（电力系统及其自动化专业论文）电力市场下无意交换电量的偿还研究.pdf

电力市场下无意交换电量的偿还研究 r e s e a r c ho ni n a d v e r t e n ti n t e r c h a n g e e n e r g yp a y b a c k u n d e rp o w e rm a r k e t a b s t r a c t i ni n t e r c o n n e c t e dp o w e r g r i d ，t h ef u n c t i o n s ，f o re x a m p l e ，r e s e r v es h a r i n ga n dr e g u l a t i o n c o m p e n s a t i n ga r ea c h i e v e da m o n gw i d e rr a n g ew h i l ee l e c t r i c a lp o w e r r e s o u r c ei sr e a s o n a b l y d e p l o y e d 。b e s i d e sc o m p e n s a t i o no fe l e c t r i c a ls u p p l ya n dd e m a n db e t w e e ni m e r c o n n e e t e d a r e a sb ye n e r g ye x c h a n g es c h e d u l e s ，r e g u l a t i n gr e s o u r c eo fa g cu n i t sc o u l db es a v e da n d g r i df r e q u e n c yq u a l i t yc o u l db ei m p r o v e dt h r o u g ht h ef r e eu n s c h e d u l e dt i e - l i n ep o w e rf l o w b e t w e e na r e a s 。a r e ai n a d v e r t e n ti n t e r c h a n g ee n e r g yi st h en e tu n s c h e d u l e dt i e - l i n ee n e r g y b e t w e e nt h ea r e aa n da l | o t h e rt i e da r e a s + g e n e r a l l y ，i n a d v e r t e n ti n t e r c h a n g ee n e r g ys h o u l d b e p a i d b a e kt ob a l a n c et h er e g u l a t i o na m o n ga r e a s t h et r a d i t i o n a lp a y b a c k i n - k i n dm e t h o d sa r en o ta p p l i c a b l eu n d e rp o w e rm a r k e td u et o g a m i n go fa r e ai n 靶糙o f t h es y s t e mr e l i a b i l i t y ，i n s t e a dp a y b a c kf i n a n c i a l l yi ss u g g e s t e d 。t h e r e s e a r c ho nt h i si sj u s ts t a r t e d 。p r e s e n t l ye x i s t i n gf o u rm e t h o d so fp a y b a c kf i n a n c i a l l ya l lh a v e r e s p e c t i v ea d v a n t a g e sa n dd i s a d v a n t a g e so fe a c h 。m o r er e s e a r c hi sd e s i d e r a t e d 1 r i 舳u g ha n a l y z i n gi t sc a u s e ，i t sd e v e l o p e dt h a ta c c u m u l a t e di n a d v e r t e n ti n t e r c h a n g e e n e r g yp r o v i d e s 蠢li n t e r c o n n e c t e da r e ah g cs p a c ef o rc o s ts a v i n g d e v e l o p m e n to fp o w e r m a r k e tr e q u i r e st h a ti n t e r c o n n e c t e dp o w e rg i ds h o u l db r i n gm o r eb e n e f i t 。