（电力系统及其自动化专业论文）电力市场下的无功电价研究.pdf

天津大学硕士学位论文a b s t r a c t a bs t r a c t t h ei s s u e so fr e a c t i v ep o w e ro p t i m i z a t i o n ，r e a c t i v ep o w e rs e r v i c e sc o s t i n ga n d p r i c i n ga r eo fg r e a ts i g n i f i c a n c e e s p e c i a l l y , i ti sc l o s e l yr e l a t e dt ot h es e c u r i t ya n d s t a b i l i t yo fp o w e rm a r k e to p e r a t i o n h o w e v e r , a st h er e s e a r c ho ni th a sn o tr e c e i v e d s i g n i f i c a n ta t 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 ti ss t i l ln o tw e l ld e f i n e dt h i st h e s i s p r e s e n t st h ep r e l i m i n a r ya n a l y s i sa 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 d p r i c i n gi nt h ep o w e rm a r k e te n v i r o n m e n t em a i nc o n t r i b u t i o n so ft h et h e s i sa sf o l l o w ： a tf h s t ，t h et h e s i ss y s t e m a t i c a l l yr e v i e w sa n ds u m m a r i z e so fr e a c t i v ep o w e r s e r v i c ea n dt h er e a c t i v ep o w e r p r i c i n gi n s i d ea n d o u t s i d et h ec o u n t r y ； t h es e c o n d ，i nv i e wo ft h ee l e c t r i c i 移g e n e r a t i o nm a r k e t ，an e wm e t h o dt od r a w u pt h et w o p a r tt a r i f ff o rr e a c t i v ep o w e ri sp r o p o s e d t a k i n gt h ep o w e rf l o we q u a t i o n a 8t h ee q u a l i t yc o n s t r a i n ta n dt h eo p e r a t i o na n ds e c u r i t yc o n s t r a i n t sa st h ei n e q u a l i t y c o n s t r a i n t s ，t h eo p t i m a lr e a c t i v ep o w e rc o s ti st h eo b j e c t i v ef u n c t i o ni nt h ep r o p o s e d m o d e l t h em a i ni d e ao ft h ep r o p o s e dr e a c t i v ep o w e rm o d e li sa sf o l l o w i n g ：o nt h e o n eh a n di ne l e c t r i c i t ym a r k e te n v i r o n m e n tt h er e a c t i v ep o w e rs o u r c ep a r t i c i p a t e st h e c o m p e t i t i o nb yi t sc o s tt o s o l v et h ed e f i c i e n tc o m p e n s a t i o no fr e a c t i v ep o w e r o p e r a t i o nc o s tu n d e re x i s t i n go n e p a r te l e c t r i c i t yp r i c i n gm o d e ，o nt h eo t h e rh a n da n