（电力系统及其自动化专业论文）基于电流的网损分摊方法研究.pdf

通过对4 节点系统和i e e e l 4 节点实验系统进行计算分析，结果表明所提出 的方法与预期的结果保持一致，从而证明了该方法的正确性、有效性和可行性。 关键词：电力市场；双边交易：网损分摊；电流调整因子；扩充因子 网损交叉项 r e s e a r c ho nl o s sa l l o c a t i o nb a s e d o nt h ef l o wc u r r e n t m a j o r ：e l e c t r i cp o w e rs y s t e ma n dl t sa u t o m a t i o n g r a d u a t e ：y a n gj i a d v i s o r ：x i a ox i a n y o n g i ne l e c t r i c i t ym a r k e t ，e v e r yu s e rm u s tb er e s p o n s i b l ef o rt h es y s t e ml o s s e sh e c a u s e s ，a n dd i f f e r e n tm e t h o d so fl o s sa l l o c a t i o nw i l la f f e c te v e r yu s e r d e v e l o p i n ga f a i rl o s sa l l o c a t i o ns c h e m ef o rr e a la n dr e a c t i v ep o w e ri ss i g n i f i c a n tt oa v o i dc r o s s s u b s i d i e sa n dt og i v ec o r r e c te c o n o m i cs i g n a l st om a r k e tp a r t i c i p a n t s t h i s p a p e ra n a l y z e s ar e v i e w o fc u r r e n tr e s e a r c ho nt 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 ，s t u d i e sb a s i cp r i n c i p l e sa n dc o r r e l a t i v ep r o b l e m so fl o s sa l l o c a t i o ni n e l e c t r i c i t ym a r k e t ，c o m p a r e sf e a t u r e s a n ds h o r t a g e so fc u r r e n tl o s sa l l o c a t i o n m e t h o d so f e m b e d d e dc o s ta l l o c a t i o n ，p r o p o r t i o n a l i t ya l l o c a t i o n ，m a r g i n a la l l o c a t i o n a n dt r a c i n gf l o wa l l o c a t i o n ，o nt h e s eb a s e s ，p r e s e n t san e wm e t h o df o rd e t e r m i n i n g r e a la n dr e a c t i v ep o w e rl o s sa l l o c a t i o n si nb i l a t e r a lc o n t r a c t s ，n a m e l yl o s sa l l o c a t i o n b a s e do nt h ef l o wc u r r e n t t h eb a s i ci d e ao f t h em e t h o da s s u m e st h a te a c ht r a n s a c t i o nh a si t so w ne f f e c to n t h es y s t e mp l u si t si n t e r a c t i v ee f f e c tw i t ho t h e rt r a n s a c t i o n s e a c ht r a n s a c t i o ns h a r e o f l o s s e si sb a s e do i li t sc o n t r i b u t i o no nt h es y s t e mc u r r e n t sc o n t r i b u t i o n sw h i c hn e e d t ob ea d j u s t e d ，d u et ot h en o n l i n e a r i t yo ft h es y s t e m ，u s i n gt h ei n t r o d u c e dc u r r e n t a d j u s t m e n