PJM市场运行、系统设计与实施经验

Andrew L. Ott

邀请论文

摘要

本文概述PJM日前能源市场和实时能源市场的基本特征。日前市场以自愿参与的最低成本、安全约束机组组合与调度为基础，并通过若干基本设计特征保证市场具有稳健性和竞争性。该市场使市场参与者能够按具有约束力的日前价格锁定能源和输电费用。日前市场规则的灵活性通过一致的价格信号向所有参与者提供平等的日前市场准入，同时允许所有参与者提交虚拟需求报价和虚拟供给报价。上述机制提高了市场流动性。经济激励推动日前市场价格和实时市场价格趋同。实时能源市场以安全约束经济调度为基础，并根据系统实际运行条件出清。基于节点边际电价（Locational Marginal Pricing, LMP）的市场通过有效价格信号支撑电网可靠运行。

关键词：电力市场；节点边际电价。

稿件于2002年11月26日收到。作者任职于PJM Interconnection LLC，地址为美国宾夕法尼亚州诺里斯敦，邮编19403-2497。数字对象标识符：10.1109/TPWRS.2003.810698。

一、引言

PJM运营着世界上最大的竞争性批发电力市场之一，也是北美最大的电网之一。PJM当前协调的联合发电容量超过67 000 MW，并运营一个拥有200多个电力买方、卖方和交易商的批发电力市场。PJM市场覆盖宾夕法尼亚州、新泽西州、马里兰州、特拉华州、俄亥俄州、弗吉尼亚州、西弗吉尼亚州以及哥伦比亚特区的全部或部分地区。随着2002年4月1日PJM West的加入，美国首次出现两个独立控制区在单一能源市场、单一安全约束经济调度和跨多个北美电力可靠性委员会区域的单一治理结构下运行。

PJM能源市场由两个市场构成：日前市场和实时平衡市场。日前市场是一个远期市场，在该市场中，下一运行日每个小时的小时出清价格根据提交到日前市场的发电报价、需求报价、虚拟供给报价、虚拟需求报价以及双边交易计划计算得出。日前能源市场是一个自愿、基于报价的市场，通过安全约束机组组合和经济调度进行出清。平衡市场即实时能源市场，其出清价格每5分钟根据系统实际运行中的安全约束经济调度计算一次。两个市场分别进行会计结算：日前市场结算以计划的小时电量和日前小时价格为基础；平衡市场结算以相对于日前计划电量的小时积分偏差量以及按小时积分的实时价格为基础。日前价格计算和平衡市场（实时）价格计算均以节点边际电价（LMP）概念为基础。

二、日前能源市场

日前市场使市场参与者能够以具有约束力的日前价格购买和出售电能。它也允许输电客户根据交易源点和受点之间节点边际电价的差值，以具有约束力的日前拥塞费用安排双边交易。负荷服务实体（Load Serving Entities, LSEs）可以提交小时需求计划，包括任何价格敏感需求，以锁定希望按日前价格结算的需求量。任何已经签订装机容量合同的发电机组，即使采用自计划或因停运而不可用，也必须向日前市场提交报价计划。其他发电机组可以选择进入日前市场或实时市场报价。输电客户可以向日前市场提交固定、可调度或“最高至”拥塞报价的双边交易计划，并可以说明其是否愿意支付拥塞费用，或者在实时市场发生拥塞时是否希望被削减。日前市场中的所有现货购买和销售均按日前价格结算。

日前市场报价期结束后，PJM根据提交的报价、出价和交易计划，按照最低成本、安全约束机组组合和调度，计算下一运行日每个小时的日前计划。日前市场出清过程将PJM可靠性要求和备用义务纳入分析。由此形成的日前小时计划和日前LMP代表市场参与者具有约束力的财务承诺。金融输电权（Financial Transmission Rights, FTRs）按日前LMP值结算。

A. 市场设计目标

如前所述，PJM市场设计以LMP概念为基础。LMP模型的一个关键特征是能源价格与输电系统交付价格之间具有根本一致性。在该模型中，注入点与取出点之间的能源价格差等于输电拥塞成本。因此，在A地点注入（出售）电能并在B地点取出（购买）电能的市场参与者，与为从A到B交付一份双边合同而支付输电拥塞费用的市场参与者，支付结果完全相同。这种一致性同时存在于PJM日前市场和PJM实时市场之中。