e wc a p a c i t yp r i c ed e c o m p o s i t i o ns c h e m ef o rr e a c t i v ep o w e ri sp u tf o r w a r dt os o l v e u n s t r u c t u r e dp r o b l e mo fc o s tr e c o v e r yf o rr e a c t i v ep o w e ri n v e s t m e n ti ne x i s t i n g o n e - p a r te l e c t r i c i t yp r i c i n gm o d e t h u san e wt w o - s t e pr e a c t i v ep o w e rp r i c i n gm o d e l t h a tc o n s i s t so fe n e r g yp r i c ea n dc a p a b i l i t yp r i c ei sf o r m e d 。o nt h eb a s eo ft h i s ，t h e t h e s i sp r o p o s e san e wa n a l y s e sm e t h o d sa n da r i t h m e t i ca b o u tt h ec o s t i n go f c o m p e n s a t e ds e r v i c e sa n dt h ep r i c i n go f e l e c t r i cp o w e r a tl a s t , as o f t w a r ei sp r o g r a m m e dt oc a l c u l a t et h ec o s t so fc o m p e n s a t e dr e a c t i v e p o w e re l e c t r i c i t yp r i c e t h er e s u l t sg a i n e db ym a k i n ge x a m i n a t i o n0 1 1d i e5a n di e e e 14 s y s t e m sa r es a t i s f a c t o r y k e y w o r d s ：e l e c t r i c i t ym a r k e t ，p r i c i n go f r e a c t i v ep o w e r s ，o p p o r t u n i t yc o s t s ， s p o tp r i c e ，o p t i m a lp o w e rf l o w ，e n e r g yp r i c e 、c a p a b i l i t yp r i c e 薹l 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的 研究成果，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发表 或撰写过的研究成果，也不包含为获得丞童盘堂或其他教育机构的学位或证 书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中 作了明确的说明并表示了谢意。 靴糍辄牌期：炒j 7 年多卵日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解墨奎盘堂有关保留、使用学位论文的规定。 特授权鑫蓥盘堂可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检 索，并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学校 向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权说明) 文作：炒 签字日期：砂即7 年多月尸日 导师虢l 李六牛导师签名：l 考六半 签字日期： d 1 年6 月2 9 日 ， 天津大学硕学位论文 第一章绪论 1 1 电力市场概述 1 1 1 电力市场的定义 绪论 电力市场是采用法德、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。 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 命令的机制不同，主要采用经济的手段进行管理。所以电力市场的基本原则是公 平竞争、自愿互利。同时，电力市场还是体现这种管理机制的执行系统，包括贸 易场所、计量系统、计算机系统、通信系统等。 1 , 1 。2 电力市场的基本特征 电力市场的基本特征是：开放性、竞争性、计划性和协调性。