t h e r e f o r e ，c p s s t a n d a r dw h i c hi san e wc o n t r o lp e r f o r m a n c es t a n d a r df o ri n t e r c o n n e c t e dg r i di sr e p l a c i n g t r a d i t i o n a la s t a n d a r d c o m p a r i n gw i t l la s t a n d a r d c p ss t a n d a r dl o o s e st h el i m i tt ot h e u n s c h e d u l e dt i e l i n ep o w e rf l o w , w h i c hr e s u l t st h a ti n a d v e r t e n ti n t e r c h a n g ee n e r g yi n c r e a s e s 。 t h r o u g ht h e o r e t i c a la n a l y s i s ，i ti sd e v e l o p e dt h a tc p s s t a n d a r ds u p p l i e sa r e a st h ec h a n c eo f s h a r ee q u a l l yi n t e r c o n n e c t i n gb e n e f i t si n s t e a do fb e n e f i t s d i s t r i b u t i n gm e c h a n i s m a sar e s u l t , s o m ea r e al i e so nt h ei n t e r c o n n e c t e d 断de x c e s s i v e l y ，a n ds y s t e mr e l i a b i l i t yi sr e d u c e d t h e r e f o r e ，i ti sa d v a n c e dt od i s t r i b u t et h eb e n e f i t si ni n a d v e r t e n ti n t e r c h a n g ee n e r g yp a y b a c k 。 o a m i n gd u et op a y b a c ki nk i n di sa n a l y z e d 。i t sa d d r e s s e dt h a tp a y b a e ki nk i n di s u n e q u a li np o w e rm a r k e t 。i n s t e a dp a y b a c kf m a n c i a l l yw o u l db em o r es u i t a b l e m e a n w h i l e ， i t sd e v e l o p e dt h a ti n a d v e r t e n ti n t e r c h a n g ee n e r g yp a y b a c ki saq u e s t i o no fc o o p e r a t i v eg a m e a f t e rt h ea b o v ea n a l y s i s ，an e wp a y b a c km e t h o df i n a n c i a l l yb a s e dc o o p e r a t i v eg a m e t h e o r yi sp r e s e n t e d 。a tf i r s t ，t h ec o o p e r a t i v eg a m em o d e lo fc o n t r o l l i n gf r e q u e n c yi n i n t e r c o n n e c t e dp o w e r 酾di sb u i l tt oe v a l u a t et h eb e n e f i to f e a c ha r e ai na l lk i n d so fc o a l i t i o n t h e nt h et o t a lb e n e f i ti sd i s t r i b u t e dr e a s o n a b l ya m o n ga l la r e ab ys h a p l e yv a l u em e t h o d ，a n da m e t h o dt oc a l c u l a t er e a s o n i n g l yt h ei n a d v e r t e n ti n t e r c h a n g ee n e r g yp a y b a e ke x p e n s e so fe a c h i i 大连理工大学硕士学位论文 i n t e r c o n n e c t e da r e ai sp r o p o s e d t h es i m u l a t i v ec a l