（电力系统及其自动化专业论文）耗散功率分量的算法分析与应用.pdf

博十学位论文 路输电能力的措施。提出一种考虑功角和电压稳定约束计算可用输电能力的新方 法。针对功角和电压稳定约束表达复杂的问题，首先基于功率圆推导出线路传输 有功功率极限值，分析表明，当电力系统发生功角失稳或电压失稳前，输电网络 中至少有1 条线路输送的有功功率达到其传输有功功率极限。因此，用线路传输有 功功率极限近似简洁地表达这2 种复杂约束的方法，建立考虑功角和电压稳定约束 的可用输电能力新模型。针对此模型中线路安全稳定约束表达式的复杂非线性， 运用支路耗散功率分量法给出了一种以电源出力为变量的近似线性表达式，构建 了一种新的可用输电能力最优潮流模型。 线性化和逐段线性化相结合的方法处理。 对模型中线性度不同的约束，采用逐次 在求解过程中直接考虑线路安全稳定约 束，避免了牛顿法中被动校验和变更起作用约束带来的模型和求解的低效性。仿 真结果表明，该模型和算法改进了最优潮流的收敛性和求解速度。 关键词：电力市场；输电网；耗散功率分量；交易；固定成本；阻塞管理；可用 输电能力 a b s t r a c t i nas i n u s o i d a ls t e a d y s t a t ec i r c u i t ，h o wm u c ho fa ni m p e d a n c e b r a n c hd i s s i p a t l o n p o w e rs h o u l db ea s s i g n e dt o e a c hs o u r c e ? t oa n s w e rt h i sq u e s t i o n i sn o to n l ya t h e o r e t i c a lp r o b l e m ，b u ta l s oc o n c e r n st h es o l u t i o no fg r i d ss e c u r i t y a n de c o n o m y p r o b l e m ，s u c ha sc o n g e s t i o nm a n a g e m e n ta n d a v a i l a b l et r a n s f e rc a p a b i l i t y ( a t c ) h o w e v e r i ti sd i f f i c u l tt oo b t a i nau n i q u ea n dc o m m o nc o n s e n ta n s w e rb e c a u s eo lt h e n o n l i n e a r i t yo fp o w e re x p r e s s i o n t h i st h e s i si ss u p p o r t e db yn a t i o n a ln a t u r a ls c i e n c ef o u n d a t i o no fc h i n aa n d h u n a nn a t u r a ls c i e n c ef o u n d a t i o np r o j e c t s t h em o d e la n da l g o r i t h mo fb r a n c h s d i s s i p a t i o np o w e rc o m p o n e n ta r es t u d i e d a sw e l la si t sa p p l i c a t i o ni n f i x e dc o s t a l l o c a t i o n ，c o n g e s t i o nm a n a g e m e n ta n d a v a i l a b l et r a n s f e rc a p a b i l i t y f o rp o w e rn e t w o r kw i t ha r b i t r a r yc o n f i g u r a t i o n sa n dm u l t i p l es o u r c e so f t h es a m e f r e q u e n c y t h ed e f i n i t i o no f b r a n c h sd i s s i p a t i o np o w e rc o m p o n e n ti sg i v e n a c c o r d i n g t ot h i sd e f t n i t i o n ，t h ec u r r e n tw i d e l yu s e dm e t h o d sf o rb r a n c h sd i s s i p a t i o np o w e r c o m p o n e n ta r ei n v e s t i g a t e dd e e p l y t h e e x i s t i n gm e t h o d sa r ea n a l y z e d i nd e t a i l s m e r i t s ，d e f e c t sa n da p p l i c a b i l i t y o ft