（控制理论与控制工程专业论文）输电损耗分摊的方法及扩展应用研究.pdf

火连理j ：人学博+ 学能论文 摘要 输电损耗分摊作为电力市场运营的基本问题之一，其应用讴在不断地深入扩展，包 括从最基本的以回收损耗成本为目的的分摊计算，到竞价交易时对发电报价进行网损修 正，以及输电损耗补偿辅助服务购买方式等问题的研究。这些问题不仅与市场成员的经 济剩益密切相关，丽虽将对系统运行与市场运营产生重要影昀，因此必须得到有效解决。 然而无论是理论研究还是实际应用中，对于损耗分摊问题均存在不同的意见，该问题已 经成为我嚣三级电力市场体系建设过程中一个亟需解决的难题。 本文酋先从理论上对广受关注、具有实用前景或己被实用的损耗分摊方法进行了深 入研究，包括以下三项内容： 基于电路理论的方法由于原理明确在理论研究中受到广泛关注。本文基于正交投 影，提出一种新的基于电路理论的支路潮流分解与支路损耗分摊方法，并对节点注入功 率的薅种等效方式的合理性进行了研究。算例表盟，所锝的支路潮流分解与支路损耗分 摊物理意义直观清晰，结果稳定有效；将发电与负荷分别依次等效为电流源等值导纳的 等效方式曼符合实际情况，更为合理，建议在使用基于电路理论的损耗分摊方法时采用 该等效方式。 潮流追踪法医没有直接反映输电用户在网络中的电气位置，在实际应雳中霹能产生 不被认同的损耗分摊结果。本文在对该问题分析的基础上，提出考虑节点i b j 电气距离的 潮流追踪法。_ 以二端网络的输入阻抗度量节点间的电气距离，并以此为依据对电力系统 分区，从区外区内两个层面进行潮流追踪计算损耗分摊。算例表明，该方法既保持了潮 流追踪法分摊结果不会为负的特点，又能较好地体现节点在网络中的电气位置。 对于边际损耗系数法在实际应用中存在的市场成员难以接受其损耗分摊结果为负 数的问题，本文提出一种改进方法。通过基于最低汇点对发电节点损耗灵敏度、基于最 高源点对负荷节点损耗灵敏度分别进行修歪来消除负数，并通过对不同平衡节点下各组 损耗灵敏度系数之间关系的推导，简化了计算过程。算例表明，该方法能够有效消除负 的损耗分摊结果，也不会产生巢节点功率不为零、分摊损耗却为零的情况，同时僳持了 较好的经济信号。 之后对所提出的三种损耗分摊方法从整体效益最优性、个体利益均衡性、稳定性、 一致性、计算篱便性等多方面进行了比较分柝，明确各国的特点与性能，以期为理论研 究与实际应用提供一定的参考作用。 最后，在损耗分摊方法理论研究的基礁上，对发电报价网损修范、输电损耗枣b 偿辅 助服务购买方式两个扩展应用进行了研究。对于我国首个试运行的区域电力市场，即东 输电损耗分摊的方法及扩展戍川研究 北区域电力市场中的发电报价网损修正问题，从网损修正系数、修f 力度、网损优化方 向等多方面对两种备选方法，潮流追踪法与潮流摄动法，进行了分析比较，明确了在东 北发电侧区域电力市场初期运营框架下，采用潮流追踪法对中长期集中竞价进行发电报 价网损修f 是适宜的；对于输电损耗补偿辅助服务购买方式，从管理角度对三种购买方 式进行了比较研究，明确了各自的执行特点，并结合国外典型电力市场采用的损耗购买 方式，对我国电力市场适用的损耗购买方式进行了初步探讨。 综上，电力市场下的输电损耗分摊问题，在理论研究上仍存在进一步完善的空间， 同时在市场建设过程中还扩展应用到一些新的问题有待解决，本文即从理论方法与扩展 应用两个方面进行了深入研究和探索。理论方面，在总结借鉴国内外损耗分摊方法研究 成果的基础上，提出了三种损耗分摊方法，并从多方面对三者的特点与性能进行衡量； 扩展应用方面，明确了在东北区域电力市场初期采用潮流追踪法对中长期集中竞价进行 发电报价网损修正是适宜的，从管理角度明确了各损耗购买方式的执行特点。以上工作 可期为我国电力市场的建设与运营提供理论参考。 关键词：电力市场；输电损耗；损耗分摊；网损修正；输电损耗补偿辅助服务 人连理1 ：人学| 尊十学位论文 r e s e a r c ho nm e t h o d o l o g i e sa n de x p a n s i o na p p l i c a t i o nf o rt r a n s m i s s i o n l o s sa l l o c a t i o n a b s t r a c t a so n eo ft h eb a s i cp r o b l e m su n d e rt h eo p e r a t i o no fe l e c t r i c i t ym a r k e t ，t h ea p p l i c a t i o no f t r a n s m i s s i o n1 0 s sa l l o c a t i o nh a se x p a n d e de v e nf u r t h e r f r o mt h ei n i t i a l a p p l i c a t i o ni n r e c o v e r i n gt h ec o s t so fl o s s e s ，t ol o s sm o d i f i c a t i o nt og e n e r a t i o nb i d d i n g sb e f o r et h ea u c t i o n ， a n dt h ei s s