除LMP概念外，PJM日前能源市场的基本设计目标包括：第一，提供一种机制，使所有参与者都有机会锁定能源和输电的日前财务计划；第二，使日前财务计划与系统可靠性要求相协调；第三，为资源和需求提交日前计划提供激励；第四，为资源遵循实时调度指令提供激励。

第一个市场设计目标通过为参与日前市场提供多种选择来实现。参与方式包括资源自计划、提交双边交易计划，以及提交向日前现货市场出售或购买的报价。这种灵活性保证所有市场参与者平等进入日前市场。因此，日前市场中的交易壁垒被尽可能降低，使市场尽可能具有竞争性。为进一步提高流动性，市场设计还允许以虚拟供给报价和虚拟需求报价的形式提交纯金融头寸。通过这种方式，日前市场既提供了对物理交付进行套期保值的能力，也提供了进入金融头寸的能力。日前市场出清的所有头寸均具有财务约束力；如果这些头寸没有由实时电能交付覆盖，就会在平衡市场中清算。

第二个市场设计目标对于保证日前计划具有物理可行性并与可靠系统运行一致十分重要。这一特征的意义在于，它要求用于分析日前市场的潮流模型与实时系统运行中使用的潮流模型保持一致。它还要求日前市场出清时采用与实时运行相同的单一事故准则和输电设备额定值。由于日前远期市场和实时调度之间的基础潮流模型及运行约束保持一致，日前市场和实时市场之间的LMP信号也相一致。除潮流模型一致性外，日前市场还遵守系统备用要求和发电机组物理运行限制。这一设计特征保证日前远期市场形成的财务计划与物理输电能力保持一致。因此，日前计划过程保证输电能力不会被超额认购，并保证发电计划与发电机组物理能力相一致。远期市场和实时市场之间的根本一致性保证了一个稳健的市场设计，促进经济效率，并使市场能够避免困扰其他市场设计的博弈机会。

第三个市场设计目标不仅涉及两结算系统的基本结构，还要求市场定价机制之间保持一致，并要求市场之间的价格随着时间推移发生趋同。

下面一组示例说明两结算设计中存在的经济激励。

例1：某客户提交一份日前需求报价，出清结果为100 MW，LMP为20美元/MWh。在实时市场中，该客户实际需求为105 MW，LMP为23美元/MWh。在这种情况下，该客户的财务结算结果为：日前负荷付款为20美元/MWh × 100 MW = 2000美元；实时平衡付款为（105 – 100）MWh × 23美元/MWh = 115美元。总付款为2115美元。如果该客户在日前价格20美元/MWh下锁定全部105 MWh负荷，则其总付款将为105 MWh × 20美元/MWh = 2100美元。因此，在该情形下，客户有激励向日前市场提交其实际预期需求。这一激励来自这样一个事实：客户在日前市场与实时市场之间出现需求增加，而整个市场同时表现出相同趋势，即实时LMP更高。

例2：某客户提交一份日前需求报价，出清结果为100 MW，LMP为20美元/MWh。在实时市场中，该客户实际需求为95 MW，LMP为23美元/MWh。在这种情况下，该客户的财务结算结果为：日前负荷付款为20美元/MWh × 100 MW = 2000美元；实时平衡付款为（95 – 100）MWh × 23美元/MWh = -115美元。总付款为1885美元。如果该客户在日前价格20美元/MWh下锁定全部95 MWh负荷，则其总付款将为95 MWh × 20美元/MWh = 1900美元。因此，在该情形下，客户有激励向日前市场提交较低需求。该结果展示了两结算系统的另一项特征：如果某参与者持有与市场其余部分相反方向的头寸，就会获得经济回报。这一激励是推动两个市场价格趋同的关键。

上述示例所说明的激励鼓励参与日前市场：如果日前市场中的需求过低，客户会面对更高的实时价格；如果日前市场中的需求过高，则会出现相反结果。此外，获得远期价格确定性和管理风险的愿望，也会推动需求客户提交日前需求报价。

发电侧激励最好结合第四个设计目标来讨论。为资源遵循实时调度指令创造激励，是自愿报价市场设计的基础。利用自愿市场支撑可靠电网运行，需要与电网实时可靠性要求一致的强经济信号。说明发电资源遵循实时调度指令激励的最佳方式，是继续使用示例。

