（电力系统及其自动化专业论文）电力市场下的无功定价和竞价研究.pdf

博弈是研究两个或两个以上参加者在竞争性局势下如何采取行动，作 为有利于己方的决策的数学理论，也就是在两个或多个参加者之间利害有 冲突的情况下，各个参与者应如何分析各方面的局势，权衡利弊，以决定 采取怎样的行动的数学理论。考虑到合理的竞价策略可以使无功供应商实 现自身利益的最大化，我们提出了基于博弈的无功竞价模型，给出了基于 古诺( c o u m o t ) 寡头模型和伯特兰德( b e r t r a n d ) 寡头模型竞价模型。 通过w a r d h a l e6 节点系统算例验证了基于最小化电网成本o p f 模 型电价的计算法的可行性。通过算例对古诺( c o u m o t ) 寡头模型和伯特 兰德( b e r t r a n d ) 寡头模型竞价模型进行计算，得出了有现实意义的结论。 关键词：无功电价，辅助服务，博弈理论，竞价策略，电力市场 太原理i 大掌日r 士掌位健支 t h er e s e a r c ho n r e a c t i v ep o w e r p r i c i n ga n dc o m p e t l t i o n s t r a t e g yi n p o w e rm a r k e t a b s t r a c t w i t ht h ed e v e l o p m e n to ft h ep o w e rm a r k e t ，m o r ea n dm o r er e s e a r c h e r s p a ya t t e m i o n t ot h er e a c t i v ep o w e r ，w h i c hi sak i n do fa n c i l l a r ys e r v i c e ，a n d t h em e t h o do fm a k i n gr e a c t i v ep o w e rp r i c e t h eq u e s t i o ni sf o c u s e do nh o w t om a k et h ep r o p e rr e a c t i v ep o w e r p r i c e ，s ot h a ti tc a n m e e tt h e p r o f i t so f b o t h t h er e a c t i v ep o w e rp r o d u c e r sa n dp u r c h a s e r ，e n c o u r a g et h e c o m p e t i t i o n a m o n g t h er e a c t i v ep o w e r p r o d u c e r s ，r e d u c e t h ep r o d u c t i o nc o s t ，p r o m o t et h e p r o d u c t i o ne f f i c i e n c ya n d a c h i e v et h em a x i m u mo f t h es o c i e t yb e n e f i t f i r s t ，t h i sp a p e ri n t r o d u c e st h ef u n d a m e n t a lt h e o r yo fp o w e rm a r k e t ， p r e s e n t st h ec o m p o n e n tp a r t a n dr u l e so fp o w e rm a r k e t ，g i v e st h eb a s i c m e t h o d so f p r i c ec a l c u l a t i o n ，i n c l u d i n gt h ee m b e d d e d c o s tm e t h o d ，l o n gr a i l m a r g i n a lc o s tm e t h o d a n ds p o tp r i c e c o m b i n i n gt h eo p e r a t i o nm o d e lo ft h e p o w e rm a r k e t ，w eg i v e f o u rp a t t e r n so ft h e m o n o p o l ym o d e ，t h ep o o l p u r c h a s ec o m p e t i t i o n ，t h eo p e n t r a n s m i s s i o nm o d ea n dt h er e t a i lc o m p e t i t i o n m o d e ，a n d d i s c u s st h ed e v e l o p m e n t p r o s p e c to f p o w e r m a r k e ti nc h i n a a f t e r a n a l y z i n g t h e p a r t a n df e a t