陳中飛，華南理工大學碩士研究生

喻 芸，華南理工大學碩士研究生

荊朝霞，華南理工大學教授，博士生導師

阻塞管理方法是電力市場設計中非常重要的一個環節。上篇文章以一個簡單系統為例對阻塞管理的基本概念進行了介紹，本文進一步對電力市場中的事前和事後阻塞管理方法進行介紹、比較和分析。

1、事前和事後兩種阻塞管理方法

對電力系統的阻塞，解決的辦法可以分為兩類：事前（ex ante）的方法和事後（ex post）的方法。上一篇文章講到，電力市場出清，或者說電力系統調度問題可以看為一個含約束的數學優化問題，事前、事後的阻塞管理方法的差别也可以從優化的角度分析。事前的方法：就是在優化計算各機組的出力和用戶的負荷水平時，直接包括各方面的約束，也就是說，在調度結果出來之前就考慮了約束，因此求解出來的調度結果本身就是滿足各種約束的。美國PJM、德州等市場現在大多數都是一種事前的方法。事後的方法：進行優化調度時先不考慮網絡約束，得到市場出清結果後對各種約束進行校驗，如果不滿足約束，即發生了阻塞，再通過其他機制調整發電出力或用戶負荷，從而解決阻塞問題。英國是典型的事後解決阻塞的方法，澳大利亞、歐洲也都是類似的方法。

本文的分析仍然以上篇文章中的簡單兩節點算例為例進行說明。假設A、B兩個節點的發電商的報價分為C1=200$/MWh和C2=300元/MWh，容量分别為280MW和120MW，A、B兩個節點的負荷分别為170MW和100MW，線路AB的傳輸極限為60MW。為分析需要，有些情況下将G1分為兩台機組G1a與G1b，其容量分别為260MW和20MW，報價分别為C11=120元/MWh和C12=200元/MWh。這種情況分别稱為情形1和情形2。

圖1 情形1算例圖

圖2 情形2算例圖

2、事後的阻塞管理方法

事後的阻塞管理中，需要進行兩次出清。一次無約束出清，一次約束出清。也就是說，首先在不考慮網絡約束的情況下進行一次市場出清，得到各市場成員的出清量和出清價；然後考慮所有約束再進行一次市場出清。第二次約束出清下，一些機組的出力發生了變化：有些增加了出力，有些減小了出力，需要對這些變化的出力部分進行補償。兩次出清可以采用相同的報價，也可以采用不同的報價(即第一次無約束出清後再重新報價)。兩次出清的時間，可以在一個時間段内先後出清，也可以在不同的時間段出清。

1）出清方法

這種方法中，需要進行兩次市場出清，無約束出清和有約束出清。無約束出清可以得到不考慮網絡約束的全網統一的能量價格，有約束出清則可以得到可運行的調度方案。

（1）無約束出清

出清中不考慮網絡約束，因此不需要考慮電力系統複雜的潮流模型，通過簡單的排隊可以計算出清結果，得到全網的統一出清價PMCP。比如本算例中，對發電報價按價格的高低排序，出清結果為

情形1（事後阻塞管理）：

G1出力PG1=270MW，G2出力PG2=0MW，市場統一出清價為PMCP=200元/MWh。

情形2（事後阻塞管理）：

PG1a=260MW，PG1b=10MW，PG2=0MW，PMCP=200元/MWh。

（2）約束出清

出清中考慮電力系統運行中需要考慮的所有約束，形成一個可行的調度計劃。比如本算例中，考慮線路最大傳輸容量約束，出清結果為

情形1（事後阻塞管理）：

PG1=230MW，PG2=40MW。相對無約束出清，G1少了40MW，G2多發了40MW。

情形2（事後阻塞管理）：

PG1a=230MW，PG1b=0MW，PG2=40MW。相對無約束出清，G1a出力少了30MW，G1b出力少了10MW，G2出力多了40MW。

2）出清時間

無約束出清在約束出清前若幹時間進行。比如英國POOL模式中，無約束出清在日前進行，約束出清實時進行。

3）報價的時間及方式

無約束出清和約束出清可以采用同一組報價，也可采用不同的報價。英國POOL模式下，是采用同一組報價。市場成員在日前申報一組報價即可，既用于日前的無約束出清，又用于實時的有約束出清。英國BETTA模式下，基于雙邊交易的無約束交易截止後，又開啟一個新的市場，即平衡市場，市場成員另外申報Bid/Offer以解決阻塞、功率不平衡等問題。

