（电力系统及其自动化专业论文）基于合作博弈owen值的输电损耗分摊.pdf

a b s t r a c t n o w a d a y s e l e c t r i cu t i l i t i e sa n dn a t i o n a le l e c t r i c r e g u l a t e d m a n a g e m e n t o r g a n i z a t i o n sa l la r o u n dt h ew o r l dp a ym o r ea n dm o r ea t t e n t i o n t ot h et r a n s m i s s i o n o p e na c c e s s ( t o a ) i nt h ee l e c t r i c i t ym a r k e t u n d e rt h ee l e c t r i c m a r k e te n v i r o n m e n t ， t o af a c eas e r i e so f t e c h n o l o g i c a ld i f f i c u l tp r o b l e m s ，a n dt r a n s m i s s i o nl o s s e sa l l o c a t i o n i so n eo ft h e m i ti sak e yp r o b l e mt h a th o wt oa l l o c a t et h et r a n s m i s s i o nl o s sf a i r l y , r a t i o n a l l y a n da c c u r a t e l ya m o n gt h ee l e c t r i cm a r k e tp a r t i c i p a n t s ，a n da ni m p o r t a n t m a t t e ro ft r a n s m i s s i o np r i c i n ga n dab a s i cr e q u i r e m e n to ff a i rp l a yi nt h ee l e c t r i c i t y m a r k e t t r a n s m i s s i o nl o s s e sc o s ti su pt ot h el o a df l o wi nt h ee l e c t r i cp o w e rs y s t e m i ti sa c o m p l i c a t e dp r o b l e mt oh o w t of a i r l ya l l o c a t et h ec o s ta c c o r d i n gt ot h ei n f l u e n c eo f i n d i v i d u a lt r a n s a c t i o n st ot h ep o w e rf l o w v a r i o u sc a l c u l a t i o na n da l l o c a t i o nm e t h o d s f o rt r a n s m i s s i o nl o s s e sw i l lm a k ea g r e a td e a lo f d i f f e r e n c eo fa l l o c a t i o nr e s u l t sa m o n g t h em a r k e tp a r t i c i p a n t s ，a n dh a v eag r e a ti m p a c to ne c o n o m i c a lo p e r a t i o no fe n e r g y s u p p l ys y s t e m t h e r e f o r e ，i tb e c o m e sap r o b l e mt h a tg e n e r a l l yp a y sc l o s ea t t e n t i o nt o h o wt oa c c u r a t e l yc a l c u l a t ea n d f a i r l ya l l o c a t et h e t r a n s m i s s i o nl o s s e s t h i st h e s i s f i r s t l ya n a l y s e s s e v e r a l e x i s t i n g m e t h o d sf o rt r a n s m i s s i o n l o s s e s a l l o c a t i o n ，t h e np o i n t so u tt h e i rc h a r a c t e r i s t i c sa n dd i s c u s s e si nd e t a i ls o m e i s s u e st h a t s h o u l db ep a i da t t e n t i o nt oa n dt h e np r e s e n t ss o m ep r i n