電力系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)學(xué)原理（第2版） 課件 第4、5章 電力市場主體行為、輸電網(wǎng)與電力市場

電力系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)學(xué)原理行業(yè)PPT模板/hangye/第四章電力市場主體行為第一節(jié)各主體行為分析一、電力用戶行為微觀經(jīng)濟(jì)學(xué)理論認(rèn)為，電能消費(fèi)者與其他商品消費(fèi)者一樣，在增加電能消費(fèi)的過程中，當(dāng)在某一消費(fèi)水平上邊際收益恰好等于市場價(jià)格時，這個消費(fèi)水平是最優(yōu)的。衡量消費(fèi)者對稀缺電能的支付意愿的常見指標(biāo)是停電損失(ValueofLostLoad,VoLL)，它是通過對消費(fèi)者的調(diào)查獲得的，代表了消費(fèi)者為避免在沒有通知的情況下中斷供電而愿意支付的單位電量價(jià)格的平均值。為什么電力需求的短期價(jià)格彈性很低？電能成本占生產(chǎn)/生活成本的一小部分；電能對生活品質(zhì)的重要作用。歷史因素：電能早已被看成是易于使用和隨時可獲得的商品。電力價(jià)格突然上漲時，電力用戶可能不會簡單降低用電需求，而是可能將用電需求轉(zhuǎn)移到電價(jià)降低的時段。除非不同時段的高低電價(jià)之間的差別非常大，否則電力用戶這種負(fù)荷轉(zhuǎn)移帶來的電費(fèi)節(jié)省可能不明顯，因?yàn)橹挥幸恍〔糠志用窈托⌒蜕虡I(yè)用戶可以在不造成重大的舒適度或收入損失的條件下及時轉(zhuǎn)移用電負(fù)荷。因此，大多數(shù)小型居民和商業(yè)用戶不太可能對按每小時或更短時間周期變化的價(jià)格做出需求的變化響應(yīng)。行業(yè)PPT模板/hangye/第四章電力市場主體行為二、售電公司行為在電力批發(fā)市場以波動的價(jià)格購買電能，然后在零售市場以固定價(jià)格出售。為了維持經(jīng)營，售電公司的購電加權(quán)平均價(jià)格必須低于向用戶收取的零售電價(jià)。在任何時段，如果售電公司所有用戶的總用電量超過了公司欽定的購電合同的總購電量，售電公司必須在電力現(xiàn)貨批發(fā)市場上以該時段的現(xiàn)貨實(shí)時價(jià)格購買不平衡電能。同樣，如果在該時段公司合同的購電量超過用戶的實(shí)際用電量，則零售商需要在電力批發(fā)現(xiàn)貨市場上向系統(tǒng)銷售不平衡電能。為了降低暴露在不可預(yù)測的現(xiàn)貨市場價(jià)格風(fēng)險(xiǎn)中的現(xiàn)貨交易頭寸，售電公司會盡可能準(zhǔn)確地預(yù)測代理用戶的用電負(fù)荷。售電公司通過使用最先進(jìn)的預(yù)測技術(shù)，考慮所有影響電力需求的因素（如氣象，天文，經(jīng)濟(jì)，文化和其他方面），有可能將任何時刻的用戶用電量的平均預(yù)測誤差控制在1.5％至2％之內(nèi)。但是，這種準(zhǔn)確性僅對大量用戶的總用電負(fù)荷的預(yù)測中才有可能實(shí)現(xiàn)。不穩(wěn)定的代理用戶群體使售電公司很難收集和完善用電負(fù)荷預(yù)測所需的各類可靠的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)。行業(yè)PPT模板/hangye/第四章電力市場主體行為二、售電公司行為智慧能源公司（PrettySmartEnergy）是一家售電公司，公司根據(jù)對代理電力用戶的用電負(fù)荷預(yù)測，在電力遠(yuǎn)期市場（包含長期雙邊協(xié)商市場、平臺集中交易市場、遠(yuǎn)期交易市場、期貨交易市場）按照代理用戶的用電需求預(yù)測結(jié)果進(jìn)行購電，并將購買的電能按零售電價(jià)轉(zhuǎn)售給相應(yīng)的代理電力用戶。首先假設(shè)該零售電價(jià)是固定不變的，即電力用戶各個小時的用電電價(jià)都相同。圖1固定零售電價(jià)方案下用電負(fù)荷預(yù)測曲線、平均遠(yuǎn)期市場購電價(jià)格和零售價(jià)格圖2固定零售電價(jià)方案下每小時的遠(yuǎn)期購電平均成本和售電收入行業(yè)PPT模板/hangye/小時123456789101112總計(jì)負(fù)荷預(yù)測（MWh）2212192543183583703904103823453052563828遠(yuǎn)期市場購電量（MWh）2212192543183583703904103823453052563828遠(yuǎn)期市場平均購電成本（$/MWh）24.7024.5027.5035.2040.7042.4045.5048.6044.2038.8033.4027.70

遠(yuǎn)期市場購電費(fèi)用（$）54595366698511194145711568817745199261688413386101877091144482收入（$）81778103939811766132461369014430151701413412765112859472141636利潤（$）271827372413572-1325-1998-3315-4756-2750-62110982381-2846表1在固定零售電價(jià)為37$/MWh條件下12小時內(nèi)的售電業(yè)務(wù)明細(xì)行業(yè)PPT模板/hangye/第四章電力市場主體行為二、售電公司行為另外，智慧能源公司可以嘗試通過為零售的電力用戶提供峰谷分時電價(jià)套餐來改變其用電模式。峰谷電價(jià)往往會使用戶的負(fù)荷曲線的峰谷差減小，從而減少售電公司在批發(fā)市場高電價(jià)時段的購電量。圖3峰谷分時零售電價(jià)方案下用電負(fù)荷預(yù)測曲線、平均遠(yuǎn)期市場購電價(jià)格和零售價(jià)格圖4峰谷分時零售電價(jià)方案下每小時的遠(yuǎn)期購電平均成本和售電收入行業(yè)PPT模板/hangye/小時123456789101112總計(jì)負(fù)荷預(yù)測（MWh）2642622972993373483673853593242872993828遠(yuǎn)期市場購電量（MWh）2642622972993373483673853593242872993828遠(yuǎn)期市場平均購電成本（$/MWh）24.7024.5027.5035.2040.7042.4045.5048.6044.2038.8033.4027.70

遠(yuǎn)期市場購電費(fèi)用（$）6521641981681052513716147551669918711158681257195868282141821收入（$）9504943210692113621280613224139461463013642123121090610764143220利潤（$）298330132524837-910-1531-2753-4081-2226-259132024821399表212小時內(nèi)的售電業(yè)務(wù)明細(xì)，高峰售電價(jià)為38$/MWh，非高峰零電價(jià)為36$/MWh行業(yè)PPT模板/hangye/第四章電力市場主體行為二、售電公司行為到目前為止，我們總是假設(shè)智慧能源公司在電力批發(fā)市場的遠(yuǎn)期交易市場中為零售用戶購買每個時段的用電量。但是在實(shí)踐中，售電公司的用電負(fù)荷預(yù)測肯定存在誤差，必須在現(xiàn)貨實(shí)時市場上交易在遠(yuǎn)期市場購買的合約電量與用戶實(shí)際用電量之間的不平衡電量。圖5反映實(shí)際用電量和遠(yuǎn)期購電量之差的不平衡電量以及相應(yīng)的平衡費(fèi)用圖6實(shí)時現(xiàn)貨價(jià)格和平均遠(yuǎn)期購電價(jià)格行業(yè)PPT模板/hangye/表3考慮預(yù)測誤差和實(shí)時現(xiàn)貨市場不平衡量交易，在