4）出清價格

參加市場的發電機組，考慮無約束出清和有約束出清兩種出清結果的差異（假定前後負荷不變），可以分為四種類型：

（1）發電（on）

兩種出清方式下都進入發電計劃，沒有變化，這部分出力按照無約束出清計算的市場統一出清價PMCP結算。比如情形1下G1的230MW（=170+60）出力在前後兩種出清方式下都入圍發電。

（2）不發電（off）

兩種出清方式下都不發電，沒有變化，這部分機組在能量市場的收益為0。比如G2發電商有60MW（=100-40）容量在兩種方式下都不發電。

（3）限上（-on）

無約束出清下未能中标發電（報價高于市場出清價），約束出清下中标發電。比如G2約束出清相對無約束出清增加的出力40MW。

（4）限下（-off）。無約束出清下中标發電（報價低于市場出清價），約束出清下不能發電。比如情形1下G1約束出清相對無約束出清減小的出力40MW。

5）補償機制

對限上、限下部分出力，一般需要對其進行補償，其價格可以有不同的計算方法，一般按照機會成本的方法補償（補償其由于約束減少的收益）。阻塞成本就是總的補償成本。阻塞成本=補償價格*補償電量。而補償電量與補償容量與交易時段的時長有關系；補償電量=補償容量*交易時段長度。為了簡化分析，這裡假設每個交易時段為一個小時，因此有：阻塞成本=補償價格=補償容量。

（1）對于約束出清沒有重新報價的情況

事後阻塞管理方法一般與“點費率法”輸配電定價方法結合，基本理念是市場成員按接入電網位置繳納規定的輸配電費（主要為按年繳納的容量費）後，有在電網中與任何其他成員進行自由交易的權利，電網有義務保證電網可以實現自由的交易。因此，對因為網絡原因限上、限下的部分，應該對其補償，補償其因阻塞減少的收益。具體來說，對限上部分，按報價結算。

由于限上部分在無約束下沒有出清，因此其報價一般高于市場出清價，購電成本相對無約束出清增加了，增加量為：

限上阻塞成本=(限上機組報價-無約束出清價）*限上容量

對限下部分，按機會成本（市場出清價減去報價，假設市場成員按成本報價，則出清價減去報價反映了其在無約束市場中可能的收益）進行補償。英國POOL模式即采用這種方法對限上限下機組進行補償。

限下阻塞成本=(無約束出清價-報價)*限下容量

在本例中，如果按照這種方法，則對G2的限上部分，按報價300元/MWh結算，成本增加量為；（300-200）*40=4000元。對G1的限下部分，情形1下按機會成本0（=100-100）補償，成本為零；情形2下，G1a和G1b分别按80元/MWh（=200-120）和0=（200-200）補償，成本為80*30+0*10=2400元。總阻塞成本為4000+2400=6400元。

情形1（事後阻塞管理）：

無約束出清時：

事後阻塞管理：

情形2（事後阻塞管理）：

無約束出清時：

發電收入=200*270=54000元

事後阻塞管理：

（2）對約束出清重新報價的情況

限上和限下部分都按申報的調整報價結算，如英國的BETTA模式。

（3）按約定的合同補償

澳大利亞市場中，對因為網絡約束造成的限上和限下部分出力，根據發電機組和電網公司事前簽訂的合同中約定的方法結算。

6）用戶參與市場

在市場中，用戶可以作為價格接受者，不參與報價，也可以類似于發電側參與報價。實際中，由于電力用戶的價格彈性一般比較低，大多用戶作為價格接受者，不參與報價。随着智能電網、需求側管理技術等的發展，越來越多用戶參與市場的報價。

3、事前的阻塞管理方法

1）市場出清

事前阻塞管理方法下，市場僅需要進行一次出清，即有約束出清。情形1和情形2下的出清結果見後。該結果已經滿足了線路傳輸約束的要求，因此可以作為最終的調度方案（實際中還需要考慮穩定等其他方面的約束，這裡為了簡化分析暫時忽略）實施。實際上，如果G1a、G1b和G2的報價與其成本一緻，則在集中調度情況下的結果也是一樣的。

情形1（事前阻塞管理）：

情形2（事前阻塞管理）：

2）系統電價計算

（1）節點實時電價

節點實時電價的計算可以參考電力市場經濟學基礎 （三 實時電價理論及在電力市場中的應用1）中的方法。

情形1下，可以得到該算例中A、B兩個節點的電價分别是：200元/MWh和300元/MWh。簡單分析如下：在當前情況下，如果在A節點增加單位負荷（1MW），則應該由A節點的發電機G1增加出力，成本為200元，因此A節點的節點電價為pA=200元/MWh；如果在節點B增加單位負荷（1MW），則應該由B節點的發電機G2增加出力（由于此時線路AB上的潮流已達極限，G1的電雖然便宜，但送不過來），成本為300元，因此B節點的節點電價為pB=300元/MWh。

