（电力系统及其自动化专业论文）考虑阻塞调度的发电权交易改进算法.pdf

期：兰里! ! ：圣：! 皇 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上发表、传播 学位论文的全部或部分内容。 ( 涉密的学位论文在解密后遵守此规定) 作者签名：丝塑垫导师签名： 日期：型0 至坐 i i 的 统 文 行 据 支 路潮流变化的影响程度形成次优先级，当交易造成网络阻塞时，缓解易阻塞线路潮流 的交易优先进行，以此建立了考虑阻塞的发电权交易改进模型。通过算例，对传统模型 和改进模型所得到的出清结果和社会效用进行了对比分析，结果表明，改进模型的社会 效用较传统模型有很大程度的提高，验证了该模型的正确性。 关键词：电力市场，发电权交易，阻塞管理，社会效用 a bs t r a c t t h eg e n e r a t i o nr i g h tt r a d e ( g r t ) c a no p t i m i z et h ea s s e t s a l l o c a t i o n ，p r o m p tt h e e n e r g y s a v i n ga n dc o n s u m p t i o n r e d u c i n go ft h ee l e c t r i c a li n d u s t r y , a n dr e a l i z et h ew i n w i n s i t u a t i o nf o rt h r e es i d e sw h i c hi n c l u d eb u y e r ，s e l l e ra n ds o c i e t y , s oa st ob e c o m ean e wh o t s p o ti ne l e c t r i c i t ym a r k e tr e f o r m g r ts h o w st h ec h a n g eo ft h eg e n e r a t o r s o u t p u t ，a n dt h e n l e a d st ot h ep o w e rf l o wc h a n g eo ft h es y s t e m s oi no r d e rt oe n s u r et h es y s t e ms e c u r i t y ，t h e c o n g e s t i o nm a n a g e m e n tf o rg r t i sq u i t en e c e s s a r y t h ep a p e r ，b a s e do nt h eb a c k g r o u n do f g r t , p o i n t e do u tt h ei n a d e q u a c i e so ft h et r a d i t i o n a lm o d e l so fg r t , a n da l s om a d es o m e i m p r o v e m e n t sf r o mt h ea l g o r i t h ma s p e c t c o n s i d e r e dt h ep o w e rf l o wo ft h ea d a p t i v e c o n g e s t i o nl i n ep r o d u c e db yt h ed i f f e r e n tg r t sb e i n gr e v e r s e d ，a n da c c o r d i n gt ot h ei m p a c t e x t e n to fp o w e rf l o wc h a n g eo ft h ek e yb r a n c h e sc a u s e db yg r t , i tc a nf o r mt h ep r i o r i t yo f g r tm a t c h i n gp a i r , a n da l l e v i a t et h ep o w e rf l o wo nt h ea d a p t i v ec o n g e s t i o nl i n ew h i c hi s p r i o rt oo t h e r s s ow ec a np r e s e n tan e wg r t m o d e lw h i c hc o u l dc o n s i d e rt h ec o n g e s t i o n t h e e x a m p l ei nt h i sa r t i c l eh a sb