（电力系统及其自动化专业论文）电力市场环境下的无功问题研究.pdf

浙江大学博士学位论史 摘要 的结果进行了比较和分析。 如何获取充足且合理分布的无功备用是保证系统运行稳定性，尤其是电压稳 定性的关键。本文提出了一种计及安全约束的无功采购方法，在获取无功功率的 同时也能根据系统的实际运行需要获取合理数量的无功备用，从而能够提高各无 功源提供无功备用的积极性，保证系统在紧急情况下运行的安全稳定性。采购模 型以发电机无功投标模型为基础，以总采购成本最小为目标函数，兼顾了系统运 行的安全性和经济性。 近年来，就如何通过建立无功市场来获取无功辅助服务方面国内外学术界已 经做了不少具有探索性的研究工作，并提出了一些市场模型或方案。然而，潜在 的市场势力问题是在设计无功市场结构和模型时必须考虑的问题。在此背景下， 本文结合无功功率的特点提出了一种修改的h e r f m d a h l r i r s c h m a ni n d e x ( m i ) 指 标，并利用电气距离的概念给出了一种可用于评估无功区域市场势力的方法。 关键字：电力市场，辅助服务，无功，价值评估，无功竟价，无功采购，市场势 力 浙江大学博e 学位论文 a b s t m c t a b s t r a c t 1 1 1 ep o w e ri n d u s t r yr e s t r u c t u r i n gb r e a k st h ev e r t i c a l l yi n t e g r a t e dm o n o p o l yo ft h e l a a n d i t i o n a lp o w e ri n d u s t r yw i t ht h ea i mo fi n t r o d a c i n gc o m p e t i t i o n , i m p r o v i n g e f f i c i e n c y , o p t i m i z i n gl e s o l u c ca l l o c a t i o na n dr e d u c i n gp o w e rp r i c e h o w e v e r , m a n y n e wp r o b l e m sa n dc h a l l e n g e sh a v ee m e r g e dd u r i n gt h er e s t r u c t u r i n gp r o c e s s i ft h e s e n e wp r o b l e m sa r en o tp r o p e r l ys o l v e d ，t h ee m e r g i n ge l e c t r i c i t ym a r k e tm a yn o tb ea b l e t 0g r o wh e a l t h i l ya n de v e nt h es e c u r i t ya n ds t a b i l i t yo ft h ep o w e rs y s t e ma s s o c i a t e d o p e r a t i o nc o u l db ee n d a n g e r e d t h i sd i s s e r t a t i o nf o c u s e so nt h es t u d yo fr e a c t i v e p o w e rr e l a t e di s s u e si nt h ee l e c t r i c i t ym a r k e te n v i r o n m e n ta n ds o m es i g n i f i c a n tr e s u l t s a r eo b t a i n e d r e a c t i v ep o w e rs u p p o r ts e r v i c ei sr e g a r d e d 勰a l li m p o r t a n ta n c i l l a r ys e r v i c e i t s a d e q u a c ya n dp r o p e rg e o g r a p h i c a la l l o c a t i o nh a v es i g n i f i c a n ti m p a c t so nt h ep o w e r s y s t e mo p e r a t i o na n de l e c t r i c i t ym a r k e tp e r f o r m a n c e g i v e nt h i sb a c k g r o u n d , m u c h e f f o r th a sb e e nm a d ei na d d r e s s i n gm a n yr e a c t i v ep o w e rr e l a t e di s s u e si nt h ee l e c t r i c i t y m a r k e te n v i r o n m e n ti nr e c e n ty e a r s ，a n dab r i e fb