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 场又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、 供应者与用户之间能相互协调。 1 1 3 电价是电力市场的杠杆和核心内容 电力市场要采用经济手段管理各成员，电价则是体现管理思想的工具。所以 确定电价原则、计算交易电价是电力市场的重要内容。 l 。1 4 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， 用户被视为被动的负荷；而在电力市场中，用户具有主动性。 电力市场的成员，往往同时具有供应者和用户的双重身份。当某成员( 例如 某电力公司) 有富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 它从其他电力公司购电时，又具有了用户的身份。 天津大学磺学佼论文 第一章绪论 1 1 5 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。对予发电厂， 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。 美圜的独立发电厂通过合同的形式确定发电计划翻电价结算办法。发电厂和 电力公司闻签订贸易合同，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、用户和翰、配电网的各电力公司之阅的电 力贸易，也采用合同的形式。8 0 年代出现的巍力经纪人机构，实际是一种交易 中介入，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、分配备渭、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，确定发电机组的起、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，有利于皴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，则获剥越多；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份( 如 边际机组) ，则将无利可图。 天津大学颈士学谴论文第一章绪论 2 用户闯的平等 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。由于用户用电水平和性质的不同，对不同釉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，对不同爝电种类，进行公正 合理的成本分摊，尽量减少耀户问的补贴。 ( 1 ) 按电压等级分类。不同电压等级的用户，因其所需的网络移交、配电主 设备不同，应区别对待。一般说来，电压等级高的用户，所需交、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两，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。 ( 3 ) 无功的影响。用户受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，由予有功消耗大，即 使消耗较大无功功率，其功率因数只要大予0 8 5 ，就可以不用为所消耗的无功缴 纳电费；相爱，对于小用户来说，由于有功消费小，当消耗较小豹无功功率时， 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j 按用户 实际消耗的无功电覆计算无功电费，可以合理地分摊系统的无功供电成本。 ( 莲) 按供电可靠性的不同两分类。由予电能的不可存贮性，决定了电力商品 的特殊性，即电力生产必须与负荷相匹配。但由子负荷交化的随机性和发、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，可熊会斑现紧急停电、 有计划拉闸限电。 根据用户对供电可靠 生的不同要求，将用户负荷分为兰类。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， 3 天津大学顼圭学位论文第一搴绪论 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 分为突然停电和预先安排停电，它们的停电损失是不一样的。一般所说的停电损 失，是攒突然停电联造成约损失。停电损失的评估，除对直接经济损失评估钋， 还应考虑到些非经济性的因素，诸如医院停电可能造成医疗事赦，煤矿停电可 能威胁人的生命，体育比赛或政府部门的箨毫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，并给出定量豹可靠性指标。