（电力系统及其自动化专业论文）潮流跟踪在输电服务成本分摊中的应用问题研究.pdf

华中科技大学硕士学位论文 a b s t r a c t a l l o c a t i o no ft r a n s 孟i s s i o ns e r v i c ec o s t i so n eo ft h em o s ti m p o r t a n ti t e m si nt h e r e s e f t r c ho f p o w e r m a r k e t t h e c o m p o n e n t c a l c u l a t i o na n d a l l o c a t i o nm e t h o d so f t r a n s m i s s i o ns e r v i c ec o s ta l ed i s c u s s e di nt h i st h e s i s t h et h e o r y o fp o w e rt r a c i n gi s i n t r o d u c e da n da p p l i e di nt h er e s e a r c ho f c o s ta l l o c a t i o no f t r a n s m i s s i o ns e r v i c e an o v e la l l o c a t i o nm e t h o do fc o n g e s t i o nr a t eb a s e do np o w e rt r a c i n gt h e o r y i s p r e s e n t e d t h i sm e t h o d ，w h i c h i sb a s e do nt h ec o n c e p to fd i r e c t e dp a t h sa n dt h ep r i n c i p l eo f p r o p o r t i o n a ls h a r i n g ，c a nc a l c u l a t et h ec o n t r i b u t i o n so f t h ep o w e ro nc o n g e s t e dt r a n s m i s s i o n l i n ef r o me v e r ym e m b e ri nt h ep o w e rm a r k e td i r e c t l ya n dq u i c k l y a ne x a m p l ei su s e dt o v e r i f yi t sf e a s i b i l i t yi na l l o c a t i n gt h e c o s to ft h et r a n s m i s s i o ns e r v i c e t os e t t l et h ep r o b l e mo n g r i de m b e d d e dm a r g i n a lc o s tm e t h o d ，w h i c h c a n tc o v e ra l lo f t h et r a n s m i s s i o nc o s t s ，t h ec o n c e p to fu n u s e dc a p a c i t yc o s ti sp r o p o s e da n da na l l o c a t i o n m e t h o do fu n u s e dc a p a c i t yc o s tb a s e do np o w e rt r a c i n gi ss u g g e s t e d t h i sm e t h o dc a nc o v e r a l lo f t h et r a n s m i s s i o ns e r v i c ec o s t a ne x a m p l ei su s e dt ov e r i f yi t se f f e c t i v e n e s s i m p r o v e dp o w e rt r a c i n gm e t h o d i su s e dt oc i r c u l a t i n gt r a c ei nt h ec i r c u i tw i t hl o o pf l o w t h ea m e n d a t o r yf a c t o ri sc a l c u l a t e dt ot e l lt h ec o n t r i b u t i o nd e g r e eo fe a c hc o m p o n e n ti nt h e c i r c l ew i t hl o o pf l o w t h i sm e t h o dc a l ls e t t l et h ep r o b l e mo fa l l o c a t i n gt h et r a n s m i s s i o n s e r v i c ec o s tw i t hl o o pf l o