12小時內(nèi)的售電業(yè)務(wù)明細(xì)，高峰售電價(jià)為38$/MWh，非高峰零電價(jià)為36$/MWh小時123456789101112總計(jì)負(fù)荷預(yù)測（MWh）2212192543183583703904103823453052563828遠(yuǎn)期市場購電量（MWh）2212192543183583703904103823453052563828遠(yuǎn)期市場平均購電價(jià)格（$/MWh）24.7024.5027.5035.2040.7042.4045.5048.6044.2038.8033.4027.70

遠(yuǎn)期市場購電費(fèi)用($)54595366698511194145711568817745199261688413386101877091144482實(shí)際用電量（MWh）2032032593284134014154503773553312684003不平衡電量（MWh）-18-1651055312540-5102612175現(xiàn)貨價(jià)格（$/MWh）20.3025.4030.3037.5069.7075.4070.10102.3081.4063.7046.9028.90

平衡費(fèi)用（$）-365-4061523753834233717534092-407637121934713568小時購電成本（$）50944960713711569184051802519498240181647714023114067438158050收入（$）75117511958312136152811483715355166501394913135122479916148111利潤（$）241725512446567-3124-3188-4143-7368-2528-8888412478-9939行業(yè)PPT模板/hangye/第四章電力市場主體行為三、生產(chǎn)者行為（從發(fā)電企業(yè)的視角看電力生產(chǎn)者行為，該企業(yè)以單個發(fā)電機(jī)組利潤最大化為目標(biāo)。）（一）完全競爭1.基本調(diào)度如何在1小時內(nèi)最大化發(fā)電機(jī)組i大的利潤，并假設(shè)在此期間其他參數(shù)保持不變。當(dāng)機(jī)組的發(fā)電出力是唯一的決策變量，實(shí)現(xiàn)利潤最優(yōu)解的必要條件是邊際收入等于邊際成本。即為了使利潤最大化，必須將機(jī)組的產(chǎn)量或出力調(diào)整為其邊際收入等于邊際成本的水平。在完全競爭市場，市場價(jià)格不受機(jī)組出力水平變化影響，發(fā)電商此刻是價(jià)格的接受者。完全競爭時，由于給定了市場價(jià)格，每個機(jī)組的出力均可獨(dú)立調(diào)度。2.機(jī)組物理約束假設(shè)發(fā)電機(jī)組i產(chǎn)生的最大技術(shù)出力滿足以下條件：因此，該機(jī)組應(yīng)該按照最大出力發(fā)電。相反，如果機(jī)組i的最小穩(wěn)定技術(shù)出力:機(jī)組此時的發(fā)電無法產(chǎn)生利潤，而避免虧損的唯一方法就是關(guān)停機(jī)組。行業(yè)PPT模板/hangye/第四章電力市場主體行為3.分段線性成本函數(shù)投入——產(chǎn)出曲線是根據(jù)發(fā)電機(jī)在各種出力水平下運(yùn)行時的測量數(shù)據(jù)得出。盡可能使這些數(shù)據(jù)準(zhǔn)確，數(shù)據(jù)點(diǎn)的連線通常也不是平滑曲線。因此，數(shù)據(jù)可采用分段插值法進(jìn)行處理，產(chǎn)生與二次函數(shù)形狀接近的曲線。分段線性成本曲線及對應(yīng)的分段常數(shù)微增成本曲線因此每一個線性分段曲線對應(yīng)的邊際成本的都是固定不變的。這使得在特定電價(jià)條件下的機(jī)組自調(diào)度過程就變得非常簡單：如果價(jià)格恰好等于成本曲線的某一段的邊際成本，則機(jī)組可以以該段內(nèi)的任何值作為出力水平。如果調(diào)度出力是在分段線性線性曲線的間斷點(diǎn)，其對應(yīng)的發(fā)電邊際成本應(yīng)該等于下一段分段曲線的斜率，因?yàn)閭鹘y(tǒng)意義上將邊際成本定義為新增單位MW出力的成本，而不是減少單位MW出力所節(jié)約的成本。行業(yè)PPT模板/hangye/第四章電力市場主體行為4.空載運(yùn)行成本上述最優(yōu)性條件確定的調(diào)度計(jì)劃保證了利潤最大化，但不能確保發(fā)電機(jī)組不會出現(xiàn)虧損。因此生產(chǎn)者還必須考慮與發(fā)電機(jī)組運(yùn)行相關(guān)的準(zhǔn)固定成本，即僅在機(jī)組發(fā)電時產(chǎn)生的與發(fā)電量無關(guān)的成本。第一種準(zhǔn)固定成本是空載運(yùn)行成本。如果發(fā)電設(shè)備在并網(wǎng)運(yùn)行的情況發(fā)電出力為零，則空載運(yùn)行成本表示保持這種機(jī)組空載運(yùn)行狀態(tài)所需的燃料成本。對于大多數(shù)火電機(jī)組來說，由于存在不為零的最小技術(shù)出力，不可能進(jìn)行真正的空載運(yùn)行。因此，空載運(yùn)行成本只是發(fā)電成本函數(shù)中反映了成本函數(shù)曲線在縱軸上的截距的常數(shù)項(xiàng)，沒有實(shí)際的物理意義。5.發(fā)電調(diào)度計(jì)劃給定價(jià)格分布情況針對每段時間進(jìn)行最優(yōu)調(diào)度的方法忽略了機(jī)組的啟停成本和爬坡約束，在技術(shù)上不可行；同時，其他經(jīng)濟(jì)和環(huán)境因素也可能影響發(fā)電計(jì)劃的優(yōu)化。單獨(dú)制定每個時間段的最優(yōu)出力調(diào)度計(jì)劃雖然可實(shí)現(xiàn)，但不太可能實(shí)現(xiàn)多時段的發(fā)電總利潤最大化，因此以一天、一周或更長周期優(yōu)化調(diào)度更加合理。本質(zhì)上講，這種調(diào)度方法和機(jī)組組合模型都可以在滿足運(yùn)行物理約束條件的同時，實(shí)現(xiàn)變動成本部分和準(zhǔn)固定成本部分之間的平衡。動態(tài)或混合整數(shù)規(guī)劃等優(yōu)化技術(shù)的運(yùn)用可以解決計(jì)算量大、整數(shù)變量導(dǎo)致優(yōu)化問題非凸、維數(shù)較高等問題。行業(yè)PPT模板/hangye/第四章電力市場主體行為6.啟動成本——使機(jī)組從停機(jī)狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)檫\(yùn)行狀態(tài)產(chǎn)生的成本。這是另一種準(zhǔn)固定成本。柴油發(fā)電機(jī)組和常規(guī)燃?xì)獍l(fā)電機(jī)組因?yàn)閱铀俣群芸?，啟動成本較低；大型火電機(jī)組必須燃燒大量的燃料，直到使蒸汽處于足夠的溫度和壓力下才能保持發(fā)電出力，啟動成本很高。為了使其利潤最大化，必須在很長一段時間內(nèi)保持開機(jī)運(yùn)行以攤薄啟動成本。為減少啟動成本和增加利潤，機(jī)組可能會在數(shù)小時內(nèi)一直都虧損的情況下仍保持開機(jī)運(yùn)行而不停機(jī)，而不是因?yàn)闀簳r的虧損就停機(jī)，然后在價(jià)格再次上漲時再開機(jī)。7.運(yùn)行物理約束過度的壓力會損害機(jī)組并縮短其壽命。