（电力系统及其自动化专业论文）电力市场环境下电力系统的安全性评估.pdf

a b s t r a c t e v a l u a t i o no fp o w e rs y s t e ms e c u r l l 。yl n e l e c t r l c l t ym a r k e t s a b s t r a c t i ne l e c t r i c i t ym a r k e t ，t h ed i s p e r s e da n ds e p a r a t e dm a n a g e m e n th a sr e p l a c e dt h e c e n t r a l i z e dm a n a g e m e n t i ne a c hp a r to fp o w e rs y s t e m ，e c o n o m i c sh a v eb e c a m et h e f i r s tc o n s i d e rf a c t o r t h e s ec h a n g e si n c r e a s et h ep o s s i b i l i t yo fs o m eu n c e r t a i na f f a i r s a n db r i n gt r e m e n d o u si n f l u e n c et os e c u r i t ya n dr e l i a b i l i t yo f p o w e rs y s t e m t h et r a d i t i o n a lp o w e rs y s t e ms e c u r i t ya n a l y t i c a lm e t h o di sr e s e a r c he a c hp o i n ti n p a r a m e t e rs p a c eo fs y s t e m ，b u ti tc a n tb r i n ge n o u g hi n f o r m a t i o no fw h o l es y s t e m s s e c u r i t y s e c u r i t yr e 百o nm e t h o dc a nc o n q u e rt h i sd i s a d v a n t a g ea n db r i n gt h ew h o l e i n f o r m a t i o no f s y s t e mt ot h ec o n t r o l l e r s i nt h i sp a p e gw es t u d yt h eu s eo ft h es e c u r i t y r e g i o nt or e s e a r c ht h ea p p l i e dp o w e rs t e a d y - s t a t es e c u r i t yr e g i o nw i t hf u z z yl o a d sa n d t h eo p t i m a lp r e v e n t i v ec o n t r o lb a s e do nv o l t a g es e c u r i t yi ne l e c t r i c i t ym a r k e t s 1 、r e s e a r c hs e v e r a lm o d e so fe l e c t r i c i t ym a r k e t ，e s p e c i a l l yt h ep r i c i n go f s e c u r i t y 2 、p r o p o s e sa m a t h e m a t i c a lm o d e la n da l g o r i t h mf o rt h ec o m p u t a t i o no fa p p l i e d a c t i v ep o w e rs t e a d y s t a t es e c u r i t yr e g i o n ( s s r ) w i t hf u z z yl o a d si ne l e c t r i c i t ym a r k e t t h eo b j e c tf u n c t i o no ft h em o d e li sm i n i m i z a t i o nt o t a lp a y m e n t so fe n e r g yi nt h es p o t b a l a n c em a r k e t t h em o d e lu t i l i z e st h ec o n c e p to ff u z z yc o n f i d e n c ei n t e r v a l st o c a l c u l a t es s ru n d e rv a r i o u sf u z z yc o n f i d e n c el e v e l s 3 、p r o p o s e st h em o d e lo f o p t i m a