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。 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( 这可能沈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，但由于厢 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。 然丽，当用户选择了一定供电可靠性水平盾，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 ) 系统供篱情况不同，电价也应不一样。由于负荷的随机变化，或发、输、 配电设餐的故障，电毙的供需情况是不断变化的，供电成本也是随之变化的。即 使网一用户，不同时闻耀电时，对其供电的成本是不同的。为了反映这种差别， 尽蘸各慝普遍使用峰谷电价，包括隧峰谷电价、季节峰谷电价。目前，我国在部 分地区执行墨峰谷电价，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。然两峰谷电价对每天峰、 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，嚣前各国 都在研究实时电价，郎对电力系统供需状况进行实时计算，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的管理计划丽试行；澳大利驻于1 9 9 5 年7 月在全国实行这种实时电价；英国电力市场已全面实行；法国推出的可调用 电电价和高峰电价，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 4 天津大学磺士学位论文 第章绪论 ( 包括备种类型的电价) 。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，从面做出 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，用户有选择供方豹权力。但是崮予电力供应的特殊性，电力市 场一般难以满足参与者裔由选择的要求，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。 美国的发电市场是放开的，独立发电厂有权选择供电对象，电隔也可以提供 转运业务，使得发电厂可以向不相邻的第三方供电。这种贸易是以合同形式实现 的。同时正在加紧研究的灵活输电系统，使输电系统能够快速、灵活控制系统潮 流，为电力贸易服务。 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、电量、电能质量、责任赔偿等问题；另一种是参加电力市场中介机构电 力联合运营中心的电力贸易，e l j 电力联合运营中心进行全网调度。 英国对1 m w 以上的用户开放了市场，允许其选择供电方，如可选择本地区 电力公司供电、参加电力联合运营中心的贸易或与发电签订合同，前提是需付一 定的输、配电费用o 澳大剥贬电力市场的做法与英网非常相似，只是增加了一条规定：3 0 m w 以 上机组必须参与电网调度，不可皇行与用户签订合同。澳大剩亚各州的电网，分 别建立了电力联合运营中心，大震产( 超过i o m w 的期户 可以选择参加本地 的或其他地区电力联合运营中心的贸易，增加了对照户的灵活性。 电力市场必须保证输、肴云电系统向使用者开放。这点对手保证电力市场的 稳定运行、扩大参加者自由选择的权力、遴免网络拥有者利用其地位垄断毫力供 应非常重要。 英豳电力市场为了保证供电网络向使用者开放，在放开发电市场和大用户的 同时，对电网实行管制，英国电网是国有的，成立了国家电网公司，该公司同时 负责电力市场的日常运行。英国颁布的电力法中，用较大篇幅明确规定了输、配 电网络的责任和权利。 天津大学硕士学位论文 薨章绪论 澳大利皿在建立电力市场之前，于1 9 9 1 年成立了国家电网管理协会，在电 网运行规定中规定了电网的使用与收费问题，保诞电网无歧视地开放。 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 些州的法律规定，为了保护环境，不允许新建发电厂，这样，投资者纷纷到偏远 地区投瓷兴建发电厂，褥遁过输电网络将电能输回本地。在阿根廷，一些大型制 糖、造纸等行业，由于本地能源、劳动力价格等因素，自备发电厂不愿建立在本 地而建在其他地区，再遴过输、配龟霸络将电能送圈去，使用者只需缴纳一定豹 过网费。 1 1 。6 电力市场交易中心是建立电力市场的保证 电力市场交易中心是负责电力市场运作的机构，是购电方和售电方完成电力 批发交易的场所，也是市场主体开展竞争的场所。 