例3：某发电机组向日前市场提交一条增量报价曲线：100 MW时20美元，120 MW时30美元。该机组在日前市场以20美元出清100 MW。在实时市场中，系统运营商要求该机组将出力提高至120 MW，实时LMP为31美元。该机组有激励将出力提高到日前计划量以上，因为实时LMP较高，且该机组将在实时市场中按较高实时价格获得额外交付兆瓦的收入。机组结算为：日前部分100 MWh × 20美元/MWh = 2000美元；实时部分（120 – 100）MWh × 31美元/MWh = 620美元；机组总收入为2620美元。该例表明，如果实时价格超过机组增量报价，机组就有激励响应实时价格上升。

例4：某发电机组向日前市场提交一条增量报价曲线：100 MW时20美元，120 MW时30美元。该机组在日前市场以45美元出清120 MW。次日实时市场中，由于负荷低于预期，系统要求该机组将出力降至100 MW，实时价格降至20美元/MWh。如果机组降低出力，就必须按实时价格购买数量差额。考察该场景下的机组利润即可看出激励。日前结算为120 MWh × 45美元/MWh = 5400美元，机组生产成本为2600美元。如果机组不降低出力，其利润为5400美元 – 2600美元 = 2800美元。如果机组按要求降低出力，则实时结算为（100 – 120）MWh × 20美元/MWh = -400美元。在这种情况下，机组生产成本降至2000美元。机组利润等于5400美元 – 400美元 – 2000美元 = 3000美元。因此，由于实时价格下降，机组按照调度指令将出力降低到日前计划水平以下时可以获得更高利润。本质上，该激励来自这样一个事实：机组已经按较高价格获得日前计划出力收入，并能够在实时市场以较低价格回购该电量。

本节概述了PJM日前市场背后的基本设计概念。下一节将考察市场结果。

B. PJM日前市场结果

PJM日前能源市场于2000年6月实施。自实施以来，日前价格与实时价格之间的收敛差距持续缩小[1]。2001年，日前平均LMP为32.75美元/MWh，实时平均LMP为32.38美元/MWh。因此，日前平均LMP比实时平均LMP高1.1%。日前平均LMP与实时平均LMP之间的关系随一天中的小时而变化。图1展示了PJM系统平均小时LMP[1]。

图1说明日前价格与实时价格之间已经形成了紧密关系。前述基本激励推动了这种趋同，而虚拟报价规则提供的灵活性又使趋同迅速发生。PJM日前设计使虚拟供给报价和需求报价易于提交，从而促进市场流动性并形成稳健市场。2001年，日前市场中每小时平均出清的虚拟供给报价量为6547 MW[1]。峰时平均值为8094 MW；在某些时段，出清的虚拟供给报价超过18 000 MW。日前市场中每小时平均出清的虚拟需求报价量为5393 MW[1]。峰时平均值为6298 MW；在某些时段，出清的虚拟供给报价超过16 000 MW。这些结果表明，日前市场和远期市场具有高度流动性。

三、实时能源市场

PJM实时能源市场以实际实时运行条件为基础。实时LMP根据PJM状态估计器所描述的实际系统运行条件，结合适用的发电报价数据和可调度外部交易计算。可用但未在日前计划中被选中的发电机组，可以在下午4:00至6:00的发电再报价期间修改其用于实时能源市场的报价；否则，其原日前市场报价继续适用于实时能源市场。LSE需要按实时LMP支付任何超过日前计划量的需求，并会就低于计划量的需求偏差获得收入。发电机组会按实时LMP获得超过日前计划量的发电收入，并会就低于日前计划量的发电偏差支付费用。输电客户需根据双边交易相对于日前计划的数量偏差，按实时LMP支付拥塞费用。平衡市场中的所有现货购买和销售均按实时LMP结算。

A. 实时LMP计算概述

每隔5分钟，PJM都会为纳入PJM状态估计器模型的所有PJM负荷母线和发电母线计算节点边际电价（LMP）。PJM还会根据需要为与其他控制区相连的PJM联络母线以及PJM控制区外的其他母线计算LMP。

为执行LMP计算并完成相关能源结算和计费，需要一整套输入数据。该组输入数据包括：

• PJM电网上实际运行条件的准确模型；
• 所有外部交易的完整描述；
• 来自发电资源的完整报价数据；
• 可调度交易集合；
• 绑定输电约束清单；
• 经济调度指令；
• 调度指令日志。