u r eo ft h e a n c i l l a r ys e r v i c e ，w ed i s c u s st h e c o m p o n e n t a n dm a k i n g p r i c em e t h o do f t h a t ，t h ea e t i v e f r e q u e n c yc o n t r o l ，t h e r e a c t i v e v o l t a g ec o n t r o l ，t h e r e s e r v e c a p a c i t y o f g e n e r a t o r a n dt h e r e s t o r a t i o n b l a c ks t a r tm o d e w ei n t r o d u c et h ec a t e g o r y ，p r o p e r t yo f t h er e a c t i v ep o w e rs o u r c ea n dt h e itt 太l 理z 掌日r 掌位* 。 c o m p o n e n to ft h ep o w e rm a r k e t ，i n c l u d i n gt h eg e n e r a t o r ，p h a s em o d i f i e r , c o n d e n s e r ，s v c ，a n dp a r a l l e l c o n n e c t i o nr e a c t o r ，a n dd i s c u s st h er e a c t i v e p o w e r b a l a n c ei np o w e rm a r k e t a f t e rd i s c u s s i n gt h er e a c t i v ep r o d u c t i o nc o s t o nt h eg e n e r a t o ra n dt h er e a c t i v ec o m p e n s a t i o nd e v i c e ，w eg of u r t h e rt o w a r d s t h er e a c t i v ep r i c i n g t h el a g r a n g em e t h o di su s e dt os o l v et h eo p t i m i z a t i o n m e t h o d ，a n dt h eu s u a la r i t h m e t i ci si n t r o d u c e dt oc a l c u l a t et h er e a c t i v ep o w e r p r i c e t h r e em o d e s a r eg i v e nt oc a l c u l a t et h er e a c t i v ep r i c e ，t h er e a c t i v ep r i c e a c c o r d i n g t ot h ea c t i v e c o s t ，t h e r e a c t i v e p r i c eb a s e do nt h e a c t i v ea n d r e a c t i v ed e r e g u l a t i o na n dt h ea r e ar e a c t i v ep r i c i n g a c c o r d i n gt ot h er e a c t i v e p r o d u c t i o nc o s t ，a n o p fm o d e lm e t h o db a s e do nt h em i n i m u mc o s to f n e t w o r k si sp r o p o s e d g a m et h e o r yi sak i n do fm a t ht h e o r yi nf a v o ro fo n e so w nw h e n c o n f r o n tw i t ht w oo rm o r ep l a y e r st o c o m p e t e ，t h a ti sh o w t oa n a l y z et h e w h o l es i t u a t i o n ，b a l a n c et h e a d v a n t a g e sa n dd i s a d v a n t a g e s ，a n dm a k ea d e c i s i o n ，w h e n t w oo rm o r e p l a y e r s h a v es o m ec o n f l i c to nb e n e f i t c o n s i d e r i n g t h a tt h ep r o p e rc o m p e t i t i o ns t r a t e g yc a nm a k et h er e a c t i v ep o w e