tf a c t o r s ( c a f s ) ，w h i c hp r o v i d ear e a s o n a b l ew a ye v a l u a t i n ge a c h t r a n s a c t i o n e a c ht r a n s a c t i o ni si n d e p e n d e n t l yr e s p o n s i b l ef o rt h ec l e a rp a r to f l o s s e s ，a n do nt h eb a s eo f a n a l y z i n gc u r r e n tr e s e a r c ho na l l o c a t i n gc r o s s - i t e ml o s s e s ， a l l i m p r o v i n g m e t h o di s p r o p o s e d ，w h i c h i sb a s e do no fm a t h e m a t i c a l t r a n s f o r m a t i o n u n l i k eo t h e ra p p r o a c h e s ，t h em e t h o dc a nb ea p p l i e de f f e c t i v e l yt oa l l o c a t eb o t h r e a la n dr e a c t i v ep o w e rl o s s e ss i m u l t a n e o u s l y ，w h i c hs a v e st i m ea n de f f o r t i tc a n d e t e r m i n ee a c ht r a n s a c t i o nc o n t r i b u t i o nt oe v e r yb r a n c ho nt h es y s t e m ，w h i c hi s h e l p f u li nc o n g e s t i o nm a n a g e m e n t 。f u r t h e r m o r e ，i tc a ne n s u r et h eb r e a k e v e n r e q u i r e m e n ta n dp r o v i d ea p p r o p r i a t ee c o n o m i c a ls i g n a l st ot r a n s a c t i o n s t h u st h e m e t h o dp r e f e r a b l yr e f l e c tt h a te a c ht r a n s a c t i o ni sa l l o c a t e dt h es y s t e ml o s s e sa n d a v o i dc r o s ss u b s i d i e s t h ee x a m p l e so fa4 - b u ss y s t e ma n dt h ei e e e1 4 一b u st e s ts y s t e ms h o wt h a tt h e c o n s i s t e n c yo ft h ep r o p o s e dm e t h o dw i t he x p e c t e dr e s u l t s ，a n di ti sp r o v e dt h a tt h e t h e o r ya n da l g o r i t h ma d v a n c e dh e r e i nc o r r e c t ，e f f e c t i v ea n df e a s i b l e ， k e y w o r d s ：e l e c t r i c i t ym a r k e t ；b i l a t e r a lt r a n s a c t i o n l o s sa l l o c a t i o n ；c u r r e n t a d j u s t m e n tf a c t o r ；e x t e n d e df a c t o r ；l o s sc r o s si t e m 四川人学硕+ 学位论文( 2 0 0 5 ) 第一章绪论 l 。l 选题背景 当前，电力工业在全世界范围内发生着深刻的变化。电力工业的改革目标 在于提高电力生产效率，使电价形成机制合理化，提供高质量、更安全的电力 产品，促进电力工业本身的良性发展，并使全社会从改革中得到更好的经济效 益和社会效益。智利、阿根廷、英国、美国、澳大利亚等国的电力市场改革给 其电力工业带来了活力，并激励了世界上其他各国的市场化发展过程。 我国已于1 9 9 7 年底初步摆脱了电力短缺的状况，但作为国民经济的基础产 业。电力工业过于垄断的模式越来越不适应国民经济的整体发展环境。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；另一方面，在发电领域，各种产权性质的利益主体 之间的矛盾已经出现，由于传统计划经济体制的因素产生了很多的棘手问题。 