lp r e v e n t i v ec o n t r o lb a s e do nv o l t a g es e c u r i t yi n e l e c t r i c i t ym a r k e t s t h eo b j e c t i v ef u n c t i o ni st h em i n i m i z a t i o no ft o t a lp a y m e n t so f p r e v e n t i v ec o n t r o la n dm u s te n s u r ee a c hb u sh a v ee n o u g hv o l t a g es e c u r i t ym a r g i n t h i sp a p e ra l s oi n t r o d u c e st h es e n s i t i v ei n d e xo fv o l t a g es e c u r i t yb a s e do nli n d e x a n dt h ec o n c e p to fe q u i v a l e n tr e a c t i v ep o w e rc o m p e n s a t i o no fg e n e r a t o r g i v e nt h e p r i c i n go f e a c hr e a c t i v ep o w e rc o m p e n s a t i o nb a s e do i lt h e i rc o n t r i b u t i o ni nv o l t a g e s e c u r i t ya n dt h ed e c r e a s eo f r e a c t i v ep o w e rw h i c hs h o u l d b eb o u g h tf r o mg e n e r a t o r s a b s t r a c l k e yw o r d s ：e l e c t r i c i t ym a r k e t s ；e v a l u a t i o no fs t e a d ys t a t es e c u r i t y ；e v a l u a t i o no f v o l t a g es e c u r i t y ；s e c u r i t yr e g i o n i i 关于学位论文使用授权的说明 本人完全了解广西大学有关保留、使用学位论文的规定，即： 广西大学拥有在著作权法规定范围内学位论文的使用权，其中包 括：( 1 ) 己获学位的研究生必须按学校规定提交学位论文，学校可以 采用影印、缩印或其他复制手段保存研究生上交的学位论文；( 2 ) 为 教学和科研目的，学校可以将公开的学位论文作为资料在图书馆、资 料室等场所供校内师生阅读，或在校园网上供校内师生浏览部分内 容。 本人保证遵守上述规定。 ( 保密的论文在解密后遵守此规定) 作者签名癌缝作者签名哩函至适 日 期：2 望生盘，篁。：2 q 聊虢毖 主要符号对照表 爿 肛j r 石，) 4 “ 爿“ 尸 o b 出 彳 c k i 世k 1 最。 最。加 呓 硌 只 c a p u 主要符号对照表 模糊集 隶属函数 置信水平名下置信区间的上界 置信水平五下置信区间的下界 节点注入功率向量 节点电压相角向量 节点导纳矩阵的虚部 支路两端的相角差 网络关联矩阵 机组k 调整出力为a 斥时的报价 机组的最大有功出力 机组的最小有功出力 九置信度下系统负荷的置信下限 九置信度下系统负荷的置信上限 线路，的有功潮流 对偶间隙 扰动因子 负荷母线的电压稳定性指数 主要符号对照表 0 俐， 鲋v r p | y r l t h 。 无功补偿点i 的固定无功价格 系统内电压裕度最小的负荷节点值( l 。) 对节点i 无功补 偿的灵敏度 无功补偿点i 在t 时刻变动的无功价格q 。无功补偿点i 在时刻 t 的补偿量 由于在i 节点进行无功补偿而使的发电机，无功出力的减少，即 发电机的等效无功补偿 发电机，无功出力的价格 系统电压安全边际 x 第一章绪论 第一章绪论 1 1 问题的提出和意义 管制环境下，整个电力系统的发电、输电、配电是统一管理和统一调度的， 运行方式安排相对比较简单，系统运行的安全性和可靠性也容易得到保证。电 力行业存在着成本高、人员多、效率低等问题，服务质量也有待进一步改善。 从20 世纪80 年代以来，在世界范围内开始了电力工业改革的浪潮，其 主要目的是打破垄断，开放电网，形成自由竞争的电力市场。现在世界上已经 提出了多种电力工业改革方案，并在不同的国家实现。电力市场和其他市场相 比的特殊之处在于电能的生产和消费是同时完成的，从而输电系统的存在是电 力市场的显著标志。输电服务由于其规模效益，一般具有天然垄断的性质。因 此各国市场化的共同特点是“厂网分开”，由政府对输电部分进行适当的管制， 保证电网开放，以便为发电和配售电创造一个公平竞争的环境。 2 0 0 3 年8 月1 4 日美国东北部和加拿大部分地区发生大面积停电。这次历史上 最大规模的停电波及美国纽约等许多城市，加拿大安大略省的部分城市也受到 影响。