r s u p p l i e r sm a x i m i z et h e i rb e n e f i t s ，w ep r o p o s ean e wc o m p e t i t i o ns t r a t e r y m o d e lb a s e do ng a m et h e o r y ，a n dt h ed e t a i l e dc o m p e t i t i o ns t r a t e r ym o d e l b a s e do nt h ec o u r n o ta n db e r t r a n do l i g a r c hm o d e l t h ef e a s i b i l i t yo f t h er e a c t i v ep r o d u c t i o nc o s to f t h eo p fm o d e lm e t h o d b a s e do nt h em i n i m u mc o s to fn e t w o r k si sd e m o n s t r a t e db yt h ew a r d - h a l e 6 - b u ss y s t e m s i g n i f i c a n tc o n c l u s i o ni sd r a w nt h r o u g ht h ec a l c u l a t i o no ft h e c o m p e t i t i o ns t r a t e r ym o d e l t h ec o u m o ta n db e r t r a n do l i g a r c hm o d e l 太原理i 大掌学位论文 k e yw o r d s ：r e a c t i v ep o w e r p r i c e ，a n c i l l a r ys e r v i c e ，g a m et h e o r y c o m p e t i t i o ns t r a t e g y ，p o w e rm a r k e t v _ 太月【l z 大掌m 掌m * ? 文 第一章绪 论 1 1 本课题研究的目的和意义 随着改革开放的深入发展，我国电力工业出现了产权多元化的局面， 有国家、集资、股份、合资、外资等多种办电方式；我国的电力事业呈现 出蓬勃发展的新局面，电力供应也从以前的供不应求的长期缺电局面发展 到供应过剩，如何在新的形式下，协调好各投资方利益，实现电力工业的 长期可持续发展成为我国电力发展亟待解决的问题。电力市场是应用计算 机、现代化的测量和通信等设备，以电价作为控制电力交易的杠杆，进行 负荷管理、电力系统运行，在发电、输电和配电之间实行平等、公正的等 价交换的系统的总称。也就是说，电力市场是通过建立一个充满竞争和选 择的电力系统运营环境来提高整个电力工业的经济效益。 结合我国电力工业发展的实际，促进电力体制改革，保证电网安全、 经济、优质的运行，以“公平、公正、公开”为原则，实旌电网的科学化 管理和商业化运营。我国根据电力市场中各成员的职能进行了划分，市场 竞争主体在原则上划分为发电公司、输电公司和配电公司。其中，发电公 司主要有电厂构成，负责电能的生产：输电公司包括电网调度和输电服务 部门，负责电能的运输和网络安全：配电公司主要包括供电部门，负责电 能的分配。在这种情形下，电力服务相应的可以划分为：发电服务、输电 服务和辅助服务三种。 辅助服务就是指为将电能从发电厂输送到用户，并保证安全和质量所 需要采取的所有辅助措施。它包括频率控制、稳定控制、调度、电压和无 功功率控制、各种系统备用等。 无功功率服务作为辅助服务的一种，对于电网公司的运行和经营具有 重要的意义。( 1 ) 正确的无功价格信号可以推动电网开放和提高电网经济 一3 一 太最理z 大掌硬掌位忱文 效益，帮助输电用户在决定交易电量、投资和设备利用时进行科学决策： ( 2 ) 良好的无功平衡可以提高系统运行的可靠性和效率，并通过无功的最 优分配降低系统的有功网损；( 3 ) 通过无功管理改善电压波形，减少由电 压引起的系统故障，增强系统稳定性。 因此，在电力工业解除管制、引入竞争，实现商业化运营已成为电力 发展趋势的情况下，进行电力市场无功电价的研究对于促进电力市场的安 全、经济和可靠性运行有着深远的意义。 1 。2 本论文的主要工作 随着我国电力市场的发展，无功功率作为电力市场中重要的种辅助 服务越来越受到人们的关注，无功定价亦逐渐成为电力市场研究的一个热 点之一；无功定价的主要问题是如何能合理的制定无功的价格，因为合理 的电价可以兼顾无功生产者和无功购买者的利益，促进无功生产者之间展 开竞争，降低生产成本，提高效率，达到社会效益最大化。 本文首先全面介绍了电力市场的基本情况，给出了电力市场中各组成 部分和市场中的一些基本原则，给出基础电价计算的一般方法：综合成本 法、长期边际成本法和实时电价法。结合电力市场运营模型，探讨了我国 电力市场发展的前景。仔细分析了电力市场辅助服务的构成和特点，分别 详细讨论了有功频率控制、无功及电压控制、发电备用容量、恢复及黑启 动等辅助服务的具体问题。 