（电力系统及其自动化专业论文）电网能量潮流与经济潮流.pdf

华北电力大学硕士学位论文 摘要 “ 厂网分开”后，输 ( 配)电服务成为电网公司的主要利润来源，因此输 ( 配)电成木分析成为一 个迫切需要解决的问题。从本质上说，输 ( 配)电成 本问题就是一个能量潮流和经济潮流关系问题，即一个通过能量在电网中的传 输反映出输电经济成本的问题。目前，也有文献提出了一些解决方法并建立的 许多输 ( 配)电价模型。但是这些输 ( 配)电价模型都没得到广泛的应用。本 文从能量潮流和输电成本成分两个方向出发，首先根据功率传输的本质指出电 网能量分布规律，得到了电源输出功率、支路传输功率解析表达式，然后根据 输电成本与传输功率的关系，分别建立固定成本模型和可变成木模型，进而形 成完整了经济潮流模型。 关键词:潮流，输电成本，输电电价 abs t ract a f t e r d i s j o i n o f g e n e r a t i o n a n d g r i d , t r a n s m i s s i o n s e r v i c e b e c o m e t h e m a i n s o u r c e o f p r o f i t f o r g r i d c o m p a n y . t h e q u e s t i o n o f t r a n s m i s s i o n ( d i s t r i b u t i o n ) c o s t i s e s s e n t i a l l y a q u e s t i o n o f t h e r e l a t i o n b e t w e e n e n e r g y fl o w a n d e c o n o m y fl o w . a t p r e s e n t , s o m e p a p e r s h a v e p u t f o r w a r d s o m e m e a n s a b o u t t h i s t o p i c a n d e s t a b l i s h m a n y m o d e l s o f t r a n s m i s s i o n _ ( d i s t r i b u t i o n ) p r i c i n g . b u t t h e s e m o d e l s a r e n o t u s e d w i d e l y . t h e p a p e r d i s c u s s e s t h i s t o p i c f r o m e n e r g y fl o w a n d t r a n s m i s s i o n ( d i s t r i b u t i o n ) c o s t . f i r s t l y , b a s e d o n t h e e s s e n c e o f p o w e r t r a n s f e r , t h i s p a p e r p o i n t s o u t t h e d i s t r i b u t i n g l a w o f e n e r g y i n t h e g r i d , a n d g e t s t h e e x p r e s s i o n s o f e x p o r t i n g p o w e r o f p o w e r s u p p l y a n d t r a n s m i s s i o n p o w e r in l i n e s . s e c o n d l y , o n t h e b a s i s o f t h e r e l a t i o n o f t r a n s m i s s i o n ( d i s t r i b u t i o n ) c o s t a n d t r a n s m i s s i o n p o w e r , t h e p a p e r s e p a r a t e l y e s t a b l i s h e s t h e m o d e l o f t r a n s m i s s i o n f i x e d c o s t a n d t h e m o d e l o f t r a n s m i s s i o n a l t e r a b l e c o s t , w h i c h c o m e i n t o b e i n g e c o n o m y fl o w . x i o n g j i a n ( e l e c t r i c a l e n g i n e e r i n g a n d a u t o m a t i o n ) d i r e c t e d b y p r o f b a o h a i k e y wo r d s : f l o w , t r a n s m i s s i o n c o s t , t r a n s m i s s i o n p r i c i n g y 7 1 3 ) 4 6 创片u口 厂 目明 本人郑重声明:此处所提交的硕士学位论文 电网能量潮流与经济潮流)， 是本人在华北电力大学攻读硕士学位期间， 在导师指导下进行的研究工作和取得 的 研究成果。 