c i p l e sf o rt r a n s m i s s i o nl o s s e s a l l o c a t i o n d i r e c t i n ga g a i n s tt h e s ep r i n c i p l e sa n dm a i ni s s u e s ，a n dp r o c e e d i n gf r o m g a m et h e o r y i nm a t h e m a t i c s ，t h et h e s i se x p a n d st h er a t i o n a l i t yc o n d i t i o n so f c o o p e r a t i v e g a m et h e o r ya n dp r e s e n t san e wa p p r o a c h t oe q u i t a b l ya l l o c a t et h et r a n s m i s s i o nl o s s e s a m o n g t h ep o w e rm a r k e tp a r t i c i p a n t su s i n gt h en e s t e dc o o p e r a t i v eg a m es t r u c t u r ei nt h e g a m et h e o r y t h i st h e s i sc o m e st ol a u n c ha n a l y z i n ga n ds t u d y i n gr o u n d i n gt h e m o s tb a s i c e l e c t r i c i t ym a r k e tp r i n c i p l e - - t h e “f a i rp r i n c i p l e ”f r o mt h eb e g i n n i n gt oe n da n di t i s u n a n i m o u sw i t ht h ee s s e n c eo f t h et r a n s m i s s i o nl o s s e sa l l o c a t i o np r o b l e m s o m en u m e r i c a lt e s ts i m u l a t i o n sa r eu s e dt oc o m p a r et h em e t h o dp r e s e n t e db yt h i s t h e s i sw i t ht h o s et r a d i t i o n a la l l o c a t i o nm e t h o di n t r o d u c e di nt h i sl i t e r a t u r ea n dr e s u l t so f t h ec o m p a r i s o n ss h o w st h a tt h en e wa l l o c a t i o nm e t h o d s i se q u i t a b l ea n de f f e c t i v e a tl a s t ，t h et h e s i ss u m m a r i z e sa n d p r o s p e c t s t h ew h o l ew o r k k e yw o r d s ：e l e c t r i c i t ym a r k e t ；e l e c t r i c i t yp r i c i n g ；t r a n s m i s s i o nl o s s e sa l l o c a t i o n ；g a m e t h e o r y ；n e s t e dc o o p e r a t i v eg a m e ；b i l a t e r a l t r a n s a c t i o n s 湖南大学 学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所 取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任 何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡 献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的 法律后果由本人承担。 作者签名：锄弗 日期：帅朔，f ，日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意 学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文 被查阅和借阅。本人授权湖南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，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇 编本学位论文。 本学位论文属于 l 、保密口，在年解密后适用本授权书。 