输电权在阻塞管理中的应用
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【摘要】随着电力市场的不断发展成熟，输电网的开放是必然的趋势，而输电阻塞则是制约输电网开放和发展的瓶颈。阻塞管理就是网络阻塞出现情况下所采取的处理措施和方法，它的主要目的是协调各个区域之间的输电联络线使用者，对联络线的输电计划进行有效地管理，以更好地利用系统资源。本文在阻塞管理中引入了输电权，引导输电网络的合理使用，减少阻塞发生的风险，并在阻塞发生后对相关用户进行补偿，稳定输电价格。通过对输电权在不同阻塞状态下的作用分析，对输电权在输电阻塞管理中的作用进行了详细地介绍。
【关键词】 电力市场输电阻塞输电权费用
1 引言
阻塞是指电力输送的要求大于输电网的实际物理输送能力，引起阻塞发生的根本原因是不同区域内的发电和输电不平衡。短期阻塞的出现很多时候是由于系统的突发事故(比如大机组因为故障出力突然减小或某些输电线路发生故障)或系统维护引起，而长期的结构阻塞则是因为某些区域内发电结构以及输电网的扩展规划引起。
输电阻塞严重影响系统的安全稳定运行，是系统运行部门面临的一个十分重要的问题，因此越来越引起广泛的关注，阻塞管理就是网络阻塞出现情况下所采取的处理措施和方法。阻塞管理的主要目的是协调各个区域间的输电联络线使用者，对联络线的输电计划进行有效的管理，以便最大程度地利用系统资源和实现社会经济效益。
最根本解决输电阻塞的方法就是扩建网络，使得网络输电容量充分满足用户的需求。但是由于实际条件的限制，更加广泛的是利用市场机制来进行阻塞管理。普遍采用最优化潮流计算节点电价，节点电价法可以获得计及输电阻塞的发电计划，并且为阻塞费用的分摊提供了依据。但是节点电价随着网络运行条件和网络特性的变化会有很大波动，使得各市场参与者承担价格波动的金融危险性太大，容易造成市场不稳定。
本文在阻塞管理中引入了输电权，它能够事先给出经济信号。引导网络潮流的分配，避规阻塞发生。并且在线路发生阻塞后，对相关用户进行补偿，稳定长期输电价格。
2 阻塞管理模式
2.1 重新调度和分配
这种阻塞管理方式在传统的电力体制中应用最为广泛，但是它不对市场提供任何经济信号，只是对发电机出力和负荷进行简单地调整。根据阻塞程度的不同，可以分为三个阶段：
1)只调整发电机出力，不需调整双边合同和负荷：
2)需要调整发电机出力和双边合同：
3)负荷也参与阻塞管理。
这三个阶段随着阻塞的进一步加重而顺次实施。
2.2 对销交易模式
输电阻塞发生的直接原因就是某条线路潮流越限，对销交易模式就是针对这个原因而提出的一种方法，这种方法是一种基于市场的削减阻塞的方法。当调度中心发现潜在的或者已经存在的危及网络安全的阻塞时，通过产生与形成阻塞的潮流相反的交易来削减阻塞。
目前这种阻塞管理模式在北欧电力市场的短期阻塞管理中已经得到应用。
2.3 输电权
利用输电权来进行阻塞管理是近年来阻塞管理方法中的研究热点和重要发展趋势。输电权也称为金融输电权(Financial Transmission Right)或者固定输电权(FinnTransmission Right)，它是一种事先购买的权力，赋予权利拥有者从一个节点到另一个节点传输电能的权力。在网络发生阻塞时，拥有这种权利的人只需要支付固定的输电费用，而不用支付由阻塞产生的阻塞费用，从而规避了阻塞风险，使得输电价格具有长期稳定性。
3 输电权的原理
市场参与者基于不同节点的边际电价来支付阻塞费用。由实时电价理论可知，当发生阻塞时不用节点的边际电价不同，在不考虑网损时阻塞费用为功率注入节点和输出节点的边际电价之差和通过该支路的电量的乘积。设MP1和MP2分别为注入节点和输出节点的边际电价，q为流过支路电量，则在阻塞发生时，不拥有输电权(FTR)的市场参与者需要支付的阻塞费用为
Q×(MP2-MP1)
当网络没有发生阻塞时，MP1和MP2值相等，因此没有阻塞费用：当阻塞发生时，市场参与者就要支付阻塞费用，并且阻塞费用随着节点电价差值的增加而增加。但如果参与者获得了输送输电量为Q的权利，则交易中心在最后结算的时候将这部分阻塞费用返还给FTR的拥有者，从而两者抵消规避了阻塞带来的风险。
下面用图1来简单说明FTR的基本原理。节点1为发电节点，发电边际成本曲线为Cg；节点2为负荷节点，其需求曲线为Cd，线路输电上限为Qmax。只考虑有功，且不计网损。