e e na n a l y z e dt oc o m p a r ew i t ht h eo b t a i n e dc l e a r i n gr e s u l ta n d s o c i a lf u n c t i o nf o rt h et r a d i t i o n a la n di m p r o v e dm o d e l s ，a n dt h er e s u l ti n d i c a t e dt h a tt h e i m p r o v e dm o d e lc a ng e n e r a t em o r es o c i a lf u n c t i o n ，t h u sv e r i f i e dt h ec o r r e c t n e s so f t h em o d e l l i a ox i a n g k a i ( p o w e rs y s t e m sa n da u t o m a t i o n ) d i r e c t e db yp r o f b a oh a i k e y w o r d s ：e l e c t r i c i t ym a r k e t ，g e n e r a t i o nr i g h tt r a d e ，c o n g e s t i o n m a n a g e m e n t ， s o c i a lf u n c t i o n l 华北电力大学硕士学位论文 目录 1 ：； 条件3 两种模式。4 4 1 3 选题意义5 1 4 发电权交易的研究现状7 1 4 1 发电权交易的基本理论和机制设计研究7 1 4 2 发电权交易的模型研究8 1 5 本文的主要研究内容l o 第二章阻塞管理方法概述1 1 2 1 概述1l 2 2 阻塞调度约束条件1 3 2 2 1 系统功率平衡等式约束1 3 2 2 2 机组功率约束1 3 2 2 3 支路功率约束1 4 2 3 灵敏度系数的计算1 5 2 3 1 计算原理1 6 2 3 2 直流潮流灵敏度1 6 2 3 3 交流潮流灵敏度1 8 2 3 4 直流潮流的功率传输分布因子1 9 2 4 本章小节1 9 第三章考虑阻塞调度的发电权交易模型2 1 3 1 社会效用概述2 l 3 1 1 节约标准煤量2 1 3 1 2 大气污染物减排的效益2 2 3 1 3 减少厂用电量2 3 3 2 发电权交易市场组织流程2 4 3 3 考虑阻塞调度的发电权交易模型及传统算法2 5 3 4 发电权交易传统模型及算法特性分析2 7 学硕士学位论文 2 8 ：；：! ：；：! ：；：； 3 4 3 4 ：；! ； 3 6 第四章算例分析3 7 4 1 i e e e 3 9 节点系统算例分析3 7 4 1 1 接线图及报价参数3 7 4 1 2 求解灵敏度系数及p t d f 值3 8 4 1 3 传统模型出清过程3 9 4 1 4 改进算法出清过程：4 0 4 1 5 模型出清结果对比分析4 2 4 2 本章小结4 3 第五章结论3 7 参考文献。4 5 致谢。4 9 附录a ie e e 一9 节点系统原始参数5 0 附录b ie e e 一3 9 节点系统原始参数5 1 在校期间发表的学术论文和参加科研情况5 3 i i i 约和污染 和“污染 年，我国 排放量和 吨降低到 2 2 9 5 万吨和1 2 7 3 万吨【lj 。2 0 0 7 年初，国家发改委、能源办联合发布的关于加快 关停小火电机组的若干意见中提到，“改进发电调度方式，按照节能、环保、经 济的原则，优先调度可再生能源和高效、清洁的机组发电，限制能耗高、污染重的 机组发电”。节能发电调度办法( 试行) 指出，按照节能、环保、经济的原则， 以保障电力可靠供应为前提，优先调度水能等清洁能源发电【2 1 。2 0 0 9 年1 1 月2 5 日 召，的国务院常务会议决定，到2 0 2 0 年中刚币位g d p 二氧化碳排放比2 0 0 5 年下降 4 0 - 4 5 。会议称，这是我国根掘凼情采耳义的白丰行动，是我因为全球应对气候变 化做出的巨大努力；这一目标也将作为约束性指标，纳入国民经济和社会发展中长 期规划，并制定相应的国内统计、峪测、考核办法。随管电力供需矛盾的缓解，一 些地方为优化发电资源、促进电源结构的调整、实现降耗减排，相继丌展了发电权 交易的尝试，通过市场机制压缩小机组发电，在节能降耗方面取得了很好的效果【3 1 。 这种方式可以在尊重发电企业经营自主权并且不影响电力消费者利益的前提下，在 降低能耗和减少污染方面收到了很好的功效。据统计，大机组替代小机组生产相同 数量的电能，可以节省燃料约1 4 。