u ty e ts y s t e m a t i cs u r v e yi sm a d ei n t h i sd i s s e r t a t i o n t h ef o l l o w i n gt o p i c sa r ec o v e r e d ：c o s ta n a l y s i s ，v a l u a t i o n , s p o t p r i c i n g , p r o c u r e m e n ta sw e l l 勰c o s ta l l o c a t i o no fr e a c t i v ep o w e rs e r v i c e s i na d d i t i o n t ot h es u r v e y , s o m ec o m m e n t sa r ea l s oi u a d e r e a c t i v ep o w e rp r o d u c e db yd i f f e r e n t l yl o c a t e ds u p p l i e r sm a yh a v ed i f f e r e n t e f f e c t so nt h es y s t e me c o n o m i e sa n ds e c u r i t y , a n dh e n c ei ti sn e c e s s a r yt oa s s e s st h e v a l u eo f r e a c t i v ep o w e rs u p p o r ts e r v i c es oa st op r o v i d eas o l i df o u n d a t i o nf o rr e a c t i v e p o w e rp r i c i n ga n dg u i d a n c ef o rr e a c t i v ep o w e rp l a n n i n ga n dd i s p a t c h i n g e x i s t i n g r e s e a r c hw o r ko l lt h i ss u b j e c ti sm a i n l yb a s e do nad e t e r m i n i s t i co p e r a t i n gs c e l l a r i oa n d c a n n o tp r o p e r l yr e f l e c tt h ev a l u e so fr e a c t i v ep o w e rr e s o a r c e sw h e nm a n yp l a u s i b l e s y s t e mo p e r a t i o ns c e n a r i o sm a y o c c u li no r d e rt om a k ea c o m p r e h e n s i v ev a l u a t i o nf o r r e a c t i v ep o w e rs u p p o r ts e r v i c ef o rs u c hc a s e s ，am e t h o db a s e do nv o l t a g es e n s i t i v i t yi s p r o p o s e df r o mt h ep e r s p e 斌i v eo fv o l t a g er e g u l a t i o n m a n yf a c t o r s s u c ha 5s y s t e m v o l t a g ep r o f i l e ，p r o b a b i l i t yd i s t r i b u t i o no f c o n t i n g e n c y , a r et a k e ni n t oa c c o u n t u s i n gam a r k e tm e c h a n i s mt op r o c u r er e a c t i v ep o w e r g a l lo f f e ri n c e n t sf o rr e a c t i v e s u p p l i e r st op r o v i d ea d e q u a t er e a c t i v ep o w e rs u p p o r ta n di n d u c em o r er e a s o n a b l e i l l 浙江大学博上学位论文 a b s t r a e t r e a c t i v ep o w e ri n v e s t m e n t b a s e do nt h ea n a l y s i so ft h ec o s to fg e n e r a t o r s r e a c t i v e p o w e rp r o d u c t i o na n dt h ep o w e rg r i dc o n n e c t i o np o l i c y , as e g m e n t e db i d