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节点电价的理论分析与扩展 0 统一电价模型 定价机制的设计是构建能源市场的关键。合理的价格可以为市场参与者提供良好的经济信号。 基于边际原理推导得到的节点电价，反映了节点负荷的边际用能成本 节点电价与凸包电价本质上都是通过求解市场出清模型的对偶乘子（或拉格朗日乘子）得到电价。由此得到的电价经理论推导证明具有较好的经济学意义，但由于定价模型与调度模型分离，在实际应用时仍存在一些问题。 本文梳理了电价表达式的物理内涵，阐明了基于边际定价原理推导的节点电价与系统约束对偶乘子（表征稀缺资源价格）之间的内在联系，分析其价格信号的合理性，指出其实际应用时存在的问题。基于此，提出了统一化的电价表达式，将电价表达为对偶乘子和转移分布因子的一般函数形式，并对其不同函数形式进行分类分析，在充分反映电网运行特性的前提下，实现价格信号的优化；基于机制设计原理，构建以电价为优化变量、市场需求为约束的定价模型，在线路越限造成价格尖峰的典型场景中，通过仿真分析证明了其应用价值。 1 节点电费的物理内涵分析 1.1 节点电价的物理意义描述 市场出清模型一般表达形式为： 式中：c 上述模型中，式（1）是模型的目标函数，即最小化系统总运营成本。模型的约束条件分为系统约束（2）和个体运行约束（3）。系统约束（2）是保证系统安全运行所需要满足的电网运行条件，通常包括系统功率平衡约束、线路潮流约束等耦合多个市场成员的约束；个体运行约束（3）则是各市场成员间相互独立的个体运行限制，通常包括各机组的出力上下限、机组爬坡能力、机组运行成本等约束，用于刻画单个市场成员的运行可行域 考虑到计算的鲁棒性和复杂性，目前实际市场运营通常采用线性调度模型和定价模型，故系统约束为线性约束，各市场成员运行域为凸集。节点电价表达式为： 其物理意义阐述如下：市场的主要作用是通过发现反映系统资源稀缺性的价格引导资源分配。影子价格σ 1.2 节点电价的经济学意义及与现有监管制度的内在矛盾 基于直流潮流构建的调度优化模型如下式所示： 式中：c 根据式（4）可得节点电价为： 节点电价可拆分为： 式中：λ 令 当网络出现阻塞时，任意2个节点间的价差为： 其中，线路l阻塞造成的节点i与节点j间的价差分量为： 根据式（13）的价差分量，对节点电价的物理意义阐述如下。首先，将节点i与节点j分别注入和流出相同功率定义为节点i-j功率注入-流出对（简称i-j功率注入对）。在不计网络损耗的前提下，考虑系统功率平衡，全网的电力功率平衡可以看作由无数个节点功率注入-流出对组成。那么，任意2个节点之间的价差可以视为对该节点对之间功率转移的引导信号。 可以看到，节点电价的阻塞分量与对应线路阻塞价格以及转移分布因子呈一定函数关系，阻塞分量的价格信号体现了节点功率注入对对全网潮流的影响，全网任意2个节点间均有此价格信号，价格信号的强弱与节点间功率转移对线路潮流阻塞的缓解程度成正比，体现了节点电价的经济学意义，即网络发生阻塞时，电价将自动引导负荷向着缓解阻塞、加强系统安全稳定性的方向修正，信号强度与功率注入对对阻塞的缓解作用成正比，从而实现系统资源的最优配置。 上述针对节点电价不同分量的价格信号分析同样适用于凸包定价，两者本质上都是基于边际定价原理。通过求解市场出清模型的对偶乘子得到电价，均具有较好的经济学意义，但在实际应用时仍存在以下问题。 1）若作为对偶问题的定价计算与作为原问题的调度优化分离，则所得价格将无法使机组的最优决策与系统调度决策一致，需要额外费用补偿。补偿费用通常称为“上抬费用”（uplift payment），一般分为全额成本补偿（make whole payment）和机会成本补偿（loss opportunity)2种，全额成本补偿能够保证机组收益非负，而机会成本补偿考虑了机组在给定电价下的最大收益，补偿其机会成本损失。例如机组组合问题非凸，电价需要由经济调度问题计算得到，调度决策采用的原问题（即机组组合问题）与定价采用的对偶问题（由经济调度问题得到）间存在对偶间隙，因而需要额外费用补偿机组的启停成本 2）传统电价表达式一直将电价表达为系统约束（如负荷平衡、线路潮流）对偶乘子的线性函数（即与系统约束系数矩阵的乘积），导致电价的优化自由度有限，在某些情况下可能会引起电价的畸变。例如在实际调度模型中，一般会对线路潮流约束设置为松弛变量，并在目标函数中对其设置较大的罚因子，松弛因子可视为一台成本极高的虚拟机组，一旦松弛因子起作用，将产生极大的系统约束对偶乘子，并根据系统约束系数成正比影响电价，最终导致异常价格尖峰，不利于市场的稳定运营。 上述问题反映了通过调度优化模型的对偶解求取电价以及线性电价表达式存在的局限性。当前有研究提出了问题1的相关解决方法，问题2尚有待研究。针对问题1，有研究提出以电价为优化变量，基