停电影响了地铁、电梯以及机场的正常运营，在一些地方造成交通拥堵， 影响了5 0 0 0 万人口的正常生活，损失达3 0 0 亿美元。美国从2 0 世纪6 0 年代以来， 大停电至少有6 次，其中5 次都是美加大停电。1 9 6 5 年1 1 月9 日发生的美国纽约市、 加拿大安大略省等地的大停电，影响了3 0 0 0 万个用户，持续时间1 3 - 小时；1 9 7 7 年7 月1 3 日纽约市大停电，影响了9 0 0 万人口，持续时间达2 6 d , 时；1 9 9 6 年7 月2 日美国加利福尼亚等西部与加拿大艾伯特等地的大停电，影响2 0 0 万人口，持 续时间从几分钟到几个小时；1 9 9 6 年8 月l o 同几乎与上次停电同样的地方，影响 人口7 5 0 万，持续时间长达9 小时；1 9 9 8 年6 月2 5 日美国明尼苏达州等地和加拿大 的安大略等地又发生大停电，影响1 5 2 万人，持续1 9 d , 时。除了这些大停电事 故外，还有为数众多的事故和故障，美国能源部在2 0 0 0 年曾对以上各次停电事 故和故障作过研究，提出了不少有见地的措施，但都没有能够阻止停电事故的 发生。联系美国加州电力危机，它反映出许多共性的教训是深刻而沉重的。 美加大停电所反映的主要问题有： 电网缺乏科学统一的规划，没有形成合理的网架结构。北美电网由多个电 网逐步联合而成，由于没有实行统一舰划，造成电网电压等级多、网络结构复 笫一章绪论 杂、电磁环网交错，事故时很难实施有效的控制和解列措旋。 电网建设滞后，网络输送能力不足。美国过于强调市场机制的作用，特别 是控制销售电价，放丌上网电价，使得电网的利润水平下降，投资回报率低， 投资商对电网建设失去兴趣，影响了电网的发展。 电网管理缺乏有效协调机制，难以统一调度，统一指挥。电力的发、供、 用瞬间同时完成，电力的生产和消费必须保持瞬时平衡。 电网继电保护和安全自动装置的协调性差。没能阻止事故扩大。各电网公 司为了降低成本，对高压输电线路未进行正常的维护。 没有适应电力市场机制的电力系统安全评估机制，在市场环境下，市场的 参与者是以利润最大化为目标的，如何保证在未来有足够的发电容量，又能合 理的补偿发电商的投资成本并使其承担一定的风险；如何促进电网的发展，合 理补偿无功补偿设备的投资以确保有足够的无功调节容量维持系统的电压水平 成为了亟待解决的问题。而电力市场中的电力交易瞬息万变，电力调度既要保 证公平竞争，又要保证安全运行，这就给电力系统分析和电力系统的安全性评 估提出了新的挑战。例如，在电力市场条件下由于系统潮流可能和预测的很不 一样，从而可能导致输电阻塞、电压崩溃及不稳定等问题。如何在市场环境下 进行合适的安全性评估，保证系统运行点在可行的范围内，成为广大电力工作 者所关心的问题。 1 2 电力系统安全性评估的研究现状 电力系统安全性评估就是评估电力系统在各种突发事件影响下继续保持安 全运行的能力，包括静态、动态和扰动安全性评估。电力系统安全性评估主要 是就可能出现的突发事件进行详尽稳态潮流分析，并提出尽可能消除或减小这 种突发事件影响的方法。在电力系统的运行中起了重要的作用，通常也是在控 制中心耗费计算量最大的工作之一。 电力系统的静态运行要求电能的供给和需求必须是实时平衡的，由一系列 的潮流等式所表述。给定一系列的发电机和负荷，潮流方程能够解开并获得系 统的运行点。所以要想达到安全运行，由发电机和线路的传输容量所确定的安 全约束必须满足。在安全性评估中，需要解大量的潮流方程式。而安全域的方 法为系统安全性的评估提供了简便的方法，它主要是通过获得一系列安全的发 第一章绪论 电机注入来形成系统的安全域，所以对于安全性评估，我们只需检查系统的一 个给定发电模式是否在安全域内，这样可以避免解烦琐的潮流方程。 动态安全性分析评估的是从事故前到事故后的基于时间的变化过程，包括 两方面的问题，暂态稳定性和电压崩溃，暂态稳定性评估是多机电力系统动态 安全性评估最为关心的问题。特别是在系统发生扰动时，例如某条线路停运或 某台大的发电机组退出运行，会在发电机之间导致大的机电震荡过程，可能会 导致系统的失步，对于电压稳定性问题，主要来源于长距离输电线路上的负荷 增长和局部无功的补偿不足。这些现象通常首先会导致电压降落，然后是突然 的崩溃，由于通常情况下电压降落到崩溃需要大概一到十分钟的时间，给了系 统运行和操作人员足够的时间进行控制。所以暂态安全性的分析就显得尤为重 要。传统的与暂态稳定相关的动态安全分析方法，是针对某一预想事故对事故前 注入功率空间上的点逐个进行暂态稳定仿真计算，得出安全或不安全结论的。这 种方法称之为逐点法，其缺点是无法获得对稳定机理的深刻认识，无法获得系统 的整体稳定性测度，在线应用时计算负担繁重。 域的方法是同目前广泛使用的逐点法截然不同的全新的方法学，在电力系 统动态安全分析中已经提出了动态安全域( d y n a m i cs e c u r i t yr e g i o n s ，缩写为 d s r ) 的方法。该域定义在事故前电力系统的注入功率空间上，对于域中的任何一 个点，在发生给定事故之后均可确保系统的暂态稳定性。