PJM状态估计器提供LMP计算所需的初始潮流解。

所有遵循PJM调度指令的PJM发电机组均有资格设定LMP。除发电机组外，被指定为可调度且遵循PJM调度指令的外部交易也有资格设定LMP。由于LMP模型包含相邻外部系统的详细模型，环流影响被隐含纳入计算。

在实时能源市场中，PJM调度员使用最低成本安全约束经济调度程序，即机组调度系统（Unit Dispatch System, UDS），在满足输电安全约束的同时满足电能需求。UDS是一种事前调度，基于未来5分钟内的预计系统条件。LMP计算是事后计算，基于发出于5分钟前的事前调度所对应的实际发电响应。由于LMP计算以PJM状态估计器解所描述的PJM控制区实际运行条件为基础，LMP值是根据PJM电网的动态模型计算的。LMP计算将考虑当前输电和发电停运情况，也会考虑PJM调度员在PJM控制区为控制某些限制而偏离经济优先顺序运行时识别出的输电限制。

B. LMP数据模型输入

1）发电资源报价数据

发电资源报价数据存储在市场数据库中，所有报价数据均在实际运行日前一天中午锁定。这些数据连同需求报价和外部交易一起，用于PJM日前市场，以确定实际日前计划量、日前LMP值和净联络线计划。如果一份发电机组报价在日前市场中被接受，该报价会延续到实时市场；否则，发电机组可以在再报价期间（下午4:00至6:00）修改其实时市场报价数据。再报价期结束后，PJM会进行备用充足性评估，以判断除日前市场结果中已经计划的蒸汽机组外，是否还需要在运行日之前提前安排额外蒸汽机组。

在运行日内，PJM调度将通过向发电机组发送经济价格信号（或经济调度费率）和/或单机兆瓦指令来传达期望调度水平。遵循经济调度指令的发电机组，会将其从PJM接收的调度费率与自身报价曲线进行比较，并达到调度信号所描述的期望兆瓦出力水平。

2）交易数据

交易计划可以提交给日前能源市场，也可以作为实时能源市场的日前预计划提交，或在运行日内逐小时提交给实时能源市场。所有跨越PJM控制区边界的交易计划必须录入PJM能量管理系统，以便形成联营体之间的计划，并且必须指定接收点和交付点。进入PJM控制区的进口点从进入PJM控制区的一组外部接口点中选择。从PJM控制区出口的出口点也从外部接口点集合中选择。参与者在PJM控制区内的接收点或交付点，则从PJM OASIS列出的有效源点和受点清单中选择。进入PJM控制区并遵循经济调度指令的可调度交易，有资格参与LMP计算，并在指定接收点或交付点被建模为发电或负荷。

3）绑定输电约束

当PJM EMS系统检测到可能即将发生的输电限值违规时，PJM调度会研究问题解决方案。如果输电限制可以通过系统重新配置（相角调节变压器操作或开关操作）解决，则约束由EMS系统管理。如果输电违规需要再调度，系统运营商会将输电约束信息传送给机组调度系统以求解。如果输电约束在安全约束经济调度解中成为绑定约束，机组调度系统会将绑定约束信息传送给节点价格计算模块。LPA事故处理器会转换该信息，并将输电约束输入LPA。LPA中可建模的三类输电约束如下。

1）无功接口限值

由区域性潮流转移引起的电压和稳定限值被建模为接口限值。PJM系统运行中以及LPA中，接口限值被建模为一组输电线路总潮流的限制。PJM无功接口描述PJM输电系统上的关键输电边界，用以衡量电网特定区域的电压性能。

2）无事故条件下的热限值

这类限值是由于导线发热、线路弧垂等物理限制，对单条输电线路所能承载潮流的限制。这些限值在LPA中建模，使线路潮流保持在状态估计值或以下。

3）事故限值

这类限值是在预期另一输电设施失去时的热限值。事故限值通过计算受监测设施在另一输电设施（事故设施）或一组输电设施失去后的潮流来评估。所得潮流称为事故潮流。这些限值在LPA中建模，使事故潮流保持在基于状态估计器解计算出的事故潮流或以下。

C. PJM LMP模型说明

PJM LMP计算过程由若干程序模块构成，这些模块作为实时序列的一部分在PJM能量管理系统（EMS）上每五分钟执行一次。图2展示了PJM LMP模型的功能图。如图2所示，PJM LMP模型的主要模块包括：

