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1、电力市场概论第7讲输电服务与辅助服务一、电力基础知识电能交易必须以输电网络作为载体发电厂输配电网电力用户10MWh一、电力基础知识形成输电约束产生网损发电厂输配电网电力用户TTCP1-PP1二、输电服务电网约束和输送损耗会对电能交易产生影响输电权（一）可用输电能力ATC可用输电能力ATC：就是指在两区域间已使用的电能传输容量基础上，如欲进一步交易的剩余可用输电容量。（一）可用输电能力ATC1995年，北美电力可靠性委员会（North American Electric Reliability Council，NERC）引入并定义了FCITC（Transmission Interchange C
2、apability ）与FCTTC两个衡量电网输电能力量化指标，以建立安全规范的电力市场；（一）可用输电能力ATC1996年，根据美国联邦能源委员会（Federal Energy Regulatory Commission，FERC）的要求，NERC重新定义了电网输电能力量化指标，并命名为ATC（可用输电能力）与TTC（最大输电能力）（一）可用输电能力ATCATC=TTC-TRM-ETC-CBMTTC：（Total Transfer Capability）最大输电能力；TRM：（Transmission Reliability Margin）传输可靠性裕度；ETC：（Existing Tran
3、smission Commitment)现存输电协议量（包括零售），本质上包括在给定条件下已经确定的所有正常的输电潮流；CBM：（Capacity Benefit Margin）容量效益裕度。（一）可用输电能力ATC所谓TTC，就是在某一系统运行条件下，考虑所有N-1故障，两区域间所有支路（包括间接连接支路）或者界面可能传输的最大功率，即最严重的N-1故障时可能传输的最大功率，称为该运行条件下两区域间的最大输电能力。（一）可用输电能力ATCTRM定义为必要的输电容量裕度，以确保互联输电网络在不确定的系统运行条件下、在合理范围内是安全的，它反映了系统运行条件的不确定性因素对输电能力的影响。CBM
4、是从发电机运行的可靠性要求方面出发，为保证稳定的、持续的供电，而预先保留的输电容量裕度。（一）可用输电能力ATC数学模型：以受电区域有功负荷的最大增量来表示ATC的目标函数（二）输电阻塞与分散式交易两节点示例- 无阻塞G1G1与与L1双边合同双边合同 = 300 MWG2与与L2双边合同双边合同 = 100 MWL1Limit: 500 MWActual: 400 MWG2L2G3（二）输电阻塞与分散式交易两节点示例- 有阻塞G1G1与与L1双边合同双边合同 = 300 MWG2与与L2双边合同双边合同 = 250 MWL1 500 MW 550 MWG2L2G3必须安排削减交易必须安排削减交
5、易必须安排削减交易必须安排削减交易1. 1.建立一套行政管理程序建立一套行政管理程序建立一套行政管理程序建立一套行政管理程序 2. 2.市场方法市场方法市场方法市场方法输电权输电权输电权输电权两节点示例- 无阻塞ABOffer Amount: 300 MWOffer Price: $30/MWDispatch = 300 MWLMP = $20/MWDispatch = 0 MWLMP = $20/MW150 MWOffer Amount: 400 MWOffer Price: $20/MWLimit: 200 MWActual: 150 MW150 MW（三）输电阻塞与集中式交易AB150
6、MWDispatch = 210 MWLMP = $20/MWDispatch = 90 MWLMP = $30/MWLimit: 60 MWOffer Amount: 100 MWOffer Price: $30/MWOffer Amount: 400 MWOffer Price: $20/MW150 MW两节点示例- 有阻塞（三）输电阻塞与集中式交易Unconstrained Trading/Dispatch ReachesUnconstrained Trading/Dispatch Reachesan Infeasible Solutionan Infeasible SolutionC