2 、不保密团。 ( 请在以上相应方框内打“4 ”) 作者签名： 导师签名： 痞影伟 铹筋 日期：争扩百1 f 车r 月7 日 e l 期：2 。幽年，月，8e 1 硕士学位论文 - 田_ i _ _ - - 墨置- 由_ _ - _ l _ _ l l _ _ - _ _ - _ - 鼍_ - - 皇 1 1 电力市场简介 第1 章绪论 电力市场概念最早由美国麻省理工大学f c s c h w e p p e s 教授于1 9 7 9 年在其 论文( 2 0 0 0 年的电力中提出。正是这个当时被认为大胆的设想，领导世界电力 工业在2 0 世纪9 0 年代发生着一系列的历史性变革。各国逐步对电力工业解除管 制( d e r e g u l a t i o n ) 、开放经营和结构重组，并成为一个势不可挡的世界潮流。 许多国家的电力工业都在进行打破垄断、解除管制、引入竞争、建立电力市 场的电力体制改革，目的在于引入市场竞争，使电价形成机制合理化，优化资源 配置，提供优质服务，提高资源利用率，促进电力工业与社会、经济、环境的可 持续协调发展。 电力市场是采用经济、法律等手段，应用计算机、测量和通讯等设备，以电 价为控制信号，本着公平、自愿和互利的原则，对电力系统发、输、配电及用户 等各参与者进行协调运行的管理机制和执行系统的总称b , 2 j 。 电力市场的基本特征是：开放性、竞争性、计划性和协作性。与传统的垄断 的管理运行模式相比，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。 电力市场的基本原则是：公平、公正和公开，即“三公”原则。建立电力市 场的目的是在电力工业中引入竞争机制。在一个充满公平竞争的电力市场中，参 与者之问应该是相互平等的。所以，电力市场最基本的原则是公平。 电力市场的运营模式有：垄断型运营模式、买电型运营模式、批发竞争型运 营模式和零售竞争型运营模式。电力工业可分为发电、输电、配电和供电四大领 域。以上四种运营模式是按照这四大领域中垄断、竞争和选择的程度不同来划分 的。 市场主体是市场存在的基础，电力市场中最基本的市场主体是发电企业和电 力用户。电力市场改革的首要任务就是将发电、输电、配售电单位分解为各自独 立的经济实体，改垂直管理关系为商业往来关系。根据各成员在电力市场中的职 能划分，市场竞争主体原则上划分为发电公司、供电公司和输电公司。发电公司 负责电能的生产：供电公司负责电能的分配：输电公司负责电能的运输和网络安 全，电力调度部门是其功能的执行机构，不仅负责系统的电能传输，更重要的是 维护系统的动态功率平衡，保障系统运行的安全性和经济性。电力市场中的参与 者是多元的利益主体一一各个独立经营的发电厂、输电网、配电网和用户。它们 基于台作博弈o w e n 值的输l 毡损耗分摊 在电力市场是相互平等的、自主的，在市场中允许买卖双方的多方选择。 当前，电力市场中主要有两种基本交易组织模式，一种是电力库( p o w e rp o o l ， 又称联营体或电力联合运营中心) 模式，一种是双边交易( b i l a t e r a lc o n t r a c t ) 模 式。 电力库模式的基本运作方式是：发电企业向p o o l 提交报价，p o o l 根据发电公 司的报价择优购买一一通常是按一定的交易算法对市场进行结清( c l e a rt h e m a r k e t ) ，确定出各发电企业的发电量，由p o o l 确定市场价格。在此交易模式下， 电力调度和电力交易合为一体，由电网运营者作为唯一的电力购买方，电网调度 机构起着组织电力市场的主要作用。发电商作为市场参与者向电网申报报价曲线 并进行投标，独立系统操作员( i s o ，i n d e p e n d e n ts y s t e mo p e r a t o r ) 和电力交易 中心( p x ，p o w e re x c h a n g e ) 的组合体( 即联营体，p 0 0 1 ) 负责集中管理电网， 由其收集各市场参与者的投标信息( 投标价格和投标电量等信息) ，然后按照统一 的市场原则进行评标，并确定系统电价和实现输电交易。采用这种市场交易模式 的有英国j 阿根廷、澳大利亚、钽利等国家1 3 j 。 双边交易模式则是发电公司与电力用户( 或配电公司) 直接签订电力交易合 同，由买卖双方通过协商确定价格，交易成交以后将结果通知电网公司以实现电 力的转运。因此，大多数商品的合同交易模式都可以在电力市场运用。这些合同 的要素包括交易时间，交易电量，和交易价格，等等。双边交易合同可以是短期 的，中期的，也可以是长期的，而且还可以以差价台同等多种方式出现。由英国 电力市场运营的实践来看，在电力市场运营初期，几乎超过一半的电力交易是通 过双边交易的模式进行的，目前正在进行的新的电力市场改革的探索，其中的一 个重要内容就是进一步朝双边交易模式方向发展；在我国，从几个试点的发电侧 电力市场运营情况来看，提交电力市场进行竟价交易的电量9 0 是通过双边交易 进行的，从最终的理想电力市场即发电、输电、用电全面放开的自由电力市场规 划来看，双边交易模式也是进行公平竞争、竟价上网以及自由选择交易对象的客 观需要【4 l 【5 1 。