本文在節(jié)點邊際電價的背景下，分析阻塞盈余作為電能傳輸“擁堵費”的內(nèi)涵，結合阻塞線路影子價格和用戶需求價格彈性系數(shù)的特性，引入節(jié)點邊際價格-再調(diào)度費用影響因子，作為衡量節(jié)點價格變化對系統(tǒng)再調(diào)度成本影響的依據(jù)。在此基礎上，借鑒文獻[16]在銷售側發(fā)放獎勵券(coupon)的理念，基于日前與實時“兩級市場、兩步結算”的市場機制，提出了以阻塞盈余為資金來源，基于獎勵券機制的輸電阻塞管理方法。

一、輸電阻塞相關概念分析

　　輸電網(wǎng)絡發(fā)生阻塞的根本原因是輸電線路的熱穩(wěn)定極限和電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行需要，使得傳輸?shù)碾娔鼙仨毾薅ㄔ谝欢~度以內(nèi)。作為本文研究的基礎，下面將分析相關概念的內(nèi)涵。LMP機制是一種基于最優(yōu)潮流的定價方法，表示在滿足當前輸電網(wǎng)絡設備約束條件和各類其它資源的工作特點的情況下，在電價節(jié)點增加單位負荷需求時的邊際成本[17]。由于考慮了阻塞費用，因此它既可以用于衡量電能價值，也可以用于阻塞管理。阻塞盈余是在電力市場環(huán)境下由輸電阻塞所引起的交易盈余。當采用LMP機制時，通常情況下，輸電阻塞將導致電能輸入?yún)^(qū)域的電價高于電能輸出區(qū)域，因此電能輸入?yún)^(qū)的電力用戶所支付的購電費用會多于輸出區(qū)的售電收入，這一差額就形成了阻塞盈余。本質上，阻塞盈余是電力用戶為輸電網(wǎng)絡阻塞所支付的“擁堵費”，理應用于減輕網(wǎng)絡阻塞。要達到這一目標，最有效的解決方式是新建線路，相應的，既可以將阻塞盈余直接用于線路投資，也可以用于投資回報。但輸電線路的規(guī)劃、建設是一種相對長期的行為，如果能更為有效地通過阻塞盈余激勵電力用戶及時響應，減輕實際運行中的網(wǎng)絡阻塞，將有效推遲對新建線路的需求，提高現(xiàn)有線路的利用效率，使電網(wǎng)資源獲得更高效的使用。

　　線路出現(xiàn)阻塞時，通常通過再調(diào)度、交易削減或負荷控制實現(xiàn)阻塞管理。其中再調(diào)度是基于最優(yōu)潮流模型，通過重新安排發(fā)電機組出力，將阻塞線路的潮流控制在安全限值以內(nèi)。對比有約束與無約束的最優(yōu)調(diào)度結果，系統(tǒng)運行成本的增加量就稱為再調(diào)度成本，它衡量了網(wǎng)絡阻塞造成的經(jīng)濟性影響。阻塞線路影子價格與系統(tǒng)再調(diào)度成本緊密相關。計算過程中，由于阻塞線路的容量約束為起作用約束，因此將形成相應的影子價格，該影子價格可通過對最優(yōu)潮流模型構造Lagrange函數(shù)，并基于K-T條件求解得到。它有著嚴格的經(jīng)濟含義：對阻塞線路l，如果為了緩解該線路p的有功阻塞，在滿足安全約束基礎上系統(tǒng)最小的再調(diào)度成本為rdlC，則rdlC與p的比值就是阻塞線路l的影子價格l[18]。文獻[19]提出了一種日前預測阻塞線路影子價格的方法，可以為阻塞管理提供參考。

二、市場機制

　　在采用LMP的市場中，如果將阻塞盈余用于激勵用戶響應以減少網(wǎng)絡阻塞，面臨一個現(xiàn)實難題：當網(wǎng)絡阻塞被消除時，阻塞盈余也將不復存在，這時激勵用戶響應的資金無從而來。為此，本文借鑒PJM電力市場，將日前市場與實時市場相結合，利用時序銜接解決上述問題。機制如下：

