（控制理论与控制工程专业论文）考虑双边交易功率指向的潮流追踪算法研究.pdf

摘要 我国电力市场在经过“厂网分开、竟价上网”的发电竞价模式后，必将过渡到发电、 输电、配电相分离的完全开放模式。输电系统开放后，输电公司作为独立的经济实体， 必然要向电网用户收取一定的电网使用费用。如何将总输电服务费用分摊给每个电网用 户的问题成为热点问题。输电服务费用分摊的核心问题是确定输电用户对电网使用程度， 即确定输电用户对输电设各的利用份额问题。 国内、外学者对于输电服务费用分摊问题提出了许多种方法。典型方法有压入法、 基于灵敏度的解析法、基于潮流的增量法和潮流追踪法。潮流追踪法是通过对节点功率 的追踪，从而确定发电功率与用电功率之间的对应关系和发电功率与用电功率在输电元 件中流过的数量的一种方法。潮流追踪法由于具有简明、清晰的优点，而成为输电服务 费用分摊的备选方案之一。 现存所有潮流追踪算法都是以节点功率比例分配原则为基础的，基于比例原则的潮 流追踪法在联营交易模式下是适用的，但在双边。联营共存的电力市场模式下不再适用。 因为基于比例分配原则的潮流追踪法不能考虑到双边交易的特性。双边交易与联营交易 的不同在于双边交易具有功率指向的特性，即供电商和发电商在签订双边交易合同时， 实际上已经指定了交易功率在电力网络中的注入位置和交易功率在电力网络中的流出位 置。因此基于已有的双边交易优先的节点功率分配原则，本文提出了一种考虑双边交易 功率指向的潮流追踪算法。应用网络图论法对本文的潮流追踪原理进行分析发现，可将 整个系统潮流加权有向图分成双边交易子图和联营交易子图。整个潮流追踪算法分为双 边交易潮流追踪和联营交易潮流追踪两个部分。其中双边交易潮流追踪是一个多目标数 学规划问题，采用优化方法来求解；而对联营交易潮流追踪采用基于比例原则的潮流追 踪法来求解。 最后通过应用本文算法对四个算例的追踪，其结果表明在联营一双边交易共存的电 力市场模式下本文潮流追踪算法能考虑到双边交易的功率指向特性，并能很好的体现电 力市场的公平性原则。 关键词：电力市场，输电开放，潮流追踪，图论，有向图 a b s t r a c t a f t e rp a s s i n gg e n e r a t o rp r i c ec o m p e t i t i o nm o d a l ，o u rp o w e rm a r k e tw i l lt u r ni n t of l e e m o d a li nw h i c hp o w e r g e n e r a t o rp a r ta n de l e c t r i c i t yt r a n s m i s s i o np a r ta l ei n d e p e n d e n te a c h o t h e r w i t ht r a n s m i s s i o n o p e na c c e s s ，e l e c t r i c i t y t r a n s m i s s i o n c o m p a n ya si n d e p e n d e n t e c o n o m i ce n t i t yn e e dg e tt r a n s m i s s i o nc h a r g ef r o mc o n s u l n e r s h o wt oa l l o c a t et r a n s m i s s i o n s e r v i c ec o s ti n t oc o t i s u i n e l sb e c o m e saf o c u s e d p r o b l e m m a i np r o b l e m o f i ti sh o w t o _ r e c o g n i z e s h a r i n gc o s to f t r a n s m i s s i o nf a c i l i t i e so f t h e c o u s a m e r m a n y k i n d so fm e t h o d sa b o u tt r a n s m i s s i o ns e r v i c ec o s ta l l o c a t i o na r ep r o p o s e d s u c ha s e m b e dm e t h o d ，s e n s i t i v i t ym e t h o d ，p o w e rf l o wi n c r e m e n tm e t h o da n dp o w e rf l o wt r a c i n g m e t h o d p o w e rf l o w t r a c i n gm e t h o d t r a c e sn o d ep o w e r f l o w , a n dg e t r e l a t i o nb e t w e e n g e n e r a t o r i n j e c t i n gp o w e r a n dl o a dp o w e r , a n dp o w e ra m o u n tt h