機(jī)組保障措施長期看來具有很好的經(jīng)濟(jì)效益，但在短期卻增加了成本。特別是限制一個機(jī)組增加或減少其出力的速率，可能會阻止它在一段期間內(nèi)達(dá)到其經(jīng)濟(jì)上的最優(yōu)出力。為了最大限度地降低爬坡率約束造成的成本，機(jī)組的運(yùn)行計(jì)劃的優(yōu)化需要在不少于幾個小時的時間范圍進(jìn)行。為了避免頻繁啟停機(jī)組所造成的損失，通常規(guī)定將火電機(jī)組啟動后必須保持并網(wǎng)的最小連續(xù)運(yùn)行小時數(shù)。類似的約束還有，一旦將機(jī)組關(guān)閉，機(jī)組必須保持連續(xù)停機(jī)的小時數(shù)。這些最小運(yùn)行時間約束和最小停機(jī)時間約束減少了更改機(jī)組狀態(tài)的次數(shù)，并且可能會對最優(yōu)調(diào)度計(jì)劃產(chǎn)生重大影響。行業(yè)PPT模板/hangye/第四章電力市場主體行為8.環(huán)境保護(hù)政策約束發(fā)電機(jī)組必須遵守環(huán)境保護(hù)相關(guān)的政策法規(guī)，這也可能限制機(jī)組按照最優(yōu)出力發(fā)電?；剂习l(fā)電廠：限制某些污染物在大氣中的釋放速率會限制了機(jī)組的最大出力水平；限制一年中釋放的污染物總量會對電廠的運(yùn)營構(gòu)成了復(fù)雜的總量約束。水力發(fā)電廠：不排放污染物，但水的使用可能受到限制。確保有足夠的水進(jìn)行再利用或用來保護(hù)瀕臨滅絕的魚類以及必須為灌溉和其他水力發(fā)電廠提供水。水力發(fā)電廠，特別是對處在多個相互連接流域的電廠群的優(yōu)化運(yùn)行是一個非常復(fù)雜的問題。9.關(guān)聯(lián)經(jīng)濟(jì)性的影響熱電聯(lián)產(chǎn)或熱電聯(lián)產(chǎn)所產(chǎn)生的電能通常取決于相關(guān)工業(yè)生產(chǎn)的需求，此類電廠的售電能力可能會受到限制。除電能外，發(fā)電機(jī)還可以提供備用服務(wù)，負(fù)荷跟蹤，頻率調(diào)節(jié)和電壓調(diào)節(jié)等輔助服務(wù)或系統(tǒng)服務(wù)，這些構(gòu)成了除電能銷售外的其他收入。需要注意的是，發(fā)電商的電能交易能力可能會受到其提供輔助服務(wù)合同的影響。相反，電能的生產(chǎn)可能會妨礙發(fā)電機(jī)提供輔助服務(wù)的能力。10.預(yù)測誤差電能價(jià)格的預(yù)測不會完全準(zhǔn)確，這些預(yù)測誤差會導(dǎo)致調(diào)度和調(diào)度決策的結(jié)果最終變得并不理想。市場價(jià)格既受負(fù)荷又受發(fā)電能力的影響，涉及的因素很多而且缺乏充分的信息，因此很難準(zhǔn)確地預(yù)測。行業(yè)PPT模板/hangye/第四章電力市場主體行為三、生產(chǎn)者行為（二）發(fā)電和購電的組合策略假設(shè)一個發(fā)電企業(yè)簽署了一份供電合同，在一小時內(nèi)為給定負(fù)荷L供電。首先，讓我們假設(shè)該企業(yè)決定履行其合同義務(wù)，并使用N個電廠的機(jī)組組合來為此負(fù)荷供電。從數(shù)學(xué)上講，如果我們忽略對發(fā)電機(jī)組的運(yùn)行約束，則可以將其表達(dá)為以下優(yōu)化問題：通過微積分原理可知，解決此類問題的最簡單方法是構(gòu)造一個包含目標(biāo)函數(shù)和約束條件的拉格朗日函數(shù)：根據(jù)求解方程式得到的最優(yōu)條件，可得：投資組合中的所有發(fā)電機(jī)組都應(yīng)以等邊際成本運(yùn)行，并且該邊際成本等于拉格朗日乘子λ的值。拉格朗日乘子的值等于用各發(fā)電機(jī)組新增單位MWh電量的增加的發(fā)電成本，也被稱為電能生產(chǎn)的影子價(jià)格。假設(shè)該發(fā)電企業(yè)可以參與電力現(xiàn)貨市場，如果市場價(jià)格低于電能生產(chǎn)所對應(yīng)的影子價(jià)格λ，則我們的發(fā)電企業(yè)應(yīng)選擇在市場上購買電能，并將企業(yè)各發(fā)電機(jī)組的發(fā)電出力調(diào)低到一定水平，在該出力水平上滿足以下條件：對于不能承擔(dān)電力供應(yīng)中斷損失的消費(fèi)者，應(yīng)安裝應(yīng)急自備發(fā)電機(jī)，在停電期間供應(yīng)一部分負(fù)荷。當(dāng)電力系統(tǒng)正常運(yùn)行但市場價(jià)格很高時，可能會啟動應(yīng)急發(fā)電機(jī)以減少對外電能需求，甚至可能在市場上出售過剩的發(fā)電能力。行業(yè)PPT模板/hangye/第四章電力市場主體行為三、生產(chǎn)者行為（三）不完全競爭當(dāng)處于不完全競爭市場時，一些企業(yè)（策略博弈廠商）便能夠通過其行為來影響市場價(jià)格。電力市場通常由一些策略博弈廠商和許多價(jià)格接受廠商組成。電力市場通常由一些策略博弈廠商和許多價(jià)格接受廠商組成。擁有多個發(fā)電機(jī)組的發(fā)電企業(yè)，如果對整個公司所有機(jī)組的總出力調(diào)度計(jì)劃進(jìn)行統(tǒng)籌優(yōu)化，可能會對市場價(jià)格有更大的影響。擁有多個發(fā)電機(jī)組的企業(yè)總利潤為：改寫利潤公式使之反映自身決策與競爭對手決策的關(guān)聯(lián)性：假設(shè)所有企業(yè)都采取理性的市場行為（以利潤最大化為目標(biāo)），即每個企業(yè)都會選擇最優(yōu)決策，使得：這種不同主體的最優(yōu)決策相互依賴問題就是博弈論中所謂的非合作博弈問題。這種博弈的解（如果存在）稱為納什均衡，表示不完全競爭下的市場均衡。對于上式的求解需要了解企業(yè)之家的戰(zhàn)略互動是如何進(jìn)行的。行業(yè)PPT模板/hangye/第四章電力市場主體行為三、生產(chǎn)者行為1.伯川德博弈模型（企業(yè)以市場報(bào)價(jià)作為決策模型）假設(shè)每個企業(yè)將其電能的價(jià)格作為唯一的決策變量：則出售電能是其自身報(bào)價(jià)和競爭對手報(bào)價(jià)的函數(shù)：根據(jù)模型，只要企業(yè)的價(jià)格低于競爭對手價(jià)格，便可出售任意想出售的電量：在只有兩個發(fā)電企業(yè)的電力市場（雙寡頭壟斷市場）中：假設(shè)兩家企業(yè)的邊際生產(chǎn)成本不變，A企業(yè)35$/MWh，B企業(yè)45$/MWh.當(dāng)市價(jià)低于45$/MWh,那么A占領(lǐng)整個市場假設(shè)兩家發(fā)電企業(yè)具有相同且固定不變的邊際成本，A、B均為35$/MWh：兩家發(fā)電企業(yè)都不可能將其價(jià)格定在其邊際成本之上。只有當(dāng)兩家企業(yè)提供的價(jià)格（即市場出清價(jià)格）為35美元$/MWh，即等于邊際生產(chǎn)成本時，才能達(dá)到可持續(xù)的均衡狀態(tài)。行業(yè)PPT模板/hangye/第四章電力市場主體行為三、生產(chǎn)者行為2.古諾博弈模型（企業(yè)決策模型是自身產(chǎn)量）在雙寡頭壟斷市場中，如果兩家企業(yè)必須同時決定產(chǎn)量多少，則兩家企業(yè)都將估計(jì)另一家企業(yè)的預(yù)期產(chǎn)量。如果企業(yè)1估計(jì)企業(yè)2產(chǎn)量為，則它將自己產(chǎn)量設(shè)置為y1，以使其預(yù)期利潤最大化：企業(yè)1的最優(yōu)產(chǎn)量取決于其對企業(yè)2產(chǎn)量的估計(jì)企業(yè)2遵循類似過程：剛開始，每個企業(yè)對其競爭對手的產(chǎn)量所作的估計(jì)可能是不正確或不準(zhǔn)確的。