据本人所知， 除了 文中 特别加以 标注和致谢之处外， 论文中不包含 其他人己经发表或撰写过的研究成果， 也不包含为获得华北电力大学或其他教育 机构的学位或证书而使用过的材料。 与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡 献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 学位论文作者签名: 14 - -， 日期: o r s; 关于学位论文使用授权的说明 本人完全了解华北电力大学有关保留、 使用学位论文的规定， 即: 学校有 权保管、 并向 有关部门送交学位论文的原件与复印件; 学校可以 采用影印、 缩 印 或其它复制手段复制并保存学位论文;学校可允许学位论文被查阅或借阅: 学校可以 学术交流为目 的 ， 复制赠送和交换学位论文; 同 意学校可以 用不同 方式在不同媒体_ l 发表、传播学位论文的全部或部分内容。 作 者 签 名 : 垂止蜂 日期: 一 。 e v s .立 导 师 签 名 : j 到 少 期 :6 f; 华北电力大学硕士学位论文 1 绪论 1 . 1背景 随着电力工业改革的推进，垂直垄断的电力系统中各个实体的传统角色在 电力市场环境发生了变化，发电公司、电网公司和配电公司各个实体的责任和 利益更加清晰明确。 电网公司是输电网的拥有者，在电力市场中扮演着非常重要的角色。电网公 司负责建设、 拥有、 维护和运营在某一特定地理区域内的输电网，同时为保障整 个电力系统的安全运行提供服务。 一般来说，电网公司通过收取接网费、网络使 用费和阻塞管理费等手段，回收它的投资和变动成本，并获取收益口 配电公司通过配电系统向某一特定地理区域内的用户分配电能， 它负责配电 系统的建设和运行， 并有责任保障一定程度的系统可靠性和可用性。 与输电网相 似， 在某一地区， 配电公司作为一个独立经营的实体， 它通过向垄断供电区域的 售电获取利润。 输 ( 配)电企业已经向提供单一输电服务的方向发展，其利润与传输的能量 有关。所以电网能量经济的分布问题将日益受到输 ( 配)电公司的关注。 1 . 2国内外研究成果 对于输 ( 配)电经济分布问题，国内外提出了很多方法，方法主要集中在输电 服务成本分摊、输电电价的制定、过网费等多个方面。但是问题的实质都是为了将 “ 厂网分开”后，将输 ( 配)电企业传送的能量在公平、透明的情况下以经济的形 式表现出来。 1 . 2 . 1 当量电价法1 1 ,2 1 当量电价法，是把输 ( 配)电过程中输 ( 配)电公司的所有成本都建立在一个 电价模型中。输电当量电价的基本原理性框架:一般情况下输电网都是一个线性的 无源有损网络， 如果在其经济调度潮流的附近， 将全网各条线路的损耗用同一比例放 大，使全网应回收投资的容量总成本同比例嵌入各线路，对于这样一个同比例放大 后的 具有虚拟损耗的网络， 按电路的基尔霍夫第1 、 第2 定理， 当注入是恒流源时( 发 电 为 正 ，负 荷 为 负 ) ， 输 电 网 内 的 经 济 调 度 潮 流 分 布 必 定 保 持 不 变 ， 这 可 以 称 之 为 同 比例嵌入容量成本后经济调度潮流不变的不变性原理，简称经济调度不变性原理或 不变性原理。 输 电当量电价在建模上有以下一些特性: 华北电力大学硕士学位论文 1 绪论 1 . 1背景 随着电力工业改革的推进，垂直垄断的电力系统中各个实体的传统角色在 电力市场环境发生了变化，发电公司、电网公司和配电公司各个实体的责任和 利益更加清晰明确。 电网公司是输电网的拥有者，在电力市场中扮演着非常重要的角色。电网公 司负责建设、 拥有、 维护和运营在某一特定地理区域内的输电网，同时为保障整 个电力系统的安全运行提供服务。 一般来说，电网公司通过收取接网费、网络使 用费和阻塞管理费等手段，回收它的投资和变动成本，并获取收益口 配电公司通过配电系统向某一特定地理区域内的用户分配电能， 它负责配电 系统的建设和运行， 并有责任保障一定程度的系统可靠性和可用性。 与输电网相 似， 在某一地区， 配电公司作为一个独立经营的实体， 它通过向垄断供电区域的 售电获取利润。 输 ( 配)电企业已经向提供单一输电服务的方向发展，其利润与传输的能量 有关。所以电网能量经济的分布问题将日益受到输 ( 配)电公司的关注。 1 . 2国内外研究成果 对于输 ( 配)电经济分布问题，国内外提出了很多方法，方法主要集中在输电 服务成本分摊、输电电价的制定、过网费等多个方面。但是问题的实质都是为了将 “ 厂网分开”后，将输 ( 配)电企业传送的能量在公平、透明的情况下以经济的形 式表现出来。 