（电气工程专业论文）电力市场运营的可靠性和经济性研究.pdf

中文摘要 摘要 美加“8 1 4 ”大停电等事故的频繁发生，使世界各国更深刻地认识到：随着 电力工业改革的逐步深入，电力市场运营的可靠性和经济性之间的矛盾将越来越 突出，如何以尽可能低的经济成本满足用户所需要的供电可靠性水平向用户供电， 真正体现市场的公平、公正、公开原则已成为电力部门面i 临的一大挑战，从而使 电力市场运营的可靠性和经济性研究成为当今电力市场研究的热点。 价值工程是二战后工业管理领域出现的新技术之一，其主要思想是以最低的 费用向用户提供所必需的功能。概括地讲，凡可利用资源的地方都可以应用价值 工程。基于优化资源配置、提高市场效率是电力工业改革的主要目标之一，本文 通过对价值工程功能、成本、价值三要素的分析，对电力商品赋予了价值工程内 涵，从而将价值工程引入电力市场运营的可靠性和经济性研究，以探讨满足用户 电力需求、增强电力商品的流动力、推动电力市场持续稳定健康发展的思路和方 法，达到社会经济效益极大化。 电价是控制电力交易的支点，在电力市场中起着价格导向的作用。针对销售电 价体系中的可靠性电价与赔偿问题，本文综合运用价值工程和电力系统可靠性理 论，提出一种可靠性电价与赔偿机制，以改变用户间不合理用电利益的转移，体 现市场公平原则。首先，利用电力商品功能对价格的影响，结合配电系统可靠性 评估技术，提出一种基于用户供电可靠性指标需求的双参数综合定价法，有效地 弥补了单参数定价法的不足；其次，通过对用户价值与用户价值趋近函数的定义， 有效地推导出符合用户意愿的可靠性赔偿函数关系，最终形成了一种适应电力市 场运营环境的可靠性电价与赔偿机制。最后，通过对r b t s b u s 6 系统的算例分析 表明，可靠性电价与赔偿机制可以有效兼顾供应商和用户的经济利益，实现优质 优价、停电赔偿的市场公平原则，不断提高配电市场运营效率。 发电市场是电力市场中最先开放的市场，也是发展较为成熟的部分。通过对 传统发电市场p o o l 运营模式的综合分析，基于电力商品功能和价格对发电企业和 用户的双重影响，本文提出一种新颖的发电竞争模式。该模式以电厂作为一个独 立竞争单位，通过电厂价值评估因子的引入建立了计及经济性和可靠性的发电竞 争联合优化模型。该模型采用系统内所有竞争电厂价值评估因子之和最小、用户 用电总费用最小的双层目标函数，以系统电力平衡、电厂出力限制等为模型约束 条件。以等耗量微增率原理确定各竞争电厂出力初值，利用非线性规划方法求解 该模型，其结果可为公平、合理地制定发电计划提供量化决策依据。通过算例分 析，证明该方法比其他竟价方法更全面、更合理，兼顾了发电企业和用户的经济 重庆大学博士学位论文 利益。 输电阻塞管理是一个最基本的输电问题。针对输电当量电价法的直接输电阻塞 管理模型没有充分计及系统各负荷点理论可靠性差异的不足，本文通过用户支付 意愿评估因子占和交易过网费率分配因子口，的引入，尝试建立了一种基于可靠性 电价与赔偿机制的直接输电阻塞管理改进模型r p c i b c m 。其中，用户支付意愿 评估因子占i 能有效地区分系统各负荷点的理论可靠性差异，量化各负荷点用户的 实际支付意愿；交易过网费率分配因子护，则可以公平合理地确定系统各负荷点电 能交易的过网费率，真正体现“优质优价、低质低价”的可靠性电价思想。通过8 节点和i e e e r t s7 9 系统的算例分析表明，r p c i b c m 模型不仅良好地继承了输 电当量电价法直接阻塞管理模型充分保证电网公司收益的特点，而且能有效地区 分系统各负荷点的理论可靠性差异，避免用户问不合理利益的转移，最终促使输 电市场运营更趋合理性。 关键词：电力市场，可靠性，经济性，价值工程，电价理论，发电竞争， 输电阻塞 i l 英文摘要 a b s t r a c t c r i t i c a la c c i d e n t s ，s u c ha st h ea m e r i c a - c a n a d ab l a c k o u th a p p e n e di na u g u s t1 4 ， 2 0 0 3 ，h a v et a k e np l a c ec o n s t a n t l nw h i c hm a k e sc o u n t r i e sa l lr o u n dt h ew o r l dr e a l i z e m o r ep r o f o u n d l yt h a tw i t hf u r t h e ri n n o v a t i o ni ne l e c t r i cp o w e ri n d u s t r y , t h ec o n f l i c t b e t w e e ne l e c t r i c i t ym a r k e to p e r a t i o n sr e l i a b i l i t ya n di t se c o n o m yw i l lb e c o m e m o r ea n d m o r ep h e n o m e n a l i th a sb e c o m eag r e a tc h a l l e n g ef o re