着眼于电力工作在新形势下的新发展，“厂网分开，竟价上网”，推进电力市场 化改革已经成为共识。 从国际、国内的发展形势看，电力走向市场是历史的必然。电力走向市场， 就是要将电力工业纳入到市场经济的框架中，通过市场竞争资源，达到资源的 最优配置。但是，电力的生产、运输又有其独特的特点。首先，电能不能大量 储存，生产、运输、消费过程必须同时实现；其次，电力系统作为统一的、不 可分割的系统，需要维持电压、频率的稳定，并保证在各种扰动下满足系统的 安全性要求。所以电力市场建设又具有其独特性和复杂性，有许多问题世界各 国都还没有很好的解决，都正处在一个探索完善的过程中。 电力市场是采用经济的、法律的手段，本着公平竞争、自愿互利的原则， 对电力系统中发电、输电、配电、用户等备成员组织协调运行的管理机制和执 行系统的总和【j 】。市场的本质是竞争，通过竞争来提高整个电力工业的资源优 化配置；竞争的前提是公平，公平是市场机制的基本原刚。电力市场机制的引 入对经济性提出更高的要求，需要在统一协调安全性和经济性的前提下，切实 保证市场规则对所有成员公平、公正、公开。 深刻的体制变革给电力系统运行和规划带来了巨大的挑战。在电力市场环 境中，发电商在电弼公司成为公平买卖、进行电力交易的平等市场成员；电力 及其服务成为商品。这样，传统的基于粗放管理和行政手段的一系列规划、调 四川大学硕十学位论文( 2 0 0 5 ) 度和控制方案。势必无法适应充满竞争的市场环境，必须用全新的视角重新审 视电力系统运行控制及规划工作的各个环节，引入市场调节手段。 1 2 课题研究的意义 在竞争的电力市场环境下，输电业务发生了很大的变化，随着输电网的开 放，越来越多的用户( 包括发电机和负荷) 要求输电网为其提供公正、平等的输送 服务。这就要求输电市场从发电和配电环节分离出来，形成独立的输电公司， 在政府的监控下，负责电力系统的安全运行和市场交易的经济运行【孙。同时， 输电网运行的基本问题不再是优先解决电力公司用户的电力需求，而是要明确 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地分摊其成本。 输电服务成本包括很多内容，系统网损是输电服务成本中的重要组成部分。 在电力交易或传递过程中必然会产生损耗，其中输电网络的损耗大约占总发电 量的4 - - 6 。输电网的损耗虽只占全部成本8 b j 的一部分，但是，对具体的交 易和电网用户，却可能有很大的影响。英国电力市场的运行实践表明，不同的 网损分摊方案可能对交易电价的影响高达1 0 1 3 j 。因此，不同的分摊方案将影 响市场参与者的成本、收益与决策，进而影响电力系统的经济、安全运行。 国电公司在1 9 9 9 年9 月份出台的电力市场运行规则【4 】中规定：对于区 域网络损耗按照区域网损系数分摊到发供电企业即将区域网损系数作为区域 参考节点发供电价格的修正系数，反映区域网络损耗的成本，这里区域网络损 耗是指从区域内参考节点到电力市场虚拟负荷中心之间的魄能传输损耗。对如 何确定区域网损系数只是指出是经过市场运行部门对上年度内每一个交易时段 的负荷、发电出力及网络数据进行分析后得到的参数，对每一个发电机组上网 点或配电网络连节点而言，是上年度内该联络点实际网损系数的平均值。对如 何划分区域指出区域是指整个输电网络中特定的一部分，包括一个或几个重要 负荷或发电中心，或兼而有之。由于不同区域的电力供需状况不同，某些区域 是负荷中心，需要从其他区域输入电能，某些区域是发电中心，需要外送电力， 所以对不同区域需要确定不同的区域嬲损系数，而实际电力行业管理模式中更 多的区域划分是以发、供电企业为单位划分的。以利于考核结算。这样戈1 3 分的 区域很难通过统计确定区域网损系数，即使确定了，可信度不高，说服力不强。 四) 1 j 大学硕士学位论文( 2 0 0 5 ) 所以，在具体操作中对区域的划分、区域网损系数值的确定等问题上就难以达 成共识。 因此，科学、公平、合理地对网损进行分摊，无论从提高整个电力系统的 运行效率来说，还是对市场参与者柬说，都具有重大的意义，也是当前电力市 场改革所面临地重大的课题。 l _ 3 国内外研究现状 目前对网损分摊问题的研究仍处于摸索、探讨阶段，在已经实现电力市场 的国家，不同国家的电网公司，由于具体所采用的电力市场模式、具体条件和 制约因素不同，所采用的网损分摊方法也不一样【5 , 6 1 。当前，所提出的网损分摊 方法主要有：平均分摊法问、跟踪潮流法嘲、边际网损系数法【9 1 、合同路径法【1 0 】、 基于阻抗矩阵的网损分摊方法】以及其他的方法【1 2 】等，由于方法针对不同的问 题或基于不同的出发点，各自具有不同的优点和不足，下面分别作简单介绍。 1 3 i 平均分摊法 平均网损分摊法实际上是一种“邮票法”，是最早被电力联营市场所采用的 模式。西班牙、英格兰和威尔士电力市场采用的是这种分摊方法1 1 3 钔。该方法 算法简单，不考虑输电网的结构、输电线路的距离和输送功率的收发点位置， 在全网范围内按相同的网损系数进行分配。网损系数： 口 1 旌# ( 1 - 1 ) 其中，i 为节点号，只为第f 个节点的有功出力或有功负荷，圪。为全网网 损。 则节点f 的有功出力或有功负荷应该分摊的网损量：b 。