a tg e n e r a t o ri n j e c f i n gp o w e ra n dl o a d p o w e r f l o wt h et r a n s m i s s i o nf a c i l i t i e s b e c a u s ep o w e rf l o w t r a c i n gm e t h o di sc l e a ra n ds i m p l e ， i tb e c o m e sa p o p u l a r m e t h o do f t r a n s m i s s i o ns e r v i c ec o s ta l l o c a t i o n ， t r a d i t i o n a l p o w e rf l o wt r a c i n g m e t h o di sb a s e do nt h e p r o p o r t i o n a lp r i n c i p l e ，i t i s a p p l i c a b l ei nap o o l i n gm a r k e tm o d e l , b u tn o th aab i l a t e r a l - p o o l i n gm a r k e tm o d e l b e c a u s e t h e p r o p o r t i o n a lp r i n c i p l eb a s e dp o w e r f l o wt r a c i n gm e t h o dc a n tt a k ei n t oc o n s i d e r a t i o no f p o w e r f l o wd i r e c t i o no f t h eb i l a t e r a lc o n t r a c t b i l a t e r a lc o n t r a c ti ss p e c i a li n p o w e r f l o wd i r e c t i o n a f t e r g e n e r a t o rp l a n tm a k eab i l a t e r a lc o n t r a c tw i t l lc o n s u m e r , i nf a c tt h ep o s i t i o nw h e r eb i l a t e r a l c o n t r a c tp o w e rf l o w 叫e e t e da n do u t f l o wh a sb e e na p p o i n t e d b a s e db i l a t e r a lc o n t r a c tf i r s t p r i n c i p l e ，an o v e lp o w e r f l o wt r a c i n gm e t h o di sp r o p o s e dw h i c hc a nt a k ei n t oc o n s i d e r a t i o no f p o w e r f l o wd i r e c t i o no ft h eb i l a t e r a lc o n t r a c t a n a l y s i so ft h ep r o b l e m b yg r a p ht h e o r ys h o w s t h a tt h ep o w e rf l o ww e i g h e dd i g r a p hc a nb ed i v i d e di n t ob i l a t e m lc o n t r a c tw e i g h e d s u b d i g r a p hm a dp o o lc o n t r a c tw e i g h e ds u b - d i g r a p h b i l a t e r a lc o n w a c tp o w e r f l o w t r a c i n g i sa m a t h e m a t i c a lp l a n n i n gp r o b l e mw h i c hc a nb es o l v e db y o p t i m a lm e t h o d , w h i l ep o o lc o n t r a c t p o w e r f l o wt r a c i n gc a nb es o l v e db yt h et r a d i t i o n a lp r o p o r t i o n a lp r i n c i p l eb a s e dp o w e rf l o w t r a c i n gm e t h o d a tl a s tf o u re x a m p l e sa r eu s e dt oi l l u s t r a t et h e t r a c i n gp r o c e s sa n d t h er e s u l t ss h o wt h a tt h e p r o p o s e d m e t h o di sf e a s i b l e k e y w o r d s ：e l e e t r i e i l ym a r k e t ；t r a n s m i s s i o no p e na c c e s s ；p o w e r f l o w t r a c i n g ；g r a p ht h e o r y ； d i g r a p h 考虑双边交易功率指向的潮流追踪算法研究 0 前言 在我国市场经济的建立过程中，电力作为我国的传统产业，伴随着许多行业的管理 体制的改革，电力系统中，供电，配电，送电这几个环节会渐渐独立。