（电力系统及其自动化专业论文）电力市场下的无功定价研究.pdf

堡，! ：笙兰 生查塑丝! 墼垄望室竺翌筌一 a b s t r a c t h o wt o 尊纛c er e a c t i v ep o w e rs e r v i c ei sg e t t i n gm o r ea n d m o r ei m p o r t a n tw i t ht h ef a s t d e v e l o d m e n to fe l e c t r i c i t ym a r k e t s h o w e v e l a st h er e s e a r c hh a sn o tr e c e i v e ds i g n i f i c a n t a r t e n t i o nu n t i lr e c e n t l y , t h et h e o r yo ni t i ss t i l ln o tw e l ld e f i n e d t h ep a p e rp r e s e n t st h e p r e l i m i n a r ya n a l y s i s a n dr e s e a r c ha b o u tt h er e a c t i v ep o w e rc o s t i n ga n dp r i c i n gi nt h e e l e c t r i c i t ym a r k e t s t h ep a p e r 鼬8 tc o n c l u d e se l e c t r i c i t ym a r k e t s ，a n di n t r o d u c e st h es t u d ys i t u a t i o ni nt h e r e a c t i v ep o w e r p r i c i n g 。 t h e p a p e r t h e nd i s c u s s e st h er e a c t i v ep o w e rs e r v i c e ，i t sp r o c u r e m e n t ，t h ep o s s i b i l i t yo f a c o m p e t i t i v er e a c t i v ep o w e r m a r k e ta n di t sp r o d u c t i o nc o s t ，a n dp r o p o s e san e wg e n e r a t o r s r e a c t i v eb i ds t r u c t u r e t h ep a p e rr e v i e w sa n ds u m m a r i z e st h er e a c t i v ep o w e rp r i c i n gs t d b c u l r e si n s i d ea n d o u t s i d et h ec o u n t r y an e wm e t h o do fr e a c t i v ep o w e rp r i c i n gi sp r o p o s e db a s e do n m a r g i n a lc o s tm e t h o da n de m b e d d e d c o s tm e t h o d t h em e t h o dc a nm a k eb o t he n d sm e e t a n dp r o v i d er e a s o n a b l ee c o n o m i cs i g n a l st ot h ep a r t i c i p a t i n ga g e n t s ，a n di ti ss u i t a b l ef o r e l e c t r i c i t yp 0 0 1 e x a m p l e sw i t ha5 - b u ss y s t e ma n d t h e1 4 - b u si e e es t a n d a r ds y s t e mi sg i v e nt os h o w t h ep r o c e s so ft h em e t h o dp r o p o s e di nt h ep a p e r t h es i m u l a t i o nr e s u l t sd e m o n s t r a t et h e a c c u r a c y a n dt h ev a l i d i t yo f t h ep r o p o s e dm e t h o d 。 k e y w o r d s ：e l e c t r i c i t ym a r k e t ；r e a c t i v ep o w e rs e r v i c e ；r e a c t i v ep o w e rp r i c i n g ；s p o t p r i c e 颤l j 论文 毡力审场下豹王功定贽讲究 1 1 电力甫爝概速p 3 】 1 绪论 1 1 1 电力市场的定义 电力审场楚采爰法臻、经济等手段，本惹公平竞争、塞瑟互利戆簸翻，对魄力系 统中发电、输电、供电、粥户等各成员缀织协调运褥的管理梳制和执行系统的总和。 