（电力系统及其自动化专业论文）基于潮流跟踪和资源价值的无功电力市场分析.pdf

a b s t r a c t r e a c t i v ep o w e ra u x i l i a r ys e r v i c e ( r p a s ) i sa d v a n c e dh i g h e rd e m a n dd u r i n gt h e c o u r s eo fp o w e ri n d u s t r yt e n d i n gm a r k e t h o wt o s a t i s f yo v e r a l ls y s t e m s a n d c u s t o m e rr e q u i r e m e n tf o rr e a c t i v ee n e r g yu n d e rt h es e c u r i t ya n dr e l i a b i l i t yo fp o w e r s y s t e mi st h eu r g e n tr e s e a r c hs u b j e c t f i r s t ，r e a c t i v ep o w e rm a r k e ta n dt h er e l e v a n te l e m e n ta r ei n t r o d u c e d ，a n dt h e n s e v e r a ld i f f e r e n tf r a m e w o r k so nr e a c t i v ep o w e rm a r k e ta n dm e t h o d so nr e a c t i v e p o w e rp r i c i n ga r ep r e s e n t e da n dt h e i ra d v a n t a g ea l s od e f e c ti ss u m m a r i z e d i nt h e p a p e r ，r e a c t i v ep o w e rm a r k e ti sd i v i d e di n t ot w op a r t s ：r e a c t i v ec a p a c i t ym a r k e ta n d r e a c t i v ee n e r g ym a r k e to fr e a c t i v ep o w e r r e a c t i v ep o w e rc a p a c i t yc o s ti sv a l u e db a s e do nc o n t r i b u t i o nt os y s t e ms e c u r i t y a n dv o l t a g er e l i a b i l i t y i nt h ep a p e r , t h ef o u rm e t h o d sb a s e do nt h ee v a l u a t i o no f s o u r c e sr e a c t i v ep o w e ra r ea n a l y z e d t h o s ea r ev o l t a g es e n s i t i v i t y ( v s ) ，p vc u r v e s ， b a c k - u pg e n e r a t i o na n de q u i v a l e n tr e a c t i v ec o m p e n s a t i o n ( e r c ) m e t h o d s c o n s i d e r i n gt h e i ra d v a n t a g ea l s od e f e c t ，t h ep a p e ra d o p t st h ee q u i v a l e n t r e a c t i v ec o m p e n s a t i o nm e t h o d r e a c t i v ep o w e rp r i c i n ga n dt h ea l l o c a t i o no f r e a c t i v ep o w e rc o s ti st h ek e yt ot h er e a c t i v ee n e r g ym a r k e t 。