l e c t r i cp o w e rd e p a r t m e n tt h a t h o wt os u p p l yt h ec u s t o m e r sa tan e c e s s a r yr e l i a b l el e v e la n df o l l o wt h ep r i n c i p l eo f f a i r n e s s h o n e s t ya n do p e n n e s si nt h em e a n t i m ea tac o s ta sl o wa sp o s s i b l e ，w h i c h m a k e sr e s e a r c ho ne l e c t r i c i t ym a r k e to p e r a t i o n sr e l i a b i l i t ya n di t se c o n o m yb e c o m ea f o c u s v a l u e e n g i n e e r i n gt h e o r yi so n eo ft h en e wt e c h n o l o g i e si ni n d u s t r ym a n a g e m e n t d o m a i na f t e rt h ew o r l dw a ri i ，i t sm a i ni d e ai st oo f f e rt h ec u s t o m e r st h es e r v i c e n e e d e da tt h el o w e s tc o s t i naw o r d ，v a l u e e n g i n e e r i n gc a nb ea p p l i e dt ow h e r e r e s o u r c e sa r ee x p l o i t e d c o n s i d e r i n go p t i m i z i n gr e s o u r c e sd e p l o y m e n ti so n eo ft h e m a i no b j e c t si n e l e c t r i cp o w e ri n d u s t r y si n n o v a t i o n ，t h i se s s a yp u t se l e c t r i cp o w e r c o m m o d i t yan e wv a l u e e n g i n e e r i n gc o n n o t a t i o na f t e ra n a l y z i n gi t st h l c ee l e m e n t st h a t i s ，f u n c t i o na n dc o s ta n dv a l u e o nt h i sb a s e ，t h i se s s a ya p p l i e sv a l u e e n g i n e e r i n gt h e o r y t or e s e a r c ht h ee c o n o m ya n dr e l i a b i l i t yo fe l e c t r i c i t ym a r k e to p e r a t i o nt om e e tt h e p o w e r d e m a n d so fc u s t o m e r s ，t oi m p r o v et h ed e a l i n gf l e x i b i l i t yo fe l e c t r i cp o w e rc o m m o d i t y , t om a k ee l e c t r i c i t ym a r k e td e v e l o pc o n t i n u o u s l ya n ds t e a d i l ya n dr e a s o n a b l ys oa st og e t m a x i m a ls o c i a le c o n o m i cb e n e f i t s e l e c t r i cp r i c ei st h ef u l c r u mc o n t r o l l i n gp o w e rt r a d ea n dp l a y sar o l ei np r i c e g u i d a n c eo fe l e c t r i c i t ym a r k e t a i m e da tr e l i a b i l i t yp r i c ea n dc o m p e n s a t i o np r o b l e mo f d i s t r i b u t i o np r i c es y s t e mi nt h i se s s a y , t h ev a l u e e n g i n e e r i n ga n de l e c t r i cp o w e rs y s t e m r e l i a b i l i t yt e c