根据以上定义，电力市场首先是一种管理机制。这种机制与传统的行政命令的 枫制不同，怒主要采用缎济的手段进杼管理。所以魄力市场的基本原则是公平宽争、 鑫愿互拳l 。阏露，电力露搦还是体凌这耱管理瓤翻懿撬行系统，包括贸易场繇、计量 系统、计辣机系统、通信系统等。 1 1 2 电力常矮静基本特薤 电力市场的基本特征楚：歼放链、竞争性、计划髓和协调往。与传统的垄断的电 力系统相比，电力市场具有开放性和竟争性。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豹，任一成员的操作，均将对电力系统产 生影响。繇疆要求电力书场中敬逛力雯产、使用、交换其有计翻褴。阉辩由予瞧力系 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、供成者与用户之间相 互协调。 1 1 3 电价是电力市弱的杠秆和棱心内容 电力市场要采用经济乎段管理各成崩，电价则是体现管理思想的工具。所以确定 电侩原则、诗冀交易电价楚电力市场钓燕要内容。 1 1 4 转运 转运业务是电力市场黧要的贸易形式。开展转运业务是引进竞争、体现公平原则 戆手段。疑辩转运也是开放豹电力市场熬拣恚。 1 1 5 用户 电力市场与传统的电力系统相比，提高了用户的地位。在传统的电力系统中，蠲 户被褪为被动静受薅；露在电力市场中，蠲户其畜主动性。 电力市场的成员，往往同时具有供应者和用户的双重身份。当菜成员( 例如禁电 力公司) 有寓裕的电能向其他电力公司传送时，它具有供应者的身份：而当它从其他 电力公司赡毫澍，又其毒了建户豹身份。 堡! ：笙兰! ! 生查垄! 塑至垫塞堕型壅 1 1 6 电力市场的基本原则 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 的市场环境能够促进竞争，激励各发电厂提高生效率，降低成本，增加活力。对于用 户，按真实的供电成本收费，尽量减少用户间补贴是保证用户间平等的根本点。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。 1 发电厂间的平等竞争 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。所谓上网电 价，是指电网向发电厂购电时，在电网相应计量点的电价。 美国的独立发电厂通过合同的形式确定发电计划和电价结算办法。发电厂和电力 公司问签订贸易合同，在合同中明确规定发电厂的发电计划、结算电价、计量点及违 约处罚办法等。拥有发电厂、用户和输、配电网的各电力公司之间的电力贸易，也采 用合同的形式。8 0 年代出现的电力经纪人机构，实际是一种交易中介人，在买、卖 方之间进行贸易匹配，并分配利润，贸易仍由合同来完成，特殊的是，经纪人机构要 负责电网的安全稳定运行、分配备用、协调维修等。 英国电力市场，既有集中买卖型，也有合同型。集中买卖型，是指由电力联合运 营中心购买所有参与电力联合运营中心贸易的发电厂的电量，再卖给地区供电公司或 大用户( 1 m w 及以上) 。其具体做法为：首先由各发电厂提前向电力联合运营中心上 报机组边际运行成本，再由电力联合运营中心根据系统的负荷预测值，按照全网成本 最低的寻优条件，确定发电机组起停及其发电量，并根据边际机组的上报运行成本， 确定统一上网电价即市场购买电价p p p ，以此结算运行机组的电费。另外，电力联合 运营中心还允许发电厂与大用户直接签订合同，确定交易方式。 电力联合运营中心必须实事求是地依照各发电厂边际运行成本编制发电计划，不 能有所偏向。为此，不允许电力联合运营中心拥有发电厂。 按统一上网电价结算，有利于鼓励各发电厂降低运行成本，挖掘潜力，提高效率。 如果某发电厂的边际运行成本比上网电价低得越多，则获利越多；如果运行成本高于 上网电价，则将失去发电机会：如果运行成本大致等于上网电价( 如边际机组) ，则 将无利可图。 2 用户间的平等 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。出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 堡! 堡兰 l ! 坐史塑! 塑至些塞堕型丝一 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i f 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。 ( 1 ) 按电压等级分类。：；f a i 电压等级的用户，因其所需的网络和变、配电主设备 不同，应区别对待。一般说来，电压等级高的用户，所需变、配电设备较少，电价较 低；反之，电压等级较低的用户，电价应较高。 ( 2 ) 电价中应考虑需量要求。由于各种用户用电情况的不同，有的容量大、负荷 率低、用电量少，有的负荷率高，用电量大，所以应该将供电成本分成固定费和可变 费。固定费是按供电设备容量大小而定的费用，可变费是按使用的电量而定的费用。 