u eo fp u r c h a s i n gt r a n s m i s s i o nl o s sc o m p e n s a t i o na n c i l l a r ys e r v i c ea n ds oo n a u t h e s ei s s u e sn o to n l yr e l a t et ot h ee c o n o m i ci n t e r e s t so fm a r k e tp a r t i c i p a n t sc l o s e b u ta l s o h a v ei m p o r t a n ti m p a c to nt h es y s t e ma n dm a r k e to p e r a t i o n s s ot h e ys h o u l d b es o l v e d e f f e c t i v e l y h o w e v e r t h el o s sa l l o c a t i o np r o b l e mi sn o ta ne a s yo n ed u et oi t sn o n l i n e a r i t y t h e r ea r ed i f f e r e n to p i n i o n se x i s t i n gb o t hi nt h e o r e t i c a lr e s e a r c h e sa n dp r a c t i c a la p p l i c a t i o n s n o wt h i si s s u eh a sb e c o m ead i f f i c u l tp r o b l e md e s i d e r a t e dt ob e s o l v e dd u r i n gt h e c o n s t r u c t i o no fe l e c t r i c i t ym a r k e ti no u rc o u n t r y a st h et h e o r yi st h ef o u n d a t i o nf o rp r a c t i c e ，t h i sp a p e rf i r s t l yr e s e a r c h e sf u r t h e ro nt h e m e t h o d o l o g i e sf o rl o s sa l l o c a t i o n ，i n c l u d i n gt h ef o l l o w i n gt h r e ee l e m e n t s t h ec i r c u i t b a s e dm e t h o d sh a v er e c e i v e dg r e a ta t t e n t i o n sd u et ot h e i rs p e c i f i cf o u n d a t i o no n c i r c u i tt h e o r i e s t h i sp a p e rp r e s e n t san e wc i r c u i t b a s e dm e t h o df o rb r a n c hl o s sa l l o c a t io n u s i n gt h ec o n c e p to fo r t h o g o n a lp r o je c t i o n a l s ot h er e a s o n a b l e n e s so ft h et w o e q u i v a l e n c e m o d e so fp o w e ri n j e c t i o n si sd i s c u s s e d a n a l y s i sa n dn u m e r i c a lr e s u l t ss h o wt h a t t h em e t h o d i se x p l i c i ta n di n t u i t i o n i s t i c a n dt h eo b t a i n e db r a n c hp o w e rf l o wd e c o m p o s i t i o na n db r a n c h l o s sa l l o c a t i o nr e s u l t sa r es t a b l ea n dv a l i d c o n c l u s i o no nw h i c he q u i v a l e n c em o d ei sm o r e r e a s o n a b l ei sa l s og i v e n t h ep o w e rf l o wt r a c i n gm e t h o di sf o u n di n p r a c t i c a la p p l i c a t i o nt h a tt h em e t h o dm a y p r o d u c eu n r e a s o n a b l el o s sa l l o c a t i o nd u et