这种交易模式的典型代表有：美国加州、挪威、新西兰等电力市场j a 在电力市场化改革过程中所必需坚持的电力市场最基本的原则就是“公平”。 坚持“公平”原则，对于发电厂，平等的市场环境有利于竞争，激励发电厂提高 生产效率，降低成本，增强活力。对于电力用户，按真实的输电成本对其进行收 费，尽量减少用户间交叉补贴现象是保证用户间平等的根本点。本文的基本出发 点正是源于电力市场中的“公平”原则。 1 2 输电成本构成 当今世界各i 问i t 三力公词和国家电力管制机构越来越关注输电系统开放( t o a ， 硕十学位论文 t r a n s m i s s i o n o p e n a c c e s s ) 。输电系统开放是指电力市场中的所有参与者享有同等 使用输电设备的权利，同时必须遵守输电系统的物理约束条件并履行完成输电业 务合同所要求的义务。在这种新的市场环境下，完整的市场规则和有效的定价原 则对提高输电系统的可靠性、安全性和经济性有着极为重要的意义。 输电系统一般具有自然垄断性，又由于它在电力系统中处于核心重要地位， 因此输电系统开放就成了电力工业市场化的主要内容之一，其最终的目的是要引 入竞争，提高效益，降低成本，改善服务，持续发展，使丌放后的输电系统能够 根据竟争的市场机制，向电能的各级用户提供可利用的输电框架，达到电力系统 资源的优化配置的目的。 与发电和配电系统不同，输电系统由于其自然垄断属性，它不但承担着把电 能从各个发电厂传送到各用户的输电任务，而且还需要提供一些辅助服务，例如 自动发电控制( a g c ) 、无功电压控制、系统备用、恢复及黑启动、阻塞调度和 负荷频率控制等服务。因此，输电系统开放面临着一系列亟待解决的技术问题， 需要单独对其进行研究。 要研究输电系统开放，首先就应该明确输电成本的构成。输电费用计算的基础是成 本，因此承担输电交易的电网必须全面、合理地确定输电成本。输电成本是指承担输电 业务的输配电网在为电力用户提供输电服务时所花费的成本，其组成如下式所示： c l = c 舢耐+ c l 。+ ：c 眦m 叩+ c ”溏i d + c o 帅 t 、) 式( i i ) 中各项符号所代表的意义描述如下： i c 。输电固定成本( 输配电设备的折旧) 在计算年折旧费时，首先要确定设备使用年限，一般定为3 0 年。年折旧费的 计算有两种方法：定额法和双倍余额递减法。采用定额法时，每年的折旧费是相 同的：而采用双倍余额递减法时，其折旧费随着当年账面价值的递减而逐年递减。 2 c 。输电损耗 输电系统在传输电能时，电网中的各个组成部分包括导线、变压器等都将产 生有功损耗而损失电量。在传统的计算方式上，电力企业采用广泛和统一的方式 来考虑电力系统输电损耗，通常将系统总损耗按一定的比例分配给系统成员( 例 如传输网，升压和降压变压器，配电网及其它) 。因此，对于输电损耗计算，尤其 指电能损耗计算在垂直垄断的电力体制下得到的都是近似值。然而，随着电力工 业的市场化进程和输电系统开放，对输电损耗计算精度提出了更高的要求，对其 计算也就更为复杂，因此就要求市场设定定的规则，根据市场参与者对输电损 耗所承担的责任( r e s p o n s i b i l i t y ) 实现输电损耗在各市场成员中的公平分摊。 3 c 舢辅助服务成本 基于台作搏弈o w e n 值的输也损耗分摊 1 i _ _ _ - 自l _ _ 口| _ _ _ t i _ | _ _ _ - - _ _ _ _ 日_ _ 口j - - _ _ _ - _ _ _ _ 日l _ = t e 日z 日，e 目_ _ _ e e - - - _ e _ e 日_ e ! e _ - _ e 自_ d - _ 墨 随着发电竞争的引入和输电系统开放的实施及新的技术，如f a c t s 等装置的应用， 增加了电网运行和控制的复杂性，因而会产生一些新的引起电网功角稳定、电压稳定、 过负荷、低频振荡、系统崩溃等问题。因此。利用一些辅助措施对频率和电压进行调整 和控制，防止上述问题的发生就显得非常必要。这些辅助服务主要包括：频率控制( 负 荷跟踪) 、可靠性备用( 旋转备用和快速启动机组) 、非旋转备用( 运行备用) 、无功 备用，电压控制、发电再计划再分配、有功输电损耗补偿、事故恢复服务、稳定控制服 务等。 这里要指出两点，第一是某些电力市场模式将辅助服务费用单独处理。认为不属于 输电费用的范畴。由于本文重点不在辅助服务，简要介绍辅助服务的分类后，将不涉及 辅助服务费用问题。第二，实际上，辅助服务中的有功输电损耗补偿是为市场中各电网 用户提供输电损耗补偿，所以这一服务事实上已经把成本中的第二项输电损耗成本计入 总成本当中，因此，在真实结算的时候，这两项只需取其中一项成本即可。 4 c 。输配电设备的投资回报 从经济学角度来看，这一部分成本为投资输配电设备的机会成本。输配电设 备的投资回报有两种计算方法，一种称为“堆砌方式”，根据投资的类型如贷款、 般票、自有资本，分别计算每年的利息、股息、利润，把他们加起来，就是每年 的投资回报；第二种方式是利润率方式，即对总投资乘以一定的利润率，所得结 果即为每年的投资回报。 5 。其他管理成本 这部分成本包括输电业务执行前调度人员进行信息的处理、分析、预测、调度等工 作，输电业务执行后为保证电网运行的收支平衡和适当收益进行的结算等工作所需的成 本，以及其他一些费用如行政管理费、维修费和税收等。