电力市场交易中心是一个高度自动化的系统，包括报价子系统、交易子系统、 计量子系统、实时信息子系统、能量管理子系统、含同管理子系统、结算予系统 等。交易中心通过计算机自动化系统控制三个流：电力商品流、信息流、资金流。 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、市场交易中心三者舍在起；输电与调度合一，市场交易中心独 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 度与市场交易中心台在起。 从机构职责上蓑，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；调度和帝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。市场交易中心的责锓是保证高效地完成市 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，兰者日常业务关系 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 6 天津丈学硕士学位论文第一章绪论 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，吸取圉内外电力市场经验，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、监督枫构与交易中心相 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。 无功生产者：发电机的无功定份以本文第二章提崽的竞价为依据；电容 器组以补偿投资成本为基硪( 翔第三章所述) 翱以适当憋测润瑟定； ( 2 ) 无功用户：功率因数大予o 。8 5 的无功部分以综合成本法收赞，小予o 豁 的无功部分以该节赢麴无功实时毫翁收费。 在电力市场下，独立系统调度员还必须有一标准来确定如何最好提供无功以 便形成无功调度计划。 1 新方法的o p f 模型 产生无功功率并不消耗能源，但是笼功功率在踺络中传送剃会产生有功及无 功功率的损耗。电力系统的经济运行，首先是要求在各发电厂( 或机组) 间进行 有功负荷的分配。在有功负荷分配已确定的前提下，调整各无功电源之间的负荷 分布，使系统有功潮损达到最小，这就是无功功率负荷经济分布的翻标。 发趣厂阚的负荷经济分配必须考虑到系统网损的修正。 在n 节煮熬电力系统孛，根据阻抗矩阵法爨哥得鑫戳下结果： =窆喜|啬s慨一t謦十磊鳞害跨sin(sit迤艺一piqj)(3t=l 菇2 ) ，群lf ，l r ，。r ， 天津大学磺士学位论文 第三章电力审场下的无功定价 式中为系统有功网损。 不像有功市场以升序选择竞价【4 - 蛔，无功市场必须把电源所处位置考虑在 内。例如，位于遥远母线的低价无功未必对i s o 有吸弓l 力，因为这样的无功支 持可能有害系统，同时亦增加传输网损。因此，系统调度员既要考虑技术又要考 虑无功支持赡位置，然后才能形成最适合系统豹最优调度方案。系统调度员 ( i s o ) 进行无功优化调度的o p f 模型如下； 西标函数为计及网损成本时电网总的无功电量付费最小，即： m i n l p p p t 矗, + 窆) + 羔c 0 ) f ( 3 4 3 ) l 1 = 1i = 1 j 上式中：所为有功电价；为系统有功网损( 觅式( 3 4 2 ) ) ；( q j ) 为发电 机i 的无功电量成本；c a 娩1 ) 为电容器电量成本。 目标函数的等式约束为： 岛一一k 巧c o s 慨一口岛) = o ( 3 4 4 ) l e n q g ，一鲐一k 巧s i n 概一曩一o o ) = o ( 3 4 5 ) j 妤 、。 目标函数的不等式约束有： 。曲吃如。蜮 ( 发电机有功出力约束) ( 3 4 6 ) 璐, m i a 鲰如一 ( 发电机无功出力约束) ( 3 4 7 ) 如。豳如翰一 ( 电容器无功出力约束) ( 3 4 8 ) 最。曲最& 。一 k l( 输电线传输容量约束) ( 3 4 9 ) k 。蛐鬈巧。黜 ( 各节点电压约束) 。5 0 ) 对以上的o p f 应用牛顿控夫逊法进行求解，计算斑的无功出力安排作为无 功电价的结算依据。 2 与有功解耦的无功实时电价计算 相应的最优潮流( o 】强) 模型中，舀标函数为式( 3 4 3 ) ，等式及不等式约束 为( 3 4 5 ) 、( 3 4 7 ) 、( 3 4 8 ) 、( 3 5 0 ) 则此优化问题的l a g r a n g e 函数为： 五= p e p 妇+ 芝( 如) + c a ) ，=l如tl 厂1 一l 鲰一鳓一k 巧珞s i n 戗一岛一岛) l 趣撑 l 歹羲 j + 施, m i l l 一如) + 如，一一如嬲) 天津大学硕学位论文 第三章电力泰场下的无功定价 + 以，哦曲一如) + 一忱一如，一) + h ，岫以，岫一k ) + h ，以一，一) ( 3 5 1 ) 上式中戤、鳓础、心，嘲、心汹、段，一、_ 施、u 脚分别为相应约束的l a g r a n g e 乘予。 