应用动态安全域进行安 全稳定性分析，大量的复杂计算可以离线完成，在线使用时只需针对某一给定事 故，判别此时的注入是否位于安全域之内，即可确定系统运行点是否是安全的， 进一步还可知道这一点在域中的相对位置。运行人员可以据此位置确定在保持 系统动态安全性的前提下，系统负荷或发电功率在各个方向上还能增长多少，向 哪个方向控制为优，这不仅对于校正性控制、紧急控制和恢复控制的决策有用， 而且可为电力市场的运营提供更完善的可用输电能力( a v a i l a b l et r a n s m i s s i o n c a p a b i1i t y ，缩写为a t c ) 信息。同时，利用安全域可以比较容易地确定安全转移 概率，进而给出系统的安全性概率指标，为电力市场中的输电定价提供科学依据 2 1 a j 1 9 7 5 年，h n y i l i c z a ，l e e 和s c h w e p p e 首先提出了电力系统安全域的概念， f i s c h l 等人发展了确定安全域的方法并在假想事故选择中利用了安全域的方法 ”“”1 ，b a n a k a r 和g a l i a n a 充实了安全域的概念，并在电力系统的安全性评估中 引入了“安全走廊”的概念”3 。但以上所提出的安全域均是通过使用系统的有功 第一章绪论 约束来形成的，很难应用于电力系统的安全运行和分析中。吴复立等人推倒出 可近似表达安全域的空间，但过于保守。1 。电力市场中的安全域是由可控的市场 变量所描述的空间，在其间运行的电力系统是安全的。可控市场变量的改变将 改变区域的形状，运行状态的改变将使运行点在安全区域内变化。而安全域的 边界是由系统各种安全约束所确定的，在安全区域内的运行状态我们认为是安 全的，反之，系统的运行点在区域外我们认为这时系统是不安全的。如何得到 系统在各个状态下的安全域，使系统能够适应各种突发事件，是我们所关心的 问题。 由于安全域可以为电力系统提供丰富的安全信息，有着广阔的在线应用前 景，对于电力系统安全域的求取近些年来一直被人们所关注。 文献 8 中推倒了满足潮流约束和系统安全约束的静态安全域，获得了在每 个节点有功无功的明确区限，也就是说假如每个节点的功率注入都在相应的区 限内，则系统满足安全运行的条件。但所获得的安全域范围过于保守，并没有 获得可能的最大安全域。 文献 9 中对具有不确定负荷需求和柔性安全约束的柔性静态安全域进行 了研究，系统不确定的负荷需求由一个模糊集来描述，不同的置信区间代表了 不同的负荷变化状态。对于任意的负荷置信区间，使用一个模糊线性最优化模 型来计算显式的安全域，某个负荷置信区间最终的安全域是所有置信水平低于 或等于某个特定置信水平的集合。所以，对于不同的负荷置信水平安全域的范 围是可变的。 文献 1 0 提供了一个新的最优化方法来计算电力系统的最大静态安全域， 其目标函数是最大化总的发电机有功可调范围，形成静态安全域的边界，即每 台发电机可调的上下限作为未知数，而且首次将模糊支路潮流约束和n 一1 安全 约束应用在静态安全域的研究中。使用单纯形法进行最优计算，得到了满意的 结果。 动态安全域的计算由于要进行大量的基于预想事故的暂态稳定性计算，所 以一直以来都没有一种好的简化方法，文献1 ”提出使用各种暂态仿真软件进行 预想事故计算，进而得到特定系统在特定事故下的动态安全域。然后使用人工 智能的方法，例如决策树，人工神经网络的方法进行训练，并用于在线安全性 评估中。 国内天津大学余贻鑫教授一直在从事电力系统安全性和稳定性方面的研 4 第一章绪论 究，并在动态安全域的研究中处于世界领先的地位，文献【l 】【2 】提出了实用的电力 系统动态安全域的求解方法，给出了一种快速计算对应于临界暂态稳定的边界 超平面的直接法。这种方法是将溢出点处的暂态稳定域边界法矢量近似为常数， 并通过线性化把事故后系统轨迹的切向量表示为注入功率的线性函数，然后依 据在临界注入下两者之问的正交性，推导出了超平面型式实用动态安全域边界 的解的表达式。 1 3 本文研究的主要内容 本文对电力市场理论进行了深入的研究，着重对与电力系统在线安全性评 估密切相关的实时平衡市场和市场环境下基于安全性的定价进行了研究。 对于电力市场环境下的安全性评估，本文着重从两方面进行了研究： 提出了电力市场环境下基于模糊负荷的实用有功静态安全域的数学模型及 计算方法。在实时平衡市场运营模式下，以系统总购电费用最小为目标函数， 利用置信区间的概念求解不同模糊置信度下的显式静态安全域。在保证系统安 全的前提下兼顾系统的经济性。并给出了基于现代内点法的求解算法。 提出了电力市场环境下基于电压安全的最优预测控制的模型及算法。在市 场环境下，以系统预测控制付费最小为目标函数，求解为保证系统电压在一定 安全区域内，系统需进行的最优预测控制。引入基于上值的电压安全灵敏度和等 效发电机无功补偿的概念，根据各补偿设备对系统电压安全贡献的大小及所需 购买的发电机无功出力的减小，对各节点的无功补偿给出了明确的价格信号。 对各种无功补偿方式进行了比较，并对电力系统安全性和经济性之间的矛盾进 行了分析。 第二章电力市场理论的研究 第二章电力市场理论的研究 2 1 概述 从2 0 世纪8 0 年代以来。在世界范围内开始了电力工业改革的浪潮，其主 要目的是打破垄断、开放电网，形成自由竞争的电力市场。