h n i q u e sa r ea p p l i e dt op r e s e n t sar e l i a b i l i t yp r i c ea n dc o m p e n s a t i o n m e c h a n i s ma n dt oc h a n g et h ei l l o g i c a l i t yo fc o n s u m ee l e c t r i cp o w e rp r o f i tt r a n s f e r s a m o n gc u s t o m e r ss ot h a tt h em a r k e te q u a l i t yc a l lb ee m b o d i e d a c c o r d i n gt ot h e i n f l u e n c eo fe l e c t r i cc o m m o d i t yf u n c t i o no ni t sp d c ea n dd i s t r i b u t i o ns y s t e mr e l i a b i l i t y t e c h n o l o g y , t h i se s s a yp r e s e n t sf o r e m o s tad o u b l ep a r a m e t e r ss y n t h e t i c a l l yp r i c i n g m e t h o db a s e do nt h eb s e r sr e l i a b i l i t yi n d i c e sd e m a n d ，w h i c he f f e c t i v e l yo f f s e t st h e d e f i c i e n c yo fs i n g l ep a r a m e t e rp r i c i n gm e t h o d a tt h es a m et i m e ，r e c o g n i z i n g e f f e c t i v e l yt h er e l i a b i l i t yc o m p e n s a t i o nf u n c t i o na c c o r d sw i t hc u s t o m e r sw i l l i n g , t h e l i i 重垦奎兰壁主堂垡笙壅 r e l i a b i l i t ye l e c t r i cp r i c ea n dc o m p e n s a t i o nm e c h a n i s mt h a ta r ea c c o m m o d a t e dt o e l e c t r i c i t ym a r k e to p e r a t i o nb ef o r m e d a p p l i e dt or b t s b u s 6 ，t h en e wm e c h a n i s mi s p r o v e dt ob ea b l et og i v ea t t e n t i o nt ob o t ht h es u p p l i e ra n dt h ec u s t o m e r sb e n e f i t s ， r e a l i z et h ei d e ao fe x c e l l e n tp r i c ef o rg o o dq u a l i t ya n dc o m p e n s a t i o nf o rb l a c k o u t , i m p r o v ec o n t i n u o u s l yo p e r a t i o ne f f i c i e n c yo fd i s t r i b u t i o nm a r k e t g e n e r a t i n gp o w e rm a r k e ti st h ep r i m a r yf i l e d ，w h i c hi so p e ni ne l e c t r i c i t ym a r k e t a n da l s or e l a t i v e l ym a t u r e sp a r t a n a l y z i n gt h et r a d i t i o n a lg e n e r a t i n gp o w e rm a r k e t o p e r a t i o nm o d es y n t h e t i c a l l y , t h i se s s a yp r e s e n t st h en o v e lc o m p e t i t i v eg e n e r a t i n gm o d e b a s e d0 i id o u b l ei n f l u e n c et h ef u n c t i o na n dp r i c eo fa ne l e c t r i c c o m m o d i t yo n g e n e r a t i o np l a n t sa n