电力市场集中竞价的经济学原理分析：节点电价的能量分量与阻塞分量计算

《走进电力市场》原创

【内容提要】

现货市场下，节点电价包括三个部分：能量分量、阻塞分量和网损分量。本文对能量分量和阻塞分量的含义、计算方法进行讨论，并结合三节点系统对线路影子价格、节点电价的特性进行分析。

节点电价的计算-启停成本影响、节点电价的计算-功率平衡约束及网络约束的影响的相关内容详见文末链接

来源（微信公众号“走进电力市场”ID：gh_aef23ab4d1d9 作者：荆朝霞 陆展辉）

一、基本理论

1、节点电价基本计算公式

基于节点定价的电力现货市场中，节点电价一般包括三个部分：能量分量、阻塞分量和网损分量。比如，对于系统中某一节点M，其节点电价的计算公式为：

节点M电价 = 能量价 + M节点阻塞价 + M节点网损价

其中，各分量的含义如下：

能量价：系统参考节点（R）增加负荷时系统的边际成本。

阻塞价：不考虑网损时，将单位电力从节点R送电到节点M的发电成本。

网损价：将单位电力从节点R送到节点M的网损成本。

2、并联电路的反比分流定理

为了让大家更好理解多节点系统中电价的机理，这里对电路中的相关理论、定理进行介绍，比较熟悉这些内容的可以跳过本节内容。

根据电路相关理论可以知道，在并联电路中，通过各并联支路的电流与线路的阻抗成反比。由于并联电路中各支路两端的电压相同，可以得到：并联线路中通过各并联支路的功率与线路的阻抗成反比。

电力系统中，用直流潮流模型进行分析、计算，忽略电阻、忽略无功，则上述结论可以表达为：并联线路中通过各并联支路的有功功率与线路的电抗成反比。

图1 三节点系统

如图1所示的三节点系统，假设线路AB、AC、BC的电抗分别为xAB、xAC、xBC。，潮流分别为FAB、FAC、FBC。则对从节点A的G1送到节点C的L1的1MW的电力，有两条流通路径：A→C，以及A→B→C。可以根据反比分流的原则计算在两条路径上的潮流。

1）三条线路完全相同

假设三条线路长度相同，型号相同，则阻抗也完全相同，即

xAB=xAC=xCB

路径1总电抗：x1=xAC

路径2总电抗：x2=xAB+xBC= 2x1

从上面分析看到，这种情况下，路径1和路径2的阻抗比为1:2，因此上面的潮流比为2:1。也就是说，如果从G1送1MW电到L1，则线路AC上的潮流为2/3MW，线路AB、BC上的潮流为1/3MW。

2）其他情况

其他情况的分流结果如表1所示。其中，“源”指发电节点，“源”指负荷节点。分流比例为负表明潮流方向与原方向相反。比如，FBC=-1/3，表明有1/3MW从C到B的潮流。

表1 不同情况下的分流结果

二、两节点系统阻塞分量计算

1、系统概况

首先以图2所示的两节点系统的【情景2】为例进行分析。相关参数的具体说明见上篇文章。

图2 两节点情景2系统图及出清结果

2、市场出清

出清结果为：G1出力为800MW，共800MW，G2出力为200MW。节点A 的电价为300￥/MWh，节点B的电价为500￥/MWh。

选取节点A为参考节点。不考虑网损分量。则节点A电价的阻塞分量为零。

对节点B，参考节点A到节点B的潮流分布因子为1，线路AB的影子价格为200￥/MWh（传输容量增加1MW，系统发电成本可以降低200元），因此节点B的阻塞分量为：1*200=200￥/MWh。节点B的总电价为：能量分量+阻塞分量=300+200=500￥/MWh。

三、三节点系统出清及节点电价计算

1、边际成本法节点电价计算基本思路

这里在简单回顾下用边际成本法计算节点电价的基本思路。

1）给定网络参数、各发电的报价、各节点的负荷。

2）计算当前情况下满足各种约束的总成本最低的调度方案，得到各发电机组当前的出力水平。计算当前情况下系统的总成本。

3）对每个节点K，增加单位负荷，研究新的负荷应该由哪台机组承担，或哪些机组共同承担，使得系统增加的总的成本最小。总成本相对没有增加负荷前的变化，就是边际成本。

3、三节点系统基本情况

如图3所示的三节点系统为例进行分析。假设线路AB、BC、AC的阻抗参数完全相同。节点A和分别有发电G1和G2，发电成本／报价为300￥/MWh及500￥/MWh，额定发电容量均为200MW。节点C有150MW的负荷，其他节点均无负荷。

图3 三节点系统

4、无约束出清【情景III-1】

本情景下，假设三条线路的输电极限均为150MW。全部负荷由G1承担，G2出力为零。这种情况下，节点A、节点B、节点C的电价均为300￥/MWh，如图3所示。

5、约束出清【情景III-2】AB阻塞

考虑AB、AC、BC线路的最大传输容量不同，分别考虑某条线路发生阻塞的情况。【情景III-2】中，考虑AB线路阻塞的情况。

1）参数设置

如图4所示，线路AB的最大传输容量为30MW，其他参数不变。

图4 三节点系统【情景III-2】

2）最优调度结果

根据系统参数，在本情景下，最佳的出力组合方案是G1出力120MW，G2出力30MW。线路AB的潮流达到限值30MW。具体分析如下：

G1的120MW出力在线路AB上产生的潮流为

FAB,G1=PG1*FAB,G1=120 * 1/3 = 40MW

其中FAB,G1为G1对线路AB潮流的分布因子，即G1增加单位出力，在线路AB上引起的潮流。

同理可计算G2的30MW出力在线路AB上产生的潮流为

FAB,G2=PG2*FAB,G2=30 * (-1/3) = -10MW

其中FAB,G2为G2对线路AB潮流的分布因子，这里由于G2在线路AB上产生的潮流是从B到A，因此分布因子为负，即-1/3。

线路AB上的总潮流为

FAB,G2=FAB,G1+FAB,G2= 40-10=30MW

实际中，最优调度结果可以用安全约束的经济调度程序计算得到。