由短期边际成本理论得所有节点的无功实时电价： 对于没有补尝器的节点购无功实时电价； 鳓= 兹= 脚鲁埔+ 荟( v f 一喏 对予发电机节点的无功实时电价： ： 脚= 嚣= 佛鲁+ 掣一+ k 一) 对于一般有补尝器节点的无功实时电价： 驴署= n 等+ 掣+ 也一隗嘲) 式( 3 4 9 ) 、( 3 5 0 ) 、( 3 5 1 ) 中甜淼鹚可根据计算网损徽增率的阻抗矩阵 法【1 j 求得 鲁2 2 争l l 旦v , v , c o s b 谚s ；n 一。她_ | 2 无功生产者无功电价计算 无功支持的成本通常包括固定成本和可变成本两部分，可变成本部分通常为 无功的生产成本，两固定成本部分通常为无功的投资成本。但无功具有投赘成本 为其成本主体的特点，要充分考虑无功的投资成本回收，显然两部制无功价格模 式是最理想的解决方案。 以两部制无功价格模式为基础，进步分柝无功电量电价和容量电价的解决 方案，很容易得出无功容量电价就包含在现有的一部制电价中的结论。根据传统 的发电机投资成本划分方式，- 不难看出无功的投资残本回收包含于有功电价之 中；同时，由予传统的观点通常认为无功的生产不会产生多少附加成本，因两现 有的一部制电价通常忽略了无功的生产成本，这部分成本在电力市场下是应该补 足的部分。 根据以上分析，将无功的容量电价从现有的一部制电价中剥离出来，以进一 天津大学矮士学位论文 第三章电力枣场下的无功定价 步明确有功、无功投资成本的回收责任；而无功的电量电价按本文第2 3 i 节中 的式( 2 5 ) 计算，以充分体现电力市场下电价网报的合理性和公平性。 两部制无功价格模式为： p ，；p e + p ， 咚。5 6 1 上式中：p q 为两部铡无功电徐；繇为无功电量电价，主要指针对无功生产成本 的报偿；成为无功容量电价，主要指针对发电机无功投资成本的报偿。 无功的邀量电价部分可描述为： 矿。：盟盟 ( 3 5 7 ) 成2 著譬 p 。， 场 在式( 3 5 7 ) 中分别代入根据优化调度算法确定的q 和无功源的电量成本函数 ( 2 5 ) 、( 2 6 ) 即可得出发电机及电容器的电量电价。显然，电量电价为无功源 平均报价。 进一步考虑发电机视在功率、有功功率和无功功率之间的关系s 2 = p 2 + q 2 可如下分解发电机的投资成本：当有功容量投资成本给定时，投资成本可用视在 功率描述为 a ；l ( 3 5 8 ) 上式中：c o s 妒为发电机的额定功率因数；g 和岛分别为投资市场上平均单位有 功投资成本和平均单位视在功率投资成本。因此，平均单位无功容量投资成本 可以被分解为 龟= g 斑矽= 面南 ( 3 5 9 ) 考虑发电机的容量成本与现有一部制电价的关系，发电机的无功容量电价确 定如下； 旷a 甍p ， ( 3 6 0 ) 上式中：纬为市场上的平均有功电价；口为有功容量成本在现有的一部制电价 中所占的比例。 3 负荷侧无功电价计算 由计量点有功无功表求取一段时间内的加权功率因数，若功率因数大于o 8 5 的无功部分以综合成本法收费( 详见第3 1 节) ，小于o 8 5 的无功部分以该节点 天津大学 夔学位论文第三章电力市场下鲍无功定价 的无功实时电价收费( 详见式( 3 5 2 ) ) 。 4 薪方法的计算步骤如下： 步骤1 ：输入原始数据； 步骤2 ：对式( 3 。4 3 ) ( 3 。5 0 ) 所组成的最优潮流( o p f ) 模型应用牛顿拉 夫逊法求解，得出经过优化后的无功出力q ； 步骤3 ：根据式( 3 。4 2 ) 计算系统有功网损； 步骤4 ：根据式( 3 5 2 ) 一( 3 5 4 ) 计算系统各节点的无功实时电价： 步骤5 ：根据步骤唾的计算结果可计算出系统依据无功实时电价成，的无功 总收费c t , q ，j ； 步骤6 。对于发电机节点应用式( 3 5 7 ) 和式( 3 6 0 ) 计算新方法中该节点 的无功电价； 步骤7 ：对于一般有补尝器节点应用式( 2 6 ) 计算新方法中该节点的无功电 价； 步骤8 ：应用步骤2 、6 、7 的计算结果可计算出新方法所确定的系统总的无 功生产成本e ； 步骤9 ：由系统总的无功生产成本e 和系统优化后总的无功出力q ，可 计算出系统无功平均成本电价绥艘； 步骤l o ：对于没有补尝器的节点，由计量点有功无功表求取段时间内的 加权功率因数，当功率因数大于等于0 8 5 ，该节点的无功电价为段，啷，当功率 因数小于0 8 5 ，则该节点的无功电价为无功实时电份； 步骤l l ：根据步骤1 0 的计算缕果，计算系统负荷侧总的无功付费； 步骤1 2 ：输出 5 新方法的计算流程框图3 熏 开始 上 输入原始数据 上 l计算优化后的无功出力q 0 i计算系统有功网损 天津大学嫒圭学位论文蘩三章电力蠢场下兹无功定纷 天津大学磺士学位论文 第三章电力审场下的无功定绘 3 。