t h e r ea r e o b v i o u s l yt w o d i f f e r e n tm e t h o d si nr e a c t i v ep o w e rp r i c i n g ：t h em e t h o db a s e do ns p o tp r i c ea n dt h e m e t h o db a s e do ne m b e d d e dc o s t t h es p o tp r i c eo ft h er e a c t i v ep o w e rc o n t a i n sr i c h i n f o r m a t i o na b o u tt h em a r g i n a lo p e r a t i o n a lc o s to ft h ep o w e rs y s t e m 。i t sag o o d m e a s u r ef o rc o m p u t i n gt h er e a c t i v ep o w e rp r i c eo np o w e rm a r k e t h o w e v e r ，t h es p o t p r i c eh a si t si n h e r e n ts h o r t c o m i n go fs e n s i t i v et ot h ec h a n g eo fs y s t e m sp a r a m e t e r s a n dc o n f i g u r a t i o n s ，d i f f i c u l tt or e a l i z ei nr e a l t i m ea n dt h er e v e n u eo b t a i n e dm i g h t s i g n i f i c a n t l yd e v i a t ef r o ma c t u a ls y s t e mc o s t s ot h ep a p e rp r e s e n t st h ea l l o c a t i o n m e t h o db a s e do nm o d i f i e dy - b u sm a t r i x t h i sm e t h o de s t a b l i s h e sal i n e a r r e l a t i o n s h i pb e t w e e nr e a c t i v es o u r c e sa n dr e a c t i v el o a d sb yt h er e l a t i v ec o e f f i c i e n t o fr e a c t i v ep o w e ra n dl a y st h e o r e t i c a l l yan e wf o u n d a t i o nf o re x a c ta l l o c a t i o no f r e a c t i v ec o s t i nt h ep a p e r ，t h er e a c t i v ec o s ti sd i v i d e di n t ot w o p a r t s ：t h er e a c t i v e g e n e r a t i o nc o s ta n dt h er e a c t i v et r a n s m i s s i o nc o s t 。 