介绍了无功市场中无功电源的构成、特点，讨论了无功市场中各组成 部分以及无功市场的平衡。引入了拉格朗日法求解最优问题，对无功电价 常用算法进行了详细的介绍，对无功成本给出了基于最小化电网成本o p f 模型电价的计算。 太l l z 大掌掌t 饨r l 提出了基于博弈的无功竞价模型，给出了基于古诺( c o u m o t ) 寡头模 型和伯特兰德( b e r t r a n d ) 寡头模型竞价模型。 通过w a r d h a l e6 节点系统算例验证了基于最小化电网成本o p f 模型 电价的计算法的可行性。通过算例对古诺( c o u m o t ) 寡头模型和伯特兰德 ( b e r t r a n d ) 寡头模型竞价模型进行计算，得出了有现实意义的结论。 太原l 大掌掌* 文 第二章电力市场概述 2 1 引言 当今经济和科技的高速发展，需要电力系统安全经济运行，提供良好 的供电质量做为保障。九十年代初，世界范围内掀起了以引入竞争、增加 活力为目标的电力工业改革，它给处于“夕阳产业”的电力工业注入了生 机和活力。建立电力市场运营机制，以“公正、公开、平等”为原则进行 电力自由贸易的方式受到越来越多的重视。 一些经济发达的国家率先打破垄断的局面，引进竞争机制。美国佛罗 里达电力联合集团( f c g ) 自然发展形成的电力市场，是一个逐步形成的 过程。它在经历了紧急功率交换过程、制定联合运行政策、经济功率交换 三个发展过程后，最终形成了自动经纪人系统；加利福尼亚州自愿型电力 库的零售竞争的电力市场，它是通过建立以独立系统运行组织( i s o ) 和能 量交换中心( p o w e re x c h a n g e ) 为核心的电力市场，它把电网运行调节和市 场交易分立，实现了发电竞争、输电与配电开放，是一种比较先进的电力 市场模型；英国对原有电力系统进行私有化改造，使电力系统的发、输、 供电分离，改变了原先由国家拥有并经营的管理模式，采用股份制市场经 营。这种经营模式下，发电、输电、供电是完全分离的，电力市场的贸易 方式采用了两类：参加电力联合运营中心贸易和签定直接合同。其他一些 l 蓍家如：澳大利亚、阿根廷、智利、挪威、瑞典、新西兰和日本等国也先 后进行电力工业解除管制，引入了竞争机制“卜“1 。澳大利亚采用了发电 和供电方都引入竞争机制，开放国家电网，允许私营电厂、国有公司和公 有、私有用户在电力市场中公开进行交易，增加了市场竞争力。阿根廷为 了缓解国内电力缺乏的局面，同时放开发电和用户市场，这样可以通过发 一6 l z 大掌目l 掌 e x 电、输电企业的竞争降低成本，也可以吸引大量的外资建设发电厂。日本 采取了先开放发电市场，各电力公司在营业区进行供电，用户没有选择供 电方。 随着我国社会主义市场经济体制的建立，电力工业也需要面向市场， 通过引进竞争机制来增加自己的活力，实现资源的优化配置，进而提高电 力工业的效率和效益。 现在人们对电力市场一般认可的定义为：采用法律、经济等手段，本 着公平竞争、自愿互利的原则，对电力系统中发电、输电、供电、用户等 各成员组织协调运行的管理机制和执行系统的总和。 2 2 电力市场的构成及市场中基本原则“船“1 根据市场经济理论可知，在一个完全竞争的市场中，市场由生产方、 消费方、经营方和监管方构成，其中价值规律在市场竞争中起决定性的作 用。电力市场中通常由以下几方构成 ( 1 ) 电力生产者：在电力市场中商品的生产者是各类发电公司、输电 公司，他们是电力产品的生产者和供应者，为用户提供电力和相应的服务。 电力生产者的经营活动决定了它不局限于电力市场，而且还包括社会的物 质市场、人才市场、金融市场、信息市场。 ( 2 ) 电力消费者：商品消费者是各类电力用户，他们是电力商品的购 买者，是市场的需求方。各类电力用户是电力活动的原动力。 ( 3 ) 电力经营者：商品经营者则是电力商品交换的中介者，他们联系着 电力生产的生产者和电力消费者。他们包括交易中心、配电公司、零售公 司等。 ( 4 ) 电力市场管理者：电力市场管理者是市场中从事电力商品交换活动 的一种特殊的当事人，以国家和各级政府的有关管理机构的形式出现，起 着协调组织、管理监督等方面的作用。般由市场管理委员会、协调委员 会、调度中心等部门构成。 为了确保电力市场中的公平竞争，必须依一定的原则进行竞争： ( 1 ) 电力生产者的平等竞争。这就要求在电力的发电侧进行平等的竞 争，也就是在制定发电计划和上网竞价时做到公平竞争，以各发电厂边际 运行成本编制发电计划。 ( 2 ) 电力消费者的平等。这里的平等不是电价的绝对一样，而是按用 户的实际供电成本收费，对不同用电种类( 如：电压等级、需求量大小、 供电可靠性等) 要加以区分，进行合理公正的成本分摊。 ( 3 ) 电力市场的公开性。为了确保电力交易的公平性和便于监督，在 电力市场中我们必须公开电价，包括发电厂上网电价和用户的用电电价。 这样可以使发电厂及时了解到自己的运行经济状况，用户依据用电电价制 定自己最优用电计划和调整用电结构。 ( 4 ) 电力市场的运行应有法规的保障。市场经济是法制经济，而且根 据电力商品的特殊性，在电力市场进行供求贸易的同时，必须负责电网的 安全和稳定运行，因此，必须做到有法可依。 