w i ti ss i m p l et oc a l c u l a t ei np r a c t i c a lo p e r a t i o n i t sv a l i d i t yi s d e m o n s t r a t e du s i n ga ne x a m p l eo f6 - b u ss y s t e mw i t hl o o pf l o w k e y w o r d s ：p o w e rm a r k e t ，t r a n s m i s s i o ns e r v i c e ，p o w e rt r a c i n g ，c o n g e s t i o nr a t e ，c o s t o f u n u s e d c a p a c i t y , l o o p f l o w 华中科技大学硕士学位论文 1绪论 1 1 课题的来源、目的和意义 一 1 1 1 电力市场改革的原因、目的与现状 d l 于电力系统具有典型的规模经济效应，电力生产成本随着产量的提高而递降，从 整个社会经济效益最大化的角度来说，由一家企业提供产品是最优的。因此，在9 0 年 代以前，不仅我们国家的电力系统是由国家垄断经营的，在市场经济发达的西方国家， f 乜力系统大多也是垂赢垄断经营的，同一个地区的发电、输电、配电一般都是由一家 企业经营。为了防止垄断企业利用其垄断势力获取超额利润，政府一般对电力公司进 行严格管制。 由于垄断模式下没有竞争，造成了电力企业效率普遍低下，生产成本居高不下，服 务质量也不尽人意。为了提高电力工业整体的生产效率，增加社会的整体收入，降低 用户电价，提高服务水平，目前世界上很多国家都在进行或将要进行电力工业的改革， 逐步解除对电力系统的管制，进行结构重组，建立竞争的市场机制。电力工业的改革 目标就是打破垄断，在电力工业中引入竞争，利用竞争的市场机制来实现电力系统资 源的优化配置。 9 0 年代以来，世界上已经有2 0 多个国家对电力系统进行了改革，如英国、阿根廷、 巴西、哥伦比亚、澳大利亚、新西兰、挪威、美国等，大多数改革都取得了较好的效 果。如最早进行改革的英国，在实行改革的头8 年间( 1 9 9 0 年一1 9 9 8 年) ，销售电价就 下降了2 8 a 当然改革也有不成功的，如美国加州2 0 0 0 年底发生了严重的电力危机， 两家主要的电力公司声称亏损严重，临近破产边沿。电力市场改革的成败，很大程度 上取决于市场规则的设计。在某些情况下，不够完善的市场规则设计，可能会给电力 市场的改革带来巨大的灾难。 我国从1 9 8 8 年开始，确定了“政企分开，省为实体，联合电网，统一调度，集资 办电”的2 0 字方针，开始了“厂网分开，竞价上网”的改革，并以山东、上海、浙江 及东北三省黑、吉、辽等六个电网为试点单位。1 9 9 5 年开始，浙江、安徽等省在省内 华中科技大学硕士学位论文 实行模拟电力市场。2 0 0 0 年1 月，i j i 东一匕海、浙江发电侧电力市场l f 式投入商业化 运行。2 0 0 2 年3 月，国务院萨式批准了电力体制改革方案。4 月1 lh ，国家计委 公佰电力体制改革方案内容：将国家r 乜力公司管理的电力资产按照发电和电网两类业 务进彳划分。发电环节按照现代企, i k 带r l 度要求，将国家电力公司管理的发电资产直接 改组或重组为规模大致相当的5 个仝困性的独立发电公司，逐步实行“竞价仁网”，丌 展公，f 竞争；电网环节分别设立国家f 【王网公司和中国南方电网有限责任公司。这标志 着中国电力工业从此进入了一个崭新的发展时期。如何在我国电力l 了场改革的新时期 逐步创建适合我国国情的电力市场模式与市场规则，是目前亟待解决的问题。 1 1 2 输电成本分摊对电力市场运行的影响与重要性 在电力市场中，输电网络是联系发电机与用户的桥梁。发电机是通过输电网络的 输电服务，将电能从发电厂输送到各个负荷节点来参与市场竞争；用户则根据其所在 节点的最终电价，即电能生产价格与输电服务费用的高低，来决定其选购对象和数量。 所有的电力市场交易都需要通过输电服务来完成。在电力市场中，输电服务是一种重 要的商品类型，输电服务成本是电力成本的重要组成部分。如何科学地分析和计算输 电服务成本并在各市场成员之间进行公平地分摊，以形成独立的输电服务价格，是电 力市场规则设计中的一个重要方藏。 为了最大限度地提高电力市场整体效益，平衡每个市场成员之间的利益，实现公 平竞争，在电力市场交易机制不断完善以及输电系统不断发展的情况下，输电网络必 将逐步对所有用户无歧视地开放。而合理地计算和分摊输电服务成本的方法则是输电 网丌放( t r a n s m i s s i o no p e na c c e s s ) 实现公平竞争的前提，也是电力市场与电力系统经 济、安全运行的保障。实旌输电服务成本的科学计算与分摊，对于正在进行的电力市 场改革具有十分重要的意义。 1 1 3 潮流跟踪在输电成本分摊方法中的地位和意义 目前国内外在电力市场模式下的输电服务成本分摊的模型、算法方面已经取得了 很多的研究成果。输电服务成本的分摊方法总体上分为基于得益的分摊方法和基于对 2 华中科技大学硕士学位论文 电网使用程度的分摊方法。