另外，也有些文献【l , 4 1 认为，还 需将电网扩建成本计入这部分成本中，以反应在一个长期中电网公司的收支平衡。 在实际应用中，对于以上输电成本c 的各个组成部分，有的只部分的加以考 虑。但总的来说，输电损耗成本都是其中必不可少的一个组成部分。 1 3 输电损耗分摊 输电系统在执行输电业务时必然在输电过程中产生损耗( 包括线路损耗、变 压器损耗) ，这个输电损耗取决于输电系统中各支路上的电力潮流，一般占系统总 发电量的5 1 0 。如何根据各项输电业务对支路潮流的影响来分配输电损耗成 本，是一个复杂的问题。电网在执行输电业务对，必须提供足够的输送容量，承 担输电损耗，同时承担输电业务对输电网运行带来的影响。 电力市场环境下，如何将这部分输电损耗公平、公n ! 、准确、含理地分摊剁 硕士学位论文 各发电公司和用电公司等市场参与者中去是电力市场健康发展的关键问题之， 也是电力市场中输电定价的重要内容，更是电力市场公平竞争的基本要求。同时， 由于输电系统对发电机送出的潮流提供了多种可能路径，为了市场的公正和自身 的利益，输电公司和用户需要并且有权知道在各种运行方式条件下，用户对输电 网设备的利用份额究竟是多少，输电损耗在各市场参与者中具体是如何分摊的、 需要注意哪些问题等与自己切身相关的一些市场情况。要回答这些问题，就必须 对输电损耗分摊问题作进一步的研究。近年来，对输电损耗分摊问题的研究已成 为国内外电力科技界研究的热点。 针对输电损耗分摊问题，到目前为止已提出了多种输电损耗分摊方法。但是， 到目前为止还没有一个被学术界和各市场参与者广泛接受的输电损耗分摊方法。 在实际运行过程中，有些电网公司虽然对输电损耗进行了分摊，但多数是经验分 摊，没有科学的输电损耗分摊依据。因此，对于输电损耗分摊问题，提出一种公 平合理、简捷直观、能让各市场参与者广泛接受并能反映输电系统真实潮流的输 电损耗分摊方法是十分有意义的。 按目前的研究和认识水平，在进行输电损耗分摊时，首先应考虑到以下两方 面的问题： ( 1 ) 根据线性电路理论，电力系统中的功率不能采用叠加原理进行计算，又 由于输电业务之间的相互交叉影响和物理潮流路径的难以获取，因此，目前所提 出的输电损耗分摊方法都没有建立在严格的理论基础之上。任何分摊方案都只能 是基于某种原则，使电力市场中的所有参与者能够承认和接受的某种规则。 ( 2 ) 必须弄清输电损耗分摊所应注意的基本问题和应遵循的基本原则，从而 才有可能提出公平合理、简捷透明的输电损耗分摊方法，并最终确定输电损耗的 承担者及各承担者应分摊的数量。 为此，本文主要内容是解决电力市场环境下( 主要是双边交易模式下) 的输 电损耗分摊问题，其目的是将输电损耗分摊给参与市场中的每个交易。电力市场 中，输电业务交易的双方在签订输电交易合同的过程中，合同中的交易量并未考 虑其由发电节点到负荷节点间的输电损耗。然而，这部分输电损耗却又是事实存 在的，提供这部分必需的系统损耗的机组应该为提供这项服务而得到补偿。 输电损耗的分摊过程决定了这个附加损耗费用应该怎样在发电商和用户间 ( 本文是在市场中的各交易间) 以公平的方式分配。输电损耗在系统中所占的比 例一般为总发电量的5 1 0 ，对于这个输电损耗，不同的计算和分摊方法会在 电网用户间造成很大的差异，因而如何进行统一的精确计算和公平分摊，成为了 电网用户广为关注的问题，这将对电力系统的安全可靠和经济运行产生重大的影 响。因此，公平合理地输电损耗分摊方法，无论从提高接个电力系统的经济效益 基于合作博弈o w 值的输电损耗分摊 来说，还是从对不同电网用户的公平丌放来说，都有着极为重大的意义。 1 4 本文主要工作 本文从输电系统开放的角度出发，主要研究了输电定价中的一个子问题：输 电损耗分摊问题。 本文始终围绕电力市场中最基本的市场原则一一“公平”原则来展开分析和 研究，在分析输电损耗分摊常用方法的基础上，采用了两章的篇幅来论述输电损 耗分摊的问题与原则，基于合作博弈理论提出了一种新的输电损耗分摊方法，最 后对其进行了算例仿真和分析，表明本文所提出的基于博弈论的输电损耗分摊方 法是一种较为理想的分摊方法，能为市场参与者提供正确的经济信号，易于理解 和接受。 本文主要工作如下： 第一章对电力市场中的基本概念进行了简介，分析了输电成本构成，针对输 电损耗分摊问题，介绍了其问题的背景、必要性和基本思想，指出了输电损耗分 摊的目的： 第二章分析了一些输电损耗分摊的常用方法，并对其进行了分析比较，指出 了其优缺点和实用性： 第三章详细地讨论了输电损耗分摊中应该注意的几个主要问题和支路损耗的 基本性质，并基于此提出了输电损耗的分摊原则； 第四章从博弈论出发，针对电力市场中的双边交易模式，提出了一种基于合 作博弈o w e n 值的新的输电损耗分摊方法； 第五章对本文所提出的输电损耗分摊方法与其他输电损耗分摊方法进行了仿 真分析和比较，说明了本文方法所具有的公平合理性； 最后对本文的研究工作进行总结与展望。 在本文提出的基于合作博弈o w e n 值的输电损耗分摊方法中，十分重要的一 个方面就是充分考虑了分摊对市场参与者的公平性。 硕士学位论文 第2 章输电损耗分摊的常用方法 对于输电损耗的分摊问题，在电力市场建立之初就引起了学术界的广泛关注，国内 外已有大量的研究文献，提出了很多的分摊方法。 