• 状态估计器；
• LPA预处理器；
• 节点价格算法（Locational Price Algorithm, LPA）；
• 机组调度系统（UDS）。

图2PJM LMP模型功能图。

下文将详细说明这些模块。除图中列出的主要模块外，PJM LMP计算过程中还会执行若干为保证数据完整性而设计的程序。这些程序包括LPA输入数据一致性检查（Input Data Consistency Check, ICC）程序和LPA输出数据一致性检查（Output Data Consistency Check, OCC）程序。

ICC的主要目的是对LMP计算过程的所有输入数据进行数据校验，以保证信息是当前的、一致的和合理的。ICC程序将监测所有输入数据文件，以确保每个文件的操作系统时间戳和内部时间戳都是当前的，并且与正在处理的时间间隔一致。此外，ICC会检查任何输电约束数据，以核实所录入的任何事故及其相应控制措施均以一致、准确和及时的方式录入。ICC还监测状态估计器解的状态，以保证该解是一个有效的已求解潮流解。ICC在LMP计算序列开始时执行；如果识别出问题，程序会将错误记录至LPA错误日志，并向系统运营商发出适当告警。

OCC的主要目的是核实LMP计算被准确、完整地执行。OCC会检查所有输出数据文件，以保证每个程序成功完成并生成相应输出文件，同时对结果的合理性进行若干检查。OCC会检查文件的操作系统时间戳和任何内部时间戳，以保证文件时间是当前的，并与正在处理的时间间隔一致。此外，OCC会检查结果LMP与任何约束信息之间的一致性。该程序通过核实LPA中作为控制变量的每台发电机组的LMP与发电机组报价数据和调度费率设定的价格边界一致，来执行LMP验证。OCC在LMP计算序列结束时执行；如果识别出问题，程序会将错误记录至LPA错误日志，并向系统运营商发出适当告警。

1）PJM状态估计器

LMP计算依赖于一个完整、一致的潮流解作为输入。这一输入要求可以通过使用状态估计器实现。状态估计器是一种标准电力系统运行工具，其目的在于提供一个基础潮流解，供其他计算机程序作为输入。状态估计器使用电网上存在的实际运行条件（由计量输入描述）以及基本电力系统方程，计算未被计量的其余潮流和状态。由于状态估计器解基于可观测（计量）输入和底层数学模型，提供了实际运行条件的完整一致模型，因此可以作为LMP计算的基础。状态估计器的输入包括可用的实时计量量、设备（线路、发电机组、变压器等）当前状态以及母线负荷分布因子。

这一标准行业工具依赖数据冗余以及电力系统底层物理和数学关系，给出误差小于原始测量值的解。因此，状态估计器能够纠正“不良数据”，并计算模型中的缺失数据，从而对现有网络条件给出一致表征。

PJM状态估计器以一分钟为周期运行，并可向LMP模块提供以下输入：

• 交流潮流解；
• 发电机组实际兆瓦出力；
• 母线负荷；
• 联络线潮流；
• 按输电分区划分的兆瓦损耗；
• 任何受约束输电设施上的实际兆瓦潮流。

2）LPA预处理器

由于LMP计算基于实际发电出力，而不是理论最优调度，因此需要筛选发电机组和交易，以确定它们是否有资格参与LMP计算。LPA预处理器通过分析以下内容执行筛选功能，以确定某台发电机组是否遵循经济调度请求：

• 状态估计得到的发电机组兆瓦时出力；
• 发电机组报价价格曲线；
• 经济调度费率；
• UDS指定的每台发电机组期望兆瓦水平。

因此，该程序对已将自身指定为可调度的发电机组发挥实时绩效监测功能。实际兆瓦出力不超过期望兆瓦水平110%的可调度发电机组，被认为正在遵循经济调度指令，因此有资格作为灵活发电机组传递给LMP计算。LPA预处理器还会识别并验证UDS程序为控制输电约束而明确要求偏离经济优先顺序运行的任何发电机组。如果这些机组在线并遵循调度指令，则被指定为有资格设定LMP。LPA预处理器还会筛选被指定为可调度的交易，以判断其报价数据是否与当前调度费率一致，从而判断其是否有资格设定LMP。无资格参与LMP计算的发电机组包括被声明为必须运行的机组，或根据前述标准未遵循经济调度请求的机组。

