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输电阻塞管控方式研讨论文

本文在节点边际电价的背景下,阐发壅闭盈余作为电能传输“拥堵费”的内涵,结合壅闭线路影子价格和用户需求价格弹性系数的特点,引入节点边际价格-再调整用度影响因子,作为衡量节点价格变更对系统再调整资源影响的依据。在此根基上,借鉴文献[16]在贩卖侧发放奖励券(coupon)的理念,基于日前与实时“两级市场、两步结算”的市场机制,提出了以壅闭盈余为资金滥觞,基于奖励券机制的输电壅闭治理措施。

一、输电壅闭相关观点阐发

输电收集发生壅闭的根滥觞基本因是输电线路的热稳定极限和电力系统的平安稳定运行必要,使得传输的电能必须限制在必然额度以内。作为本文钻研的根基,下面将阐发相关观点的内涵。LMP机制是一种基于最优潮流的定价措施,表示在满意当前输电收集设备约束前提和种种其它资本的事情特征的环境下,在电价节点增添单位负荷需求时的边际资源[17]。因为斟酌了壅闭用度,是以它既可以用于衡量电能代价,也可以用于壅闭治理。壅闭盈余是在电力市场情况下由输电壅闭所引起的买卖营业盈余。当采纳LMP机制时,平日环境下,输电壅闭将导致电能输入区域的电价高于电能输出区域,是以电能输入区的电力用户所支付的购电用度会多于输出区的售电收入,这一差额就形成了壅闭盈余。本色上,壅闭盈余是电力用户为输电收集壅闭所支付的“拥堵费”,理利用于减轻收集壅闭。要达到这一目标,最有效的办理要领是新建线路,响应的,既可以将壅闭盈余直接用于线路投资,也可以用于投资回报。但输电线路的筹划、扶植是一种相对经久的行径,假如能更为有效地经由过程壅闭盈余勉励电力用户及时相应,减轻实际运行中的收集壅闭,将有效推迟对新建线路的需求,前进现有线路的使用效率,使电网资本得到更高效的应用。

线路呈现壅闭时,平日经由过程再调整、买卖营业减少或负荷节制实现壅闭治理。此中再调整是基于最优潮流模型,经由过程从新安排发电机组着力,将壅闭线路的潮流节制在安然限值以内。比较有约束与无约束的最优调整结果,系统运行资源的增添量就称为再调整资源,它衡量了收集壅闭造成的经济性影响。壅闭线路影子价格与系统再调整资源慎密相关。谋略历程中,因为壅闭线路的容量约束为起感化约束,是以将形成响应的影子价格,该影子价格可经由过程对最优潮流模型构造Lagrange函数,并基于K-T前提求解获得。它有着严格的经济含义:对壅闭线路l,假如为了缓解该线路p的有功壅闭,在满意安然约束根基上系统最小的再调整资源为rdlC,则rdlC与p的比值便是壅闭线路l的影子价格l[18]。文献[19]提出了一种日前猜测壅闭线路影子价格的措施,可以为壅闭治理供给参考。

二、市场机制

在采纳LMP的市场中,假如将壅闭红使用于勉励用户相应以削减收集壅闭,面临一个现实难题:当收集壅闭被打消时,壅闭盈余也将不复存在,这时勉励用户相应的资金无从而来。为此,本文借鉴PJM电力市场,将日前市场与实时市场相结合,使用时序毗连办理上述问题。机制如下:

1)建立日前与实时两级市场。在日前市场中,输电供给商以志愿、竞标和安然约束要领运行日前电能市场,应用节点电价为电能的供应方和需求方供给公道的标准。对发电方和用电方统一推行节点定价。对付每个节点将在每小时电能投标价格的根基上谋略出一个清算价格。实时电能市场与日前电能市场类似,它以竞价为根基,并以电网安然为约束前提。实时市场只有电量投标,每5min显示1个清算价格。

2)履行日前与实时两步结算。日前市场与实时市场分手自力地进行管帐结算,详细的结算机制如下:日前市场首次结算,形成壅闭盈余。在日前市场中,根据发电商的卖标、电力用户的买标(或负荷猜测环境)以及其他合约买卖营业计划,谋略越日每个小时的LMP。日前市场根据各个小时的计划电量和响应的LMP结算。实时市场再次结算,处置惩罚不平衡量。在实时市场中,根据负荷的更改环境,再次谋略市场清算价格。每个小时用于结算的LMP根据该小时内每5min的价格综同谋略获得。市场基于各个小时的实际电量与该小时的日前计划电量之差,以相适时段和节点的LMP结算。上述机制可以使市场成员以日前价格锁定日前计划量,以价格的稳定性低削发电和用电双方的市场风险,避免市场成员的谋利行径,勉励用户在日前主动陈诉自身真实的用电意愿,也有利于匆匆使发电机组屈服调整安排。