在电价中，相应地分为电力电价和电量电价两部分，以此构成两部制电价，当月电费 r 为 r 2 p ，。只+ 户。，形。 式中，p d 为用户容量，单位为k w ；w d 为用电电量，单位为k w h ；p p , d 为电力电 价( 或称容量电价、需量电价，单位为元( k w 月) ；p 。d 为电量电价，单位为元 ( k w h ) 。 目前，世界上许多国家均执行两部制电价，特别是法国，对以电压为基础的电价 体制进行了改革，推出以容量为基础的如下电价体制。 绿色电价：负荷需求超过2 5 0 k 、，a 的用户电价。 黄色电价：负荷需求大于3 6 v a 而小于等于2 5 0 k v a 的用户电价。 蓝色电价：负荷需求小于等于3 6 k v a 的用户电价。 对于每种电价水平，有不同的电力电价。例如对蓝色电价中的电力电价见表1 1 。 另外针对用户负荷年利用小时数的不同，也制定了不同的电价。对绿色电价，分为四 种：特长期用电、长期用电、中期用电、短期用电，相应的电力价见表1 2 。黄色电 价较为简单，只分长期用电和中期用电两种，其电力电价见表1 3 。 表1 1蓝色电价中的电力电价 预订负荷需求 3691 21 51 82 43 03 6 ( k 、，a ) 电力电价 1 3 l3 0 55 6 78 4 7l l l 81 3 8 92 4 2 53 4 6 04 4 9 6 ( 法郎年) 坝i j 论史也力市场下的无功定价研究 表1 2 绿色电价中的电力电价 【类型特长期用电长期用电中等期用电短期用电 l 电力电价 6 5 84 0 02 5 01 0 7 l 法f l f f ( k w 年) 】 表1 3 黄色电价中的电力电价 l类型长期用电中等期用电 i 。法郎电( 力k v 电a 价年， 2 8 01 1 2 ( 3 ) 无功的影响。用户负荷的无功功率对供电设备的充分利用和电压质量影响 很大。因此，对大工业用户采用根据功率因数调整电费的办法。这种方法虽简便易行， 但是对用户的费用分摊不尽合理。对大用户来说，由于有功消耗大，即使消耗较大无 功功率，其功率因数只要大于0 8 5 ，就可以不用为所消耗的无功缴纳电费：相反，对 于小用户来说，由于有功消费小，当消耗较小的无功功率时，其功率因数可能小于 o 8 5 ，就必须缴纳相应的无功罚款。制定无功电价，按用户实际消耗的无功电量计算 无功电费，可以合理地分摊系统的无功供电成本。 ( 4 ) 按供电可靠性的不同而分类。由于电能的不可存贮性决定了电力商品的 特殊性，即电力生产必须与负荷相匹配。但由于负荷变化的随机性和发、输、配电设 备故障的随机性，不可能保证绝对连续不断的供电，可能会出现紧急停电、有计划拉 闸限电。 根据用户对供电可靠性的不同要求，将用户负荷分为三类。第一类负荷指的是重 要的电力用户，如医院、政府机关等，享有最高的可靠性水平；第二类负荷指中断供 电会引起严重减产或停工、交通阻塞和大部居民生活被打乱：第三类用户的可靠性最 低，一般指短时停电造成的损失不大的用户。 但是，在电价上，这三类负荷却没有区别，这是不公平的。在电力市场中，要体 现对用户的公平性，就必须对不同供电可靠性的用户，制定不同的电价。 对用户进行供电可靠性分类的依据是用户的停电损失。一般说来，停电可以为突 然停电和预先安排停电，它们的停电损失是不一样的。一般所说的是停电损失，是指 突然停电所造成的损失。停电损失的评估，除对直接经济损失评估外，还应考虑到一 些非经济性的因素，诸如医院停电可能造成医疗事故，煤矿停电可能威胁人的生命， 体育比赛或政府部门的停电可能造成政治影响等。在停电损失值的基础上，对用户进 行分类，并给出定量的可靠性指标，如0 1 d a 。对不同可靠性水平的用户，应收取不 同的电费，因为不同可靠性的供电成本是不一样的。 硕i 论文 电力市场下的无功定价研究 对用户来说，增加了选择的余地。用户可以选择通过支付较高的电费获取较高供 电可靠性的电能( 这可能比使用自备发电机或不停电电源合算) ；也可选择较低可靠 性水平的供电，少支出电费：当系统需要时，在自身条件允许情况下减少负荷，还可 获得电价折扣的好处。对供电方来说，虽然少收了电费，但由于用户承担了部分备用 费用，供电的总成本下降了。所以对供电可靠性水平进行分类收费，是对供、用电双 方均有利的事，最主要的是它体现了对用户的公平原则。 然而，当用户选择了一定供电可靠性水平后，如果供电水平未达到，则应考虑赔 偿问题。赔偿金额也可以参照停电损失值来制定。 ( 5 ) 系统供需情况不同，电价也应不一样。由于负荷的随机变化，或发、输、配 电设备的故障。电能的供、需情况是不断变化的，供电成本也是随之变化的。即使同 一用户，不同时间用电时，对其供电的成本是不同的。为了反映这种差别，目前各国 普遍使用峰谷电价，包括日峰谷电价、季节峰谷电价。目前，我国在部分地区执行日 峰谷电价，没有季节峰谷电价。但是，负荷和发电能力都具有一定的随机性，每天的 峰、谷时段及供需状况都是变化的。然而峰谷电价对每天峰、谷时段的划分是固定的， 因此峰谷电价仅是统计意义上的近似。为此，目前各国都在研究实时电价，即对电力 系统供、需状况实时进行计算，得出比较真实的供电成本。