d i n gm o d e lo f g e n e r a t o r s r e a c t i v ep o w e rg e n e r a t i o ni sp r o p o s e di n t h i sd i s s e r t a t i o n , w i t hc a p a c i t y b i d d i n ga n de n e r g yb i d d i n go fr e a c t i v ep o w e ri n c l u d e d t h i sm o d e lc a nf u l l yc o v e rt h e c o s to fr e a c t i v ep o w e rs u p p o r ts e r v i c e b a s e do no p t i m a lp o w e rf l o w ( o p f ) f o u r m o d e l so fr e a c t i v ep o w e rp r o c u r e m e n tw i t l ld i f f e r e n ta i m sa r ed e v e l o p e d t h e o b j e c t i v ef u n c t i o n so ft h e s em o d e l sa r er e s p e c t i v e l yn e t l o s sm i n i m i z a t i o n , c o s t m i n i m i z a t i o n , p o w e rq u a l i t yo p t i m i z a t i o na n ds y s t e ms e c u r i t yo p t i m i z a t i o n r e s u l t s f r o mt h ea b o v ef o u rr e a c t i v ep o w e rp r o c u r e m e n tm o d e l sa r ec o m p a r e da n dd i s c u s s e d r e a c t i v ep o w e rr e s e r v ei sak e yf a c t o rf u rm a i n t a i n i n gt h es t a b i l i t y , e s p e c i a l l y v o l t a g es t a b i l i t yo ft h ep o w e rs y s t e m i nt h i sd i s s e r t a t i o nas e c u r i t y - - c o n s u a i n tr e a c t i v e p o w e rp r o c u r e m e n tm e t h o di sp r o p o s e d u s i n gt h i sm e t h o dt h es y s t e mo p e r a t o rc a n p r o c u r ee n o u 【g hr e a c t i v ep o w e rr e s e r v ea l o n g 、啊t l lt h es t e a d y - s t a t er e a c t i v ep o w e r c o n s e q u e n t l yt h es y s t e ms t a b i l i t yu n d e rs o m ec o n t i n g e n c i e sc a l lb ei m p r o v e d d u r i n g t h ep r o c e s so fr e a c t i v ep o w e rp r o c u r e m e n tt h et o t a l c o s t , i n c l u d i n gt h ec o s to f s t e a d y s t a t er e a c t i v ep o w e r , t h ec o s to f r e a c t i v ep o w e rr e s e r v ea n dt h ec o s to f n e tl o s s ， i sm i n i m i z e d i nr e c e n ty e a r s ，m u c he f f o r th a sb e e nm a d ef o re s t a b l i s h i n gat r a d i n gm a r k e tf u r r e a c t i v ep o w e rp r o c u r e m e n ta tl e a s ti nt h ea c a d e m i cc i r c l e ，a n ds e v e r a ls c h e m e s a l r e a d yp r o p o s e d i nt h e s es t u d i e st h er e a c t i v em a r k e tp o w e rp r o b l e mh