由图1b可知，发电成本曲线和需求曲线的交点所对应的电量大于线路的最大输电量，所以线路发生阻塞，只能按线路最大容量Qmax来输电。此时节点1和节点2的电价分别为P1和p1，对于从节点1到节点2数量为Qmax的交易，发电商获得的售电收入为QmaxP1，购电商需要支付的购电费用为QmaxP2，交易盈余为Qmax(p2－P1)，也就是阻塞费用。如果购电商预先拥有从节点1到节点2的电量为Qmax的输电权，在结算时可以获得Qmax(P2―P1)的补偿，从而抵消了支付的阻塞费用。
尽管FTR作为一种规避阻塞风险的工具，但是只有在指定的路径和阻塞方向一致时(即流出节点的边际价格大于注入节点的边际价格)，才对FTR的拥有者有利。当注入节点的边际价格大于流出节点的边际价格时，FTR的拥有者还需要支付由于边际价格差值引起的费用。因此FTR的拥有者在购买FTR之前必须预测购买是否对其有利。
4 不同阻塞状态下输电权的作用
如上所述，FTR可能作为收益，也可能成为费用，在没有阻塞发生时，则没有影响。
4.1 没有发生阻塞时
首先考虑没有发生阻塞时。在这种情况下的输电权比较简单。
如图2所示，L2：为负荷节点，G1和G2为发电机，L2和G1签订225MW的合同，和G2签订135MW的合同，同时 获得了从节点1到节点2的225MW的FTR。线路1―2的潮流上限为225MW。发电机报价如表1所示。
当某时段L2的负荷为150MW，从G1获得150MW的电量。价格为150元/MW。由于没有超过线路1―2的潮流限制，因此没有发生阻塞，此时FTR不起作用。
4.2 FTR作为收益
当负荷L2达到300MW时，线路1―2发生潮流越限，只能传输225MW的容量，其余容量需从G2供给，由线路3―2传输，潮流如图3所示。
此时在线路1―2上产生了阻塞费用，L2：需要支付阻塞费用，线路1―2的阻塞费用＝225×(200-150)＝11250线路3―2的阻塞费用＝75×(200-200)＝0
由于L2获得了线路1―2的225MW的FTR，在结算时，L2：被偿还阻塞价值，其阻塞价值为225×(200―150)＝11250元，从而避免了支付11250元的阻塞费用。
此时由于L2的FTR的方向与线路1―2的潮流阻塞方向一致，都是从节点1到节点2。因此获得了补偿。这时。FTR就是作为收益。
4.3 FTR作为费用
如图4所示，L1和G2签订了20MW的购电合同，价格为200元/MW，同时拥有从节点2到节点1的20MW的FTR。其他条件同上。但是交易时L1是从G1而不是G2购电。按照L1的原购电计划，20MW潮流从节点2流向节点1，可以缓解线路1―2上的阻塞。所以此时L1的20MW的FTR变成了费用，即L1获得20×(150―200)＝1000元的补偿，也就是说L1要支付1000元的费用。此时，FTR就成为了费用。
FTR在不同情况下的不同作用使得它能够给出经济信号，指导潮流的分配，从而尽量削减输电阻塞的发生和严重程度。
5 输电权的交易
输电权的获得方法主要有以下几种：
(1)长期的点对点输电用户获得此线路从输入点到输出点的输电权。
(2)通过输电权交易市场来进行输电权的买卖，此交易市场由调度中心或调度中心制定机构来进行管理。
(3)输电权的拥有者和其他市场参与者通过双边交易直接进行输电权的买卖。此交易不需通过交易市场。
为了保证FTR对所有的市场参与者都公平开放，需要一个机构来组织进行输电权的交易，而交易者在买卖输电权的时候需要提供以下信息：希望购买的输电权最大输电量，报价，购买的线路及线路的起末点；愿意出售的输电权最大输电量，报价。出售的线路及线路的起末点。
6 结论
在不同的输电权路径和潮流方向下，输电权所起的作用不同，可能是收益，也有可能是费用。因此，输电权不但能使其拥有者规避输电阻塞带来的风险，稳定输电价格，而且还能够给出经济信号，对潮流在各条线路的分配起到引导作用，缓解输电阻塞甚至避免输电阻塞的发生。
输电权及相应市场的设计是当前国际电力市场的一个热点问题，而这正是由于输电权的优点所决定的。美国几个主要的电力市场已经采用或正在考虑采用输电权来管理输电阻塞。当前我国的电力市场改革正处于方兴未艾之时，输电阻塞却成为输电网的瓶颈问题，我们也应该加强阻塞管理，尽量减小阻塞带来的损失，而输电权正是其中一个不错的选择。