美国部分电力公司将其作 为用电侧管理计划而试行；澳大利亚于1 9 9 5 年7 月在全国实行这种实时电价；英国 电力市场已全砸实行；法国推出的可调用电电价和高峰日让电电价，就是向实时电价 的过渡。 3 电力市场的公开性 在电力市场中，为保证贯彻公平性这基本原则，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。 总之，电力市场必须使参与者对市场的管理、运行方法有所了解，从而作出合理 的选择，同时也保证了电力市场公平性的原则。 4 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，市场应满足参与者自由选择的权力，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，电力市场一般难 以满足参与者自由选择的要求，当前的一种世界趋势是放丌发电市场，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。 美国的发电市场是放开的，独立发电厂有权选择供电对象，电网也可以提供转运 堡! ：塑塞 童塑主塑王墼蒌堡壅篓塑塞一一一 渡务，使得发电厂可以向不相邻的第三方供电。这种贸易楚以合同形式实现的。同时 正在加紧研究的灵活输电系统，傻输电系统能够快速、灵涟控制系统潮流，为电力贸 翁服务。 发电厂有两种选择：一是直接与大用户或地区电力公司签订双边合同，明确电价、 嘏量、电能质量、责任赔偿等闯鼷：勇一_ 释是参藤电力市场中介梳梅惫力联合运 鬻中心的电力贸易，由电力联合运营中心避行全网调度。 英国辩i m w 缓上的鲻户开放了市场，允诲其选择供嚷方，翔霹选择本地区嘏力 公司供电、参加电力联合运营中心的贸易或与发电签订合同，前提是需付定的输、 酝窀费蔼。 澳大利亚电力市场的做法与英闰非常相似，只是增加了一条规定：3 0 m w 以上机 缀必矮参与窀溅落凌，苓霹蠹行与鬻户签订舍藏。灌丈糕驻各建戆逮鼹，分爨建立了 电力联含运营中心，大用户( 超过1 0 m w 的用户) 可以选择参加本地的戏其他地区 魄力联会运藿孛- 戆贸易。增热了慰用户戆灵矮瞧。 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、扩大参撩耆壹虫选择兹投力、避免网络魏骞者剩躅其遣缀垄龋感力供痤嚣誊 熬要。 英量魄力市场为了保嫒供电网络囱使用者开放，在敖开发电市场和大用户的同对， 对电网实行管制，英国电嘲是国肖的，成立了国家电网公闭，该公司同时负责电力市 场的日常运行。英国颁布的电力滋中，用较大篇螭明确规定了输、配电网络的责镁和 税利。 澳大利亚在建娆电力市场之前，于1 9 9 1 年成立了国家电网管理协会，谯电网运 行矮定中规定了电网的使用与收费闻蹶，保证魄网无域视地开被。 输、配电网络的开放，大大增加了电力贸易的灵活性例如，在美国由于一戥州 的法律蔑定，兔了傈护环境，不允许新建发电厂，这样，投资者纷纷蓟偏避地区投资 擞建发电厂，再通过输电网络将电能输回本地。柱阿根廷，一些大型制糖、造纸等行 娩，由予本堍能滋、劳动力价格等阂素，蠢备发电厂不愿建立在本蟪丽建在其谴遗嚣， 再通过输、配电网络将电能送回去，使用者只需缴纳一定的过网赞。 1 1 7 电力市场交易中心是熊立电力市场的保证 逮力褰坛交易孛心是受责电力帝场运嚣瓣极棱，是魏惫方蠢餐邈方完成龟力数发 交易的场所，也是市场主体丌展竞争的场所。 电力赘场交易中心楚令毫凌爨动讫瓣系统，毽括擐徐予系绞、交易予系统、诗 爨子系统、实时信息子系统、能量管理子系统、合同管理子系统、结算子系统等。交 翁中心运过计箕搬垂动纯系统控铡三个凌：电力薅晶滚、信息滚、资金浚。 6 硕：l ：论文电力市场下的无功定价研究 ( 1 ) 从世界各国电力市场结构设计来看。市场交易中心的设置有四种方式：输电、 调度、市场交易中心三者合在一起；输电与调度合一，市场交易中，i l , 独立；输电、 调度、市场交易中心三者分开，各自独立；输电公司独立，调度与市场交易中心合 在一起。 从机构职责上看，输电公司是经营输电业务的商业性机构，它追求利润，但因垄 断经营而受价格管制：调度和市场交易中心则不是商业性机构，不追求利润。调度的 责任是保证电网安全稳定运行。市场交易中心的责任是保证商效地完成市场交易和开 展公平有序的竞争。 输电、调度、市场交易中心三者都是为完成市场服务的，三者日常业务关系十分 紧密，上述第、方案三者分开，不利于电网安全运行和减少改革成本。 市场交易中心作为电网公司管理的一个内部成本中心，作为一个内部核算单位核 算其成本和预算。市场交易中心有两个银行账户，一个是电力市场交易结算账户，另 一个是市场交易中心的成本费用账户。 ( 2 ) 电力市场交易中心应该达到“透明、开放、安全、高效”的要求： 1 ) 透明。市场规则透明，使市场参与者都能明了市场运作框架和市场监管框架； 市场信息透明，必须加强市场参与者信息披露规范化，使市场信息及时、全面、准 确地披露；市场运作透明，公开市场交易中心内部分工职责及办事程序，自觉接受 市场参与者和市场监管机构的监督。 2 ) 开放。