1 . 2 . 1 当量电价法1 1 ,2 1 当量电价法，是把输 ( 配)电过程中输 ( 配)电公司的所有成本都建立在一个 电价模型中。输电当量电价的基本原理性框架:一般情况下输电网都是一个线性的 无源有损网络， 如果在其经济调度潮流的附近， 将全网各条线路的损耗用同一比例放 大，使全网应回收投资的容量总成本同比例嵌入各线路，对于这样一个同比例放大 后的 具有虚拟损耗的网络， 按电路的基尔霍夫第1 、 第2 定理， 当注入是恒流源时( 发 电 为 正 ，负 荷 为 负 ) ， 输 电 网 内 的 经 济 调 度 潮 流 分 布 必 定 保 持 不 变 ， 这 可 以 称 之 为 同 比例嵌入容量成本后经济调度潮流不变的不变性原理，简称经济调度不变性原理或 不变性原理。 输 电当量电价在建模上有以下一些特性: 华北电力大学硕士学位论文 ( 1 )采用 “ 发电实用当量成本” 兼顾机组的容量和电量成本，维护市场效率并 控制发电上网电价水平。 输电成本与发电成本相比是小量，因此，发电交易计划主要由各机组电量成本 的相对经济性决定。为使发输电当量成本最小化的定价保持经济调度解不变，关键 是发电当量成本仍能反映各机组电量成本的相对经济性。 ( 2 )定义 “ 线损系数”线性化线损，采用线性规划提高算法效率和透明度。 定价模型的非线性源于潮流方程约束的非线性和线损及其成本的非线性。对 此，建模一方面采用d c 潮流模型，另一方面引入线路线损系数的概念线性化线损。 其中，线路线损系数是按对全网线损率按线长和潮流的平方修正得到的。 ( 3 )引入 “ 传送”新概念，在交易计划和潮流优化中实现容量费的合理分摊。 线路容量费在用户间的合理分摊需要潮流解析。为此，建模直接引入发电一负 荷节点间独立的电力交易作为决策变量，并定义为 “ 电力传送”。在线性系统的假 设下，节点注入和线路潮流都可表述为传送的线性函数，从而在交易和潮流优化的 同时解辐、实现线路容量费的公平分摊。 ( 4 )针对不同市场阶段，设置不同“ 过路费率”，构成两种风险程度不同的定 价方法 。 提出了两种过路费率的设置方法:第一种，将过路费率设置为线路单位容量的社会 一般投资成本。为此，要求政府事先给出每类线路( 主要按材料、电压等级分类) 的 单位线长静态容量投资， 以及全网统一的经济寿命和贴现率。 该方法不严格保证“ 线 路等比加长”，但能维护经济调度潮流基本不变;第二种，要求政府审核全网的会 计学容量成本( 包括一定的回报率) ，并事先分配到一年各交易时段:而在各时段的 定价中，将全网会计学容量成本分配值比例于预测线损分摊到所有线路，除以预测 潮流后构成过路费率。该方法能较好地实现线路 “ 等比加长”的效果;而同时，线 路容量费与潮流的关系较弱，网公司很大程度上规避了 风险，但也因此损失了相应 的激励机制。 当量电价模型将线损只是粗略的用线损系数带入模型，而线损是能够准确计算 和分析的，并且把所有内容都用建立在一种统一的模型中，必然导致模型的准确性 不高。 1 .2 . 2 输电费用分配方法 针对输电费用，许多学者在费用分摊方面也做出了大量的工作，根据成本的不 同可分为固定成本分摊问题和网损分摊问题 ( 即可变成本分摊) 。 华北电力大学硕士学位论文 ( 1 )采用 “ 发电实用当量成本” 兼顾机组的容量和电量成本，维护市场效率并 控制发电上网电价水平。 输电成本与发电成本相比是小量，因此，发电交易计划主要由各机组电量成本 的相对经济性决定。为使发输电当量成本最小化的定价保持经济调度解不变，关键 是发电当量成本仍能反映各机组电量成本的相对经济性。 ( 2 )定义 “ 线损系数”线性化线损，采用线性规划提高算法效率和透明度。 定价模型的非线性源于潮流方程约束的非线性和线损及其成本的非线性。对 此，建模一方面采用d c 潮流模型，另一方面引入线路线损系数的概念线性化线损。 其中，线路线损系数是按对全网线损率按线长和潮流的平方修正得到的。 ( 3 )引入 “ 传送”新概念，在交易计划和潮流优化中实现容量费的合理分摊。 线路容量费在用户间的合理分摊需要潮流解析。为此，建模直接引入发电一负 荷节点间独立的电力交易作为决策变量，并定义为 “ 电力传送”。在线性系统的假 设下，节点注入和线路潮流都可表述为传送的线性函数，从而在交易和潮流优化的 同时解辐、实现线路容量费的公平分摊。 ( 4 )针对不同市场阶段，设置不同“ 过路费率”，构成两种风险程度不同的定 价方法 。 提出了两种过路费率的设置方法:第一种，将过路费率设置为线路单位容量的社会 一般投资成本。为此，要求政府事先给出每类线路( 主要按材料、电压等级分类) 的 单位线长静态容量投资， 以及全网统一的经济寿命和贴现率。 该方法不严格保证“ 线 路等比加长”，但能维护经济调度潮流基本不变;第二种，要求政府审核全网的会 计学容量成本( 包括一定的回报率) ，并事先分配到一年各交易时段:而在各时段的 定价中，将全网会计学容量成本分配值比例于预测线损分摊到所有线路，除以预测 潮流后构成过路费率。