根据微观经济学中 市场的理论，可以将电力市场定义为相互作用、使电能交换成为可能的买方和 卖方的集合。电力市场中的商品除了电能以外还包括各种辅助服务。辅助服务 包括输送电能、提供备用、无功补偿及电压调节等，主要用来保证电力系统运 行的可靠性和安全性及电能质量。 现在世界上已提出了多种电力工业的改革方案，并在不同的国家实践。电 力市场和其它市场的不同之处在于电能的生产和消费是同时完成的，从而输电 系统的存在是电力市场的显著标志。输电服务由于其规模效益一般具有天然 垄断的性质。因此各国电力市场的共同特点是“厂网分丌”，由政府对输电系统 进行适当的管制，保证电网开放，以便为发电和配电创造一个公平的竞争环境。 对输电部分的不同处理，形成了各国电力市场结构的特色。 一个成熟的电力市场中由发电厂商、发电市场形成了市场的供给主体；用 户和零售商构成了市场的需求主体。而电力市场的输电部分又包括5 个部分： 输电设备所有者( t r a n s m i s s i o no w n e r , t o ) 、独立系统调度机构( i n d e p e n d e n t s y s t e mo p e r a t o r , i s o ) 、辅助服务供应商( a n c i l l a r ys e r v i c e ，a s ) 、电能交易机构 ( p o w e r e x c h a n g e p x ) 、交易协调商家( s c h e d u l e r c o o r d i n a t o r , s c ) 。 根据微观经济学中市场的理论，可以将电力市场定义为相互作用、使电能 交换成为可能的买方和卖方的集合。电力市场中的商品除了电能以外还包括各 种辅助服务。辅助服务包括输送电能、提供备用、无功补偿及电压调节等，主 要用来保证电力系统运行的可靠性和安全性及电能质量。 电力市场的出现给电力系统研究带来了很多新的课题，包括经济方面的课 题和技术方面的课题。 经济方面，电价理论和电力市场的交易机制是电力市场研究的核- i i , 。电价 理论的研究分为两个部分，既电能成本分析和电力市场中的电价形成机制。电 能成本分析是确定电价的基础，对于电力市场的宏观控制、优化电力资源配置 6 第二章电力市场理论的研究 有决定性的影响。但电价的形成最终要通过市场机制。从理想市场运营来看， 电力市场的出清电价应于电力系统电能的边际成本相对应。 电力交易可采取双边合同和竞价上网的形式，一般电力市场都包含这两种 形式的交易。但是电力市场以何种形式为主，或这两种方式各占多大份额，应 根据具体情况进行分析。 在技术方面，主要围绕电力市场环境下保证电力系统安全运行的问题。 在竞争的电力市场环境下，系统备用( g e n e r a t i o i 3r e s e r v e ) 严重不足或发 电机组停运( g e n e r a t o ro u t a g e s ) 、负荷突增、输电线路因故停运( l i n eo u t a g e s ) 或输送功率越限( t r a n s m i s s i o nl i n el i m i t s ) 等不确定性因素仍然是影响电力 系统安全运行的主要原因，同时由于电力市场显著的特点是电网容易发生传输 阻塞，因此交易模式的不同、合同形式的差异和市场价格的波动等情形也会间 接引起潮流的变化而成为导致输电线路输送功率越限的主要原因。市场环境下 的电力系统安全性评估更加复杂，也更加引起广大电力工作者的重视“4 。”。 2 2 电力市场的基本特征和基本规则 2 2 1 电力市场的基本特征 开放性、竞争性、计划性和协调性。 与传统的垄断的电力系统相比，电力市场具有开放性竞争性；与普通的商品 市场相比，电力市场具有计划性和协作性。电力系统是相互紧密联系的，任一 成员的操作，均将对电力系统产生影响。所以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。 2 2 2 电力市场的基本原则 ( 1 ) 建立电力市场的目的是在电力系统中引进竞争机制。 一个充满竞争的电力市场中，参与者之间都是平等的。所以电力市场最基 本的原则是公平。 对于发电厂，平等的环境能够促进竞争，激励各发电厂提高生产效率，降 低成本，增加活力。在电力市场中，发电厂最关心的问题有两个：发电计划和 上网电价。 对于用户，按真实的供电成本收费，尽量减少用户问补贴是保证用户间平 第二章电力市场理论的研究 等的根本点。在电力市场中，必须保证用户是平等的。但这并不意味着用户的 电价是绝对一样的。由于用户用电水平和性质的不同，对不同种类的用户收取 相同的电费实际上是将供电费用绝对平摊。这样，供电成本低的用户补贴了供 电成本高的用户，这是不公平的。 真正的平等，必须按用户的实际供电成本收费，对不同用电种类，进行公 正合理的成本分摊，尽量减少用户间的补贴。 为了保证电力市场公平竞争的原则，必须做到： 1 ) 电力市场要有公开性( 包括成本、定价、计量、计划等) ，以便监督； 2 ) 扩大自由选择权力，保证电网的开放； 3 ) 必须建设有关法令、规约，以便使竞争规范化。 ( 2 ) 电力市场的公开性 在电力市场中，为保证贯彻公平性这一基本原则，必须具有一定的公开性， 以便监督。 