06电力市场概论输电服务.doc

第6章 电力市场中的输电服务输电服务是将电力从电能的生产者（在电力市场中主要是指独立发电厂或发电公司）安全、经济、优质地输送给电能消费者（即电力用户）的过程。输电服务的理论是电力市场理论中涉及技术含量较重、分析起来比较复杂的内容。特别是辅助服务的费用及其定价的理论，是近年来研究较多、发展较快的课题，但目前尚未有公认的成熟理论，理论与实际之间存在一定差距。但是电力市场的发展、发电输电的分离，必然要求解决输电服务的费用及其定价问题。6.1 输电服务的基本理论6.1.1输电服务概述随着发电和供电市场的开放，将以前隶属于电力公司的电网经营企业的输电服务分离出来，单独为其定价和签订合同，成为独立的机构。将天然垄断的输电网独立出来不仅有利于电网的发展、输电费用的控制，而且有利于各市场竞争主体之间的公平竞争。不论电力系统具体运行规则和组织结构如何，电网调度人员都必须知道为用户提供输电服务的精确费用，其原因是：（1）输电公司的主要任务是提供输电服务并收取服务费用，而输电服务的定价必须严格依赖于实际的输电成本。监管机构和用户都有权知道输电定价的科学依据。（2）电网安全经济运行的需要。输电公司的目的是从输电服务中获取最大的经济效益，因此运行人员必须确切知道运行决策对输电总费用的影响及输电服务对系统安全的影响。（3）商业决策的需要。投资、运行和用户承诺等都要求知道总费用及其变化情况，以便使商业行为的总收入大于总费用，推动电力系统应用最先进的科学技术和管理手段提高生产效率，节约资源。随着我国电网商业化运营的不断深化，电力法的公布实施，特别是三峡水电站的建设及在此基础上的全国联网问题提出，对大区域间电力传送与转运的原则、输电费用计算、无功定价和辅助服务定价的要求也越来越迫切，但仍然缺少明确的、系统化的研究和理论的指导。无论在何种体制下，输电服务的研究都必须要弄清楚电网中各种错综复杂的变量间（物理量之间、经济量之间、物理量与经济量之间）的相互作用的关系。了解各节点的发电、负荷的变化及各种控制调节手段对系统安全性、经济性和可靠性的影响，并使之量化，最终成为电力市场的奖惩依据，从而为电力系统的运行提供更科学的理论基础。输电服务研究的发展过程大致分为三个阶段：（1）定性研究阶段。探讨输电服务的内容、输电费用的组成部分、输电定价的原则和目的、转运的类型和最优经济信号等基本问题。（2）定量研究阶段。应用和发展各种现有的电网分析和费用优化方法，结合经济学原则和电力市场的运行特点，详细分析输电服务的费用和定价，能够清楚地计算出电网上流动的能量流、信息流和资金流的流向和流量。（3）概率研究阶段。在第二阶段的基础上，在分析中引入不确定因素的影响，考虑发电的不确定性、负荷的不确定性、输电设备的可靠性和交易的不确定性等。从而结合模糊数学、博弈论、混沌学、遗传算法等先进理论发展概率负荷预测、概率潮流、交易风险分析和输电可靠性及安全性价格等算法，使输电费用计算具有更强的科学性和预测功能，更符合客观实际。目前的输电服务的研究已经完成了第一阶段的讨论，正处于第二阶段，也有一些学者进行了第三阶段的初步研究。6.1.2输电服务分析的步骤输电服务是将电力从电能的生产者（独立发电厂和发电公司）安全、经济、优质地输送到电能的使用者（配电公司和大用户）的过程。两者都应该是输电服务的客户，共同承担输电费用。在有些国家如英国其输电服务费用完全由用户承担，即在电力市场中存在两个电价，一是从电厂的购电价，二是对用户的售电电价。这两个电价差就是对用户增收的输电服务附加费。由谁来承担输电费用及费用如何分配的问题，属于输电定价的内容，而输电服务附加费的多少属于输电费用计算的内容，同时他们都取决于用户所要求的输电服务类型。输电服务分析包括三个主要步骤。1.明确输电服务。（1）输电量确认。输电量是一定时段内电厂通过电网向用户提供的电能的总和。用千瓦时（KWH）表示。包括用户本身消耗的电能和（应分摊到用户中的）电网的电量损失。输电量的多少直接影响电网的变动成本。