该方法能较好地实现线路 “ 等比加长”的效果;而同时，线 路容量费与潮流的关系较弱，网公司很大程度上规避了 风险，但也因此损失了相应 的激励机制。 当量电价模型将线损只是粗略的用线损系数带入模型，而线损是能够准确计算 和分析的，并且把所有内容都用建立在一种统一的模型中，必然导致模型的准确性 不高。 1 .2 . 2 输电费用分配方法 针对输电费用，许多学者在费用分摊方面也做出了大量的工作，根据成本的不 同可分为固定成本分摊问题和网损分摊问题 ( 即可变成本分摊) 。 华北电力大学硕士学位论文 1 . 2 .2 . 1固定成本分摊 输电服务可以看成对电力市场中电能交易的服务， 也可以看成对电网中节点注 入功率的服务。这里， 交易指从 1 个或多个节点到另一个或多个节点的电能输送， 有 确定的发送点和接受点， 在忽略网损的情况下， 所有送端节点的流出功率之和等于所 有受端节点的流入功率之和， 即为平衡交易。节点注入既包括发电机的正注入， 也包 括负荷的负注入。输电固定成本可以按照交易分摊， 也可以按照节点分摊。 ( 1 )基于交易的分摊方法该方法以电能交易合同为基础， 按照某种原则将输电 成本分摊给所有的双边/ 多边交易。 例如， 文献, 3 1 介绍了几种针对转运交易的输电定价方法， 包括邮票法、 合同路 径法、 长期边际成本法等; 文献 4 提出了基于交易的兆瓦一英里法: 文献f 5 中假设 所研究的交易是最后一个加入到输电系统时其应该承担的输电 成本; 文献 6 采用基 于电流的方法确定交易对电网的使用程度;文献, 7 , g 对一部分输电成本用兆瓦一英 里法分摊，另一部分用基于可靠性的方法分摊; 文献 9 1 提出了综合比 较方法， 将包 括输电固定成本在内的各种输电成本分摊给交易:文献 1 0 提出了一种多点灵敏度 方法，来计算电能交易对各种输电相关的成本和物理量的分配因子。 在确定各交易应该分摊的成本时， 假设某一交易中所有发电节点的相应电能都 供给了参与该交易的负荷节点，换句话说，该交易包括的所有负荷节点消耗的电能 都来自于相应的发电节点。 对于多边交易( 联营体交易也可视为多边交易的一种) ，应 将每个交易需要承担的费用进一步分摊给相应的参与者。这种方法主要用在双边/ 多边交易类型的电力市场中，美国的大多数电力市场都采用这种方法。 ( 2 )基于节点的分摊方法该方法强调对输电系统的实际使用情况而不是针对 具体的合同交易情况，按照某种原则将成本分摊给节点上所连接的发电机和/ 或负 荷。 例如， 文献 1 1 用直流分布因子方法，文献 1 2 , 1 3 用长期边际成本方法，文献 1 4 , 1 5 用潮流跟踪方法， 文献, 1 6 1 用潮流比 较方法， 文献 1 7 用灵 敏度方法确定节点 注入或汲取对输电系统的影响。 可以将节点的所有发电 机和负荷合成为净注入， 按各节点的净注入分摊输电成 本，也可以将连接于每个节点的不同的发电 机和负荷分别作为一个单独的注入，将 成本分摊给每个注入相应的发电机或负荷。显然，如果是按净注入分摊，在得到每 个节点需分摊的总费用后， 还需将其进一步分摊给节点注入的不同分量( 对应不同的 发电机和负荷) 。 另外， 无论是否对连接各个节点的发电机和/ 或负荷的注入进行合并， 系统中都 有正注入和负注入。针对这种情况，有3 种分摊成本的方法: ( 1 ) 按照节点注入的代数值分摊，不论正负，直接将总成本分摊给所有注入， 华北电力大学硕士学位论文 包括发电机注入和负荷注入; ( 2 ) 将总成本全部分摊给正注入( 发电机) ， 这种情况下常常需要对负注入( 负 荷) 进行一定的处理，比如将其等效为恒定阻抗，或假设负注入随正注入等比例变 化，以便将线路功率表示为仅含正注入的函数; ( 3 ) 将总成本全部分摊给负注入， 类似地， 在这种情况下需要对正注入进行一 定的处理，如假设各发电机的出力随全网总负荷等比例变化。 后两种方法通常结合使用，首先确定总成本在发电机和负荷之间的分摊比例， 然后分别将每一部分成本分摊给不同节点的发电机和负荷。 但是， 理论上并不存在确 定发电机和负荷应该承担的分摊比例的方法。从引导将来的发电厂和大型负荷的选 址的角度看， 应该根据对输电系统的实际使用情况将输电固定成本同时分摊给发电 机和负荷。由于输电价格对发电厂的影响通常较负荷更大，因此发电机分摊的比例 应该 相对 大一 些 19 。 但另一 方面，按照拉 姆齐( r a m s e y ) 定价的 思 想， 从 输电 固 定成 本 分摊应尽量减少对输电短期边际成本的扭曲的角度看，发电机承担的比例应该尽量 小，因为发电对输电服务的价格弹性较大，将固定成本分摊给发电造成的对短期经 济信号的扭曲也较大 1 5 1 。 在某些特殊情况下， 这两种方法的最终分摊结果是相同的。 1 . 2 . 2 . 2网损分摊 ( 可变成本分摊) 虽然在电力市场交易过程中， 输电网的损耗只占全部成本很小的一部分， 但是， 对 具体的交易和电网用户却可能有很大的影响。网损分摊方法有: 1 . 