　　1）建立日前與實時兩級市場。在日前市場中，輸電提供商以自愿、競標和安全約束方式運行日前電能市場，使用節(jié)點電價為電能的供應方和需求方提供公平的標準。對發(fā)電方和用電方統(tǒng)一實行節(jié)點定價。對于每個節(jié)點將在每小時電能投標價格的基礎上計算出一個清算價格。實時電能市場與日前電能市場類似，它以競價為基礎，并以電網(wǎng)安全為約束條件。實時市場只有電量投標，每5min顯示1個清算價格。

　　2）執(zhí)行日前與實時兩步結算。日前市場與實時市場分別獨立地進行會計結算，具體的結算機制如下：日前市場首次結算，形成阻塞盈余。在日前市場中，根據(jù)發(fā)電商的賣標、電力用戶的買標(或負荷預測情況)以及其他合約交易計劃，計算次日每個小時的LMP。日前市場根據(jù)各個小時的計劃電量和相應的LMP結算。實時市場再次結算，處理不平衡量。在實時市場中，根據(jù)負荷的變動情況，再次計算市場清算價格。每個小時用于結算的LMP根據(jù)該小時內(nèi)每5min的價格綜合計算得到。市場基于各個小時的實際電量與該小時的日前計劃電量之差，以相應時段和節(jié)點的LMP結算。上述機制可以使市場成員以日前價格鎖定日前計劃量，以價格的穩(wěn)定性降低發(fā)電和用電雙方的市場風險，避免市場成員的投機行為，激勵用戶在日前主動申報自身真實的用電意愿，也有利于促使發(fā)電機組服從調(diào)度安排。

三、基于實時市場獎勵券機制的阻塞管理方法

　　日前市場提供的只是交易計劃，預測了哪些線路會出現(xiàn)阻塞；實時市場形成的才是實際調(diào)度結果，決定了實際運行中線路的阻塞狀況。如果能夠充分利用從日前到實時的時序過渡，通過激勵用戶響應，對日前計劃中的阻塞線路實施有效的阻塞管理，將帶來系統(tǒng)安全穩(wěn)定和用戶福利擴大的雙重收益。本文基于日前阻塞盈余，設計實時市場的獎勵券機制，激勵用戶在時段間轉移負荷，緩解甚至消除實時運行中的網(wǎng)絡阻塞，并提供有效的輸電阻塞管理方法。在上述日前與實時“兩級市場、兩步結算”的市場機制下，對用戶而言，實時市場的主要作用是結算與日前市場交易計劃相比的不平衡量。能否激關鍵就在于對不平衡量如何結算。與日前相比，如果用戶在實時市場將部分用電量轉移到其它時段，其用電支付將發(fā)生一定的變化。

　　實施機制。1）設置獎勵券的時序安排。獎勵券的設置和相關信息發(fā)布安排在日前市場和實時市場之間，時序安排如圖1所示。圖1表示了以下3個階段：①首次結算。在日前，首先按照日前市場形成的LMP與用戶結算。②設置獎勵券。結算完成后，開始設置次日實時市場的獎勵券，并在設置完成后予以發(fā)布，以激勵用戶在實時市場的響應。③二次結算.在次日的實時市場結束時，按照實時LMP和設定的獎勵券與用戶的偏差電量結算。

　　2）設置獎勵券的步驟。由日前交易計劃的計算結果，可根據(jù)式(7)計算得到每個時段每個節(jié)點的L-R因子。而后即可設置實時市場的獎勵券，主要過程如下：首先，對L-R因子為正的時段節(jié)點，按因子大小排序。因子越大，相應時段節(jié)點的排序越靠前。其次，逐個確定獎勵券的額度。按照優(yōu)先級順序，先選取L-R因子最大的時段節(jié)點，以迭代遞增的方式設置獎勵券，并在迭代過程中根據(jù)負荷彈性系數(shù)測算該時段線路潮流的變化。隨著獎勵券額度逐漸增大，該時段節(jié)點的負荷逐漸增加，如果獎勵券額度達到了預設的額度上限，或者預計該時段將出現(xiàn)阻塞，則本輪迭代停止，完成該時段節(jié)點的獎勵券額度設置。然后選取L-R因子次大的時段節(jié)點，以同樣的方式迭代設置相應的獎勵券額度。如此循環(huán)往復，直至所有L-R因子為正的時段節(jié)點均已設置了獎勵券，或所有獎勵券價值總和與日前阻塞盈余相等，或日前線路阻塞預期全部得到消除為止。完成上述工作后，也就確定了所有發(fā)放獎勵券的時段、節(jié)點和相應的額度，以便在實時市場之前公布，引導和激勵用戶響應。