dc u s t o m e r s t h em o d er e g a r d st h ee l e c t r i cp o w e rp l a n ta s i n d e p e n d e n tc o m p e t i t i v eu n i ta n dp r e s e n t st h ev a l u e - - e v a l u a t i o n - f a c t o ro ft h ee l e c t r i c p o w e rp l a n t ，b a s e do nw h i c ht h ec o m b i n e do p t i m a l i t ym o d e lo fc o m p e t i t i v eg e n e r a t i n g ， c o n s i d e r i n ge c o n o m ya n dr e l i a b i l i t yi se s t a b l i s h e d t h em o d e lt a k e st h em i n i m a ls u l t io f t h ep l a n t v a l u e e v a l u a t i o n - f a c t o ro fa l lc o m p e t i t i v ep o w e r p l a n t sa n dt h em i n i m a lt o t a l c o s to ft h ec u s t o m e r sp o w e rc o n s u m i n ga sd o u b l eo b j e c t so p t i m i z a t i o nf u n c t i o n ，a n d t a k e st h ep o w e rb a l a n c eo fb e t w e e ns y s t e m s ，t h el i m i t so fp o w e rc o n t r i b u t i o no fe v e r y p o w e rp l a n t ，a n ds oo n ，a st h ec o n s t r a i n t so ft h em o d e l b e s i d e s ，t h eo n i g i n a lv a l u e so f d i f f e r e n tc o m p e t i t i v ep o w e rp l a n t sp o w e rc o n t r i b u t i o ni sd e t e r m i n e db yt h ee q u a ll o s s o fm i c r o - i n c r e m e n t a l r a t ep r i n c i p l ea n dt h em o d e li ss o l v e dw i t ht h et e c h n i q u eo f n o n l i n e a rp r o g r a m m i n g t h er e s u l t sc a np r o v i d et h em e a s u r e m e n t si nd e c i s i o n - m a k i n g o fe s t a b l i s h i n gf a i ra n dr e a s o n a b l ep o w e rg e n e r a t i n gs c h e m e s s o m ee x a m p l e ss h o w t h a tt h en o v e lm o d e li sa ne f f i c i e n ta n dc o n v e n i e n tm e t h o da n dg i v e sa t t e n t i o nt ob o t h t h ep o w e rs u p p l i e ra n dt h eu s e r sb e n e f i t s p o w e rt r a n s m i s s i o nc o n g e s t i o nm a n a g e m e n ti st h ef i m d a m e n t a lp r o b l e mi n t r a n s m i s s i o nr e s e a r c h a i m i n ga tt h ed e f i c i e n c yo ft h ed i r e c tc o n g e s t i o nm a n a g e m e n t m o d e lb a s e do nt r a n s m i s s i o ne l e c t r i c i t yv a l u ee q u i v a l e n tm e t h o dw h i c hd o e sn o tt a k e i n t oa c c o u n tt h ed i f f e r e n c e sb e t w e e nt h e o r e t i c a l l yr e l i a