金融输电权在阻塞管理中的应用

上海交通大学硕士学位论文金融输电权在阻塞管理中的应用姓名：华月申申请学位级别：硕士专业：电力系统及其自动化指导教师：严正20090201上海交通大学硕士学位论文摘要-I-金融输电权在阻塞管理中的应用摘要输电网能否正常运行不仅影响系统的安全可靠性，还会影响市场的竞争。由节点电价（LMP）理论可知，当输电网出现阻塞时，阻塞成本将严重影响整个节点电价。由于LMP的不确定性，市场参与者将面临一定的市场风险，因此需要相应的阻塞管理方法来消除阻塞，同时为输电容量的公平使用和长期规划提供正确的价格信号。在阻塞管理中引入金融输电权（FTR），可以引导输电网络的合理使用，并在阻塞发生后对相关用户进行补偿，为市场参与者提供了一种规避阻塞风险的金融工具。本文在总结前人工作的基础上论述了FTR的基本理论和美国PJM金融输电权市场的运行情况，并对未来华东电力市场发展金融输电权市场的依据和可行性作出探讨。此外，还根据华东电力市场以及金融市场的发展情况，设计了未来华东FTR市场的交易品种、拍卖出清模型和收益分配方式。拍卖模型以FTR拍卖收益昀大为目标，同时考虑正常情况和N-1情况下的稳定约束。在FTR市场中，有义务型FTR和期权型FTR两种产品，可供市场参与者根据自身规避风险的需要加以选择。本文以简化的华东电网模型为例，详细分析了FTR拍卖过程给市场参与者带来的影响，并针对FTR市场参与者的不同报价策略设计了不同的情景，分析不同情景模式下FTR市场对市场参与者的影响。关键词：金融输电权，阻塞管理，拍卖，阻塞收益，华东电力市场，义务型，期权型上海交通大学硕士学位论文ABSTRACT-III-ApplicationofFinancialTransmissionRight(FTR)inCongestionManagementABSTRACTWhetherornotthetransmissiongridcanoperatenormallyisnotonlyrelatedtothesystem'ssecurityandreliability,butalsotothepowermarketcompetition.Accordingtothelocationalmarginalprice(LMP),whencongestionexists,thecongestioncostwillaffecttheLMPseriously.SothereshouldbesomecongestionmanagementmethodwhichcanhelpmarketparticipantavoidLMPriskandprovidecorrectsignalstoguidethelong-termgridplan.IntroductionofFinancialTransmissionRight(FTR)incongestionmanagementcanleadtoreasonableusageofthegridcapacity,andhelptocompensateforthelossofrelatedconsumersaftercongestion.Itprovidesafinancialtoolformarketparticipantstohedgeagainstcongestionrisks.ThispaperpresentsthetheoreticalfoundationofFTRandtheoperationconditionofPJMFTRmarket,anddiscussesthefeasibilityofintroducingFTRtoEastChinapowermarket.Thenthispaperdesignsthetradevarieties,auctionmodelandmethodsofsurplusdistributionaccoridngtotherealisticconditionofEastChinapowermarket.TheobjectiveoftheauctionmodelistomaximizetherevenueofFTRauction.ThemodelconsidersthestabilityconstraintsofbothnormalconditionandN-1conditionsimultaneously.Moreover,therearetwokindsofFTRproductsintheFTRmarketwhichincludesobligationFTRandoptionFTR.Participantscanchoosefromthemaccordingtotheirdemandtoavoidthecongestionrisks.Finally,thispapertakesthereducedEastChinapowergridasanexampletoanalyzetheinfluencetheFTRautionbringstomarketparticipantsindifferentbiddingstategies.上海交通大学硕士学位论文ABSTRACT-IV-Keywords:FTR，CongestionManagement，Auction，CongestionRevenue，EastChinaPowerMarket，Obligation，Option上海交通大学学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。学位论文作者签名：日期：年月日上海交通大学学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权上海交通大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。