、= i 强。 显然，平均网损分摊方法直接、透明，分摊的网损量相对稳定，有利于维 持电力交易的同一性和流畅性。另外，平均分摊方法还可以减少网损分摊量的 意外波动，从而降低了独立发电厂投资的风险性。虽然有不少文献在这种分摊 方法的基础上作了一些改进，例如在确定网损系数时，综台考虑电网中的电能 质量，传输拥挤 1 5 a 6 1 等因素。但是平均网损分摊法的缺陷仍然很明显。这种分 摊方法不能提供电网短期和长期经济运行的经济学信号，缺乏强有力的电力市 四川人学硕十学位论文( 2 0 0 5 ) 场的经济激励机制，且由于不可避免用户之间的交叉补贴，还常常受到无法获 益的用户的抱怨，所以这种分摊法f 面临逐步淘汰的命运。 1 3 , 2 跟踪潮流分摊法 跟踪潮流法是随电力市场的产生而最早被提出的评估用户使用输电网情况 的计算方法之，总的来说是- 9 ：0 会计学方法。但由于被认为缺乏经济学信号。 至今未被国内外电力公司采用。该方法最大的优点是直观描述了实际潮流的物 理流向，由于其基于交流潮流，可准确反映系统的非线性，确定每个发电机和 负荷对线路潮流的影响。随着市场化的深入以及输电系统的更加开放，要求快 速而准确地确定各发电机与负荷对各输电线路的实际使用“程度”。依据“谁使 用，谁支付”的原则【l ”，按用户实际使用线路的情况，公平合理地收取费用。 从国内外最新文献可以看到按照潮流的实际物理流向，争取“潮流网”和“金 融网”的统一，增加透明度等方面的研究仍为一大热点。尽管目前仍有很多争 议，但潮流跟踪法作为边际系数法的一种补充，被普遍认为是可以考虑使用的。 跟踪潮流法的基本原理是，假定输电节点是个理想的潮流混合器【i 引，潮流 在各个节点上按照比例共享的原则( 1 9 2 0 分布从而计算出输电线路的功率组成 和发电机与负荷间的实际功率传输关系1 2 “，以此作为全网网损分摊的依据。有 关跟踪潮流法的文献很多，可按不同的方法进行分类。 1 3 2 1 按跟踪的方向或对象分类 分为逆流跟踪( u p s t r e a mt r a c i n 曲和顺流跟踪吲( d o w n s t r e a mt r a c i n g ) 。 顺流跟踪用于计算发电机对线路潮流的贡献，通过顺流跟踪，可以把全网 的输电网损分摊到发电方。而逆流跟踪用于计算各发电机实际供应那些负荷及 各线路实际为那些负荷服务，因此，逆流跟踪可以对用电方进行网损分摊。 具体的计算方法很多。文献1 2 2 l 运用拓扑网络矩阵的方法，按有功功率比例 共享的原则，形成顺流分配矩阵和逆流分配矩阵。通过矩阵求逆的方法进而求 得拓扑发电分配因子和拓扑负荷分配因子，由此得到发电机和负荷在输电线路 上功率传输的关系。在网络没有环流的前提下，文献1 2 3 提出一种基于图论的跟 踪潮流的快速计算方法。该方法不用求逆阵，计算速度快，但当系统中有环流 的情况下不易采用。 四川大学硕十学位论文( 2 0 0 5 ) 1 3 2 2 按所跟踪的量分类 分为电流跟踪、有功功率跟踪和复功率跟踪。 ( 1 ) 电流跟踪【2 4 “” 电流跟踪方法是通过研究网络中支路电流的组成及其对网络损耗的影响来 进行全网网损的分摊。在忽略无功潮流影响的情况下，文献【2 4 】证明了“利用份 额”采用电流比值与采用功率比值等价，提出各出线分摊节点网损按电流幅值 进行分摊，认为电流幅值的平方进行分摊的原则1 2 s , 2 6 ) 是不合理的。其理由：按 电流幅值的平方分摊可能使全局网损和电源分摊网损的增长趋势出现矛盾的情 况，并且这种分摊将使电源对线路“利用份额”在首末端不再保持一致。 另种按电流跟踪的方法【2 7 】是考虑线路上各电流分量的耦合，引入耦台网 损系数，使所分摊的网损不仅包括自身电流分量所产生的部分r r ( i ，为线路上 的第i 个电流分量) ，而且还包括和此线路上的其他电流分量耦合而成的网损量， 即：由电流量耦合的交叉网损部分。这种方法新颖，但计算量大，在复杂的电 力系统中不宜使用。 ( 2 ) 有功功率跟踪 2 1 t 3 , 2 8 】 有功功率跟踪忽略了有功和无功的联动的影响，真接对有功潮流和无功潮 流进行解耦，而不考虑节点无功对有功功率损耗影响，按照有功功率比例共享 的原则，进行有功跟踪和网损分摊。这种解耦的方法，使计算大为简化。但是， 各发电厂在实际的运行当中，由于电压控制等原因，其功率因数将不可能相等。 而当功率因数较差且不相等时，有功跟踪方法在确定输电设备利用份额及分摊 网损时会引起较大的误差1 2 9 。 ( 3 ) 复功率跟踪 作为对有功功率跟踪方法的一种改迸，有学者提出复功率跟踪和按复功率 进行网损分摊的方法【3 0 ，3 “。具体所采用的跟踪方法也不样。文献口o 】利用复功 率跟踪，按照复功率按比例共享的原则，得到某一特定的发电机或负荷复功率 在所有线路上的潮流所占的比例进行网损的分摊。而文献【3 2 1 是利用电气路径的 等值解耦的方法进行复功率的跟踪。然后按照各用户的复功率比或复合电流的 共轭比进行网损分摊。 复功率跟踪的方法，考虑了有功功率和无功功率对全网网损的综合影响， 所采用的简化少，因此比有功功率跟踪方法更趋于公平合理，理论上更易被用 四川_ 人学硕士学位论文( 2 0 0 5 ) 户接受。