b i l i t yc h a r a c t e r so fd i f f e r e n t l o a d si nn e t w o r k s ，t h i se s s a yi n t r o d u c e st h ee v a l u a t i n gf a c t o r4o ft h ec u s t o m e r s w i l l i n g n e s s t o p a y sa n dp o w e rt r a n s a c t i o np a s sg 【i dr a t ef a c t o ro i s oa st oa t t e m p tt o e s t a b l i s har e f o r m a t i v ed i r e c tc o n g e s t i o nm a n a g e m e n tm o d e lr p c i b c mb a s e do nt h e m e c h a n i s mo fr e l i a b i l i t yp r i c ea n dc o m p e n s a t i o n i nt h i sm o d e l ，d 。c a nd i s t i n g u i s h e f f e c t i v e l yt h o s er e l i a b i l i t yc h a r a c t e r st h e o r e t i c a l l ya n dm e a s u r ew i l l i n g t o - p a y sa m o n g c u s t o m e r s a tt h et i m e ，曰m a yf a i r l ya n dr e l i a b l yc o n f i r mp a s sg r i dr a t ef a c t o r so ft h e p o w e rt r a n s a c t i o n sf o rd i f f e r e n tl o a d si nn e t w o r k sa n de m b o d ys u r e l y t h er e l i a b i l i t y i v 英文摘要 p r i c ei d e aw i t hi x i g hp r i c ef o rg o o dq u a l i t yo rl o wp r i c ef o rb a dq u a l i t y a p p l i e dt ot h e s y s t e mw i t h8n o d e sa n di e e e r t s7 9s y s t e m ，i ti sp r o v e dt h a tt h em o d e lc a nn o to n l y a s s l l r et h en e t w o r kc o r p o r a t i o n sb e n e f i t sb u ta l s od i f f e r e n t i a t et h ed i f f e r e n c e so f t h e o r e t i c a l l yr e l i a b i l i t yo fd i f f e r e n td e l i v e r yp o i n t st oe f f e c t i v e l ya v o i du n r e a s o n a b l e b e n e f i t sd i v e r s i o na m o n gc u s t o m e r st om a k et h et r a n s m i s s i o nm a r k e to p e r a t i o nm o r e r a t i o n a l k e y w o r d s ：e l e c t r i c i t ym a r k e t ，r e l i a b i l i t y , e c o n o m y , v a l u ee n g i n e e r i n g ， e l e c t r i cp r i c et h e o r y , g e n e r a t i n gp o w e r c o m p e t i t i o n ， t r a n s m i s s i o nc o n g e s d o n v 1 绪论 1 绪论 1 1 课题研究的背景及意义 电力系统的根本任务是尽可能经济而可靠地将电能供给各种规模的用户 1 ，引。 由于社会生活和工作习俗的原因，现代社会更加希望电力能按需要连续供给。安 全、优质、经济、可靠是对电力系统的根本要求。但是，现代电力系统的结构日 益复杂，系统所包含的元件数量越来越多，自动化程度越来越高，而且系统不断 向超高压、远距离和大容量方向发展，因此，由于系统元件出现的随机故障而引 起系统功能的部分甚至全部丧失，给现代社会的正常生产和生活带来了巨大的经 济和社会损失。在规划、运行阶段增加投资，或在这两个阶段同时增加投资，都 可以减小用户供电中断的概率，然而过高的投资可能导致过高的运行费用，这些 费用必然要反映在电价结构中。