c u l a t i o n sh a v ev e r i f i e dt h er a t i o n a l i t ya n d e f f e c t i v e n e s so ft h em e t h o d k e yw o r d s ：i n a d v e r t e n ti n t e r c h a n g ee n e r g y ；p o w e rm a r k e t ；i n t e r c o n n e c t e dp o w e r g r i d ；a u t o m a t i o ng e n e r a t i o nc o n t r o t ；c o n t r o tp e r f o r m a n c es t a n d a r d s i l i 大连理工大学学位论文独创性声明 作者郑重声明：所呈交酶学位论文，是本人在导师的指导下迸行研究 工作所取得的成果。尽我所知，除文中已经注明引用内容和致谢的地方外， 本论文不包含其他个人或集体已经发表的研究残暴，也不包含其健己申请 学位或其他用途使用过的成果。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。 若有不实之处，本人愿意承担相关法律责任。 学位论文题謇：垫查聋! 銎至邀亟鱼墨釜生姿。盈筮 作者签名：一置筮鸯孥。一一一，。日期：上卑年l 月立生日 大连理工大学硕士学位论文 大连理工大学学位论文版权使用授权书 本人完全了解学校有关学位论文知识产权的规定，在校攻读学位期间 论文工作的知识产权属于大连理工大学，允许论文被查阅和借阅。学校有 权保留论文并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，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。 学位论文题目： 作者签名： 导师签名： 虹盘蔓壬鐾亟盗选兰毖豳：塾 霉期：迦1年上月l 毯 日期：耳年上月也日 大连理工大学硕士学位论文 l 绪论 1 1互联电网的自动发电控制 频率是电能质量的三个指标之，反映电力系统中有功功率供需平衡的基本状态。 频率偏差太大对电力用户和电力系统的设备运行都将带来不利的影响【1 】，因此频率稳定 是对电力系统运行的基本要求。频率反映了系统中发电有功功率和负荷需求( 包括有功 损耗) 闻的平衡情况，当系统总有功功率满足全网总负荷需求时，频率为计划值。当电 网总发电功率大于负荷需求时，频率高于计划值，反之则低于计划值。 频率波动的直接原因是由发电机输入和输出功率间的不平衡造成的。发电机输入功 率主要取决子机组的原动机和调速器特性，是相对较容易控制的因素；发电机电磁输出 功率则主要取决于系统的负荷特性，而实际上系统中的负荷是实时变化的。所以，要保 证频率稳定，必须相应调整机组的有功出力，使其随时满足负荷需求的变化。 频率控制可以通过三种方式实现：同步发电机的调速器；自动发电控制 ( a u t o m a t i cg e n e r a t i o nc o n t r o l ，简称a g c ) 2 , 3 ； 经济调度。这三种控制方式分别称为 频率的一次、二次和三次调整1 4 j 。 频率的一次调整是动力系统的自然属性，主要是利用系统固有的负荷频率特性及发 电机组调速器的作用，对变纯幅值低于1 负荷峰值、变化周期在l o s 以内的发电与负 荷不平衡量进行的发电调整。响应速度快，可适应小负荷短时间的变动。由于一次调频 实行频率有差调节，为使系统频率恢复到计划值，必须进行二次频率调节。 频率的二次调整是通过改变发电机组调差特性曲线的位置，对变化幅值在2 5 负 蒋峰值左右、变化周期在l o s 到几分钟镌发电与负荷不平衡量进行的发电调整。二次调 频使机组的发电功率偏离了经济运行点，从而需要由三次频率调节来解决。 频率的三次调整，主要是针对天中由于生产、生活、气象等引起的变化缓慢的持 续变动负荷安排发电计划，在发电功率偏离经济运行点时，对功率重新进行经济分配。 这类负荷的变化幅值往往在负荷峰值的4 0 以上，平均变化速率为每分钟变化负荷峰值 的o 5 左右。电力系统有功功率最优分配有两个主要内容，即机组组合和经济调度。 机组组合( u n i tc o m m i t m e n t - - u c ) 决定发电机组的运行和启停，经济调度( e c o n o m i c d i s p a t c h - - e d ) 是在运行枫组之间应翔等耗量微增率原则或购电成本最小原则进行有功 功率最优分配。 在互联电网中，a g c 不仅要将系统频率维持在计划值，而且要将互联的每个区域 的净交换功率控制在交换计划附近一定范围内。为此，每个区域根据区域控制误差( a r e a 电力市场下无意交换电量的偿还研究 c o n t r o le r r o r ，简称a c e ) 确定其a g c 调节量。各区a c e 是根据系统灏前的负荷、发 电功率和频率等因素形成的偏差值，它反映了区域内发电与负荷的不平街情况。a c e 的定义为 a c e , = 峨+ 霹a f ( 1 1 ) 式中：彳c 巨为区域i 的区域控制误差，单位：m w 。