h e e x a m p l es y s t e m ss h o wt h a tt h ew e a k l y c o n d i t i o n e di m p u t a t i o no fa ni m p e d a n c e b r a n c hd i s s i p a t i o np o w e rw h i c hi s d e r i v e d m a t h e m a t i c a i i yb yt h et h r e ew e a kc o n d i t i o n so fs h a p l e yv a l u e ，s a t i s f i e st h ed e f i n i t i o n o fb r a n c h ，sd i s s i p a t i o np o w e rc o m p o n e n tf u l l y ，w h i c hl a y sg o o df o u n d a t i o n sf o ri t s a p p l i c a t i o ni ne l e c t r i c i t ym a r k e t s u n d e re l e c t r i c i t ym a r k e t sw i t hm a n yk i n d so ft r a n s a c t i o nm o d e ss u c ha sp o o l m o d e sa n db i l a t e r a lm o d e s ，an o v e lm e t h o df o rd e s c r i b i n gt h er e l a t i o n s h i pb e t w e e n t r a n s a c t i o np o w e ra n db u sp o w e ri sp r e s e n t e d t h i sm e t h o di sa p p l i c a b l e f o ra l l t r a n s a c t i o nm o d e s b a s e do n t h e d i s s i p a t i o np o w e r i s t h ea l g o r i t h mo fb r a n c h s i m p u t e d s i m u l t a n e o u s l y d i s s i p a t i o np o w e rc o m p o n e n t ， a n dn a t u r a l l yt oi n d i v i d u a l t r a n s a c t i o n ，w h i c hm a k e st h e d r i v e nf u n c t i o no fb r a n c h sd i s s i p a t i o np o w e ro n t r a n s a c t i o n sc l e a r s i m u l a t i o nr e s u l t ss h o wt h a tt h ep r o p o s e da l g o r i t h mi se f f e c t i v e b a s e do nt h ea l g o r i t h mo fb r a n c h sd i s s i p a t i o np o w e rc o m p o n e n t ，a na c c u r a t e l y a n a l y t i c a lm e t h o df o ri m p u t i n gp o w e rf l o wn a t u r a l l ya n ds i m u l t a n e o u s l yt oi n d i v i d u a l t r a n s a c t i o ni sd e r i v e dm a t h e m a t i c a l l y , w h e r et r a n s a c t i o np o w e rl s a ni n d e p e n d e n t v a r i a b l e b o t ht h ef i x e dc o s ta n dt h ei m p u t a t i o no fb r a n c hp o w e rf l o wt ot r a n s a c t i o n a r ea n a l y z e dt od e v e l o pac o n c r e t em e t h o d f o ri m p u t i n gf i x e dc o s tt oi n d i v i d u a l i v 博i ：学位论文 t r a n s a c t i o n t h ep r o p o s e dm e t h o di sa p p l i c a b l ef o re l e c t r i c i t ym a r k e t sc o n t a i n i n gp o o l a n db i l a t e r a lt r a n s a c t i