电价是人们最关心的问题，必须公开发电厂的上网电价和用户的用电电价 ( 包括各种类型的电价) 。发电厂根据上网电价，随时了解自己发电厂的运行经 济状况；用户可依据用电电价制订最优用电计划和调整用电结构，从而，通过 电价这一杠杆可将供、用电双方联系起来。 ( 3 ) 电力市场应扩大参与者自由选择的权力。 如果单纯从市场的角度来看，市场应能满足参与者自出选择的权力，即供 方有选择用户的权力，用户有选择供方的权力。但是由于电力供应的特殊性， 电力市场般难以满足参与者自由选择的要求。当前的一种世界趋势是放开发 电市场，即发电厂有权选择贸易方，而对输电市场和用户则较少放开。 电力市场必须保证输、配电系统向使用者开放。这一点，对于保证电力市 场的稳定运行、扩大参加者自由选择的权力、避免网络拥有者利用其地位垄断 电力供应非常重要。 ( 4 ) 电力市场的运行应有法规的保障 由于电力商品的特殊性，要求电力市场在进行供、求匹配贸易的同时，还 要负责电网的安全和稳定运行，所以要求电力市场的运行必须有法规的保障。 另外，在进行贸易时，有关电价、赔偿等问题，也应做到有法可依。 2 3 电力市场的运行机制 第二章电力市场理论的研究 2 3 1 垄断型经营 在电力工业发展的进程中，大多数国家对电力工业的管理采用了调控模式， 其运行机制可以总结为： 1 ) 发、输、供高度统一，垂直型管理。在一定区域内，由单一的运行者负 责系统运行，配电部门有专营区域。 2 ) 公用事业权力机构有权干涉，包括营业区域、电价等。 调控模式的形成，主要由于电力工业发展中，大系统的规模效益鼓励了在 一定区域内的电力公司的合并，形成发、输、配电一体化，从而提高生产效率。 政府调控模式的最大特点是垄断性。不管是私营还是国营的电力公司，均 对某一特定区域的发、输、配电系统单独运行。在自己的专营区域内售电，其 它公司不能在本地区售电。调控模式的产生，与电力工业资金密集、建设周期 长有关。经营者在投资、管理电力工业时，要求风险较低。供电方面的垄断， 降低了投资的风险。所以，在调控模式中，大部分用户没有选择供电方的权力， 不用与电力公司签订长期合同。另外，调控模式中的发、输、配电的整体规划 和运行，可获得较大的规模效益和供电可靠性。 随着电力工业的发展，已较难获得更多的规模效益。因此，在电力工业中 引进竞争、建立电力市场，成为现实的需要。在一些国家，为了驱动电力工业 进入市场，促进竞争，在电力系统中引进了开放式的运行机制。此外，在环境 保护、投资、资源最优化综合利用、负荷管理等方面，也要求在电力系统中展 开竞争。电力市场的竞争，最初是从发电市场的开放开始的。 2 3 2 发电市场的开放 独立发电厂的产生，要求在发电单位之间开展公平竞争。独立发电厂一般不 拥有供电专营区域和输电系统，只负责电力生产。同时，原有的电力公司之间 也要求展开竞争。此时，用户市场尚未开放，各电力公司仍拥有供电专营区域。 如果某电力公司供电不足，需要增加容量或购买电能等，可以在电力公司之问 进行功率交换，从而在电力生产者之间形成竞争。但这时发电单位还不能直接 与用户签订合同。这种市场，一般称为趸售市场，有时又称为批发电力市场。批 发电力市场，比较初级的做法是由各电力公司为其所需容量进行招标。当某电 力生产者中标后，由电力公司与其签订合同，商定贸易形式、价格、容量等。 这种做法，没有专门的中介机构进行管理与组织，因而其竞争舰模、效益均受 到影响。 第二章电力市场理论的研究 一般说来，开放发电市场，既有利于在发电市场中引进竞争，同时也较易 管理，对电力公司的现有体制，不需要作大的变动，是一种比较平稳的做法。 2 3 3 同时开放发电市场和用户市场 同时开放发电市场和用户市场，实现了供、求的双向选择，特别是扩大了 用户的选择权。 同时开放发电市场和用户市场，在电力市场中可能的交易方式有： 1 ) 发电厂直接与本地用户( 零售商) 签订合同； 2 ) 发电厂向上级电力市场卖电； 3 ) 发电厂向本地电力市场卖电； 4 ) 发电厂向外地电力市场卖电； 5 ) 发电厂向外地用户卖电； 6 ) 用户( 零售商) 从本地电力市场买电： 7 ) 用户从零售商处买电； 8 ) 用户( 零售商) 从其它地区的电厂购电； 9 ) 用户( 零售商) 从本地区的电厂购电； 1 0 ) 用户( 零售商) 从上级电力市场购电； 1 1 ) 用户( 零售商) 从其它地区的电力市场购电。 在这类模式中，出现了一种新的市场成员：电力零售商。在用户市场未开 放时，向用户供电是配电公司( 供电局) 的任务。各配电公司有自己垄断的专 营区域，任何人或单位是不能在这区域内卖电的。而在用户市场开放后，除配 电公司外，电力市场还允许经过批准的( 持许可证的) 电力零售商向用户售电。 这种同时开放发电市场和用户市场的模式，给电力生产者最多的竞争机会，给 用户最大的选择权利，真正体现了市场原则，其意义尤其重大。 2 4 电力市场贸易的类型 2 4 1 唯价格型贸易 唯价格型贸易提前报出电价，该电价对特定时段生效，用户可以根据报价， 购买任意数量的电能。目前所执行的贸易形式，大部分属于这种类型。在唯价 格型贸易中，较典型的有如下四种。 1 ) 1 h 更新：在每小时的最后i o m i n 时，报出下l h 的电价。 