有资格参与LMP计算的发电机组和交易，是前述遵循经济调度请求的发电机组或交易。这些合格发电机组或交易在LMP计算中被建模为灵活发电机组，其报价价格对应于报价曲线上实际兆瓦出力（交易则为兆瓦计划）处的取值。LPA预处理器根据以下标准计算该实时报价值：

• 如果发电机组的状态估计兆瓦值小于或等于期望兆瓦值，则通过将状态估计兆瓦出力与报价曲线比较来计算实时报价值。
• 如果发电机组的状态估计兆瓦值大于期望兆瓦值，则通过将期望兆瓦值与报价曲线比较来计算实时报价值。

合格发电机组和交易作为灵活发电机组（或负荷）输入LPA，并按实际兆瓦出力建模，同时设置一个很小的带宽以允许求解容差。无资格参与LMP计算的发电机组则作为非灵活发电机组建模，其兆瓦出力固定为状态估计器解给出的实际兆瓦值。

3）节点价格算法

节点价格算法（LPA）的功能，是每5分钟确定状态估计器模型中PJM各节点以及PJM与PJM控制区联络母线的LMP值。LMP被定义为：在当前系统状态估计运行点，考虑灵活发电机组实时报价以及各母线相对于输电限制的位置，在每个节点母线位置服务下一增量负荷的成本。

在给定状态估计器输入以及一组在实际运行点具有报价价格的灵活发电机组后，LMP计算相对直接。LMP价格计算是在当前状态估计运行点形成的增量线性优化问题。其目标是在满足功率平衡约束、发电兆瓦边界、交易兆瓦边界以及系统当前存在的任何输电约束条件下，使成本函数最小化。

由于PJM LMP系统的目标是根据实际系统运行条件计算实时LMP值，因此状态估计潮流解被用作增量线性规划公式的起点。随后，该潮流解被线性化，以执行LMP计算。如前文所述，灵活发电机组和交易的集合由LPA预处理器确定，并作为一组控制变量输入LPA。

在该公式中，灵活发电机组和销售交易集合P_i以及灵活购买交易集合L_j，按状态估计兆瓦量建模，并设置小带宽以允许求解容差。灵活发电机组和交易在目标函数中的成本系数，被设为LPA预处理器根据状态估计兆瓦水平和增量报价（或出价）曲线计算出的实时报价。这些成本系数被假定具有常数斜率。

PJM增量线性规划公式如下：

最小化

Z = ∑ᵢ Cᵢ(ΔPᵢ) – ∑ⱼ Cⱼ(ΔLⱼ)

约束条件为

∑ᵢ ΔPᵢ – ∑ⱼ ΔLⱼ = 0

ΔPᵢᵐⁱⁿ ≤ ΔPᵢ ≤ ΔPᵢᵐᵃˣ

ΔLⱼᵐⁱⁿ ≤ ΔLⱼ ≤ ΔLⱼᵐᵃˣ

AᵢₖΔPᵢ + DⱼₖΔLⱼ ≤ 0

其中：

ΔP_i：发电机组 i 的出力变化量；

ΔP_i^max：发电机组 i 的兆瓦上界；

ΔP_i^min：发电机组 i 的兆瓦下界；

C_i：发电机组 i 的计算实时报价；

C_j：负荷（交易）j 的计算实时出价；

ΔL_j：负荷 j 的用电变化量（实践中，当前唯一可调度负荷是外部购买交易）；

ΔL_j^max：负荷 j 的兆瓦上界；

ΔL_j^min：负荷 j 的兆瓦下界；

A_ik：发电母线 i 相对于参考母线在绑定输电约束 k 上的转移因子矩阵；

D_jk：负荷母线 j 相对于参考母线在绑定输电约束 k 上的转移因子矩阵。

上文提到的转移因子矩阵，代表基于绑定输电约束所描述系统拓扑的一组转移因子。对于接口限值和无事故条件下的热限值，用于计算转移因子的输电系统配置以状态估计器描述的当前拓扑为基础。对于事故限值，状态估计器拓扑会被修改，将事故输电设施移除后再计算转移因子。某一输电约束的转移因子，是在某母线注入1 MW并在参考母线相应取出1 MW时，约束受监测元件潮流变化的度量。