三、基于实时市场奖励券机制的壅闭治理措施

日前市场供给的只是买卖营业计划,猜测了哪些线路会呈现壅闭;实时市场形成的才是实际调整结果,抉择了实际运行中线路的壅闭状况。假如能够充分使用从日前到实时的时序过渡,经由过程勉励用户相应,对日前计划中的壅闭线路实施有效的壅闭治理,将带来系统平安稳定和用户福利扩大年夜的双重收益。本文基于日前壅闭盈余,设计实时市场的奖励券机制,勉励用户在时段间转移负荷,缓解以致打消实时运行中的收集壅闭,并供给有效的输电壅闭治理措施。在上述日前与实时“两级市场、两步结算”的市场机制下,对用户而言,实时市场的主要感化是结算与日前市场买卖营业计划比拟的不平衡量。能否激关键就在于对不平衡量若何结算。与日前比拟,假如用户在实时市场将部分用电量转移到其它时段,其用电支付将发生必然的变更。

实施机制。1)设置奖励券的时序安排。奖励券的设置和相关信息宣布安排在日前市场和实时市场之间,时序安排如图1所示。图1表示了以下3个阶段:①首次结算。在日前,首先按照日前市场形成的LMP与用户结算。②设置奖励券。结算完成后,开始设置越日实时市场的奖励券,并在设置完成后予以宣布,以勉励用户在实时市场的相应。③二次结算.在越日的实时市场停止时,按照实时LMP和设定的奖励券与用户的误差电量结算。

2)设置奖励券的步骤。由日前买卖营业计划的谋略结果,可根据式(7)谋略获得每个时段每个节点的L-R因子。而后即可设置实时市场的奖励券,主要历程如下:首先,对L-R因子为正的时段节点,按因子大年夜小排序。因子越大年夜,相适时段节点的排序越靠前。其次,逐个确定奖励券的额度。按照优先级顺序,先拔取L-R因子最大年夜的时段节点,以迭代递增的要领设置奖励券,并在迭代历程中根据负荷弹性系数测算该时段线路潮流的变更。跟着奖励券额度徐徐增大年夜,该时段节点的负荷徐徐增添,假如奖励券额度达到了预设的额度上限,或者估计该时段将呈现壅闭,则本轮迭代竣事,完成该时段节点的奖励券额度设置。然后拔取L-R因子次大年夜的时段节点,以同样的要领迭代设置响应的奖励券额度。如斯轮回来去,直至所有L-R因子为正的时段节点均已设置了奖励券,或所有奖励券代价总和与日前壅闭盈余相等,或日火线路壅闭预期整个获得打消为止。完成上述事情后,也就确定了所有发放奖励券的时段、节点和响应的额度,以便在实时市场之前公布,向导和勉励用户相应。

3)实施流程。实施历程中还应斟酌以下身分:首先,只管壅闭时段个别节点负荷的增添也会有助于减轻线路壅闭、削减系统再调整资源,但从系统安然运行的角度启程,奖励券的发放应优先面向非壅闭时段的节点,匆匆使负荷的时空散播加倍平均;其次,奖励券的单位代价一样平常也不应跨越该节点在日前市场壅闭时段的节点电价。文献[8]的钻研注解,可中断负荷用于壅闭治理的最优调整原则是调用可中断负荷直至补偿价格与所在节点的LMP相等为止,从而为本文设定奖励券额度上限供给紧张参考。综上,基于奖励券机制的壅闭治理措施如图2所示。图中:虚线框①表示形成日前买卖营业计划、并根据各时段壅闭线路影子价格谋略L-R因子的历程;虚线框②表示外层轮回,根据L-R因子排序,在每一轮次轮回中选定响应的时段t和节点n。该层轮回的中止前提为所有L-R因子为正的时段节点均完成设置奖励券;虚线框③表示内层轮回,对选定的时段*t、节点*n,以为步长,迭代递增设置响应奖励券的额度**bt,n。当**bt,n增添到跨越预设的奖励券额度上限**bt,n或引起该时段呈现壅闭时,即跳出内层轮回,回到外层轮回,探求L-R因子次大年夜的时段和节点,而后再次进入内层轮回设置该时段节点的奖励券。跟着内外层轮回的交替进行,当日前壅闭红使用尽或日前壅闭完全获得打消时,竣事轮回,完成设置奖励券。

这一奖励券机制代价如下:

1)深度勉励用户相应。日前买卖营业计划确定后,用户支付已经锁定,而实时市场价格风险又对照大年夜,用户相应的动力不够。而奖励券的设置减小了用户在日前市场后转移时段负荷所面临的价格风险,使他们有更大年夜的动力以有利于系统运行的要领调剂自身的用电行径。

2)减轻系统实时壅闭。在奖励券的勉励下,用户相应将改变系统中节点负荷的时段散播。由L-R因子可知,与日前买卖营业计划比拟,这一改变将有利于从整体上低落系统的再调整资源,减轻线路壅闭程度。

3)增进用户福利。实时市场中,若指定节点的电力用户从壅闭时段向奖励券时段转移用电,则可以得到奖励券。这是由于他们的用电行径有益于系统壅闭治理,理应得到响应的奖励。与此同时,其他电力用户仍旧按照实时LMP结算用电误差量。是以,奖励券机制将从整体上增进用户福利。必要强调的是,与文献[7]不合,上述机制并不是对节点边际电价的简单修正,也并非将壅闭盈余简单地返还给电力用户。所有的电力用户仍可从日前市场和实时市场的LMP中得到用电边际资源的经济旌旗灯号,只是在此根基上,对在特准光阴、特定节点改变用电的用户供给了额外的经济旌旗灯号。节点边际价格机制的有效性并未受到影响。