但是，这种方法涉及大量复数运算，包括复数矩阵的求逆，因而计算 复杂，对于复杂电力系统中的实际应用，还有待进一步的研究。 1 3 2 3 按所采用的潮流模型分类 分为有功潮流跟踪模型和有功、无功潮流联合跟踪模型。 ( 1 ) 有功潮流跟踪模型 有功功率潮流模型 2 1 , 2 3 , 3 3 1 基于潮流解的基础之上，不考虑节点的无功功率 对线路有功损耗的影响，将有功潮流和无功潮流进行解耦。所以在此模型中， 网络上只有有功功率流动。为保持线路首末两端的功率一致，一般将线路的有 功功率损耗平均地移至线路的两端，从而使线路等效为一无损线路。显然采用 这种模型进行潮流跟踪和网损的分摊，计算简单、直观，但计算的结果会有 定的误差。 ( 2 ) 有功、无功潮流联合跟踪模型1 8 j 4 】 有功、无功潮流联合跟踪模型不但减少由于上面模型的简化所引起的误差， 还可以对输电线路上的无功功率进行跟踪，从而可以为无功功率的传输费用的 收取提供依据。虽然文献【3 副采用类似于有功潮流模型的原理进行无功功率的追 踪，但是这种不考虑节点有功功率( 包括有功负荷和有功出力) 对支路无功功率损 耗影响的简化方法。使得某一负荷无功功率对某一输电线路的贡献误差高达 9 7 t 3 酬。所以，采用类似于有功潮流模型，进行无功功率跟踪，其跟踪的结果 是难以接受的。 但是，如果在有功、无功联合跟踪模型上，宣接采用复功率进行跟踪，则 计算复杂，不适宜大型电力系统。为此文献附9 1 引入m v a 联合贡献因子，由 m v a 联合贡献因子反映有功和无功的交叉影响，得到在形式上出于相互分离的 有功有向潮流分布图和无功有向潮流分布图。这种处理方法，与直接复合功率 跟踪方法相比，计算简化。 总之，潮流跟踪法实质是一种基于物理流的方法。这种方法是假设功率在 全系统混合流动，到达交易一方的功率并不全是由另一方输送的，所以潮流跟 踪方法适用于电力市场联营模式，而对双边或多边交易模式很难直接应用。虽 然，美国伊利诺斯大学( u n i v e r s i t yo fi l l i n o i s ) 的g e o r g eg r o s s 提出一种基于物理 潮流但能够考虑逆流和双边交易的网损分摊模式f ”1 。但g r o s s 的方法是一种网 6 四川大学硕士学位论文( 2 0 0 5 ) 损近似估算方案，用直流潮流计算结果估计交流系统网损。近来的研究表明， 在大系统中，其方案不仅估算的网损误差有时很难接受，其考虑的逆流即负网 损的分摊有时是明显不合理的。此类方法目前有很多争议，算法上也不成熟， 尽管往往被很多文献引用，但未有肯定结论。 1 3 3 边际网损系数法 边际网损系数法是一种灵敏度方法，即根据节点注入功率的单位变化引起 全网网损变化量的大小来对各节点上负荷或发电机进行网损的分摊。显然这种 分摊方法能反映各节点造成全网网损的微增成本信息，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网损减少的方向流动，达到优化潮流，提 高经济效益以及指导用户投资决策的目的。目前国外电力市场的网损分摊方法 大多是基于边际网损系数法【6 1 。但是分摊方法的具体实现却有所不同，下面就 两个典型的算法进行简要的介绍。 1 3 3 1g m m 方法【3 8 1 美国加州电力市场独立系统操作员( i s o ) 将网损分摊给发电( 或注入功率) 节 点。每个发电节点输送给负荷的实际功率被认为是量测的发电出力( 实际出力) 乘以一个系数g m m ( g e n e r a t i o nm e t e rm u l t i p l i e r ) ，g m m 可通过边际网损率 m l r ( m a r g i n a ll o s sr a t e ) 的计算得到。 m l r 是个灵敏度系数，定义为节点发电出力单位交化，其他节点发电出力 都不变，但所有节点的负荷按其在系统总负荷所占的比例进行变化时，系统总 网损的变化量。由定义可知，在计算边际网损率时，作了两个假设：假设其 他节点的发电出力不变：假设每个节点都分配了一个“松弛负荷”。即相当于 整体上抬( 或降低) 系统负荷。另外，计算出的m l r 需要再进行一次调整，避免 过度回收损耗成本和过度发电出力等问题( 损耗成本回收基本上是实际损耗的 两倍左右，加州运行经验表明是1 8 倍) 。加州i s o 取调整系数：口= 系统总网 损( 未调蹩的m l r 和发电实际出力的乘积之和) ，从而使总分摊网损等于实际系 统网损。这样，g m m 由下式计算：g m m = i a x m l r 。显然，若节点发电出力 为p ，则认为实际向负荷输送功率为p x g m m = p 口m l r p ，所以分摊网损的 大小为口m l r x p 。 除了g m m 方法，加州i s o 还研究了另一种替代方法s b t l a ( s c h e d u l e b a s e d 四川大学硕士学位论文( 2 0 0 5 ) t r a n s m i s s i o nl o s sa l l o c a t i o n ) 。通过两者之间运行实例的计算和比较，加州i s o 认为g m m 网损分摊方法虽然还需要细化修改，但在大多数情况下比s b t l a 方 法更能提供公正、有效和与地理位置相关的经济效益信号，应该予以保留。 