但是，隨著他們在市場清算中收集更多信息，修改了對競爭對手的估計(jì)產(chǎn)量，并相應(yīng)地調(diào)整了自身產(chǎn)量，最終他們的產(chǎn)量達(dá)到了古諾博弈均衡：當(dāng)市場上有n家企業(yè)競爭時：企業(yè)i尋求利潤最大化：市場價(jià)格是總產(chǎn)量的函數(shù)。市場價(jià)格達(dá)到最大值的情況或古諾博弈模型表明，企業(yè)應(yīng)該維持高于邊際生產(chǎn)成本的價(jià)格報(bào)價(jià)，其差異取決于需求的價(jià)格彈性。用古諾模型獲得的數(shù)值結(jié)果對需求價(jià)格彈性非常敏感。特別是對于諸如電能這類價(jià)格彈性很低的商品，使用古諾博弈模型計(jì)算出的均衡價(jià)格往往高于實(shí)際市場中的價(jià)格。行業(yè)PPT模板/hangye/第四章電力市場主體行為三、生產(chǎn)者行為2.古諾博弈模型（企業(yè)決策模型是自身產(chǎn)量）在古諾模型中，隨著競爭者數(shù)量的增加，每家企業(yè)的產(chǎn)量變化在古諾模型中，價(jià)格和需求隨競爭者數(shù)量的增加而變化在古諾模型中，隨著競爭者數(shù)量的增加，每家企業(yè)的利潤變化行業(yè)PPT模板/hangye/第四章電力市場主體行為三、生產(chǎn)者行為3.供給均衡更復(fù)雜、更符合電力市場實(shí)際的發(fā)電公司競爭策略模型在推陳出新：假設(shè)企業(yè)愿意提供電量與市場價(jià)格的關(guān)系并通過供給函數(shù)表示，此時發(fā)電企業(yè)的決策變量時主體供給報(bào)價(jià)函數(shù)的各個參數(shù)。在市場均衡狀態(tài)下，總需求將等于所有企業(yè)產(chǎn)量之和：每個企業(yè)利潤表示為：

最優(yōu)解：該方程組的解是所有企業(yè)同時實(shí)現(xiàn)利潤最大化的平衡點(diǎn)。因?yàn)楣┙o函數(shù)的參數(shù)未知，所以這些最優(yōu)條件是一組方程。為了找到這組方程的唯一解，通常假定供給和成本函數(shù)分別具有線性和二次函數(shù)形式，并將其與反需求函數(shù)代入最優(yōu)解公式中。一旦使用數(shù)值計(jì)算迭代過程計(jì)算出了這些最優(yōu)解，就可以計(jì)算出每個企業(yè)的均衡市場價(jià)格，均衡需求和均衡產(chǎn)量。需要注意的是，如果假設(shè)反需求函數(shù)是仿射的（即它包含一個線性項(xiàng)加一個偏移量），則均衡供給不一定取決于特定的實(shí)際需求水平。行業(yè)PPT模板/hangye/第四章電力市場主體行為三、生產(chǎn)者行為4.基于Agent的建模（Agent-BasedModeling）智能體模型是通過一個獨(dú)立的軟件實(shí)體來代表每一個市場參與主體，這些智能體生存在模擬了真實(shí)市場規(guī)則的虛擬仿真環(huán)境中，并互相不斷進(jìn)行交互。通過在虛擬市場中反復(fù)的交互和競爭，每個智能體最終都能發(fā)現(xiàn)最適合其代表的市場主體特征的競價(jià)策略。優(yōu)點(diǎn)：包含市場各方面的詳細(xì)描述（例如，遠(yuǎn)期市場與現(xiàn)貨市場之間的相互作用，輸電阻塞對市場影響）不足：計(jì)算時間長；不能保證模擬一定會求得最優(yōu)策略行為；學(xué)習(xí)能力受到所用算法和可調(diào)整參數(shù)集的限制。5.實(shí)驗(yàn)經(jīng)濟(jì)學(xué)根據(jù)實(shí)驗(yàn)人員扮演的企業(yè)主體在虛擬市場中的資產(chǎn)回報(bào)給予這些人員一定的金錢激勵，促進(jìn)他們在虛擬市場實(shí)驗(yàn)中的有更好的表現(xiàn)。讓人員參與市場仿真會降低仿真的流程速度并減少模擬的迭代次數(shù)，但人類的推理能力和創(chuàng)造力是機(jī)器無法比擬的。6.模型的局限性很難對單臺機(jī)組的日運(yùn)行方式優(yōu)化；未考慮非線性因素；發(fā)電競爭問題并非簡單的最求短期利潤最大化問題行業(yè)PPT模板/hangye/第四章電力市場主體行為第二節(jié)關(guān)于化石燃料發(fā)電以外的其他發(fā)電技術(shù)不燃燒化石燃料的發(fā)電廠邊際成本低很多，但每兆瓦裝機(jī)容量的投資成本更高。（水電、風(fēng)電、太陽能）一、核電廠因?yàn)檎{(diào)整核電機(jī)組處理在技術(shù)上有難度，一般以幾乎恒定的發(fā)電出力水平運(yùn)行。核電廠的大容量和長期停運(yùn)需要在現(xiàn)貨和短期遠(yuǎn)期市場上購買大量的替代能源，因此非計(jì)劃停運(yùn)成本很高。在集中競價(jià)市場中，核電廠為確保能中標(biāo)全部可能的出力，出價(jià)通常是0.00$/MWh，是市場的價(jià)格接受者；在雙邊協(xié)商市場，核電廠所有者通過簽訂長期售電合同保證提供基荷出力。二、水力發(fā)電廠水電出力可以在很大的范圍內(nèi)快速上調(diào)或下調(diào)，并且可以頻繁啟停，而不會對其預(yù)期壽命產(chǎn)生重大影響。水力發(fā)電廠可產(chǎn)生的最大出力取決于流域內(nèi)的降雨或降雪量；它產(chǎn)生的最小出力取決于是否要保證一定流量的水通過大壩，以避免水庫過滿或保護(hù)生態(tài)環(huán)境或用于其他用途。水電的運(yùn)行優(yōu)化應(yīng)在一年的時間內(nèi)進(jìn)行。為了使優(yōu)化計(jì)算具有可行性，通常采用兩階段方法通過。由于涉及的時間周期較長，對市場價(jià)格和來水的預(yù)測非常不準(zhǔn)確，通常使用隨機(jī)而非確定性的優(yōu)化模型來完成水力發(fā)電的調(diào)度。行業(yè)PPT模板/hangye/第四章電力市場主體行為第三節(jié)儲能運(yùn)營一、自調(diào)度單個儲能運(yùn)營商：根據(jù)價(jià)格預(yù)測來決定未來時段的充放電功率，以尋求最大化其運(yùn)營利潤儲能設(shè)備的儲能狀態(tài)此時的約束條件包括設(shè)備的容量、充放電功率受到額定容量、額定功率的約束二、集中調(diào)度儲能設(shè)備也可以視為系統(tǒng)運(yùn)營商以最低成本滿足電力負(fù)荷需求的一種資源。系統(tǒng)運(yùn)營商為現(xiàn)貨市場出清而必須解決的優(yōu)化問題是出清價(jià)格與邊際成本之間的關(guān)系。負(fù)荷平衡約束每個時刻內(nèi)儲能設(shè)備的充電或放電功率受額定功率約束行業(yè)PPT模板/hangye/第四章電力市場主體行為第四節(jié)關(guān)于彈性用電需求一、彈性用電需求與儲能電力用戶可以通過自調(diào)度或通過系統(tǒng)運(yùn)營商的調(diào)度來轉(zhuǎn)移用電負(fù)荷。在某種程度上來講，電力用戶提供的此類調(diào)節(jié)能力類似于儲能。（推遲用電過程）優(yōu)勢：不用投資大量資金建設(shè)儲能設(shè)備缺點(diǎn)：用戶側(cè)儲能設(shè)施的主要目的不是向電力系統(tǒng)提供服務(wù)二、彈性需求調(diào)節(jié)能力的補(bǔ)償①分時價(jià)格結(jié)算的電力用戶②具有響應(yīng)能力的電力用戶減少或轉(zhuǎn)移用電負(fù)荷通常需要將電力用戶的實(shí)際用電負(fù)荷曲線與相似日負(fù)荷曲線的情況進(jìn)行比較，從而完成對用戶削減負(fù)荷情況的評價(jià)。