7 小结 图3 1 电力市场下新的无功定价方法流程框图 本章首先介绍了电力市场的一般电价问题，包括现在一般电力企业采用的电 份制度，以及计算基础鬯泠的方法( 综仑成本法、长期边际成本法、短期边际成 本法) ，并黠基础电价计算方法的优缺点进行了讨论。随质引出实时电价的概念， 并介绍了两种典型实时电份算法模型：最小化成本的o p f 模型和最大社会效益 的o p f 模型。据诧介绍了电力市场下无功定价的具体算法：与有功勰耦依据运 行费用的实时无功定价、结合有功费用优化的实时无功定价、依据容量费用的无 功定价、区域无功市场定价。通过对无功定价模型进行了总结和介绍，针对无功 实时电价方法存在的问题，提出了一个新的无功定价算法，帮将综合成本法和边 际成本法( 实时电价) 结合起来的定价方法。 天津大学硕学位论文 第四章无功电徐蛇仿真计算及分爨 第四章无功电价的仿真计算及分析 第三章讨论了无功定价方法，并且提出了新的无功定价方法。为了对其进行 更深入的分析，本章分别对一个5 节点系统和i e e e1 4 节点系统进行了仿真计算， 得到了一些重要的结论。 本章算铡中豹系统参数及计算结果均为以s 茸= 1 0 0 m v a 为基准的标么值。 在分析无功费用及电份时，假设有功电价已知弗且保持不变，这里设有功电价为 2 4 元m w h 。系统无功优化时，没有考虑设置节点的无功设备补偿等靓划闯题。 4 1 五节点系统的仿真计算 本节以一个五节点系统为例，以最小化无功运行成本为目标，在不同的系统 条件下进行了仿真计算，并对仿真结果进行了分析。这些仿真案例包括： 案例l ：系统正常负荷( u p 基态负荷) 下负荷功率因数不同的情况： 案例2 ：系统正常负荷对节点2 、3 、4 的功率因数为o 8 5 ，节点5 的功率因数为 0 7 的情况； 案铡3 ：系统重负荷下负荷功率因数不同的情况； 案例4 ：系统重负荷瓣节点2 、3 、4 的功率因数必0 8 5 ，节点5 的功率因数为0 。8 的情况； 案例5 ：系统轻负荷下受荷功率因数不同的情况； 案例6 ：系统轻负荷时节点2 、3 、4 的功率因数为o 8 5 ，节点5 的功率因数为。 0 7 的情况。 说明：本文仿真是在假设节点l 、2 上发电机有功竞价电量融知的情况下进行的， 网损由节点1 上发电机全部承担。 4 1 1 系统结构和参数 5 节点系统模型如图4 1 所示删。 图巾节点1 和节点2 上各有一台参数相同的发电机，其额定容量为 p 鼠= 1 2 5 ，最小有功发电功率是经豳p a t 。= 0 2 0 ，最大有功发电功率是 岛一p 照= 1 2 5 。发电机的额定功率因数为e 璐纷。0 8 ，足p a t 。= 1 0 ，q p a t = 0 7 5 。1 、2 号节点发电机的无功竞价假定岛l = 参2 = 1 8 7 2 灵；l o o m v a r h r ， 4 1 天津大学矮学位论文第四章无功电价的仿真计算及分析 以l = k = 1 3 2 41 0 0 m v a r h r ，如l = k = o 1 元1 0 0 m v a r h r 。节点4 上安装了并 联补偿电容器，假设电容器的无功输出在正常电压范围内为0 q c 4 p u 0 5 。 图4 15 节点系统 线路参数如表4 。1 所示：各节点的负荷数据如表4 2 所示，计算中假定有功 负荷已知，且无价格弹性。系统正常负荷时节点1 、2 上发电机竟价电量分别为 0 。8 2 、0 8 3 ，系统重负荷、轻负荷时节点l 、2 上发电机竞价电量分别为各自正 常负荷时竞价电量的1 2 倍和0 5 倍。 表4 。1 五节点系统线路参数 支路 线路阻抗z 擎p a t 。 线路充电电容b 2 p a t 1 2 0 0 2 + j0 。0 6 0 0 3 0 1 - 3 0 0 8 + jo 。2 4 o 。0 2 5 2 - 3 o 0 6 + jo 1 8 0 ，0 2 0 2 - 4 o 0 6 + j0 1 8 o 0 2 0 2 - 5 0 0 4 + j0 1 2 0 0 1 5 3 - 4 o o l + jo 0 3 0 0 1 0 4 - 5 0 。0 8 + j0 2 4 0 0 2 5 表4 2 五节点系统有功负荷 节点 磁常负荷( 基态负荷) 昂f p a t 重负荷岛f p u 轻负荷p a t 2o 2 0 o 2 4o 1 0 3o 4 5 0 5 40 2 2 5 40 4 00 4 8 o 2 0 50 6 0 0 7 20 3 0 天津大学硪学位论文 第四章无功电价的仿真计算及分橱 目标函数为计及网损成本时电网总的无功电量付费最小，即： 删办+ 兰) + 釜) 1 编| 办+ ) + ) | l 一 i = lt = 1 j 上式中：纬为有功电价；为有功网损；娩) 为发电机i 的无功电量成本； c a 钕) 为电容器电量成本。 