由于输电量的增加、电网潮流增加、各级电网的网损增加，电网的维护量、设备的老化程度增加，电网的成本增加，这部分成本根据用户在不同的电压等级输电有所不同。输电量对电网成本的影响是最主要的、最直接的影响。（2）输电服务是否严格。输电服务可以分为严格输电服务和非严格输电服务。严格的输电服务必须要保证用户的输电权利，必要时要有输电备用容量来保证发生紧急情况时，用户的输电权利不被中断。所以严格的输电服务要比非严格的输电服务收取的输电服务费用高。（3）输电服务的持续时间（4）输电的时间变化曲线。对于电网来说，负荷变化不大（或不变化）、持续时间长，对系统的稳定运行十分有利。如果输电负荷时间短、容量变化大，则电网调度运行人员工作量增加，设备损耗大，而且系统可靠性会降低。由此可见，输电时间的变化和持续的长短，对电网的固定成本和可变成本都会产生影响。（5）输电的收发点的位置。输电的收发点的距离越长，则线路损耗越大；输电距离越短，线路损耗越小。并且如果收发的经过线路的潮流发生阻塞，则会产生阻塞成本。（6）网损承担的责任（7）其他运行特征，如可靠性要求、输送功率、输送电量要求等从这些服务特征可以归纳出基本的输电服务类型。从服务的方式上看，输电服务可以分为两大类：点对点服务和网络服务。点对点服务指电能的输入点和输出点固定的输电服务，如提供发电厂与配电公司和大用户之间的长期供电服务，这一服务一般靠合同和信誉予以保证。点对点的服务分为严格的和非严格的。严格的点对点服务只有在系统发生事故时才允许中止输电服务。非严格服务允许输电商在非紧急情况下中止输电服务。网络服务指电网公司从发电公司买电再卖给配电公司，电能的生产者和消费者都只需与电网公司打交道。网络服务允许客户改变其收点与发点，甚至其输电计划。2.确定输电费用。根据不同的输电服务项目将输电服务分为三部分，不同的输电项目可以分别计算其成本。3.计算输电费用。（1）输电成本定义。输电成本分为固定成本、运行维护成本、网损和阻塞成本。（2）选择计算方法。输电服务可以分为点对点的输电服务和针对网络的输电服务。对于点对点的输电服务需要把输电费用分摊到每项交易中，可以采用嵌入成本方法：邮票法，合同路径法，兆瓦功率法等。而对于网络的输电服务则需要把每条线路的输电费用分摊到发电方或负荷方，计算方法有分配系数法，潮流跟踪法等。（3）应用选定的模型计算输电费用。当用户向电网提出输电服务要求时，要说明自己的服务要求，如可靠性的要求和输送容量、持续时间、输电的时间变化等。电网公司根据用户的要求，将其归入合适的输电服务类型，为费用计算提供一些参数初始值，同时费用计算模块从实时数据库中取得电网运行的信息，如各节点发电功率、负荷功率等；从电力市场规则库中取得费用计算的经济特性，如费用的类型和费用的时变特征等，进行输电费用的计算，其输出结果为完成输电服务所需的各项费用的值。输电定价模块综合考虑费用的经济特征和收支平衡等因素，选择合适的定价模式及相应的算法，最终计算出各节点的输电价格。6.1.3输电服务分类从服务方式上，输电服务可分为两大类：点对点服务和网络服务。点对点服务指预先定义好输电的收点和发点的服务，如发电厂商和大用户间长期供电关系，一般靠合同保证。网络服务指电网公司从发电公司买电再卖给配电公司，电能的生产者和消费者都只需与电网公司打交道。网络服务允许客户改变其收点与发点，甚至其输电计划。由于用户对输电的不同的要求，输电服务可以进一步划分为一些基本类型，不同的类型对输电费用有不同的影响。确定输电服务的类型就是根据某输电服务的具体特征，将其归入合适的基本类型。输电服务类型一般包括以下几种：长期、短期严格交易，适时执行、适时中止非严格交易，网络严格交易和网络非严格交易。严格交易指只有在系统发生事故时才允许中止的输电交易，按延续时间划分为长期（一年以上）、短期两种输电交易。非严格交易一般是短期的，运行人员可以根据系统的运行状况或出于商业利益的考虑对其灵活处理。6.2 输电费用的计算6.2.1 输电服务费用的构成输电费用与输电服务类型密切相关，通常可将其划分为三个部分，即输电主服务费用（输送服务）、辅助服务费用和管理服务费用。