a sb e e n r e g a r d e da sav i t a li s s u ew h i c hm a y h a v eas e r i o u sn e g a t i v ee f f e c to nt h ee f f i c i e n t o p o m f i o no ft h em a r k e t g i v e nt h i sb a c k g r o u n d ，am o d i f i e dh e r f m d a b _ l h i r s e h m a n i n d e x ( h h t ) ，、v i t ht h ec h a r a c t e r i s t i c so fr e a c t i v ep o w e rw e l lt a k e ni n t oa c c o u n t ，i s p r o p o s e di n t h i sd i s s e r t a t i o n f u r 恤e r m o r eam e t h o di n c o r p o r a t i n gt h em o d i f i e dh h i a n dt h ec o n c e p to fe l e c t r i a ld i s t a n c ei sp r o p o s e dt oe v a l u a t et h el o c a lr e a c t i v em a r k e t p o w e rp r o b l e m k e yw o r d s ：e l e c t r i c i t ym a r k e ta n c i l l a r ys e r v i c e ，r e a c t i v ep o w e r , v a l u ea s s e s s m e n t , r e a c t i v ep o w e rb i d d i n g ，r e a c t i v ep o w e rp r o c u r e m e n t i v 浙江丈学博j ：学位论文 第一章绪论 第一章绪论 1 1 课题的背景和意义 近十多年来，包括我国在内的世界上许多国家和地区都进行了或正在进行着 电力工业的市场化改革，目的是要打破垄断，促进竞争，提高资源配置的效率和 降低电价。虽然在改革的过程中市场效率受到越来越多的关注，但电力系统的安 全运行仍然处于一个十分重要的位置，它是构建整个电力市场的基础。与改革前 相比，在改革后形成的电力市场中系统运行人员更多的是通过采购一定数量和种 类的辅助服务来保证电力系统运行的安全性和稳定性，从而为有功交易的顺利实 施提供保障。因此，在电力市场环境下对辅助服务进行研究就显得非常重要。 关于辅助服务，到目前为止并没有一个标准的定义，一般认为，辅助服务是 指电力市场中为了完成电能交易所需的发电和输电以外的服务，其主要指实时功 率平衡、电能质量和安全可靠性方面的服务i ”。在目前已经定义的各类辅助服务 中口l ，无功支持与电压控制服务( 下文中也简称为无功服务) 是相当重要的一项，它 对电力系统的安全与经济运行都有着很大的影响，因此近年来这一服务也受到了 学术界越来越多的关注。 在电力市场环境下，无功服务的重要性主要体现在以下一些方面。 首先，充足且合理分布的无功服务是保证电力系统稳定性，尤其是电压稳定 性的重要因素。这里，无功服务既包括各无功源提供的稳态无功出力服务也包括 无功备用服务。在2 0 0 3 年8 月1 4 日，北美东部系统发生了有史以来最大规模的 停电灾难，1 0 0 多个发电厂，几十条高压输电线相继停运。系统失去了6 1 8g w 的负荷，5 0 0 0 万人的生活受到影响，停电长达2 9 个小时，经济损失高达3 0 0 亿 美元”】。在这次事故后的分析报告中专家就指出无功支持不充足是引起这场灾难 的一个重要因素1 4 j 。目前，包括我国在内的世界各国电力系统的规模都日益扩大， 互联方式也日益复杂，再加上大量新设备、新技术的引入，都为系统的安全稳定 运行增加了不确定的因素。在这种情况下如何保证系统拥有充足的无功支持服务 并在系统内合理分布就显得更为重要。 其次，合理分布的无功服务有利于提高系统的输电能力，增加系统的有功交 易水平，提高电力市场运营的效率。当系统发生阻塞时，还可以通过对无功服务 的重新调度来进行阻塞管理。 浙江大学博1 ：学位论文 第一章绪论 第三，无论是在传统的电力工业中还是在改革后的电力市场环境下，无功功 率都是系统运行人员用来减少网络损耗的一种有效手段。合理配置的无功功率电 源和电压水平可以降低网络中的有功功率损耗，从而提高整个系统的运行效率。 在输电网开放( t r a n s m i s s i o no p e n a c c e s s ) 的情况下，网损优化的结果不仅会影响电 网公司的收益，也会对发电商和用户的收益产生影响，因此这是一个受到各方关 注的问题。 最后，在电力市场环境下，用户对电能质量的要求日益提高。无功服务可以 改善电压波形，减少电压水平的波动，从而有利于延长设备的使用寿命，提高电 能供应的效率。 在给出无功服务重要性的同时也需要指出，无功服务有其自身鲜明的特点， 从而使得对无功服务的研究必须采用有别于有功服务的方法。