on o td i r e c t l yr e f l e c t i n gt h ee l e c t r i c a ld i s t a n c e s b e t w e e nb u s e s t h e r e f o r et h i sp a p e rp r e s e n t san e w p o w e rf l o wt r a c i n gm e t h o dc o n s i d e r i n g t h ee l e c t r i c a ld i s t a n c e s i tt a k e st h ee q u i v a l e n ti m p e d a n c eo ft h ep a i ro ft e r m i n a l st oe v a l u a t e t h ee l e c t r i c a ld i s t a n c eb e t w e e nb u s e s 。t h e np a r t i t i o n st h en e t w o r ki n t os e v e r a ls u b n e t w o r k s ， f i n a l l yc a l c u l a t e st h el o s sa l l o c a t i o nf r o mt w ol e v e l s t h ee x t e r i o ra n di n t e r i o ro fs u b n e t w o r k s n u m e r i c a lr e s u l t ss h o wt h a t ，t h em e t h o dk e e p st h ep r o p e r t yo fn o n n e g a t i v el o s sa l l o c a t i o no f p o w e r f l o wt r a c i n gm e t h o d a n dr e f l e c t st h ee l e c t r i c a ld i s t a n c e sa m o n gb u s e sb e t t e r t h i sp a p e ra n a l y s e st h ec a u s eo fn e g a t i v el o s sa l l o c a t i o nf r o mt h ev i e wo fp o w e rf l o w a n d t h e np r o p o s e sam o d i f i c a t i o nm e t h o dt oa v o i di t t h em e t h o de x p l o i t st h ec o n c e p to fl o a d c e n t e ra n dg e n e r a t o rc e n t e rt om o d i f yl o s ss e n s i t i v i t i e so fg e n e r a t o ra n dl o a db u s e ss e p a r a t e l y i i i 输电损耗分摊的方法及扩展应刈研究 t h ec a l c u l a t i o ni ss i m p l i f i e dt h r o u g ht h e d e r i v a t i o no ft h eg i v e nr e l a t i o nt h a tl o s ss e n s i t i v i t i e s r e f e r r e dt od i f f e r e n ts l a c kb u s e ss a t i s f y 。n u m e r i c a le x a m p l e si l l u s t r a t et h a tt h em e t h o dc o u l d n o to n l ya v o i da l l o c a t i r i gn e g a t i v eo rz e r or e s u l t st on o n z e r op o w e ri n j e c t i o n s ，w h i c hw i l lb e m o r ea c c e p t a b l e ，b u ta l s oi tk e e p st h ee c o n o m i c a ls i g n a l sf o r o p e r a t i o ne f f i c i e n c y t h e nt h ep r o p o s e dt h r e em e t h o d sa r ec o m p a r e df r o mf o l l o w i n ga s p e c t s ：t h em a x i m u mo f s o c i a lb e n e f i t ，t h ee q u i l i b r i u mo fi n d i v i d u a li n t e r e s t s ，s t a b l e n e s s ，c o n s i s t e n c y ，a