由于电力系统的 固有特点，电力市场化的进程比其它行业要稍逊一筹，但是从长远考虑，电力的市场化 进程是不可避免的。我国电力市场在经过“厂网分开、竞价上网”的发电竞价模式后， 电力市场必将过渡到发电、输电、配电相分离的市场模式。输电系统开放后，输电公司 作为独立的经济实体，必须要确定自身所提供服务的价格，即确定对每一个电网用户应 向输电公司交纳多少输电费用。输电服务费用分摊的核心问题是输电用户对电网使用程 度的责任的确定问题，本着“谁使用谁负责，用多少付多少”的原则将总的输电费用分 摊给各输电用户。潮流追踪法作为进行输电成本分摊的一种方法，通过对电力系统电源 或负荷的来源和流经路径追踪，来确定每个输电用户对输电设备的利用份额。 我国电力市场的开放是一个逐步开放的过程，先开放发电市场，输电网并没有开放， 建立联营交易模式。因为联营交易模式不能完全体现电力市场的自由竞争原则，所以电 力市场最终应向双边交易模式发展，在联营模式下逐渐加入双边交易模式，形成双边一联 营共存的电力市场模式。文献【1 1 】分析发现基于比例节点功率分配原则的潮流追踪法对于 解决联营交易模式的输电用户的设备利用份额问题是适用的，但在双边一联营共存的电力 市场模式则不再适用。 本文提出一种新的考虑双边交易功率指向的潮流追踪算法。该方法的节点功率分配 原则采用双边交易优先原则。该方法的特点是适合于双边一联营交易共存的市场模式下的 输电服务费用的分摊。 本文第二章对潮流追踪法的基本原理进行了论述，并对潮流追踪的网损分摊原则和 节点功率分配原则这两个核心问题进行了较详细的论述。节点功率分配原则对潮流追踪 结果的影响是决定性，双边交易优先节点功率分配原则是针对联营一双边交易模式的特点 提出来的，考虑到双边交易的功率指向特性。 本文第三章对考虑双边交易功率指向特性的潮流追踪算法原理进行了较为详细的论 述。考虑双边交易功率指向特性的潮流追踪算法是一种基于双边交易优先原则的潮流追 踪算法。其可分为两个部分：双边交易潮流追踪和联营交易潮流追踪。采用网络图论法 分析发现双边交易潮流追踪是一个数学规划问题。 本文第四章重点阐述双边交易潮流追踪的数学模型及其解算方法。双边交易潮流追 踪本质上是一个多目标规划问题。通过分层序列法可对该多目标规划问题进行解算。 本文第五章列举了四个算例来说明考虑双边交易功率指向的潮流追踪法的解算过程 和算法的有效性。 考虑双边交易功率指向的潮流追踪算法研究 1 概述 1 1 输电服务费用分摊问题研究的必要性 为了在电力工业内部引入竞争机制，促进电力公司生存和良性循环世界上许多国家 都纷纷进行电力市场化改革。电力市场又称“放开管制”是9 0 年代在西欧首先出现的一 种新型的电力企业运营方式，它是以电力企业间的公平竞争为基础的。与过去的统一( 或 称垄断) 经营方式相比，它可以明显降低成本，提高生产率。因此电力市场很快被推j “ 到了美国，大洋洲的一些电力公司。在这些国家实行了电力市场以后，降低了电网的运 营费用，使得工业用电和屠民用电的价格都大幅度降低。 建立电力市场是我国电力发展的需要。电力市场的建立有利于提高省网间的功率交 换积极性。由于我国的国民经济的迅速发展，电能的需求以惊人的速度增长，同时负荷 分布的不均匀也日益突出，在沿海及一些大城市出现了较大功率的缺额，而这些地区又 往往属于负荷中心，离煤炭基地较远，燃料价格较高，劳动力价格高导致成本昂贵。因 此需要从能源丰富的地区向负荷中心供电，煤炭资源丰富的山西，内蒙，往北京，江苏 等地送电，因而互联电网的功率交换势在必行。在电力市场中，电力交换以贸易的形式 进行，彼此间是平等互利的伙伴关系，处处体现了自愿的原则。对未能满足合同要求的 参与者，其处罚也是经济性的，所以电力市场能提高各电网问电力交换。电力市场的建 立有利于降低了电网的运营费用。由于购电方和供电方自由交易，使发电成本的机组更 容易上网发电，从而降低了全网的边际成本。所以我国已经初步建立了“厂网分开、竞 价上网”的发电竞价模式的电力市场。 我国电力市场在经过“厂网分开、竞价上网”的发电竞价模式【i j 后，电力市场必将 过渡到发电、输电、配电相分离的市场模式。在输电网开放模式下，不仅发电企业要根 据公平竞争的原则竞价上网，而且大的电力用户可以直接从发电企业购买低价的电力， 输电开放模式下，电网成了电力商品的载体，进入商业化运营，在电力生产者和用户之 间起到传输商品的作用。这就要求输电部分从发电和配电环节分离出来，形成独立的输 电公司。 输电系统开放后，输电公司作为独立的经济实体，必须要确定自身所提供服务的价 格。