与有功服务相比， 无功服务具有以下一些特点”i ： 供应的地域性。由于远距离输送无功需要发电和受电之间有较大的电压 差，因此无功供应原则上应就地平衡。 控制的分散性。与频率控制需要有功平衡类似，电压控制需要无功平衡。 然而，频率在全网是统一的，其只取决于全网的有功供需状况：而不同节 点的电压一般是不同的，这样电压控制就需要针对节点进行。 手段的多样性。有功功率只能由发电机提供，而无功功率除了可由发电机 提供外，还可由同步调相机、静止无功补偿器( s v c ) 、并联电容器以及支 路的充电电容等无功源提供。 成本分析的复杂性。与发动机的有功功率生产成本相比，其无功生产成本 除了与其无功出力的大小有关外，其机会成本部分还与发电机所处的运行 位置有关，分析起来比有功要复杂。 除了上述特点外，无功还具有计算复杂的特点。在进行无功服务的研究时一 般需要用到交流潮流计算，而在进行优化研究时更是需要进行复杂的交流最优潮 流的计算。另外，由于线路对地支路的存在以及系统中众多的无功源，经典的潮 流跟踪法在应用于无功分摊研究时也要比应用于有功分摊研究复杂得多。 鉴于以上无功服务的重要性及其特点，有必要对电力市场环境下与无功服务 相关的内容进行深入的研究和分析，从而提高系统运行的质量，避免重大事故的 发生，为电力市场的有序开展提供保障。虽然，目前我国还处于电力改革的初级 阶段，但已经将辅助服务市场纳入到电力市场改革的框架之中，提前对其进行相 关的研究可以为下一步的改革作好技术储备，保证我国电力市场平稳、有序、健 康地发展。 2 浙江大学博t 学位论文 第一章绪论 1 2 电力市场中的辅助服务 在电力市场建立以后，原先可以由系统运行人员直接调度或操作的各项服务都 相互独立开来并分属于不同的市场成员，从而无法保证电力系统的各个部分在任何 情况下都能配合系统的运行。在这种新的形势和环境下需要通过有偿的辅助服务的 形式来满足系统运行的安全性和经济性要求。辅助服务覆盖了从发电、输电到负荷 的各个环节，不过大部分的辅助服务仍由发电厂提供。美国联邦能量调节委员会 ( f e r c ) 在其法令o r d e r8 8 8 中定义了6 种辅助服务，分别是： ( 1 ) 调度与系统控制( s c h e d u l i n g , s y s t e mc o n t r o la n dd i s p a t c h ) ( 2 ) 发电机提供的无功供给与电压控制( r e a c t i v es u p p l ya n dv o l t a g ec o n t r o l f r o mg e n e r a t i o ns o u r c e s ) ( 3 ) 调节与频率响应( r e g u l a t i o na n df r e q u e n c yr e s p o n s e ) ( 4 ) 能量不平衡( e n e r g yi m b a l a n c e ) ( 5 ) 旋转备用( o p e r a t i n gr e s e r v e s p i n n i n g ) ( 6 ) 辅助备用( o p e r a t i n gr e s e r v e s u p p l e m e n t a l ) 然而，f e r c 并没有给出这些辅助服务的技术细节和定价方法为此，北美电 力可靠性委员会( n e r c ) 和美国电力科学院( e p r i ) 对f e r c 定义的辅助服务作了进 一步的技术上的细分，并定义了1 2 种互联运行服务( i o s ) 【删，包括： ( 1 ) 调节( r e g u h t i o n ) ( 2 ) 负荷跟踪( l o a df o l l o w i n g ) ( 3 ) 能量不平衡( e n e r g yi m b a l a n c e ) ( 4 ) 旋转备用( o p e r a t i n gr e s e r v e s p i n n i n g ) ( 5 ) 辅助备用( o p e r a t i n gr e s e r v e s u p p l e m e n t a l ) ( 6 ) 替代备用( b a c k u ps u p p l y ) 系统控制( s y s t e mc o n t r 0 1 ) ( 8 ) 动态调度( d y n a m i cs c h e d u l i n g ) ( 9 发电机提供的无功与电压控制( r e a c t i v ep o w e ra n dv o l t a g ec o n t r o lf r o m g e n e r a t i o ns o u r c e s ) ( 1 0 ) 有功损耗( r e a jp o w e rt r a n s m i s s i o nl o s s e s ) ( 1 1 ) 发电机提供的网络稳定服务( n e t w o r ks t a b i l i t ys e r v i c e sf r o mg e n e r a t i o n s o u r c e s ) ( 1 2 ) 系统黑启动能力( s y s t e m b l a c ks t a r tc a p a b i l i t y ) 浙江大学博j 。