最近相关机构对江苏、河南、四川等地关于发 电权交易的有关做法进行了研究，研究表明发电权交易值得在全国范围内大力推广 h j 。所谓发电权交易，就是计划合同电量的有偿出让和买入。交易双方根据平等自 愿的原则，在不影响电力消费者利益的前提下，采取双边交易或集中交易的方式完 成电量指标的买卖。通过发电权交易，引导和鼓励发电成本高的机组将其计划合同 电量的部分或全部出售给发电成本低的机组，成本低的机组替代成本高的机组发 电，从而达到优化电源结构，降耗减排的目的。 随着电力工业的不断发展，给自然环境带来了一系列的问题，其中尤以装机容 量小的燃煤电厂的大气污染最为突出。小火电每发l 千瓦时的电，二氧化硫排放量 一般为4 7 克，而大机组脱硫后的排放量只有0 4 0 7 克。如果对全国1 3 5 万千 瓦及以下的火电机组实施发电权转让，则意味着可减少大约1 2 亿吨煤炭的开采、 表1 1 所示。 、 表1 1 机组煤耗及发电效率 机组容量发电煤耗发电效率厂用电率供电煤耗供电效率 m w g k w h g k w h 1 24 8 02 5 6 1 5 5 5 22 2 2 6 2 54 4 02 7 9 2 1 3 4 9 7 22 4 7 1 5 04 2 02 9 2 5 1 2 4 7 0 42 6 1 2 1 0 0 4 0 03 0 7 1 1 1 4 4 4 2 7 6 7 1 2 5 3 7 5 3 2 7 6 l o 4 1 2 52 9 7 8 3 0 03 3 03 7 2 3 7 3 5 33 4 7 9 6 0 03 0 0 6 64 4 6 4 6 3 3 94 0 9 1 l0 0 02 8 1 44 7 7 5 2 8 74 3 7 1 当通过新的交易方式实现节能减排目标时，为了调动各方参与的积极性，就必 须让参与交易的双方认可新的交易可以为其带来新的利润增长点或至少不会损害 其既得利益。发电权交易所产生的这个煤耗差距一方面达到了节能减排的目的，另 一方面产生了交易双方可分配的利益空间。这个直接经济效益由替代电厂和被替代 电厂共同分享，交易双方都在交易中增加了收益，同时减少了对环境的污染，实现 了买卖双方及社会的多赢。 2 0 0 9 年第一季度，国家电网公司认真落实国家节能减排政策要求，组织各区域 电网及省公司制定了2 0 0 9 年发电权交易计划，提出了进一步规范发电权交易的要 求和措旋。第一季度，国家电网公司经营区域内累计完成发电权交易1 2 0 0 6 亿千瓦 时，同比增长1 7 9 4 3 ，实现节约标煤l o o 3 l 万吨，减少二氧化硫排放3 4 3 万吨， 减少二氧化碳排放2 6 0 8 2 万吨；从各网省公司来看，江苏、河北、福建、安徽累计 完成发电权交易电量最多，分别为3 5 5 5 、2 0 8 3 、1 5 4 4 和1 4 1 2 亿千瓦时。 今年以来，华东电网以发电权交易为手段的节能减排成效更加显著，原因是政 府部门加大了对小机组关停和电量指标转让的调控力度，电力供需宽裕、电煤价格 稳定等条件也促进了发电权交易的开展。5 月起，上海开始执行关于上海市2 0 0 9 年发电量预期调控计划的批复中大机组替代小机组发电的调控指标。 2 间交易，平衡电力 案，并将组织四省 发电企业的意见， 电网电力交易中心 电监市场 2 0 0 9 】l5 5 电力市场交易平台 。由此可见，发电 期，将要关掉4 0 0 0 万千瓦小火电。业内人士认为，引入发电权交易，既能解决历时长久的小火电关停 难题；在电力面临过剩情况下，又能提高大电厂机组利用小时数，有利于降低大机 组生产单位电最的煤耗，从而提高电厂效益；同时，它使电力工业结构发生一个较 大的变化，有利丁我罔电力行业升级换代。 1 2 发电权交易的前提及形式 1 2 1 发电权交易的前提条件 除具有普通商品交易的一般特性外，发电权交易与普通商品交易有本质上的不 同。发电权交易必须具备以下原则及前提条件： ( 1 ) 电力供需缓和，供大于求，有一定的剩余发电容量。如果电力供需紧张，机 组的剩余发电容量很小，不具有替代其他机组发电的条件，自然就不存在发电权交 易。 ( 2 ) 发电权交易必须具有安全性。发电权交易不能像普通商品一样自由交易，发 电权受让机组替代发电权出让机组发电，会改变原有的电网潮流分布，必须满足电 网安全、稳定运行条件的约束，并在电力市场运行管理部门的监督和管理下有序进 行。 ( 3 ) 发电权交易能够实现买卖双方双赢。发电权受让机组的边际发电成本应小于 发电权出让机组的边际发电成本( 或发电权受让机组发电的变动成本应小于发电权 出让机组发电的变动成本) ，此时双方才有利可图。否则，发电权交易不能实现双 方共赢( 从经济利益的角度，不能一方亏损、一方盈利) ，如果高效节能环保机组没 有逐利动力，就会影响其参与发电权交易的积极性。 ( 4 ) 发电权交易具有一定的方向性。发电权交易的方向一般从成本高、污染重的 机组转移到成本低、污染轻的机组。一般情况下，发电权交易必须是高效节能环保 机组替代其他机组发电( 如高效节能环保机组替代高能耗、高污染机组发电，水电等 3 华北电力大学硕+ 学位论文 清洁能源机组替代火电机组发电) ，但特殊情况下，拥有发电指标的机组由于各种原 因( 如重大设备损坏) 完成不了发电量时，也可以制定规则进行发电权转让，这种情 况下，发电权受让方的能耗就不一定比发电权出让方的能耗低。 ( 5 ) 开展发电权交易的替代方的火电机组原则上应投运脱硫等设施，供电煤耗应 低于被替代机组的供电煤耗，并且应低于所在电网上年度的平均供电煤耗。 ( 6 ) 在能耗及排放相同时，负荷中心及受端电网中的发电权受让机组，进行替代 交易时，优先于其他机组；负荷中心及受端电网中的高效节能环保机组，优先与负 荷中心及受端电网中的发电权出让机组交易。 1 2 2 发电权交易形成的两种模式 1 2 2 1 集中竞价模式 竞价模式是一种集中进行的发电权交易。参与发电权交易竟价的发电厂( 或发电 机组) 通过提交可交易容量及报价进行发电权交易的投标。在发电权交易竞价中，发 电企业( 或发电机组) 分为两种角色，一种是发电权出让方，一科t 是发电权受让方即 购买者。出让者与购买者分别自不同的准入条件，例如发电权出售者必须是发电权 的原始拥有者、发电权购买者的最小单机容量不小于某没定值并且必须有脱硫设 备，等等。 1 2 2 2 双边交易模式 双边交易模式( 或称为“自由洽谈模式”) 是一种分散进行的发电权交易。在规 定的截止日期前，发电企业可以自由选择其它发电企业进行洽谈，并达成发电权交 易电量和电价的初步协议。所有发电权交易初步协议都必须提交至交易中心。到达 截止日期后，交易中心对所有发电权交易( 包括自由洽谈形成的交易和集中竞价形 成的交易) 进行汇总并交由调度中心进行安全校核；如果安全校核未通过，则按照 规定的原则裁减部分交易后再次进行安全校核，直至校核通过。校核通过后，交易 中心在规定的同期前向发电企业公布最终确定的发电权交易，并将这些交易纳入下 一时间周期各电厂( 机组) 发电计划。 1 2 3 发电权交易的形式 目前，我国实施的发电权交易包括两种类型：一是“以大代小方式，交易对 象是即将要关停的小火电机组的发电权；另一种是“水火置换”方式，即水电与火 电之间的置换。 1 2 3 1“以大代小 形式的发电权交易 4 华北电力大学硕士学位论文 就“以大代小”而言，小电力机组上马时，已经获批若干年、若干电量的发电 权。由于节能降耗以及行业升级的需要，小机组被强制关停，但由于小电厂职工较 多，若处理不当，关停难度相当大。实行发电权交易，小机组通过把获批的发电量 卖给大机组，获得安置职工的费用。而大电厂借助高效的大机组，发相同的电量， 其效益更高，对能源的消耗较少，同时对环境的污染也大大降低。 1 2 3 2 “水火置换 形式的发电权交易 发电权交易的雏形，本身就起源于1 9 9 9 年四川推出的“水火置换刀，主要是 充分发挥水电优势，减少弃水。四川电力系统属于水电比重较大的系统类型，由于 无法进行长期准确的天气和水文预报，导致难以预测未来较长时期的发电能力，使 得水电厂在合同市场的报价决策有较大的市场风险：若申报出力过小而来水充足， 则不得不弃水；若申报出力过大而来水不足，则存在不能完全履行合同的风险。水 电厂存在不能完全履行合同的风险，引起系统供需不平衡，从而影响到系统安全。 一般来说，水电与火电置换发生在水电资源丰富的省份。“水火置换形式的 发电权交易，它是季节性的交易，即使在总的发电容量比较紧张的情况下，也是很 有必要的，自利丁系统的安全稳定。水火电双方本着自愿的原则进行水火电量置换 和水水电黾置换，置换的电量和电价由市场交易决定。这些交易本质上就是发电权 交易的一种彤式。发电权交易可以在各种不同类犁和运行状态的机组之问进行，这 些交易能提高i f 常运行的和出力受阻的电厂之| 、只j 、水火电之间、人水电和小水电之 间、不同流域的水电之川的相互补偿效益。 为了让防止水电机组在丰水季节“弃水 现象的发生，水电企业可以向火电企 业购买发电权。此时作为发电权出让方的火电企业来说，参与发电权交易的这部分 电量将不再发生燃料及相关材料成本，只要向替代其发电的机组的交易清算价格低 于发电权转让电量对应的燃料及相关材料成本，发电权交易给该火电机组带来的收 益是大于火电机组自己发电带来的收益的，火电机组在交易时是有积极性的。同样， 对于水电厂，如果不参加发电权交易，也就得不到这部分电量，在“丰水期”只能 表现为弃水，由于水力发电的变电成本很低，由弃水电量产生的上网所得几乎是纯 利润，因此通过购入发电权以获得额外的收益是完全可行的。