o n s i ts a t i s f i e se l e c t r i cc i r c u i th i w sa n dp r o v i d e s e c o n o m i c s i g n a l st ou s e r s s i m u l a t i o nr e s u l t ss h o wt h a tt h ep r o p o s e da l g o r i t h mi se f f e c t i v ea n d f e a s i b l e t h ec o n g e s t i o nm a n a g e m e n tp r o b l e m u n d e r h y b r i dt r a n s a c t i o n s m o d e si s i n v e s t i g a t e db a s e do nt h ea l g o r i t h mo fb r a n c h sd i s s i p a t i o np o w e rc o m p o n e n t t h e n b o t ht h ei m p o r t a n c eo ft r a n s a c t i o na n dt h ei m p u t a t i o nc o m p o n e n t so fa c t i v e p o w e ro n i m p e d a n c e b r a n c ha r ea n a l y z e d a n dac o n c r e t em e t h o df o rt r a n s a c t i o n c o n t r o lt o e l i m i n a t el i n ec o n g e s t i o ni sd e v e l o p e d c o m p a r e dt ot h es e n s i t i v i t ya n a l y s i sa p p r o a c h t ot r a n s m i s s i o nc o n g e s t i o nm a n a g e m e n t ，t h i sm e t h o di si n d e p e n d e n to fs w i n gb u s ， t h e r e f o r e ，i tc o u l de l i m i n a t et h ee r r o rr e s u l t e df r o mt h es e n s i t i v i t ya n a l y s i sa p p r o a c h a n de n s u r et h e a c c u r a c y a n d u n i q u e n e s s o fc o n g e s t i o nm a n a g e m e n ts c h e m e s i m u l a t i o nr e s u l t ss h o wt h ep r o p o s e da l g o r i t h mi se f f e c t i v ea n df e a s i b l e t h el o a d a b i l i t yo fe h va n du h vt r a n s m i s s i o nl i n ei sa n a l y z e db a s e do np o w e r c i r c l e a n dt h e nt h ed y n a m i cr e a c t i v ep o w e rc o m p e n s a t i o na tm i d d l eo fe h v a n du h v l o n g d i s t a n c et r a n s m i s s i o nl i n e i ss t u d i e d an e wm e t h o df o rc a l c u l a t i n ga v a i l a b l e t r a n s f e rc a p a b i l i t yc o n s i d e r i n ga n g l es t a b i l i t ya n dv o l t a g es t a b i l i t yi sp r e s e n t e d f o r t h ep r o b l e mt h a tt h ee x p r e s s i o n so fa n g l es t a b i l i t ya n dv o l t a g es t a b i l i t yc o n s t r a i n t sa r e c o m p l e x ，t h i sm e t h o dd e d u c e sas i m p l i f i e df o r m u l a t i o no fl i n et r a n s f e rs t a b i l i t yl i m i t s b a s e do np o w e r c i r c l e r e s u l t ss h o wt h a tw h