基于得益的分摊方法不直接考虑交易对电网的影响，而足 根据各个交易使用输电网获得的效益大小来分摊成本。由于在得益的评估上存在相当 的主观性，难以形成一个为所有市场成员“泛接受的标准，因此在实际的电力市场中 应用较少。 目前国外大多数电力市场是按照市场成员或者交易对输电网络的使用程度来分摊 输电服务成本。具体可以分为以下两类： ( 1 ) 不基于实际潮流的方法 该类方法包括：邮票法，即只考虑传输功率大小的方法；基于距离的兆瓦公聃法， 即考虑用传输的功率和传输的物理距离的乘积来评估各个交易对电网的使用的方法： 合同路径法，即假设电力交易的潮流仪流过合同规定的路径，确定各交易应该承担成 本的方法。这些方法都比较简单，计算方便，易于实现。但它们都不考虑实际的潮流 状况和各个交易对电网的实际影响，采用这些方法，电网使用者没有承担他们应承担 的真实成本，不利于电网的经济运行。 ( 2 ) 基于潮流的方法 潮流比较的方法【2 】【3 1 ，通过比较不同情况下的潮流以确定各交易对网络的使用程 度。这种方法需要进行两次潮流计算，过程比较复杂，耗时较长。 基于电流的方法【4 j ，将功率注入转化为电流注入，然后根据线性电路的叠加原理来 计算各电流注入对支路潮流的影响，并将其作为功率注入的影响。这种方法计算量大， 实际系统中应用困难。 潮流灵敏度的方法1 5 】 6 1 ，通过计算每个交易对线路功率的灵敏度系数，并用这些系 数来反映发电机、负荷或双边交易对线路功率的贡献。然而负荷对输电线路潮流的灵 敏度可正可负，并且灵敏度的计算与系统潮流状态的关系很大。 为了解决这些问题，1 9 9 6 年j b i a l e k 提出了潮流跟踪的方法【7 1 ，其核心思想是按比 例分摊的原则，即假设节点的各注入等比例地分摊到各流出支路输出潮流中。根据这 一原则可以对线路功率的流动情况进行直接跟踪，得到从发电机流向一条特定线路的 有功和无功潮流的量，进而评估发电机或者负荷对特定线路上潮流的贡献程度，实现 3 华中科技大学硕士学位论文 输电服务成本在每个负荷和发电机间的合理分摊。用潮流跟踪法确定的分摊系数总是 正的，并且基本能够满足输电费用分摊的各项要求。 随着电力市场改革的深化，由于输电服务成本分摊的需要，该方法得到了广泛关 注。越来越多的人丌始研究这方法，先后有学者提出了基于潮流矩阵分解的算法和 基于图论的算法等，新的算法仍在不断的发展之中。 1 2 国内外的研究现状 输电服务成本的汁算和分摊是实现输电系统的优化运营和电力市场良性发展的附 提保证，是电力市场研究中需要重点探讨的问题。 ( 1 ) 电力市场环境中输电服务成本的构成分析、计算和分摊方法 电力市场模式f 输电服务成本是由固定成本和可变成本两部分组成的。固定成本 主要包括输电网络设备的年投资回报、年折旧费用和定期检修与维护费用以及行政管 理费用等，可变成本主要为网损和阻塞费用。 根据输电服务的成本，在目前的电力市场模式下，现有的输电服务定价方法主要有 基于嵌入成本的会计学方法和基于边际成本的经济学方法两类【8 】【9 i 。基于嵌入成本的会 计学方法一般采用成本分摊的定价方法，把企业在生产、销售过程中所发生的各种费 用，按各种不同的对象进行归集和分配，确定该对象的总成本和单位成本。对于输电 服务这种具有自然垄断特性的商品，可以直接采用嵌入成本方法，将其成本合理地分 摊给每一位市场成员，形成独立的输电服务价格。基于边际成本的经济学方法，一般 采用节点定价方法，直接计算每一个节点的节点电价。但是由于输电服务具有规模经 济效应，边际成本方法往往难以保证足额回收所有成本，故还需要进行收支协调，如 对边际成本计算方法进行修正或者将边际成本计算方法中不能回收的成本分摊给每位 市场成员。 本课题主要研究的是成本分摊的问题。首先计算每一条输电线路需要分摊的输电 服务成本大小；再将各条输电线路的输电服务成本，按照某一个既定的规则，公平合 理地分摊给电力市场的每个成员( 发电机和用户) 。本文将着重探讨分摊的原则和方法 4 华中科技大学硕士学位论文 以及潮流跟踪在输电服务成本分摊方法中的心川。 在j b i a l e k 提出的潮流跟踪理论的基础卜，f i 少学者作了进。步的研究，提出了一 些改进方案。这些方案大多数是基十潮流矩阵分解的算法，在潮流计算中应用矩阵分 解，直接得到发电机、负荷或者每个交易对线路的使用程度。由于该算法需要进行矩 阵求逆，在实际计算大系统时耗费的计算时间较多，不宜应用于实时电力市场中的输 电服务成本分摊计算。虽然也有学者提出了些适用于大系统的改进算法，但对于改 进算法的使用条件阐述不明确或者没有给予充分的证明。由于潮流跟踪问题实质上是 拓扑分析问题，于是有学者提出了基f ：图论 lo 的潮流跟踪算法，但该算法计算汲取因 予矩阵和贡献矩阵的过程也较为复杂。 ( 2 ) 基于潮流跟踪的阻塞费用分摊方法 阻塞费用是因调整交易计划所产生的调度费用，必须通过相应的分摊机制，合理 地分摊给各市场成员，以提供正确的价格信号，从而减少阻塞的发生。 目前，在电力市场运营中阻塞费用的分摊方法一般采用按输送功率平均分摊，即阻 塞费用按照输送功率的大小在所有市场成员间进行平均分摊，并不考虑各市场成员对 网络阻塞的贡献程度。