7、C3,000B B 1,600 1,000A AGenCo OffersG1: 1,200 $20G2: 1,000 $35GenCo OffersG3: 1,500 $30G4: 1,000 $40GenCo OffersG5: 2,000 $45G1U = 1,200G3U = 1,5001,5001,500G2U = 300G4U = 0LMPA = $35LMPPB = $35LMPC = $35G5U = 0三节点辐射网示例示例- 有阻塞（三）输电阻塞与集中式交易C C3,000B B 1,600 1,000A AGenCo OffersG1: 1,200 $20G2: 1,000
8、$35GenCo OffersG3: 1,500 $30G4: 1,000 $40GenCo OffersG5: 2,000 $45G1* = 1,000G3* = 1,5001,6001,000G2* = 0G4* = 100LMPA = $20LMPB = $40LMPC = $45G5* = 400经济调度经济调度& LMPC C3,000B B 1,600 3,000A AGenCo OffersG1: 1,200 $20G2: 1,000 $35GenCo OffersG3: 1,500 $30G4: 1,000 $40GenCo OffersG5: 2,000 $45G1U = 1
9、,200G3U = 1,5001,5001,500G2U = 300G4U = 0G5U = 0 750All Lines Havethe Same ImpedanceLMPA = LMPB = LMPC = $350三节点简单环网示例- 无阻塞（三）输电阻塞与集中式交易Unconstrained Trading/DispatchUnconstrained Trading/DispatchReaches Infeasible SolutionReaches Infeasible SolutionC C3,000B B 1,600 1,000A AGenCo OffersG1: 1,200 $2
10、0G2: 1,000 $35GenCo OffersG3: 1,500 $30G4: 1,000 $40GenCo OffersG5: 2,000 $45G1U = 1,200G3U = 1,5001,5001,500G2U = 300G4U = 0G5U = 0 750All Lines Havethe Same Impedance0三节点简单环网示例- 有阻塞（三）输电阻塞与集中式交易C C3,000B B 1,600 1,000A AGenCo OffersG1: 1,200 $20G2: 1,000 $35GenCo OffersG3: 1,500 $30G4: 1,000 $40Ge
11、nCo OffersG5: 2,000 $45G1U = 1,200G3U = 1,5001,6001,400G2U = 0G4U = 300G5U = 0 750All Lines Havethe Same Impedance200First try to re-dispatch failed三节点简单环网示例- 有阻塞（三）输电阻塞与集中式交易C C3,000B B 1,600 1,000A AGenCo OffersG1: 1,200 $20G2: 1,000 $35GenCo OffersG3: 1,500 $30G4: 1,000 $40GenCo OffersG5: 2,000 $
12、45G1U = 600G3U = 1,5001,4001,000G2U = 0G4U = 300G5U = 600 750All Lines Havethe Same Impedance400Second try successful but not optimized三节点简单环网示例- 有阻塞（三）输电阻塞与集中式交易C C3,000B B 1,600 1,000A AGenCo OffersG1: 1,200 $20G2: 1,000 $35GenCo OffersG3: 1,500 $30G4: 1,000 $40GenCo OffersG5: 2,000 $451,000 75025