e nat r a n s f e rt a k e sp l a c ei nt h es y s t e m ，a t l e a s to n el i n er e a c h e si t st r a n s f e rs t a b i l i t yl i m i t sb e f o r et h ei n s t a b i l i t yo c c u r r e d t h e n i ti si n t e g r a t e di n t os t a n d a r do p t i m a lp o w e rf l o wf o r m u l a t i o n ，a n dan e wa t cm o d e l c o n s i d e r i n ga n g l es t a b i l i t ya n dv o l t a g es t a b i l i t yc o u l db ee s t a b l i s h e d i nv i e wo ft h ee x p r e s s i o n so fs e c u r i t ya n ds t a b i l i t yc o n s t r a i n t sf o rt r a n s m i s s i o n l i n e si na t cm o d e la r ec o m p l e x ，a na p p r o x i m a t el i n e a re x p r e s s i o ni nw h i c ht h e g e n e r a t o rp o w e ro u t p u t ss e r v e sa sc o n t r o lv a r i a b l e si sg i v e n ，a n d a no p t i m a lp o w e r f l o wm o d e li sb u i l t b o t ha r eb a s e do nt h ea l g o r i t h mo fb r a n c h sd i s s i p a t i o np o w e r c o m p o n e n t t h ec o n s t r a i n t sw i t hd if f e r e n tl i n e a r i t yi nn e wm o d e la r es o l v e db y a n a p p r o a c ht h a t c o m b i n e ss u c c e s s i v el i n e a r i z a t i o nw i t hp i e c e w i s el i n e a r i z a t i o n t h e s e c u r i t ya n ds t a b i l i t yc o n s t r a i n t so ft r a n s m i s s i o nl i n e sa r ec o n s i d e r e dd i r e c t l y i nt h e s o l v i n gp r o c e s si n o r d e rt oa v o i dt h el o w e f f i c i e n c yo fb o t hm o d e la n ds o l u t i o n b e c a u s eo ft h ep a s s i v ec a l i b r a t i o na n dm o d i f y i n gw o r k i n gc o n s t r a i n t si nn e w t o n m e t h o d s i m u l a t i o nr e s u l t ss h o wt h a tt h ep r o p o s e dm o d e la n da l g o r i t h mc o u l di m p r o v e t h ec o n v e r g e n c eo fo p t i m a lp o w e rf l o wa sw e l la ss p e e du pt h es o l u t i o np r o c e s s v 耗散功率分量的算法分析j 应用 k e yw o r d s ：e l e c t r i c i t ym a r k e t s ；t r a n s m i s s i o nn e t w o r k ；b r a n c h sd i s s i p a t i o np o w e r c o m p o n e n t ；t r a n s a c t i o n ；f i x e dc o s t ；c o n g e s t i o nm a n a g e m e n t ；a v a i l a b l et r a n s f e r c a p a b i l i t y v i 湖南大学 学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所 取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任 何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡 献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的 法律后果由本人承担。 