该方法实施简单但不能反映公平、合理的分摊原则，各市场成 员均没有主动消除阻塞的动机。因此，许多学者均提出阻塞费用应该由引起阻塞的市 场成员支付，按照各市场成员对造成阻塞的责任程度来分摊。按阻塞责任分摊法又可 分为按交易裁减量分摊法和按线路使用程度分摊法。 潮流跟踪算法可以准确地跟踪非线性电力系统的潮流，评估每台发电机、负荷或者 每个交易对于线路潮流的贡献程度，进而确定它们对输电线路的使用程度。但是传统 的潮流跟踪方法，需要矩阵分解并求逆，或者要分别计算汲取因子矩阵和贡献因子矩 阵并相乘，计算过程较为复杂。 ( 3 ) 潮流跟踪在输电服务的未用容量成本分摊中应用 在目前的电力市场模式下，现有的输电服务的定价方法主要有基于嵌入成本的会 计学方法和基于边际成本的经济学方法两类。各种会计学方法直接着眼于输电服务成 本的足额回收，价格缺少能够引导电网安全经济运行的经济学信息；而经济学方法， 华中科技大学硕士学位论文 虽然通过反映资源稀缺性的机会成本实现了定价的有效性，似容易导致市场中的投机 行为且难以保证成本的合理旧收与收支平衡。尤其是短期边际成本法( s r m c ) ，输电服 务成本回收不足的矛盾f 分突出；跃期边际成本法( l r m c ) 涉及 乜网的最优扩建，难 以应用【i l l i l 2 1 。为此出现了许多在s r m c 基础上进行收支平衡修i f ：的方法，但它们或是 难以应用，或是使价格的经济学信息和有效性损失严重。 因此文献f 1 3 】、【1 4 l 研究了两部制方法，将反映固定成本的同定费和反映可变成本 的使用费分丌计算。圈定费以传输容量为计费标准，使用费则以传输的能量为计费标 准。采用两部制的计费方法t 以使输电网回收全部成本，从而避免引员。 文献1 5 1 提出的网嵌入边际成本法的数学模型，可以汁及输l u 服务的可变成本和部 分固定成本，但仍然无法保证叫收所有输电服务成本。在研究网嵌入边际成本方法的 基础上，为了减少经济学信息和有效性损失，同时保证回收所有的输电服务成本，本 文提出未用容量成本的概念。基于两部制的思想，把输电服务成本划分为可以采用边 际成本回收的部分和无法采用边际成本回收的部分。将后者定义为未用容量成本并在 用户间按照某种既定的规则进行分摊。由于未用容量成本小于固定成本的总量，所以 该方法比传统的按照可变成本和固定成本来划分的方法，经济学信息损失要少。 线路的未用容量成本的大小确定以后，就可以按照某个原则在所有的市场成员之 间进行分摊。在选择具体分摊方案的问题上，可以采用邮票法、基于可靠性分析的方 法和基于使用的方法等几种模式。本文认为未用容量成本也应该按照交易对电网的实 际使用程度来分摊。在基于使用的分摊方法中，本文选择采用潮流跟踪的方法，评估 用户对线路的使用情况。该方法计算简单，且比较容易理解和接受。 ( 4 ) 有环流系统输电服务成本的分摊问题研究 传统的潮流跟踪方法，均假设系统正常运行，没有环流。但如果输电网络中存在环 流，采用传统的潮流跟踪方法将无法搜索到存在环流回路中的纯源( 汇) 点，从而无法 进行顺( 逆) 流跟踪计算。 国内外学者针对环流问题提出了基于电流叠加原理【4 】的解决方法和基于最优潮流 1 6 l 的解决方法。 基于电流叠加原理的方法，在某一潮流运行点下，对电网进行等效，利用线性电 6 华中科技大学硕士学位论文 路中的叠加原理，分别计算此时各电源和负荷对j j 输电线路的电流贡献，然后依据此 贡献进行输电服务成本的分摊。该方法给出了，合理、准确的成本分摊信息，可以保证 输电服务成本的合理回收，并 ；l 它可以应j f j r 存存环流的网络。但该方法计算量犬 实际应用困难。 文献【1 6 】提出可以采用最优潮流( o p f ) 的方法消除环流。通过o p f 方法，调整移 相器的相角使得整个系统的输电网络损耗达到最小。在经过o p f 计算后得到的新相角， 可以为环流的消除提供必要的信息。在采用新相角的系统中是没有环流的，因而可以 利用传统的潮流跟踪方法进行输电服务的成本分摊。但是，按照环流消除后的潮流分 摊输电服务成本，对于在环流存续期问，备市场成员对于环流的贡献比例的计算不够 准确。 1 3 本文的章节安排 本文选择电力市场环境下，潮流跟踪在输电服务成本分摊中的应用问题作为研究 方向，研究工作涉及到以下几个方面：输电服务成本的构成分析与计算方法，输电服 务成本的分摊原则和方法，潮流跟踪在阻塞费用分摊中的应用，线路未用容量成本的 分摊以及有环流网络的输电服务成本的分摊等问题。全文的章节安排如下： ( 1 ) 本文第一章绪论，主要介绍课题的来源、目的和意义，阐述本文的研究内容和 国内外的研究现状以及本文所做的工作。 ( 2 ) 第二章首先根据相关的经济学理论，分析电力市场中输电服务成本的构成，然 后根据各部分成本的性质特点，总结了它们各自的计算方法。 ( 3 ) 第三章分析输电服务成本的分摊问题的实施难度以及目前的解决方案，总结目 前国内外基于不同原则的多种输电服务成本的分摊方法。 ( 4 ) 第四章总结潮流跟踪的基本理论与传统算法，并对现有算法进行了评价。提出 一种基于改进的潮流跟踪的阻塞费用快速分摊方法，通过评估发电机或者负荷对指定 线路上潮流的贡献程度，进而实现线路的阻塞费用对每个负荷和发电机的快速分摊。 