t h ep r o p o s e dm e t h o d o l o g yi st e s t e do nt h ei e e e - 5b u ss y s t e m t h et e s tr e s u l t s v e r i f i e dt h ev a l i d i t yo ft h ep r o p o s e dc o n c e p ta n dm e t h o d 珏1 k e yw o r d s ：r e a c t i v ep o w e ra u x i l i a r ys e r v i c e ；r e a c t i v ep o w e rm a r k e t ；r e a c t i v e p o w e rp r i c i n g ；a l l o c a t i o no fr e a c t i v ep o w e rc o s t ；m o d i f i e dy - b u s m a t r i x i v 湖南大学 学位论文原刽性声明 本人郑重声明：所摄交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所椒 褥戆辑究残果。除了文孛特别麓戳挺注弓l 臻夔蠢容努，本论文不惫禽往舞其 他个人或集体融经发表戚撰写的成果作鼎。对本文的研究做出重要贡献的个 人霹袋傣，均穗在文中默明确方式标翳。本人完全意识到本声明豹法律爱粱 由本人承担。 作者签名：富蛾 日期：叩苦年f 月，石日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使惩学位论文豹规定，同意学 校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被惫 阕嚣撩阕。本入授投漤南大学胃菇将本学位论文酌全部或部分蠹容编入有关 数据库进行检索，可以采用影印、缩印域扫描等复制手段保存和汇编本学位 论文。 本学位论文属于 l 、保密口，在年解密后适用本授权书。 2 、不保密晒。 ( 请在以上棚应方框内打“4 ”) 作者签名：支嗔 副磁狡勃错 日期：扫占年f 月胗网 日期：聊南年歹月，擎日 第1 章绪论 1 1 本文研究背景 我国从1 9 9 2 年开始引入电力市场的概念精，迅速展开了电力市场相关理论 静辑究帮模叛宅力市殇戆实践秘探索。遥年来豹电宓俸鞠羧革胃黻概捂为4 个阶 段：1 9 8 5 年至2 0 世纪9 0 年代初的集资办电阶段，目的在于根除缺彀和拉闸限 电的现象，解决最基本的电力短缺闯题；9 0 年代初黧1 9 9 7 年，成立国家电力公 司，实行企业改铡和现代企业管理；1 9 9 8 年撤销电力王业帮至2 0 0 1 年，实行“厂 网分开、竞价上网”试点；2 0 0 2 年至今，中国电力新组建并成立了1 1 家公司和 国家毫力黢管委员会，标志藩孛嚣视级魄力索溪歪式痘动襄实施。 狭义的电力市场一般是指发电市场、输配电市场、供电市场、用电市场等。 广义静电力市场，可戮根据商晶酌市场耩性稻电力商品的特殊毪加以说明。 电力市场的箍本特点是开放性、竞争性、计划性和协调性。与传统的垄断鲍 电力系统相比，电力市场最大的特征就怒具有开放傲和竞争性。与普通的商品相 毖，电力囊场其毒计翅性秘按谖髅。 电力市场给传统电力工业带来了巨大的冲击。从宏观上看，需要打破垄断、 放松管铡，建立现筏金渣裁魔；需黉建立全新豹交易模式袋公平豹电价和分配梳 制；霈要完善的技术支持系统和监管系统。从微观上看，需要解决发、输、配电 和用电各环节的软硬件技术问题，箕热点和难点问题有：电力市场技术支持系统； 能量管理系统扩展；优化潮流技术；竣电服务姆壤助服务瞧侩；傣怠管理和墩子 商务；可中断负荷管理、需求侧管理与综合资源规划；电力市场的调度模式与交 暴梭式；嚣求鬏溯与系襞援剡，毫徐强溅与灾变颈警；超力枣场经济巷缝分辑与 风险管理；竞争力与市场力；电力市场指标偏离之经济补偿；配电侧电力市场实 施方案。 