作者签名： 咖棉厅 日期：哆纠叩年6 月广日 ， 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意 学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文 被查阅和借阅。本人授权湖南大学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。 本学位论文属于 1 、保密口，在年解密后适用本授权书。 2 、不保密团。 ( 请在以上相应方框内打“”) 篡麓亏黧习獬 刷噬轹匿；翁醐。叫年6 月严日 睦躺 7 博f j 学化论文 1 1 引言 第1 章绪论 电力工业由于其本身的特点，一直是由发、输、配、用电组合在一起的地区 性垄断产业。随着全球兴起的经济自由化浪潮，一些与电力工业类似的垄断产业， 如石油、天然气、电信等产业的改革取得成效，促使2 0 世纪8 0 年代在全球范围内 开始电力工业的改革。其目的是要打破电力工业的垄断经营，解除或放松政府对 电力工业垄断的管制，对电力工业实现结构性重组( 如发电、输电、配电的解开) ， 开放电网，形成一个公平竞争的电力市场，以达到降低发电成本和电价，提高服 务水平的目的d - 3 j 。 与传统的垄断电力系统相比，电力市场具有开放性和竞争性。与普通的商品 市场相比，电力市场具有计划性和协调性。电力系统的各成员之间相互紧密联系， 任一成员的行为，均将对整个电力系统产生影响。这就要求电力市场中的电力生 产、使用、交换具有计划性。同时，由于电力系统要求随时做到供需平衡，所以 要求电力市场中的供应者之间、供应者与用户之间相互协调。因此，电力市场具 有丌放性、竞争性、计划性和协调性的特征【4 5 l 。 竞争电力市场的三大支柱是发电竞争、输电系统开放和用户选择。对应于工 业中垄断竞争的不同程度，目前电力市场具有三种基本模式。模式一：发电侧竞 争的电力市场、单一购买者模型。发电、输电、配电完全分开，成立多个发电公 司( 发电商) 、一家电网公司( 购买中介) 和多个配电公司，电网公司负责调度运行， 从发电公司购买电力并向配电公司趸售，电力交易均以合同的形式规定双方的权 利和义务。电网公司是其所辖范围内各发电公司的唯一购买者和各配电公司的唯 一供应者。单一购买者从许多不同的发电商中选择，以鼓励发电阶段的竞争，发 电商不允许直接进入输电网卖电给最终用户。购买中介在输电网和最终用户的交 易上有垄断权，配电公司在其配电辖区内也具有垄断权。美国大多数州的电力市 场均为此模式。英国的联营体模式则是此模式基础上的变种，即电网公司并非所 辖电网区域内严格的唯一购买中介。模式二：批发竞争、输电网开放、多个购买 者模型。发电、输电和配电三个环节都分别成立独立核算公司，发电环节开展完 全竞争。配电和零售公司从发电公司直接购买电力，电网经营企业( 输电公司、电 网公司) 只承担将发电公司的电力输送给配电零售公司的责任，仅仅起输电作用， 收取过网费，不再是买卖电力的中介。配电零售公司将批发到的电力零售给用户， 在其供电辖区对最终用户仍然具有垄断权。这种模式中电网经营企业不再介入任 耗散助：年分量的算汔分析j 应用 何电力交易。瑞典、阿根廷、捷克、美国的加州、新爱尔兰州都采用此模式。模 式三：零售竞争模式。发电、输电、配电、售电四个环节均实行全面竞争，零售 商向用户发出告示，用户根据电价及服务质量选择零售商，与零售商签订供用电 合同。所有的用户都可以选择他们的供应者，配电公司将不再进行垄断专营。挪 威、智利、美国的纽约州等电力充足、电网完善的国家和地区正逐步推行此种模 式。 从宏观的角度看，电力市场的基本原则与其他商品市场相同，都应遵循“公 平、公正、公开”，即所谓的“三公”原则。“公平”是指对所有参与者一视同仁， 没有歧视和特殊保护。例如，对发电厂实行竞价上网，竞争前机会均等，竞争结 果令各方满意：对用户按真实成本收费，减少交叉补贴。“公正”是指市场规则， 如合理的定价机制、竞争规则和监管法规( 裁判时无偏向) 等。“公开”是指对市场 交易必要信息的公开，如生产成本、定价标准( 如上网和下网电价、网络收费) 、网 络拥堵、计量、计划变更等。这样在电力市场下，发电商可以根据上网电价，确 定和调整自己的报价策略，随时了解自己的运行经济状况；用户可以依据零售电 价制定最优用电计划、调整用电结构。通过电价杠杆，由电力市场将供电和用电 双方紧密联系起来，各自选择理想的贸易方式，实现经济互动和具有电价弹性的 电力调度和市场均衡模式。 电力体制改革给电力市场主体带来了利益冲突。传统的电力系统是垄断经营 模式，即发电、输电、配电统一垄断经营。这种模式下，电力公司统一经营，不 区分发电费、输电费和配电费，各种费用都简单地转嫁给最终用户，因此，发电、 输电和配电三者之间不会有利益冲突。在市场发展的将来，电力系统的经营模式 将转变为电网开放模式，即发电竞争、输电和配电开放。