由于研究者研究目标和基于的市场结构不同，对应提出了很多种输电损耗的 分摊模型和算法。但万变不离其宗，基于“公平”原则，尽可能清晰地明确输电 系统中各电力用户对输电设备的利用程度是各种分摊方案的基本出发点。同时注 意到，线路电力潮流的高度非线性特性使得研究者在研究输电损耗分摊过程中不 得不使用一些近似模型、灵敏度分析以及跟踪算法来确定输电系统中的电力用户 对输电设备的利用度从而确定其所应承担的输电损耗。 本章将以输电损耗中的有功损耗为例来介绍一些常用的输电损耗分摊方法， 并分析其优缺点。 2 1 邮票法 邮票法是最早被用于输电成本分摊的，也是最简单的一种分摊方法。该方法 基于全部输电系统被使用的假设，无需计算输电网的潮流，对输电网中各项输电 业务，不考虑输电距离的远近，也不考虑输电网络结构和各输电功率的注入和流 出节点位置，只要计算出整个输电网络的总损耗，然后在全网范围内按输电功率 的大小进行平均分摊。 在邮莱法中，不考虑输电用户在网络中的位置( 电力功率的收发点) ，短距离、 长距离的用户都分摊同样的输电损耗，忽略了输电网络的实际运行情况，使得网 络使用较轻的用户不可避免的要对其他用户提供补贴，是一种最为粗糙的输电损 耗分摊方法，不能给用户提供正确的经济、技术信号。其特点是简单直观、易于 实现。 2 2 合同路径法 合同路径是指输电业务的交易双方在交易合同中所协商的，从功率注入点到 功率流出点，确定一条连续的输电路径，该路径应有足够的可用传输容量。合同 路径法假定输电业务实际发生时，其电力潮流只能通过合同规定的路径流动，网 络其他部分则认为没有影响，此时输电损耗只分摊给指定路径上的设备。该方法 在交易幅值的基础上，考虑输电业务交易路径的影响，并以输电合同路径代替网 络潮流的实际流经路径。 该方法也无需计算全网潮流分布，忽略了实际电力系统的物理分布规律，大 基于台作博弈o w e n 值的输电损耗分摊 部分电能其实还是流过了合同未规定的输电设备。合同路径法可应用于电网规模 较小的情况。随着互联网的发展和节点的增加，此方法的应用受到了限制。 2 3m w m i l e 法 考虑到对输电设备的使用程度不仅与流经线路的电力潮流有关，而且与线路 长度相联系。所以m w - w i l e 法在计算中考虑了线路长度的因素，以潮流与长度的 乘积作为衡量设备使用程度的指标。 依据距离的m w - m i l e 法也忽略了实际的电力系统潮流，而且此时使用的仍然 是假想的潮流路径，不能给用户提供正确的经济信号。 2 4 边界潮流法 边界潮流法是一种计算由于执行输电业务而引起输电系统边界潮流变化，并 依据该数据计算输电损耗费用的方法。其基本思想是分别在有无输电业务的情况 下，对输电网络进行两次潮流计算，得出各联络线上的潮流变化，视其为流经系 统的潮流值，即对输电网络的使用程度。其中，边界潮流的变化可以是边界联络 线上功率豹变化，也可以是与其他电力公司之问净功率的交换量。 2 5 分配系数法 在电力系统静态安全分析中经常使用的分配系数( d f ，d i s t r i b u t i o nf a c t o r s ) 可用来评估电能交易对输电系统的使用程度。常用的基于直流潮流的分配系数6 】【7 】 有3 种：发电转移分配系数g s d f ( g e n e r a t i o ns h i f td f ) 1 8 、广义发电分配系数 g g d f ( g e n e r a l i z e dg e n e r a t i o nd f ) t 9 】和广义负荷分配系数g l d f ( g e n e r a l i z e dl o a d d f ) 9 1 。 ( 1 ) 一个发电转移分配系数( g s d f ) a 。表示在给定母线b 上注入潮流 增量a e , ，在参考母线减少相应的功率时，在系统中各条支路i k 上引起的功率 变化( 潮流增量) 蚯。，其结果与参考节点的选择有关，但与系统的运行状态无 关。 发电转移分配系数g s d f 基于d c 线性潮流，用线路电抗x 。表示如下， = 掣 ( 2 1 ) 式中一h 。为节点b 对线路i - k 的g s d f ，表示节点b 增加单位功率，在参考节点 减少单位功率时，在线路i k 上7 1 起的功率的变化：l 为节点电抗矩阵第f 行第 k 列的元素，表示线路i k 的电抗值。 该发电转移分配系数g s d f 是对由于母线注入潮流变化而引起系统潮流变化 硕士学位论文 的线性估计。获得电转移分配系数g s d f 的其它方法是应用a c 负荷潮流雅可比 矩阵，或是使用o p f 程序法，但相比之下，用近似的d c 估计法简单，耗时小， 特别是对于实际的大系统。 ( 2 ) 广义发电分配系数g g d f 法将线路功率表示为发电机出力的函数，可 以用来确定发电机对线路功率的贡献，其隐含的一个假设是当发电机出力变化时， 各节点的负荷在现有的基础上等比例变化。 该g g d f 系数d ；三妇可以由发电转移分配系数g s d f a h ，。通过简单计算获得， 具体计算公式如下， q 叱s = a h ，g + d 矗，r ( 2 2 ) c 一。一一。，只 磁。萨 。 式中g g ，g 为发电机节点集合；r 为参考节点；一。