所以，参与发电权交 易，水电厂也是赢家。在“水火转换 方式的发电权交易中，火电机组通过将发电 权出让给水电机组带来的收益大于自己发电所带来的收益是完全能够实现的。 1 3 选题意义 开展节能减排和发电侧的协调机制研究及实践，既是目前我国宏观政策环境的 需要，同时也是电力市场建设和发展的内在要求。将节能环保目标体现在电力市场 5 华北电力大学硕士学位论文 体系建设中，对于完善电力交易模式，促进社会经济又好又快发展具有重要的 和实践意义。 强制性关停小火电机组或停止其发电生产以实现节能减排的战略，使小火 失去发电量、进而失去经济利益，最严重的是企业员工面临失业及工资收入的 下降，必将引起小火电企业，特别是企业员工的严重抵触情绪及社会稳定问题 经出现过关停机组的员工集体上访，以抵制强制关停工作。而发电权交易在一 度上保障了小火电的利益，为小火电的顺利关停铺平了道路。这一政策既符合 产业政策，大机组替代小机组发电，既节约能耗、减少污染，又确保了小火电企业 平稳开展关停工作及企业转产，稳定了企业及职工队伍，形成社会、电网、发电企 业多赢的局面。 通过调查，地球村的工作人员发现开展发电权交易，具有良好的社会效益和经 济效益，对全国范围内电力生产节能降耗和污染减排具有推广价值，对实施可持续 发展战略、实现“十一五”降耗减排目标具有十分重要的意义。 一、发电权交易可以在压减小火电机组工作上发挥建设性作用 从长远看，小火电机组将分类逐步关停。关停小火电机组的最人困难在于电厂 人员的安置和债权债务处理。实施发电权交易可在一定程度上缓解上述两方面问题 的压力，使其有甲稳的过渡期。因此，建议将实施发电权交易与关停小火电工作统 筹考虑，做到衔接有序。 二、发电权交易能提高大机组经济运行指标，促进其降低煤耗及提高单位发电 的获利能力 火电机组发电负荷高低与其煤耗指标密切关联，发电负荷越高其煤耗水平就越 低，厂用电率也相应降低。煤耗以及厂用电率的降低对提升其单位发电获利能力将 增强。 从煤耗曲线可以看出，当大电厂参加发电权交易时，其发电容量利用率若达到 9 0 时，单位发电煤耗要降低1 3 克千瓦时，将降低单位煤成本0 5 2 分千瓦时， 获利能力提升o 5 2 克千瓦时。与此同时，其厂用电率将降低近1 ，此项指标的降 低将提高单位发电火力能力0 3 4 分千瓦时。上述两项，将造成大火电机组在参与 发电权交易后，单位发电获利能力提高0 8 6 分千瓦时。 三、发电权交易是加快区域电力市场建设的一个重要内容 发电权交易工作必须与区域电力市场建设相衔接，既可以按省组织，也可以按 区域组织。已经开展区域电力市场运作的地区，应纳入区域电力市场建设统筹考虑。 目前发电权交易主要在省级电网统调机组( 电厂) 之间进行，而大部分小火电机 组为市县级非统调机组，这些机组单机容量更小、煤耗更高、污染排放更为严重， 6 华北电力大学硕士学位论文 发电权交易的意义将更为显著。因此应扩大交易范围到非统调小火电机组，以 更为明显的降耗减排效果。 四、发电权交易要加强引导和监管 为保证发电权交易工作的顺利开展，正确引导交易双方合理报价十分重要，建 电力监管机构会同地方政府有关部门定期测定并公布各类型发电机组的平均 、市场平均煤价、天然煤发热量等信息。同时可研究建立“发电燃料成本与煤 动机制 ，确定交易电价随煤价变动的调整原则和调整办法。 综上可知，发电权交易能够起到优化资源配置、最大化经济效益的作用。合理 发电权交易，建立合理公平的发电权交易机制、流程，有利于发电权交易双方 获益最大化；同时，还能使得整个社会效益扩大，从而达到社会资源的合理配置。 因此，对于发电权交易模型展开深入研究是相当有意义的，既能完善现有电力市场 理论，又能满足中国电力工业市场化改革和节能减排的双蕈需求，具有重要的理论 意义和实践价值。 1 4 发电权交易的研究现状 我国电力市场还处在发展初期，发电权交易作为一种新模式，其运作机制以及 交易的具体实施方法有待进一步深入地研究。目前的研究蕾要可以分为两个方面： 一方面足发电权交易的基本理论和机制设计，另一方面足发电权交易模型的研究。 1 4 1 发电权交易的基本理论和机制设计研究 文献 5 描述了华中电刚制定”弃水电价”的思想，由于水电在华中电网中占有 较大比重，在水电可能弃水时，系统是否吸纳或吸纳多少弃水电量进行技术可行性 和经济合理性分析，以此为依据安排”水火置换”。 文献 6 】制定了华中电网水电参与市场竞争的基本原则及方式，规定对于可能产 生弃水的水电厂，在网络安全允许的情况下，由电力调度交易机构在实际运行中安 排发电，其价格按照市场最低限价执行，由此使其他火电机组发电量受到影响的， 按照该火电机组的年度合同电量进行滚动调整。 