n ds i m p l i c i t y t h ec o m p a r i s o n sw o u l dh e l pt om a k et h ec h a r a c t e r i s t i c sa n dc a p a b i l i t i e so ft h ep r o p o s e d m e t h o d sc l e a r t h i sw o u l dp r o v i d er e f e r e n c et ot h e o r e t i c a lr e s e a r c ha n dp r a c t i c a la p p l i c a t i o n s b a s e do nt h er e s e a r c ho nm e t h o d o l o g i e sf o rl o s sa l l o c a t i o n ，t h i sp a p e ra l s ow o r k so nt w o e x p a n s i o na p p l i c a t i o n so fl o s sa l l o c a t i o n ，l o s sm o d i f i c a t i o nf o rg e n e r a t i o nb i d d i n g sa n dm o d e s o fp u r c h a s i n gt r a n s m i s s i o nl o s sc o m p e n s a t i o na n c i l l a r ys e r v i c e f o rt h ep r o b l e mo fl o s s m o d i f i c a t i o nf o rg e n e r a t i o nb i d d i n g si nt h en o r t h e a s tr e g i o n a le l e c t r i c i t ym a r k e t ，t h et w o m e t h o d sf o rs e l e c t e d ，t h ep o w e rf l o wt r a c i n gm e t h o da n dt h ep o w e rf l o wp e r t u r b a t i o nm e t h o d ， a r ec o m p a r e di nf o u ra s p e c t s ，n a m e l yl o s sm o d i f i c a t i o nf a c t o r s ，m o d i f i c a t i o ne x t e n tt o g e n e r a t i o nb i d d i n g s ，o p t i m i z i n gd i r e c t i o no fn e t w o r kl o s sa n db a l a n c eb e t w e e ni n c o m ea n d e x p e n d i t u r ef o rn e t w o r kl o s se x p e n s e t h ew o r ks h o w st h a t ，t h ep o w e rf l o wt r a c i n gm e t h o di s s u i t a b l et ol o s sm o d i f i c a t i o nf o rg e n e r a t i o nb i d d i n g so fl o n g - t e r mw h o l ee l e c t r i c i t yq u a n t i t yi n n o r t h e a s tr e g i o n a l e l e c t r i c i t ym a r k e t 。f o rt h em o d e so fp u r c h a s i n gt r a n s m i s s i o n l o s s c o m p e n s a t i o na n c i l l a r ys e r v i c e ，t h i sp a p e rd i s c u s s e st h et h r e ee x i s t i n gm o d e sf r o mt h ev i e wo f m a n a g e m e n t ，t om a k et h e i rc h a r a c t e r i s t i c sa n dd i s t i n c t i o n sr e p r e s e n t e dd u r i n gi m p l e m e n t a t i o n c l e a r 。