为线路i - k 上的有功功率；哎 为发电机出力；d ：三k , r 为参考节点的发电机注入对线路i 一后上功率的贡献；d 。，。为 发电机节点g 的注入对线路f 一| j 上功率的贡献。 ( 3 )与g g d f 类似，g l d f 将线路功率表示为节点负荷的函数，可以用来 确定负荷对线路功率的贡献。广义负荷分配系数g l d f 也可以按g g d f 系数的方 式计算得到。 d i 制= a ，i + 啦 ( 2 4 ) 一一。，另 d = 岛一 ( 2 5 ) 厶1 ， 式中的各符号的含义与g g d f 公式中的相应量类似。 2 6 边际损耗系数法 边际损耗系数法 i o 】是一种基于灵敏度的方法，它根据节点注入功率的单位变 化引起全网输电损耗变化量的大小来对各节点上负荷或发电机进行损耗的分摊。 显然，这种输电损耗分摊方法能反映各节点造成全网输电损耗的微增成本信 息，从而能够提供很好的经济信号，通过市场的手段促使潮流向输电损耗减少的 方向流动，达到优化潮流、提高经济效益及指导用户投资决策的目的。目前国外 电力市场的输电损耗分摊方法大多是基于边际损耗系数法。如加利福尼亚电力市 场采用的g m m ( g e n e r a t i o n m e t e rm u l t i p l i e r ) 法和澳大利亚国家电力市场实行的 节点和区域边际损耗法i l 。 边际损耗系数法基于经济学里的边际定价理论，能有很好的经济意义t 但该 基于合作博弈o w t m 值的输电损耗分摊 方法的一个最大的特点是不能保证收支平衡，需要进行分摊结果的修正，因此， 该方法在输电系统中应用的“公平”性受到了挑战，让许多业界学者置疑。 2 7 输电损耗微增法 输电损耗微增法i l l l 中的两种方法：交易估计法和合计分摊法【1 2 】( i3 1 ，它们都是 基于计算系统的损耗来确定具体一个交易对系统的影响。其目标就是确定交易所 经过的潮流路径( f l o wp a t h ) 并从而确定给予输电服务的区域机组，最后确定 这一交易应该分摊到多少的有功损耗。 该方法通过计算交易是否存在于系统时系统的输电损耗量来确定最后的损耗 分摊量。由于篇幅所限，本文不打算详细讨论其计算过程，可以参见文献【d 3 1 。 当系统中的某交易引起了反向潮流时。比较而言，合计分摊法能比较有效的处理 由反向潮流带来的影响。 输电损耗微增法的分摊步骤如下： 步骤1 ：进行两次模拟输电损耗计算，其中，一次基于基准状态( 无交易状 态) ，另一次基于运行状态( 包含所有交易) ，以确定两种状态下各自的系统损耗。 步骤2 ：对于每个交易f = l ，2 ，t 计算下列两种状态下的潮流： 状态1 ：只包含交易t ； 状态2 ：包含除去r 的所有交易； 。从这些潮流计算中得到各自损耗的边际分量和微增量； 应用公式将输电损耗分摊到每个交易t 。 2 8 直流潮流分解法 直流潮流分解法【14 1 ，首先明确提出一个考虑系统交易的框架，并根据系统中 交易的数量来明确地用公式阐述潮流。利用直流潮流的假设，对每种交易都提出 一种基于潮流的分摊表达式，并且对总的系统输电损耗也有一个表达式。最后通 过运用灵敏度分析和出于公平考虑来进行输电损耗的分摊。 2 9 潮流追踪法 1 9 9 6 年，j b i a l e k 提出了潮流跟踪的思想【1 ，其核心基础是比例分配原则 ( p r o p o r t i o n a ls h a r i n g ) 。潮流追踪法可用于考察输电系统中每条支路的潮流来自 于哪些发电机( 逆潮流追踪) ，最终流向了哪些负荷( 顺潮流追踪) ，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设备中流过 的潮流数量，并据此确定输电用户对输电设备的利用份额和损耗责任，为输电损 硕士学位论文 耗分摊提供理论依据。 从本质上来讲，潮流追踪法是拓扑分析方法。因此，要进行潮流追踪分析， 首先要把电力系统中的有损网络变成无损网络i l ”，一般有3 种方法来实现这种变 换：把输电损耗一分为二，分别加到负荷节点和发电机节点；把输电损耗单 独摊到负荷节点； 把输电损耗单独摊到发电机节点。 该方法的最大特点是原理简单、分析清晰、透明度高，但节点注入或流出潮 流对各支路的比例分配原则是人为规定的，到目前为止，该原则既不能证明其正 确也不能证明其错误，但符合人们的思维习惯，易于被市场参与者所接受【j ”。 2 1 0 常用方法小结 本章介绍分析了输电损耗分摊的一些常用方法，其中邮票法、台同路径法和 m w - m i l e 法原理简单，计算方便，易于实现，分摊结果相对稳定，但由于没有考 虑实际的潮流状况和各个交易对电网的影响，这样分摊给用户的成本并不能准确 反映它们所引起的真实的输电成本，不利于输电资源的有效利用。分配系数法由 于只是基于直流潮流，据此而得到的损耗分摊结果可能与实际潮流相差很大。边 际损耗系数法不能保证收支平衡，需要对分摊结果进行修正。 输电损耗微增法只计算了单个交易单独作用时的输电损耗和除此交易外所有 交易都作用时的输电损耗两种情况，而未考虑其他可能的交易组合作用时的输电 损耗，没有全面反映单个交易对总输电损耗的贡献程度，其分摊结果不唯一，可 能造成收支不平衡，需要利用修正系数对分摊结果进行修正，难以令人信服。 