2 3 电力市场中电价的讨论 电价是电力市场的核心，它对电力市场中各方利益都有很大的影响。 在我国电力法中这样规定：“制定电价，应当合理补偿成本，合理确 定收益，依法计入税金，坚持公平负担，促进电力建设”。这充分体现了 我国制定电价的基本原则：成本为主，合理利润，公平负担。 1 电价计算的一般步骤： ( 1 ) 做出给定计算期的电力发展规划及资金计划。需要结合未来给定 电价计算期的负荷预测，依此做出最优系统发展规划及相应的资金计划。 原理i 大掌习i 掌m 论文 ( 2 ) 成本核算。这符合以成本为主定价的原则。计算给定电价计算期 的供电成本。计算时应考虑：燃煤费、购入电力费、用水费、材料费、工 资福利费、折旧费、维修费以及其他一些费用等。 ( 3 ) 计算基础电价。依据供电成本计算全系统的基础电价。常用的方 法有：综合成本法、长期边际成本法、实时电价3 种。 ( 4 ) 依据基础电价对不同类型电力用户制定不同的电价。 2 计算基础电价方法。“1 ( 1 ) 综合成本法：根据电网以前的投资数据及年运行成本，计算电力 公司在提供电力服务时的总成本，然后在各项贸易中，按照某种原则分摊， 进而求解电力价格。 以两部制电价为例： 电价分为电力电价和电量电价两部分，其中电力成本只与系统容量有 关，包括折旧费、维护费、材料费、办公费、工资福利等；电量成本与系 统所发电能有关，包括燃料费、水费、购入电费。在运用综合成本法时， 平均分配成本，其数学模型表达如下： 电力电价 电量电价 n 。：孚 1d c 4 9 w , d2 霄 ( 2 1 ) ( 2 2 ) 其中c ，。一综合供电电力成本，元k w ： c 一综合供电电量成本，元( k w h ) ： 只负荷的最大容量，k w ； c w 一负荷的用电量，k w h 。 ( 2 ) 长期边际成本法： 长期边际成本法是将依据电力系统发展规划和运行中，引起未来微增 太l l z 大掌掌位饨文 负荷的长期微增变化的成本。以长期边际成本计算电价为基础，其电价应 该满足社会效益b ，最大，其数学模型可以表达如下： m a x b r = m a x ( b 。一q ) ( 2 - - 3 ) 其中c d = c pd + c d ， b ，为消耗电能后产生的社会净效益； b 。为用户使用电能后产生的用电效益( 去处劳动力成本) ；q 为系统总供电成本； c 。为系统总供电成本中的电力成本： c 。为系统总供电成本中的电量成本。 长期边际容量电价p 删和电力电价p 州可以表达为： p 删= 百o c p , d ( 2 - - 4 ) p 州= 瓦a c w , d ( 2 - - 5 ) ( 3 ) 实时电价计算： 实时电价理论主要在满足电力系统运行情况下，考虑短期的电力潮流 平衡，并将经济学中的社会最优的短期边际成本定价理论引入电价计算中。 其数学模型可以这样表示： p = 瓦a c w , d ( 2 - - 6 ) 其满足下列约束： a 电量平衡约束 。，= ，+ ， ( 2 7 ) b 发电功率约束。负荷功率及损耗功率之和小于系统总的可用发电容 量。 c 线路功率约束。即线路潮流不能越限。 原理z t m x 其中，p 。为第k 用户在时段t 的实时电价， 。为第k 用户在时段t 的负荷， c 。为供电系统为所有用户提供电量的总电量成本， ，为发电量， 。为网络损耗。 3 影响电价的因素： ( 1 ) 电力的成本。可以分为电力生产成本、电力输送成本和电力交易 成本。 ( 2 ) 电力市场中的供求关系。电力市场中，电价的高低主要取决于系 统的总需求。 ( 3 ) 电力市场体制结构。不同的市场体制结构对电价的形成有很大的 影响。 ( 4 ) 社会经济状况。也就是说社会经济繁荣和经济萧条时期电力需求 变化大，电价也应该相应变化。 2 3 电力市场的运营模式1 1 胤“h ”1 电力市场的运营模式在不同的电力管理体制下表现为不同的形式，从 电力工业的发展来看它是由垄断运营模式发展到竞争运营模式的。 1 垄断模式 该模式集发电、输电、配电和零售为一体，整个电力工业是一个纵向 高度集成的系统。这种模式在电力工业发展的初期，进行资金积聚、统一 电网规划和建设大电网，提高电力系统的安全、稳定运行起了积极的作用。 它在发电、输电、配电和零售部门之间不存在买卖合同，电力公司对其服 务区内的电力生产者和销售进行专营。该模式下，发电、输电、配电部门 不存在买卖合同关系，各电力公司之间存在电力交易，通过交易协调电力 太最z 掌m 士学位性? 文 公司的运营关系。在这种模式下，电力主要靠电力上级部门的统一调度， 通过电力调度中心调度人员发布命令，安排运行，可以实现以“等微增率” 原则进行调度，经济效益最低。如图2 1 所示： 垄断模式 发电0 输电4配电| | 用户 发电竞争模式 卫 输电网开放模式 零售竞争模式 输电 l 配电 i 用户 输电 卫 输电 图2 1 电力市场发展模式 f i g 2 - - 1d e v e l o p m e n tm o d e lo fp o w e rm a r k e t 2 发电竞争模式 该模式是只在发电领域引入竞争机制，在输电和配电系统仍进行垄断 经营。