　　3）實施流程。實施過程中還應考慮以下因素：首先，盡管阻塞時段個別節(jié)點負荷的增加也會有助于減輕線路阻塞、減少系統(tǒng)再調(diào)度成本，但從系統(tǒng)安全運行的角度出發(fā)，獎勵券的發(fā)放應優(yōu)先面向非阻塞時段的節(jié)點，促使負荷的時空分布更加均勻；其次，獎勵券的單位價值一般也不應超過該節(jié)點在日前市場阻塞時段的節(jié)點電價。文獻[8]的研究表明，可中斷負荷用于阻塞管理的最優(yōu)調(diào)度原則是調(diào)用可中斷負荷直至補償價格與所在節(jié)點的LMP相等為止，從而為本文設定獎勵券額度上限提供重要參考。綜上，基于獎勵券機制的阻塞管理方法如圖2所示。圖中：虛線框①表示形成日前交易計劃、并根據(jù)各時段阻塞線路影子價格計算L-R因子的過程；虛線框②表示外層循環(huán)，根據(jù)L-R因子排序，在每一輪次循環(huán)中選定相應的時段t和節(jié)點n。該層循環(huán)的中止條件為所有L-R因子為正的時段節(jié)點均完成設置獎勵券；虛線框③表示內(nèi)層循環(huán)，對選定的時段*t、節(jié)點*n，以為步長，迭代遞增設置相應獎勵券的額度**bt,n。當**bt,n增加到超過預設的獎勵券額度上限**bt,n或引起該時段出現(xiàn)阻塞時，即跳出內(nèi)層循環(huán)，回到外層循環(huán)，尋找L-R因子次大的時段和節(jié)點，而后再次進入內(nèi)層循環(huán)設置該時段節(jié)點的獎勵券。隨著內(nèi)外層循環(huán)的交替進行，當日前阻塞盈余用盡或日前阻塞完全得到消除時，停止循環(huán)，完成設置獎勵券。

　　這一獎勵券機制價值如下：

　　1）深度激勵用戶響應。日前交易計劃確定后，用戶支付已經(jīng)鎖定，而實時市場價格風險又比較大，用戶響應的動力不足。而獎勵券的設置減小了用戶在日前市場后轉移時段負荷所面臨的價格風險，使他們有更大的動力以有利于系統(tǒng)運行的方式調(diào)整自身的用電行為。

　　2）減輕系統(tǒng)實時阻塞。在獎勵券的激勵下，用戶響應將改變系統(tǒng)中節(jié)點負荷的時段分布。由L-R因子可知，與日前交易計劃相比，這一改變將有利于從整體上降低系統(tǒng)的再調(diào)度成本，減輕線路阻塞程度。

　　3）增進用戶福利。實時市場中，若指定節(jié)點的電力用戶從阻塞時段向獎勵券時段轉移用電，則可以獲得獎勵券。這是因為他們的用電行為有益于系統(tǒng)阻塞管理，理應獲得相應的獎勵。與此同時，其他電力用戶仍然按照實時LMP結算用電偏差量。因此，獎勵券機制將從整體上增進用戶福利。需要強調(diào)的是，與文獻[7]不同，上述機制并不是對節(jié)點邊際電價的簡單修正，也并非將阻塞盈余簡單地返還給電力用戶。所有的電力用戶仍可從日前市場和實時市場的LMP中獲得用電邊際成本的經(jīng)濟信號，只是在此基礎上，對在特定時間、特定節(jié)點改變用電的用戶提供了額外的經(jīng)濟信號。節(jié)點邊際價格機制的有效性并未受到影響。