而其价格不仅是一种收费功能，而且作为一种信号，还起着提供输电网当前的边际 成本信息和引导用户最佳利用电网的作用。输电定价问题【2 】口l 是输电开放后电力系统商业 化运营中的基本问题，也是最复杂的问题。 输电定价问题包含以下两个层次的问题： 1 ) 上层问题：如何对每一条线路确定输电价格，为了提供很好的经济信号，可 按照输电边际成本法进行定价。 2 ) 下层问题：在确定输电线路的价格后，将各条输电线路的价格公平合理的分 摊到各个电力市场成员形成最终的市场成员输电价格。 输电费用分摊的基本要求： i ) 公平合理。原则是“谁使用准付钱，用多少付多少”。 2 ) 计算简单。必须易于计算，计算量要小，以满足实时应用要求。 3 ) 过程透明。整个分摊过程要易于理解、易于被用户接受。 考虑双边交易功率指向的潮流追踪算法研究 4 ) 收支平衡。从最终电力用户发电企业收取的总费用要等于支付给输电网的 总费用。 5 ) 经济信号。要提供适当的经济信号给市场成员以引导输电资源的经济使用。 总而言之，输电费用分摊是输电开放模式下电力系统市场化运营需要解决的一个关 键问题。目前国内、外学者提出了很多方法来解决此问题。 1 2 国内、外关于输电服务费用分摊方法的研究 输电服务费用分摊的核心问题是输电用户对电网使用程度的责任确定问题，本着“谁 使用谁负责，用多少付多少”的原则将总的输电费用分摊给各输电用户。关于如何确定 输电用户对输电设备的利用份额【4 】国内、外学者提出了许多种方法。较流行的方法：压 入法嘲、基于灵敏度的方法_ 1 6 i 、利用微分量积分方法【7 】、基于潮流的增量法同和潮流追踪 法嘲。 1 2 1 压入法 压入法是一类方法的总称，在其中包括邮资法、合同路径法等。所谓邮资法，即不 管转运路径如何，输电费用完全由转运功率的多少来决定，将总的输电费用多少进行分 摊。优点由于其只按功率来分摊输电费用，所以该方法计算简单、过程透明。其缺点是 忽略实际运行隋况，可能会向用户提供不正确的经济信号。如用户如果向离其电气距离 较远的发电厂买电，与就近买电所承担的输电费用并无增加，并且邮票法往往意味着使 用网络较轻的负荷对其他用户进行补贴。由于邮资法计算简单，易于实现，所以在单一 的联营模式下，没有发电商和用户直接交易，可以采用这种方法进行输电费用分摊。 所谓合同路径法是指在交易合同中规定一条从发电用户功率注入点到购电用户功率 流出点的一条连续通路，并假定交易功率只在此条连续通路通过，在进行输电费用计算 时，只考虑该连续通路的设备。合同路径法有以下缺点： 1 )合同路径法只适用于规模较小的电力网络，随着电力网络规模的不断扩大， 使合同路径的合理确定变得变的越来越困难。 实际情况下，交易功率并不只在合同规定的路径中流过，而是对整个电力网 络都有影响，只是影响的程度有所不同。合同路径法忽略了交易潮流对电网 其他部分的影响，特别是与合同路径相邻部分，可能影响较大，从而产生输 电服务费用的不合理分摊。 1 2 2 基于灵敏度的解析法 基于灵敏度的解析法是通过输电服务用户功率对输电元件上一些物理量的灵敏度来 获取各用户对输电网络的影响程度，据此进行输电系统服务的分摊。对于输电服务用户 输电设备利用份额可用输电服务用户功率对输电元件上流过功率的灵敏度来表示。 基于灵敏度的解析法有以下优点： 1 ) 计算简单。易于计算，计算量小。 2 1 由于该方法实质是一种边际成本法，所以该方法能够提供较强烈的经济信号。 有利于促进输电资源的经济使用。 3 ) 电网调度运行人员对于灵敏度概念非常熟悉，有利于用户对该方法的理解， 考虑双边交易功率指向的潮流追踪算法研究 易于被用户接受。 但该方法有以下缺点： 1 ) 用户对输电线路的灵敏度有正有负，并且潮流灵敏度的大小往往变化很大。 2 ) 利用该方法所求取的用于输电服务分摊的输电设备使用程度只是反映了某种 运行状态下输电服务用户功率与输电元件中的功率之间的微增变化关系，该 关系与输电服务用户总量对输电元件中功率的贡献可能是不一致的。 3 ) 系统潮流的状态有很大关系。不同潮流状态下，同一交易灵敏度会产生很大 差异。 4 ) 计算结果与电力网络的选取有很大关系，出于节点功率灵敏度反映的是该节 点功率微增、平衡节点功率微减的情况，所以选取不同的参考节点会得出不 同的灵敏度结果。 5 ) 基于灵敏度的方法不一定能保证电网公司的收支平衡。 1 2 3 基于潮流的增量法 基于潮流的增量法是一种基于“影响”的输电服务分摊方法。其做法是将所有的交 易功率按照一定的顺序累加至i 系统中，根据每个交易合同追加后对整个系统功率的影响 程度来确定每个交易合同应分摊的输电服务费用。这种方法虽然可计入特定交易对系统 的影响，但存在以下缺点： 1 1 功率追加次序：很明显交易功率追加的次序对计算结果有影响，而且单个交 易功率累加到系统中所引起的功率变化的和并不等于所有交易功率同时加入 系统中引起的变化。虽然很多研究者对此进行了修正研究，但总体上所用方 法令人难以信服； 4 2 ) 逆向流：所谓“逆向流”是指当一个交易合同履行后，造成某些输电元件潮 流变小从而使这些元件的功率损失变小，则称该转运功率为“逆向流”。当出 现“逆向流”时，按照计算输电公司应该对该交易合同补偿，因其降低了系 统的损耗。