该模式下的电力市场中，电能只能卖给电网运营商；在电网之间可 以进行电力交易，不同电网的配电公司不允许交易。电网运营机构通过和 发电公司签订贸易协议购买电力，并且和配电公司签订卖电协议卖出电力。 电网运营管理机构独立于发电公司，输电费、配电费由长期边际成本确定， 并且在发电厂和用户间进行合理分摊。该模式下，发电费用最小是在长期 合同的基础上，通过电厂的基建和运行的投标来实现的。虽然发电侧引入 竞争，电厂建设成本和发电费都有所下降，但配电网和输电网络没有开放， 用户没有选择权，因此，电力市场的削峰填谷难以实现，其经济效益介于 垄断模式和输电网开放模式之间。 3 输电网开放模式 该模式是把发电、输电和配电相互分离，各电厂根据“平等竞争、实 力均衡”的原则组建几家发电公司竞价上网；输电网络成为电力交易的载 体，对电力公司、配电公司和大用户开放。该模式下发电公司所发的电力 嚣 瓜日l z 掌掌* 。j 可以卖给电网运营机构，也可以卖给配电公司和大用户，即发电该模式在 发电领域实行“竞价上网”，发电公司和配电公司或者大用户可以直接交 易。在这种情况下为了提高网络经济效益，输电网络应该统一规划、统一 建设、统一管理和统一调度。电力市场的交易可以分为期货交易、平衡市 场交易和不平衡市场交易等。这种模式下很有助于提高电力公司的运营效 率，是经济效益较好的电力市场模式，但是它的经济效益低于零售竞争模 式。 4 零售竞争模式 该模式是电力市场发展最理想的模式，它把发电、输电、配电和用户 相互分离，各自形成独立的平等的经济法人，电价由市场供需均衡原理决 定，使市场调节和国家监管同时起作用。这种情况下，电力供应十分丰富， 因此单个电力企业的进入和退出不对供需平衡造成影响。电力市场技术系 统先进、信息方便及时，价格和取费透明度很高，保证了电力市场竞争的 “三公”原则。这就形成了电力供给、销售多家竞争的局面，使供给效益 和需求效益在竞争中得到最好的体现，资源得到了优化配置，经济效率最 高。 2 4 我国电力市场的发展状况 我国改革开放以来，经济得到迅速发展，电力工业也得到了极大的发 展，从电力短缺发展到供应过剩；然而，我国的电力工业在计划经济体制 下，加上电力行业的特殊性，使电力工业一直处于垄断的位置，企业缺乏 竞争力，生产效率低。在市场经济的今天电力工业如何通过引进竞争机制 来增加自己的活力，实现资源的优化配置，进而提高电力工业的效率和效 益，是一个亟待解决的问题。 太原l z 大掌掌位论文 我国的电力改革首先以六省市为试点，以“厂网分家，竞价上网”为 原则把发电企业和电网分开，实行发电侧开放的电力市场：具体要求是总 体设计、分步实施、积极稳妥、配套推进，分阶段地完成改革任务。 电力体制改革的总体目标是，打破垄断，引入竞争，提高效率，降低 成本，健全电价机制，优化资源配置，促进电力发展，推进全国联网，构 建政府监管下的政企分开、公平竞争、开放有序、健康发展的电力市场体 系。 电力体制改革的主要内容是，为在发电环节引入竞争机制，首先要实 现“厂网分开”，将国家电力公司管理的电力资产按照发电和电网两类业务 进行划分。发电环节按照现代企业制度要求，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 个全国性的独立发电公司，逐步 实行“竞价上网”，开展公平竞争。到目前为止，我国已经成立了国家电网 公司、中国南方电网有限公司，中国华能集团公司、中国大唐集团公司、 中国华电集团公司、中国国电集团公司、中国电力投资集团公司等五家发 电公司。电网环节分别设立国家电网公司和中国南方电网有限责任公司。 国家电网公司下设华北、东北、华东、华中和西北5 个区域电网公司。国 家电网公司主要负责各区域电网之间的电力交易、调度，参与跨区域电网 的投资与建设；区域电网公司负责经营管理电网，保证供电安全，规划区 域电网发展，培育区域电力市场，管理电力调度交易中心，按市场规则进 行电力调度。区域内的省级电力公司改组为区域电网公司的分公司或子公 司。我们要以合理的电价机制为核心，通过深化电力体制改革，构建起省 级、区域级和国家级三级电力市场体系。省级电力市场是省级区域范围资 源优化配置的基础性市场和直接面向广大用户的供电市场，因此要规范统 一、健全机制，并通过全面开放带动竞争、促进市场良性发展；区域电力 市场是跨省区资源优化配置的载体，只有打破各省间的壁垒，才会使市场 太 l z ， 掌掌位“文 交易规模不断扩大；国家级电力市场是按照国家宏观调控的要求、保持国 家控制力的重要手段，是实施西电东送、南北互供的重要载体，也是提高 全国电网整体经济效益的基础。电网是电力市场的基础和载体，因此要发 挥大电网在资源优化配置中的优越性和基础性作用，逐步形成以区域资源 配置为基础的全国范围内资源优化配置的大市场。通过深化电力体制改革 构建政府监管下的政企分开、公平竞争、开放有序、健康发展的电力市场 体系。 2 5 小结 本章主要介绍了电力市场的基本概念、电力市场各组成部分以及电力 市场应遵循的基本原则；介绍了电力市场中电价的一般步骤，给出了常用 算法模式，讨论了影响电价的因素；介绍了电力市场运营模式；并指出我 国电力市场的特点和发展现状，表明电力市场是今后电力工业发展的方向。 