三、實(shí)施問題用戶側(cè)的彈性需求調(diào)節(jié)資源納入電能市場：①集中優(yōu)化調(diào)度（要求嚴(yán)格、成本高、用戶隱私問題）②用戶自調(diào)度（負(fù)荷曲線會出現(xiàn)變化上的反復(fù)）互聯(lián)外部電力系統(tǒng)的影響一些競爭性電力市場的電力系統(tǒng)是與鄰近的垂直壟斷電力公司互聯(lián)的，垂直壟斷的電力公司經(jīng)常會參與競爭性電力市場的交易。行業(yè)PPT模板/hangye/第四章電力市場主體行為第五節(jié)對市場總體的認(rèn)識（一）市場出清日前市場的報(bào)價(jià)曲線“曲棍球棒效應(yīng)曲線”日前市場的需求報(bào)價(jià)曲線市場出清曲線日前市場小時價(jià)格-持續(xù)時間曲線行業(yè)PPT模板/hangye/第四章電力市場主體行為（二）行使市場力發(fā)電商將試圖經(jīng)常運(yùn)用經(jīng)濟(jì)持留或物理持留行為來提高市場出清價(jià)格。經(jīng)濟(jì)持留意味著在一部分申報(bào)容量上提高報(bào)價(jià)，并期望這些申報(bào)容量作為系統(tǒng)邊際電量確定市場出清價(jià)格。物理持留則意味著減少直接市場供給量，導(dǎo)致市場報(bào)價(jià)曲線向左移動，從而又導(dǎo)致了更高的市場出清價(jià)格。價(jià)格持續(xù)時間曲線部分彈性需求對市場出清的影響行業(yè)PPT模板/hangye/第五章輸電網(wǎng)與電力市場發(fā)電設(shè)備與用電負(fù)荷需要通過輸電網(wǎng)進(jìn)行連接，而輸電網(wǎng)中普遍存在的輸電阻塞和網(wǎng)損將對電力市場運(yùn)行產(chǎn)生重要影響如何規(guī)避由輸電網(wǎng)絡(luò)特性引起的輸電阻塞和市場價(jià)格波動？？？？？？？？？？？假設(shè)：系統(tǒng)是穩(wěn)定運(yùn)行的，輸電網(wǎng)各支路傳輸?shù)挠泄β示枰３衷诮o定的極限值之下。第一節(jié)輸電網(wǎng)中的分散式交易主體：售電方和購電方（2個）交易通過雙邊協(xié)商達(dá)成，交易價(jià)格為私有信息但交易電量需要提交給系統(tǒng)運(yùn)營機(jī)構(gòu)，輸電網(wǎng)運(yùn)輸電量系統(tǒng)運(yùn)營機(jī)構(gòu)在執(zhí)行交易合同時，必須確保系統(tǒng)在有關(guān)穩(wěn)定限值內(nèi)運(yùn)行一、物理輸電權(quán)系統(tǒng)輸電約束如何打破？通過行政管理手段對交易進(jìn)行削弱在經(jīng)濟(jì)上是低效的如何對不同交易的參與主體使用輸電網(wǎng)絡(luò)的意愿進(jìn)行排序？當(dāng)位于節(jié)點(diǎn)A的發(fā)電廠與位于節(jié)點(diǎn)B的電力用戶簽訂了一筆交易合同，如果雙方不想交易合同因輸電阻塞而被削減，那他們就應(yīng)該購買該筆交易對應(yīng)的輸電網(wǎng)絡(luò)使用權(quán)。行業(yè)PPT模板/hangye/第五章輸電網(wǎng)與電力市場二、物理輸電權(quán)存在的問題1.并聯(lián)路徑在電力系統(tǒng)中，電流和潮流分布兩個定律：基爾霍夫電流定律（KCL）和基爾霍夫電壓定律（KVL）并聯(lián)支路上的電流與各條支路的阻抗成反比。基爾霍夫電壓定律并聯(lián)支路上的有功潮流行業(yè)PPT模板/hangye/第五章輸電網(wǎng)與電力市場二、物理輸電權(quán)存在的問題2.算例分析假設(shè)系統(tǒng)約束條件只包含容量約束（各支路的有功潮流不能超過該支路的傳輸容量），并假設(shè)該支路的電阻為零支路電抗（標(biāo)幺值）容量（MW）1–20.21261-30.22502-30.1130發(fā)電廠D和負(fù)荷Z之間交易在各支路上的潮流發(fā)電廠B和負(fù)荷Y之間交易在各支路上的潮流三節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)行業(yè)PPT模板/hangye/第五章輸電網(wǎng)與電力市場第二節(jié)輸電網(wǎng)絡(luò)中的集中式交易在一個集中的或電力庫模式的交易系統(tǒng)中，購售雙方向系統(tǒng)操作員提交投標(biāo)信息，系統(tǒng)操作員按照購售雙方提交的投標(biāo)信息，考慮輸電系統(tǒng)約束進(jìn)行市場出清，形成市場的統(tǒng)一出清價(jià)格。一、兩節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)中的集中交易利用B、S的例子分析輸電網(wǎng)絡(luò)對集中交易的影響。兩國均已建立高度競爭的集中式電力市場；兩國電力市場中的價(jià)格均與電能生產(chǎn)的邊際成本較為接近；兩國發(fā)電裝機(jī)規(guī)模均大幅超過本國需求；電力市場供給函數(shù)如右圖所示；假設(shè)B和S兩國的電力需求分別為500和1500兩個定值，兩國電力需求彈性均為0。由于兩國電力系統(tǒng)均未與其他第三國互聯(lián)，各自輸電網(wǎng)絡(luò)足夠堅(jiān)強(qiáng)且?guī)缀鯖]有阻塞，比爾認(rèn)定采用簡化模型即可滿足研究需要。行業(yè)PPT模板/hangye/第五章輸電網(wǎng)與電力市場一、兩節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)中的集中交易1.無輸電阻塞情況在正常運(yùn)行條件下，互聯(lián)線路的傳輸容量可以完全滿足實(shí)際電能傳輸需求。博爾多利亞的發(fā)電機(jī)組不可能全部占有兩國全部的市場，因?yàn)閮蓢氖袌鰞r(jià)格會逐漸趨同。換句話說，互聯(lián)系統(tǒng)讓兩國市場融合為一個統(tǒng)一的電力市場，而兩國的市場成員均面對相同的市場價(jià)格。在統(tǒng)一市場中，兩國發(fā)電機(jī)組均面臨來自對方的競爭，均面對兩國市場的總電力需求：只要發(fā)電邊際成本低于系統(tǒng)出清價(jià)格，兩國的發(fā)電機(jī)組均有動力增加發(fā)電出力，直到在生產(chǎn)邊際成本等于系統(tǒng)出清價(jià)格，當(dāng)兩國市場融合為一個統(tǒng)一市場后，兩國市場的價(jià)格須是相等的。行業(yè)PPT模板/hangye/第五章輸電網(wǎng)與電力市場一、兩節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)中的集中交易2.有輸電阻塞情況在一年當(dāng)中，輸電系統(tǒng)各個組件需要進(jìn)行停運(yùn)檢修。需要檢修的組件不僅包括輸電線路和變壓器等，還包括提供重要無功服務(wù)的發(fā)電廠等設(shè)備。輸電通道容量的限制使博爾多利亞與西爾瓦尼亞的電能價(jià)格相差16美元$/MWh。通常在受入電力的地區(qū)，邊際價(jià)格較高；而在送出電力的地區(qū)，邊際價(jià)格較低。如果市場不是完全競爭的，互聯(lián)線路阻塞將導(dǎo)致西爾瓦尼亞的發(fā)電機(jī)組抬高價(jià)格，使市場出清價(jià)格超過它們的邊際發(fā)電成本，也將導(dǎo)致博爾多利亞市場競爭加劇。此外，通過引入更多的市場參與主體，互聯(lián)線路也將使整個市場的競爭程度提升。行業(yè)PPT模板/hangye/第五章輸電網(wǎng)與電力市場一、兩節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)中的集中交易3.阻塞盈余電能價(jià)格函數(shù)分別：πB=MCB=10+0.01·(DB+FBS)πS=MCS=13+0.02·(DS-FBS)電力用戶支付的總費(fèi)用：ETOTAL=πBDB+πSDS費(fèi)用隨著兩國之間潮流的增加而單調(diào)減少發(fā)電機(jī)組售電收入隨互聯(lián)線路潮流FBS變化的關(guān)系——除了在互聯(lián)線路沒有阻塞（FBS=933MW）或在沒有運(yùn)行的時候（FBS=0MW），發(fā)電機(jī)組的售電收入總是少于電力用戶支付的購電費(fèi)用。