这种方法易于理解、公平直观，而且比传统的潮流跟踪方法计算速度更快。最后运用 算例验证该方法的可行性。 + 7 华中科技大学硕士学位论文 ( 5 ) 第五章在讨论网嵌入边际成本方法的基础上，提出输电线路未用容量成本的概 念，以解决运用网嵌入边际成本方法无法回收全部输电服务成本的问题。提出- - v e 基 j 二潮流跟踪的输电服务线路未用容量成本的分摊方法。该计算力+ 法町保证输电服务成 本的足量回收，同时可以提供i f 确的价格信号。采用算例验证该方法的有效性。 ( 6 ) 第六章总结在有环流网络中输电服务成本分摊的”一些处i 里方法，并通过对潮流 跟踪算法的改进，提出在 廿现环流的凹路进行循环跟踪，经过递归搜索潮流分摊比例 矩阵，可以构造环路修正因子，从而快速而准确地跟踪在带有环流网络中的各发电机 ( 负荷) 对指定线路的潮流贡献( 汲取) 比例。给出个简单算例证明该方法的可行性。 ( 7 ) 第七章对全文的研究工作进行归纳和总结。 华中科技大学硕士学位论文 输电服务的成本构成与计算 2 1 引言 输电服务是指利用输电网络将电能从发电机( 发电商) 安全、经济、高效地输送给用 户( 配电商) 1 7 j 。电力市场中所有的交易都是通过输电服务完成的。输电服务具有典型 的自然垄断的经济特性和规模经济效应。 输电服务成本是电力成本中的一个重要组成部分，输电服务成本的构成与计算是成 本分摊的前提与基础，是电力市场规则设计中的一个重要方面，也是输电网开放 ( t r a n s m i s s i o n o p e na c c e s s ) 实现公平竞争的前提。因此输电成本的构成与计算一直是 电力市场研究的热点。辅助服务一般独立于输电服务来讨论，故在这里没有将辅助服 务的成本包含在输电服务成本之中。通过科学分析和计算输电服务的成本，以及管制 性的成本分摊机制与规范的运营模式来抑制输电服务的垄断力量，向电力市场的成员 ( 发电机和用户) 提供最优的输电价格信号和尽可能低的输电成本，可以促使输电网络 资源的最优利用与良性发展，并正确引导电网、电源以及负荷的规划建设。 根据经济学的观点，输电服务成本可以分为固定成本和可变成本两部分。固定成本 是现有系统容量的网络建设成本。可变成本则主要由以网损为代表的运行损耗和可能 发生的阻塞费用组成。运行损耗主要是网络传输损耗：阻塞费用是在电力系统发生线 路阻塞的情况下，调整交易计划而导致的调度费用。 根据输电服务的成本，在目前的电力市场模式下，现有的输电服务定价方法主要有 基于嵌入成本的会计学方法和基于边际成本的经济学方法两类。 基于嵌入成本的方法是会计学概念，指的是把输电服务过程中所产生的各种费用， 按各种不同的对象进行归集，然后根据某种既定的原则在市场成员间进行分摊，借以 确定该对象的总成本和单位成本的一种专门方法。对于输电服务这种具有自然垄断特 性的商品，可以采用嵌入式成本方法，将其成本合理的分摊给每位市场成员，形成 独立的输电服务价格【1 4 】。 基于边际成本的方法，则是一个经济学概念，指的是为了达到某个经济效益目标， 9 华中科技大学硕士学位论文 通过经济学方法的计算，基于市场来定价，求出每个节点的价格，并根掘此价格计算 消费者应支付的费用1 8 l l 。按照微观经济学的理论，商品按照边际成本的方法来定价可 以实现资源的最优配置。但是由输电服务具有规模经济效应，、f 均成本始终大于边 际成本，采用经济学的边际成本方法往往难以保证足额回收所有成本，导致提供该服 务的输电网络经营者的亏损，故还需要收支协调，如对边际成本计算方法进行修f ， 或者将边际成本计算方法中回收不足的成本分摊给每位市场成员l ”i 。 本章将分别讨论输电服务成本的构成，研究各部分成本的计算方法，以确定需要分 摊的输电服务成本的种类和大小，为卜章输电服务成本的分摊提供研究对象。 2 2 输电服务固定成本的构成与计算 固定成本，在经济学上又称沉淀成本，即已经发生的成本或现有成本。在电力市 场中，输电服务固定成本主要是输电网络的建设投资，其总量与线路上输电量的大小 无关，也就是说无论输电网络传输电能的多少，这部分成本是固定不变的。该成本是 与整个网络的现有的输电容量成萨比的，故又称为系统的现有容量成本。 2 2 1 输电服务固定成本的构成 输电服务固定成本主要由输电网络设备的建造、架设费用及其投资利息组成，当然 还应该包括其他一些相关费用i ”。具体的成本计算包括以下几个部分： ( 1 ) 输电网络设备的年投资回报 通常采用比较简单的计算方法，将输电网络的设备总投资乘以一定的年回报率，作 为电网每年的投资回报。也有一些电力市场根据投资的类型如自有资本、贷款、债券 和股票，分别计算利润、利息和股息，将这些利润、利息和股息的和作为输电网络每 年的投资回报。 ( 2 ) 输电网络设备的年折旧费用 根据政府监管部门确定的输电网络设备使用年限，按照一定的规则，如：定额法或 者双倍余额递减法，来计算电网设备的年折1 日费。 1 0 华中科技大学硕士学位论文 ( 3 ) 输电网络设备的定朗枪修与维护费用 为保证输电网络的 芾运行，政府监管部门通常都会对输电网络设备的定期检修与 维护提出具体的要求，此产生的费用，与输电网络传输的电能多少相关性不大，不 宜按电量分摊，一般都按容量分摊，故也应列入输电服务固定成本之中。 ( 4 ) 行政管理费用 负责输电网络安全运营的非营利机构的行政管理费用，以及政府监管部门设定的定 额税收或利润，一般也是和输电网络的现有容量规模大小相关的，而与网络中实际交 换的电量大小无关，故也应计入输电服务固定成本之中。 2 2 2 输电服务固定成本的计算 在一定的投资回收期之内，在不涉及到系统扩建的情况下，输电服务固定成本的 总量是不变的。固定成本中，输电网络设备容量建设的投资占绝大部分。因此传统的 输电服务的成本计算方法，主要考虑对现有电网容量建设投资的简单回收，即将线路 固定成本中的各个部分求和，计算出该线路的建设总投资，然后根据监管部门规定的 年贴现率和回收年限，即可计算出该线路每年应回收的投资额。每年应回收的投资额 加上年检修、维护和行政管理费用的修正项就等于线路，每年应回收的输电服务的固定 成本y c t 。 其计算公式可以表示为该线路输电设备建设总投资的等年年金与代表该线路年检 修、维护和行政管理费用的修正项的和： yc：堑型塑：+。i ( 1 + f ) ”一1 其中，口c ，为线路，的总的建设投资，i 为年贴现率，n 为回收年限，m 代表年检修 维护和行政管理费用； 或者表示为输电网络设备年投资回报和折旧率的形式，其计算公式为： r c , = b c i i + b c i i + m 华中科技大学硕士学位论文 其中，i 为输f 乜网络设备的年投资回报率，i ”代表输电网络设备的年折旧率。 若将该线路每年应囱收的成本总额再除以线路的额定输送容量，就可以得出单位 容量的输电服务崮定成本的价格尸r j 。具计算公式为： 飓= 等 其中，n 为线路，的额定容量。 2 3 输电服务可变成本的构成与计算 输电服务的叮变成本主要由网络损耗和j j 察费用组成。这部分成本与输电线路的 输电量成i e 比。 2 3 1网络损耗的计算 电力系统网损的计算公式可以分为两大类： 一类用节点注入表示的公式，其依据的原理是系统总网损等于全网所有节点的总注 入。根据所使用的变量不同( 复电流、有功功率、复功率等) ，又有很多种具体的表示 方法。下面列出几个常用的网损的计算公式【嵋1 1 1 9 l ： ( 1 ) 用节点阻抗矩阵元素和节点功率的极坐标形式表示的网损计算公式： p l i = 杰t = l 妻j * l 粤，t j c + q g ) c 。s 巴一亿锡+ g 弓) s i n 岛】 其中，n 为系统总的节点数。 ( 2 ) 用节点阻抗矩阵元素和节点电流的极坐标形式表示的网损计算公式： p l f = r 4 i ，ijc o s l ；l ，= l ( 3 ) 用节点阻抗矩阵元素和节点电流的直角坐标形式表示的网损计算公式： 2 华中科技大学硕士学位论文 p l = r ，吣i 。+ l 。j | 。、 另一类是用支路电流或功率表示的公式，依据的原理是系统总网损等于网中各条吏 路的网损之和。根据所使用的变量不同( 复电流、有功功率、复功率等) ，也有儿个常 用的计算公式8 9 1 ： ( 1 ) 用支路阻抗和支路电流形式表示的网损计算公式： 差。 p l i = r 。砰 t 其中t = ，。，m 为系统总的支路数。 f l i ( 2 ) 用支路阻抗和支路电流分量形式表示的网损计算公式 其中，t 为支路电流分量的数目，是线路，的总电流，是两个电流分量的相位 这里只列出了网损计算的几种公式，还有很多种其它的表达方式，如用支路功率、 发电机功率和负荷功率表示等，这里不再一一列出。 计算出网损的大小后，只要再乘以市场内单位有功的发电费用，就可以得到该线路 的网损费用了。其计算公式如下： c l ( ，) = g c ( t ) 其中，6 c ( t ) 可以为t 时段该电力市场内的平均发电成本( 或平均发电报价) ，也 可为单位有功损耗费用( 元m w h ) ，它近似等于某台发电机的边际发电费用。该发电机 是根据系统负荷按费用微增率递增排序来确定的，其出力应该在规定的上下限之间i9 1 。 1 3 缈 c 0 l r ，川 ，。m | j p 华中科技大学硕士学位论文 由于网损比输电服务的崮定成本小很多，同时为了【亟i 避网损计算中的二次非线性 及其在节点中的分摊，在实际的边际成本方法的数学模型中，可以假设线路f 在t 时段 的网损率来计算该线路的网损费用c l ，( ，) 的计算公式为： c l ) = g c ( t ) b 其中，“为线损率( 一般为线路负载的2 5 ) ，辟为线路f 上的传输功率( 实际 潮流) 0 2 1 。 或者在边际成本方法中采用二次规划模型【9 1 ，将网损费用用一个二次函数表示，令 以) = g c ( t ) r 异2 其中，为线路，的电阻。 2 3 2 阻塞费用的计算 阻塞是由于输电网络相关约束的限制，使输电网络的输送能力不足以同时传输所 有市场交易的一种状态。最典型的是由于输电线路的过负荷而导致的阻塞。为了确保 输电网络的安全性和可靠性，阻塞在实际的电网运行中是必须被避免的。如果电力市 场中的交易造成了输电线路的阻塞，系统调度员必须通过一定的阻塞管理与调度来加 以消除。消除阻塞的方法主要包括发电方出力的重新调度、双边交易的调整、f a c t s 装霉和变压器分接头的调整等。