这对输电公司而言是难以接受的。所以现有的一般处理方法是对 该交易合同不收费，即不考虑起对系统损耗的影响。从交易合同利用输电网 络的角度看，对引起“逆向流”的交易合同不考虑其损耗似乎并不合理。 3 ) 计算时间与交易合同数目相关：由于每累加一项交易合同就要计算一次潮流， 所以该类方法的计算时间与交易合同的数目相关。 所以按顺序累加根据每个交易合同对系统的影响进行计算的做法是不符合实际运行 情况的。尤其是对产生“逆向流”的发电机或转运功率不收过网损失费甚至予以补偿， 这对电网公司是难以接受的。 综上所述，以上各种输电服务费用分摊方法都有一些不足之处，在实际应用t p 受到 一定的限制和质疑。 12 4 潮流追踪法 潮流追踪法是利用节点功率的比例分配原则对节点功率进行追踪，从而确定发电功 率与用电功率之间的对应关系和发电功率与用电功率在输电元件中流过的数量，从而确 定每个输电用户对输电设备的利用份额。通过潮流追踪可以获得电力系统中某个负荷的 4 考虑双边交易功率指向的潮流追踪算法研究 电自g 来自予哪些电源或某个电源的电能流经哪些输电元件流向哪些负荷。 潮流追踪法本身是一类方法。其中包括许多具体的算法：如电流追踪和功率追踪， 无损追踪法和有损追踪法等。由于潮流追踪法对系统的潮流进行追踪得出输电元件中潮 流的成分组成，即输电元件中的功率由哪些发电机供给或供给了哪些负荷，这样会明确 任意发电机注入功率在电网络中的流经通路情况。潮流追踪法具有简明、清晰的优点， 有利于各输电用户对潮流追踪法的理解，有利于潮流追踪法的推广和增强输电服务费用 分摊的透明性。 潮流追踪法作为进行输电成本分摊种方法，通过对电力系统电源或负荷的来源和 流经路径追踪，来确定每个输电用户对输电设备的利用份额。通过潮流追踪可以获得电 力系统中某个负荷的电能来自于哪些电源或某个电源的电能流经哪些输电元件流向哪些 负荷。当追踪到某节点时，要根据一定的节点注入功率的组成比率来确定节点流出功 率的组成比率，由于功率象水流一样在汇入一点混合以后是不可分的，所以需要采用一 种节点功率分配原贝q 来确定节点流出功率的组成比率。因此比例节点功率分配原则这个 假定被提出用于潮流追踪法。 比例分配原则是指对于某一节点在已知该节点注入功率的组成比率的情况下，则与 该节点相连并从节点流出功率的线路的功率组成成分和比例与该节点注入功率的组成比 率相同，这就是比例共享原则。虽然比例分配原则没有严格的理论基础，但由于其简单、 直观，并且分配值为恒值，很容易被用户接受。到目前为至所有潮流追踪算法都无一例 外的采用比例节点功率分配原则。 潮流追踪方法的特点： 1 ) 对节点功率的追踪，确定每个输电用户对输电设备的利用份额。其算法简单、 清晰。 2 ) 计算过程透明度高，易于理解，易于被用户接受。 3 ) 可以满足电网费用的收支平衡。 1 3 双边交易优先原则的提出 我国电力市场的开放是一个逐步开放的过程，先开放发电市场，输电网并没有开放， 建立联营交易模式。因为联营交易模式不能体现电力市场的自由竞争原则，所以电力市 场最终应向双边交易模式发展，在联营模式下逐渐加入双边交易模式，形成双边联营共 存的电力市场模式。所谓联营模式是指发电商以批发联营竞争性的报价销售给电力交易 中心，而供电商以一个被管制或竞争的电价从电力交易中心批发购买电力，然后再零售 给用户。联营一双边交易模式是指在联营模式的市场结构之外还允许发电商和供电商之间 直接签订批购与批售协议，进行直接的双边或多边批量贸易。 文献 1 1 分析发现基于比例节点功率分配原则的潮流追踪法对于解决联营交易模式 的输电用户的设备利用份额问题是适用的，但在双边- 联营共存的电力市场模式下则不再 适用。因为基于比例节点功率分配原则的潮流追踪法不能考虑到双边交易的特性，双边 交易与联营交易的不同之处在于双边交易有功率指向特性。供电商和发电商在签订双边 交易合同时，实际上已经指定了交易功率在电力网络中的注入位置和交易功率在电力网 络中的流出位置。因而文献 “ 中提出一种新的节点功率分配原则双边交易优先原 则，来计入双边交易的功率指向籽陛。 考虑双边交易功率指向的潮流追踪算法研究 1 4 本文所作的工作 本文首先对潮流追踪法的网损分摊原则和节点功率分配原则进行了详细分析，并论 述了节点功率分配原则与电力市场模式的关系，指出双边。联营共存市场模式下双边交易 优先原则的适用性。 本文提出种考虑双边交易功率指向的潮流追踪算法。该算法是一种基于双边交易 优先原则的潮流追踪算法。考虑双边交易功率指向的潮流追踪方法分为两个部分：双边 交易潮流追踪和联营交易潮流追踪。 本文重点阐述了考虑双边交易功率指向的潮流追踪原理和解算方法。首先应用网络 图论法对基于双边交易优先原则的潮流追踪算法原理进行分析，并将系统潮流加权有向 图分解为只含双边交易潮流的双边交易子图和只含联营交易的联营交易子图。参照双边 交易子图，双边交易潮流追踪采用多目标规划中的分层序列法来进行解算。参照联营交 易子图，联营交易潮流追踪采用基于比例原则的潮流追踪法来求解。 其次对双边交易潮流追踪的数学模型进行了详细分析。重点分析了数学模型中目标 函数的作用。论述了数学模型中交易达成量公平目标和线路公平目标的引入原因和其能 保证算法公平性的原理。 最后列举了四个算例。