其中，管理服务费用所占比例很低，不起主要作用。1.输电主服务费用。输电主服务又称电力输送服务，它是输电服务中最重要和最基本的一项服务，其费用构成如下： （1）电网设备使用费或占用费。电网设备使用费的分摊原则是，谁使用电网设备，谁分担设备费用。该问题的难点在于，按什么物理量，如何考虑合同约束和系统运行约束，怎样合理、透明地进行分配。（2）电网扩建费用。电网扩建费用由所有用户分担，而接网费一般由新用户负担。（3）网损分摊和维护费（4）阻塞费用。阻塞是指发电竞争提出的输电服务要求超过了电网的实际输送能力。由于阻塞问题的重要性，美国能源管制委员会颁布的2000年法案中占有很大篇幅，为此提出了两个原则来缓解系统阻塞。这两个原则是：发电费用或报价较低者拥有电网使用优先权；最能实现自身价值的受电者具有优先权。 2.辅助服务的费用。在输电服务中，为保证电能质量和系统安全而采取的任何辅助措施统称为辅助服务。在传统电力系统中，不区分主服务和辅助服务，所有的费用都包括在电费中。在电力市场中，应该明确辅助服务的项目类别，研究成本核算的理论依据及定价的方法。各国对辅助服务的定义及内容没有定论，经营模式也有很大差别。辅助服务采取分类计价的方法，不同的辅助服务操作可以采取不同的定价原理。辅助服务一般包括以下内容：负荷跟踪与频率控制；有功备用服务；无功备用和电压控制服务（能向节点注入或从节点汲出无功容量）；发电再计划；平衡交易（补偿实际交易与计划交易的差额）；黑启动（事故恢复服务）等。辅助服务的价格与电能价格一起构成了电力市场价格体系的基础。无论主服务，还是辅助服务，均可按照费用的变动性质分成固定成本和可变成本两个部分。固定成本反映服务的投资、折旧、运行和维护费、还本付息等，并以容量费的形式表示。可变成本则反映网损、阻塞等费用，并以电量费的形式表示。6.2.2 输电费用计算的原则输电费用的计算应该遵循以下原则：1.输电费的计算方法和结果要公正、公开、透明，便于用户监督;2.能够补偿建设输电线路的贷款、设备折旧费，并为未来扩展新线路的投资留有一定的利润；3.输电费用应该公平分摊给所有输电线路的成员；4.能够反映长期和短期的经济信号;5.便于计算，可操作性强。输电费用的成本构成一般可分为固定成本和可变成本两个部分。固定成本主要反映建设线路的投资，包括投资的还本付息、折旧费、运行维护费、回报率、税费、通货膨胀率和保险费等，这部分成本一般按照年度结算，它是输电费用的主要构成部分。可变成本反映输电网的运行成本，包括网损、阻塞费用和辅助服务费用。6.2.3 输电定价方法1. 输电定价模式介绍输电定价过程可以看作是输电费用在输电客户间的分配问题，并且考虑到电网公司的收支平衡和适当盈利。其分配方式由电力法和电力市场运营的规约确定。在不同的场合或为了达到不同的运行目的，可以实行不同的定价模式，不同的定价模式使用不同的费用形式。如在结算时若需要考虑到投资的回收问题，可以使用长期边际费用。若是为了给用户一个明确的电网运行状态的信息，促使其采取相应的措施，从而缓解电网运行的紧张状况，应该使用短期边际费用。除了费用类型以外，在确定输电定价模式时还应考虑其它输电的经济特征，如付费的时间、结算的周期和价格随时间变化的形式等。由输电经济特性决定的定价模式有很多种，以下为常用的几种及每种模式下可行的输电费用计算方法。1.参与定价模式。在这种定价模式中，首先按电网实际运行费用或考虑电网扩建的情况下确定一个总的输电成本，然后根据电网向用户提供的是点对点的服务还是网络服务，将总的输电成本分摊到各个输电业务或各个用户。参与定价模式概念清晰，易于实现。能保证电网的收支平衡，其典型的方法有以下四种：（1）邮票法。邮票法所计算的是整个输电网络的总成本，然后按照输送功率大小分摊，而不考虑各部分特定输电设备的成本，不管输电距离的远近，也不论输电功率注入点和流出点的位置，只按输电电能大小计费，与输电距离和位置无关。邮票法往往忽略了实际系统的运作，很有可能将不正确的经济信号传递给用户。（2）合同路径法。