哦为区域i 的净交换功率偏 差，是实际净交换功率与净交换计划之差，单位：m w 。曰；为区域i 的频率偏差系数， 单位：m w h z 。6 f 为互联电嬲的频率偏差，是实际频率与计划频率之差，单位：戡。 一个区域净交换功率偏差随着时间累计产生的电量就是无意交换电量( i n a d v e r t e n t i n t e r c h a n g ee n e r g y ，简称i i e ) ： = 【a p r f l t ( 1 。2 ) 其中，t 为区域i 的无意交换电量，单位为m w h ；t 为累积时间，单位为h ； 系统频率偏差随时间累计产生的是电钟偏差( t i m ed e v i a t i o n ，简称t d ) ： g = 【a f d t f o ( 1 1 3 ) 其中，占为系统电钟偏差，单位为s ；f 0 为互联系统的额定频率，世界各国有5 0 h z 和6 0 h z 两种规定。 区域无意交换电量与系统电钟偏差的关系是密切相关盼。前者代表互联电网中局部 区域内的电能不平衡状态，后者代表互联电网整体的电能不平衡状态。但是无意交换电 量的存在不一定伴随系统电钟偏差的存在。系统电钟偏差存在时也可能伴随无意交换电 量的产生。 王2 互联电网控制性能评价标准 1 2 1c p s 标准和a 标准比较 大区电网互联中要保持和提高电瓣频率质量，改善规组控制调节性熊，发挥大电网 运行的优越性，这和a g c 的控制和考核性能密切相关。九十年代中后期开始，我国各 大电网陆续开始对区域电网实施北美电力可靠性委员会( n o r t ha m e r i c a ne l e c t r i c r e l i a b i l i t yc o u n c i l ，简称n e r c ) 的a 1 a 2 标准考核。实践证臻这种方法对促进电网的整 体自动化水平很有作用，尤其使电厂a g c 工作有了很大的提高。但a 1 a 2 标准中由予 不考虑a c e 值对频率的贡献，从而不仅影响整个电网的频率控制，而且使有些区域的 利益受到损害。n e r c 于1 9 9 6 年提出了一种基于严密的数学统计方法的新的考核控制 区域的标准，郎控制性能标准( c o n t r o lp e r f o r m a n c es t a n d a r d ) ，简称c p s 。这种标准基予 大连理工大学硕士学位论文 对整个电网的频率贡献进行a c e 评价，从而使控制目标成为整个电网的安全稳定控制， 最大程度地满足了电网控制需要，并使大多数区域的经济利益得到了保证。 北美电网早在1 9 7 3 年就正式采用a 标准来评价电网正常情况下的控制性能，包括 a 1 和a 2 两个标准，内容分别是： a 1 ：控制区域的a c e 在任意1 0 分钟内必须至少过零一次； a 2 ：控制区域的a c e i o 分钟内的平均值必须控制在规定的范围幻内。 n e r c 要求各控制区域达到a 1 ，a 2 标准的控制合格率在9 0 以上。这样通过执行 a 1 ，a 2 标准，使各控制区域的a c e 始终接近于零，从而保证用电负荷与发电、计划交换和 实际交换之间的平衡。 a 1 、a 2 标准是依据运行经验制定，缺乏理论基础，在实践中逐渐暴露一些缺陷： ( 1 ) a 1 没有考虑a c e 对频率的作用。北美电网在执行a 1 、a 2 时发现，在正常 情况下，a 1 、a 2 有一定的合理性，对频率稳定和各联络线潮流的控制都较为理想，其 无意交换电量可按高峰和低谷阶段分别偿还。但a 1 要求a c e 每1 0 m i n 必须过零，如果 此时a c e 的方向正好对频率的偏移起制约作用，而为了满足a 1 指标该网又不得不向反 方向调节，使之过零，从而加大了频率的偏移，这对频率的恢复是没有好处的。 ( 2 ) a c e 带宽较小。如田纳西流域管理局( t v a ) 根据a 2 的带宽为6 2 m w ，带宽 小则需要较多机组进行a g c 的快速调整，且机组调整频繁，运行费用较大。 ( 3 ) 对a c e 的大小没有区别对待。如a c e 超限额1 0 m w 和超限额5 0 m w 没有 指标加以区分。 北美电力可靠性委员会于1 9 9 6 年推出了c p s 控制性能评价标准【2 8 1 ，这些标准已于 1 9 9 8 年开始正式实施，取代了原来的a 标准。c p s 标准包括c p s l 和c p s 2 标准两部分。 当s 1 1 0 0 时，n e r c 规定区域的控制满足要求。 c p s 2 标准与a 2 标准有点相似，都是对a c e 的大小提出了限制，但是c p s 2 标准 更宽松，这有利于在紧急情况下电网之间相互支援。 当s 2 9 0 时，n e r c 规定区域的控制满足要求。 与a 标准相比，c p s 标准具有以下优越性： ( 1 ) c p s 标准是基于频率控制的标准。a 1 标准中未能体现对频率质量的要求， 而c p s 标准不仅考虑了联络线交换功率，还考虑了频率的控制要求。c p s l 对a c e 的控 制要求不再按十分钟过零的规定，而是依据区域控制对频率的贡献，将a c e 控制定出 一个范围。