t h e np r e l i m i n a r yd i s c u s s i o no nt h es u i t a b l em o d ef o re l e c t r i c i t ym a r k e t so fo u rc o u n t r y i sg i v e n w i t hr e f e r e n c et ot h ee x p e r i e n c e so f t y p i c a le l e c t r i c i t ym a r k e t s i na b r o a d t os u m u p ，f o rt h ep r o b l e mo fl o s sa l l o c a t i o n ，t h e r es t i l li sd e v e l o p m e n ts p a c ei nt h e o r e t i c a l r e s e a r c h ，a n dt h e r em i g h tb en e wi s s u e sc o m i n go u td u r i n gt h ed e v e l o p m e n to fe l e c t r i c i t y m a r k e t s ot h i sp a p e rp r o b e si n t ot h ep r o b l e mo fl o s sa l l o c a t i o nf u r t h e ra n dm o r ed e e p l yf r o m t w oa s p e c t s ，m e t h o d o l o g i e sr e s e a r c ha n de x p a n s i o na p p l i c a t i o n i nt h e o r e t i c a lr e s e a r c h ，t h r e e d i f f e r e n tm e t h o d sa r ep r o p o s e db a s e do nt h es u m m a r i e sa n dr e v i e w so ft h ee x i s t i n gr e s e a r c h r e s u l t s ，a n dt h e i rc h a r a c t e r i s t i c sa n dc a p a b i l i t i e sa r ee v a l u a t e df r o mm a n ya s p e c t s i n e x p a n s i o na p p l i c a t i o n ，t h ep a p e rp i n p o i n t st h a tt h ep o w e rf l o wt r a c i n gm e t h o di ss u i t a b l et o l o s sm o d i f i c a t i o nf o rg e n e r a t i o nb i d d i n g si ni n i t i a ln o r t h e a s tr e g i o n a le l e c t r i c i t ym a r k e t i t a l s om a k e sc h a r a c t e r i s t i c so ft h ee x i s t i n gp u r c h a s i n gt r a n s m i s s i o nl o s sm o d e sc l e a rf r o mt h e v i e wo fm a n a g e m e n t 。t h ea b o v ew o r ki s e x p e c t e dt op r o v i d et h e o r e t i c a lr e f e r e n c et o t h e c o n s t r u c t i o na n do p e r a t i o no fe l e c t r i c i t ym a r k e ti no u rc o u n t r y 。 k e yw o r d s ：e l e c t r i c i t ym a r k e t ；t r a n s m i s s i o nl o s s ；l o s sa l l o c a t i o n ；l o s sm o d i f i c a t i o n ； t r a n s m i s s i o nl o s sc o m p e n s a t i o na n c i l l a r ys e r v i c e 一王￥一 独创性说明 作者郑重声明：本博士学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工 作及取得研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外， 论文中不包含其他人已经发表或撰写的研究成果，也不包含为获得大连理 工大学或者其他单位的学位或证书所使用过的材料。与我一同工作的同志 对本研究所做的贡献均已在论文中做了明确的说明并表示了谢意。 作者签名：塑噬 日期： 人近理i ：人学博十研究生学位论文 大连理工大学学位论文版权使用授权书 本学位论文作者及指导教师完全了解“大连理工大学硕士、博士学位 论文版权使用规定，同意大连理工大学保留并向国家有关部门或机构送 交学位论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权大连理 工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，也 可采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编学位论文。 