直流潮流分解法最大的争议在于对反向潮流的处理，另外，该方法基于直流 潮流作了很多实际系统并不一定具有的假设，其缺陷也是显而易见的。 潮流追踪法最大的特点是原理简单，分析清晰，透明度高符合人们的常规 思维，但该方法所基于的比例分配原则只是一个假设，无法证明其对与错，因此， 其分摊结果的正确性让人怀疑。 以上所讨论的输电损耗分摊方法本质上属于基于责任的方法。这些方法的共 同特点是具有较直观的物理意义，共同缺点是缺乏经济学特征。为此，本文后面 将基于数学上的博弈理论提出一种新的输电损耗分摊方法。 基于台作博弈o w e n 值纳输也损耗分摊 1 i _ e l _ _ - e e 日_ - _ _ 自1 日目_ - _ _ _ 自_ = _ - _ | 日j 目_ _ _ _ e 自= = = = = | j a _ _ l | _ _ ! = = e 目- _ t e e e _ _ t 自j = = _ _ - _ _ _ _ _ ，_ _ _ _ _ _ _ - - - e = = = 第3 章输电损耗分摊的问题与原则 虽然关于输电损耗的分摊方法已有很多，但到目前为止还没有一种能在电力 市场中通用且能被各市场参与者广泛接受的最好的方法。对于输电损耗分摊，学 术界还存在许多争议，还有待于进一步对此进行深入研究。 要想对此进行深入研究，首先就需要明确输电损耗分摊究竟应该注意哪些问 题，应该遵循什么样的基本原则。只有在搞清楚了这些问题的基础上提出来的输 电损耗分摊方法才有可能是公平、合理的，也爿有可能为各市场参与者所接受。 为此，本章详细地讨论了输电损耗分摊中应该注意的几个主要问题和支路损 耗的基本性质，并基于此提出了输电损耗的分摊原则。 3 1 分摊对象 这是将输电损耗究竟分摊给谁的问题。是将输电损耗分摊给节点1 17 】( 包括发 电机节点和负荷节点) 还是分摊给交易u s ，或者同时分摊给节点和交易【1 9 1 ，抑或 系统操作员1 2 0 l 也应承担部分输电损耗? 这是输电损耗分摊问题首先要解决的一 个问题。 关于这个问题，学术界还没有形成统一认识，不同分摊方法的分摊结果也有 很大差别。在p o o l 交易模式下，既有将输电损耗单独分摊给发电机节点( 或负荷 节点) 的分摊方法，也有将输电损耗同时分摊给发电机节点和负荷节点的分摊方 法，还有将部分输电损耗分摊给系统操作员的分摊方法。面向元件的输电费用分 配模式【1 9 l 将输电损耗同时分摊给使用输电元件的发电机节点和负荷节点。其基本 思想是：基于拓扑发电和负荷分配系数，每个电网元件输电费用的一半分配给利 用这个元件的发电机，另一半分配给使用此元件的负荷。也有将部分损耗分摊给 系统操作员【2 0 】的做法，英国就是采用的这种输电损耗分配方式。这种做法的理论 基础是，系统操作员的调度决策影响电力系统的潮流分布，从而影响整个电网的 损耗，操作员应该为此承担责任，以优化调度决策。 但是，本文认为，把损耗与系统调度的功能相结合的方法很值得商榷，因为 这种分配方法降低了损耗分摊的透明度，不能给市场参与者提供i f 确的经济信号， 尤其是损耗成本信息很有可能被其他成本信息所淹没，对实现长期的经济效益非 常不利。当然，在p o o l 交易模式下也可以把损耗分摊给系统中的交易，但需将线 路潮流和损耗表示为交易的函数【2 。 在b i l a t e r a l 交易模式下，理论上分摊给节点和交易都是可行的，但本文认为， 在独立发电商发电公式与配电公司负荷签订了交易合同之后无论交易在特定 硕士学位论文 时刻的交易量如何，交易双方物理上的整体关系就已经确立了。因而在这样的模 式下，分摊对象就应该是单个交易以确定单个交易对整个电网的责任 ( r e s p o n s i b i l i t y ) 。至于损耗费用在交易内部怎样分摊，这是属于交易双方的内部 问题，应由交易双方自行解决。 因此，本文认为，在p o o l 交易模式下，将输电损耗同时分配给发电机节点 和负荷节点较为妥当，这样有利于各市场参与者选择各自的贸易对象，也符合实 施竞争性电力市场的改革初衷；在b i l a t e r a l 交易模式下，应将损耗分配给各个交 易：而在p o o l 和b i l a t e r a l 的混合交易模式下，就要针对具体情况具体分析，对于 输电网中的基本输电业务，应将损耗分配给节点，对于己经签订了双边多边协议 的输电业务，就应该将损耗分配给交易。 3 2 反向潮流 在电力系统输电网络中，市场中的任何一个交易都会产生损耗，但在某些情 况下，某交易的存在实际上却减少了系统总的输电损耗，原因是这一交易在系统 中某些线路上所引起的潮流与这些线路的主导潮流( n e tf l o w ，p o s i t i v e o r d o m i n a n tf l o w ) 的方向相反1 2 1 1 ( c o u n t e rf l o w o r n e g a t i v ef l o w ) 。文献驯认为， 只有当系统的传输线路上存在一个主导潮流时，某些交易才有可能对减少系统损 耗做出贡献，因此应该“平等地”对待输电系统中的所有用户，而不应该将提供 反向潮流的交易特殊化，也应该始终摊给其正的输电损耗量。文献1 2 4 j 贝0 提出给提 供反向潮流的交易予以奖励，摊给其较少的损耗费用，甚至是摊给负分摊值，即 不但不向此交易收取网