c p s l 认为凡与频率偏离方向相反的a c e 是有利的，故引进了a c e x a f 的新 概念来反映这一情况，并且将同频率偏移方向起推动作用的a c e 带宽随频率偏移的增 大而减小。在非正常周波情况下其限制作用比a 2 的指标还要大，而正常频率范围内 电力市场下无意交换电量的偿还研究 c p s l 标准不仅放松了对a c e 必须过零的限制，并且c p s 2 中a c e i o 分钟的平均值的限 制工j d 比a 2 中的如大，从而有利于控制区域之间的事故支援，保证了频率的迅速恢复。 ( 2 ) c p s 公式是基于统计学理论 c p s l 提供了一种以频率为目标的导向方法。它只关心控制所需的结果，而忽视控 制的方法和过程。这种体制适应了发电与负荷不平衡的特点，着眼于更长期的控制，而 非短期控制的目标，是符合二次调节的目标的，这使得控制区域不再需要为经常进行 a c e 过零而支付大量可能并有用的调节费用。 c p s l 的指标以每分钟计算一次，以一个平行移动年作平均，c p s 2 的指标以每1 0 分钟计算1 次，以1 个平行移动月作平均。也就是说，c p s l 、c p s 2 利用统计学方法对 各个控制区域a c e 波动进行评估，着眼于一个控制区域在频率误差控制方面的长期表 现。 1 2 2c p s 标准下的无意交换电量偿还问题 与a 1 和a 2 标准相比，c p s 系列控制标准也有其不足的一面，如c p s l 和c p s 2 对 数据采样和处理的要求更高，且控制效果的反映不如a 1 、a 2 直观。另外一个比较大的 缺陷是在c p s 标准下无意交换电量产生空间增大。 c p s 标准在北美互联大电网的实践已经表明，c p s 标准应用后整个系统节约了大量 的机组调节成本，但同时无意交换电量明显增加了。 c p s 标准在保证频率质量的前提下放宽对联络线潮流的限制，使区域之间具有更大 的空间进行相互非计划的紧急支援，从而实现更大的互联效益。无意交换电量正是每个 区域提供或接受的支援电量。无意交换电量作为非计划的电量，其成本和价值与计划的 交易电量存在差异，通常不按交易电价结算，而是采用偿还的方式实现区域之间付出与 收获的平衡。 一方面，c p s 标准通过放松对无意交换电量的控制实现互联更大的效益；另一方面， 无意交换电量过大，会使有些区域过分依赖互联电网，降低系统的可靠性。如何兼顾两 方面的要求是c p s 标准下无意交换电量偿还需要解决的首要问题。 1 3电力市场下的偿还新问题 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1 5 圳。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。 大连理工大学硕士学位论文 随着电力市场的发展，电价的制定逐渐由基于成本加利润转变为基于市场供需，电 价的波动越来越频繁且幅度明显变大【9 】。即使在相同类型的时段内，每小时甚至每半小 时内的电价都会呈现出明显的差异。传统的电量偿还成为不公平的偿还。此外，电力市 场下，a g c 作为一种辅助服务，不再是免费供应的，而是通过市场机制有偿获取的。 如果仍然使用电量偿还，则给控制区域提供通过偿还进行利益博弈的机会，如高价时段 少送，依赖互联系统的供应，产生的无意交换电量在低价时段偿还。1 9 9 9 年7 月底，美 国东部互联系统由于出现$ 9 0 0 0 m 帆的高电价就经历过这样的投机事件。这不仅危害 系统的可靠性，而且损害其他区域的利益，扰乱市场秩序。 因此，在电力市场下，为了达到c p s 标准下的偿还目标，需要结合市场的特点制定 相应的偿还方法。 1 4 本文的研究内容 无意交换电量的偿还研究始于上世纪5 0 年代北美互联大电网的格局基本形成之后。 我国在这方面的研究刚刚起步，随着全国联网格局的逐渐加强，无意交换电量偿还问题 变得越来越突出。为此，第二章对无意交换电量的偿还方法研究现状进行了综述。 无意交换电量偿还是事后进行，偿还方法的选择需以其产生的过程为分析基础。第 三章对无意交换电量的产生机理进行了全面而系统的剖析，为偿还方法的研究提供理论 依据。 为研究适合c p s 标准下的无意交换电量偿还方法，第四章对c p s 取代a 标准后无 意交换电量增加的原理进行了分析。通过比较分析c p s 和a 标准的设计理念，发现c p s 标准给予控制区域更大的调节自由，产生无意交换电量的空间增大。c p s 标准作为区域 调节质量的衡量标准，对区域的调节进行引导和制约机制。从而，提出了无意交换电量 的偿还方向应该符合c p s 标准的设计理念。 在电力市场下，传统的电量偿还方法由于公平偿还的前提条件发生变化，已经不再 适用。在c p s 标准下，电量偿还的应用给区域提供投机博弈的机会。第五章对电量偿还 引起的博弈行为进行了分析，发现无意交换电量偿还是合作博弈问题。 在前文分析的基础上，第六章基于合作博弈理论，提出了一种无意交换电量的偿还 新方法，并从几种合作博弈效益分配方法中选择s h a p l e y 值方法进行互联效益的分配， 从而得到每个区域的偿还费用。 电力市场下无意交换电量的偿还研究 2 无意交换电量的偿还方法综述 现有的无意交换电量偿还方法主要分为两类，一类是电量偿还，另一类是经济偿还。 