1 3 3 2 节点和区域边际网损分摊方法 澳大利亚国家电力市场( n e m ) 包括输电网( 2 2 0 k v 及以上) 和配电网( 2 2 0 k v 以 下) 两部分。考虑到边际网损系数法对配电网计算的复杂性，因而配电网实行平 均网损系数法，而对输电网采用节点和区域边际网损分摊方案。整个澳大利亚 的输电网划为五个区，每个区定义一个区域参考节点r r n ( r e g i o n a lr e f e r e n c e n o d e ) ，一般r r n 取本区域大的负荷中心或发电中心。区域内的各联接节点的 边际网损系数m l f 的定义为： m l f = a r 。如谢= l + a l o s s a ，0 口d 0 - 2 ) 其中：a r r n 为r r n 节点发电出力微增量，m o a d 为联接点负荷微增量， m o s s 为网损微增量。 目的是将各节点的网损系数均折算到本区域的参考节点r r n 上。所以，对 于r r n 节点，其m l f = i ；丽对于负荷节点或重负荷地区的节点，m l f 倾向于 大于1 ，且m l f 越大，负荷所承担的网损就越多；相反，发电节点或主要向外 输出功率的地区的节点，m l f 倾向于小于1 ，且m l f 越小，发电机承担的网损 也就越多。 因为负荷的波动和运行方式的变化使m l f 也经常波动，n e m 使用前一财 政年度的历史数据，对区域内每半小时的网损系数在一年范围内按负荷的权重 进行平均( 共1 7 5 2 0 个区段) ，从而形成一个静态的网损系数。而对予区域之间的 网损系数则是动态的，每五分钟更新一次。具体计算复杂，主要是利用每时段 区域边界的交换功率和总负荷数据，利用回归分析拟合区域间网损系数和交换 功率的变化关系，但仍然是一种近似计算。 值得注意的是澳大利亚n e m 在结算时没有对边际网损系数按实际网损作 调整，这样造成电网公司过度收取用户网损费用。但有相关法案规定，电网公 司必须相应降低网络运行费用，以把多获取的利益再返还给用户。 除上面两种分摊方法之外，在文献【9 】中，提出一种不但对节点有功功率而 四川大学硕十学位论文( 2 0 0 5 ) 且对节点无功功率也进行网损分摊的算法。在该方法中，平衡节点的有功网损 系数和无功网损系数均为零，即不对其收取网损费用。而对于p v 节点，其无 功网损系数也为零，即不对p v 节点的无功功率进行网损的分摊。但文献f 4 0 1 认 为既使平衡节点提供了全网的网损，也应该承担网损，并提出可用于分布式平 衡节点潮流下的边际网损分摊方法。 为了使总分摊网损等于实际系统网损，需要对边际网损系数进行调整。除 了g m m 法中的比例法( s c a l em e t h o d ) 之外，文献h l 】提出平移法( s h i f tm e t h o d ) 。 这种方法是，对调整前各节点所分摊的网损量进行坐标平移，使得平移后的总 的分摊量等于实际的总网损量，而平移以后的各节点的网损量为最终的分摊量。 该文献认为，平移后的各节点网损分摊结果与平衡节点的选取没有关系，而且 所包含的经济信号并不会受到影响。 1 3 4 合同路径法 4 2 , 4 3 1 j 1 3 网损增量法1 4 4 , 4 5 在开放的电力市场中，除了联营体模式，还有双边交易模式及两者的混合 模式。在双边交易模式或混合模式下，需要合理地对交易韵双方分摊网损。 传统的合同路径法是以假定输电业务只发生在输电系统中的某些预先确定 的连续路径上，并假定输送的电能只经过这些线路，而不考虑对其他线路产生 的影响。虽然，随着电力电子技术的发展，通过f a c t s 技术控制潮流，尽量使 合同路径和实际潮流趋于一致【46 。但在复杂的电力系统中，对路径的选择和潮 流的控制将值得怀疑，而且这种潮流的控制，在一定程度上会影响其他用户选 择电力供应商的自由性f 47 1 。 另外，对双边交易的网损分摊，也可采用网损增薰法。这种方法是通过对 交易发生前后的全网网损变化的一种评估，估计值就作为对交易的网损分摊量。 直观上，这种方法非常适合双边交易，而且与平衡节点的选取无关。但是，对 同时发生的几笔交易，就会出现交易排序的问题，因为各交易计算出的网损增 量对所设定的交易顺序极为敏感【47 1 。 除了上面的几类方法以外，还有一些其他的分摊方法。例如基于阻抗矩阵 的网损分摊方法【4 s 】以及c l p 方法( c r o s s l o s s e sp r o p o r t i o n i n g ) c 1 2 】。其中c l p 法是 处理交叉网损最基本的方法，认为交叉网损应该按比例分摊。 四j i l x 学硕十学位论文( 2 0 0 5 ) 1 4 本文所做工作 本文对电力市场条件下的网损分摊进行了研究，主要工作有； 1 、对国内外网损分摊分析方法进行了对比研究，并分析和研究了网损分摊 的基本原目, q s d k n 关问题。 2 、研究和比较了现有的网损分摊方法的优点及存在的问题，在此基础上， 提出一种适用于双边交易的网损分摊方法，建立了其数学模型，提出了以潮流 电流为基础的网损分摊算法。方法能同时有效地应用于有功、无功网损的分摊。 