合同路径法应用于电网规模较小的时期，此时系统结线比较简单。从功率注入点（发电节点），到功率流出点（负荷节点），确定一条连续的路径，该路径即为合同路径，此时该路径应该有可靠的可用容量，否则应计入拥塞费用。合同路径法是假定输电实际发生时，其电能只在合同规定的部分流动，其他部分则认为没有影响，此时输电的成本仅限该指定设备的路径。这种方法也忽略了实际系统的运作，由于在实际潮流流动过程中，大部分电能还是流过了合同未规定的部分，因此也会给电力用户传递不正确的价格信息。（3）依据距离的兆瓦公里（功率/里程）法。考虑到对输电线路的使用不仅与流经线路的潮流有关，而且也与线路的长度有关，所以在输电价格计算中加入了线路长度的因素。（4）依据潮流的兆瓦公里（功率/里程）法。先将每个设备的使用费按其利用程度分摊，然后将所用输电设备分摊后的使用费汇总。2.微增定价模式。微增成本是指因为输电服务而增加的新设备的成本。此模式是在原有的潮流计算基础上增加某一项输电业务所产生的成本，将这项输电成本分摊到各个输电业务。微增定价模式提高了经济效率，符合市场规律，但计算起来非常复杂，多数先计算微增费用，再进行收支平衡修正。其典型的方法有四种： （1）短期微增费用定价法。包括评估与分配输电服务的运行成本。（2）长期微增费用定价法。包括评估所有由于输电业务发生而引起的长期成本（包括运行和扩建成本）及将这些成本分摊到各项输电业务。（3）短期边际费用定价法。计算输电价格时，不考虑电网固定资产的折旧和回报等，仅考虑电网提供输电服务时引起电网运行成本的微增变化。它由边际运行费和收支协调项两部分组成。这种方法较适合于短期功率交换时输电价格的计算。短期边际成本方法与长期边际成本方法基本相似，前者用于长期市场的输电费计算，而前者主要用于现货市场的输电费计算。（4）长期边际费用定价法。这种方法能够比较真实地反映市场价格，在此方法中，输电服务的价格由长期边际运行成本及长期边际扩建成本决定。长期边际费用定价法、是根据输电公司执行输电合同时引起的总成本的边际变化作为定价的依据。3.综合定价模式。这种定价模式综合考虑了参与定价模式和微增定价模式的特点，在此模式下，输电服务的定价是基于输电服务所占用的现有输电系统设备的成本及提供输电服务而引起的微增成本的总和。综合定价模式可以传导最优的经济信号，也能达到收支平衡而使电网的运营最优。2. 输电定价方法比较参与定价模式是将输电设备的使用费用分摊，其概念清楚，易于实现并能保证收支平衡，因而在世界上大多数国家得到了广泛应用。但由于价格对供求关系的变化不敏感，价格不能起到经济杠杆的调节作用。（1）邮票法计算简单，数据采集容易，价格稳定。但它忽略了实际系统的运作过程，很有可能将不正确的经济信号传递给用户，结果会出现短距离和长距离的用户都支付同样的费用，在享受同样服务的时候，许多用户却支付了更昂贵的输电费。计算结果比较粗糙。（2）合同路径法由于忽略了旁路潮流，此方法不太合理。但在没有旁路的情况下仍然可以适用。（3）基于潮流的兆瓦-公里法可以根据电网使用者对线路的实际使用情况收取费用，有利于促进最大限度利用现有系统，但不能反映系统未来资源的价值。微增率定价模式是实时电价理论的基础。但由于不能保证收支平衡，而且价格随市场变化剧烈，应用于输电费用的计算受到一定程度的局限。（1）长期边际成本法体现了电网资源的未来价值，可以提供电网投资的经济信号。由于没有考虑固定资产投资的回报和设备折旧，因此只能回收线路投资的一小部分（一般为1040%），要同其它方法配合使用。（2）短期边际成本法实现了经济上的最优，可以给出电网运行的经济信号。没有考虑固定资产的投资回报和设备折旧，电价经常波动，可能给用户带来不便。综合定价模式则是综合考虑参与定价模式和微增率定价模式的优缺点，使输电费用计算更加合理，电网的运营也达到最优化。3. 影响输电定价方法的主要因素 （1）电力市场的发展水平。在电力市场中，市场所赖以运行的经济机制即市场机制，从某种意义上也可以说是价格机制。市场通过价格使各种市场要素来相互适应，相互制约，自行协调。