除非特别说明，各案铡的o p f 计算都采用了如下的约柬条件( 下式各变量均 为标么僮) ： 1 系统潮流方程等式约束： 一昂，一巧巧c o s ( 8 , 一t 一岛) = 0( 4 2 ) y e n 如鳓一致鬈s 逾蛾一岛) = 0 ( 4 3 ) j e n 2 发电机有功和无功出力约束： 0 岛i 1 2 5 i = l ，2 ( 4 4 ) 磋+ 酝蕊1 2 5 2 i = 1 ，2 ( 4 5 ) 3 无功补偿电容器出力约束： 0 o a o ，5 i = 4 【4 6 ) 4 输电线传输容量约束： 最兰1 8 k l ( 4 。7 j 5 参考节点电压约束： v l = 1 0 5 l 0 0( 4 8 ) 6 + 节点电压幅值约束： o 9 5 k l 。0 5 i = 2 ，3 ，4 ， ( 4 。9 ) 4 1 2 案例1 至案例6 的仿真结果及分析 为了分析和验证系统各种不同运行条件下本文提出无功定价方法的可行性 与合理性，进行了案例1 - 6 的仿真计算。结果如表4 3 、表4 4 、表4 5 所示。 表4 3 芷常有功负荷下不同功率因数的仿真结果 案例1 功率因数c o s l p 0 。70 8o 8 5 发电机复功率出力 o 8 7 4 2 + 声2 7 3 4l o 8 6 2 6 + j o 。0 0 0 7 | 0 8 5 9 6 + i o 0 3 1 6l s g i p 嚣。 0 8 3 0 0 + i o 9 2 4 8l 0 8 3 0 0 + j o 。7 1 2 6 |l 0 。8 3 0 0 + j 0 4 5 7 8 j _ j 天津大学嫒士学位论文 第瘿章无功电馀豹仿真计蓐及分柝 q c 4 p u 0 。5o 5o 5 ，p u 。 0 。0 5 4 2o 。0 4 2 6 0 0 3 9 6 总无功生产成本 ec 元2 a r ) 3 7 7 6 2 。1 6 0 6 4 1 3 1 0 0 0 。1 3 2 40 1 3 2 4o 。1 3 2 4 0 。2 2 4 9o 。1 3 2 40 1 3 2 4 带点1 至5 上的无功实 0 6 1 0 4o 3 1 2 lo 1 8 5 9 时电价岛f ( 元a t d v a r h r ) 0 5 3 5 90 2 2 8 40 0 9 7 3 1 1 7 5 50 7 5 0 70 5 8 0 5 无功平均成本电价 0 2 2 4 4o 1 2 9 8o 1 2 8 l p q 舰( 元m v a r h r ) 依据无功实时电绘 1 2 6 4 1 l5 3 1 5 33 0 8 3 6 p q , 收费( 元艇) 本文方法收费 ( 元触) 7 2 j 2 92 2 4 9 21 3 1 0 0 续表4 3 正常有功负荷下不同功率因数的仿真结果 案例l 案例2 功率因数c o s e p o 9 l 。o 发电机复功率出力 1o 8 5 7 4 + y o 0 9 5 8 l0 8 5 4 6 + 1 0 0 1 3 8l lo 8 6 7 6 + 歹o 0 4 7 6l s o j p u l0 8 3 0 0 + j o 3 9 2 0 i |l0 8 3 0 0 + j o 0 3 7 4 |l0 。8 3 0 0 + j o 7 0 7 0 | q c 4 p u 0 4 6o 0 0o 5 0 p u o 0 3 7 40 0 3 4 60 0 4 7 6 总无功生产成本 e ( 元t y h r ) 1 2 5 4 8 90 6 7 7 91 6 。6 l l o o 1 3 2 40 1 3 2 40 1 3 2 4 0 1 3 2 4 o 1 3 2 4o 1 3 2 4 节点1 至5 上的无功实 0 0 8 7 90 0 0 3 90 2 6 2 2 时电价靠c t r _ 滋v a r h r ) 0 0 0 3 60 0 0 0 40 1 9 钧 0 4 1 6 90 。0 1 9 3 1 0 2 0 9 无功平均成本电价 p 4 ，嘴( ) t d m v a r h r ) o 1 5 7 10 1 3 1 5 天津大学硬士学位论文第嚣章无功电价的仿真计算及分柝 依据无功实时电价 见；收费( 元加) 1 5 3 7 3 60 。0 0 0 07 6 2 4 7 4 本文方法收费 c d ( 元h r ) 1 2 5 砖8 90 0 0 0 03 7 。9 5 6 1 案例l 的结果分析： 1 当负荷功率因数为0 7 时，用本文提出的方法应收费7 2 5 2 9 元h r ，而无 功成本为37 7 6 2 元恤，剩余3 4 7 6 7 元脏。考虑到与功率因数0 8 5 比较，囡负 荷无功增加使网损增加( o 0 5 4 2 0 0 3 9 6 ) * 1 0 0 2 4 = 3 5 0 4y r h r ，这一部分费用应 由无功消费者承担，这样一来收支基本平衡。若根据无功实时电价成