学位论文第一章绪论 在上述各种辅助服务中，无功与电压控制服务以及备用服务受到了较多的关 注，对辅助服务的研究也更多地集中在这两类服务上。本文的研究工作主要针对 其中的无功与电压控制服务展开。 1 3 无功辅助服务简介 1 3 1 无功辅助服务的定义 在传统的电力工业中，系统运行人员对无功的调度主要采用行政指令的方式。 然而，在电力工业改革后，部分无功源的所有权与调度权被分离，无功更多地被 视为一种重要的辅助服务，在许多地方也称之为“无功电压支持服务”或“无功 支持电压控制服务”。虽然电力工业改革已经有相当长的历史，但到目前为止对 于无功辅助服务还没有一个普遍接受的、所谓的“标准”定义。下面给出了世界 上一些国家或地区的电力市场中所采用的无功辅助服务的定义】： 在新西兰电力市场，无功服务被定义为“对无功功率的调度以及对其它用 来控制系统电压在正常范围内的系统支持设备的调度”。这里，用来提供 无功服务的设备包括发电机以及电网公司所拥有的电容器、静止无功补偿 器等无功补偿设备。 在美国加州电力市场，无功服务是指“用来维持系统电压在合理水平且满 足各互联节点口o i m so f i n t e r c o n n e c t i o n ) 无功容量要求的无功控制”。 在美国p j m 电力市场，发电机提供的无功服务被明确地分为两类：一类 是“发电机在其额定有功出力处所能提供的无功出力”；另一类是“发电 机在不得不减少其有功出力的情况下所提供的无功出力”。 在美国纽约电力市场，无功服务被定义为“在稳态及预想事故条件下，各 无功源在其容量允许范围内为了维持系统电压在合理水平所提供的发出 或吸收无功的服务”。 在美国德州电力市场( e r c o t ：e l e c t r i cr e l i a b i l i t yc o u n c i lo ft e x a s ) ，无功 服务包括两个方面：( 1 ) 授权计划实体( q u a l i f i e ds c h e d u l i n ge n t i t i e s ，q s e ) 向e r c o t 提供的功率因数和机端电压可以由e r c o t 调度的发电机资 源；( 2 ) e r c o t 向各个q s e 提供的用来协调全网电压水平的无功调度计 划。 由上述对无功辅助服务的定义可以看出，无功辅助服务一般指为了维持系统 4 浙江人学博l 二学位论文 第一素绪论 正常的电压水平而进行的无功调度。在某些地区，无功容量也被视为无功服务的 一部分。无功服务通常指由发电机所提供的有关服务，但在某些电力市场，特别 是采用i s o 模式的电力市场中，其它无功源提供的无功功率也被归于无功服务之 列。 1 3 2 无功辅助服务的提供者 与有功服务不同，无功辅助服务可以由系统中多种类型的提供者提供，它们 包括p j ： - 发电机。系统中最主要的无功源，具有响应速度快和电压调节能力强的特 点。发电机既可以发出无功，也可以吸收无功，控制方式灵活。发电机提 供无功服务时可能需要减少其有功服务，由此产生的成本称为发电机提供 无功服务的机会成本。 _ 同步调相机。等效于不提供有功出力的发电机，特点与发电机类似，但不 存在机会成本。 并联电容器。通常被认为是系统中最经济的无功服务提供者，但电压调节 特性较差，尤其是在系统处于低电压水平的时候。另外，电容器的响应速 度较慢且只能进行离散调节。 - 并联电抗器。作用与并联电容器相反，用来吸收系统中多余的无功，其特 点与并联电容器类似。 _ 静止无功补偿器( s v c ) 。响应速度快，可以满足动态无功补偿的需要。与 同步调相机相比，运行维护简单，功率损失较小。但在极端的情况下，无 功调节能力按电压的平方下降。 s t a t c o m 。响应调度速度快，但造价昂贵。在极端的情况下，无功调节 能力近似按电压线性下降。 _ 分布式发电资源。属小型发电机，特点与发电机类似。 _ 有载调压变压器( o l t c ) 。可以调整无功功率在变压器两侧的分布。其调 节成本主要为变压器的损耗以及在调节过程中产生的设备磨损。然而，在 某些情况下0 u 的动作可能会恶化系统的电压稳定性。 _ 负荷。通过负荷侧对无功功率消耗水平的调整来达到提供无功服务的效 果。 浙江大学博士学位论文 第一章绪论 1 3 3 系统对无功辅助服务的需求 在电力市场环境下，系统对无功辅助服务的要求是多层次的沣i 。 ( 1 ) 容量需求。系统需要一定数量的无功容量处于可用( a v a i l a b l e ) 状态，这部 分容量包括使用容量和备用容量，包括超前容量和滞后容量，同时容量需 求中还应该给出所需容量在系统中的位置。 ( 2 ) 备用需求。正常运行情况下，动态无功源不应以最大容量运行，所有发电 机、同步调相机和s v c 等动态无功源都应留有无功备用，以便无功负荷 跟踪和故障后的无功供应。根据无功就地平衡的原则，无功备用应分配于 各个节点，这是保证系统电压稳定的基本要求。无功备用水平依赖于系统 的运行状况，在特殊情况下，无功备用的增长应快于无功输出的增长。 ( 3 ) 使用需求。以m v a r h 量测为单位，预测系统所需的超前和滞后无功负荷， 并分配到各无功源。 ( 4 ) 响应需求。在不同的工况下，系统对无功响应的时间和速度有不同的要求， 从时间上可以划分为暂态响应、动态响应和慢速响应，其特点列于表1 1 。 表1 1 ：系统无功响应需求 t a b l e1 - 1 ：r e a c t i v ep o w e rr e s p o n s er e q u i r e m e n t s 响应类型暂态响应动态响应慢速响应 响应方式自动自动手动自动 无功负荷跟踪 作用系统稳定性之必须大量无功负荷的投切 故障后的无功供应 响应时间短暂时延固定时间可延长较长时间 有载调压、同步调相机、 手段 a v r 、s v c 等 电容器、电抗器 s v c 、a v r 等 需要指出，提供无功服务的无功源应具有一定的可靠性要求，当系统需要某 一无功源提供无功服务时，该无功源应能保证以某一较高的概率处于可利用的状 态。同时，各无功源尤其是动态无功源还应该能够准确地跟踪系统调度人员的指 令。 6 浙江大学博上学位论文 第一章绪论 1 3 4 各国电力市场中的无功辅助服务 1 3 4 1 美国 纽约“ 在纽约电力市场，i s o 主要通过一种基于成本的价格机制来获取无功服务。 这种价格机制包括容量报酬( c a p a c i t yp a y m e n t s ) 、机会成本报酬( l o s t o p p o r t u n i t yc o s t , 缩写为l o c ) 和绩效要求( p e r f o r m a n c er e q u i r e m e n t ) 。 1 1 容量报酬 容量报酬一般以$ m v a r y e a r 为单位，因此也被称作年度容量报酬，其包括 与发电设备相关的年度固定成本支出、分摊到提供无功服务的设备的流动资金成 本以及设备运行维护费用。容量报酬按月支付。对于签订了装机容量合约的发电 机，其每月可以获得年度容量报酬的1 1 2 ；而对于调相机和未签订装机容量合约 的发电机，其每月获得的容量报酬为年度容量报酬的1 1 2 乘以某一比率，这个比 率一般根据该设备在当前月中实际运行的小时数确定。 2 1 机会成本报酬 向提供无功服务的发电机支付机会成本报酬的目的是弥补它们在有功市场上 的损失。这一报酬用式( 1 1 ) 计算： p 2p l p t m 哪 图1 - 1 ：机会成本报酬的计算 f i g1 - 1 ：c a l c u l a t i o no f l o s to p p o r t u n i t yc o s t = 几( 眉一昱) 一劈占( p ) 卸( i - i ) 式中：c 甲为发电机提供无功服务时的机会成本；岛。为节点有功电价或市场清除价； 7 浙江人学博士学位论文第一章绪论 只为发电机在初始运行位置( 即没有提供无功服务) 时的有功出力，而只为发电 机提供无功服务后的有功出力；且( ) 为发电机的有功出力报价。 3 ) 绩效要求 提供无功服务的发电设备必须装有a v r ( a u t o m a t i cv o l t a g er e g u l a t o r ) 且需通 过i s o 的无功响应能力测试。在实际的系统运行过程中，对于无法响应i s o 调度 命令的无功设备将根据其在一个月内响应失败的次数给予相应的惩罚。第一次达 不到响应要求的无功设备将被扣除一个月的容量报酬。同时，其还需向i s o 支付 相应的无功替代成本。在3 0 天内三次达不到响应要求的无功设备将失去其接受无 功服务报酬的资格，直至通过i s o 进行的更为严格的无功响应能力测试为止。在 系统发生故障的情况下两次达不到响应要求且参与了装机容量市场的发电机将被 扣除其年容量报酬的i 4 ，而对于没有参与装机容量市场的发电机则扣除其3 个 月无功报酬( 一般为其在当前月之前3 个月的无功报酬) 。 加州1 j 0 - 2 1 i s o 获取无功服务的方法包括支付短期无功服务报酬和签订长期合约两种。 短期无功服务报酬以机会成本为基础，每1 0 分钟计算一次，计算方法如下式： c 印= m a x 0 ，日一旦卜乞j ( 1 - 2 ) 式中：一为交易时段r 的电能价格；旦为发电机组的屯能报价；圪。为在交易时 段t 内由于提供无功服务所导致的有功调度的减少量。该报酬主要用于支付发电 机在其强制无功出力范围( 功率因数0 9 滞后 o 9 5 超前) 以外提供的无功出力。 长期合约是由i s o 与可靠性必发机组( r e l i a b i l i t ym u s t - r u nu n i t s ) - 2 _ f q 签订 的，当i s o 对这些机组的无功调度超出其强制无功出力范围时，i s o 将根据合约 规定向这些机组另外支付一定的费用。 p 册j 4 j 发电机的无功服务被分为两部分。第一部分为发电机在提供有功服务时“顺 便”提供的无功服务，第二部分则为发电机需要减少有功出力方能提供的无功服 务。对于这两部分无功服务的经济补偿，前者已经包含在p j m 的综合电价之中， 而后者则通过支付机会成本报酬来进行补偿。 对于发电机“顺便”提供的无功服务，i s o 每个月需向相关的发电公司支付 一定费用，该费用由政府批准的发电机无功服务的月收入要求所决定。