电力经济学基础-3讲述

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1、第三章 电力商品定价 -电力现货定价 程 瑜 华北电力大学 内容 1.系统边际电价 2.现货市场中的阻塞管理 3.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 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 地制约着电力需求的无限增长。 o 传统计划

2、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

3、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。 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

4、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。 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

5、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

6、 先到先服务型 first come,first serve 2.4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 3.1节点边际电价概述 3.

7、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

8、 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 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供 应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

9、价概述 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该节 点增加一单单位有功，同时保 证电证电 力系统统安全运行所需的最小购电费购电费 用。 3.2

10、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（不考虑网损） 2）线路最大输送能力 模型中考 虑虑了网络络 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 3.2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 3MW 1MW 3MW 2MW 3.2节点边际电价计算 A B C

11、I = 1 I = 1 I = 1 100 300 300 200 100 PDFs (Out C) Line 1/3 2/3 A-C 2/3 1/3 B-C A In B A-B 1/3 -1/3 A B C I = 1 I = 1 I = 1 200 600 600 200 400 A B C I = 1 I = 1 I = 1 100 900 600 400 500 300 负负荷分布系数 3.2节点边际电价计算 A B 竞竞价电电量: 100 MW 投标标价格: $30/MW 中标电标电 量 = 150 MW LMP = $20/MW 中标电标电 量 = 0 MW LMP = $20/

12、MW 150 MW 竞竞价电电量: 200 MW 投标标价格: $20/MW Limit: 200 MW Actual: 150 MW 无阻塞发生 节节点1节节点2 3.2节点边际电价计算 A B 150 MW 中标电标电 量 = 60 MW LMP = $20/MW 中标电标电 量 = 90 MW LMP = $30/MW Limit: 60 MW 竞竞价电电量: 200 MW 投标标价格: $20/MW 阻塞发生 竞竞价电电量: 100 MW 投标标价格: $30/MW 节节点1节节点2 3.3阻塞盈余的计算 A B 竞竞价电电量: 100 MW 投标标价格: $30/MW 中标电标电 量

13、 = 150 MW LMP = $20/MW 中标电标电 量 = 0 MW LMP = $20/MW 150 MW 竞竞价电电量: 200 MW 投标标价格: $20/MW Limit: 200 MW Actual: 150 MW 无阻塞发生 阻塞盈余=售电费-购电费=150*20-150*20 =0 节节点2 节节点1 3.3阻塞盈余的计算 A B 150 MW 中标电标电 量 = 60 MW LMP = $20/MW 中标电标电 量 = 90 MW LMP = $30/MW Limit: 60 MW 竞竞价电电量: 200 MW 投标标价格: $20/MW 阻塞发生 阻塞盈余=150*30

14、-90*30-60*20 =$600 节节点1节节点2 竞竞价电电量: 100 MW 投标标价格: $30/MW 3.3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 C C 3,000 B B 1,600 1,000 A A GenCo Offers G1: 1,200MW; $20/MW G2: 1,000MW; $35/MW GenCo Offers

15、G3: 1,500MW; 30/MW G4: 1,000MW; 40/MW GenCo Offers G5: 2,000MW $45/MW G1* = 1,200 G3* = 1,500 1,500 1,500 G2* = 300 G4* = 0 G5* = 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 C C 3,000 B B 1,600 1,000 A A 1,000 G3* = 1,500 G2* = 0 G4* = 100 G1* = 1000 1,600 G5* = 400 AB线路断开时的竞价结果 LMPC= $45 LMPB = $40 LMPA = $20 Ge

16、nCo Offers G1: 1,200MW; $20/MW G2: 1,000MW; $35/MW GenCo Offers G3: 1,500MW; 30/MW G4: 1,000MW; 40/MW GenCo Offers G5: 2,000MW $45/MW 3.4复杂网络的节点边际电价 C C 3,000 B B 1,600 1,000 A A 1,000 750 250 G3* = 1,500 G2* = 0 G4* = 0 G1* = 750 1,250 G5* = 750 AB线路投运时的竞价结果 GenCo Offers G1: 1,200MW; $20/MW G2: 1,000MW; $35/MW GenCo Offers G3: 1,500MW; 30/MW G4: 1,000MW; 40/MW GenCo Offers G5: 2,000MW $45/MW C C 1200 B B 1,600 1,000 A A GenCo Offers G3: 1,500 $30 GenC