于是，系统或许会很可靠，但却违反了经济上的 约束。反之，过低的投资则会导致相反的情况。显然，电力系统可靠性和经济性 的约束条件是相互制约的，造成了规划和运行阶段管理决策的困难。 上百年来，电力工业普遍采用发、输、配、售垂直一体的垄断运营模式，在 2 0 世纪早期，这种运营模式充分显示了规模经济的优越性，可以随系统规模的扩 展提供较低的电价和较高的系统可靠性。然而，自2 0 世纪6 0 年代以来，情况发 生了变化。在西方发达国家，电力工业的规模经济性己逐渐饱和，发电机组的效 率已接近或达到了极限，建造更大的发电机组已不能再大幅度降低成本，输电网 络规模的简单扩展( 互联除外) 也不能继续保持需求的增长。相反，电力工业高度垄 断的某些负面影响显现了出来，主要表现为非生产性成本的增加以及在电价受到 管制的情况下，政府要为此承受巨大的财政负担。为了消除这些负面影响，2 0 世 纪8 0 年代末期，一些国家开始对电力工业放松管带o ( d e r e g u l a t i o n ) ，进行纵向或横 向的解捆( u n b u n d l i n g ) 3 ”，实施电力工业重组，建立竞争性的电力市场( c o m p e t i t i v e m a r k e t ) 。 在传统的电力工业体制下，可靠性高于经济性，系统可靠性与经济性之f 可存在 直接矛盾 8 】。电力部门为了提高供电可靠性，必须改进生产技术或新建、扩建和改 造电力设施，增大系统容量，提高系统和设备的健康水平，因而也就必须增加额 外投资。电力工业全面引入市场机制后，可靠性服务于经济性，但系统可靠性与 经济性并存的矛盾并没有随市场中各成员追求自身经济效益最大化而减小，而是 更加突出【9 1 。可靠性即从原来作为国家和社会的动力基础的可靠性转变成为电力市 场上一种商品的可靠性，这种变化的根源是原来电力工业的业务从电力公司之间 的单纯输送( 售受) 关系转变成为电力公司与售电者之间批发与零售的竞争( 增大效 重庆大学博士学位论文 益和降低电价) 关系，其结果是电力系统的可靠性和安全性受到来自商业利益的巨 大压力，直接导致了初期工商业电力系统的可靠性降低【1 0 】。2 0 0 3 年8 月1 4 日，美 国东北部、中西部和加拿大东部联合电网发生了有史以来最大规模的停电灾难 ( “8 1 4 ”大停电) ，灾难波及的地域有美国的六个州以及加拿大的安大略省和魁北克 系统。受停电影响的人口约5 0 0 0 万，地域约2 4 0 0 0 平方公里，停电持续时间为2 9 小时，损失负荷6 1 8 0 0m w 。随后，英国、澳大利亚、马来西亚、芬兰、瑞典和意 大利等国又相继发生了较大面积的停电事故。这些事故引起了全世界电力管理者、 学者和从业人员的关注，激起了人们对电力市场及电力市场下可靠性技术研究和 可靠性管理水平的反思“】。可以这样理解，虽然市场行为致使每一成员以追求 自己的经济效益为终极目标，但系统安全可靠运行则是经济效益得以实现的根本 保障，因此每一成员必须自觉维护系统必须的可靠性水平。电力市场环境下，电 力部门从经济效益的角度出发，比如发电或电网公司，通常会减少对电力设施的 投资，使得这些设备运行在接近热稳定极限的条件下【1 孙，系统可能失去稳定，甚 至造成系统解列和大面积停电事故，降低了整个系统供电的可靠性；另一方面， 从市场公平性原则出发，当电网电力不足或中断造成用户停电损失时，电力企业 应承担相应的赔偿责任。因此，电力部门将面临来自上述两方面的压力，如何在 系统可靠性与经济性之间寻求一定的平衡，是他们亟待解决的问题。 随着电力工业改革的逐步深入，系统可靠性与经济性之间的矛盾将越来越突 出，如何以尽可能低的成本同时满足用户所需要的可靠性水平向用户供电，同时 体现市场的公平、公正、公开已成为电力部门面临的一大挑战，从而使电力市场 运营的可靠性与经济性研究成为当今电力市场研究的热点。该课题既是电力市场 研究的重要分支，又是电力系统可靠性研究的前沿领域，无论在理论分析还是在 实际应用中都是极具挑战性的课题。 1 2 电力市场运营的研究概况 1 2 1 电力市场的基本概念 电力市场是采用法律、经济等手段，本着公平竞争、自愿互利的原则，对电力 系统中发电、输电、供电、用户等各成员组织协调运行的管理机制和执行系统的 总和f ”。电力市场的基本特征是：开放性、竞争性、计划性和协调性。与传统的垄 断电力系统相比，电力市场具有开放性和竞争性。与普通的商品市场相比，电力 市场具有计划性和协作性。电力系统是互相紧密联系的，任一成员的操作，均将 对电力系统产生影响。所以要求电力市场中的生产、使用、交换具有计划性。同 时由于电力系统要求随时做到供需平衡，所以要求电力市场中的供应者之间、供 应者与用户之间相互协调。 2 1 绪论 世界各国经验表明，建立电力市场的主要目的是 5 】：引入竞争，提高效率，降 低电价，改善服务，持续发展。通过引入竞争机制，促进发电、输电、配电、电 力销售等各环节提高效率，降低成本，从而降低电价，提高供电可靠性，改善对 用户的服务；利用市场的调节和激励机制，引导投资更趋合理化，促进资源优化 和环境保护，形成持续发展的内在动力，逐步构成良性循环。电力市场具有显著 的外在经济性，直接收益者是参与市场的各成员，间接受益者是全社会。