因调整交易计划所产生的调度费用称为阻塞费用，它 将显著影响整个输电服务的价格。 阻塞费用的计算与市场的交易模式密切相关。下砸首先针对目前出现的几种交易 模式，分别阐述阻塞管理方法。在此基础上，再介绍各种阻塞管理模式下阻塞费用的 计算方法。 ( 1 ) p o o l 模式下阻塞费用的计算方法 在不考虑用户投标的情况下，发电方向p o o l 申报发电价格、发电量，通过p o o l 出售电力，用户通过p o o l 购买电力。于是在不考虑网络约束的条件下，p o o l 采用购电 费用最小的方法来确定市场清算价m c p ，获得各节点的发电功率尸。于是，p o o l 的 1 4 华中科技大学硕士学位论文 总购电费用为： 。 c ，= m c p 7 只7 i = t 这样安排的发电计划还必须经过网络约束检验。若没有阻塞，则执行发电计划；若 出现传输阻塞，则必须在计及网络约束的条件下，采用购电费用最小的目标函数，重 新调度发电出力。通过优化求解，发电功率被重新安排，各节点的发电功率分别记为 p “，所有发电方的系统边际电价为m c p ”，总的购电费用变为： 月 c 俨m c p “x p i i _ ，i 因此，系统总的阻塞费用【2 0 】为： t c ：c 。一c ，：宝晒”b ”一m c p ，只，) j = l 也有文献1 2 l l 提出，阻塞消除后发电方的结算规则为多发电量按发电报价结算，少 发电量按m c p7 与发电报价之差结算。 因此，阻塞费用吲为： t c = c m + c l f l 一c l 其中，c 。为支付多发电量的发电方费用，c 。：为支付少发电量的发电方费用。 ( 2 ) 双边交易模式中阻塞费用的计算方法 在双边交易模式中，发电方和用户直接签订双边交易，双边交易量上报给系统调度 员i s o 。在执行双边交易前，系统调度员必须对双边交易进行网络约束检验。若没有 阻塞，则执行双边交易计划；若出现阻塞，则需进行阻塞管理，调整双边交易。一般 双边交易的调整是通过交易者申报增、减投标来完成。系统调度员采用使购买增、减 投标费用最小的目标函数，在计及网络约束的前提下，通过优化问题求解，确定发电 方和用户的功率调整值。阻塞消除以后，阻塞费用的结算方法主要有以下两种： a 按报价结算的方法 2 3 1 按交易双方的增减标报价结算的阻塞费用为： 1 5 华中科技大学硕士学位论文 t c ：c + 一c 一：窆c ，+ 沁+ ) 。扯一一窆c i 沁一) 够一 ，= l = f 其中，c + 为支付增投标的费用，c 为收取减投标的费用；c ，+ 沁+ ) 为节点f 的增投标 报价，c ，一沁一) 为节点，的减投标报价，够川、只。”为各节点的增、减投标功率值。 b 影子价格法1 2 4 i 该方法采用阻塞线路的影子价格的概念来反映每条线路的价值，从而获得为消除线 路阻塞所需的费朋，即线路的阻塞处理费用。阻塞费用的计算公式为： c ，= ，( z ，7 一z ，a x ) i ：l ，2 ，r 其中，z ，为阻塞消除前，阻塞线路f 的功率；z _ ! t “为阻塞线路，的最大功率；，为 阻塞线路，的影子价格：r 为阻塞线路总数。 2 4 小结 本章分析了电力市场环境下输电服务成本的组成，讨论了输电服务固定成本的构 成与计算，给出了不同种类的网络损耗的计算公式和不同电力市场模式下的阻塞费用 的计算方法。 1 6 华中科技大学硕士学位论文 3 1 引言 输电服务成本的分摊方法 当输电线路需要分摊的输电服务成本的量确定后，接下来讨论如何将各条线路的 输电服务成本公平合理地分摊给各市场成员，以形成独立的面向市场成员的输电价格。 输电服务成本分摊是电力市场规则设计中的一个重要方面，是输电网开放 ( t r a n s m i s s i o no p e na c c e s s ) 实现公平竞争的前提，也是整个电力市场经济、安全运行 的基础。 在完全开放的电力市场环境下，电网应该向所有用户公平丌放，也就是说，对所 有用户应该用相同的原则分摊输电服务的成本，因此从这个角度说应该将线路的输电 服务成本，按照相同的原则无歧视地分摊给所有的用户。本章所讨论的分摊问题主要 是指在输电服务的线路成本确定下来以后，如何将线路成本公平合理地分摊给每一个 交易或者每一个市场成员。 输电服务成本分摊的基本要求是： ( 1 ) 分摊对象明确，方案公平合理； ( 2 ) 分摊过程透明并易于用户理解和接受； ( 3 ) 计算简单、操作方便，能满足实时应用的要求； ( 4 ) 可以保证收支平衡； ( 5 ) 可以提供最优的经济信号给市场成员以促使输电资源得到最优使用。 输电网和输电服务具有一些特殊属性2 5 1 ，这些特殊的属性使得输电服务成本的分 摊尤其困难，比如： 由于输电系统的网络特征，电力系统潮流在输电网中是不可区分的，且潮流的路 径也没有办法用合同来规定和约束，因此使得输电服务成本的分摊缺少显性的依据； 由于潮流的非线性，导致潮流的不可分割性，以及在分摊问题上可能存在的二次 非线性差值的分摊问题： 华中科技大学硕士学位论文 电网中任何节点之间的交易会影响其它节点之间的输送能力，j 反向潮流和并 行潮流的存在，导致输电服务交易具有明显的“外部性”。这罩所谓的外部性指的是商 品对除了买卖双方外的第三方有利益影响。 