应用本文算法对算例进行解算和结果分析，其结果表明本文 潮流追踪算法能够考虑双边交易的功率指向特性，是一种适合于双边一联营交易共存的市 场模式的潮流追踪算法。 考虑双边交易功率指向的潮流追踪算法研究 2 潮流追踪基本理论 2 1 潮流追踪法原理概述 潮流追踪方法 1 2 , 3 0 l 本质上是一个拓扑问题，也就是处理潮流在电力网络中如何分配的 问题。目前已有潮流追踪法采用的节点功率分配原则为比例分配原则。潮流追踪法f 1 习是 指通过对节点功率进行追踪，来确定发电功率与用电功率之间的对应关系和发电功率与 用电功率在输电元件中流过的数量的一类方法。潮流追踪法是以节点为基本追踪单位， 按照一定的方向( 顺流或逆流) 从一个节点追到下一节点，直追到发电机节点或负荷 节点。 下面以一节点i 为例演示潮流追踪的基本追踪过程。如图1 所示，节点i 连有四条线 路，进线l 、2 的分别为p 1 、p 2 ，出线3 、4 的输出功率分别为p 3 、p 4 。总传输功率为p + p z 或p j + p 4 。同理，出线功率p 4 由进线1 提供的功率份额为! ! p ；由进线2 提供的功 率份额为一三二一j l ，。以上是由进线功率比例计算出线功率组成，反之也可根据输出功 p p ， p 3 、p 4 的比例，则进线功率p l 供给出线3 功率份额为熹只；供给出线4 的功率份 额为垒一p 。由于以上追踪方向的不同，引出了两种不同的潮流追踪：顺流追踪和逆 j d ，+ p 。 流追踪。 2 图1 节点i 状态图 f i g 1 n o d e is t a t e g r a p h 按照潮流的流向( 顺流或逆流) ，网络中每个节点均采用相同的处理方法。当追踪完 成所有节点功率后，就可得出每个输电元件的流过的功率组成成分，从而确定用户的输 电元件利用份额。 潮流追踪按追踪潮流的方向不同可分为顺流追踪和逆流追踪。所谓顺流追踪是从发 电机节点开始，沿着实际潮流的流动方向进行追踪，来确定电源出力在各个负荷中的分 配睛况。 2 1 1 川页流追踪 下面介绍顺流追踪原理，设系统有m 条线路和n 个节点，节点i 的注入功率为p i 7 考虑双边交易功率指向的潮流追踪算法研究 司表不为： p ，= l p f i 4 - 尸。 i = i2 ，3 n ( 1 )u ，一 e a f 其中a i 为所有和节点i 相连的，并向其输入功率的节点集合，为支路d 输入节点i 的功率，p g i 为节点i 上的发电机发电功率。为了方便说明将实际有损弼络简化为无损网 络，n i p i j i = ip j i l ，设c i j = l p j p j ；将公式( 1 ) 整理得到： p ，一yc 。p ，= p 。 忍， 进一步可写成矩阵形式： 彳。尸= r( 2 ) p g 为发电机功率列向量，p 为个节点总注入功率列向量，a u 为n * n 阶矩阵，相应 的元素为： f 1 喇 【a 川= 混合比例分摊是将多用户输电元件上的共同引 起的附加损耗按照输电线路末端用户功率组成比例分摊，其余损耗按照输电线路末端用 户功率组成平方比例分摊。仍以示例1 来举例说明，应用按电流平方比例分摊的分摊原 则s l 、s 2 的公式如下： s ?s s l 5 蠹s ( s l 1 + s l z ) + 寺ss s ( 1 9 )s2 + 2 + 叫 s ：s ， s2 5 寺s2 s + j ) + 寺ss s l ( 2 0 ) s ：+ 。，+： 从公式( 1 9 ) 、( 2 0 ) 可以看出，按电流( 功率) 平方和电漉( 功率) 混合比例分摊 功率损耗s 实质是将各个用户单独引起的损耗钇、a s l j 分别分摊给该用户l 和2 ： 、， ， 鲫 憾 ： 一万一 铮警 蛾 考虑双边交易功率指向的潮流追踪算法研究 将由两用户共同引起的附加损耗s 。按用户功率比例组成分摊给各个用户。这种分摊方 法即不会产生全局网损和用户分摊的网损的增长趋势出现矛盾的现象，也不将附加损耗 平均分配给用户。 2 3 4 小结 以上介绍了三种损耗分摊原则，并对三种分摊原则的特性进行了分析。对三种损耗 分摊原则进行比较发现三种损耗分摊原则的不同之处实质是对附加损耗的处理方式不 同。按电流( 功率) 平方比例分摊实质是对附加损耗依据用户功率平方比例进行分配， 按电流( 功率) 比例分摊实质是对附加损耗采用平均分配方式，按电流( 功率) 平方和 电流( 功率) 混合比例分摊实质是对附加损耗依据用户功率比例进行分配。 潮流追踪方法的核心问题有两个：节点功率分配原则和网损分摊原则。关于损耗分 摊原则，从目前的研究看，还无法从理论上完全令人信服地证明某类分摊方式是合理 的而取代其它方式。该问题可能涉及数学、社会学、经济学和方法论等而不是一个纯技 术问题。由于采用不同损耗分摊原则的潮流追踪的结果问差异并不是很大，所以损耗分 摊原则的确定在理论上是关键问题，在实用上却不是主要问题。 2 4 节点功率分配原则 2 4 1 市场模式与节点功率分配原则的关系 节点功率分配原则是潮流追踪方法的核心问题之一。比例分配原则是现存潮流追踪 法广泛采用的节点功率分配原则。依据电力市场发展的新特点，文献【1 1i 提出双边交易优 先原则。采用何种节点功率分配原则对于潮流追踪结果有决定影响。