这就是 各国都积极发展电力市场的原因。 电力市场的实质是通过建立一个充满竞争和选择的电力市场运营环境来提高 整个电力工业的经济效益。竞争和选择是电力市场相互依存的两个方面。对发电 公司来说，电力市场的本质是引入竞争机制，使各公司挖潜降耗，以获得更大的 经济效益；对电网公司来说，电力市场的本质是按照公平、公正、公开的原则， 以最低的购电费用、最低的损耗进行经济调度和运营，实现资源的优化配置；对 电力用户来说，电力市场的本质是为他们提供了选择电力供应商的权利，使他们 能获得低价优质的电能。根据市场结构、竞争和选择的不同程度，电力市场可以 划分为多种运营模式。在不同的运营模式中，市场的主体和客体有所不同，公司 之间竞争的激烈程度和为用户提供的选择机会均有很大的差别。 从竞争和选择的角度来看，解除管制电力市场的运营模式主要有以下3 种： 发电竞争模式：发电分离，竞价上网，输电、配电垄断经营： 输电网开放模式：发电竞争，输电开放，配电垄断经营，大用户获选择权， 也称批发市场： 配电网开放模式：发电竞争，输电和配电开放，大小用户均获选择权，也 称零售市场。 世界上最早实现电力市场的国家是智利，目前发展比较完善的是美国p j m 电力 市场1 1 4 ，实行完全竞争的电力市场运营模式。我国的浙江省于1 9 9 4 年建立了模拟 电力市场，随后安徽省于1 9 9 5 年也建立了类似的模拟电力市场，主要进行发电厂 与电网分离、供电部门与电网分离，为实现批发竞争市场做好体制、电价和技术 上的准备。南方电网是第一个开展输电服务的电网公司，2 0 0 2 年底，国家电力公 司已重组为2 家电网公司和5 家发电公司，标志着我国电力市场化改革已进入实质 性阶段。我国2 0 0 5 年以后有可能实现完全竞争市场。 1 2 2 电力市场化对电力系统可靠性的影响 当前世界上许多国家都在进行大规模的电力工业改革，探索走向电力市场的道 路。在市场竞争的环境下，如何进行电力系统可靠性研究是电力系统工作者主要 关心的问题之一。随着输电系统开放t o a ( t r a n s m i s s i o no p e n a c c e s s ) ，电力工业结 构将会逐步发生根本性的变化，电力系统发电、输电及配电相互独立的趋势将进 重庆大学博士学位论文 一步发展，分离后的各部分在收费、服务和责任等方面的概念都将重新被定义。 电力系统机构重组后出现权益分散，将使电网运行和调度不能再由传统意义上的 系统调度员进行，而需要新型的独立系统调度人员i s o 。i s o 必须做到对所有输电 用户操作的公平性，以及在输电线路过负荷等紧急情况下对各输电用户实施公平 的调度，当然，这种调度的统一性将有所减弱，因此必须深入分析这些变化对电 力系统可靠性造成的影响以及市场环境下如何维持并提高电力系统可靠性等问 题。电力体制改革给电力系统可靠性带来的影响是多方面的，主要包括以下两方 面： 对供电可靠性的要求提高 电力改革的目标就是要保持并进一步改善电能质量。在竞争的电力市场中，大 多数监管机构都会明确提出供电质量的要求，并把电力公司的经济效益和供电质 量联系起来。目前，可靠性已成为衡量输配电公司的一个关键性指标。 安全风险增加 引入竞争，使各电力公司的成本压力与日俱增。电力改革的经济目标就是要降 低电价，但随着电价的明显下降，电力公司不得不各自调整其运营成本。降低成 本的一般性措施包括使电力系统在更临近安全极限水平下运行，减少维修次数， 缩减甚至取消设备投资及从长期的角度进行重组以期提高单位运行成本效益，这 将意味着减少人力和电力设备的投入。显然，降低成本和保持或获得高的电网安 全稳定水平的需求二者在这方面是相互矛盾的。通常，电力公司所采取的节约成 本措施，会对可靠性水平进而电能质量产生负面影响。 一、电力市场环境下可靠性下降的主要原因 在电力市场初期，电力系统可靠性水平有可能会下降。文献 1 5 对y u g o s l a v i a 电网公司的输电系统分别在不转运和转运不同功率大小情况下的可靠性指标进 亍 了分析计算，结果表明，转运功率越大，系统可靠性下降越多，因此，对电力市 场下的可靠性下降已经成为不容忽视的事实。那么，电力市场环境下可靠性下降 的主要原因是什么昵? 从技术措施体系看，在传统垂直一体化的体制下，机组开停机计划是在全网集 中优化安排的，调度员可通过改变机组出力来满足电网安全可靠的要求；而在建 立电力市场后，机组的开停计划由市场决定，原来保障电网可靠性水平的重要手 段变成为电网运行的先决条件。此外，在传统计划管理体制下，发电厂以整个电 网的安全可靠为目标，整个电网的安全稳定措施是统一组织实施的。电网自动发 电控f # u ( a o c ) 调频、安全自动装置配置、继电保护配置等，也都统一由机组依其在 电网中的地位承当相应的职责。厂网分开后，必须按市场规则来组织实施电网的 安全稳定措施和辅助服务。 4 1 绪论 从组织管理体系看，由于体制结构发生重大变化，过去一些有权威的管理机构 被取消或削弱，对全局有益的可靠性建议或方案提出后，没有一个权威的机构去 执行，机构重组进而安全责任制体系的变化可能造成安全生产责任和目标在段 时期内不明确。由于电网运行的特点，电网的安全运行依赖于电网的统一协调， 包括输配电网与电源间的统一协调。