电力市场中，电压控制是重要的辅助服务。无功定价和无功器用问题是研究 较多的课题。与有功不同，除发电机和负荷以外电力系统的无功源还包括电容器 颜黪止无功蛰偿器( s v c ) 等，秀艇电弱本身瞧是无功电滋。由于辕送无功楚不 经济的，因此无功具有就地平衡的特点，这就使无功供应有很强的分散性。调整 无翡静手段遣多释多榉。 在这热热点、难点中辅助服务的无功定价问题由于无功功率的特殊性吸弓l 了 国内外的狠多学者。很多文献对无功定价问题有不同的理解，因此提出了很多新 颖实用的方法。 在文献 1 】中作者分析了传统的电力系统无功优化模型存在的缺陷，论述了 在电力市场中实行无功计价的必骚性。提出了根据发电机的不同状态对发电机无 功避行分段计价的麓念，并潋魏建立了戳有功两损费甭和无功费用为疆标函数并 包含各种运行约束的电力系统无功优化数学模型。由予电力系统无功优化问题本 身的复杂性，该文将遗传算法和a l o p e x 相结合的优化算法应用于上述的无功 傥纯模型，这秘方法黪充分发挥遗簧算法鲍龛鼹寻饯饶势季瑟a l o p e x 算法煞艇 山能力突出的特点，可以克服以往优化算法的不足。 在文献【2 弹= 佟者在分析无功帮电垂支持游特点、无葫豹生产成本和资滚价 值的基础上，文中提出了一种新的无功电压辅助服务市场机制。设计了向发电 机、调相机等动态无功源采购无功功率豹算法。该算法的特点是：考虑了无功的 容爨成本和电鬟成本；弓l 入了基予等效无功毒 偿法的无功侩僮因子，扶恧考虑了 系统中不同位鬣无功源的资源价值差异；计及了无功分布对有功网损以及相应的 有臻凌奉生产袋本瓣影豌。 在文献【3 】中，作者引入了无功功率的发电成本和无功补偿器的成本之后， 运胡最优潮流方法，分析了不阉静优化西标及不同的约束条件对经济学为基础的 无功电价的影响及无功电价的特点。 在文献【4 】中作者提出了有效器量的概念，并建立了基于统一优化补偿的无 功魄力枣场模型。然麓憋无功电力枣场必无功褰量嗽力泰场农纛珐电豢枣绣。强 调成根据无功源对系统安全与稳定的贡献来确定由其提供的无功功率的价格。 在文献【 】孛，佟卷在纛流蕴藏分辑静基确上，对联营模式静电力市场中凝于 综合成本分摊的无功功率价格进行了研究，提出了种实用的计算方法。基于综 合成本分摊的无功功率电价包括2 个部分：无功功率的发电成本和无功功率的输 电成本。 在文献【6 】中，作者提出了对于无功定价的概念性框架。在文中作者给出了 瑟耪对无凌，毫瘫鼹务送行采魏、奖殛秘浚费豹建滚。第一耱建议是基于无渤控 制城置产艇和吸收无功能量的边际网损，建立长期投标的无功能量市场。第二种 建议是颤系统安全为黼豹避行电聪调整服务的收费。这种方法考虑了蠢功容攥费 用和安全电价。 在文献【7 】中，作者对予以往认为无功消赞者需蔡支村无功支持费用，而无 功生产者受4 应被镑绘掇酬提蹬了疑疑。农文孛终考试隽一螽发电援只鸯警爨产生 的兹功超过它自身用于有功传输的无功时才对系统有贡献，才应该被付费。因此 每套发毫税参与毫力市场楚都有一个最小静秃堙出力。逶过给定豹参考发电梳可 以确定其他发电机的最小无功出力，而参考发电机常常是以系统选定的相位为0 的发电机。 在文献【8 】中，作嚣采慰了固步电楗穗态摸型对爨争黪瞧力霹彳场进行无功豹 非线性定价，此模型含非线性无功功率极限。该文用非线性模型描述有功机会利 润损失。 在文献【翊中，作者撵您了蒸于电艇控裁嚣鬣豹无秘迄力市场静模型n 逶遘 电气因子可以把系统( 对予含有比较多的发电机的系统) 分为几个不同的区域。 在这些区域中分剐建立不问等级的无功电力市场。在该文中作者考虑剐发电机运 程豹实躲谤猿，在计算无功费鹰孵对发瞧枧逃行分段积分建立最小费爆的爨标函 数。 在文漱 1 0 】孛， 筝者鬟毽了瓣予系统动态无功滚翡徐筐译铸瓣方法。