四、算例阐发

下文采纳扩展的IEEE30节点算例验证上述机制和措施的合理性、有效性。方便起见,将原IEEE30节点标准算例数据扩展至4个时段,并改动个别线路的潮流限值,作为日前市场的基础数据。机组报价如表1所示。经Matpower最优潮流谋略,获得各时段的线路壅闭环境如表2所示。表中:时段1和时段4未呈现线路壅闭;时段2仅有18号线路呈现了壅闭;时段3则有18、29、35号3条线路均呈现了壅闭,此中29、35号线路为反向潮流。由谋略可知,日前壅闭盈余为3076.47USD,系统再调整资源为164.77USD。

设各节点的价格需求弹性系数为已知。以节点1为例,其4个时段的价格需求弹性系数矩阵如表3所示。在该系数矩阵中,对角元素为每个时段的自弹性系数,非对角元素为两个时段间的交叉弹性系数。因为只对由壅闭时段向非壅闭时段转移的负荷供给奖励券,是以壅闭时段之间和非壅闭时段之间与奖励券相关的交叉弹性系数为零。此外,每一行的弹性系数之和为零,也即假设所有负荷在时段间是“无损”转移。根据式(7),由节点的价格需求弹性系数、各时段的节点负荷、节点对壅闭线路的转移散播因子和壅闭线路的影子价格,谋略获得如图4所示的各节点的L-R因子。此中非壅闭时段(时段1和时段4)共有21个时段节点的L-R因子大年夜于零。由表4可知,时段4的21号节点L-R因子最大年夜,该当优先发放奖励券。其它节点的优先级按L-R因子从大年夜到小依次低落。

根据3.4节的实施流程,以1USD/MWh为步长,以各节点在相适时段日前LMP的60%为奖励券发放的上限,求得系统在实时市场中实施奖励券的环境如表5所示。结果注解,每个节点的奖励券额度均达到限制的最大年夜值。必要留意的是,奖励券预设的上限、用于奖励券的壅闭盈余总额等约束都邑对奖励券的额度造成影响,必要结合用户的价格需求弹性、线路壅闭程度等实际状况综合确定这些界限前提。

根据价格需求弹性系数矩阵可以谋略获得节点负荷的时段变更。在此根基上的最优调整结果显示,负荷相应后,时段2的壅闭打消,时段3也仅剩35号线路呈现壅闭,系统壅闭状况大年夜为减轻。与此同时,用于发放奖励券的资金总代价仅为579.64USD,不到日前壅闭盈余总额的1/5。是以,经由过程选择L-R因子较大年夜的时段节点并发放响应的奖励券,可以以相对少的资金加倍有效地“撬动”用户相应,杀青更好的壅闭治理效果。残剩的壅闭盈余可以累积进入零丁的基金账户,作为往后奖励券的资金滥觞,也为实时市场奖励券的支付供给了加倍充分的资金保障。与采纳可中断负荷的壅闭治理措施比拟,上述基于奖励券机制的措施低落了负荷相应的门槛,使更多的电力用户能够广泛介入到系统的输电壅闭治理历程中,从而供给了更为富厚的负荷相应资本和壅闭治理手段。与采纳峰谷电价机制的措施比拟,本文保留了LMP作为边际价格所包孕的富厚价格信息,并实现了相对的“正确制导”,对系统壅闭治理供献越大年夜的用户,从奖励券机制中得到的收益越多。为更好地实施这一机制,必要加倍充分地采集负荷相关信息、建立加倍正确的负荷模型,对各节点用户在不应时段的价格需求弹性系数进行更深入的钻研。

五、结论

1)本文提出了基于输电壅闭盈余的实时市场奖励券机制,充分使用日前市场与实时市场的时序毗连,以日前壅闭盈余作为资金滥觞,经由过程对指准时段、指定节点发放增添用电的奖励券,勉励用户负荷的时段转移,以减轻实时运行中的线路壅闭。该机制将深化电力用户与系统的互动,勉励更多用户介入到输电壅闭治理。

2)引入了节点边际价格再调整用度影响因子(L-R因子),作为奖励券机制中选择时段和节点的依据。该因子可以衡量节点价格变更对系统再调整资源的影响,从经济性的角度,使系统以较少的资金投入勉励用户加倍有效的负荷时段转移,杀青更好的壅闭治理效果。

3)经由过程扩展的IEEE30节点算例验证了本文所提机制与措施的有效性。

4)只管本文钻研的是电力市场情况下的勉励机制,但对我国当前的智能电网扶植也具有现实意义。奖励券机制落实和细化了发改委和财政部最新的需求侧相应政策,具体给出了在什么时段和节点开展奖励,以最有效的要领打消壅闭,勉励用户以共同的要领用电,提升电力资产的使用率。,

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