管理方式开放，吸取国内外电力市场经验，征求各方意见和建议，不 断研究改进方法：技术系统开放，要立足长远，面向未来，不断扩充和完善技术支 持系统；市场发展开放，形成市场参与者、监督机构与交易中心相互协调、互动发 展的环境和机制，依次开放发电环节、输电环节、配电环节，逐步增强竞争力度。 3 ) 安全。保障体系安全，不断改进完善市场运作水平；保障技术安全，不断 改进完善市场技术支持系统，提高交易和结算的可靠性：保障操作安全，不断改进 完善市场交易中心的内部管理。健全操作安全，不断改进完善市场交易中心的内部管 理，健全操作制度，实现零差错率目标。 4 ) 高效。交易结算高效，完善交易结算方式，提高交易结算效率：信息传输 高效，采用多种方式，特别是利用现代信息技术，提高信息传输效率；市场监督高 效、加强监督力量，改进实时监控系统，提高市场交易中心承担的市场一线监督的效 率。 1 1 8 电力市场竟价模式 电力市场竞价机制是电力市场的灵魂。电力市场通过定的竞价模式来组织市场 参与者进行竞争。 碳士论文 电力市场下的光功定价研究 f 1 1 两种交易方式 在电力批发交易环节，通常采用两种交易方式，一种是电力期货交易，一种是电 力现货交易。 1 ) 电力期货交易。就是电力买卖预先签订期货合同，共同预定电力电量交割日 期、交割地点、交易数量和交割时的清算价格。到期时，双方按合同规定的内容结算 电费。电力期货交易的竞价机制主要的体现在双向选择上，买卖双方都有选择交易对 象、交易数量、交易价格的权利，从而在双向选择中形成竞价机制。 2 ) 电力现货交易。就是在电力批发市场上按照报价竞争的规则决定的实时报价， 进行“现买现卖”的实时交易。电力现货交易的竞价机制主要体现在报价竞争上。 ( 2 ) 两种主要报价竞争方式 1 ) 单一制电价报价竞争。是采用包括固定成本，变动成本和利润的全部进行报 价竞争。 2 ) 两部制电价报价竞争。是将电价分为容量电价和电量电价，对以固定成本为 基础的容量电价不进行报价竞争，只对以变动成本( 主要燃料成本) 为基础的电量成 本进行报价竞争。 两部制电价中的容量电价的确定，可以采用“一厂一价”的方式，也可采用“分 类容量电价”方式，例如，对1 2 5 m w ( 和2 0 0 m w ) 、3 0 0 m w 、6 0 0 m w 机组和水电 机组等分别核定其容量电价，对装有脱硫装置的机组也另行核定其容量电价。 两部制电价竞价方式的特点是：可以让低煤耗、高效率的大机组多发电；电 厂投资者的风险较小，单一购买者的风险较大；竞争力度较小，对容量电价的支付 也不够公平。 两种报价竞争方式都是按每天4 8 个时段报价，由交易中心对报价按照由低到高 原则进行排序，根据各时段的电力需求，将需要发电的最高价格的机组的报价，作为 此时段的实时电价，对所有需要发电的机组按此实时电价统一支付。 ( 3 ) 竞价方式设计的难点 竞价方式的设计是电力市场设计的一个难点，这个问题如果解决不好，它可成为 电力市场公平竞争的障碍。 ( 4 ) 竞价方式的设计应注意的几个问题 1 ) 采用单一制电价与差价合同相结合的竞价方式为宜： 2 ) 为了消除竟价障碍，在电力市场起步阶段，可设计一种过渡办法。即在开展 市场报价竞争的同时，将8 0 电量( 或年设备利用小时按4 5 0 0 h ) 以差价合同的形式 由单一购买者按1 9 9 8 年核定的上网电价购入，其余2 0 电量( 或超过4 5 0 0 h 的电量) ， 按电力市场实时电价收购。以后逐步缩小差价合同电量的比例，逐步增强竞争力度。 3 ) 消除电价障碍。电价由政府制定最高限价，部分妨碍了电力市场的公平性和 硕士论立 l 乜力市场下的无功定价研究 有效竞争。 4 ) 减少合同障碍。在电力供应过程中，因为交易双方必须按供电合同履行责任 与权益，但是很难有效防止服务质量的降低，环境污染和垄断经营等现实问题。为此， 澳大利亚的综合管制办公室( o r g ) 规定配电商的基准服务标准。推行优质服务的两 家配电商为了确保服务质量，双倍提高了违约赔偿标准。 1 2 无功电价的研究现状 1 2 1 课曩研究的目的和意义 目前电力工业改革席卷全球，许多国家都在探索如何增强电力工业活力，最大 限度地引入竞争机制代替行政命令已被大多数国家所接受。建立电力市场，本着公平、 公正、公开的原则进行电力自由贸易的方式越来越受到人们的重视。 电力市场的本质是在电力工业内部引进竞争机制，促进电力公司生存与发展的 良性循环f 2 j a 各国的经验表明，建立电力市场的主要目的是【3 】：引入竞争，提高效率， 降低电价，改善服务，持续发展。如图1 1 1 所示，通过引入竞争机制，促使发电， 输配电，电力销售等各环节提高效率，降低成本，从而降低电价，提高供电可靠性， 改善对用户的服务，利用市场的调节和激励机制，引导投资更趋合理化，促进资源优 化和环境保护，形成持续发展的内在动力，逐步构成良性的循环。电力市场具有显著 的外在经济性，直接受益者是参与市场的各成员，间接受益者是全社会。这就是各国 积极发展电力市场的原因。 图1 1 1电力市场的主要目的 电价是电力市场的杠杆和核一i i , 内容f 2 】。在市场经济条件下，电价是指导电能生产 和消费的一项重要指标。电价必须满足电力工业简单再生产和扩大的再生产的需要， 同时应不高于用户愿意为买电所付的价格。一般商品的价格是由卖方决定的。