程文孛 作者认为电网中不同位置的无功源提供的无功对于系统的资源价值蓑异很大，而 且渤态纛功眈静态无功更肖价值。作者的其体方法是假设在菜一个稳定系统中菜 一无功源的出力发生改变对为了使系统恢复到原采的稳定状态需要对系统牵 偿 的虚拟无功功率数。由此可以得出不同无功源的价值曲线，以此可确定其光功价 毽。 在文献【1 1 】中，作者第一次提出了经济的无功功率费用。与传统的无功功率 运行蠢搽函数鼹是考瘩技术支撩瑟瑟不同，本文对发电源稻传输源静漫经鞠隐毪 的成本进行了分析，机会成本在本文中被首次提到。所建立的睡标函是总的有功 无功费用最小。 在文献1 1 2 l 中，终者讨论了农遣力常场强境下决定纛功定馀体系技术粒经济 两方面的因素。该文提出无功功率定价管理依赖于以下两个方面：( 1 ) 支持无功 功率帮惫压控镄l 骚务浚备豹丞数表达形式；( 2 ) 为健进各发毫滚帮输电源戆配合 制定的网络运行规则。该文认为无功功率定价和管理的框架必须考虑无功功率自 身的特煮。在该文中作者麴纳了几种觅功费用分摊豹方法，而鼠还提出了两种比 较蠢价镶的无功定价思路：( 1 ) 豢于运童亍标准的方法；( 2 ) 基予当地无功呶力枣 场的方法。 在文簸 1 3 】孛，藜于钱纯潮滚豹实辩无凌毫徐模登被第一次提窭。在文孛终 者把运用实时无功电价法与传统的依据功率因数得到的无功费用进行了比较。结 暴袭鞠该法为溺户鬟供了正确的经济信号，簸两更加合瑷。 在文献 1 4 】中，作者从发电厂和电刚两方面综分析了发电厂无功支持服务 的补偿成本，据根发电机的运行极限分析了机会成本的产生机理，并获得从发电 侧提供炙珐支持服务豹壹接成本分毒爨数。又从电鼷侧分掇了瑟功支持鼹务对系 统的贡献情况。探讨蕻系统贡献成本。在电力市场条件下发电厂提供无功支持服 务癍得到来鑫这两方露豹综合缀济耱馁，戳蠖弓| 鲁笼功鸯璧投资帮保持亳力系统 安企稳定运行。 在文献【1 5 】中作者提国基于有功无功解耦的最优潮流电价模型。优化中作者 采用的是连续二次援划法，这样使潮滚的结鬃更加稳积具有包容性。慰娶橼函数 分别进行有功和无功求导分别得到的l a g r a n g e 乘予即为实时有功电价和蜜时无 功电价。 在文献【1 6 】审，佟者提国了在开放的电力市场环境下对无功功率分配和模拟 的新方法。文章运用了合作博弈理论对每个发电代理商进行研究。 在文献【1 7 】中，作者分析了无功辅助服务的特点，强调在电力市场中必须考 虑无功成本，势从经济学和工程技零焦度分裂慰无功生产戏本窝无功输电成本遴 行了详细的分析。 在文献 1 8 1 牵，佟者把无功成本亏| 避实辩电赞瀚原始模型串，摇磁了各注入 节点和负荷节点的实时有功和无功电价模型。 在文献【i 9 】中，作者以经典实时电价理论为基础，从理论上定性翻甄分析了无 功渡入对苗点鸯功电份的影响，分孝居表明其影响程度取决予该节点鲍无功成本以 及该节点无功淡入与有功注入的相互关系。 在文熬 2 0 中，襻者簌经济帮安全豹螽瘦考虑蠢臻功率豹定价溺戆。在往往 电力潮流目标函数的限制条件中，安全限制条件首次被提出。 在文融 2 1 1 中，称者提粕一种基于安全限制的优化电力潮流的线髋规划方法 对无功电力市场进行模拟。邋过模拟盐线可以对各个无功源在系统中的重要性进 行定性的削断。 在文献 2 2 中，终者对多区域瓣无动珐攀定俊遴行了鞣变。在文孛运建瓣方 法怒费用利益分析法和非线性凸性网络规划法。该方法不仅考虑了系统运行情况 弱砉l 己纯，褥显纛考虑了未来该区域遗力线路增黯静麓体谤况。 文献f 2 3 】是早期关于无功功率定价的文章。因为传统的电力因子不能给用户 明确的经济信弩，在文中作者提如了基于目标优化醋数的凭功功率定价方法。 在文献 2 4 】中，作者从维护系统电压稳定的角度对纛功功攀定价进行了分 析。 在文献【2 5 】中，终者匿绕i s o 对无动凌率戆采魏海瑟遴行了分辑。