比例分配是一种人 为假定，无法证明其对错，并且没有引入市场交易因数，当市场中的交易成分复杂时， 利用节点功率比例分配原则进行潮流追踪所得到的结果很难令人信服。双边交易优先原 则充分考虑到市场交易因数，在双边交易联营交易共存市场框架下采用双边交易优先 分配原则，能引入市场交易因数；体现双边交易和联营交易的不同，提供更加准确的市 场信号，有利于电力市场向更好的方向发展。电力市场中采用潮流追踪法的主要目的是 确定各个电力用户对电网的使用情况，从而确定各个电力用户所应承担的电网使用责任。 潮流追踪法应考虑电力市场结构这一因数，目前电力市场中用户的交易模式有两种，他 们分别为联营模式和联营一双边贸易模式。 1 1 联营模式：发电商以批发联营竞争性的报价销售给电力交易中心，而供电商 以一个被管制或竞争的电价从电力交易中心批发购买电力，然后再零售给用 、 户。 2 ) 联营一双边贸易模式：在联营模式的市场结构之外还允许发电商和供电商之间 直接签订批购与批售协议，进行直接的双边或多边批量贸易。 2 4 2 双边交易优先原则 双边交易优先原则1 是指在潮流追踪中进行节点功率分配时双边交易对优先进行分 配，其余部分按比例分配原则求解。双边交易优先原则是针对联营一双边交易模式的特点 提出来的。联营一双边模式和联营模式这两种市场框架的不同之处在于联营一双边模式中 考虑双边交易功率指向的潮流追踪算法研究 有双边交易的存在e 双边交易与联营交易的不同之处在于双边交易有功率指向特性，即 供电商和发电商在签订双边交易合同时。实际上已经指定了交易功率在电力网络中的注 入位置和交易功率在电力网络中的流出位置。 下面以一简单示例( 图6 ) 来分析，基于双边交易优先原则的潮流追踪法和基于比 例分配原则的潮流追踪法在联营一双边模式下潮流追踪结果的差异。观察如图1 中的简化 系统，其中g 、岛和岛为三个电能提供者。，、厶和l ，为三个电能使用者，、飓、 m ，、 m ，、他和忆分别为对应的输电子网络。假如岔与厶通过双边交易达成电能供求 关系，则这对用户应当只对输电网络和尬负责，因为该输电网的其它部分对这对输电 用户对应的双边交易没有任何帮助( 这里只分析运行状态下的分摊问题，而没有考虑备 用分摊。本文认为这两种情况可以解耦分析) 。图1 中的网络如果按照比例分配原则来分 配，则电能提供者国不仅对网络忆和忆负责，还要对网络m ，和忆负责。而实际上网络 i ，和脏尉输电用户对应的双边交易没有任何帮助。显然在双边联营交易共存的电力市 场模式下，比例分配原则是不适用的。对于图1 中的简化系统，应用双边交易优先原则 进行节点功率的分配，则电能提供者岛仅对网络忆和儿负责，即将双边交易用户交易 双方的功率流动指向体现在节点功率分配原则中。 2 5 小结 图6 简化系统 f i g 6 s i m p l es y s t e m 本章对潮流追踪法的基本原理进行了阐述，并介绍了基于功率的潮流追踪法、基于 电流潮流追踪法、有损潮流追踪法和无损潮流追踪法的基本原理和各自特点。本章对潮 流追踪中网损分摊原则和节点功率分配原贝日两个核心问题进行了阐述。网损分摊原则有 按电流( x j j 率) 平方比例分摊、电流( 功率) 比例分摊和按电流( 功率) 与电流( 功率) 平方比例混合分摊三种。没有一种网损分摊原则能在理论上占有绝对的优势，但实际对 采用三种不同网损分摊原则的潮流追踪结果比较发现，采用不同网损分摊原则对潮流追 踪结果影响并不大。节点功率分配原则对潮流追踪结果的影响是决定性。双边交易优先 原则是针对联营一双边交易模式的特点提出来的，其特点是考虑到了双边交易具有功率指 向的特性。双边交易优先原则是指潮流追踪中进行节点功率分配时双边交易对优先分配， 其余部分按比例原则分配。 考虑双边交易功率指向的潮流追踪算法研究 3 考虑双边交易功率指向的潮流追踪算法原理 3 1 原理概述 考虑双边交易功率指向的潮流追踪算法是一种基于双边交易优先原则的潮流追踪方 法唧一。依掘双边交易优先节点功率分配原则的特点考虑双边交易功率指向的潮流追 踪法可以分成两个部分：双边交易潮流追踪和联营交易潮流追踪。 双边交易潮流追踪问题实质上为一种多目标规划问题。双边交易潮流追踪可采用多 目标规划中的分层序列法来进行解算。联营交易潮流追踪与传统潮流追踪法一样，采用 基于比例原则的潮流追踪法来求解。 3 2 双边交易优先原则的特点 双边交易优先原则是指在潮流追踪中进行节点功率分配时双边交易对优先分配，其 余部分按比例分配原则求解。双边交易的特点是具有功率指向特性，即供电商和发电商 在签订双边交易合同时，实际上已经指定了交易功率在电力网络中的注入位置和交易功 率在电力网络中的流出位置。双边交易优先原则的特点是考虑到双边交易的功率指向特 性，通过节点功率分配时双边交易优先分配来体现双边交易的功率指向特性。所以在双 边联营交易共存的模式下应用双边交易优先节点功率原则进行潮流追踪是比较适合的。 3 3 潮流加权有向图的分解 3 3 ，1 潮流加权有向图的分解原因 为了便于以后论述下面介绍几个概念。潮流加权有向图是指将电网潮流讨算后所得 的潮流流向和大小绘制到电力网络连接图中而成的加权有向图田1 。双边交易予图是指潮 流加权有向图中的联营发电用户和联营购电用户功率都被去除后，只保留双边交易用户 而形成的加权有向图。