该方法将交易分摊的网损表示为交易产生网损的分明部分与交易间相互影响而 产生的交叉网损两部分之和。每笔交易所分得的网损基于它对系统电流潮流的 贡献。 3 、本文提出的基于潮流电流的网损分摊数学模型中，网损分明部分由各交 易独立承担，而对于网损交叉部分，文中比较了现有的网损交叉项的分摊方式， 指出了分摊精度不高，存在交叉补贴的问题，提出了一种基于数学变化的分摊 方式，提高了分摊精度，较好的解决了交叉补贴这个问题。同时，方法采用了 “扩充因子”从而使得该分摊方式适用于任意系统。 4 、由于系统的非线性，交易所贡献的电流需要调整，本文提出了电流调整 因子( c a f s ) 的概念，并用c a f s 对电流进行调整。每一支路上电流调整因子的 制定，为各交易的网损分摊提供了公平合理的评估方法，并且保证了系统收支 平衡。 5 、对本文提出的基于电流的网损分摊算法进行了深入研究，绘出了算法过 程和程序框图。 6 、采用本文提出的方法对实例进行计算分析。通过对4 节点系统进行计算 分析，结果表明所提出的方法与预期的效果保持一致，是一种公平、合理、有 效的分摊方案。文中还将所提出的方法对i e e e l 4 节点实验系统进行计算分析， 提出在复杂系统中采用交易组进行计算，得到了合理的绐粟，从而证明了所提 出方法的正确性、有效性和可行性。 四川人学硕十学侍论文( 2 0 0 5 ) 第二章网损分摊的相关问题分析 科学合理的网损分摊在电力系统运营、交易和管理中起着重要的作用。本 章将分析和研究网损分摊所面临的一些问题。这些问题是确立网损分摊方法时 所必须要注意和解决的，同时，对于这些问题彻底的分析将有助于建立较为公 平、合理的分摊方法。 2 1 网损分摊面临的困难 电力系统潮流是一个大规模非线性问题，电网上的网损是电源、负荷的非 线性函数。网损分摊的问题是解决如何有效划分出各电源或负荷对支路损耗功 率分量的贡献。而现有电路理论尚无法将各分量明确区别- 丌来，其原因在于， 虽然线性网络中电流电压均符合叠加原理，一条支路上的电流或某节点的电压 是各电源独立作用时产生电流或电压分量的叠加，但功率则不满足叠加原理。 因为功率是相应电压或电流的二次非线性函数，支路功率不等于各电源单独作 用产生功率分量的叠加。因此，对于各电源对支路损耗功率的贡献，无法用各 电源分量独立表示，而只能表示为两部分之和，一部分是该电源产生的电流分 量独立引起，而另一部分是该电流引起的电流分量与其他电源引起的电流分量 共同产生的交叉项。网损分摊之所以困难，主要就是由于交叉项的存在。另外， 尽管功率流动服从电路定律，但合同路径与实际物理路径不一致，同样使网损 分摊变得十分困难。许多研究文献提出了多种不同的处理原则，多数方案是先 作一定的假设或简化。确定某种规则的分摊方法：许多国家、地区则根据具体 条件限制和因素，采用一些实用化的网损分摊方法。 2 2 网损分摊中的几个主要问题 2 2 1 自变量的选择 从数学上讲，输电网损耗分摊问题本质上是函数值的分配问题，即将函数 值或其变化分摊给各个自变量或其变化，其中，被分摊量为函数值，分摊量为 自变量1 4 9 j 。可以选择系统中的任意一组独立变量作为自变量，比如节点功率、 节点电流、节点电压等。以不同的量作为自变量。分摊结果会有所不同。电力 系统的计量、结算等都是按功率计算的，因此应以功率为自变量。但是线路功 率、网损等与节点功率或交易功率之间的函数关系非常复杂。一种简化的方法 四川大学硕十学位论文( 2 0 0 5 ) 是以电流为自变量，因为系统中节点的电压波动一般不会很大，所以，大多数 情况下以电流为自变量与按功率为自变量计算的结果差别不会很大，但函数关 系却简单了许多。 2 2 2 分摊对象 在网损分摊对象中，是将网损分摊给节点1 2 卅( 包括发电机节点和负荷节点) ， 还是分摊给交易l ，或者同时分摊给节点和交易【5 0 l ，甚至系统操作员也应承担 部分损耗? 另外，分摊给节点时，则又可以分摊给所有节点或仅分摊给发电机 节点。因此，分摊对象是网损分摊问题首先要确定的一个问题。关于这个问题， 学术界还没有形成统一的认识，不同分摊方法的结果也有很大差别。 在联营体模式( p o o l 模式) 下，发电机与负荷为独立核算个体，因此将输电网 损耗分摊给各发电机和负荷较为妥当，这样有利于各市场参与者选择各自的贸 易对象，也符合实麓竞争性电力市场的改革初衷。在p o o l 模式下，无论用敏感 系数法f 5 l 】还是潮流追踪法【2 1 1 ，都会是以某种形式来找发电机与周围负荷的联系， 即以物理的或者是经济的方法来确定发电机功率的流向和负荷的潮流来源。事 实上，学界已经证明想要追踪系统中发电机功率潮流的确切流向是不可能的， 当然，同样不能精确确定负荷来源。所以这种对应关系的确定通常会带有一定 的任意性，而这种任意性带来了不同基于联蕾体模式的网损分摊方法的结果的 多样性。因而并不能说这些方法哪个更合理，因为它们是基于不同的前提的( 比 如潮流追踪中的比例分摊( p r o p o r t i o n a ls h y i n g ) 前提) 。 在双边交易模式( b i l a t e r a lc o n t r a c 0 下，发电机与负荷在事实上确立了一个 整个关系( 一个交易) ，这与在联营体模式下发电机与负荷为独立核算个体的情况 有本质区别的。