這種發(fā)電機(jī)組售電收入與電力用戶購電支出之間的差額被稱為商業(yè)剩余，其等于兩國市場價(jià)格之差乘以互聯(lián)線路的潮流電量。由于這種商業(yè)剩余是由輸電阻塞引起的，因此也被稱作阻塞剩余（或阻塞盈余）。行業(yè)PPT模板/hangye/第五章輸電網(wǎng)與電力市場二、三節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)中的集中式交易與分析雙邊交易不同，由于電能生產(chǎn)者和消費(fèi)者需要向系統(tǒng)提交報(bào)價(jià)和投標(biāo)，便于系統(tǒng)操作員優(yōu)化系統(tǒng)運(yùn)行。由于市場是完全競爭的，可以假設(shè)發(fā)電商的報(bào)價(jià)等于他們的邊際生產(chǎn)成本。并假設(shè)每臺發(fā)電機(jī)的邊際成本為常數(shù)，系統(tǒng)的負(fù)荷水平也是常數(shù)。支路電抗（標(biāo)幺值）容量（MW）1–20.21261–30.22502–30.1130行業(yè)PPT模板/hangye/第五章輸電網(wǎng)與電力市場二、三節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)中的集中式交易1.經(jīng)濟(jì)調(diào)度假定在整個運(yùn)行區(qū)間內(nèi)，所有發(fā)電機(jī)有一個恒定的邊際成本，系統(tǒng)負(fù)荷的價(jià)格彈性為零，發(fā)電調(diào)度；根據(jù)邊際成本遞增順序?qū)Πl(fā)電機(jī)排序，并逐漸加載容量直至滿足所有需求。經(jīng)濟(jì)調(diào)度計(jì)劃及成本：必須檢查調(diào)度結(jié)果是否會引發(fā)一根或多根線路發(fā)生潮流越限。方程是線性相關(guān)的，上述方程的成立條件沒有考慮支路阻抗。根據(jù)基爾霍夫電壓定律添加新的方程（×）疊加定律簡化計(jì)算（√）

行業(yè)PPT模板/hangye/第五章輸電網(wǎng)與電力市場1.經(jīng)濟(jì)調(diào)度依據(jù)疊加定律：子問題1：節(jié)點(diǎn)1注入300MW電能，節(jié)點(diǎn)3流出。子問題2：60MW電能從節(jié)點(diǎn)1注入，節(jié)點(diǎn)2流出。問題1的阻抗值：問題2的阻抗值：原始電路的潮流分布：結(jié)論：支路1-2上的潮流是156MW，而該線路的最大輸電容量只有126MW，所以經(jīng)濟(jì)調(diào)度將會使支路1-2上超載30MW的負(fù)荷。這樣的調(diào)度計(jì)劃顯然是不可行的。行業(yè)PPT模板/hangye/第五章輸電網(wǎng)與電力市場二、三節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)中的集中式交易2.對經(jīng)濟(jì)調(diào)度計(jì)劃的修正——為了減少支路1-2上的潮流電量，可以增加節(jié)點(diǎn)2或節(jié)點(diǎn)3處的發(fā)電量。由于微增潮流ΔFA和潮流F12的方向相反，在節(jié)點(diǎn)2處增加發(fā)電出力，同時在節(jié)點(diǎn)1處做相應(yīng)減少發(fā)電出力，可以減少支路1-2上的過載程度。在節(jié)點(diǎn)2處注入并從節(jié)點(diǎn)1處流出1MW的電能，可以減少支路1-2上0.6MW的潮流量?？紤]到這條線路過載30MW，須將總共50MW的電能從節(jié)點(diǎn)1處轉(zhuǎn)移到節(jié)點(diǎn)2。最小成本發(fā)電調(diào)度及其成本：該成本高于原經(jīng)濟(jì)調(diào)度成本，兩者之差即再調(diào)度成本。行業(yè)PPT模板/hangye/第五章輸電網(wǎng)與電力市場2.對經(jīng)濟(jì)調(diào)度計(jì)劃的修正——為了減少支路1-2上的潮流電量，可以增加節(jié)點(diǎn)2或節(jié)點(diǎn)3處的發(fā)電量。通過在節(jié)點(diǎn)3處增加發(fā)電出力，也可以減少支路1-2上的過載程度。須將總共75MW的電能從節(jié)點(diǎn)1處轉(zhuǎn)移到節(jié)點(diǎn)3。增加不同節(jié)點(diǎn)發(fā)力再調(diào)度電能不同：支路1-2上的潮流對節(jié)點(diǎn)3上的發(fā)電變化的敏感度小于節(jié)點(diǎn)2處的發(fā)電變化的敏感度。由于發(fā)電機(jī)D的邊際生產(chǎn)成本較低，所以增加節(jié)點(diǎn)3處的發(fā)電量是成本較低的解決方案。經(jīng)濟(jì)調(diào)度與約束調(diào)度成本之差：2835.00-2647.50=187.50（$/h）行業(yè)PPT模板/hangye/第五章輸電網(wǎng)與電力市場3.節(jié)點(diǎn)電價(jià)節(jié)點(diǎn)邊際價(jià)格等于在節(jié)點(diǎn)上增加單位兆瓦的負(fù)荷時，在滿足系統(tǒng)約束的情況下以最經(jīng)濟(jì)的手段滿足該負(fù)荷需求所增加的成本。節(jié)點(diǎn)1：當(dāng)單位兆瓦電能的生產(chǎn)和消費(fèi)都在同一點(diǎn)上，網(wǎng)絡(luò)對節(jié)點(diǎn)的邊際價(jià)格沒有影響。π1=MCA=7.50$/MWh節(jié)點(diǎn)3：發(fā)電機(jī)D位于節(jié)點(diǎn)3處，供應(yīng)額外的單位兆瓦電力不會對輸電網(wǎng)絡(luò)造成影響。π3=MCD=10$/MWh節(jié)點(diǎn)2：發(fā)電機(jī)C邊際成本高；調(diào)整其他節(jié)點(diǎn)上的發(fā)電機(jī)出力必須考慮到他可能對輸電網(wǎng)絡(luò)造成的影響。支流1-2上潮流已達(dá)最大值，節(jié)點(diǎn)1和節(jié)點(diǎn)3任何發(fā)電出力組合都不可行?？梢栽黾庸?jié)點(diǎn)3的發(fā)電出力，同時減少節(jié)點(diǎn)1的發(fā)電出力。行業(yè)PPT模板/hangye/第五章輸電網(wǎng)與電力市場3.節(jié)點(diǎn)電價(jià)微增潮流分布：如果在節(jié)點(diǎn)3注入1MW的電能，從節(jié)點(diǎn)1流出，支路1-2上的潮流將減少；從節(jié)點(diǎn)3注入1MW的電能，從節(jié)點(diǎn)2流出，支路1-2上的潮流會增加0.2MW；同時進(jìn)行將使支路1-2上的潮流減少了0.2MW。該方法用電負(fù)荷可行；但支路1-2空出0.2MW線路容量，節(jié)點(diǎn)1發(fā)電出力減少太多，方案在經(jīng)濟(jì)性上沒有達(dá)到最優(yōu)。節(jié)點(diǎn)1的電價(jià)由發(fā)電機(jī)A的成本決定，為7.50$/MWh。發(fā)電機(jī)B的邊際成本雖然較低（6.00$/MWh），但它因?yàn)橐呀?jīng)達(dá)到出力上限而無法再增加出力，所以不會影響邊際電價(jià)。節(jié)點(diǎn)3處的節(jié)點(diǎn)邊際價(jià)格由發(fā)電機(jī)D的成本決定，為10$/MWh。節(jié)點(diǎn)2的節(jié)點(diǎn)電價(jià)由位于其他節(jié)點(diǎn)的發(fā)電機(jī)A和D的組合送電成本決定，為11.25$/MWh。