发电机无 功服务的收入要求主要由分摊到提供无功服务的发电机的固定成本以及由于提供 浙江大学博士学位论文 第一章绪论 无功服务所导致的发电机及其升压变压器的损耗确定。 1 3 4 2 欧洲 英国l ”。7 j 运行规约要求所有规模在5 0m w 以上的发电机组都必须提供在一定功率因 数范围内的无功出力。这部分无功出力被称为强制无功服务( o b l i g a t o r yr e a c t i v e p o w e rs e r v i c e ，缩写为o r p s ) 。当然，发电机也可以提供上述规定范围以外的无 功出力，这部分无功出力被称为提高的无功服务( e n h a n c e dr e a c t i v ep o w e r s e r v i c e ，缩写为e r a s ) 。 与一些国家的电力市场不同，在英国电力市场中o r p s 也能获得经济补偿。 获得经济补偿的途径有两种：一是通过缺省报酬机制( d e f a u l tp a y m e n t m e c h a n i s m ，缩写为d p m ) ，二是通过投标市场( t e n d e rm a r k e t ) 。发电机提供的 o r p s 服务如果没有参加投标市场或未能在投标市场中标，则它可通过d p m 获得 经济补偿。d p m 由两部分组成：容量报酬和电量报酬。容量报酬主要取决于在某 一区域内提供无功服务的发电机的数量、相关的装机容量以及该区域内的无功需 求量，而电量报酬则需要根据英国消费价格指数进行调整。在2 0 0 0 年4 月1 日以 前，d p m 中的容量报酬与电量报酬的比例大约为8 0 ：2 0 ，在此之后两者的比例被 调整为o ：1 0 0 ，即d p m 只对电量进行经济补偿。接受电量报酬的发电机必须能够 正确响应系统调度人员的指令，否则其电量报酬将降为原来的2 0 。 国家电网公司( n a t i o n a lg r i d c o m p a n y , 缩写为n g c ) 每年进行两次无功服务的 投标，各无功服务供应商可以分别就无功容量和无功电量进行报价。报价可以分 别针对超前的无功服务、滞后的无功服务或两者兼有的情形。超前和滞后无功服 务分别允许最多三段报价。最后，n g c 将根据系统的无功需求情况、已有的无功 服务合约以及当前各无功服务供应商的报价来决定投标结果。 e r p s 一般通过投标确定，具体过程与o r p s 的投标类似，这里不再赘述。 文献1 8 1 9 1 对1 9 9 9 年4 月至2 0 0 0 年3 月期间o r p s 及e r p s 的投标市场进 行了分析，发现所有的投标都是针对o r p s 的，没有发电机愿意通过投标市场提 供e r p s 服务。此外，至少5 0 的投标价格比d p m 中的相应价格要高，且在较 高的无功出力处的报价曲线一般较陡。 瑞典1 2 0 , 2 1 】 无功服务的获取主要基于强制方式，对提供无功服务的市场成员并不给予经济 补偿。s v e n s k ak r a f t n a t e e ( 4 0 0k v 和2 2 0k v ) 的拥有者，同时也承担着 9 浙江大学博t 学位论文第一章绪论 系统运营机构的职责，控制着高压输电网上的无功交换。一般情况下，高压输电网 上没有无功交换，即无功主要采用就地平衡方式。 区域电网由低压输电网和配电网组成。一般情况下，区域电网的调度人员尽可 能地使用静态无功补偿设备来获取所需的无功功率。大型发电机一般很少用于二次 电压控制，其主要用于提供无功备用。当某一区域电网缺少无功功率时，可以从其 它区域电网购买，但价格一般相当昂贵。 s v c n s k ak r a f i n s t 通过电网规则明确了当发电机或区域电网在联入高压输电网 时的无功职责。具体如下： ( 1 ) 对于直接接入高压输电网的水电机组，其向电网的无功注入能力应能达到 其最大有功出力的l 3 ，从电网的无功吸收能力应能达到其最大有功出力的 1 ，6 。 ( 2 ) 对于直接接入高压输电网的火电机组，其向电网的无功注入能力应能达到 其最大有功出力的l 3 ，但对其从电网的无功吸收能力则没有要求。 ( 3 ) 对于接入高压输电网的区域电网，如果其向高压输电网注入有功功率，则 其注入无功功率的能力应达到其注入有功的1 3 ；如果其从高压输电网汲取 有功功率，则对其无功注入和汲取能力没有要求。 芬兰1 芬兰国家电网公司f i n g x i d 严格控制着其主要输电网络上的无功流动。一般情 况下，输电网上不允许有太多的无功交换，且允许的无功交换量与系统的有功交 易量有关，在f i n g f i d 允许的无功交换范围内是免费的。对于超出这一范围的无功 交换，f i n g f i d 则根据设定的固定费率征收一定的费用。 由于输电网上的无功流动被严格控制，f i n g r i d 主要利用电容器和电抗器所提 供的无功功率来维持电网电压处于合理水平。发电机的无功容量主要用作无功备 用服务，对该服务的获取以前基于强制方式，但从2 0 0 2 年开始，采用有偿方式。 按照系统运行规程，额定容量大于1 0m v a 的发电机需要在系统正常运行时 保持一定数量的无功备用： (