但买方 有“货l g - - - - - 家”的权利。通过市场竞争机制，商品的价格会趋于合理。电是一种商品， 但有它的特殊性，即：供售电的地区性和一定的垄断性，电能的生产，输送和使用的 硕士论文 电力市场下的无功定价研究 同时性。由于以上这两个特点，使制定电价的机制与一般商品不同1 4 j 。 我国处于社会主义初级阶段，电力工业改革的起点与国外不同，终点也不完全 一样。我国电力工业商业化运营的目标是提高效益，改善服务，增加活力。近几年， 我国一些地区在电力市场方面做了一些尝试，建立了系统内部模拟电力市场，从改革 内部管理机制和运营方式入手，在电力公司内部各发供电企业中实行独立核算，自主 经营，自负盈亏的经营机制，提高了电力系统的管理水平，并获得了一定的经济效益。 但在电力系统的结构方面，即电力工业的重组还没有实质进展，在电价体系和交易方 面缺乏必要的理论基础。其中输电及其他辅助服务的度量和定价是电力市场理论研究 中比较薄弱的环节i ”。 辅助服务指为了保证电力系统的运行安全以及供电质量而提供的服务，辅助服 务包括调度、电压和无功功率控制、频率控制、a g c ，各种系统备用、系统稳定控制 等【6 “j 。这些工作在电力市场出现前都可以由系统运行员直接操作发电机和输电网的 相关控制设备来实现。 而对于这些辅助服务提供方的补偿却很不明晰，通常都模糊地隐含在总的补偿 中，没有一个明确的、定量的补偿方法。在需要独立核算的电力市场中，只有合理地 补偿辅助服务的提供者使其获得一定的经济效益才能确保整个系统中有充足的辅助 服务，从而发挥机组和电网的潜力并促进整个系统稳定和灵活的运行，使电力经营成 为良性循环。否则的话，各个利益独立体为了实现自己的利益最大化将有可能不愿意 提供辅助服务。 无功控制作为一种辅助服务，是使电网中的输电交易能够顺利完成的一个必要 条件，尤其当输电网在重负荷下运行时，电压和无功功率控制变得格外重要。负荷的 无功在线路中流动会引起有功损耗，但是无功生产费用很小，在电价研究中无功影响 往往被忽略。无功在以前的研究中被忽略的另一原因是无功的投资是一次性的，电价 计算中不容易计算。虽然无功投资费用大而运行费用小，但是为了保证系统的可靠性， 无功费用应在电价结构中予以考虑。因此，无论是在理论上还是在实践上都有必要对 无功功率的收费和定价进行深入的研究。 目前我国对大工业用户采用根据功率因数调整电费的方法。这种方法简便易行， 但是对用户的费用分摊不合理。对大用户来说，由于有功功率消耗大，即使消耗较大 的无功功率，其功率因数只要大于0 8 5 ，就可以不必为所消耗的无功功率缴纳费用； 另一方面，对小用户来说，当消耗较小的无功功率时，其功率因素可能小于o 8 5 ，就 必须缴纳相应的无功罚款。这样，链史方的无功成本在用户中的分摊就很不合理。而 且如何定量地确定罚款的数额容易受到人为因素的影响，不利于电价的透明化。显然 这种方法不能适用于在电力市场环境下计费“公平、公f 、公丌”的原则。 在充满竞争的电力市场当中，各个参与者都是平等的，用户之问不能有补贴。 硕士论文 电力市场下的无功定价研究 制定无功电价，应按用户实际消耗的无功电量计算无功电费，从而合理地分摊系统的 无功功率供电成本。 有些国家( 如美国) 为确保充足的无功供应，规定入网的各发电厂其功率因素 必须能够达到0 8 5 ( 滞后) ，而不论系统需要与否【2 1 。这种方式在电力市场初期，是 较好的方法。但会导致过渡的投资，造成系统的无功容量过剩，或者当合理的无功价 格应鼓励由发电机提供无功时，系统却加装了静止无功补偿器，也会导致投资的浪费。 1 2 2 无功电价的研究现状 实时电价模型中一个很重要的问题就是无功的定价。电力市场条件下无功的定 价对电网公司的运行与经营有重要意义。首先正确的无功价格信息可以推动电网开放 和提高电网经济效益，帮助输电用户在决定交易能量投资和设备利用时进行科学决 策。其次，无功平衡做得好可以提高系统的可靠性和效率，并通过无功的最优分配以 降低系统的有功网损。其三，无功管理可以改善电压波形，减少由于电压引起的故障， 提高系统的稳定性1 9 】。 s i d d i q i 在文献【1 0 】中使用修改的最优潮流，( o p f ) 分析了实时电价政策，通过 算例表明这种无功定价方法比传统的功率因素罚值法更加公平、合理。实时电价( s p o t p r i c e ) 理论是以短期运行边际成本法为理论基础发展起来的，它能反映系统负荷及供 电能力在短期内变化时所引起的生产成本的变化，从而能够指导用户优化用电。当电 量不能满足用户需求时，实时电价急剧升高，迫使一部分用户将用电从电价高的时段 转移到电价低的时段，从而起到削峰填谷的作用，使系统达到新的平衡】。为了最大 经济效益和电力市场的平衡运行，无功实时电价必须与有功实时电价同时进行。 文献 1 0 】最重要的贡献是发现了o p f 中对应于潮流平衡方程的l a g r a n g i a n 乘子 入p 、入q 与有功、无功负荷的实时电价具有相同的经济含义，从而说明了o p f 是 一种极其潜力的实时电价计算方法。但是该模型在没有无功发电容量越限时，发电机 节点的实时无功价格为零【1 2 1 。这意味着发电厂的无功容量越大，越是得不到任何鼓励 和奖励，而无功容量越小的发电厂或补偿设备却有可能因容量越限而获得经济补偿。 