山f 电网投资的离散性、电，j 负荷的实时变化和不确定性以及i 乜嘲安全性的要求 导致了电网冗余容量的存在。 本章将介绍基：j 二不同原则的输l 乜服务成本的分摊方法，并评价它们的利弊。然后， 根据输电服务不同的成本类型，总结分摊该类成本时应注意的问题以及其各自不同的 分摊方法。 3 2 分摊方法的分类 输电服务成本的分摊方法主要分为两大类【2 6 】：基于得益的方法和基于使用程度的 方法。 3 2 1基于得益的分摊方法 基于得益的方法是根据各个交易使用输电网获得的效益的大小来分摊成本，而不直 接考虑交易对电网的影响。用户的输电效益表现在未满足需求的减少、电费支出的减 少和电能质量的提高，发电的输电效益表现在由发电量增加和发电成本降低造成的利 润的提高。根据输电的效益推导出了用户对输电的需求函数，进而根据输电的总效益 最大的原则确定每条支路的输电成本，或者根据各交易从每条支路的得益的比例分摊 成本。 这种方法对输电效益的评价可正可负，对于负效益的处理存在一定的人为因素，难 以形成一个为所有市场成员一致认可的标准，且操作上也不成熟，所以在实际的电力 市场中应用较少。 3 2 2 基于使用的分摊方法 实际运行的电力市场中大多采用基于使用的方法。这种方法主要是根据交易或者 市场成员对输电网的使用程度，来确定对输电服务成本的分摊额度。在考察交易或市 1 8 华中科技大学硕士学位论文 场成员埘输电网络的使用程度时，可以使用卜- 列两类方法。 ( 1 ) f i 毖，f 二实际潮流的方法 a 邮票法：该方法将输电网络看为一个公共物品，不根据网络中用户所在的位置 而歧视对待，只考虑传输功率的大小，不考虑发电机、负荷所在的节点和实际的影响， 是最简单的一种方法。该方法计算方便，但不能准确反映交易相应的输电服务的实际 成本。 b 基于距离的兆瓦公罩法：考虑到对输电线路的使用不仅与输电线路的输送功率 有关，而且与线路长度有关，所以该方法在分摊计算中加入了线路长度因素。这种方 法_ i ：f j 传输的电量和传输的物理距离( 发电：有点和负荷节点之问的地理距离) 的乘积来评 估各个交易对电网的使用。这也是一种很近似的方法。实际上由于线路的走向、类型 等的不同，物理距离与地理距离的区别可能很大。 c 合同路径法：该方法在输送的电量的基础上，考虑交易路径的影响，并以合同 认定的路径替代实际的潮流路径。假定交易中的电力按照事先约定的路径进行传输， 按照此路径确定各交易应该承担的成本。实际上，由于电能在输电网中的流动遵循基 尔霍夫定律，真实的潮流与合同路径可能有很大的差别，会流经其他的一些路径。 这些方法都比较简单，计算方便，易于实现。但这些方法难以准确计算电力市场 中各交易相应的输电服务成本。因为它们都不考虑实际的潮流状况和各个交易对电网 的实际影响，电网使用者没有承担他们真实的成本，不利于电网的经济运行。 ( 2 ) 基于潮流的方法 a 潮流比较方法 潮流比较方法是通过计算和比较不同情况下的潮流来确定各交易对网络的使用程 度。 i ) 边际比较方法1 2 l 边际潮流是指某个交易基本状态下和只有此交易情况下支路潮流之差，即 m f i = r f o 1 9 华中科技大学硕士学位论文 其中，m f , 是交易i 的边际潮流，e 是j l 有交易i 存在时支路上的潮流，凡是基本 状态下支路上的潮流。如果对电网的所有_ | i ，、都平等对待，则基本状态就是零状态， 边际潮流就是只有研究的交易存在时的潮流。边际比较方法根据各个交易的边际潮流 确定其使用程度。 i i ) 微增比较方法口i 微增潮流是指在所有交易都存在的运行状念f 和除所研究交易外其他交易都存在 状态f 支路潮流之差，即 i f , = f t f f 其中，r 是交易f 的微增潮流，f l 是除交易i 外其他交易都存在状态下的潮流， f 7 f 是运行状态的潮流。微增比较方法根据各个交易的微增潮流确定其使用程度。在直 流潮流的假设下，对双边交易来说，其边际潮流和微增潮流是相同的。 i i i ) 综合比较方法1 2 1 综合潮流比较是指某个交易相应边际潮流和微增潮流的平均值，即 一f = k m m f t + k i i f , 其中，爿e 是交易i 的综合潮流，k m + k i _ l ，一般k m = k i _ 0 5 。综上可知，综合比 较方法根据各交易的综合潮流确定其使用程度。 i v ) 按交易顺序比较法p 1 边际比较方法考虑的是该交易第一个作用于输电网络时的状态，微增比较的方法 则考虑的是该交易最后一个作用于输电网络时的状态。综合比较的方法综合的考虑了 上述两种情况。而按交易顺序方法则是先设定一种交易的顺序，然后依次将交易加上， 将每个交易j j h 上后和未加以前的潮流差作为该交易引起的潮流。这种方法的结果受到 所设的交易增长方式的很大影响。 b 基于电流的方法 4 1 这种方法将功率注入转化为电流注入，然后根据线性电路的叠加原理，确定各电流 注入对支路潮流的影响，并将其作为功率注入的影响。 根据对节点电压的处理不同，基于电流的方法又可分为两类： 2 0 华中科技大学硕士学位论文 一类方法将节点电压看为恒定或由所有交易共同引起，直接根据交易对支路电流 的影响确定其对支路潮流的影响。这种方法的实质是按照