基于潮流贡献率的联营市场阻塞成本分摊方法

王玉萍, 朱刚毅， 黎洁， 郭少青， 赖晓文， 汪洋

(1.贵州电力交易中心有限责任公司，贵州 贵阳 550004；2.北京清大科越股份有限公司,北京 100084；3. 清华大学 电机工程与应用电子技术系，北京 100084)

0 引 言

联营电力市场中电网公司作为单一买方组织发电侧市场交易。当采用统一出清模式出现网络阻塞时，有约束出清价格将高于无约束出清价格，产生阻塞成本[1]。因此，当联营电力市场出现阻塞时，将导致电网企业购电成本上升。如果没有合理的阻塞成本分摊方法，不能将阻塞成本传导，则容易影响市场有序运行。

随着我国电力市场蓬勃发展，阻塞成本的分摊方法已成为当前研究的热点。文献[2]所提出的联营电力市场阻塞成本分摊本质上为一种发电侧的均衡分摊方法，没有充分考虑不同机组对阻塞的影响。文献[3-4]为解决阻塞成本分摊问题，从转移分布因子出发提出了潮流转归分量和潮流变化量，其实质均为量化节点对线路潮流的影响大小，但是并没有考虑断面的重载程度。文献[5]则是从运行断面的阻塞程度出发，分析其越限程度来分摊阻塞成本。文献[6]则将阻塞成本分摊至用户侧，上述改变大大简化了联营市场中阻塞成本分摊的过程，更符合经济学基本原理，后续研究中也大量沿用了这种分摊方法[7-9]。

针对上述问题，本文首先设计了潮流贡献率指标，用于量化用户需求对阻塞的影响程度。按照我国电力体制改革文件精神，提出了阻塞成本分摊的基本原则，在此基础上设计了基于潮流贡献率的阻塞成本分摊方法，用于解决联营电力市场统一出清模式下的阻塞成本分摊问题。最后基于IEEE-30节点系统构造算例论证了本文所提方法的有效性。

1 潮流贡献率的内涵和算法

潮流贡献率是各节点负荷对电网运行断面潮流影响程度和运行断面重载程度的综合量化指标。在设计潮流贡献率时，一方面需要考虑节点负荷对运行断面潮流的影响程度，是否会加重运行断面负担，造成阻塞；另一方面需要考虑运行断面实际重载程度，是否存在阻塞的可能性。

基于以上两方面考虑，本文所提出的潮流贡献率指标的计算公式如下：

(1)

运行断面的等效负荷率λs,t为时刻t运行断面s的负荷率与全网所有运行断面平均负荷率的比值，反映了运行断面在全网中的相对重载程度。

2 阻塞成本分摊原则与方法

2.1 分摊原则

《关于进一步深化电力体制改革的若干意见(中发[2015]9号)》(以下简称“中发9号文”)颁布，拉开了我国电力市场改革的序幕。中发9号文作为我国电力体制改革纲领性文件，明确了我国电力市场化改革的目标和方向。按照中发9号文及其配套文件精神[10]，本文提出的阻塞成本分摊原则包括如下方面：

(1)资源优化配置原则。资源优化配置是电力市场化改革的根本方向，因此在阻塞成本分摊中必须将有利于资源优化配置作为根本原则。

(2)需求侧响应发展原则。需求侧响应是用户参与市场的重要途径，对于电力技术进步、市场效益提升和推动资源优化配置具有显著效益，因此在分摊方法设计上必须考虑如何促进需求侧响应的发展。

(3)价格传导原则。价格传导原则是指阻塞成本应完全分摊，不能造成电网企业利益受损。联营市场中电网企业作为市场交易组织者，代表用户进行发电侧交易，其经营效益对市场有序开展具有重要影响。

图1 阻塞成本分摊实施流程

同时在分摊方法设计上应注意尽量简单易行，便于市场成员和监管方充分掌握其内涵，避免由于信息不对称造成的潜在矛盾。

2.2 分摊方法

基于上述分摊原则，分摊方法实施流程如图1所示。整个实施流程包括阻塞成本测算、潮流贡献率指标及阻塞成本分摊比例计算与阻塞成本分摊三个阶段。下面将逐一介绍各阶段的实施细节。

