电力市场概论7讲电力市场34课时ppt课件.ppt

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,电力用户,10MWh,一、电力基础知识,形成输电约束 产生网损,TTC,P1-P,P1,二、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ATC,1995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 Capability ）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ATC,1996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ATC,ATC=TTC-TRM-ETC-CBM TTC：（Total Transfer Capability）最大输电能力； TRM：（Transmission Reliability Margin）传输可靠性裕度； ETC：（Existing Transmission 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ATC,TRM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,G1,G1与L1双边合同 = 300 MW G2与L2双边合同 = 100 MW,L1,Limit: 500 MW,Actual: 400 MW,G2,L2,G3,（二）输电阻塞与分散式交易,两节点示例- 有阻塞,G1,G1与L1双边合同 = 300 MW G2与L2双边合同 = 250 MW,L1, 500 MW,550 MW,G2,L2,G3,必须安排削减交易 1.建立一套行政管理程序 2.市场方法输电权,两节点示例- 无阻塞,A,B,Offer Amount: 300 MW Offer Price: $30/MW,Dispatch = 300 MW LMP = $20/MW,Dispatch = 0 MW LMP = $20/MW,150 MW,Offer Amount: 400 MW Offer Price: $20/MW,Limit: 200 MW,Actual: 150 MW,150 MW,（三）输电阻塞与集中式交易,A,B,150 MW,Dispatch = 210 MW LMP = $20/MW,Dispatch = 90 MW LMP = $30/MW,Limit: 60 MW,Offer Amount: 100 MW Offer Price: $30/MW,Offer Amount: 400 MW Offer Price: $20/MW,150 MW,两节点示例- 有阻塞,（三）输电阻塞与集中式交易,Unconstrained Trading/Dispatch Reaches an Infeasible Solution,C,3,000,B, 1,600, 1,000,A,GenCo Offers G1: 1,200 $20 G2: 1,000 $35,GenCo Offers G3: 1,500 $30 G4: 1,000 $40,GenCo Offers G5: 2,000 $45,G1U = 1,200,G3U = 1,500,1,500,1,500,G2U = 300,G4U = 0,LMPA = $35,LMPPB = $35,LMPC = $35,G5U = 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,3,000,B, 1,600, 1,000,A,GenCo Offers G1: 1,200 $20 G2: 1,000 $35,GenCo Offers G3: 1,500 $30 G4: 1,000 $40,GenCo Offers G5: 2,000 $45,G1* = 1,000,G3* = 1,500,1,600,1,000,G2* = 0,G4* = 100,LMPA = $20,LMPB = $40,LMPC = $45,G5* = 400,经济调度& LMP,C,3,000,B, 1,600, 3,000,A,GenCo Offers G1: 1,200 $20 G2: 1,000 $35,GenCo Offers G3: 1,500 $30 G4: 1,000 $40,GenCo Offers G5: 2,000 $45,G1U = 1,200,G3U = 1,500,1,500,1,500,G2U = 300,G4U = 0,G5U = 0, 750,All Lines Have the Same Impedance,LMPA = LMPB = LMPC = $35,0,三节点简单环网示例- 无阻塞,（三）输电阻塞与集中式交易,Unconstrained Trading/Dispatch Reaches Infeasible Solution,C,3,000,B, 1,600, 1,000,A,GenCo Offers G1: 1,200 $20 G2: 1,000 $35,GenCo Offers G3: 1,500 $30 G4: 1,000 $40,GenCo Offers G5: 2,000 $45,G1U = 1,200,G3U = 1,500,1,500,1,500,G2U = 300,G4U = 0,G5U = 0, 750,All Lines Have the Same Impedance,0,三节点简单环网示例- 有阻塞,（三）输电阻塞与集中式交易,C,3,000,B, 1,600, 1,000,A,GenCo Offers G1: 1,200 $20 G2: 1,000 $35,GenCo Offers G3: 1,500 $30 G4: 1,000 $40,GenCo Offers G5: 2,000 $45,G1U = 1,200,G3U = 1,500,1,600,1,400,G2U = 0,G4U = 300,G5U = 0, 750,All Lines Have the Same Impedance,200,First 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,3,000,B, 1,600, 1,000,A,GenCo Offers G1: 1,200 $20 G2: 1,000 $35,GenCo Offers G3: 1,500 $30 G4: 1,000 $40,GenCo Offers G5: 2,000 $45,G1U = 600,G3U = 1,500,1,400,1,000,G2U = 0,G4U = 300,G5U = 600, 750,All Lines Have the Same Impedance,400,Second 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,3,000,B, 1,600, 1,000,A,GenCo Offers G1: 1,200 $20 G2: 1,000 $35,GenCo Offers G3: 1,500 $30 G4: 1,000 $40,GenCo Offers G5: 2,000 $45,1,000, 750,250,G3* = 1,500,G2* = 0,G4* = 0,G1* = 750,1,250,G5* = 750,经济调度& LMP,Economic Dispatch is beyond manual work,LMPA = $20,LMPC= $45,LMPB = $32.5,Shadow PriceA-C = $37.5,Congestion PriceA-C = $25,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,A,B,100 MWH LMP = $25,100 MWH LMP = $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 = $1000 B. FTR持有者收益: ($35 - $25) * 100 MWH = $1000,金融输电权,责任型点对点FTR 当FTR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：,（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=（P1+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、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,功角稳定,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：,D,(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)。,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； 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。,电网约束,（二）辅助服务的分类,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。,