行業(yè)PPT模板/hangye/第五章輸電網(wǎng)與電力市場4.阻塞盈余所有節(jié)點(diǎn)上用戶購電費(fèi)之和與所有發(fā)電商的收入之和并不相等用戶處得到的金額＞付給發(fā)電商的金額——商業(yè)剩余同樣是由輸電網(wǎng)絡(luò)阻塞造成的如果沒有輸電阻塞，也就說如果當(dāng)支路1-2的容量大于156MW時，可以對系統(tǒng)實(shí)施無約束經(jīng)濟(jì)調(diào)度，所有節(jié)點(diǎn)的邊際價(jià)格將是相同的，這時發(fā)電商實(shí)現(xiàn)的總收入將等于用戶支付的總金額。行業(yè)PPT模板/hangye/第五章輸電網(wǎng)與電力市場5.看似違反經(jīng)濟(jì)學(xué)常識的有效潮流分析支路1-2和1-3上的潮流實(shí)現(xiàn)了電能從節(jié)點(diǎn)邊際價(jià)格較低的節(jié)點(diǎn)輸送到節(jié)點(diǎn)邊際價(jià)格較高的節(jié)點(diǎn)。潮流經(jīng)過支路2-3從價(jià)格較高的節(jié)點(diǎn)流向價(jià)格較低的節(jié)點(diǎn)。電路定律先于市場規(guī)律在起作用線路2-3上的商業(yè)剩余值是負(fù)數(shù)，因?yàn)槌绷鲝膬r(jià)格較高的節(jié)點(diǎn)流向價(jià)格較低的節(jié)點(diǎn)。所有線路上的商業(yè)剩余總和等于前頁表中各節(jié)點(diǎn)商業(yè)或阻塞盈余的代數(shù)和。行業(yè)PPT模板/hangye/第五章輸電網(wǎng)與電力市場6.看似違反經(jīng)濟(jì)學(xué)常識的有效價(jià)格分布三節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)中重要假設(shè)：即支路1-2上潮流不超過126MW。但真實(shí)存在的系統(tǒng)中一條線路上允許通過的最大潮流不一定是固定的。（潮流受線路熱穩(wěn)定值的限制或受系統(tǒng)穩(wěn)定性的限制）如果支路潮流限值在160MW及以上，則該支路的輸電潮流約束不會對經(jīng)濟(jì)調(diào)度產(chǎn)生影響。在這種情況下，發(fā)電機(jī)組A是唯一的邊際機(jī)組，網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)價(jià)格是統(tǒng)一的，網(wǎng)絡(luò)中不會產(chǎn)生阻塞盈余。如果潮流限值小于70MW，所有調(diào)度方案都會導(dǎo)致支路1-2潮流越限。如果潮流限值在70-90MW之間，發(fā)電機(jī)A沒有發(fā)電出力，發(fā)電機(jī)B和C部分負(fù)載，發(fā)電機(jī)D滿載。如果我們把該線路潮流限值提高到120MW以上，發(fā)電機(jī)C出力將為零。PAPBPCPDπ1π2π3發(fā)電成本發(fā)電收入發(fā)電利潤用戶付費(fèi)阻塞盈余700.00238.3386.6785.006.0014.0011.333493.333606.67113.334540.00933.33800.00255.0070.0085.006.0014.0011.333360.003473.33113.334540.001066.67900.00271.6753.3385.006.0014.0011.333226.673340.00113.334540.001200.001003.33285.0036.6785.007.5014.0011.833089.333681.67583.334765.001083.3311020.00285.0020.0085.007.5014.0011.832990.003573.33583.334765.001191.6712036.67285.003.3385.007.5014.0011.832881.673465.00583.334765.001300.0013060.00285.000.0065.007.5011.2510.002810.003237.50427.504050.00812.5014085.00285.000.0040.007.5011.2510.002747.503175.00427.504050.00875.00150110.00285.000.0015.007.5011.2510.002685.003112.50427.504050.00937.50160125.00285.000.000.007.507.507.502647.503075.00427.503075.000.00支路1-2上的最大潮流約束對三節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)運(yùn)行的影響行業(yè)PPT模板/hangye/第五章輸電網(wǎng)與電力市場7.更多看似違反經(jīng)濟(jì)學(xué)常識的有效價(jià)格分布價(jià)格的情景

當(dāng)支路2-3的輸電限制減少到65MW，最小成本的約束調(diào)度結(jié)果及對應(yīng)系統(tǒng)潮流：因此，只有線路2-3的潮流是受到限制的。此時發(fā)電機(jī)B處于最大出力狀態(tài)，發(fā)電機(jī)C無發(fā)電出力，邊際發(fā)電機(jī)組是A和D。發(fā)電機(jī)組A決定了節(jié)點(diǎn)1的價(jià)格π1為7.50$/MWh，而發(fā)電機(jī)組D決定節(jié)點(diǎn)3的價(jià)格π3為10.00$/MWh。計(jì)算節(jié)點(diǎn)2的邊際價(jià)格需要計(jì)算節(jié)點(diǎn)額外新增單位兆瓦用電負(fù)荷的成本。ΔP1+ΔP3=1-0.4ΔP1-0.8ΔP3=0出現(xiàn)負(fù)號是因?yàn)樵黾庸?jié)點(diǎn)1或節(jié)點(diǎn)3的發(fā)電出力，同時增加節(jié)點(diǎn)2的用電負(fù)荷會減少支路2-3上的潮流。求解得：ΔP1=2MW，ΔP3=-1MW節(jié)點(diǎn)2上的1MW用電負(fù)荷增量需要增加節(jié)點(diǎn)1上2MW發(fā)電出力，減少節(jié)點(diǎn)3的1MW發(fā)電出力π2=2×7.50-1×10=5.00（$/MWh）節(jié)點(diǎn)2的邊際電價(jià)低于其他任何節(jié)點(diǎn)電價(jià)。行業(yè)PPT模板/hangye/第五章輸電網(wǎng)與電力市場8.節(jié)點(diǎn)電價(jià)與市場力

假設(shè)節(jié)點(diǎn)2上的發(fā)電機(jī)組C總是想要保持一定的出力。機(jī)組C的所有者的報(bào)價(jià)必須低于節(jié)點(diǎn)邊際價(jià)格（5$/MWh），假設(shè)為3$/MWh。如果其他生產(chǎn)者以邊際成本報(bào)價(jià)可得經(jīng)濟(jì)調(diào)度結(jié)果。由于發(fā)電機(jī)組A和C為邊際機(jī)組，它們決定了節(jié)點(diǎn)1和節(jié)點(diǎn)2的節(jié)點(diǎn)價(jià)格分別為7.50$/MWh和3.00$/MWh。發(fā)電機(jī)組D處于滿功率運(yùn)行狀態(tài)，節(jié)點(diǎn)3的價(jià)格受到其他機(jī)組出力的影響，π3=2π1-π2=12.00（$/MWh）。節(jié)點(diǎn)2的機(jī)組C的報(bào)價(jià)降低（從邊際成本14$/MWh降低到3$/MWh）使節(jié)點(diǎn)3的節(jié)點(diǎn)價(jià)格從10.00$/MWh上升到12.00$/MWh，同時該節(jié)點(diǎn)上的機(jī)組D的發(fā)電出力也從77.5MW增加到85MW。