0 第二章电力市场理论的研究 2 ) 2 4 h 更新，每天4 8 个时段：在当天下午( 例如下午4 时) ，报出第二天 每半小时为一时段的4 8 个电价。 3 ) 平稳电价：固定不变的电价，按年或月更新。 4 ) 峰谷电价：在每天中，定出固定的时段，每时段中的电价相互不一样， 但比较固定，也有在一年中定出不同电价的天数( 季节性峰谷电价) 。 2 4 2 价格一电量型 在电力系统中，需要对用电量进行控制，以便在非常天气或发电机故障时 作出反应。在电力公司之间的贸易，也有可能会出现这种情况。 一般，价格? 电量型贸易要求签订合同，定出可控制的电量。同时，需方得 到价格上的优惠。价格? 电量型的贸易有以下两种。 1 ) 在特定时刻，减少固定的容量； 2 ) 在特定时刻，容量减少到一个特定的水平。 当用户需要买回这部分容量时，须付出较高的费用。优惠的形式可以是电 价上的优惠，也可以是在负荷控制发生后由电力公司一次性给予补偿。 2 4 3 预购合同 对于一些大用户来说，可能愿意有相对稳定的供电。这可以通过较长更新 周期的唯价格型贸易来获得。但是，这种贸易会带来社会效益的降低。此时， 可以选择如下预购合同的形式。 1 ) 较普通的做法是，为将来某一给定时段，确定定价、定量的合同。这种 贸易形式，有可能演变成一种期货市场。此时，完善的经纪人系统非常重要。 2 ) 预购合同，即用户购买使用权。 2 4 4 贸易类型的选择 在确定贸易类型时，要综合考虑贸易的成本及效益。贸易的成本一般包括 计算、测量、通信的费用。 1 ) 计算费用：用于计算电价、记帐、资金流通。 2 ) 测量费用：安装能够测量并记录傈存各个时段的用电数据的电度表的费 用。 3 ) 通信费用：预报电价、通报实际电价、将电价数据送入电度表、通知用 户电费的费用。 此外，对于大用户，为了合理安排用电，交易的成本费用还包括可能安装 负荷管理等设备的费用。 第二章电力市场理论的研究 贸易的效益，一般通过对电价的反应来获得，即通过贸易，尽量选择较低 的电价。有时，用户更看重自由选择的能力。在选择贸易时，用户对各种贸易 方式的理解很重要。在选择贸易方式时，有以下几种方法。 1 ) 强制型：电力公司对某一类型用户给出固定的贸易类型。 2 ) 可选择型：用户可从几种交易类型中，选择合适的贸易类型。 3 ) 专门商定：供、需双方根据双方情况，单独制定。对于一些小用户， 比如居民用户和农村用电，一般属于强制型，由供电方按确定方式供电。其贸 易类型较简单，电价按月或年改变，对通信无要求，成本较低。 对于商业或小工业用户，按照成本、收益比较采用峰谷电价或2 4 h 更新 电价，能获得较大的收益。用户通过随时跟踪电价信号，安排生产。这种交易 方式，用户需提前一天通过报纸、电视等手段得知电价。同时，用户还具备选 择贸易方式的能力。 对于大用户或电力公司之间较大数量的电量贸易，可以专门特制贸易类型， 可以采取小时电价，在每小时前的1 0 分钟，通知用户。通信手段可以采取载波、 电话、光缆直接传送等等。 2 5 电力市场中电价的制订 2 5 1 制定电价的基本原则 成本为主，合理利润，公平负担促进用户合理用电。 成本为主的原则要求供电企业依据发、供电成本制定电价；合理利润的原 则保证供电企业具有扩大再生产的能力，同时保护用户的利益；公平负担的原 则要求对不同类型的用户，按各自不同的供电成本制定电价，而对同一类型的 用户一视同仁；促进用户合理用电，电价应能鼓励用户在适当的时候以适当的 方式用电。 2 5 2 成本核算 电力企业在向用户供电时的成本如下。 1 ) 燃料费，指发电耗用的各种燃料，如煤炭、石油、天然气、液化气等的 费用； 2 ) 购入电力费，指为转售向外单位购入的有功电量的电费； 3 ) 用水费； 第二章电力市场理论的研究 4 ) 材料费； 5 ) 工资及福利费； 6 ) 折旧费，指提取的固定资产折旧； 7 ) 维修费； 8 ) 其他费用，包括办公费、宣传费、运输费、税金等。 上述各项费用之和，即为电力企业向用户供电的成本。供电成本加上国家 认可的合理利润，必须与所收电费大致平衡，称为收支平衡。 2 5 3 三部制电价 供电企业在向用户收取电费时，最简单的办法就是认为用户的电费只与用 电量有关。但是，电力工业的一大特点就是电能不能储存，这就要求供电方不 管用户是否用电，都要随时准备足够的容量。这样，即使用户不用电，供电方 也要做好供电的准备，从而产生相应的成本，这部分成本只与系统容量有关。 因此，可将供电成本分为电力成本和电量成本两部分，其中，电力成本只与系 统容量有关，而电量成本与系统所发电能有关。参照前面供电成本的组成，电 力成本包括折旧费、维护费、材料费、办公费、工资福利，电量成本包括燃料 费、水费、购入电费。相应地产生了两部制电价。两部制电价符合电力工业电 能不能储存的特点，比单一制电价前进了一大步。但仍有其局限性。供电企业 的成本，其中有一部分只与用户数量有关而与系统的容量及发电量无关。这部 分成本称为用户成本，包括营业设施的折旧、营业人员的工资福利、营业业务 的办公费用、接户线及电度表的成本、负荷管理设备等等。这样，就形成了三 部制电价。 2 5 4 电价的计算步骤 电价的计算，一般分以下四个步骤： 第一步，做出给定的电价计算期的电力发展规划及资金计划。