文献 7 系统地提出了发电权交易的思想，并给出了发电权交易的基本概念：发电 权是电厂在合约市场、日前市场等市场中竞争获得的发电许可份额；而发电权交易市 场是各发电厂按照一定的规则对发电权进行交易的市场。 文献 8 】进一步指出发电权是一种特殊的商品，它交易的是一种权利，是产权独 立的发电商在按照一定的原则，进行发电权的购买、出售和置换等交易。 文献【9 文中深入分析研究了影响中国区域电力市场竞价机制的因素、区域电力 市场竞价的目标模式选择、区域电力市场竞价交易模型与竞价交易机理及水电参与 7 华北电力人学硕十学位论文 市场竟价的模式，提出了兼顾电网调度、电网安全稳定运行与市场交易相协调的区 域电力市场竞价交易模型及电网安全校核机制。 文献 1 0 针对有多个发电权买家和多个发电权卖家参与的发电权交易市场，设 计出一个激励相容的双向叫价拍卖机制。该机制在描述发电权交易市场竞价规则的 基础上，设计出拍卖规则和市场出清规则，并给出机制满足有效性和激励相容性分 析。 文献【1 1 】设计了考虑输电价格和输电损耗折价，并按m c p 结算的区域电力市场 月度撮合交易竞价机制，解决了区域电力市场中省级电网间存在跨省输电价格情况 下的竞争交易问题，为我国区域电力市场竞价交易机制设计提供理论上的依据和参 考。 文献【l2 】通过系统地研究发电杈交易的内涵和外延，发现、挖掘其蕈要意义， 评估华东电力市场中发电权交易的叫行性和实施方式，分析了发电权交易对推进电 力市场化改革的影响。 文献 1 3 1 提出的电力节能减排的理论体系与技术支撑体系，能够实现资源的公 平有效配置、有效利用信息及激励相容，能够实现制度经济学所要求的“帕累托改 进”，与中国渐进式的市场化改革制度相吻合，符合微观经济学的机制设计理论和 制度经济学的制度转型理论。 1 4 2 发电权交易的模型研究 在我国电力市场发展初期，发电权交易还是一种新的理论和模式，对其模型建 立的研究是非常重要的。发电权交易主要采用双边或撮合的交易方式，模型的建。迂 主要是基于撮合方式的发电权交易。 文献 7 给出了发电权交易的机理分析，并从数学和经济学角度剖析了经纪人模 式组织普通双边交易的机理，进而研究了由此组织发电权交易的过程和方法，并建 立了考虑交易成本的经纪人模型。 文献 1 4 在模型改进中，提到发电权出让方和受止方报价相等的情形，无论交 易执行与否，总社会效用值是一样的，为促进这类交易的执行，对目标函数进行了 改进。 文献【l5 1 提出了一种考虑阻塞管理的发电权交易模型，并用网络流算法进行求 解，给出了社会福利的最优化证明。 文献 1 6 】在合约市场、月度市场和日前市场的基础上，建立了置换电量在发电 权交易主体中的优化分配模型，并用线性规划法进行求解。 文献 1 7 】分别以社会效用最优、成交电量最大、能耗最小、污染物排放最少、 网损最小、综合效益最大为目标，设计了十种发电权交易的数学模型及算法，并对 主要的发电权交易模型进行了分析和比较。 8 华北电力大学硕士学位论文 文献 1 8 】分析了发电权交易的市场效率、市场风险、市场公平性、市场博弈行 为、结算价格的公平性及资源配置效率等，并从提高能源总体利用效率的角度，给出 了跨省跨区发电权交易的边界条件。 文献 1 9 】运用博弈论研究了发电权交易市场中水火电厂之间的商业操作行为， 并根据各自的特点做了相关的分析。 文献【2 0 】提出了引入发电权交易市场解决水电来水不确定性的问题，发电权交 易实现了各方多赢的目的，符合国家能源政策，对优化资源配置、保护生态环境也 将有积极影响。 文献 2 1 1 指出发电权交易的目的是用市场手段解决中长期交易计划与来水随机 性及无法准确预报的矛盾，促进水能资源的充分利用，可实现水火电厂之间的优势 互补和效益共享。 文献 2 2 认为在当前的发电侧竞争市场中，将水火电置于同一竞争平台下应该 对水电的特殊性加以考虑，引入发电权交易市场，为水电参与市场竞争提供条件， 并推导了调度交易中心撮合交易方式下的发电权交易的结算模型。 文献 2 3 1 考虑环境成小，f h 寒成本，煤耗，以及网络约束，分别以社会效益最 人，环境成本最小为f 1 标函数，建立了水火电j “间的发电权交易模型。采剧加权组 合法对该多目标问题进行求解。 文献 2 4 】建直了考虑水火协调与能源、环境和经济等因素的电力f 场竞标模型， 为发电权交易模型设计提供了启发。 文献 2 5 】在电力市场竞价中，3 种完全不同的结算方法，即按照统一边际电价结 算、按照实际报价结算，以及基于撮合交易机制的结算，并介绍了撮合交易机制的 基本原理。 文献 2 6 结合期权理沦提出了一种基于期权的发电权交易模型，同时论证了该 模型可降低发电商市场运营的风险。 