在这种模式下，各发电 厂需竞价上网；输电公司向独立电厂和电力批发商提供服务，或为其他电力公司 提供转运服务；用户有了更多自主权，可以根据所提供的服务质量来选择电网服 务提供商，同时获取较低的电价。 1 2 研究的背景和意义 欧姆定律建立了单个元件的电流与电压之间的约束关系。基尔霍夫电流定律 ( k i r c h n o f fc u r r e n tl a w ，k c l ) 和基尔霍夫电压定律( k i r c h n o f fv o l t a g el a w ，k v l ) 建立了电路中元件的电流与电压之间的约束关系。其余电路定理都是基于这三大 定律推导得的，它们一起构成了传统电路分析的最基本理论。功率定义描述了一 条支路耗散或输出的总功率与该支路电流、电压的关系，它是先求解电路中各支 路的电流和电压之后才用于计算支路功率的。传统电路分析的基本任务是求解电 路中各支路的总电流、总电压和总功率【6 】。 有关电力市场的一些电路分析，需要定量分割出电网中一条支路耗散的功率 2 博。f j 学位论文 ( 如一条线路等值阻抗上的损耗、一个负荷吸收的功率) 对应各个电源的部分( 电源 包括纯有功电源、纯容性感性无功电源、复功率电源) 。这种分割是输电成本分 配的基础，它在本质上可归结为：在所有电源同频率的任意结构的线性电网中， 在所有电源的共同作用下，如何将任一支路耗散的功率分解为对应各个电源的分 量的问题，简称支路耗散功率分量问题。目前，人们对该问题的认识还很肤浅， 即使是对浅层次的电源与支路耗散功率之间定性关系的认识，也还停留在用“贡 献、引起、提供”等术语笼统、模糊描述的水平上5 1 。关于支路耗散功率分量既 缺乏明确的定义又没有严格且物理学意义清晰的算法，更未探讨过它的应用前景 和研究意义的重要性。 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。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。由于发电公司、输电公司和配电公司存 在利益上的冲突，于是涌现出以下问题：发电商想知道本厂的电能流向，本厂的 电能对输电线及输电设备的利用程度如何，本厂向哪些用户提供电能可以使电能 损耗最少、使本厂的利益最大? 输电公司想知道各个发电厂对输电线路和输电设 备的利用情况? 用户想知道在不同运行方式下他们对输变电设备的利用份额是多 少，网损应如何分摊? 为解决上述问题，增加电力市场的透明度，充分显示市场 环境下的公平、公正性，需对电力系统潮流进行更加详细支路潮流分解。 本文研究的支路的耗散功率分量理论，完全依从电路定律，适用于电力市场 运营、分析和控制以及电力网规划的各个领域，有着广阔的应用前景。因此，它 的研究有助于更好地解决电力市场安全经济运营与控制中的若干关键技术问题， 具有重要的理论和工程应用意义。 1 3 耗散功率分量的研究现状 输电网耗散功率的分配，近年来引起了国内外学者的关注。已有的研究综合 起来可以分为以下几类：( 1 ) 兆瓦英里法【1 6 ，1 7 】；( 2 ) 微增损耗法【1 8 圳】；( 3 ) 功率分解 法【2 2 - 2 5 】；( 4 ) 比例共享法( 2 6 ，2 7 】；( 5 ) 边界潮流法【2 8 】；( 6 ) 分布系数法【2 9 】；( 7 ) 直觉法【1 0 , 1 2 1 ； ( 8 ) 以博弈论为基础的损耗分配方法 3 0 , 3 1 】。上述方法在分配耗散功率给发电机负荷 时，各有特色。 支路功率是指负荷或输电元件的等值支路吸收或耗散的功率，本文同时将其 定义为支路耗散功率。目前与支路耗散功率分解相关的研究全部集中在输电损耗 分配方面。值得注意的是，虽然国内外对输电耗散功率分配问题的研究已取得了 大量成果，但这些成果中的大部分与支路耗散功率分解无关。因为它们不是通过 分解各支路耗散的功率来研究输电损耗分配问题的。真正与支路耗散功率分量相 关的研究只有文献【7 1 5 1 。 3 耗散功j 幸，分量的算法分析引知用 文献【7 9 】将p q 解耦并虚构理想的无损串联网络，基于节点功率比例共享的假 设条件追踪无损功率流，得到一种将各负荷耗散的功率( 包括支路耗散功率) 转归 给各个电源的表达式，并用电源对负荷损耗的“贡献”来表述这种分配；文献【1 0 ，1 1 】 考虑p q 耦合，基于节点功率比例共享的假设条件追踪有损耗的复功率流，给出了 一种将负荷和支路耗散功率转归给各个电源的计算方法。然而，文献【7 1 1 】的方法 都需要凌驾于电路定律之上的节点功率比例共享假设条件，缺乏理论的严密性。 文献 12 ，13 】以单条支路为对象探讨了将支路耗散功率转归给各个电源的方 法。文献 1 2 在忽略无功潮流的情况下，基于微增损耗系数建立了一种支路耗散功 率与各电源在支路上产生的有功潮流之间的关系，实现了支路耗散功率转归；但 它需要基于直流潮流的发电分布系数事先确定各电源对支路有功潮流的贡献。文 献【13 】从微积分理论出发，综合考虑p q 耦合，建立了种耗散功率与各电源在支 路上产生的复电流之间的关系，实现了支路耗散功率转归，但它存在选择特定积 分路径的嫌疑，且需要事先确定各电源对支路电流的贡献。需要指出的是，在这 两种方法中，如何在考虑p q 耦合的条件下精确求解电网中各电源对各支路有功潮 流和电流的贡献( 不是微增贡献) 本身就是个悬而未决的难题。 