要完成这步 工作，首先要做出未来给定电价计算期的负荷预测，并依此作出最优系统发展 规划及相应的资金计划。 第二步，成本核算。计算未来给定价计算期的供电成本。 第三步，计算基础电价。依据上述供电成本，计算全系统的基础电价。基 础电价的计算方法有以下三种；综合成本方法( e m b e d e dc o s tm e t h o d ) 、长期边 际成本方法( l o n gr u nm a r g i nc o s tm e t h o d ) 、实时电价理论。 第四步，依据基础电价，对不同用电类别的用户制定不同的电价类蹦，又 第二章电力市场理论的研究 称电价制度。制定电价制度的目的如下。 计算基础电价的三种方法 a 综合成本方法 综合成本方法计算基础电价的定义是：计算在未来给定的电价计算期内为 了供电所需的全部成本，并将其分摊到各个用户。 b 长期边际成本方法 所谓长期边际成本，是指在电力系统发展规划和运行中，出于未来微增负 荷的持续增长所产生的微增成本，称为长期边际成本。 c 实时电价理论 实时电价的定义 实时电价是在考虑运行和基本投资的情况下，在给定时段( o 5 h 或更短时 段) 向用户提供电能的边际成本。同时满足以下约束：电量平衡约束。发电功率 约束，线路功率约束 实时电价能在很短的时段更新供电成本的信息。这样，由于给电力系统增 加了新的数据，对系统的运行产生重大的影响。 实时电价的采用，给发电厂提供了优化发电功率的依据。 实时电价的采用，便于互联电网电力互换的贸易结算。 实时电价的采用，用于计算转运费。 实时电价的采用，由用户承担部分费用，鼓励用户合理用电。 电价演变四阶段 a ) 平坦电价：指同一电压水平下各用户的电价水平相同，与其用电量和用电 时间无关。这种方法中，电压是决定用户电价高低最主要的因素。b ) 峰谷电价 是指电价按负荷曲线将一天的电价分为两个或三个时段，即高峰期低谷期和平 均负荷期，每一时段电价不同。这种电价制度中，电压的决定作用已降低，负 荷的供求状况起到了相当重要的作用。 分段电价进一步将峰谷电价分细，由一天2 3 段发展到一天4 5 段，这种电 价有两种类型。 ( j ) 以时间为主导。每天各时段固定，但每一时段的电价则随负荷曲线的 变化而变化。这种电价有三个特点：价格更新的时间长度变化：一个价格周期 中电价的个数不同；电价变化要提前通知用户。 ( i i ) 以价格为主导。每天几个电价固定，但相应的时候则随着负荷曲线的 第_ 二章电力市场理论的研究 变化而稍有延长或缩短。这种电价有两个特点；价格反映了短期边际成本；价 格水平的个数，将电价分为几个等级，每一个等级持续时间不可预知。 实时电价将一天的电价，按一( 半) 小时变化来进行。即一( 半) 小时更 新一次电价。每一( 半) 小时电价变化主要取决于用户对电能的需求。 第三章市场环境下电力系统有功静态安全域的求取 第三章市场环境下电力系统有功静态安全域的求取 电力市场环境下，电力系统由原先的集中管理变为了离散的、相互分离的 管理体系，经济利益成为系统中各个部分首先考虑的因素，对系统运行的安全 性和可靠性带来了巨大的影响，也使得电力系统的安全性评估显得日益重要。 安全域的方法是与传统逐点法截然不同的方法学。在已有的文献中，求取静态 安全域的方法有扩展法和优化法。电力市场下的安全域是由系列可控市场变 量描述的空间，在其中运行的电力系统是安全的，系统运行状态的改变将使运 行点在安全域中移动。安全域的边界是由一系列的系统安全约束确定f 3 s - j 7 1 我国现阶段采用的是发电侧开放的单一购电者模式。在这样的市场架构下， 电力系统的安全域是由市场中参与投标的发电机的注入空间所描述。以往求取 的电力系统有功静态安全域是由系统中所有发电机的运行范围所组成，其中的 许多运行点在市场环境下已不能达到，也不再实用”删“。由于各种交易模式 和机组投标方式的不同，在相同的负荷模式下，电力系统安全域的求取与管制 环境下相比，增加了更多的不确定性，必须和相应的市场模式相结合，充分考 虑经济因素的影响。 本文使用模糊集来描述系统负荷需求的不确定性，将系统有功静态安全域 的求取与实时平衡市场中机组投标相结合，在保证电网安全运行的同时充分考 虑运行的经济性，并给出了现代内点法计算有功静态安全域的过程，3 机5 节点 系统和i e e e l 4 节点系统验证了模型的可行性。 3 1 静态安全分析概述 电力系统的静态安全分析是电力系统规划和调度的常用手段，用以校验输 变电设备强迫退出运行后系统的运行状态。对这一问题的回答可能是系统的潮 流和电压都在允许的范围之内，或者出现某些输变电设备过负荷或某些母线电 压越界的情况。前者的系统是安全的，后者是不安全的。因此，静态安全分析 是电力系统安全分析的一个重要组成部分，它不涉及电力系统动态过程的分析， 所以称为静态安全分析。 利用静态安全分析进行事故预想，对一个输电系统规划方案而言，可以校 验其承受事故的能力；对运行中的电力系统而言，可以校验其运行方式和接线 第三章市场环境下电力系统有功静态安全域的求取 方式的安全性，进而给出事故前后应给出的防范措施或校正措旖。静态安全分 析中需要校验的典型事故包括发电机组和输变电设备的强迫停运，也包括短路 引起的保护动作致使多个设备同时退出运行的情