d c h a t t o p a d h y a y 在文献 1 3 1 中结合实时电价对无功进行优化，并提出无功电 价，其优化目标是重新配置系统中的补偿电容器，以使运行和投资费用最小。该文把 无功成本分为两部份：固定成本和可变成本，以便进行无功的收支平衡。 文献 1 4 】中采用连续二次规划法 1 5 1 6 】( s q p ) 求解一个简单系统的o p f 问题， 分析了各种不同的优化目标及不同的约束条件对以经济学为基础的无功电价的影响 及无功电价的特点。在引入无功功率发电成本和无功补偿器成本之后，无功边际价格 在不同母线上的波动减小，从而使无功边际价格更加合理，虽然边际价格可提供给用 户正确的价格信息，但是通过无功边际价格获得的收入远高于实际的无功生产成本， 硕士论文 电力市场下的无功定价研究 必须加以适当修正。 文献【1 4 】还指出：用户安装自己的无功补偿电容器，一方面可以大幅度降低自己 的无功边际价格，但另一方面邻近母线上的用户也会因此受益，无功边际价格远远低 于有功边际价格。以上两点都增加了无功定价的复杂性。 文献 9 】从技术、经济的角度阐述了电力市场中无功管理的特点，讨论了无功需 求，无功生产费用和无功市场模式。 文献d 7 和文献d s 在文献0 9 的基础之上，结合有功无功的灵敏度关系和线路 的灵敏度模型，从而避免了求解非线性的o p f 问题并提出有功无功经济调度模型， 但是没有考虑到电网的收支平衡。 文献【2 0 】提出无功发电成本的概念，并将其引入s c o p f 的目标函数，分析各区 域注入无功电价，无功边际成本和无功补偿情况，提出了一种基于解耦o p f 的有功、 无功实时定价方法。无功价格由以有功网损为目标函数的无功子问题确定，并考虑了 电压水平对无功价格的影响。 文献i r a 提出了一种以边际成本法计算有功和无功费率的方法。边际成本是指增 加单位产量而引起的总成本变化的数量。基于边际成本法的电价制定方法的主要缺点 是收支不平衡，其根本原因是在一般情况下边际成本不等于平均成本。目前还没有一 个实用的修正方案。 文献【2 2 】指出虽然无功边际发电成本远远小于有功边际发电成本，但是不同母线 上的有功边际发电成本之差与无功边际发电成本之差具有可比性，因此应计算无功转 运成本。 文献【2 3 】首先提出了发电机的无功机会成本的概念，并给出了一个机会成本的计 算方法。不过，由于机会成本要根据实时市场中的供需关系和其它相关的市场经济信 息才能确定，因此计算复杂且带有很大的不确定性，在实际应用中有较大的困难。 文献【2 4 】在文献【2 3 】的基础上简化发电机无功机会成本，提出了一个基于功率组 成分析的无功定价方法。该方法利用无功功率潮流组成分析的结果，对系统中的无功 发电成本和无功功率传输成本进行分摊，最后得到负荷应该支付的无功服务费用。该 方法充分考虑了有功和无功之间的耦合作用，即无功的传输即有可能产生无功损耗也 有可能产生有功损耗，有功的传输既有可能产生有功损耗也有可能产生无功损耗。无 功的影响主要在于它对线损和电压质量的影响，无功的收费应基于无功的消耗。 文献【2 5 】从总体上讨论了无功服务的内容，提出了一种根据无功调整因子 ( r p a f ) 来制定无功电价的方法，对整个无功市场而言，依据r p a f 算出的区域乘 子可被视为无功的当地价值。其实质是计算无功功率的边际成本。 文献【2 6 】指出：由于无功功率的远距离传输既不现实也不经济，所以无功功率应 该尽可能地就地平衡。但是这样却有可能由于系统中的某些区域无功提供者太少而导 籁士论文 基力市场下秘冤琏定赞辑裁 教无功功率的糖断，形成过瀚的无功电价，不利于电力市场的健康发展。为了避免出 现无功提供方哄抬无功电债的情况，文献【2 7 】建议电力帘场的管理者应该提翦楣誊长 的时间来招标购无功。文献f 2 】氇提出：为防止由予蘸域无功市场产生圭盘区牲蘩麟， 可使用相当长期的无功容量作为无功定价的依据，而不是根据实时的无功发电量。但 这将导致无功价格对短期无功变化不敏感。 文献 2 7 1 提出了一耱戳麓步笈逮辍鹣容量褥毪熬线受基毯寒确定枣场应该翅傍 补偿发电机无功输出的方法，并提出了以社会福利最大化为目标来获取无功服务。 文献1 2 8 1 提出了一种蒸于安全约束的无功最优潮流模型( s c r o p f ) 的无功功率 定价方法。s c r o p f 模型中题含了无功功率黥容量成本靼运毒亍成本，在一个对闯段内 滋行动态馕徒，考虑懿终寒穗e 较全瑟。毽是文献 2 8 1 没有鹚翳无葫罐供方聱谴黼方 如何进行经济核算。 文献 2 9 1 提出基于潮流跟踪的无功电价计算方法。该方法按无功功率用户对系统 瓷源熬实骣裂穗努矮核葵燹磅邀徐。 文献 3 0 1 将无功电价划分为发电市场层面的发电觅助电价，输呶市场层面的凭功 服务电价和用电市场层面的无功销售电价，分析了各朦面的定价原则；针对发电机这 种笼功电源的特点，将其掇供的无功服务分为无缮和蒋偿两部分。 文献【3 l 】缝出使藤传输损耗函数懿笼功定徐方法。 1 3 本文的主要工作 通过对谶= 十年来发袭的学术资料的研究及对蕊脊的电力市场的分析基确上， 本文做了以下工作： l 。