在双边交易模式下，在发电机与负荷签订了合同之后，无论交 易在特定时刻的交易量如何，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。本文认为，确立双边交易模式下网 损分摊方法的目标就是将整体网损分摊到单个交易，重要的是确定交易对整个 系统网损的责任( r e s p o n s i b i l i t y ) 。至于网损费用在交易内部的分摊，这是属于交 易双方的内部问题，应由交易双方自行解决。通常确定单个交易网损分摊量最 直观的方法是计算交易加入系统时的网损增量( i n c r e m e n t a ll o s s ) ，然而，由于网 损方程的非线性和系统中同时存在多个交易的原因，导致分摊问题的复杂性。 四川人学硕士学位论文( 2 0 0 5 ) 对于p o o l 和b i l a t e r a l 的混合交易模式，就具体情况具体分析，对于输电网 中的基本输电业务，应将网络损耗分摊给节点( 发电机和负荷) ，对于已经签订了 双边( 多边) 协议的输电业务，应该将损耗分摊给交易。把损耗与系统调度的功能 相结合的方法很值得商榷，因为这种分摊方法降低了损耗分摊的透明度，不能 给市场参与者提供正确的经济信号，尤其是损耗成本信息很有可能被其他成本 信息所淹没，对长期的经济效益非常不利。 2 2 3 反向潮流 在电力系统潮流中，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传输损耗，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的方向相反( c o u n t e rf l o w ) 。下 面通过一简单例子来说明此问题。 如图2 1 所示，在单线路简单系统中，存在三个交易t l ( g l ，d 1 ) 、t 2 ( g 2 ， d 2 ) 、1 3 ( g 3 ，d 3 ) ( 其中g 、d 分别表示交易的发电机和负荷) ，t l 、t 2 和t 3 的 交易量分别为1 0 m w 、5 0 m w 、2 0 m w 。假设线路损耗与线路有功潮流成二次方 关系，设线路l i 上损耗p i 。产0 0 0 0 2 p 2 ，p 为线路l l 上的潮流( 由于线路损耗与 线路上的有功、无功有关，这一假设在真实大系统中并不成立。事实上，整个 系统网损与线路潮流之间是一种复杂的非线性关系) 。 因此系统的网损就等于线路l l 的线损为o 3 2 m w 。显然，系统中的潮流流 向是由a 流向b ；然后考察系统中不存在t 3 时，系统的网损将增加0 7 2 m w 。 发生这一现象的原因就是交易t 3 在线路l ，上提供了一个与系统潮流流向相反 的潮流，使线路l l 上的电流减小，从而使此系统的网损减少。 g d ， g l 图2 1 单线三交荔系统 g l 定义与系统潮流相反的潮流就称为反向潮流：而与反向潮流对应，整个系 四川大学硕士学 7 ：论文( 2 0 0 5 ) 统潮流就称为主潮流。文献【52 j 认为，从逻辑上讲，只有当系统的传输线上存在 一个主潮流时，某些交易才有可能对减少系统做出贡献，因此不应该将提供反 向潮流的交易特殊化，也应该始终摊给其正的网损量。文献【5 3 】提出给提供反向 潮流的交易予以奖励，分摊其较少的网损费用，甚至是分摊负分摊值( 即并不向 此交易收取费用，而是补偿费用给此交易) 。 本文认为，虽然交易加入时网损的减小是因为反向潮流的存在，但是交易 加入系统中在线路上引起反向潮流并不一定会使系统总网损减小。只有当下面 的情况。即当交易加入到系统中，在交易引起反向潮流的线路上所造成的损耗 减小超过在它引起潮流方向与主潮流相同的线路上所引起的损耗增加时，系统 总网损量才会减少。因此，交易引起反向潮流是网损减少的必要条件。但并不 是充分条件。 既然反向潮流客观存在于电力系统中，因此，本文认为，能否真实地反映 系统中某些交易提供反向潮流的情况是评价输电网损耗分摊方法是否合理的一 个重要因素。输电网中输电业务的晟终损耗分摊结果应当反映出反向潮流的作 用。如果在输电损耗分摊方法中不考虑反向潮流，就无法反映交易对系统中潮 流影响的真实情况，也就无法反映交易双方节点在系统中的位置和系统的实际 运行状态，这样的损耗分摊方法必然不被市场参与者所认同。文献1 2 1 l 中所提到 潮流追踪法的局限性在反向潮流方面就显而易见，因为对于任何交易情况，包 括提供负网损交易存在于系统的情况，分摊都会产生正的网损分摊量，然而从 上面的结论可以推出这种方法必然也不能正确反映交易对系统潮流影响的真实 情况，相应的也就不能公平的分摊网损。 本文第四章所提出新的网损分摊策略中考虑到了反向潮流的问题。利用新 的分摊方法，在有提供反向潮流使系统网损减小的交易加入系统时，该交易不 仅将会分到较小的网损量( 甚至为负值) ，其他一些交易的网损分到的网损量也会 明显减小。 2 2 4 交叉问题 由于网损方程和潮流间非线性特性，引起多个交易单独作用时的网损之和 不等于交易共同存在于系统时的总网损，也即某交易与其引起的潮流间关系是 非线性的，所以总是存在着系统实际潮流与每个交易单独执行后的系统潮流总 四川人学硕士学位论文( 2 0 0 5 ) 和不相等的这种情