文献 2 7 引入期权理论，建立发电权期权交易模型，使参与者回避不利情况下 的利益损失风险，而且可以保留在有利情况下的获利机会，将电力期权作为电力现 货交易与电力期货交易的补充与价格缓冲，从数学和经济学角度计算权利金、执行 价格的均衡选择。研究认为期权模型可以降低发电公司的市场运营风险，并给出它 们与合同方收益改变量的关系同时分析各方收益间的关系。 文献 2 8 1 以效益最优的发电权交易模型为基础，引入煤耗率这一参数，提出了 基于能耗最优的发电权交易模型，并结合效益最优模型和能耗最优模型，提出了二 者的加权最优模型。 文献 2 9 】分析探讨电力市场环境下发电权交易模式构建、多任务协调激励机制 设计以及梯级生态系统最优用水率策略形成等相关理论方法及其应用问题，通过市 9 华北电力 发电权交易主要有集中竞价和双边交易两种不同类犁的模式，本文针对集中竞 价模式，在考虑阻塞调度的情况下，如何实现发电杖交易的社会效用最大化，是本 文的主要研究内容。 第一部分( 第二章) ：主要介绍了阻塞管理的方法，并着重介绍了灵敏度方法 及由此推导m 的功率传输分布因子。 第二部分( 第三章) ：通过对社会效用最大化模型的研究，指出此最大化模型 只适合不存在阻塞的情形，在考虑阻塞管理的情况下，纯粹采用“高低匹配”的方 法，并逐步对交易进行安全校核，并l i 能实现社会效用的最大化，本文在原有模型 的基础卜，算法方面进行了改进，并通过i e e e 9 节点算例验证该算法的有效性和实 用性。 第三部分( 第四章) ：采用i e e e 3 9 节点系统，进行了算例分析，分别得出了 传统模型和改进模型下的出清结果及发电权买卖双方的收益变化，并对出清结果及 收益进行了比较分析，结果表明，在改进算法下，相比传统模型的算法，交易量及 社会效用都有较大的提高。 l o 输电计划的需 于其它网络， 保持平衡，以 保证频率、电压和系统稳定，避免停电和事故； ( 3 ) 系统中的潮流分布由基尔霍夫定律和整个网络的阻抗决定，而不是由售购 电合同决定，因而控制困难；平行潮流或环流能够导致发电成本与实际成本棚偏差， 从而难以确定输电系统的可用传输容量a t c ，将导致潜在的电力系统资源的优化配 置失效； ( 4 ) 电力网络中的各种现象，通过网络，相可影h 向。当地电能的需求和供应， 通过电力网络，影响其它潮流。1 。 消除阻塞的方法，可以首先从网络的物理特性考虑，尽可能通过调整i 列络结构 和控制器参数改变网络潮流，以消除阻塞，从而避免更改发电计划以及由此导致的 阻塞费用。当输电系统网络结构及其参数不发牛变化时，通常通过系统阿渊度，即 增减发电机的出力，从而降低过载线路的潮流，再调度比较经典的方法是采用灵敏 度分析方法。 灵敏度方法是一种经典的电力网络分析方法，基于网络方程的线性化，通过分 析某项运行指标与决策或控制变量的关系来确定该变量对系统的影响，并以此为依 据进一步提出改善该项运行指标的措施。当系统函数对该变量的灵敏度已知，可以 非常方便的求出变量改变后函数的新值，而不必重新计算函数值，因此大大减少了 工作量；反过来当函数值处于设定水平时，也可求得变量的估计值。灵敏度分析法 是一种经典的线性分析方法，因其物理概念简单，能直观表示两个不同物理量之间 的线性关系等特点，灵敏度方法作为一种简单实用、物理概念清晰且计算效率高的 分析方法，已经在电力系统节能调度、电力系统优化设计、电力系统规划以及故障 分析等方面得到了广泛的应用，成为电力系统分析的基本工具引。 自上世纪6 0 年代末以来，国外就有许多电力工作者及学者从事电力网络灵敏 度的研究工作，并取得丰富的研究成果。在1 9 6 8 年和1 9 7 2 年，j p e s c h o n 和w f t i n n e y 等人对基于全交流非线性、稳态潮流方法的电力系统灵敏度进行了探讨，但未讨论 系统状态对线路参数的灵敏度“3 钉。1 9 7 8 年，h b p u t t e g e n 和r l s u l l i v a n 提出一 华北电力大学硕+ 学位论文 种新的电力系统灵敏度分析方法，但它只能处理平衡节点及p q 节点，对p v 节点 则没有给出解决的办法，它的另一个缺点是一次只能求出一个节点电压对线路参数 的灵敏度口引。1 9 8 2 年和1 9 8 4 年，j w b a n d l e r 和m a k a d y 提出的电力系统灵敏度 分析方法l3 引，对p v 节点进行了处理，但同样具有h b p u t t e g e n 方法的缺点，即 一次只能求出一个函数对线路参数的灵敏度。 二十世纪九十年代，随着全球用电量的快速增长及电力市场化进程的加速，电 网功率流动的随意性增大，发生潮流越限的可能性大大增加，对电网的安全稳定运 行提出了更高的要求，大量学者投身于电网灵敏度的相关研究工作，并取得了丰硕 的成果。 