2.3 阻塞成本测算

阻塞成本为有网络约束和无网络约束情况下联营市场中电网最优购电成本的差。有网络约束情况下电网最优购电成本可表示为如下模型[11]。

(2)

当不考虑上述两项网络约束时，该模型即为无网络约束问题，可表示为：

(3)

阻塞成本Fz即为上述有网络约束的优化目标与无网络约束下优化目标的差，可表示为Fz=F1-F2，单位为元。

2.4 潮流贡献率指标及阻塞成本分摊比例计算

根据电网实际潮流和转移分布因子等基础数据按照式(1)所示计算公式，计算节点对各运行断面的潮流贡献率指标。据此对分摊比例进行计算：首先判定各节点负荷是否参与了需求侧响应，如果参与了需求侧响应则不进行阻塞成本分摊，否则须要分摊阻塞成本。阻塞成本分摊比例公式如下：

(4)

2.5 阻塞成本分摊

各节点的用电费用包括两个部分：无约束出清电能费用和阻塞成本分摊费用。其中无约束成本分摊费用为边际机组的价格与各节点的用电量乘积，而阻塞成本则为该节点阻塞成本分摊比例ηi,t与电网阻塞成本Fz的乘积。

3 算例验证

3.1 基础数据

本文将在IEEE-30节点系统基础上构造算例，以验证分摊方法的有效性。IEEE-30节点系统网架结构如图2所示。系统负荷曲线如图3所示。6台发电机组的基本参数信息如表1所示。

表1 机组参数

图2 IEEE-30节点系统

图3 系统负荷曲线

图4 各节点潮流贡献率

3.2 算例分析

为了说明本方法的有效性，在该系统中增加两个运行断面控制要求：①线路9→10和9→6潮流之和低于450 MW；②线路4→12、6→10、9→10和28→27潮流之和低于800 MW。

基于式(2)所示的有网络约束出清模型和式(3)所示的无网络约束出清模型进行优化分析，可以发现在时段09∶00至20∶00范围内发电机组11受到运行断面1限制出力不能带满存在阻塞问题。以时段10∶00为例，发电机组11出力只能带480 MW。有网络约束的统一出清边际电价为330元/MWh，对应的购电成本为39.6万元；无网络约束的统一出清边际电价为290元/MWh，对应的购电成本为34.8万元。该时段的阻塞成本为4.8万元。该时段系统中各负荷节点的潮流贡献率如图4所示。可以发现除节点9外，其余负荷节点的潮流贡献率均为正数。说明除了节点9的负荷需求是消除运行断面阻塞外，其余节点均加剧了运行断面的阻塞程度,而且各节点的潮流贡献率数值相差较大，对发生阻塞的运行断面9→10和9→6转移分布因子较大的节点其潮流贡献率明显较大。其中对运行断面阻塞影响最大的两个节点分别为负荷节点10和17。在时刻10∶00，若节点10参与需求侧响应，可不参与阻塞成本分摊，其阻塞成本分摊费用为0。若节点10未参与需求侧响应，则必须承担阻塞成本，承担量为1.68万元。如果对全天累积，对于节点10，其所需要承担的阻塞成本将达到28.9万元。

这一特点说明，阻塞成本分摊机制不仅能够将阻塞成本根据用户对运行断面阻塞的贡献程度进行合理分摊，而且能够激励用户积极参与需求侧响应，促进资源优化配置。

4 结束语

本文围绕阻塞成本分摊问题，提出了潮流贡献率关键指标。依照中发9号文精神明确了阻塞成本分摊的三方面基本原则，设计了基于潮流贡献率的阻塞成本分摊方法。算例表明本文所提出的方法能够保证阻塞成本在用户内合理分摊，并且有效激励用户积极参与需求侧响应，实现资源优化配置。