保密□，在年解密后适用本授权书。本学位论文属于不保密□。（请在以上方框内打“√”）学位论文作者签名：指导教师签名：日期：年月日日期：年月日上海交通大学硕士学位论文第一章绪论-1-第一章绪论1.1研究的背景及意义电力市场改革的主要目的是通过引入市场竞争来降低成本，提高效率，以促进电力系统长期稳定发展。输电网能否正常运行不仅影响系统的安全可靠性，还会影响市场的竞争。由节点电价（LMP）理论[1]可知，当输电网出现阻塞时，阻塞成本将严重影响整个电价[2]。由于LMP的不确定性，市场参与者将面临一定的市场风险，因此需要相应的阻塞管理方法来消除阻塞，同时为输电容量的公平使用和长期规划提供正确的价格信号。输电阻塞是电力市场条件下系统运行的一个重要现象，大量的研究工作就如何提供合理的阻塞管理机制进行了各种尝试，针对不同的市场结构形成了不同的阻塞管理方法，如市场分割、区域电价、基于潮流的市场联合、输电权等。与其他阻塞管理方式相比，金融输电权机制有着很大的不同，作为一种风险规避工具，金融输电权并不改变系统的实际调度和运行，从一个崭新的角度给出了解决输电阻塞问题的途径，并在一些国家和地区的电力市场得到应用。对于金融输电权的机理，学术界进行了广泛的研究，为金融输电权的进一步完善和实际应用提供了充分的理论支持。我国区域电力市场建设步伐不断加快，2005年9月，国家电力监管委员会主席办公会议通过了《电力市场运营基本规则》[3]中第七条规定“电力市场交易类型包括电能交易、输电权交易、辅助服务交易等”，第二十条“电力市场因规避输电阻塞风险的需要，经电力监管机构批准，可以组织开展输电权交易”，这为将来我国电力市场实行输电权机制提供了政策依据。除《电力市场运营基本规则》外，在华东电力市场的二期规划目标中，也设想在未来区域市场运营成熟时引入输电权这一交易品种来处理阻塞问题。因此，有必要对金融输电权的市场机理作更深入的研究，分析其适用性，为华东区域电力市场的设计提供借鉴。上海交通大学硕士学位论文第一章绪论-2-1.2电力市场改革综述电力工业在世界范围内正发生着深刻的变化，电力工业由原来的纵向一体化的整体体系被分解为发电、输电、配电和售电几个独立的市场环节。电力工业的改革目标在于提高电力生产效率，通过市场化竞争来实现资源的优化配置，促进电力工业长期持续稳定的发展。电力市场是相对于传统的垄断的电力工业而言的，它是实现电力工业结构重组而引入商业竞争机制后的一大类新型电力工业资产结构、经营管理和运行管理模式的总称[4]。电力市场改革的内容包括：放松对电力行业的管制，实施电力工业重组，在具有竞争潜质的环节引入市场机制形成竞争性市场。国外电力行业的市场化改革开始的较早，到目前为止已经形成了较为成熟的市场模式[5]。根据各国经验引入电力市场的目的主要是：引入竞争、提高效率、降低电价、改善服务、持续发展。通过引入竞争机制，促使发电、输配电、电力鐀售等环节提高效率、降低成本从而降低电价；提高供电可靠性、改善对用户的服务；利用市场的调节和激励机制，引导投资更合理，促进资源优化和环境保护；形成内在发展动力，逐步构成良好循环。电力市场具有显著的外在经济性，直接受益者是参与市场的各成员，间接受益者是全社会。这就是各国都积极发展电力市场的原因[6]。我国电力产业的改革始于上世纪80年代初的“集资办电”政策，我国电力产业改革也先后经历了完全垄断、集资办电、模拟电力市场、电力市场试点以及“厂网分开，竞价上网”实施等多个阶段[7-13]。目前，我国电力市场的竞争主要局限于发电侧，也有少数电力市场开放了零售侧的竞争，但是输电系统由于地理、经济、技术的原因仍然保持着垄断状态。经济学研究的核心问题是资源的有效配置。资源是有限的而需求是无限的，因此电力市场的主要目的是通过竞争合理有效的配置资源。在电力市场中有两种产品，即电能和各种辅助服务。电力市场的主要商品为电能，辅助服务包括电能的输送、电压的调节、备用容量的提供、无功功率的补偿，它们主要保证电力系统的可靠稳定运行。这是电力市场与其他市场主要的不同点。目前对研究电力市场也就是集中这几个方面。输电阻塞是电力市场条件下电力系统运行的一个重要现象。从市场经济学的观点来看，双边交易昀能体现市场自由竞争的效益，但是这种双边交易给电力系统统一调度带来很大的问题。昀突出的问题是电力系统的某些部分会趋于容量极限，而使电力系统运行承受很大的风险，这就是电力市场中的输电阻塞问题。缓解电力网络的输电上海交通大学硕士学位论文第一章绪论-3-阻塞是电力市场环境下保证电力系统安全运行的关键，因此首先就需要有一个完善的在线分析软件来发现可能存在的隐患，其次在运行中如果发现了阻塞问题，则要用经济和技术手段来消除它，由于阻塞成本和合同执行的不确定性，还需要给市场的参与方提供有效的规避风险的手段。1.3阻塞管理的目标和方法1.3.1阻塞管理的目标输电阻塞是由网络输电容量和实际的交易计划之间的矛盾引起的，阻塞管理是为了有效协调输电与发电，实现输电容量的高效利用，合理利用输电网资源并保持系统安全稳定运行，同时为系统的长期规划提供信息。阻塞管理机制的设计应能为电源建设、电网扩展和用户用电提供正确的经济信号。阻塞管理的要求应同时包括安全性，市场效率并能保护市场参与者的隐私。1.3.2阻塞管理的方法由于实施的电价体系不同，市场发展的轨迹不同，历史条件的不同，不同的区域对阻塞管理的方法也不尽相同，采用的阻塞管理模式也不尽相同，可以大致分为传统模式和基于市场的模式[14]。（1）传统模式：公司本身拥有联络线模式：在电力市场改革以前，很多国与国之间的联络线主要是为了满足一些特殊的长期电力交易协议而建立的。北欧地区第一条国家间的联络线就是这种情况，这类联络线基本都属于各个输电公司。输电公司建立此联络线，因此