作者签名：砂儒 翮签名：盘盘 型年月主同 人近理i ：人学博十学何论文 1 绪论 1 1 研究背景 1 1 1 电力市场 作为国民经济的基础产业，电力工业的任务是安全、稳定、可靠、经济地提供电能。 由于输配电具有的自然垄断特性、发电的规模经济以及发电与输电的协调等技术原因i l j ， 世界各国的电力工业长期以来采用的均是垂直一体化垄断经营体制，并长达百年之久。 管制运营模式下的电力公共事业在促进经济增长、改善人们的生活质量方面做出了非j 、l 贡献，获取了电力生产规模经济、范围经济和关联经济效应带来的丰厚回报。然而，垄 断导致电力工业本身缺乏内在的发展动力，生产经营效率不高，并且阻碍了技术进步乃 至社会生产力的提高【2 1 。另一方面，随着工程技术与计算理论的进步，发电的规模经济 不再成为其垄断的原因，发电与输电短期协调的复杂性也已经在许多地方得到解决i l j 。 因此，在电力行业引入市场机制以取代垄断经营机制成为电力工业发展必然与主动的选 择。 从上世纪八十年代开始，电力工业在全世界范围内掀起一股市场化改革的浪潮。尽 管电力市场化改革的原因是多方面的，但改革的目标基本一致，均旨在打破行业垄断， 引入竞争机制，提高生产效率，健全电价机制，促进电力发展p 。j 。改革的内容包括： 放松对电力企业的管制，将传统垂直一体化运营的电力工业分解为发电、输电、配电三 个环节，在具有竞争潜质的环节引入市场机制形成可竞争市场。从技术经济与可操作性 角度分析，发电与售电环节是可以引入竞争的，并且发电环节是引入竞争的主要对象； 而对于输配电环节，由于经济、技术、环保等原因仍保持垄断经营状态。按照丌放环节 划分，电力市场的开放分为垄断、发电竞争、批发竞争和零售竞争四个渐进的阶段。目 前为止，英国、美国、巴西、阿根廷、澳大利亚、新西兰、北欧各国等相继进行了电力 市场化的实践【8 - 9 】，它们绝大多数均取得了成功，服务质量与电价水平都有所改善。改 革实践表明，设计良好的电力市场建设能够为电力工业的发展带来活力。 我国也予1 9 9 8 年在上海、浙江、山东、辽宁、吉林和黑龙江6 省( 市) 进行了省电 力市场的试点工作。2 0 0 2 年，国发 2 0 0 2 15 号文件明确提出了我国电力体制改革方案， 实施“厂网分开、竞价上网”，开始建设区域电力市场，并于2 0 0 3 年、2 0 0 4 年分别启 动了东北区域电力市场、华东区域电力市场的试运行工作。2 0 0 5 年，国家电网公司在总 结几年以来电力体制改革经验的基础上，提出建立符合我国实际情况、有利于区域经济 协调发展、有利于提高市场效率、有利于促进资源优化配置的国家、区域和省三级电力 输电损耗分摊的方法及扩展虑心研究 市场新体系。露前三级电力市场距在建设之中。需漉明的是，我圈的电力市场还处于发 电侧竞争阶段，在经过发电竞争模式后，必将过渡到发、输、配电相分离，开放售电市 场，形成完全开放、竞争有序的电力市场。 电力工业的市场化改革孕育了电力市场理论的建立与发展。在电力系统从传统的垄 断经营体制向市场化过渡的进程中，出现了大量的经济技术问题。其中，有些闯题是传 统电力工业中就存在的，但在市场环境下被赋予了新的内涵；有然则是电力市场化过程 中出现的新问题。如何结合电力系统本身的运行规律和电力不同于其它商品的特点来解 决这些技术经济惘题成为电力市场理论与应用研究的重要内容。电力市场理论涉及到电 力工业的各个方面，涵盖电力工业的整个市场经济环境，如市场结构、交易规则、电价 机制、计量与结算等内容。早在1 9 8 3 年，美国麻省理工学院的p j o s k o w 教授就提出了 未来电力工业放松管制后的市场雏形，1 9 8 8 年f ，c s c h w e p p e 教授提高的实时电价( s p o t p r i c i n go f e l e c t r i c i t y ) 理论【1 0 呗0 为电力市场的发展奠定了理论基础。 随着电力市场理论研究和实践的深入，人们逐渐认识到有两点至关重要：一、保证 稳定可靠的电力供应仍然是市场化的首要任务；二、充分利用竞争机制和价格手段的激 励作用，以提高电力工业的经济效率。如同任傅改革样，电力市场化也不会一帆风颁， 美国加州电力市场的失败说明了这一点。尽管美国加州电力市场的失败使得全世界的电 力市场化改革浪潮受挫，但是这只能促使我们在保证安全可靠供电的前提下更加稳妥地 推进电力工业市场化改革的进程。 i 1 2 输电开放 前已叙及，不同于发电、售电环节，输配电环节幽于经济、技术、环保等原因仍保 持垄断状态。但是为实现发电与售电环节的公平竞争，输电系统必须向所有市场成员开 放。1 9 9 2 年美隧颁布的麓源政策法案提嬲了输电开放( t r a n s m i s s i o no p e na c c e s s ) 的概念。 输电开放是电力工业市场化的主要内容之一，其最终目的是使丌放后的输电系统能够依 据竞争的市场规律，为各市场成员提供可靠、公平、经济的输电服务。 