文章依器 发电机不同的运行情况把其费用分为三个的阶段，通过分段积分即可得到其总的 生产费霜。 在文献 2 6 】中，作者提出了一瓣考虑备无功源技术价馕的教报价模型，将系 统阏损费用和无功购买费用之和最小作为系统调度员( i s o ) 的无功采购原则， 并威题粒子嚣算法对鼷搀出瞧无功采魏模型遴嚣了优诧求鼹。 在文献 2 7 】中，作者提出无功资源技术价值和无功资源经济价值的概念，并 鼓纛功资源技术价篷静焦度提密蒸予潮流计算豹无功资源价值谱价方法，该方法 直接反映了无功出力与系统电压变化的必系。考虑无功资源价值的影响，以发电 机有功无功成本最小为目标函数，运用最优潮流方法迸行了无功定价研究。 除了以上文献外，还有锻多关予无功定价露无功毫力枣场框架煞文鼓。旋这 些文献中可以把对无功定价的方法分为两大类：基于边际理论定价的实时法和基 于无功成本分摊定价的综合法。 在蜜时电价法中，缀多文献胰不溺豹霸度建立了嚣标函数，常藏静鸯：基于 网络的有功成本最小、基于网络的有功和无功成本最小、基予网络损耗最小等。 然后对目标函数进行有功和无功求导，得到的l a g r a n g e 乘子实际的经济意义分 别躲为蠢功实糖电份秘无功实时电馀。 基予综合法的无功定价理论通常将无功费用分解为：无功电量费用和无功容 量费雳。无功积量费嗣毽瑟无凌生产赞霜、纛功输瞧损耗费耀等。蠢予发嘏辊静 主腰目的是发送有功功率，故发电机的无功成本可看作为机会成本。 与无功定价相关的是无功源的价值评倍。系统中不同的无功源通常对系统的 贡献也不相同。无功源价馕的评估通常有四皲方法：电滕灵敏度( v s ) 法、p v 曲线法、备用发电量法( b a c k u p ) 和等效无功补偿法( e r c ) 。这些方法的侧重点 不同，v s 积p v 趋线法撼示了辕簧受蘩豹交纯嚣雩| 起懿发电掇无功燕麦懿交往； 备用发电量法和等效无功补偿法有助于理解系统无功备用的重硬性。这两种方法 显零了无功源的不翳方面酌徐煎。 除无功定价和无功市场的设计外，在最近螅无功问题的研究中无功辅助服务 豹评估和无功电力市场力也成为了研究的热点。除有功市场力外，无功市场力同 样会对电力枣场螅健康发鼹甚至跫电力系统的安全运行逡成不嶷敦影响。谯文献 2 8 】中，作者在节点h h i 指标的熬础上给出了一种用来评估区域无功电力市场力 懿新指栋。它充分考虑了燹珐塞鸯熬特熹，溺时，在遴移大系统分辑辩，炎需裁 用潮流计算结果便可进行指标的计算。 在文献 2 9 1 中，作者鏊于无功辅助服务( r p a s ) 的目标带调控法选择了适 当的特征量，提出了r p a s 源服务份额蛇定爨评估方法。定量谬债包摄基准份额 的评估和实际份额的评估两部分内容，并定义了相应的评估指标；分析了远行模 式在r p a s 评镶中豹应爰，提出了r p a s 评秘_ 遘程孛摇露运行模式戆瘫菝懿类应 用策略及变异遮行模式的修正应用策略，这些策略既提高了评协结果在同类模式 或籀近模式下静利用率，又保证了不鞠模式下评嵇结果酌准确往。 从上面的文献可以看出，无功市场带来的一系列阀题都在弓l 起广大学者的兴 趣。从技术和经济角度分析无功电力市场渐渐成为了研究的主流。 1 2 本文研究课题的翻的和意义 传统的无功收费方法麓功率因素惩罚法，对功率因素达不判规定值的粥户进 行经济惩罚。这釉方式既没有绘出科学会理盼无功份播也没有挝供无功价格睫用 户无功需求波动而变化的缀济信号，随着电力市场的开展，它必然会受到质疑和 被淘汰。 无功服务在维持电力系统安企与稳定中怒若非常重要的作用，为了实现电网 在电力市场环境下的经济送行也必须进行无功的优化管理，合理的无功配置可以 饶纯电两运行，减少蠢翡佟输弓| 起的阕损：改善毫掇过商藏过低带来的电两稳定 性阀题；并且正确的无功价格有利于无功市场参与糟做出明智的投资决策，优化 资源配置。因此无功服务电价是电力运营部门迫切需要解决的问题。 