平均网损分摊法 平均网 损分摊法实际上是一种“ 邮票法” 1 9 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就是这种分摊方法2 0 ,2 1 1 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。这种网损分摊法既直接又透明， 可以 通过事前计算、事后计算、实时计算或三者之间组合来完全回收输电损耗成本。仅 需在总需求与总供给之间做一简单的比较， 而且其差值相对稳定， 有利于维持电力交 易的同一性和流畅性。 这种分摊方法可以 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。 2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 华北电力大学硕士学位论文 2 2 1 ( 1 ) 短期边际成本法 短期边际成本法是把输电网损并入输电成本中予以考虑， 其目 标函数和输电定 价策略中包含了 输电损耗， 而不单独考虑网损分摊问题。因而， 输电成本中， 除了边际 网 损成木之外， 还包括边际网络维护成本、 网 络供电 质量成本分量等 8 。 新西兰和美 国纽约电力市场是该方法的典型代表。 短期边际成本法完全按照边际成本定价， 使经 济效益明显提高。在每时每刻和每个区域/ 位置， 市场参与者都能得到反映网损完全 边际 成本的正确信号。 当然， 这些经济信号只有在其他相关因素也同样明确且正确时， 才会带来高效益的投资和发电决策( 例如， 必须同时知道输电堵塞成本) 。 另外， 在某一 输电区域内， 网损分摊量的波动幅度越大， 市场参与者， 尤其是独立发电商或用户， 所 面临的风险 性就 越大。 对此，新西兰 采取了 一 种称为“ 输电 防范” ( t r a n s m i s s i o n h e d g e s ) 的对策， 即设定输电电价( 同时包括输电 损耗和堵塞成本) 的变化范围来预防这种风 险。 ( 2 ) 输电网损分摊给系统操作员 英国国家电网公司采用系统操作员承担部分网损的做法。因为系统操作员的调 度决策影响输电损耗汾摊网损到系统操作员， 显然具有经济价值。把输电风险转移 到系统操作员比直接分摊到用户， 更有利于降低输电 成本。 因为系统操作员利用输电 损耗的边际成本进行中心调度决策， 获益程度取决于系统操作员在进行电力调度时 利用边际损耗成本信息的能力， 而不是市场参与各方的行为。 1 .2 .3 费 用 流 法 的 成 本 计 算 2 3 1 费用流法的输电网节点电力成本分析方法，该方法从经济的角度出发，提出了 费用流方法，来分析输电网中各节点负荷功率的成本构成。在这个构成方案中，可 以统一考虑各发电厂上网电价的不同、对输电元件固定成本的回收以及网损的成 本。 该方法认为功率在经过电网从发电厂向用户侧流动时，沿途不断附加网损成 本、输电元件使用费用等各项费用，因而功率在到达用户处时相应携带了应向用户 收取的所有费用，即功率可看作是费用的载体，网络中某点的功率负载着将该功率 供应到该点处的所有成本。相应地，该点单位功率所对应的成本定义为单位电力成 本p ， 功率p与p 的乘积定义为费用流c 。因而各节点单位电力成本可看作是费用 流在电网中流动的结果。 该方法没有考虑到输电成本中固定成本部分和因网损生成的可变成本部分与 输电量影响的不同。 华北电力大学硕士学位论文 2 2 1 ( 1 ) 短期边际成本法 短期边际成本法是把输电网损并入输电成本中予以考虑， 其目 标函数和输电定 价策略中包含了 输电损耗， 而不单独考虑网损分摊问题。因而， 输电成本中， 除了边际 网 损成木之外， 还包括边际网络维护成本、 网 络供电 质量成本分量等 8 。 新西兰和美 国纽约电力市场是该方法的典型代表。 短期边际成本法完全按照边际成本定价， 使经 济效益明显提高。在每时每刻和每个区域/ 位置， 市场参与者都能得到反映网损完全 边际 成本的正确信号。 当然， 这些经济信号只有在其他相关因素也同样明确且正确时， 才会带来高效益的投资和发电决策( 例如， 必须同时知道输电堵塞成本) 。 另外， 在某一 输电区域内， 网损分摊量的波动幅度越大， 市场参与者， 尤其是独立发电商或用户， 所 面临的风险 性就 越大。 对此，新西兰 采取了 一 种称为“ 输电 防范” ( t r a n s m i s s i o n h e d g e s ) 的对策， 即设定输电电价( 同时包括输电 损耗和堵塞成本) 的变化范围来预防这种风 险。 ( 2 ) 输电网损分摊给系统操作员 英国国家电网公司采用系统操作员承担部分网损的做法。因为系统操作员的调 度决策影响输电损耗汾摊网损到系统操作员， 显然具有经济价值。把输电风险转移 到系统操作员比直接分摊到用户， 更有利于降低输电 成本。 因为系统操作员利用输电 损耗的边际成本进行中心调度决策， 获益程度取决于系统操作员在进行电力调度时 利用边际损耗成本信息的能力， 而不是市场参与各方的行为。 