在竞争的电力市场嚣境下，输电阏的功能和角色都发生了重大豹变化p 羟。随着输电 网的开放，越来越多的输电用户( 包括发电商、零售商与用电用户) 要求输电网为它们提 供公正、平等的输电服务。这就要求输电环节从发电和配电环节分离出来，形成独立的 输电公司，在政府的监管下，负责电力系统的安全运行。在这种产业结构中，输电网作 为电力商品的载体进入商、业化运营，不但具有传统意义上的输送电能的功能，还成为市 场竞争与交易的平台。此外，市场机制的建立带来了决策方式与分析方法的变化。在电 力市场环境下，系统的决策方式由原来的集中式变为分散协调。交易模式及市场模式的 人近理i ：人学博+ 学位论文 多样化使系统运行方式发生变化，除考虑系统运行的安全性外，系统运行的经济效益也 成为电力市场的一个重要目标。因此，输电公司不仅需要从技术角度准确评估系统的输 送能力，还要明确地定义输电服务、用户使用输电系统的权利以及相应的服务成本，并 将其服务平等地提供给任何市场参与者以及科学合理的分摊其成本。综上，输电网的新 角色与新功能对于促进电力市场的竞争、支持可靠性管理和市场交易等有非常重要的作 用。 输电系统开放所引起的问题是电力系统商业化运营中的基本问题，广义上讲，主要 包括输电定价、输电阻塞管理和输电损耗分摊等。为保证电力市场的顺利实施与健康发 展，这一系列因输电系统开放而面临的技术问题以及抽象出来的理论问题亟需解决。其 中，输电损耗分摊问题对于提高输电有效性以及引导输电用户合理利用输电资源具有重 要作用，是电力市场需要解决的个实际问题，也是电力市场理论研究的方向之一。 1 1 3 输电损耗分摊问题 在输电开放的市场框架下，需解决的问题之一是如何将输电损耗在输电用户中分 摊，即输电损耗分摊问题( t r a n s m i s s i o nl o s sa l l o c a t i o n ) 。 电能在网络中的传输不可避免地会产生输电损耗，系统中必须有一个或多个发电机 来提供输电损耗【7 】。提供这些输电损耗而产生的费用终究是需要被承担的，只是在传统 的垂直一体化垄断经营体制下，各发电厂、输电网与系统调度同属一个经济实体，由谁 来提供损耗和由谁来承担损耗成本不会产生利益纠纷。而在电力市场竞争下，发电公司、 输电公司及用电用户都是独立的各具经济利益的实体，尽管输电损耗成本比较小，通常 来讲输电系统功率损耗只占整个输送容量的4 左右，但其累计效益不容忽略【i2 | ，输电 损耗分摊结果将会影响到市场参与者的利益，进而关系到电力市场的健康与稳定发展， 因此该问题在电力市场环境下必须得到有效解决。 然而由于输电损耗与输电功率之间的非线性关系，使得实现输电损耗的准确分摊相 当困难，再加上与市场运营相关经济政策的影响，尽管对输电损耗分摊问题的研究已有 数年，但到目前为止该问题仍没有得到很好地解决。不同的计算和分摊方法会在输电用 户问造成分摊比例很大的差异，如何进行统一地准确计算和公平分摊，成为输电网与输 电用户普遍关注的问题。另一方面，不同的损耗分摊方案也会对电力系统的经济运行发 生影响。英国电力市场的运行实践表明，不同的损耗分摊方案可能对交易电价的影响高 达1 0 【l3 1 。因此，合理、公平地对损耗进行分摊，无论从提高整个电力系统的经济效率 来说，还是从对不同电网用户的公平丌放来说，都具有重要的意义。 输电损耗分摊的方法及扩展戍川研究 在我国，由于区域间、地区问的能源分布与需求极其不平衡，电源结构和负荷特性 存在着较大的差异与互补性，区域间、地区间具有明显的资源优化配置空l 白j ，因此在我 国电力市场建设中，组织跨省、区电力交易，实现区域乃至全国范围内的电力资源优化 配置己成为市场改革的重点。跨省、区等电力交易必然将引起涉及不同利益实体、较大 范围内的输电损耗，如何科学、公平、合理地确定输电损耗分摊方案，已成为我困当前 电力市场改革亟需解决的重要问题之一。 1 2 输电损耗分摊方法研究现状 1 2 1 损耗分摊方法的理论研究 损耗分摊有两种思路，一种是利用边际成本定价理论所得到的节点电价一揽子解决 损耗、阻塞等成本分摊问题，一种是单独对输电损耗成本进行分摊。 单独对损耗成本进行分摊的方法，按照方法的原理和依据，可大致归纳为以下几类： 邮票法、边际类方法、损耗增量法、潮流追踪法、基于电路理论的方法、基于合作博弈 解的方法以及网络等值法。还有一些方法的主要贡献在于对损耗分摊原则的研究，即对 于一条线路，在已知各用户对线路首端( 或木端) 功率份额的前提下，提出某种分摊原则， 故将其单独列出。 ! ) 堇壶电俭这 边际成本定价理论【lo 】通过最优化社会总福利产生一组能够反映提供电能总边际成 本的节点电价，包括发电边际成本、边际损耗成本和输电阻塞成本。负荷用户与发电用 户就以其所在节点的节点电价买卖电能，而不必关心各组成部分的具体成本。这类似于 传统的垂直一体化体制下的捆绑电价，节点电价将能量价格、损耗价格和阻塞价格捆绑 在一起，一揽子解决了损耗分摊及其它问题。 完整的节点电价需通过求解最优潮流获得。通常电力系统的优化运行是一个很复杂 的非线性问题，因此最优潮流计算比较复杂，透明度也较低，这也是为什么电力市场更 愿意使用简单拍卖方式的个原因【1 4 】。