联营交易子图是指去除双边交易潮流追踪所得( 线路，发电，负 荷) 功率后而形成的加权有向图。 由于考虑双边交易功率指向的潮流追踪法采用双边交易优先原则作为其节点功率分 配原则，双边交易优先原则的基本内容为在节点功率分配上双边交易潮流优先分配，然 后稃分配联营交易潮流。所以基于双边交易优先原则的潮流追踪可以优先进行双边交易 的潮流追踪，然后再进行联营交易潮流的追踪。若想对双边交易的潮流进行单独追踪， 就需要了解整个双边交易在电力网络中的流向和分布。为了能够对双边交易潮流进行更 加清晰的描述，可将潮流加权有向图分解为只含双边交易潮流的双边交易子图和只含联 营交易的联营交易子图，这样分解后双边交易子图只含有双边交易，有利于更清晰的说 明双边交易的潮流追踪问题。 3 3 2 潮流加权有向图分解方法 下面通过列举一个小系统来说明潮流加权有向图的分解方法。应用图1 所示的简单 网络来说明如何将潮流有向图( 图1 ) 分解为双边交易子图( 图2 ) 和联营交易予图( 图 3 ) 。图1 所示为一具有7 母线的简单网络。其中节点1 上的发电用户和节点4 上的用电 考虑双边交易功率指向的潮流追踪算法研究 用户进行双边交易，结成双边交易对l ；节点3 上的发电用户和节点7 上的用电用户进 行双边交易，结成双边交易对2 ；其余为联营交易。具体双边交易合同量见表2 ，线路潮 流情况见表1 。考虑双边交易功率指向的潮流追踪算法即可进行有功功率追踪又可进行 无功功率追踪。本文以有功功率追踪为例来说明之。所以本文图表中单位均为有功功率 标幺值。 表l 图1 巾线路有功功率说明表 t a b 1 ，b r a n c h f l o w s o f f i g 1 线赔l | o1 3 01 2 5t m l 靠51 5 。41 6 表2 双边交易说明表 m l b 2b i l a t e r a fc o n t r a c tt a b l e 表3 双边交易流追踪结果 t a b3b i l a t e r a lc o n t r a c tp o w e rf l o wt r a c i n gr e s u l t s 垡整纽纽：叠血鱼血 b l4 001 03 03 04 00 b 203 003 000 3 0 将图1 中的联营用户去除就可得到双边交易子图( 图2 ) ，联营用户包括节点2 上和 节点5 上的用电用户和节点4 和6 上的发电商。下一步，可依据双边交易子图进行双边 交易阀潮流追踪，具体方法见第四章的双边交易潮流追踪算法。这里假设已得到双边交 易的潮流追踪结果如表3 。图1 中的线路上去除表3 中双边交易潮流，并去除双边交易 用户功率中已经达成的功率就可得到联营交易子图( 图3 ) 。 4 (50)c20)00) 图1 潮流加投有向图 f 塘1 p o 日侧喇t e d d 脚h 1 9 考虑双边交易功率指向的潮流追踪算法研究 4 ( 5 0 ) ( o ) ( 3 0 ) 图2 双边交易子图 f i g 2 b i l a t e r a lc o n t r a c ts u b d i g r a p h 4 图3 联营交易子图 f i 9 3 p o o l c o n t r a c ts u b 4 i g a p h 总的看来潮流加权有向图的分解步骤可分为三步： 1 ) 潮流加权有向图去除联营用户后形成双边交易子图。 2 ) 进行双边交易潮流追踪得到双边交易潮流追踪结果。 3 ) 依据双边交易潮流追踪结果和潮流加权有向图形成联营交易予图。 3 4 追踪原理的图论描述 下面应用网络图论对于考虑双边交易功率指向原则的潮流追踪原理进行本质上的分 析。对于如辐射网的简单系统，可以利用观察法根据节点功率分配双边交易优先原则进 行潮流追踪，从而确定每个输电用户对输电网络的利用份额。而对于具有环网的复杂网 络，用观察法则难以实现。 系统的潮流分布确定后，可应用加权有向图田j 来描述系统的潮流状态，从而形成潮 流加权有向图【2 3 , 2 4 2 5 1 。图中顶点对应电力系统中的母线，边对应线路，边的方向对应实际 潮流中有功( 无功功率) 的流向，边权对应有功( 无功功率) 的数量，源点对应系统中 的电源，而汇点对应负荷。联营交易对应多个源点和汇点，而双边交易对应一对源点和 汇点，源点的注入经过边流向汇点。 在潮流加权有向图中，从任意源点出发可以通过有向边追溯到某个( 些) 汇点。如 果从双边交易所对应的源点可隧追溯到相应的汇点，则称在该双边交易的源点和汇点之 问存在流通路径。所有双边交易中流通路径所涉及到的顶点和边的集合构成潮流加权有 向图的双边交易予图。双边交易子图可能是连通的，为一个图；也可能不是连通的，为 多个图。为方便起见，本文只分析连通情形，不连通的情形可用本文的方法分别分析。 2 0 考虑双边交易功宰指向的潜流追踪算法研究 当系统中只存在一个双边交易时，则分析较简单。这时可分两种情况。 第一种情况是双边交易的源与汇点之间没有通路，即这时不存在双边交易子图，该 情形对应于文献【1 1 中所述的有网络约束的情形，双边交易完全不能满足，无需分析。 第二种情况是双边交易的源与汇点之间存在通路。这种情况下。根据网