间接引导或直接削减负荷来消除线路过负荷，更重要的是要通过阻塞定价机制(阻塞机会成本) ，为电网的扩建和发展提供正确的指导和合理的资金积累。为了体现阻塞管理的公平性引导各用户参与阻塞管理的竞争，引入支付因子(willing-to-pay)作为衡量交易重要程度的指标，表示用户为了避免单位电力减削而愿意支付的费用，并建立了如下的交易调整模式2：式(14)中 为支付因子矩阵，表示交易商为避免交易被调整所愿意支付的价格; 为调整的交易量;u0为原始交易量;A 为调整策略矩阵。电力市场环境下，节点边际电价能反映电能在系统中不同地理位置的母线上不同时刻的价格，为电力生产者、消费者
8、、投资者和管理者提供电价信号，并利用市场本身的调节作用以及电力交易调度的引导作用，在很大程度上可以消除输电阻塞。节点边际电价是通过最优潮流程序计算出来的。节点边际电价的计算方法3，即：上述所有公式中， 为第 个节点实现的电力交易的有功功率 ; 为第 个节点的发电有功功率; 为第 个节点第 向个节点提供的边际成本为 的有功功率 ; 为线路 实际传输的有功功率; 为线路 允许传输的有功功率的上限; 为第 个节点的边际成本 ;CGi 为第 个节点的发电边际成本; ; ; 为网络的节点数3。电力市场环境下，也可以通过激活输电线路的阻塞因子来抬高输电价格，使得供求均衡点维持在线路容量极限之内，从而消除阻
9、塞4 。2.2基于输电权的阻塞管理方法Hogan 于1992年在合同路径模型基础上提出了 contract network 模型, 首次提出了输电容量权的概念,其主要观点是采用输电容量权来分配阻塞成本,同时为市场参与者提供了一个规避价格风险的工具, 因此Hogan 的输电权概念是一种金融性输电权(Financial Transmission Rights, FTRs)。1997年他又提出了输电阻塞合同(Transmission Congestion Contracts, TCC)的概念, 认为只能定义点到点的输电权。Hung-po Chao 等提出了基于潮流(flow-based)的输电权(F
10、low Gate Right, FGR)定义,产业界也提出 real-flow 输电权方案。目前的研究通常认为输电权可分为金融性输电权和物理性输电权两大类。物理型输电权则实际地定义和分配了使用输电端口的输电容量的权利，其基于合同路径，但由于输电系统是一个网络，电流在线路中流动服从基尔霍夫定律，因此不会按指定的物理合同路径流动，阻碍了物理输电权的实施。金融型输电权(FTR)是为市场交易者规避价格波动风险的金融工具, 网络阻塞时其所有者获得经济补偿,从而获得输电价格的长期稳定性。金融输电权的基本原理5,即：参与现货市场竞标的交易商在相应节点按节点边际电价进行交易，期货交易(双边交易 )的交易商向输
11、电系统运行员(TSO) 支付阻塞费，即功率注入节点和功率流出节点间节点电价之差。交易商预先购买金融输电权，在系统发生输电阻塞时， 输电权的所有者将获得完全补偿或者一定百分比的补偿。在完全补偿的情况下，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，从而规避因节点边际电价引起的阻塞风险。对基于潮流的输电权(FGR)进行具体地分析 6。基于潮流的输电权兼有金融和物理输电权的特性，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。采用基于直流潮流的功率传输分布因子(PTDF)可以解决交易和实际产生的潮流匹配这一问题。对从节点 到 的交易，对线路 的 PTDF
12、可定义为：式(19)中 为节点 和节点 的电能交易变化量 ; 为线路 上相应的潮流变化量;xij 为线路 的电抗;xim 为节点阻抗矩阵的元素。节点 和 间 Q(单位：MW)的电能交易在线路 上产生的潮流为 。根据 PTDF 表和线性化假设, 对每个交易可求得在相关线路上的潮流。可以通过预测或运行情况定义一组关键路径(Flow gate)，避免了考虑所有线路带来的复杂性。一种新的电力输电权交易模式7，即电力发电商与电力用户之间的输电权期权交易模式。以输电阻塞损失期望值均衡为基础，使电力发电商与电力用户之间通过输电权期权交易，公平地承担输电阻塞引起的利益损失风险。3柔性交流输电元件(FACTS)
13、在输电阻塞中的应用增设 FACTS 元件，可调整网络参数以提高网络的整体输送能力，并能灵活地调节系统的潮流分布，使阻塞状况得以消除或缓减。以统一潮流控制器(UPFC) 为例，分析、考虑 FACTS 设备的 OPF 模型，说明调节线路 FACTS 设备参数对于消除线路阻塞具有一定的作用 8 。有文献提出一种考虑 FACTS 设备的最优潮流的新算法。由于采用了 FACTS 设备，潮流控制的约束条件包括在了最优潮流计算当中。这种新方法将修改后的最优潮流问题分解为潮流控制问题和常规的最优潮流问题进行迭代求解。有文献提出基于直流模型，将安装 FACTS 设备后潮流的变化量作为注入母线的附加潮流并作为金融
14、输电权进行拍卖的阻塞管理方法。4结语对电力市场环境下输电阻塞管理的研究成果做了较为全面的总结。通过把输电阻塞管理划分为基于最优调度的阻塞管理方法、基于经济学原理的阻塞管理方法和使用柔性输电设备的阻塞管理方法三个方面对阻塞管理方法进行了详细地介绍。由于篇幅有限，对输电阻塞管理的其它相关问题，如可中断负荷的阻塞管理、弹性负荷对阻塞管理的影响、计及低碳量排放的阻塞管理模型等没有涉及。对于阻塞线路切换及调节变压器和调相器抽头等阻塞管理方法也没有论述。参考文献：1张永平，焦连伟，陈寿孙.电力市场阻塞管理综述J.电网技术， 2003，27(8):1-9.2 Fang R S，David A K.Optim
15、al dispatch under transmission contractsJ.IEEE Trans on Power Systems，1999，14(2)：732-737.3潘敬东，谢 开. 节点边际电价的优化原理J.电力系统自动化， 2006,30(2)：38-42.4汤振飞，于尔铿，唐国庆.电力市场输电阻塞管理J.电力系统自动化， 2001,25(23):13-16.5 张永平，方 军，魏萍.输电阻塞管理的新方法评述(二)：金融性输电权及与 FGR 之比较J.电网技术，2001,25(9)：16-20.6 Wood A J,Wollenberg B F.Power generetion, operation, and controlM.John Wiley &Sons, 2 nd edition, 1996.7周启亮，王 罡，李伟.新型输电权期权交易及其模式研究J.电力自动化设备，2006,26(12):48-51.8张炎平，葛朝强，唐国庆.FACTS 在阻塞管理中的应用J.电力需求侧管理，2002,4(5):16-19.(责任编辑：能源与节能)