溉述了电力市场，介绍了无功电徐的研究现状； 2 讨论了无功骚务戆斑容、往覆及无功服务鹣获激方式，挺穗了市场往豹发龟 机无功定价新方法； 3 ，介绍了电力市场下的定价方法及笼功定价模型，在此基础上提出了新的觅功 定狳方法，强将练会残本法秘逸繇波本法终台起来秘方法： 4 对提出的方法进行仿真计算，络祭表明本方法不但能准确回收成本，而臌也 能提供一定的经济信息，有利于维护无功服务市场的诉确运行。 碳士论文 电力市场下的无功定价研究 2 秃功功辜溅务 无功服务是一i 员赢接关系到电网安全运行的熏要辅助服务，它与成功实现电力 市场中蛇电疑交易息怒撩关。本章饕先详缨讨论了系统孛无功秘搴电源，受黪襄损耗 的种类以及系统无功功率平衡的特点；然后分析了无功功率撮务的内容帮建立无功功 率服务市场的可行性，并介绍了一数国家的电力系统中目前采用的获得无功功率服务 的手段；最后对各种光功功率电源的生产成本进行了分析，提出了基于电厂期望的无 功定侩方法。 2 1 光功功事平衡【3 2 寸3 电鞭中各节点的电压水平对系统的安全运杼至关重要。电压与频率不问之处是 全系统频率处处相同，而电压则处她不同。由于引起线路电压损耗的主要因索是无功 功率的传输，因此保持区域内发出和消耗的芜。历骑嚣夭甄草蘅_ 藏不匮面灞褥蕊蚕j 渤 1 ，- _ _ “一 功率豹佟输量，是绦谖系绞电莲承擎簸毒效豹芋羧。 2 1 1 觅功功率电源 无功功率电源霹鞋分为动态光功功率源耱静态无功殛攀源嚣秘。动态燹琏功率 源是指那照可以在短时阀内快速控制无功功率出力的无功源设餐，包括发电机、调相 机和静止补偿器等。静态无功源则不具备动态控制出力的能力，包括并联电容器、并 联电抗器蹲设备。 嗣步发毫撬魏楚鸯动功率电源，又是无功麓枣毫源。逶邋溺节转子豹灏磁电流， 发电机可以发出或吸收感性无功功率。发电机的兹功功率的出力在运行极限之内可以 连续快速调节，同时发电机的有功功率出力极限将会受到其无功功率出力的影响。 调捐枫实际上是念能生产无功凌率的发电毫隆。它也具有发囊或吸收感戆无功功 率豹能力，迸相运行辩豹容量约为感性无功功率输出容量的5 0 。 电容器和电抗器的作用分别是发出和吸收感性无功功率。它们一般通过机械设 备成组地切换投入或退出，从而达到控制出力的目的，因此出力不能连续调节。电容 器霹毫撬耩靛爱应速度在蔻秒爨凡移之闻，楚一耱静态弱毫蘧控裁手段。激予电容 器和电抗器的出力由其所在节点的电压大小决定，因此在系统事故时会加剧故障的影 响，对系统稳定产生不利的影响。不过，电容器和电抗器相对于发电机和调相机具有 投资小、安装篱单、运行戏本低等优点。 静止衿嫠器在内部可控硅豹控制下可以连续弱趣速地调节箕感性或鸯能无功功 4 鍪主望奎 垒查查堑互塑重望塞叁塑塞 一一一一一 攀的出力。由于它的投资小，运行成本低，同时具备教电机和电容器的一些优点，因 戤也褥到了广泛翡应用。 2 1 - 2 无功功率负荷 各种用电设备中，除栩对量很小的囱炽灯照明和电热设备仅消耗有功功率之多 ， 绝大多数砉蓼溃耗感蝗或塞瞧瓣无功功率，逮帮受蔫凌黎嚣素不态l 。其中溥耗察瞧无 功功率( 具肖超前功率因素) 的负荷是系统中为数不多的同步电动机，而大多数负荷 都消耗感性必功功率，功率因数约为0 5 川9 。 2 1 3 无凌翡率损耗 签捌孙= 警州簪戈 蟊t ， z * s ：= 只+ j q ：a j s - 筏一。 n 3 4 2 一。l 吼一 图2 1 线路豹无功援糕 从式( 2 1 ) 中可以得到线路阻抗支路的无功损耗a q 为 硕士论文 电力市场下的无功定价研究 妒警2 x ( 2 2 ) 另外，由图( 2 1 ) 也可以得到线路分布电容等效并联支路的无功网损分别为 d = i b u 。2 ， 反= 了b u ：2 。 f 2 3 ) 变压器中的无功功率损耗也分两部分，即励磁支路损耗和绕组漏抗中损耗。励 磁支路损耗大约等于压器的空载电流，约1 一2 ：绕组漏抗中损耗在变压器满载时 大约为短路电压标么值约1 0 。对一台变压器或一级变压的网络来说，变压器中的 无功功率损耗并不大，但是对多电压等级网络，变压器的无功功率损耗就相当可观， 占了相当的比例。 2 1 4 电罔无功功率平街 根据前面的讨论，系统中无功功率的平衡关系可以表示成 q g 一q r 一q = o( 2 4 ) 其中q o 为系统无功功率电源出力总和；q l 为系统无功功率负荷总和；z a q 为系统无功功率损耗总和。应该注意的是，这三部分都可能同时包括感性和容性无功 功率，也即如将感性无功功率作为正值，则同时存在正的和负的无功电源出力、负荷 和损耗。 在稳态运行时，系统无功功率时刻保持平衡，但维持正常的电压水平则需要进 行必要的无功功率潮流调度。当系统无功功率出现不足时，无功功率的平衡是由于无 功功率负荷本身具有的正的电压调节效应使系统电压水平下降从而减少无功功率需 求而达到的。因此，在正常运行情况下，当无功功率负荷上升时，如果这时系统无功 功率电源不能及时提供足够的无功功率出力，则新的系统无功功率平衡条件决定的电 压将低于正常的电压水平。这时虽然可以采取一些措施提高局部地区的电压水平，例 如改变变压器的分接头，但这样的措旆实际上是将其它地区的无功功率调配到该缺乏 无功功率的地区，也就是在一定程度