此外，由于电力具有不同于其它普通商品的特殊 性，应用节点电价时存在以下问题： ( 1 ) 电力系统运行要求保持功率的实时平衡，而电力无法大量储存，系统的负荷需 求又在随时随地波动，种种特殊性的共同作用导致节点电价极为易变，甚至可能在很短 的时间段内发生剧烈变化，这对市场的稳定性将是一种考验； ( 2 ) 利用节点电价结算会产生结算盈余，即负荷用户支付的费用要大于发电用户获 得的费用。如果将这部分盈余看作输电公司的利润，将会对输电公司产生反的经济信号， - 4 - 大连理r 人学博十学位论文 系统传输条件越差，对输电系统具有天然垄断性的输电公司其收益越大，不利于输电系 统的维护与扩建； ( 3 ) 如果将这部分盈余通过输电权拍卖等方式返还给市场成员，则需要对阻塞、损 耗分别定价，即对节点电价进行分解。当节点电价作为一个整体时，给定报价参数和系 统约束等条件，节点电价是唯一确定的，但若对节点电价进行分解，则分解的结果与参 考节点的选取相关，存在不确定性； ( 4 ) 损耗与阻塞成本只反映了输电系统的短期运行成本，除此之外输电系统还具有 固定成本。相对于短期运行成本，输电系统的固定成本是巨大的，约占总成本的8 0 ， 因此只利用节点电价难以实现收支平衡。 一 2 ) 童墓洼 邮票法【l5 j 是将整个输电系统损耗按照输电用户功率的比例进行分配，即发电用户损 耗分摊系数相同，负荷用户损耗分摊系数相同，因此又被称为平均损耗系数法。发电用 户与负荷用户承担损耗比例由市场确定，可能为全部损耗均由负荷承担，可能为发电与 负荷各承担一半，英国电力市场中因考虑计量点的因素将其设为4 5 ：5 5 【1 6 】。 邮票法计算简单、透明，其缺点是计算与潮流状念无关，忽略了输电用户的电气位 置，可能会向用户提供不f 确的损耗成本信号。随着电力市场理论研究的逐步完善和实 践的不断深入，该方法可能将被其他方法取代。 3 ) 边际类友法 边际类方法又可分为分布系数法【1 4 , 1 7 】与边际损耗系数法。它们的共同点是均基于边 际或灵敏度的概念，不同之处在于分布系数建立的是线路潮流对于节点有功的灵敏度变 化关系，以此作为损耗分摊的依据，边际损耗系数则直接表征了系统损耗对节点注入功 率的微增或边际变化关系。 通常分布系数法中线路潮流对于节点有功的灵敏度是基于直流潮流计算而得【l4 1 ，结 果不够精确，并且分布系数法也没有边际损耗系数法直接，其更多的是被用于输电份额 计算【1 8 1 9 j o 边际损耗系数，也称为损耗灵敏度，反映的是系统总损耗对输电用户功率微增的变 化量。通常损耗灵敏度可通过雅克比矩阵求逆解析获得【2 0 】，或通过潮流计算得到。两 种求解方式相比，第一种方式计算精确，一次即可解得所有节点的损耗灵敏度，第二种 方式切合物理意义，易于理解，但需多次计算潮流。该类方法的优点是现场人员非常熟 悉损耗灵敏度的概念，且损耗灵敏度能够给出很好的位置信号以降低损耗，实现系统的 优化运行，或考虑系统运行约束时准确实现最优运行【2 2 】。但该类方法也存在一些问题， 并由此发展出了对各问题进行深入研究并试图予以解决的诸多方法。 输电损耗分摊的方法及扩展虑用研究 ( 1 ) 分摊结果与平衡节点位置相关 计算某节点损耗灵敏度时，该节点功率微增，平衡节点将负责实现功率的平衡。这 一微增功率将从该节点传输到平衡节点，并在传输过程中引起损耗的变化。平衡节点的 位置不同，微增功率传输的距离就会不同，引起的损耗变化量由此而产生差异，因此损 耗灵敏度的数值与平衡节点位置相关。该问题对于联营交易尤其突出，对于双边交易， 负荷功率微增的同时发电功率也微增，平衡节点只需平衡所产生的损耗变化量，出于系 统损耗的变化量远小于节点功率的微增量，因此双边交易对的损耗灵敏度( 等于发电与 负荷的损耗灵敏度之差) 基本不随平衡节点的位置改变而改变。 为解决当损耗灵敏度法应用于联营交易时，损耗分摊结果存在与平衡节点位置相关 的问题，文献【2 3 】从电力系统运行的角度，提出基于分布式平衡节点的损耗灵敏度，其 中，分布式平衡节点及其参与比例由系统调度指定或通过市场交易确定。在另一种称之 为潮流摄动的方法【2 4 】中，当求解某发电负荷的损耗灵敏度时，所有负荷发电节点均充 当了分布式平衡节点的角色。 文献 1 2 ，2 5 贝j j n 用这种相关性质束实现其他目的，如在发电与负荷间承担损耗比例 既定的情况下计算损耗分摊。由于各节点的分摊损耗随平衡节点位置的改变而改变，导 致最终分摊结果中发电与负荷用户两个整体之间承担损耗的比例有所不同。当市场规则 确定了某一比例后，如5 0 ：5 0 ，则可根据该比例确定唯一的一个点( 1 2 ，2 5 】中称之为损 耗中心) ，由该点实现损耗平衡，也即各节点的损耗灵敏度均以该损耗中心为基准进行 计算即可实现发电与负荷间5 0 ：5 0 的分摊结果。 此外，不同平衡节点下的损耗灵敏度之间存在一种特定关系【2 3 2 引，当平衡节点从一 个节点变换到另一个节点时，损耗灵敏度将参照新旧平衡节点之间的相对关系近似平 移，损耗灵敏度的绝对值发生了改变，但节点间损耗灵敏度的相对值近似保持不变。该 关系可从损耗灵敏度的概念推导得出。 ( 2 ) 分摊结果为负数 损耗灵敏度为负数意味着当该节点功率微增时，系统损耗减少。这在电力系统是较 为寻常的一种情况，物理上可用逆向流的概念予以解释。f 2 7 认为逆向流的产生不是一 个交易的结果，而是整个系统状态造成的，