文献【1 4 ，15 从叠加原理和复功率的定义出发，将支路电压降乘以某电源单独 激励时的支路响应电流的共轭值作为转归给该电源的支路耗散功率，并将该方法 称为一种支路功率分解方法，且文献【1 4 】还称之为各电源在同一支路中引起的功 率、一条支路功率中由某个发电厂贡献的分量。 文献 3 2 3 4 1 基于节点阻抗矩阵推导功率分解，对功率分解给出了更深层次的 分析。 文献【3 5 ，3 6 认为交流支路和节点的联合电气剖分对于正确掌握源流定量供求 信息具有至关重要的作用，并从支路耗散功率分摊的若干特殊问题的思考及解决 对策入手，应用交流支路和节点的联合电气剖分方法转归支路耗散功率。 在所有的支路耗散功率分量算法中，支路耗散功率的交叉分量如何转归是问 题的关键。 当两个直流电源的电流7 ，和，同时流经一条电阻为l 欧姆的支路对，其产生 的耗散功率为，? + _ ，；+ 2 ，。显然，耗散功率，久，；应分别转归给电源f 和，。而 如何将耗散功率非线性的耦合项2 ，转归给电源f 和，目前尚无定论。文献 f 3 7 3 9 提出按1 ：l 的比例平均转归支路耗散功率交叉分量给各个电源。文献 4 0 1 提出按同类电流分量成正比的支路耗散功率转归方法，即耗散功率交叉分量以 i ，：i ，的比例转归给各个电源。文献【4 1 】则提出转归耗散功率交叉分量的比例为电 流分量的平方，即，? ：i ；。文献【1 2 】指出交叉项平均转归法没有考虑各电源出力大 小的不同，并提出交叉项几何平均转归法。 上述的交叉项转归方法尽管十分简单，但它们的转归比例是人为指定的，从 4 博i ：学位论义 公平分摊的原则上说，它们过于随意。从数学的观点来看，通过人为建立的支路 电流与耗散功率的关系，是进行耗散功率转归的前提，并直接决定了最后的转归 结果。因此，上述转归方法是在人为指定分配比例的前提下进行的。 上述方法除了人为指定转归比例的前提外，还需要一些假设来求取各电源在 各支路上的电流响应。如采用比例共享原则【7 , 8 j ：基于电流的比例共享4 2 , 4 5 】，基于 阻抗比例共享1 4 引。基于比例共享原则来确定电源在支路上的电流响应是不准确的。 另外，文献 4 1 ，4 3 通过某电源单独作用，其它电源断开，来求取其在支路上的电 流响应。 文献【4 2 提出了基于两步联盟博弈的输电网耗散功率转归方法，进一步弱化转 归耗散功率过程中的假设条件。其中，第一步：已知各节点电流源的电流，在满 足o h m 和k i r c h h o f f 定律的条件下，将电网中各支路的电流公正合理地转归给各节 点的电流源，所得到的电流分量称为支路的转归电流分量。第二步：已知各支路 的转归电流分量，在满足功率定律的条件下，将各支路的耗散功率公j 下合理地转 归给各支路的转归电流分量，所得到的耗散功率分量称为支路耗散功率分量。然 而，第一步求得的支路转归电流分量是一个复函数，而不是合作博弈所需的实函 数，因此，文献 4 2 所得的结论并不严密。 支路耗散功率分量是一个严肃的课题。研究如何从源头定义及从算法上确保 支路耗散功率分量的严密性和明确的物理学意义，这是一项对补充输电损耗分配 理论有重要意义的工作。如果支路耗散功率分量完全满足电路定律，该研究还是 一项会使传统电力系统分析方法变革的基础性探索工作。 1 4 耗散功率分量研究的发展趋势 线性电路中，支路耗散功率是各电源电流电压的非线性复数函数，它不像支 路电流电压那样与电源电流电压之间呈线性关系。这使支路耗散功率分量的求解 变得十分困难。事实上，支路耗散功率分量不仅在已有的电路理论中从未被涉及， 且目前还没有方法，也非常难以找到方法求解。 支路耗散功率分量定义中“电源的策动作用”本质就是“完全只依从电路定 律”，这显然有如下的支路耗散功率分量的客观存在性：( 1 ) 电网中的无功补偿( 无 功电流的耗散作用) 可优化功率分布、减小线路耗散有功( 线损) ；( 2 ) 电网中的有功 经济调度( 有功电流的策动作用) 也可优化功率分布、减小线路耗散有功( 线损) ；( 3 ) 所有支路的耗散功率分量之和等于全电路( 包括线路和负荷的等值支路) 耗散的总 功率。而根据原始电路的解，全电路耗散的总功率等于所有电源输出的总功率， 即支路耗散功率分量不仅具有支路功率平衡属性，还具有电路功率守恒的客观属 性。 支路耗散功率分量应该是可求解的。按电路定律，支路耗散功率是各电源电 5 流电压的二次函数，该函数中存在不同电源电流电压之间的交叉乘积项，在形式 上不存在支路耗散功率与各电源一一对应的分解关系。这似乎使支路耗散功率分 量不可求解；但如上所述，实际电路中支路耗散功率分量是客观存在的，不可求 解就意味着这种具有实际工程背景的客观问题将变得不可知。这显然与人们对自 然界中客观事物认识的必然规律相违背。 支路耗散功率分量的解应该是唯一解。从纯数学的支路耗散功率表达式来看， 似乎存在支路耗散功率分量的解不唯一的现象。事实上，对于现实中的具体电路， 支路耗散功率分量问题的描述除有电路定律决定的具体函数表达式以外，还有电 路中电磁现象反映的实际问题的物理学本质。这种实际问题的物理学本质将充分 限制解的不唯一性，使支路耗散功率分量和现实中稳态电网潮流一样，即使存在 多解，也只有唯一一个有工程实际意义的合理解。 