13、0G3* = 1,500G2* = 0G4* = 0G1* = 7501,250G5* = 750经济调度经济调度& LMPEconomic Dispatch is beyond manual workLMPA = $20LMPC= $45LMPBC C3,000B B 1,600 1,000A AGenCo OffersG1: 1,200 $20G2: 1,000 $35GenCo OffersG3: 1,500 $30G4: 1,000 $40GenCo OffersG5: 2,000 $451,000 750250G3* = 1,500G2* = 0G4* = 0G1* = 7501,2
14、50G5* = 750Shadow PriceA-CCongestion PriceA-C = $25经济调度经济调度& LMP（四）输电权输电权分为以下两大类物理输电权（Physical Transmission Rights）实际地定义和分配了使用输电端口的输电容量的权利。该输电权拥有者具有在输电网的相关线路上排外的输电权利。所谓排外是指对输电容量绝对的独享性，即便是在发生输电阻塞期间也不允许其他输电交易占用其输电容量，该输电权享有输电阻塞调度的优先权。（四）输电权金融输电权（Financial Transmission Rights）为市场交易者规避价格波动风险的金融工具，网络发生输电阻
15、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。金融输电权作为一种规避阻塞风险的金融工具，其基本的定义为：赋予其持有者获得输电服务送达节点和注出节点间LMP价差对应财务收益的权利。金融输电权FTR的基本价格模型在直流模型下：金融输电权输电网AB100 MWHLMP = $25100 MWHLMP = $35阻塞路径上的FTR持有者获利：FTR 收益 = (FTR 数量) * (LMP)金融输电权A. 阻塞盈余: ($35 - $25) * 100 MWH = $1000B. FTR持有者收益: ($35 - $25) * 100 MWH = $1000金融输电权责任型点对点FTR 当F
16、TR定义方向与阻塞潮流同方向时，其目标分配也为正。当FTR与阻塞潮流反方向时，其目标分配为负。这一特性可以很好地与双边交易的风险规避要求相匹配。权益型点对点FTR 对于权益型点对点FTR（PTP-FTR option），当FTR定义方向与阻塞潮流同方向时，目标分配也为正。当FTR与阻塞潮流反方向时，目标分配为0 （五）报价网损折算网损修正的必要性网络上不同地点上的发电机在发电时，对网损的影响不同，也就是说这些发电机即使有相同的发电功率，它们对负荷的贡献也是不一样的。例如：G1G2P1P2（五）报价网损折算网络损耗的修正假设G1、G2煤耗曲线相同，P1P2，如果不考虑网损修正，则G1=G2=（P
17、1+P2）/2最好，但是如果考虑网损，则（P1+P2）/2G1P1、P2G2（P1+P2）/2时最为节省。在电力市场中电力交易软件也要对各机组的报价进行网损折算，原理一样。三、辅助服务电力系统安全稳定辅助服务的分类辅助服务的获取电力系统中，所有同步发电机只有在同步运行状态下，其送出的功率为定值，同时在系统中各节点的电压及线路功率潮流也都是定值，这就是电力系统稳定运行状态。电力系统只有在稳定运行状态下，才能不间断地向用户提供符合质量要求的电能。（一）基础知识：电力系统安全稳定假设负荷是恒定的，则要求：始终保持功率平衡电力系统运行中必然受到各种干扰，如故障、负载投切、负荷波动等，电力系统安全、可靠
18、运行要求：(1)经历暂态过程，能否达到一个新的稳定状态，即稳定性问题；(2)要求满足N-1安全准则，即系统发生单一故障时仍能维持正常稳态运行，属于潮流分析范畴。简单系统示意图：线路故障发电机故障负荷波动或投切（一）基础知识：电力系统安全稳定功角稳定基本概念：传统上，电力系统稳定指的是功角稳定问题，即系统维持同步运行的问题。表示发电机组间、发电机组对系统或者系统对系统间的同步运行稳定性。物理过程描述：同步发电机转速取决于转轴上的转矩，当转矩平衡变化时转速也发生变化。正常运行条件下，原动机输入功率PW和发电机输出功率PG是平衡的，保证发电机以恒定同步转速运行。但是，由于各种扰动，如负荷的不断波动、