太l 理z 大掌硕掌论文 第三章辅助服务分析 3 1 引言 辅助服务是电能在生产、输送和消费中，必不可少的环节。随着电力 市场实践的不断深入，辅助服务问题由于其重要性和技术上的复杂性也吸 引了越来越多的研究者和电力公司的兴趣。然而，辅助服务本身并不是新 的技术，只是传统电力系统管理运行模式下，人们普遍关注的问题是有功 功率、经济调度、水火电协调和电价等问题，而不是辅助服务问题。事实 上，辅助服务对电力市场来说是很重要的，因为电力市场环境下，电网的 运行要以电网效益为目标，提高辅助服务的质量可以大大提高输电容量和 效率。辅助服务问题又是相当复杂的，因为在电力公司运行中，辅助服务 可以由发电、输电和配电等部门提供，并且在电力市场下这些都应该是有 偿的服务，所以把辅助服务的作用和费用单独划分出来是很困难的；在电 网运行和控制日益复杂的今天，辅助服务问题更需要能解决电力系统中可 能面临功角不稳定、电压稳定、过负荷等复杂的问题。如何在电力市场新 的形势下，运用技术、经济手段进一步改善辅助服务质量，加强辅助服务 的量化和监督，更加合理的分配各部门间的利益，这些都为辅助服务今天 的发展提出了挑战。 3 2 辅助服务的定义和分类“1 2 1 j ”h ”。1 ”1 国内外一般把辅助服务定义为：为了完成将电能从电厂输送到用户， 并保证安全和质量所需采取的所有辅助措施。由定义可知，辅助服务应该 主要包括以下几类： ( 1 ) 有功频率控制：实时处理较小的负荷与发电功率的不匹配，维持 系统频率，并使控制区内负荷与发电功率的偏差及控制区之间的交换功率 一】6 一 太l l i 大攀女d m 沦： 实际值与计划值的偏差最小。 ( 2 ) 无功及电压控制：通过发电机或输电系统中的其他无功电源向系 统注入或从系统吸收无功功率，以维持输电系统的电压在允许的范围内。 ( 3 ) 发电备用容量：系统发电容量大于电网负荷的部分称系统的备用 容量。根据备用容量的对应于机组的响应速度的快慢，我们可以把备用容 量分为：旋转备用、非旋转备用和替代备用三类。旋转备用指运转的机组 具有的随时可以增减的出力；非旋转备用指处于随时可启动的发电容量， 一旦系统运行中的某一电源发生故障或负荷增长时，可随时启动；替代备 用指较前两者备用的启动时间都长的备用容量。 ( 4 ) 恢复及黑启动：指整个电力系统因大事故全部停运以后，不依赖 别的电网帮助，通过系统中具有自启动能力的机组启动，带动无自启动能 力的机组，逐步扩大系统恢复范围，最终实现整个系统的恢复。黑启动作 为辅助服务中的一种，是电力系统安全运行的重要措施。 提供辅助服务的模式可以由以下几种方式： ( 1 ) 统一型：它指辅助服务必须由系统调度员统一安排协调，在结算 时根据各参与者对辅助服务命令执行的情况进行奖惩。在英国、阿根廷等 国采用这种方式进行频率响应与无功控制的服务。 ( 2 ) 投标型：它指各客户分别对每一种辅助服务进行投标，调度员根 据他们的投标情况，排定优先次序，安排辅助服务供应计划，使辅助服务 的费用最小。美国西部加州电网采用投标和双边合同结合的方式进行负荷 跟踪与频率响应服务。 ( 3 ) 双边合同型：它指某一辅助服务的用户直接与供应者签订双边合 同，从而得到其所需的辅助服务，无需通过电力系统调度人员。 康目l z 掌项掌位论文 3 3 有功频率控制 在电力系统中频率是主要变量之一，它反映了系统中有功功率和负荷 功率间复杂的平衡关系。由于负荷预测的误差、缺少跟踪负荷变化的发电 容量、事故造成的发电负荷功率失去等都可以造成功率的不平衡，进而影 响系统的频率。系统频率的变动对用户、发电厂和电力系统本身都会产生 不利影响，频率过低甚至会使整个系统瓦解，造成很大的损失。通常采用 的频率调整方法主要是进行发电功率和负荷功率的调整。频率的一次调整 是动力系统的自然属性，主要靠调速器完成，一次调频只能做到有差调整。 频率的二次调整，是由系统中的a g c 机组承担，同时对联络线功率进行监 视和调整。频率的三次调整是完成在线经济调度。 ( 1 ) 频率的一次调整乜1 乜“： 由电力系统中频率和有功功率的关系可知，功率过剩时频率将上升， 功率不足时频率将下降。如图3 1 所示 p p b 尸。 匕 在这里我们主要讨论在进行 一次调频时备用容量的分配 情况。电力系统调度员一般是 按季度制确定一次调频备用 容量计划的，一般以一次 3 - - 1 有功功率和频率的关系 f i g 3 一lr e l a t i o n s h i po fa c t i v ea n dr e a c t i v ep o w e r 调频备用容量占第t 时段发电容量的百分比，的形式给出。下面我们分 别对水电机组和火电机组给出他们的备用情况。 对水电机组i 我们规定： 太1 4 z 大学硬掌位健。文 p 。，= r 肌名 ， ( 3 一1 ) r h ，= m a x ( r 。，1 0 ) ( 3 - - 2 ) 式中只。，表示水电机组i 分配的发电备用容量， b 。表示水电机组i 时段t 分配的发电功率， t ，表示设定的备用容量百分比。 对火电机组j 我们规定： 只l ，= r 名，m 缸，( 3 - - 3 ) r r ，= m a x ( r 。，5 ) ( 3 - - 4 ) 式中只，表示火电机组j 分配的发电备用容量， 乞，。