情形2下，節點A的實時電價變為120元。這是由于，當前狀态下，G1a尚未滿發，因此如果節點A增加負荷，仍然可以由G1a發電，單位負荷增加的成本為120元。節點2的實時電價仍然為300元。

（2）系統統一能量價

在有些情況下，在進行有約束出清時，會同時計算出一個不考慮約束的系統統一的能量價作為結算用，具體的算法與事後阻塞管理辦法中無約束價格的計算方法相同。本算例中，兩種情形下，不考慮約束的系統統一能量價格均為200元/MWh。

（3）區域加權平均價

将若幹節點劃為一個區，一個區内的價格等于各個節點實時價格的加權平均價。一般按照各節點發電或負荷的市場出清量加權。這種電價主要用于用戶的定價。比如，情形1下，如果将A、B作為一個區域，則區域用戶的加權平均價為Pave=(170*200+100*300)/(170+100)=237元/MWh。情形2下，用戶平均電價為Pave=(120*170+300*100)/(170+100)=187元/MWh.

4）市場結算

市場結算需要确定以下四種價格：A節點的發電價格pGA、A節點的用電價格pLA、B節點的發電價格pGB及B節點的用電價格pLB。一般來說，發電側按節點電價結算，用戶側按節點電價或區域加權平均價結算。下面給出幾種常見的結算方法。

（1）發電和負荷均按所在節點的實時電價結算（結算方法1）

用公式表示，即為

pGA=pLA=pA

pGB=pLB=pB

由于節點的實時電價等于該節點供電的邊際成本，這是理論上的最優的定價方式。

情形1(事後-結算方法1)：

情形2(事後-結算方法1)：

可以看到，因為發生了網絡阻塞發生，不同節點的實時電價不同，導緻用戶繳納的電費大于支付給發電的費用，這就是交易的阻塞費用，也成為阻塞盈餘。如果市場成員在兩個節點之間進行電力交易，也需要按兩個節點之間的價格差繳納阻塞費。為了和事後阻塞方法比較，這裡也定義一個阻塞成本，為負荷的總購電費相對無約束出清的增加量。

情形1(事後-結算方法1)：

情形2(事後-結算方法1)：

注意，情形2下，阻塞成本是負的，也就是說，在約束出清下，用戶總的購電費用反而減少了。這主要是由于，在本算例下，約束出清後，節點1的邊際機組變化，變為了比較便宜的、大容量的機組G1a，因此使得A節點的總的購電成本大大降低。雖然約束出清下節點B的購電成本增加，由于其電量相對較小，系統總的購電成本仍然是降低了。

（2）無約束發電機按照系統統一能量價結算，約束機組按報價結算（結算方法2）

這種結算方法下，對報價低于系統統一能量價格的，按統一能量價結算，其他的按報價結算。因阻塞增加的成本，按一定方式分攤給市場成員。

無約束出清：

情形1(事後-結算方法2)：

情形2(事後-結算方法2)：

可以看到，這兩種情況下的結算完全一樣。

（3）發電按所在節點的實時電價結算，負荷按分區加權價結算（結算方法3）

實際中，考慮到負荷的價格彈性較小等原因，多數市場中對用戶采用分區加權價格結算。本算例中，隻有兩個節點，如果将A、B兩個節點設為一個區，負荷的價格等于A、B價格的加權價。

pGA=pA

pGB=pB

pLA=pLB=pL

pL=(PL1pA+PL2pB)/(PL1+PL2)

情形1(事後-結算方法3)：

情形2(事後-結算方法3)：

5、讨論

1）阻塞管理方法的分類

如果将事後的阻塞管理根據有約束出清是否重新報價分為兩種，阻塞管理方法可以具體分為以下幾類：

事後阻塞管理：一次報價，兩次出清（無約束出清和約束出清），如英國POOL模式；

事後阻塞管理：兩次報價，兩次出清（無約束出清和約束出清），如英國BETTA模式，平衡市場前的雙邊交易市場（包括日前的集中交易市場）屬于無約束出清，平衡市場為有約束出清；

事前阻塞管理：一次報價，一次出清（約束出清），目前美國大多數市場屬于這種模式，無論日前市場還是實時市場，都是直接計算考慮阻塞的出清結果。

分區阻塞管理：這是一種介于事前阻塞管理和事後阻塞管理之間的方法，也是進行兩次出清，但第一次出清不是完全無約束出清，而是考慮部分約束，如美國加州、德州早期的市場模式。