19、发电机和线路等偶然事故的发生，这种平衡是暂时的。功角稳定PWPG功角稳定PWPG物理过程描述（续）：当电力系统受到扰动时，发电机的输入机械功率和输出电磁功率失去平衡，引起发电机转速变化。一般情况下，系统中各发电机组这种功率不平衡程度不同，因此转速变化规律也不同，各发电机分配的系统负荷发生改变，从而各机组间产生相对运动；转速快的会被分配更多系统负荷，导致转速下降；转速慢的，则分配的系统负荷会减少，转速增加。结果可能有两种： 一是系统各发电机仍能保持同步运行； 二是一些发电机之间的相对角度不断增大，也就是说发电机之间失去同步，此时系统的功率发生强烈振荡，称系统失去了稳定。功角稳定转子摇摆曲线功角稳
20、定系统功率不平衡会引发电力系统安全稳定问题各种扰动是引发系统功率不平衡的原因小扰动：如负载投切及负荷波动大扰动：突然变化的电力系统结构特性，如常见的短路、断线故障突然增减较大发电机功率，如投切一台大容量发电机功角稳定（1）大扰动：突然变化的电力系统结构特性，如最常见的短路、断线故障。 示例：DjXdjXT1jXT2jXljXdjXT1(a)简单示例的系统图线路断路(b)正常运行时等值电路(c)三相断路的等值电路功角稳定大容量发电机投切增减大负荷（2）大扰动：突然增减较大发电机功率，如投切一台大容量发电机（3）大扰动：突然增减大量负荷功角稳定分为静态稳定和暂态稳定问题。功角稳定静态稳定指电力系统
21、正常运行中受到瞬时性小干扰（如负载投切及负荷波动等等），不发生非周期性的失步，自动恢复到原始运行状况的能力；小干扰对系统行为特性的影响，与干扰的大小和发生地点无关；干扰后系统各运行参数在原始运行状态周围；因此，它不需要确定系统运行参数对原始稳态运行值的偏移，只需通过对系统运行参数自身变化性质的研究，可以判定其稳定性。暂态稳定指受到大干扰后，经过一个机电暂态过程，各同步发电机保持同步运行，并过渡到新的或恢复到原来稳态运行方式的能力；大干扰时，电力系统运行参数会发生很大偏移，离开原始运行状态；因此，它需要确定系统运行参数对原始稳态运行值的偏移量，才能判定其稳定性。稳定判据：功角稳定问题可以想象其类
22、似于一个碗和小球，小球受到扰动后是否能恢复平衡。功角稳定(2)暂态稳定关注于球受到的推力如图2，小球放在碗底，受到大扰动，当扰动较大时，小球会飞离碗而失去平衡；相反，通过1、2个周期的振荡会回到碗底而保持平衡(1)静态稳定关注于碗的形状如图1碗正放，小球在碗底，受到很小扰动，小球必然会回到碗底，保持平衡态；若将碗倒扣过来，小球放在顶部，受到很小扰动后小球失去平衡。碗的形状深度则表示稳定程度，类似于静态稳定储备系数，如图1(a)(b)。(b)浅碗稳定度低(a) 深碗稳定度高图1 静态稳定图2 暂态稳定(c) 不稳定功角稳定要恢复或达到新的平衡态：必须是系统功率平衡要求系统能够获得充足的有功功率平
23、衡资源：发电备用电压稳定要求系统能够获得充足的无功功率平衡资源：无功支持服务电网约束：潮流传输限制潮流分布是指电力系统在某一稳态的正常运行方式下，电力网络各处的电压和功率分布（实际为功率流，电力界称为潮流）；潮流计算：回答了已知某些量，电力系统当前所处的稳态运行情况。线路过载不采取措施，则过载线路因热效应，过热导致松弛下垂，最终会引发事故；不采取措施，则过载线路因热效应，过热导致松弛下垂，最终会引发事故；过载线路在保护装置下动作跳闸，则该线路上的潮流重新分配到其他线路，可过载线路在保护装置下动作跳闸，则该线路上的潮流重新分配到其他线路，可能引起其他线路过载。能引起其他线路过载。电网约束（二）辅
24、助服务的分类有功功率备用服务无功支持服务系统恢复服务（三）辅助服务的获取强制供应辅助服务市场辅助服务需求侧响应（三）辅助服务的获取需求侧管理：（demand side management，DSM） 在政府法规和政策的支持下，采取有效的激励和引导措施以及适宜的运作方式，通过发电公司、电网公司、能源服务公司、社会中介组织、产品供应商、电力用户等共同协力，提高终端用电效率和改变用电方式，在满足同样用电功能的同时减少电量消耗和电力需求，达到节约资源和保护环境，实现社会效益最好、各方受益、最低成本能源服务所进行的管理活动。（三）辅助服务的获取需求响应：Demand Response, DR指电力用户针对市场价格信号或激励机制作出响应，改变正常电力消费模式的市场参与行为。