电量偿还是指对以前时段累计的无意交换电量在指定的时段用等量的电能进行抵消。遴 常将所有小时段分成若干类型的时段，如高峰( o n - p e a k ) 时段和非高峰( o f f - p e a k ) 时 段，各类时段内的无意交换电量分别累计，同类时段内累计的无意交换电量只能在该类 时段内进行偿还。经济偿还是根据无意交换电量的大小和方向，确定其价格，定期结算， 从财务上进行偿还，也称为定价偿还。 2 1电量偿还 电量偿还( p a y b a c ki nk i n d ) 是指用等量的电能抵消以前累计的无意交换电量，达 到偿还和平衡无意交换电量的目的。这是北美互联电网一直使用的一种方法，也是垂直 一体化的电力系统中普遍采用的。电量偿还通过偏移区域的净交换计划将无意交换电量 累计量校正为零，因此通常称为无意交换电量的校正，可能偏移一次就达到平衡，也可 能需要两步，甚至多步。 因为系统频率和联络线功率控制的相关性，无意交换电量的校正要考虑对时间误 差，频率偏差的影响。又由于联络线交换功率在控制区域之间的相互性，区域在校正其 无意交换电量对，必然会影响互联电网中其链区域无意交换电量的累计量。 根据对以上校正因素的考虑，无意交换电量校正偿还方法的分类方式有多种，按校 正实现的方式，可分为手动校正法和自动校正法两种；按校正实现步骤的多少，可分为 单步校正法，两步校正法和多步校正法；按校贬主体的多少，可分为双边校正法，单边 校正法和协调校正法三种。第三种分类方式是实际应用中比较通用的，故以下对这种分 类中的每种校正方法及其研究过程分别进行介绍。 2 1 。l 双边校正法 无意交换电量的双边校正法是指两个区域通过通信发现他们有反向昀无意交换毫 量累计量，可以协定在他们各自的净交换计划上同时做等量反号的偏移，从而都减少了 各自的累计量。假设双方都有效地调节到了新计划值，这个双边动作不会引入系统频率 偏差，也不会影响时间误差和其他区域无意交换电量。 文 1 0 1 以两区域互联电网为例分析了互联电网中净交换计划代数和不为零时，两区 域的无意交换电量同号，没有机会进行双边校正。推而广之，在多区域互联的系统中， 当所有区域的无意交换电量的代数和不为零时，其代数和就是“未予说明的无意交换电 量”瑟h ，酃无法双边校正斡剩余无意交换电量。这是双边校正法无法解决的问题。文【1 2 】 大连理工大学硕士学位论文 提出了双边校正的另一个问题，酃没有考虑校正区域是否对他们正在校正的无意交换电 量的产生负有全部责任。 如果互联电网中存在很多控制区域，找到可以进行双边校正的合作区域是困难的， 所以这个方法在控制区域少的互联电网中比较容易实现。 2 1 2 单边校正法 无意交换电量的单边校正法是区域单方面地偏置净交换计划，将本区域的无意交换 电量校正为零。这个动作可能导致系统频率偏差或时间误差的累积，同时对其他区域的 无意交换电量也会产生影响。当某个区域与校正区域有反向无意交换电量累积时，其无 意交换电量将减少，这对该区域是有利的；当某个区域没有无意交换电量，或与校正区 域有同向无意交换电量时，其无意交换电量将增加，加重了该区域的校正任务【1 0 】。因此， 公平合理的单边校正法是在有劲于减少系统频率偏差或校正时间误差时，在不增加其他 区域无意交换电量累计量的前提下进行。文【1 0 】经过分析，表明单边的计划变更对系统 频率和时间误差会产生相对小的影响。 考虑到进行单边校正的前提条件缺乏定量的指导，c o h n 利用无意交换电量的c o h n 分解法提出改进的单边校正法，在区域频率计划上偏移一个尚系统时钟偏差的区域成分 有关的因子或者在区域净交换计划上偏移一个与区域源发无意交换电量有关的因子，同 时校正系统时钟误差的区域成分，区域无意交换电量的源发成分和它在所有其他区域中 产生的无意交换电量继发成分。这种方法只需单步即可实现，可消除不崧要的和不利的 调节，因而比当时使用的方法更公平和经济。义 1 3 1 通过向量分解法对六区域的互联电 网进行计算机仿真验证了修正后的单边校正法能减小不必要的调节。 通常进行无意交换电量的电量偿还，除了定麓进行校正外，还存在的单边偿还方法 是在a g c 中，在优化控制频率和联络线功率的前提下，对无意交换电量进行优化控制， 使其最小。文 1 4 】提出一种基于区域控制误差积分的设计传统辅助控制器的方法，除了 将在稳态下a c e 调节到零并提供跟踪负荷扰动合理而良好的动态响应外，还使得时间 误差和无意交换电量的累计量最小。文 1 5 1 在a g c 中使用修芷的区域控制误差信号实现 对无意交换电量和时间误差的控制，并根据需要对无意交换电量和时间误差进行校正。 2 1 3 单边校正法 充分认识到单边和双边校正法各自的局限性后，c o h n 予上世纪6 0 年代末提出协调校 正的概念1 1 0 1 ，即在整个互联电网中所有区域参与定期的协商计划设置动作。根据这个概 念，c o h n 将其发展成为一种系统范围内的自动校正技术，综合考虑对频率偏差的影响， 电力市场下无意交换电量的偿还研究 并与时间误差校正相结合，定期同步校正所有区域的无意交换电量和系统时间误差，既 公平又经济。 