文献【3 9 提出根据广义特勒根定理进行灵敏度计算，将网络方程描述成节点电 压与回路电流混合表示的形式，以回路电流作为状态变量，将回路电流表示成极坐 标的形式，从而推导出支路电流对节点注入功率的灵敏度关系。 文献 4 0 1 将电路理沦中计算灵敏度的增量网络法推j “到电力网络中，提出种 基于交流模型的灵敏度分析法一一改进的增量网络法，该力法能快捷地求出系统变 量对所有线路参数的灵敏度，使得灵敏度方法住电网规划领域更具实用性。 灵敏度的计算在电力系统中占据很重要的地位，常见的灵敏度求法有直接求导 法、基于潮流方程的摄动法和基于传统特勒根定理的伴随网络法。在大型电力网络 计算中，直接求导法工作量大且求解不容易；摄动法的思想是使发电机有功出力作 微小变动，计算相应支路有功功率变化量与发电机有功出力变化量的比值，将此值 作为灵敏度。摄动法尽管简便，但潮流计算的次数较多，计算时间较长，当摄动量 大小选取不合适时，灵敏度有较大误差；伴随网络法用于电路网络灵敏度计算是一 种很好的方法，但在电力网络中，很难找到与原网络对应的伴随网络，因而其应用 受至0 限韦0 m 。 由于常规灵敏度计算通常要指定一个平衡节点，有功调整都要靠平衡节点来平 衡，为了改进常规有功灵敏度，文献 4 2 】和文献 4 3 】分别提出了广义发电分布因子 ( g s d f ) 和广义负荷分布因子( g g d f ) ，系统中的功率失衡均匀地由全系统的负 荷来平衡，从而不需要平衡机。g s d f 的概念蕴含了平衡机假设，其计算依赖于平 衡节点的选择。然而，对于购电交易计划方案，安排的发电量与负荷己平衡，其潮 流分布实际上与平衡节点的选择无关。另外，在安全约束调度中，直接使用g s d f 的计算效率不高。g g d f 的定义中隐含着潮流只是发电机出力的函数的假设，而实 际上潮流不仅与发电机出力有关，而且与负荷的分布有关。只有当负荷变化量与原 先负荷成比例时，利用g g d f 进行潮流修正才准确，即g g d f 只在特定的负荷增长 方式下才有效m 引。 常规的灵敏度方法仅仅依赖电力网络方程的局部线性化，以系统某一时刻功率 1 2 华北电力大学硕士学位论文 值为依据进行系统稳态分析，而不考虑电力设备对各种控制操作和扰动的准稳态物 理响应，使灵敏度方法无法适用于控制决策h 5 1 。为解决灵敏度方法的这种缺陷，文 献 4 6 定量剖析了常规灵敏度方法在实时控制应用中不符合电力系统实际物理响应 的局限性，提出一种准稳态灵敏度分析的新方法。准稳态灵敏度的分析方法考虑了 电力系统准稳态的物理响应，弥补了常规灵敏度分析方法的不足，满足实时控制决 策的要求。 目前，对灵敏度方法的研究主要集中在如何计算灵敏度方面，而对如何计算调 整量却关注不够。文献1 4 7 1 提出基于灵敏度的电力系统有功安全校正策略，按灵敏 度绝对值大小的降序来依次求得调整量。这种算法继承了灵敏度分析的通病，即无 法处理系统运行中的各种约束条件，且算法中提到的正、负、零灵敏度机组集合随 平衡机的选取而不同，因而得到的调整结果也依赖于平衡机的选取，这与电力系统 的实际情况不相符。 灵敏度分析法在电力系统安全约束调度研究中得到广泛应用，取得了丰富的成 果，但仍然存在以下一些问题： ( 1 ) 在实际系统中，各控制变量之间并不完全独屯，而很多灵敏度计算忽略了各 控制变量之i h j 的相互联系，将各控制变晕看作是独立的变量； ( 2 ) 甲衡机的选取对灵敏度值有显著影响，当分别以不同的发电机为平衡机时， 计算得到的支路有功灵敏度可能相差很大； ( 3 ) 在计算灵敏度值时，无法全面考虑各种例络元件物理约束的影响，当系统中 存在相关性较强的多条支路越限时，可能出现校正一条支路越限的同时引起新的支 路越限的问题，使依据灵敏度值得到的校正方案可能不可行。 本节简单介绍了应用灵敏度分析法进行有功安全约束调度的基本原理和调度 流程，重点讨论了直流潮流模型和交流潮流模型下灵敏度矩阵的计算方法。 2 2 阻塞调度约束条件 2 2 1 系统功率平衡等式约束 任何运行方式下，电力系统的发电功率总是与系统负荷保持平衡，这是电力生 产与消费的实时性所决定的。所以，安全约束调度中机组有功调整量受系统有功功 率平衡等式约束，由式( 3 9 ) 可知，即 = 匕+ ( 2 1 ) i = 1k = l 式中：n 为电网节点个数，g 为发电机组的个数，圪为机组f 的有功出力， 为网络的有功损耗。 1 3 华北电力大学硕士学位论文 2 2 2 机组功率约束 机组功率调整过程中，不仅受到最大功率和最小功率的限制，还要考虑机组爬 坡速率限制。机组的最大发电功率为发电机有功出力的额定值，最小发电功率为受 技术条件限制所需发的最小功率。 其中，机组有功出力约束为： 砑p g + 蛾掣， ( i = 1 , 2 ，g ) ( 2 2 ) 式中，学、学、p g