1 .2 .3 费 用 流 法 的 成 本 计 算 2 3 1 费用流法的输电网节点电力成本分析方法，该方法从经济的角度出发，提出了 费用流方法，来分析输电网中各节点负荷功率的成本构成。在这个构成方案中，可 以统一考虑各发电厂上网电价的不同、对输电元件固定成本的回收以及网损的成 本。 该方法认为功率在经过电网从发电厂向用户侧流动时，沿途不断附加网损成 本、输电元件使用费用等各项费用，因而功率在到达用户处时相应携带了应向用户 收取的所有费用，即功率可看作是费用的载体，网络中某点的功率负载着将该功率 供应到该点处的所有成本。相应地，该点单位功率所对应的成本定义为单位电力成 本p ， 功率p与p 的乘积定义为费用流c 。因而各节点单位电力成本可看作是费用 流在电网中流动的结果。 该方法没有考虑到输电成本中固定成本部分和因网损生成的可变成本部分与 输电量影响的不同。 华北电力大学硕士学位论文 不万飞 荟济潮流的概念 - 经济潮流是在清楚电能在电网中分布的情况下，从输 ( 配)电的角度把电能引 入经济模型并分析其分布规律。能量潮流是通过电压、电流、功率等反映电能在电 网中的分布规律，那么经济潮流就是通过电网任意点的成本电价来反映其经济分布 规律的。所以现在提到的经济潮流不是过去提到的经济运行方式下的潮流分布的简 称。经济运行方式下的潮流分布只能算是在经济潮流分析过程中存在的比较好的数 值解。 1 . 4现实意义 对能量潮流和经济潮流分析有着广泛的现实意义。 ( 1 ) 从电网公司的角度， 可以 计算自己的输电 成本， 避免因为计算输电成本不 准确造成的亏损。 ( 2 )从电 力市场发展的角度， 此理论的研究可以给电 力市场的改革提供必要的 技术支持，有利用电力市场的深化改革。 ( 3 )从商品交易的角度， 此理论的研究可以进一步提高电能作为商品在市场中 交易的透明度，使市场交易的主体更加明确在市场中的作用和影响。 ( 4 ) 从社会福利的角度，可以一定程度的提高发电 质量，降低线损率。 1 . 5 本文的工作 本文的工作主要是从两个方面介绍电网传输的能量潮流和经济潮流以及相互 之间的关系。 根据输电电量与输电成本回收关系的不同， 将输电成本分为两个部分: 固定成本和可变成本。对两部分分布建立适当的经济模型，进而描述电能在电网中 的经济分布情况。 2理论基础 2 . ，能量潮流分析基础及方法 2 . 1 . 1 概述 在新环境下， 发电、 输电和配电业务可以分开经营。 输电成为一种特殊的业务， 向独立发电厂或电力批发商提供服务，或为其他电力公司提供转运服务，后者都成 为输电系统的用户。这样就会涉及定义对这些用户的服务项目 和确定过网费等问 题。在这种情况下，用户不仅要知道整个电网的潮流分布，而且要知道电网中能量 的来源，即电网支路或负荷中电能的来源及其准确的比例。这些问题是度量输电服 华北电力大学硕士学位论文 不万飞 荟济潮流的概念 - 经济潮流是在清楚电能在电网中分布的情况下，从输 ( 配)电的角度把电能引 入经济模型并分析其分布规律。能量潮流是通过电压、电流、功率等反映电能在电 网中的分布规律，那么经济潮流就是通过电网任意点的成本电价来反映其经济分布 规律的。所以现在提到的经济潮流不是过去提到的经济运行方式下的潮流分布的简 称。经济运行方式下的潮流分布只能算是在经济潮流分析过程中存在的比较好的数 值解。 1 . 4现实意义 对能量潮流和经济潮流分析有着广泛的现实意义。 ( 1 ) 从电网公司的角度， 可以 计算自己的输电 成本， 避免因为计算输电成本不 准确造成的亏损。 ( 2 )从电 力市场发展的角度， 此理论的研究可以给电 力市场的改革提供必要的 技术支持，有利用电力市场的深化改革。 ( 3 )从商品交易的角度， 此理论的研究可以进一步提高电能作为商品在市场中 交易的透明度，使市场交易的主体更加明确在市场中的作用和影响。 ( 4 ) 从社会福利的角度，可以一定程度的提高发电 质量，降低线损率。 1 . 5 本文的工作 本文的工作主要是从两个方面介绍电网传输的能量潮流和经济潮流以及相互 之间的关系。 根据输电电量与输电成本回收关系的不同， 将输电成本分为两个部分: 固定成本和可变成本。对两部分分布建立适当的经济模型，进而描述电能在电网中 的经济分布情况。 2理论基础 2 . ，能量潮流分析基础及方法 2 . 1 . 1 概述 在新环境下， 发电、 输电和配电业务可以分开经营。 输电成为一种特殊的业务， 向独立发电厂或电力批发商提供服务，或为其他电力公司提供转运服务，后者都成 为输电系统的用户。这样就会涉及定义对这些用户的服务项目 和确定过网费等问 题。在这种情况下，用户不仅要知道整个电网的潮流分布，而且要知道电网中能量 的来源，即电网支路或负荷中电能的来源及其准确的比例。这些问题是度量输电服 华北电力大学硕士学位论文 务的关键， 对确定电网经济潮流有直接影响，下文进行详细分析。 2 . 1 . 2 典型方式下的能量分布及求解2 5 能量在电网中某一时刻的分布，即电压、电流、功率的分布，即潮流分布。所 以潮流分布是能量在电网中分布的即时反映。潮流计算在电力系统中是一个古老而 经典的问题，并且对其求解方法己经基本成熟。