c o h n 在文【11 1 中回顾了在互联电网的所有区域中使用净交换功率的联络线偏差控 制实现区域净交换计划和系统频率计划需要达到的指标1 1 6 1 ，推导了实践中不能达到这些 指标时计划偏差以及随之产生的无意交换电量和时钟误差累积量的定义公式。这些公式 首次定量地表示了产生无意交换电量和时间误差的a c e 、下误差或偏移和( p 误差或偏移与 频率偏差，净交换计划偏差，时闽误差及无意交换电量的关系。由此提出一种用于在所 有互不通信的区域中进行无意交换电量累积量校正的通用技术，也就是在系统范围内且 时间上协调的基础上在每个区域引入一个与那个区域的无意交换电量累积量有关的区 域净交换功率计划偏移量，同时使这种技术与通用的系统范围内的时钟误差校正结合起 来。当互联电网蠹的无意交换电薰累积量的代数和为零时，这种技术在系统范围内的使 用将提供无意交换电量和时钟误差累积量的协调校正。当互联电网内的无意交换电量累 积量的代数和不为零即存在未予说明的无意交换电量时，这样控制会将它部分地分摊给 所有区域，每个区域的分摊部分都芷毙于它相应的大小比率，同时用一个用于平衡的持 续的时钟误差使系统频率恢复到计划值。 在文 1 7 】中，c o h n 进一步细致地分析了单个区域的a c e ，t 误差或偏移和( p 误差或偏 移分别对：( a ) 系统频率和时钟，( b ) 本区域的净交换潮流和无意交换电量累积，和 ( e ) 其他区域的净交换潮流和无意交换电量累计量的影璃，以及这些误差或偏移的总 和影响。在回顾系统范围内协调的无意交换电量校正的建议技术时，总结出了无意交换 电量校正的两个运行指标：1 ) 适时打算实现能量转运平衡的动作应该是适时的。 最好并尽可能在与无意交换电量累积时存在的相同的成本结构下进行偿还。2 ) 校正误 差而不是产生误差打算减小区域无意交换电量累积的动作最好应该不为任何其他 区域产生相反的无意交换电量累积，不应该增加系统时钟误差。这为经济高效地校正无 意交换电量提供了理论指导。 此外，文【1 7 】还提崽了联合的无意交换电量与时闻误差校正豹初步想法。c o 赴在文 【1 2 中提出这个想法的理论基础是无意交换电量和时钟误差累积产生于共同的原因，相 应地应该通过共同的控制动作进行校正。由此提出系统范围基础上的无意交换电量和时 钟误差累积的同步控制，并通过公式定量分析了这种薪技术的原理和效果。从而论证了 这种新技术在减少调节和提高运行经济性方面的四大优势：1 ) 时钟误差和无意交换电 量校正控制动作只安排给对产生这些状态有责任的区域。2 ) 对无意交换电量和时钟误 差有责任的每个区域，校正控制动作将校正那个区域的无意交换电量，与给予他支援的 区域平褥它的能量，并量用相同的控制校正那个区域分担的时钟误差。校正因子的早期 大连理工大学硕士学位论文 应用将趋向于在与无意交换电量发生时相当的成本结构下平衡熊量。3 ) 在运行期间， 新技术将自动扩展区域无意交换电量和系统时钟误差累积量的大小和符号，去弥补每个 区域持续的测量或计划设置误差。4 ) 保持了对需要帮助的区域的支援，对这些需要的 偏差响应的区域没有撤销这种支援。 f o u a d 通过向量法以两区域互联电网为例分析了c o h n 协调校正法的效果，论证了其 有效性【1 1 , 1 9 1 。 协调校正要求所蠢区域的一致参与，这在酝愿互联的北美互联电网中难以实现，当 然，为了实现校正的整体经济性，可以通过强制性的指令实施协调校正。 2 2 经济偿还 通过货币结算无意交换电量的思想早在文躁明中就提到过，限于当时的电力系统处 于管制环境中没有得到发展。 考虑到不同时段无意交换电量的成本差异后，c o h n 先生提出无意交换电量的偿还应 该在与其产生时相等的成本结构下进行。据此，普遍的做法是将每天所有的运行时段分 为高峰时段和菲高峰时段，分别单独清算和校正无意交换毫量。然丽，c o h n 先生发现这 种方法存在的问题1 2 l 】是：( 1 ) 无意交换电量分配到高峰或非高峰的量不准确。( 2 ) 每 天2 4 t j 、时范围内，两个指定的高峰和非高峰时段的微增电能成本之间存在显著差异，每 种时段必须持续几个小时。因此，指定的高峰翻非高峰时段的偿还可能实际上没有构成 “以等价物”偿还，存在相应的交易不公平性。( 3 ) 偿还可以推迟相对长的时间，可以 想象，通过在一个方向上差的调节，与稍后反向的差的调节等量平衡就可以实现偿还， 导致没有净无意交换电量需要偿还，但是显著的支援负担已经同时施加在互联电网的其 他区域上了。为此，c o h n 提出支嫩7 收入、奖励惩罚价值系统，根据c o h n 分解法对每个 无意交换电量成分分别定价结算。这种定价方法的前提是进行c o h n 分解，故本文将其称 为c o h n 分解定价法。 随着电力市场的开展，电价隧时间和地理位置的变化越来越大，由于北美互联电网 输电线路相对紧张，大量无意交换电量的产生给系统可靠性产生很大的威胁。因此， n e r c 成立j i i t f ( j o i n e di n a d v e r t e n ti n t e r c h a n g et a s k f o r c e ，联合的无意交换电量特别工作 小组) 研究无意交换电量标准。