在垂直一体化的体制下，输配电网和发电厂 的安全管理，既考虑了发电厂的安全，也考虑了整个电网的安全，且更注重电网 的整体安全：既要考虑企业利益，更主要的是考虑所有投资者的合法权益、电网 的整体利益乃至社会影响，发电厂的局部利益和电网的整体利益间的关系可在企 业内部得到调整。厂网分开后，如果电厂在保证整个电网稳定运行中的责任不到 位，对电网安全稳定运行也十分不利。 二、电力市场环境下提高系统可靠性的主要措施 通过对市场环境下可靠性下降原因的分析，许多学者和研究机构( 如美国的 n e r c 和c e r t s c o n s o r t i u mf o rt h ee l e c t r i cr e l i a b i l i t yt e c h n o l o g ys o l u t i o n s ) 已经 意识到，传统的电网运行与可靠性的管理策略和分析工具已经不能缓解市场环境 下日益增加的交易给现有输电走廊带来的压力，并据此提出了很多解决办法，促 使市场环境下的可靠性得以保障并不断提高其水平。 重新审定可靠性标准 电力市场环境下，必须重新审定输电系统的可靠性标准，因为电网公司可能不 会像对待本地用户那样以同样的标准对转运业务增加备用【9 j 。电力市场化以来，为 保证系统可靠性不受影响，人们想尽各种办法来对可靠性标准和各种惩罚措施进 行强制性执行。但是，很多人也对其保证并提高可靠性的效果提出了置疑。以某 电力系统为例，受炎热天气影响，用电量的增加导致将系统内电力短缺并引起电 价上涨，系统中的一个区域电力公司为了避免向双边市场购买高价电，丽选择了 一种节约的方式改为向本地发电机或其它电力公司购买低价电。这种情形似乎合 情合理，但电力公司的这种购电方式可能对区域内频率造成影响，从而威胁整个 区域输电网的安全运行。因为，高峰负荷时间段内，经济利益已远远高于行政性 的惩罚措旌，在明显的经济利益刺激下，很难想象某种惩罚措施能消除电力公司 这种行为的存在。所以，可靠性标准虽然在一定程度上可以缓解可靠性被破坏， 但决不是万全之策。为消除经济利益对可靠性标准的冲击，许多市场提出了必须 运行发电容量r m r ( r e l i a b i l i t ym u s t r u nu n i t ) 的概念。技术上，r m r 是某些运行 状态下，为防止可靠性标准破坏，必须发电的机组；经济上，这些机组不必参与 市场竞争，因此r m r 仍是一种不完全的市场手段。 负荷控制 负荷对系统状态的固有属性和运行人员对负荷的直接控制都可以起到改善系 重庆大学博士学位论文 统可靠性的作用 1 。当系统频率下降，电动机等负荷能自动减少能量需求，同样， 当系统电压下降时，暖气、电灯等也能自动减少功率需求，负荷的这种自然属性 有利于维持系统稳定。市场环境下，如果系统发生故障，某些具有价格弹性的用 户可以随着电价的上升而主动减少负荷，运行人员也可以通过负荷控制( 如需求侧 管理，d s m ) 等手段减少电能消耗量和降低高峰电力负荷需求量，通过“削峰填谷” 的方式消化高峰负荷，有效降低高峰时段电力需求，缓解电力供需矛盾。2 0 0 0 年 美国加州电力危机，促使州政府采取紧急措施，出台一系列需求侧管理的政策( 如 系统效益收费、节电设备补贴及税收优惠等) ，使2 0 0 1 年降低高峰负荷5 0 0 万千瓦， 大大缓解了电力短缺的局面，避免了由于停电可能造成的损失约2 0 0 亿美元。针 对目前我国电力短缺已成定局的现状，电力专家已将d s m 作为一种“新的资源”参 与电力规划统筹研究，通过供应方与需求方的两种“资源”综合比较，按最小费用的 原则寻求优化方案，使其产生最大的社会效益及经济效益。 电网投资 加强对电网的投资建设，以此来保障并提高输电系统可靠性，无论在传统垂直 一体化的电力系统结构还是市场环境下都是十分必要的，在此不再赘述。加强对 电网投资的前提是必须保证电网固定成本的充分回收。但这种方法同时也存在一 定的局限性，首先，如果没有一个有效的手段保证电网固定成本的回收，将很难 保证有很强的经济信号去激励投资者投资电网建设；其次，潮流的流动是没有界 限的，而对输电网的投资扩建却是区域性的，很难没有区域限制地对其进行整体 规划。而且，即使是区域性的可靠性规划，也要通过一系列的过程判断哪里是最 需要投资加以改进的地方。从以上分析可以看出，单纯的输电投资并不能避免像 “8 1 4 ”大停电那样的事故，系统运行过程中为达到真实的可靠性水平，问题的关键 是要通过透明的信息将系统状态与强健的经济激励信号联系起来。 电价一最有效的手段 很多电力市场的反对者对发电和输电运行功能的分离感到惋惜，因为这样会降 低系统可靠性。但是，事实并非如此，因为即使在过去垂直一体化的市场结构下， 整个电力系统的可靠性也是通过部分区域实现。而且，垂直一体化的市场结构并 不能阻止发电和输电系统以一种有利于自己利益的方式运行。 几十年来，人们一直在寻求一种方式使电网的运行方式和系统可靠性的需求相 一致，过去1 5 年里信息技术和实时电价的发展可以使这个目标得以实现。价格是 市场配置资源、调节生产与消费的杠杆，在电力市场中，电价是由交易中心综合 发电方报价与市场需求，同时考虑系统状况得到的。它不再像电力管制时期那样 由主管部门核定，而是由电力商品的