機(jī)組C的降低報(bào)價(jià)行為竟然導(dǎo)致機(jī)組D的收入出現(xiàn)了顯著增加！D的所有者將報(bào)價(jià)提高至20$/MWh時，π1=7.50（$/MWh）π3=20.00（$/MWh）π2=-5.00（$/MWh）節(jié)點(diǎn)2的節(jié)點(diǎn)價(jià)格是負(fù)數(shù)，用戶獲得收入，而節(jié)點(diǎn)2的發(fā)電機(jī)組生產(chǎn)電能需要支付一定費(fèi)用。發(fā)電機(jī)組D之所以能夠行使市場力，是因?yàn)橹?-3的輸電阻塞使機(jī)組D處于非常有利的市場地位。一般來說，輸電網(wǎng)約束可以增加機(jī)組的策略性競價(jià)機(jī)會，因?yàn)椴皇撬械陌l(fā)電機(jī)組都位于有利于策略博弈的電網(wǎng)節(jié)點(diǎn)上，在這些節(jié)點(diǎn)上，機(jī)組的出力可以顯著減輕輸電阻塞。輸電阻塞可以將一個競爭激烈的大市場切割為若干個規(guī)模較小的市場。由于這些較小市場的參與主體更少，使得其中一些主體能夠行使市場力。行業(yè)PPT模板/hangye/第五章輸電網(wǎng)與電力市場三、輸電網(wǎng)絡(luò)中的損耗1.網(wǎng)損的類型變動損耗。是由通過線路、電纜和變壓器的電流造成的，又可稱為負(fù)載損耗、串聯(lián)損耗、銅耗或與輸電功率相關(guān)的損耗。損耗與支路的電阻R和支路電流的平方成正比。固定損耗。主要是由變壓器鐵芯中的磁滯和渦流損耗引起的，另外是由輸電線路中的電暈效應(yīng)引起的。固定損耗與電壓的平方成正比，與潮流無關(guān)。固定損耗可以近似視為常數(shù)。也被稱為空載損耗、分流損耗或鐵耗。非技術(shù)性損失。由于變動損耗的值與潮流值的平方成正比，因此變動損耗在負(fù)荷高峰時段更多。2.邊際網(wǎng)損成本連接在節(jié)點(diǎn)1上的發(fā)電機(jī)通過電阻為R的線路為連接在節(jié)點(diǎn)2上的負(fù)荷供電。假設(shè)：只存在有功負(fù)荷，忽略了無功潮流對該線路損耗的影響。我們還假設(shè)兩個節(jié)點(diǎn)上的電壓都為額定值。行業(yè)PPT模板/hangye/第五章輸電網(wǎng)與電力市場2.邊際網(wǎng)損成本在上述假設(shè)條件下，網(wǎng)損可以表示為：L=KD2，其中D是節(jié)點(diǎn)2上的負(fù)荷，且K=R/V2。節(jié)點(diǎn)1的發(fā)電出力為：G(D)=D+L=D+KD2

如果節(jié)點(diǎn)2的用電負(fù)荷從D增加到D+ΔD，節(jié)點(diǎn)1的發(fā)電出力也會發(fā)生相應(yīng)的變化：

ΔG=G(D+ΔD）-G(D)=ΔD+2

ΔD*DK=(1+2DK)ΔD如果節(jié)點(diǎn)1的邊際發(fā)電成本為c，則由節(jié)點(diǎn)2的負(fù)荷增加ΔD而導(dǎo)致的發(fā)電成本增加為：ΔC=c（1+2DK)ΔD完全競爭狀態(tài)節(jié)點(diǎn)1、2的電能價(jià)格為π1=c，π2=π1(1+2DK)由于網(wǎng)損是用電負(fù)荷的二次函數(shù)，因此兩節(jié)點(diǎn)之間的價(jià)格差隨線路潮流的增加而線性增加。輸電導(dǎo)致了商業(yè)剩余MS。這一剩余等于在節(jié)點(diǎn)2上售電費(fèi)用減去購買節(jié)點(diǎn)1發(fā)電收入：MS=Ckd2由于只有一個具有確定邊際成本的發(fā)電機(jī)，商業(yè)剩余恰好等于網(wǎng)損電量的發(fā)電成本。但在復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)中，難以找到一個方法對網(wǎng)損成本進(jìn)行嚴(yán)格的定量分析。雖然節(jié)點(diǎn)2用電負(fù)荷消耗的電能少于節(jié)點(diǎn)1處的發(fā)電機(jī)生產(chǎn)的電能，但兩節(jié)點(diǎn)之間的價(jià)差足以確保這一商業(yè)剩余始終為正。行業(yè)PPT模板/hangye/第五章輸電網(wǎng)與電力市場3.網(wǎng)損對發(fā)電經(jīng)濟(jì)調(diào)度的影響示例：本章最開始的B-S互聯(lián)線路假設(shè)：互聯(lián)線路并不會發(fā)生阻塞，同時他的系數(shù)為K=R/V2=0.00005MW-1。如果B-S聯(lián)合電力市場是高效且競爭良好的，那么在市場均衡狀態(tài)時，電能生產(chǎn)的總變動成本最低是目標(biāo)函數(shù)；這種成本最兇愛華受功率平衡約束，即在B、S的發(fā)電出力必須等于負(fù)載和損耗之和。根據(jù)有功潮流可以計(jì)算出B、S的發(fā)電出力，進(jìn)而計(jì)算總發(fā)電成本。這些網(wǎng)損使得B發(fā)電機(jī)的競爭力有所下降，因?yàn)樗鼈兩a(chǎn)的一小部分電能在傳輸給S用戶的過程中損失了。由于再調(diào)度，B和S的邊際發(fā)電成本（以及當(dāng)?shù)仉娔軆r(jià)格）不再相等。兩地之間出現(xiàn)了約為2.00$/MWh的價(jià)差。S的用戶對以25.94$/MWh的價(jià)格從當(dāng)?shù)匕l(fā)電商購買或以23.89$/MWh的價(jià)格從B發(fā)電商購買并支付2$/MWh的輸電費(fèi)用，這兩種方式的費(fèi)用沒有差別。類似地，B的用戶可以從當(dāng)?shù)匕l(fā)電商購電，或從更昂貴的S發(fā)電商購買電能，這兩種方式的總購電成本也都是一樣的。對于后者雖然發(fā)電費(fèi)用高，但因?yàn)樗麄兊妮旊娊灰祝ㄓ欣诮档途W(wǎng)損，因此獲得了2.00$/MWh的輸電價(jià)差補(bǔ)償。行業(yè)PPT模板/hangye/第五章輸電網(wǎng)與電力市場4.商業(yè)剩余網(wǎng)損造成的商業(yè)剩余可以看作是互聯(lián)系統(tǒng)運(yùn)營商在B購買電能并在S出售電能獲得的利潤。由于存在網(wǎng)損，商業(yè)剩余與直接將聯(lián)絡(luò)線潮流乘以兩節(jié)點(diǎn)的電價(jià)差價(jià)得到的費(fèi)用并相等。5.網(wǎng)損與阻塞的綜合作用S節(jié)點(diǎn)價(jià)格：31$/MWh；B發(fā)電出力：1118MW；B節(jié)點(diǎn)電價(jià)：21.8$/MWh兩個節(jié)點(diǎn)的電價(jià)差達(dá)到了9.82$/MWh，很大程度上是因?yàn)檩旊娮枞拇嬖凇?.雙邊交易中的網(wǎng)損分?jǐn)傒旊娊灰自斐傻木W(wǎng)損不僅僅與輸電交易量和交易主體所在節(jié)點(diǎn)有關(guān)，還要受到電網(wǎng)中發(fā)生的其他輸電交易的影響。公平的網(wǎng)損分?jǐn)倷C(jī)制應(yīng)當(dāng)是讓引起電網(wǎng)耗損的市場主體支付更多的網(wǎng)損費(fèi)用。行業(yè)PPT模板/hangye/第五章輸電網(wǎng)與電力市場四、節(jié)點(diǎn)電價(jià)的數(shù)學(xué)推導(dǎo)1.單節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)我們假設(shè)用戶的用電利益由總需求D的函數(shù)B(D)，而每小時的發(fā)電成本為總發(fā)電量P的函數(shù)C(P)。單節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)的操作表述為約束優(yōu)化問題——目標(biāo)函數(shù)：maxB(D)-C(P)約束條件是：P-D=0問題的拉格朗日函數(shù)是：