對每種阻塞管理方法，根據對市場成員結算方式的不同，又可細分為不同的方法，具體見前文的分析。

2）無約束出清的讨論

在事後阻塞管理方法中，首先進行了一次無約束出清。由于實際電力系統的網絡約束總是存在的，因此最終有約束出清的結果一般與無約束出清有一定差别。設置無約束出清主要考慮以下幾個方面的因素：

無約束出清原理簡單，容易被市場成員理解，特别是不懂複雜的電力系統分析計算方法的市場成員。

整個市場隻有一個價格，有利于市場的流動性，增加交易的活躍性。

在一些市場，如英國，認為市場成員繳納了輸配電費後，就具有平等的得到輸配服務的權利，不能因為電網的原因造成其無法交易。因此，首先按照無約束出清方法确定每個市場成員的交易量和價格，有約束出清結果如果與無約束出清結果有差異，對差異部分進行補償。

3）事前和事後阻塞管理對比分析

采用不同的阻塞管理方法會影響總的購、售電成本、阻塞成本等。這裡将本文讨論的幾種阻塞管理及結算的結果總結如下。

序号

情形

電廠收入

負荷費用

阻塞費

阻塞盈餘

無約束出清

54000

54000

事後-情形1

58000

58000

4000

事前-情形1-結算1

58000

64000

10000

6000

事前-情形1-結算2

58000

58000

4000

事前-情形1-結算3

58000

64000

10000

6000

事後-情形2

60400

60400

6400

事前-情形2-結算1

39600

50400

-3600

10800

事前-情形2-結算2

58000

58000

4000

事前-情形2-結算3

39600

50400

-3600

10800

注：

阻塞費=約束出清負荷費用-無約束出清負荷費用

阻塞盈餘=負荷費用-電廠收入,又稱輸電權收益，一般将其按一定的方法分給負荷。

注意，這裡是假設幾種情況下，各發電企業都按成本報價的情況。實際上，不同的市場模式下市場成員的策略會有很大不同。比如對情形2，在事後阻塞管理方法下，G1a如果知道其很大概率會被調減，會故意報一個很低的價格以增加“限下”的補償。比如，如果其報價從120元改為20元，則其得到的補償從1600元增加到3600元（20*180），并使系統總的阻塞費增加到7600元。在采用事後阻塞管理的市場，發電商比較容易行使市場力，監管機構不僅要限制發電的最高報價，還要密切關注其最低報價。另外，本算例是采用一次報價，兩次出清的模式，也就是說，進行無約束出清時，市場成員沒有另外報價，這也在一定程度上增加了市場力。通過将其改為兩次報價、兩次出清的模式，如英國NETA模式及BETTA模式（雙邊交易市場是無約束出清，平衡市場是約束出清，平衡市場另外申報Bid/Offer），可以在一定程度上降低市場成員的市場力。

結論

阻塞管理的方法是區分不同市場模式的重要角度。按照約束的處理方式将阻塞管理方法分為事前管理和事後管理兩大類，每類中，又根據其發電、負荷結算價格機制的不同分為不同的子類。目前美國大多數地區的電力市場是采用的事前的阻塞管理方法，按節點電價或區域電價結算，這種機制下會産生阻塞盈餘，需要通過另外的機制分配該阻塞盈餘；英國和歐洲很多地區的電力市場是采用的事後的阻塞管理方法，首先無約束出清，然後再進行約束出清，對約束出清下出力變化的機組進行補償，會造成一部分阻塞費，需要通過某種機制分攤到市場成員。美國加州、德州早期采用的分區定價的方法可以認為是介于事前和事後兩種方法之間的一種方法，首先考慮部分約束進行出清，然後再考慮全部約束進行出清。事後方法的好處是無約束出清比較簡單，在市場建設的初期比較容易、可以迅速實施，價格信号也很簡單。其存在的問題主要是發電商比較容易行使市場力。一些地區在市場建設初期采用事後的阻塞管理方法，後期随着阻塞成本的增加而改為事前的阻塞管理方法。

我國電力市場建設中，目前由于主要是中長期交易，阻塞問題不突出。進入現貨市場後，必須綜合考慮電網結構、發電市場力情況、市場目标等确定合适的阻塞管理方法。

相關論文鍊接

1、《電力市場經濟學基礎》

一 概述

二 廠商的生産成本

三 實時電價理論及其在電力市場中的應用1

2、《電力市場集中競價的經濟學原理分析》

一 需求分析

二 供給曲線及供需分析

三 社會福利分析

四 競價規則分析

五 廣東2016年規則分析

六 平衡機制及定價

七 我國中長期交易模式下的平衡機制及定價

八 廣東2017年電力交易規則分析

九 阻塞管理1-基本原理

3、觀點

2017.4.20.關于有序放開發用電計劃的一些讨論

2016.11.13.電力市場中長期交易與現貨市場的設計