在输配电部门得到了广泛的应用。 求解潮流的基本方法: ( 1 ) 高斯一 塞德尔迭代法; ( 2 ) 牛顿一拉夫逊法求解潮流; ( 3 ) p - q分解法求解潮流。 目前应用的潮流计算程序都是基于这三种方法改进实现的。本文算例的潮流结 果是应用 p s a s p程序计算的。 2 . 1 . 3 功率分解理论 一般的潮流计算方法能够通过系统的结构、 参数及系统当前的方式和负荷状态， 计 算出系统各个母线电压和各个支路流过的功率。 但在电力市场环境下，有时仅仅知 道每条支路流过的功率是不够的。如: 在某个电力系统中， 各电厂的上网电价一般不 会相同， 欲知某个负荷的供电成本是多少时， 可能需要了解这个负荷是由哪些电厂供 给功率的; 为了确定输电的成本， 需要知道输送功率流经的线路， 以 便确定哪些线路的 投资需要在该输电业务中回收， 实现对该输电业务的成本追溯， 精确地计算出输电 成 本。以上例子都说明了进一步确定各电源在某个支路内流经的功率和产生功率损耗 的必要性。 功率分解理论主要是解决电网任意支路或负荷的功率来源问题，从另一方面说 也就是解决每个发电源对某一支路或负荷的贡献多少的问题。 功率分解理论是电力市场发展的基础，国内外学者在此问题作了许多研究，但 大体都是基于潮流运算结果进行追踪的。 2 . 1 . 3 . 1 本文采用的功率分解方法 通过对功率分解理论的深入研究， 在断面潮流己知的情况下从功率传输的本质 析得到了基于能量线性叠加的电源输出功率、支路传输功率表达式，给出了电源对 任意支路或负荷的能量分布系数和任意支路或负荷与电源关系的解析表达式，从而 构建了完整的功率线性分析、计算的理论基础。下面简单介绍下这一理论的证明。 设电网 络具有n 个节点; q 个电 源，电 源节点编号从1 开始， 依次到9 ; 其后 的 节点 编号次 序 任意。电 源以电 流 源描述， 记为i k ( k = l , - , q ) ， 其内阻 并入网 络。 华北电力大学硕士学位论文 务的关键， 对确定电网经济潮流有直接影响，下文进行详细分析。 2 . 1 . 2 典型方式下的能量分布及求解2 5 能量在电网中某一时刻的分布，即电压、电流、功率的分布，即潮流分布。所 以潮流分布是能量在电网中分布的即时反映。潮流计算在电力系统中是一个古老而 经典的问题，并且对其求解方法己经基本成熟。在输配电部门得到了广泛的应用。 求解潮流的基本方法: ( 1 ) 高斯一 塞德尔迭代法; ( 2 ) 牛顿一拉夫逊法求解潮流; ( 3 ) p - q分解法求解潮流。 目前应用的潮流计算程序都是基于这三种方法改进实现的。本文算例的潮流结 果是应用 p s a s p程序计算的。 2 . 1 . 3 功率分解理论 一般的潮流计算方法能够通过系统的结构、 参数及系统当前的方式和负荷状态， 计 算出系统各个母线电压和各个支路流过的功率。 但在电力市场环境下，有时仅仅知 道每条支路流过的功率是不够的。如: 在某个电力系统中， 各电厂的上网电价一般不 会相同， 欲知某个负荷的供电成本是多少时， 可能需要了解这个负荷是由哪些电厂供 给功率的; 为了确定输电的成本， 需要知道输送功率流经的线路， 以 便确定哪些线路的 投资需要在该输电业务中回收， 实现对该输电业务的成本追溯， 精确地计算出输电 成 本。以上例子都说明了进一步确定各电源在某个支路内流经的功率和产生功率损耗 的必要性。 功率分解理论主要是解决电网任意支路或负荷的功率来源问题，从另一方面说 也就是解决每个发电源对某一支路或负荷的贡献多少的问题。 功率分解理论是电力市场发展的基础，国内外学者在此问题作了许多研究，但 大体都是基于潮流运算结果进行追踪的。 2 . 1 . 3 . 1 本文采用的功率分解方法 通过对功率分解理论的深入研究， 在断面潮流己知的情况下从功率传输的本质 析得到了基于能量线性叠加的电源输出功率、支路传输功率表达式，给出了电源对 任意支路或负荷的能量分布系数和任意支路或负荷与电源关系的解析表达式，从而 构建了完整的功率线性分析、计算的理论基础。下面简单介绍下这一理论的证明。 设电网 络具有n 个节点; q 个电 源，电 源节点编号从1 开始， 依次到9 ; 其后 的 节点 编号次 序 任意。电 源以电 流 源描述， 记为i k ( k = l , - , q ) ， 其内阻 并入网 络。 华北电力大学硕士学位论文 务的关键， 对确定电网经济潮流有直接影响，下文进行详细分析。 2 . 1 . 2 典型方式下的能量分布及求解2 5 能量在电网中某一时刻的分布，即电压、电流、功率的分布，即潮流分布。所 以潮流分布是能量在电网中分布的即时反映。潮流计算在电力系统中是一个古老而 经典的问题，并且对其求解方法己经基本成熟。在输配电部门得到了广泛的应用。 求解潮流的基本方法: ( 1 ) 高斯一 塞德尔迭代法; ( 2 ) 牛顿一拉夫逊法求解潮流; ( 3 ) p - q分解法求解潮流。 目前应用的潮流计算程序都是基于这三种方法改进实现的。