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《说粤全传》第十四回|助力粤市场(五)揭开LMP的面纱

发表时间:2018-09-25 10:24:00

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诗云:

规则未解脑心乱,内容繁杂头回见。

自从五羊破鸿蒙,电力从业今巨变。

洞情察理仰至仁,公平竞争皆成善。

欲知节点幻化功,须看说粤释厄传。

旁白:广东现货市场采用了批发侧节点电价,Alan先生浸淫节点电价多年,本文是不可多得的浅显直白解释广东现货市场节点电价的科普文,恳求有兴趣了解广东市场的看官,耐心读完,并手算三节点算例。小的跪谢……

“无现货,不市场”中现货的核心是电价,“节点边际电价”就是集中式现货市场的掌上明珠,英文叫做Locational Marginal Price,LMP。根据“4.广东现货电能量市场交易实施细则(征求意见稿)”的内容,LMP的定义如下。

看到这个公式,以及诸如“拉格朗日乘子”和“网络潮流约束松弛罚因子”,请告诉我你现在心情,不是说好了政府文件不写公式的吗?

下面笔者把复杂问题简单化,让市场参与者们都能理解市场的精髓,才有更多的主体愿意加入到现货大家庭来。

LMP拆解开来,就是L代表位置,M代表边际,P代表价格。先说这个L,由于电力系统是网状结构,网中的每条线路都有物理的约束,也就是能送多大的电流,比如,你家最多只能用20安培的电,否则高了保险开关就会跳闸,当然输电线路限值是千安培的水平。但电网中的线路连接关系错综复杂,且长短和型号都有区别,因此电网里边每个地方的物理特性不同,LMP里边的L就是根据电网结构和发用电情况,反映电网不同位置的价格。再说M,边际就代表下一个,即需要下一个MW的负荷时的电价。另外,LMP是针对电网中某个位置的价格,通常为节点或者叫母线。因此,LMP的完整物理含义是在电网的i节点上,在当前的方式下,增加供应下一个MW负荷,在考虑电网安全约束的情况下,以经济调度(注意,不是三公调度)的方式进行发电出力安排,系统增加的最小的发电成本。在一个正常的现货市场中,每个时段,在电网中的每个位置,LMP都可能会不同。

文件中的公式有点复杂,不如换物理含义相对简单的公式来表达LMP:(文件中没有提及网损部分,我们就以后分解吧)

公式中,LMP包括了反映发电成本的电量分量和电网状况的阻塞分量,电量分量的含义是在平衡节点上供应下一MW负荷时系统最小发电成本。阻塞分量的计算方式是发电转移因子G乘以影子价格μ的和。其中,发电转移因子的物理含义是节点注入功率时,对应的某条线路上的功率变化,如果一个电力系统有M个节点和L条线路,那么应该有M*L个发电转移因子,通常可以用一个M*L的矩阵表示。影子价格μ是针对某个电网的约束,其物理含义是,当阻塞线路在原始容量基础上增加一个单位容量,系统发电成本的减少量就是μ。也许还是有点不好理解,那看看下边经典三节点系统的例子是如何计算LMP的:

这个电力系统有3个节点A、B、C,A节点上有一台容量200MW、发电报价是10元/MWh的“煤”机,B节点上有一台200MW容量、发电报价是30元/MWh的“燃”机,在这个小时,B节点上电力负荷功率为250MW。假设AB、BC、AC三条线路的阻抗是相同的。假设B为平衡节点。

01

如果没有电网的功率限制,以经济调度原则,先用便宜的电,再用贵的电,这个时刻发电出力“煤”满发为200MW,“燃”为50MW。A、B和C这三个节点上,如果供应下1MW的负荷的发电成本都是30元,即“燃”出力为51MW,这个1MW的系统成本为30元/MW,所以这个情况下A、B和C的LMP均为30元/MWh。

02

如果AB线路的功率限值是100MW,即输送功率要小于等于100MW,那么A、B、C点的LMP是多少?首先,看看现状,在B节点负荷是250MW的情况下,根据电路理论,也可以说是串并联阻抗的功率分配,在三条线路阻抗相同的情况下,当AB线路送满100MW的时候,AC和BC线路送电功率为50MW,因此,“煤”出力为150MW,“燃”出力为100MW。

如果在A节点多出1MW负荷,那么一定是本地的“煤”多发1MW来供应,因此,LMPA为10元/MWh。如果在B节点多出1MW负荷,由于AB线路已经满载,便宜的“煤”无法多送电,只能用“燃”来多发1MW,因此,LMPB为30元/MWh。

C节点的LMP计算就麻烦一些了,难以直接按照LMP的定义来计算,那咱们就照着公式一步一步来吧。首先,根据公式,电量部分是平衡节点B供应1MW负荷的成本为30元/MWh。阻塞分量包括发电转移因子和影子价格的计算。先算算节点C对AB、AC、CB线路的发电转移因子,也就是节点C有1MW的发电功率,平衡节点B有1MW的负荷时,同时,系统中没有其他的发电和负荷,计算每条线路功率是多少。根据潮流计算,GC,AB=1/3,GC,AC=-1/3,GC,CB=2/3,负值反映了潮流方向。再来看影子价格的计算,前述说明影子价格是某阻塞线路约束增加1MW引起的发电成本变化,那么的现状系统的发电成本为150×10+100×30=4500元。如果将已经阻塞的AB线路的功率限值增加1MW,成为101MW,根据经济调度的原则,那么便宜的“煤”可以多发一点,达到了151.5MW,为保持供需平衡,贵的“燃”就少发一点为98.5MW,AB线路再次处于满送101MW的状态。这时的系统发电成本为151.5×10+98.5×30=4470元。因此,线路AB的影子价格为4500-4470=30元。当然,线路AC和线路CB的输送功率无限值,其影子价格为0元。套用完整公式得出。

今天和小伙伴们用了小学加减法的知识解释了LMP,其实没有那么神秘吧?小伙伴们,给你留一个作业,如果你会手算这个3节点的电力系统的LMP,想一想你打算怎么计算广东省1000多个节点的LMP呢???