各母线的LMP值是前述线性规划公式的副产品。某一特定地点的LMP值本质上等于参考母线发电边际价格，加上与各项绑定输电约束相关的该地点边际拥塞价格。优化问题中与各约束相关的边际价格称为影子价格。某项约束的影子价格可以解释为，当该约束限值（右端项）变化一个单位时，目标函数值发生的增量变化。因此，计算LMP值的方程可以用这些影子价格表示。

LMP方程可写为：

LMPᵢ = λ – ∑ₖ Aᵢₖ × SPₖ

其中：

LMP_i：母线 i 的LMP价格；

λ：参考母线发电边际价格；

A_ik：母线 i 在绑定约束 k 上的转移因子；

SP_k：约束 k 的影子价格。

需要注意的是，在PJM LMP程序中，边际损耗成本被设为零；因此，上式中不出现边际损耗项。

4）机组调度系统

UDS是一种软件工具，旨在通过提供推荐调度解，使PJM调度员能够近实时地同时管理负荷、发电、联络线交换和输电约束的变化。该解会考察当前系统条件、预测负荷、发电和交易，并在用户选择的前瞻时间内生成调度解。这使运行人员能够同时管理多项输电约束。

UDS不是一个独立系统。它是一个处理来自市场数据库和其他PJM系统数据的应用程序。其他数据源包括：

• 来自EMS的负荷预测数据（GDC服务器）；
• 来自EMS的区域控制误差（ACE）、蒸汽机组偏差、调节信号（COM服务器）；
• 来自EMS的约束数据和机组灵敏度（NA服务器）；
• 来自EMS的状态估计器输出（NA服务器）；
• 来自eDART的停运数据；
• 来自EES的交易数据。

UDS每5分钟自动执行一次调度解，也可以由运行人员手动执行。为计算该解，UDS会考察在线且可用的发电、发电机组报价数据、预测负荷、计划和当前联络线交换、区域控制误差（ACE）以及调节信号。随后，该应用程序为每个解生成三个方案。每个方案包括：

• 建议的分区调度费率集合；
• 为控制约束而设置的调度费率例外清单；
• 单台机组调度费率；
• 每台发电机组的期望兆瓦水平。

UDS从EMS获取输电约束信息以缓解过载，并基于使用最经济的发电机组控制给定约束来形成调度解。UDS执行时进行的优化会保证，没有一台发电机组会为缓解一个约束而加重另一个约束。

运行人员批准一个推荐解后，分区调度费率和/或单台机组兆瓦指令会传送至EMS，并由EMS自动发送给发电机组或本地控制中心。出现在UDS例外清单中的机组必须人工调度。

除用于经济调度外，每个推荐解的结果还被用作节点价格计算过程的输入。运行人员批准一个推荐解后，每台发电机组的调度费率和期望兆瓦水平会被发送给LPA预处理器。UDS还会生成一份发送给LPA的绑定约束清单。

脚注

1. 现行PJM模型在LMP计算中不反映边际损耗成本。

2. 这些限制包括发电机组启动时间、最小运行时间、电量限制、爬坡限制以及其他机组物理运行约束。

3. PJM两结算系统由日前财务结算和实时平衡市场构成。

4. 该示例假设该客户需求只是整体市场中的一小部分，这意味着这部分小幅需求增加不会实质性改变出清价格。

5. 该示例同样假设该客户需求只是整体市场中的一小部分，这意味着这部分小幅需求增加不会实质性改变出清价格。

6. 该示例假设发电机组提交的报价等于其边际成本。

7. 接口限值在LPA中建模，使接口总潮流保持在状态估计器解给出的接口潮流兆瓦值或以下。

8. 现行PJM模型在调度指令和LMP值中均不反映边际损耗成本。

参考文献

[1] PJM，《2001年市场状况报告》，宾夕法尼亚州诺里斯敦，2002年6月。

作者简介

Andrew L. Ott获宾夕法尼亚州立大学大学公园校区电气工程学士学位，以及维拉诺瓦大学应用统计学硕士学位。

他目前负责PJM市场发展、PJM市场运行和PJM市场结算的监督工作。1996年10月，他加入位于宾夕法尼亚州诺里斯敦的PJM。他负责实施当前PJM节点边际定价系统、PJM金融输电权拍卖以及PJM日前能源市场。加入PJM之前，他曾在GPU从事输电规划和运行工作13年。

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