本文算例的潮流结 果是应用 p s a s p程序计算的。 2 . 1 . 3 功率分解理论 一般的潮流计算方法能够通过系统的结构、 参数及系统当前的方式和负荷状态， 计 算出系统各个母线电压和各个支路流过的功率。 但在电力市场环境下，有时仅仅知 道每条支路流过的功率是不够的。如: 在某个电力系统中， 各电厂的上网电价一般不 会相同， 欲知某个负荷的供电成本是多少时， 可能需要了解这个负荷是由哪些电厂供 给功率的; 为了确定输电的成本， 需要知道输送功率流经的线路， 以 便确定哪些线路的 投资需要在该输电业务中回收， 实现对该输电业务的成本追溯， 精确地计算出输电 成 本。以上例子都说明了进一步确定各电源在某个支路内流经的功率和产生功率损耗 的必要性。 功率分解理论主要是解决电网任意支路或负荷的功率来源问题，从另一方面说 也就是解决每个发电源对某一支路或负荷的贡献多少的问题。 功率分解理论是电力市场发展的基础，国内外学者在此问题作了许多研究，但 大体都是基于潮流运算结果进行追踪的。 2 . 1 . 3 . 1 本文采用的功率分解方法 通过对功率分解理论的深入研究， 在断面潮流己知的情况下从功率传输的本质 析得到了基于能量线性叠加的电源输出功率、支路传输功率表达式，给出了电源对 任意支路或负荷的能量分布系数和任意支路或负荷与电源关系的解析表达式，从而 构建了完整的功率线性分析、计算的理论基础。下面简单介绍下这一理论的证明。 设电网 络具有n 个节点; q 个电 源，电 源节点编号从1 开始， 依次到9 ; 其后 的 节点 编号次 序 任意。电 源以电 流 源描述， 记为i k ( k = l , - , q ) ， 其内阻 并入网 络。 由节点电压法， 华北电力大学硕士学位论文 电网的节点电压导纳矩阵方程为: 一一一一一一一一一一一一一仁仁 爪气份00 一1.eelesesesesesl - ，lles，.1.esesesesesj 鱿矶 y n ,”y l n y e m y s ,凡2儿。y . 叭叽 y q i y t a , u iy oy-y wyc4,u4y ay m o. ( 1 ) y凡， y . . . y - 一、.1.1胜l 式( 1 ) 中 ， 导 纳 矩阵 的 元素与e t 电 网 络 基本元素， 决定了 网 络的 性质;拭i ， , n为第1 个节点的电 压， 是未知量; 气， k = 1 , . . . , q 为 第k 个电 源的电 流源电 流，是已知量。由 此得到式( 1 ) 的 解为: 干一1一 4 1a ., f. 内寿 内人 叭矶: = 去 a nn a a = ca n 丸 u a o a a = fu ，;， ( 2 ) 叭叽 a二 a m一 a. 月月:a叭;找 才 f!.l |111.es.j r!一! 式( 2 ) 中，孔 ， 为 式 ( 2 ) 中 导 纳阵 对应 元 素( i j ) 的 代数 余子 式。 由 ( 2 ) 式，电 网 络中 任意 节点i 的电 压玖( i = 1 , . . . , n ) 可 表示为: 爪125你 厂|leslwel，l 丸- 法a u = 一一 l ( 3 ) 电流表达式: i k u. 一u, 分 (令 一 争i, s )iz: 十 一( a,a 一 a qo k )i9s 假定电流源内阻并入网络对地支路， 此时电源为理想恒流源。电源k s 的功率表 达式: s l 二 u k - i , v 4 ) .七 .i ，|月.|lwe|j 2 k 一 令 4 4 + ( k + a. =1 , 2 一令 igslk, ， 9 ) 华北电力大学硕 t 学位论文 式( 4 ) 中，( a , / a ) - 1 几为第i 个电 源与第k 个电 源共同 存在，由电 源k 发出的一 种形式的能量。 对( 成/ ) 人 几 进行数学处理，令( 9 k / a ) = 1 . ( a ., / a ) , 其中，1的单位是k2 , ( y k / 4 ) 无单 位。 此时，1 . 1 i l xs 就是 第i 个电 源与第k 个电 源共同 存在时，由电 源 k发出的一种形式的单位能量，是一个标量; 减 * / ) 就是该单位能量在电网 中的 分布 系 数。 定 义当i = k 时， i s 几为k 电 源的自 功率 ， 当i r k 时， 几 几为k 电源的互功率，并且是在1 电源影响下的互功率。 同理，点 i 对地支路功率表达式为: s ; 一 u ; - 1 ; = u ( u m) 。 斌 二y , k - 八 a: 石 十一1 , 。 十 + a q,i93)(q u i,+ q 2,12，一a . .a i9) ( 5 ) 一 :令 (a u )h sh s+ i ( ;)11, a iz4，一a q,a).i i(q.ps.+ 鲁 ( a ).lad e: ( i = 1 , 2 ， 一， n ) 联络支ii 在i 点的注入功率表达式为: s ;i = u i i 二 y u , ( u ; 一 u ) . _ 法: = y l才 1 1, + a , : 一人。