通过前面的分析介绍，可以清楚地看到在支路耗散功率分量问题上的研究思 路、现状及复杂性。在物理层面上，对这一问题的研究逐步由凌驾在电路定律之 上的比例共享原则，向基于电路理论分析法发展，因为电路理论分析法也碰到了 难以解决的问题，目前的解决方案还没有建立在严格的理论基础上，除非有新的 电路理论出现，所以现有的方法还需要附加一些弱条件，如何让这些条件更加弱 化甚至发展成无条件，这是这问题的发展方向。文献【4 3 】对现有方法中的一些问 题用物理、数学的手段进行分析后得出结论，认为具有严格数学或物理基础的分 摊方法是不存在的，任何一种方法都只能是启发性的，需要遵循的唯一原则就是 能够提供j 下确的经济信号并促使系统整体网络损耗的降低。因此，研究方向又转 向了经济层面。文献 4 4 ，4 5 分别从博弈论和s h a p l e y 值的角度出发考虑耗散功率转 归问题，文献【4 6 】提出了核仁理论在网损分摊中的应用。这些文献主要用一些比较 流行的经济理论解决与耗散功率分量有关的经济问题，支路耗散功率分量问题本 身的物理属性反而被淡化了。尽管他们没有圆满地解决支路耗散功率分量问题， 但可以预见，将经济层面与物理层面相结合，加速支路耗散功率分量问题的解决。 1 5 耗散功率分量在电力市场中的应用 本文总结和提练了支路耗散功率分量应满足的条件。由于支路耗散功率分量 应完全依从电路定律，在电力市场中将有着广泛的应用前景。如应用于输电损耗 成本、输电阻塞成本、输电网固定成本和无功辅助服务成本的分配( 当然要得到经 济学成本分配理论的检验和完善) 、改进电力系统规划、最优潮流、安全分析、可 用输电能力的计算等电力系统分析问题的数学模型，将使目前的求解方法中总是 作为被动检验的线路安全约束及其它类似约束能直接融入主动求解过程，从根本 上提高这些方法的快速性、可靠性和实时应用水平。 考虑到支路耗散功率分量具有广泛的应用前景，它的求解算法和物理学意义 博f j 学位论义 的解释是亟待研究与解决的问题。只有综合解决了这两个问题，才算真正认识电 路中各个电源的策动作用与各条支路耗散功率之间的客观规律，才能尽快发挥支 路耗散功率分量在电力系统规划、运行与控制中的作用。 本文将基于耗散功率分量尝试解决电力市场中的输电网固定成本分配、输电 拥塞缓解和电网可用输电能力的问题。 1 基于耗散功率分量的输电网固定成本分配 在电力市场环境下，输电固定成本需要公平、合理地分摊给所有电网使用者。 合理的分摊方法可以引导对现有输电设备有效、合理地使用，并为将来的发电规 划和负荷选址提供经济信号【4 7 1 。已有的输电网固定成本研究综合起来可以分为以 下几类：( 1 ) 邮票法 4 8 】一一它是最早被用于输电成本分摊的，也是最简单的一种分 摊方法。该方法基于全部输电系统被使用的假设，无需计算输电网的潮流，对输 电网中各项输电业务，不考虑输电距离的远近，也不考虑输电网络结构和各输电 功率的注入和流出节点位置，只需将整个输电网的总固定成本在全网范围内按输 电功率的大小进行分摊。邮票法确定的某交易分摊的输电固定成本与该交易传输 的距离、供应点、汲取点或在不同输电设备上引起的负担程度无关。( 2 ) 合同路径 法【4 列一一合同路径是指输电业务的交易双方在交易合同中所协商的，从功率注入 点到功率流出点，确定一条连续的输电路径，该路径应有足够的可用传输容量。 合同路径法假定输电业务实际发生时，其电力潮流只能通过合同规定的路径流动， 网络其他部分则认为没有影响，此时固定成本只分摊给指定路径上的交易。该方 法在交易幅值的基础上，考虑输电业务交易路径的影响，并以输电合同路径代替 网络潮流的实际流经路径。此方法不考虑电能传输的物理规律，实际潮流也许跟 合同路径相差很大。( 3 ) 兆瓦英里法【5 0 】一一基于距离的兆瓦一英里法以交易流经线 路的电力潮流与线路长度的乘积作为衡量交易对输电网使用程度的指标。基于潮 流的兆瓦英里法( 即逐线计算法) 是其它潮流法的基础，其主要特点是：依据每一 次交易的实际潮流在输电网络中的流动情况来决定其在每一条输电线路中的比 例，从而决定所分摊电网成本的多少。遗憾的是，依据潮流的兆瓦英里法不能保 证固定成本的回收。( 4 ) 潮流比较法一一潮流比较法通过比较一些不同情况下的潮 流来确定个用户对网络的使用程度，包括边际、微增、综合比较法：边际比较 法衡量的是边际潮流。一个用户在某条支路上的边际潮流是指在基本状态下和只 有此用户的电能交易情况下的支路潮流之差。微增比较法采用的是微增潮流。 一个交易在某条支路上的微增潮流是指所有交易都存在时和除所研究交易外其他 交易都存在时该支路的潮流之差。综合比较法。这种方法根据各用户的综合潮 流确定其使用程度。一个用户在某条支路上的综合潮流被定义为响应的边际潮流 和微增潮流的加权值，两项权重因子的和为1 。( 5 ) 分布系数法一一在电力系统静 7 耗散功率分量的舁液分析jj 、v _ 叶】 态安全分析中经常使用的分布系数( d i s t r i b u t i o nf a c t o r s ，d f ) 可用来评估电能交易 对输电系统的使用程度，在此基础上再对输电固定成本进行分配。常用的基于直 流潮流的分布系数有三种：发电转移分布系数g s d f ( g e n e r