按照电力生产到消费的不同环节，电力市场中的电价大致由上网电价、输电价格、辅助服务价格和销售电价组成。在电力市场发展的不同时期，输电服务的类型和比例不同。在电力市场初期阶段，网络型服务大量存在，点对点型输电服务所占比例很小。而随着电力市场的发展成熟，点对点型输电服务所占比例越来越大。输电定价是电力市场价格体系中不可分割的一部分，输电定价的方法选择、输电价格的组成形式及实施必须与电力市场的发展水平相一致。（2）电力市场的技术支持系统。电力市场的技术支持系统是在现有的能量管理系统（EMS）、电能量计费系统（TMR）和管理信息系统（MIS）基础上的扩充与发展，相应的可以分为扩展的能量管理系统、市场管理与信息发布系统和合同管理与电费结算系统3部分。电力市场的技术支持系统是实施输电定价的技术保证，特别是边际成本定价法对技术支持系统的要求很高。选择输电定价方法必须考虑与技术支持系统的匹配问题。（3）输电服务的类型。确定输电定价方法必须要考虑电网实际存在的输电服务的种类及其数量的多少。提供不同类型的输电服务的成本不同，成本的分配方法也不同，但他们是同时存在的。短期输电服务如何与长期输电服务共同承担电网的固定成本，点对点型输电服务如何与网络型服务共同承担电网的固定成本是输电定价时必须考虑的问题。换句话说，电网成本在一定时期内是便于计算的，如何在不同输电服务中公平的分配电网成本必然影响输电定价方法的选择。（4）上网电价和销售电价的形式。输电系统是联系发电与用电的桥梁，输电服务是从电能的生产者将电能安全、经济、优质地输送到电能的使用者的过程。输电定价是电力市场价格机制的中间环节，其所确定的输电价格形式应采用与上网电价和销售电价相同或相近的形式。（5）输电网资产现状及发展趋势。为保证电网公司的正常运营，输电价格必须全面地反映输电网的输电成本。输电定价方法不同，所反映的输电成本不同。边际成本法不考虑固定资产投资的回报和折旧；参与定价法不能反映系统未来资源的价值。一般情况下，输电服务成本及价格不可能每年都测算和上报有关部门审批。输电价格应针对某一相对长的时段（一般在35年之间）来确定的，可将这个时段称为调控期。输电网现状及调控期内发展趋势决定了输电成本中的电网使用成本中固有成本和电网扩建成本及各自所占比例，最终影响输电定价方法的选择。（6）电能需求及其发展。因电力工业要满足电能需求并超前发展，电能的需求决定了电力资源开发的成本自低到高的趋势。电网建设也要配合电能需求的增长同步或超前增长。电网、电源资源的建设总规模越大，边际成本就越高。电能需求及其发展决定了输电网的现有规模及其发展规划，在输电定价中应考虑其影响。6.3 输电服务分析的实现与应用输电服务从发配电服务中分离出来后，能量管理中心做出各种输电交易决策时，将面临更大的挑战。如一个发电公司提出使用电网容量的请求后，调度人员必须决定该服务能否被执行，如果执行，则计算其费用，并对该服务进行模拟。从模拟系统中得出该服务对电力系统的影响。这就需要有非常完备的实时安全分析系统和电力市场模拟系统。该系统要能够快速地做出结论，以免用户久等。如果结论是不行，则必须保存作结论的所有计算记录以备查，而当结论是可行的时候，系统也必须保存计算输电服务分析的全部结论。因此，对模型的可靠性、计算速度等都提出了很高的要求。目前输电服务的相关算法还处于理论研究阶段，仍需进一步完善和向实用化迈进。从总体上来讲，输电服务分析主要应该包括：（1）计算某一具体的输电服务对输电总费用的影响。（2）计算某一具体的输电服务对电网可靠性和备用需求的影响。 （3）建立依据于费用的输电价格体系，使电网运行获得最大的经济效益。 由于输电费用分析给输电网的规划、运行人员带来了新的变量和约束，而不仅仅是传统的潮流数据，而且影响输电费用的因素是随时间、地点变化的，且相互之间存在着多维的、复杂的相互作用，因此在分析输电服务时，很难轻易地拿捏电力系统行为的所有特征，所以输电服务分析的实现，必须与能量管理系统EMS软件配合起来，从EMS取得数据并利用其分析工具。同时，现有的EMS软件也应该面向电力市场进行改造和完善。