舣火电机组j 的最大发电功率， ，表示设定的备用容量百分比。 我们通常以提供一次备用容量的边际机组的发电微增费用九。作为一 次备用容量的价格，用p 。表示。当机组为水电机组时，p 。= 九肌= 系统 实时电价。当为火电机组时，则九。为机组的微增费用，p ，可以表示为： p r , i = m 。p 。三j 。，。，! ，：嚣i i 琵 c 。一s ， 2 1 m a x ( p 。一九m ，p 。) ：。，f 咄 当， u 时，发 电机发出无功功率，e 、u 相差越大，q 就越大；反之，e 比u 小时，发电 机有可能进相运行，从系统中吸收无功。进相运行不需要额外的投资，但 是可能会降低发电机的静态稳定极限，使发电机的端部发热加剧。 ( 2 ) 调相机和电容器：调相机是一种专门的无功功率发电机，通过过 励和欠励运行的不带机械负荷的同步发电机。正常时，由系统供给空载损 耗，并根据系统的要求来调节其运行状态。系统电压偏低时，过励运行发 出无功功率，提高系统电压。系统电压过高时，欠励运行吸收系统多余无 功，降低电压。当欠励运行时，由于端部漏磁增大造成的定子铁芯端部过 热及受系统稳定性的限制，励磁电流不能太小，也就是吸收系统无功功率 的最大容量不能很大，一般为输出无功功率最大容量的5 0 0 - - 6 5 。同步 调相机是比较早采用的无功补偿设备，其优点是系统发生故障引起电压降 低，同步调相机可以提供电压支持，还可以在一段时间内进行强行励磁， 可以双向连续调节。但是投资大、启动、运行、维修复杂等缺点限制了它 的广泛应用。 太原j l i 掌掌m 论文 并联电容器主要是由小容量、分散的电容器实现无功的就地补偿，由 于它简单灵活的运用已逐渐代替了同步调相机。并联电容器有功功率损耗 小，没有旋转部分运行维护方便；安装和改变安装地点时灵活，并且个别 补偿电容器损坏不影响整个装置的运行。但是它也有缺点，只可以有级调 节，不能平滑的调节。并联电容补偿的输出无功功率与本地电压平方成正 ，r 2 比，即q 。= 。 c 串联电容器可以补偿架空线路的感抗，可以调节系统的电压，还可以 提高系统运行的稳定性。调节电压时一般用在较低电压级，由于串联电容 器在设计、运行方面的原因，现在应用的很少；提高系统运行稳定性一般 用在较高电压等级。 ( 3 ) 静止补偿器：静止补偿器一般有可控硅控制电抗器( t c r ) 、可 控硅投切电容器和饱和电抗器( s r ) 三类。可控电抗器可以吸收无功功率， 电容器可以发出无功功率，通过他们之间的配合使用可以提供平滑变动的 感性和容性无功。静止补偿器有动作快的特点，可以根据负荷变动情况迅 速改变输出的无功功率和保持电压的恒定；可以不依靠断路器或其他触点 开关，平滑的控制动态的无功功率；调节负荷功率因数，限制无功向系统 倒送；在高压输电系统中，可以控制长距离输电线甩负荷、空载效应等动 态过电压，改善系统的暂态稳定，抑制系统的无功功率和电压振荡。其缺 点是电抗器容易产生谐波电流。 ( 4 ) 并联电抗器：并联电抗器可以吸收轻载或空载线路过剩的感性无 功功率，对高压远距离输电线路而言，它还可以提高输送能力，降低电压 的作用。 除了上述的4 类主要的无功电源外，电力系统中线路、电缆都可以进 行相应的无功补偿，本文对他们不做进步的探讨。 太 目 z 掌女掌位* 文 4 3 无功市场的构成和无功平衡恤1 无功市场作为电力市场的一个重要组成部分，它的构成需要具备电力 市场的基本要素，需要有买方、卖方来构成。其中买方有电网公司和供电 公司；卖方有发电公司、电网、供电公司和无功补偿装置的拥有者。在电 力市场情况下，买卖双方在交易时需要进行公平交易，并且需要兼顾买卖 双方的利益，这就需要有真正竞争的市场机制，所以无功的必须有充足的 保证，而无功实行的就地平衡，所以保证无功市场的真正公平竞争是无功 市场首要具备的条件。 无功市场中，用户购买无功的费用，既需要包括无功的容量费用也包 括无功电量费用。无功生产的费用与无功价值的费用是不相同的，无功的 设备投资较大，而无功收取的费用是相对较少的，所以发电厂的无功费用 需要从无功容量收费和使用收费中得到完全补偿。有功的收入与无功的收 入关系不大，可以将有功和无功市场解耦，使无功定价更加合理，满足以 下目标：使无功的供应者得到相应的补偿和利润，为降低无功服务的总费 用提供动力，保证无功服务水平，在任何时刻保证严格的、充足的无功供 应。 电力市场下无功的平衡是依据如下( 4 - 1 ) 公式的，这里我们取容性 无功为正，感性无功为负， 其中，q g j 一一第j 种无功电源，f ，； q “一一第种无功负荷，聊； q 一一第膏种无功损耗，| i n 。 进行无功功率平衡的计算的前提是电压水平正常，如不能在正常电压 水平下保证无功功率的平衡，系统的电压质量将得不到保障。 一3 n 一 )1 4(o = g 。h 一 0 q 。川 一 。 太原日l 大掌硬掌t 论文 无功平衡的特点是： ( 1 ) 无功供应原则上要就地平衡，这是因为远距离输送无功需要发电 机和接收点之f 刚有较大的电压差，过多的无功传输或者长距离的无功传输， 都会引起较大的电压降和损耗，导致系统运行的不经济，降低了系统的效 率。 ( 2 ) 正常运行时必须具有规定的