j 1 i t f 在最后提交的自皮书【2 2 1 中提出将无意交换电量分解 为三个成分，分别是频率控制戒分，输电阻塞成分和电能成分，并建议对这三个成分单 独进行定价。n e r c 判定j i i t f 白皮书的执行和进步发展是一个商业化运营的课题，便 把它移交给n a e s b ( n o r t ha m e r i c a ne n e r g ys t a n d a r d sb o a r d ，北美能源标准管理委员会) 。 2 0 0 3 年3 月，n a e s b 成立i i p t f ( i n a d v e r t e n ti n t e r c h a n g ep a y b a c kt a s k f o r c e ，无意交换电量偿 电力市场下无意交换电量的偿还研究 还特别工作小组) 研究北美电网无意交换电量的偿还标准。在i i p t f 持续两年多的讨论中， 在五种提议方案中 2 3 】，出现了三种无意交换电量的定价偿还方法。 一种是从无意交换电量的频率控制成分入手，计算出频率控制贡献f c c ( f r e q u e n c y c o n t r o lc o n t r i b u t i o n ) 的大小，f c c 乘上一个适当的价格就得到无意交换电量的价格， 因此称其为f c c 定价法。第二种是从无意交换电量的电能成分出发，选择本地市场的 电能价格作为无意交换电量的价格，综合考虑了电能成分和输电阻塞成分，本文简称为 本地市场定价法。第三种是完全开放的负荷跟踪w o l f ( w i d eo p e nl o a df o l l o w ) 定价 法，是通过系统频率、输电负载和电压偏差的测量值动态地定价非计划潮流，包括无意 交换电量，环流，无功以及备用( 间接地) ，尽管本文重点介绍对无意交换电量的定价 过程，但为简便起见，将这种方法称为w o l f 定价法。 2 2 1c o h n 分解定价法 该方法首先将每个控制区域的无意交换电量分解为由本区导致的起源成分和由其 他区域导致的继发成分。无意交换电量的起源成分或继发成分为正，意味着区域非计划 输出电能，即超额发电；为负则意味着区域非计划输入电能，即发电不足。为了激励控 制区域尽量少地累积无意交换电量，输入的起源成分和输出的继发成分价格应高于计划 电量的结算价格，输出的起源成分和输入的继发成分价格应低于计划电量的结算价格。 使用该方法，意味着将不再存在高峰和非高峰时段。取而代之的是，每天分成适当 的时段，比方说2 4 个小时段。然后无意交换电量累计量会在每个时段内进行监测并由选 取的某个清算代理中心进行记录，例如，一个选定的区域，或一个金融机构，或一个选 定的中间人。每小时的无意交换电量可以分配不同的价格。对每对交易企业，如果需要， 价格可灵活地变化。c o h n 先生还提出将这种方法用于考核区域的控制性能，并进行了现 场试验 2 4 , 2 5 】。 广泛应用的控制性能标准是针对区域控制误差a c e 构建的指标，如a 标准1 2 6 j 是规定 a c e 十分钟过零一次，并将其幅值限制在一定的范围内。由于a 标准【27 j 使机组进行大量 的无谓调节，增加了机组的磨损，1 9 9 7 年北美电力可靠性委员会n e r c ( n o r t ha m e r i c a n e l e c t r i c a lr e l i a b i l i t yc o u n c i l ) 用c p s 标准【2 8 】取代a 标准，通过区域a c e 对系统频率的影 响评价区域的控制性能，并适当放宽了a c e 幅值范围，实现了更经济的调节。但是，c p s 标准同时给无意交换电量的产生提供了更大的空剐2 9 1 ，在电力市场下，给控制区域提供 了从中获得不正当利益的机会。 大连理工大学硕士学位论文 f c c 定价法【2 2 3 们3 】首先计算出频率控制贡献f c c 的大小，评价每个控制区域无意交 一圭，瓯) 粥一1 0 踣专矛 q 1 ) f c c $ j 。，燃一1 0 , f l ，抽xp c xh ( 2 2 ) 其中：f c c $ 嵇为控刳区域i 在小时j 的f c c 结算费用，单位为$ ，碰女为区域i 在 小时j 内的平均频率响应，单位为m w h 0 1 i - i z ，p c 为f c c 结算价格，单位为$ ( h 1 0 1 3 ) ， 置而变化。然而，市场设计会影响相关的价格变化。本地市场定价法 2 2 , 3 4 - 3 7 】是承认本地 区域使用的市场设计提供的价格。本地市场定价法疆确缝认识到存在很多幂孛市场设计， 提供等效的定价法。本地市场定价法依赖独立的本地市场遥过套利交易得到正确的价 电力市场下无意交换电量的偿还研究 格，然后在结算中使用该本地市场价。这包括阻塞引起的价格成本差异。因为这种定价 方式可能导致高出或低于互联电网的整体收入，平衡的算法已经提出用于保证平衡结 算。这种算法基于每个本地市场贡献的无意交换电量，已经论证了使用这种平衡算法会 保持边际价格差，爵恰当代表输电约束弓| 起的价差。不幸的是，本地市场定价法难独缺 乏频率控制激励，因此，只有结合像频率控制贡献这样的激励机制才是可行的。 2 2 4w o l f 定价法 w o l f