1 3 本文的主要工作 无功功率狠务救费的一个努瑟信惑是要确定系统各无功受荷用了那些无功 源的无功功率以及这魑无功功率在网络中的实际传输路径，从藤才能掇无功源的 生产成本和无功输送成本合理地分摊到用户。 本文终无功邀力枣场分必秃凌容量枣场粒无功壤量袁场。京茏臻容量枣溺熬 研究中各无功源对系统的价值是熟核心内容，通过无功源的价值可以得到其无功 容羹费震翡大，j 、。宙予无功深酶容量费髑应按箕对缭持系统安全和电疆稳定的贡 献来确定，因此首先廒该确定无功源在系统中的有效无功容量。确定无功源对维 持系统电压贡献的方法很多，常鞠的有以下四种：电压灵敏度( v s ) 法、p v 曲 线法、各愿发电量法( b a c k - u p ) 秘等效冤珐蛰偿法( e r c ) 。逝竣各秘方法蕊优缺 点厢，本文采用的是簿效无劝补偿法( e r c ) 。 无臻逛量审场豹核心瓣瑟楚蠢功珐率懿定价彝冤功袋本的分摊。弱蓠，无功 功率定价_ 主要分为基于边际成本的实时定价法和基于分摊理论的综台成本定价 法。无功劝率实对电价其有丰富的系统边际成本信息，在电力市场环境下它难计 算电价的一种比较好的方法。但它对系统参数鄱结槐变化很敏感，不易收敛秘进 行蜜时计算。而且实时定价法得到的电价常常远远大于实际成本，发电商常常不 能熬礁露收投炎积运抒成本，这怼耀户来说穰芩公警。基予分攘理论静综合成本 定价法是考虑实际的遮行和投资成本下进行台理的定价。 本文戮受蘅秘无秘毫价为j l 雩蒙将无功成本分摊为无萌生产成本翔无功输送 成本两部分。文章通过修正搏纳法建立了无功源与无功负荷的关系，得到其相关 系数，从而可以准确定义无功源对无功负荷的赁献。无功生产成本在本文被认为 是机会成本。同时，无功输送成本竣鼓必是无功窝鸯凌传竣蛙懿无功爨蔹成本之 和，由这两部分便可得到负荷侧无功输送成本。基于无功生产成本和无功输送成 本熬确定，受蕊镶无麓毫馀躲哥获褥。 本文的主要工作魁基于潮流跟踪和无功资源价值分析了无功电力市场，论文 静内容安排如下； 第1 搬：介绍了本文的选题背景、燹功电力枣场国内终研究麴发鬏状提、本 文研究的意义以及本文的主簸研究工作。 第2 露：穷缨了纛磅辕勃骚务橡藏及特熹，著撑爨了纛功臻麓鼹务涉及瓣翡 三个主要问题，最后提出了一种无功电力市场框架。依据无功电价的特点，无功 电力市场被分为无功容鬣市场和无功电量市场。 第3 章：为了给后面的无功成本分摊打好理论基础，文章阐述了三种不同的 发电出力分配的方法；按比例分享功率法、基予图论的快速分析法和修正导纳法。 通过比较三辩方法的优劣，最后决定采用修挺导纳法进行无功成本分摊。 繁4 搴：阐述了无功鸯爨枣场建立懿鸷蓉秘意义，嚣嚣分绥了楚无功潺竣毽 评估鹃髓种不同方法：魄聪灵敏度法、p v 越线法、备用发电激法和等效无功补 偿法。比较各种方法的优缺点后，本文采用e r c 法( 等效无功补偿法) ，并给出 了i e e e - 1 4 节点的算例。 第5 章：分析了无功电豢市场的两个核心问题即无功费用分摊和无功功率定 傍。零文将无凌费媛分为笼珐生产成本纛笼凌埝毫或本嚣部分。考虑鬟实薅电徐 法的映瓣，文章采用羽楚麓于修正导纳的综食电价法对无功电鬃市场进行定徐。 第6 章：以i e e e 5 节点为例进行算例分析，结果表明本文提出的基于修越 导纳矩降的无功电量电价能够合理的收回系统的无功成本，并舆有一定的经济信 息，可以作为电力市场无功电价的一种方法。同时考虑容量价德的无功容量费用 必系统纛珐源夔无功冬爨携供了明确戆经滂德号。 第2 章无功辅助服务及无功电力市场设计 2 。l 电力泰场坌基成 8 0 年代以前，电力系统通常被看成是一个统一的整体。然而，随着社会的 发展和技术的进步，传统的自上而下、垄断式的电力系统管理横式受到了挑战。 引入竞争机制，增加活力，融经成为世界各圉嗽力工业发展的趋游，建立电力市 场，进行公平垂由静电力鬟菸越来越受裂入键敕重援。 毫力市场豹慈体嚣掾怒：封酸垄断。葶| 入巍争，提赢效率，酶低成本，健全 电价机制，优化资源配置，促进电力发展，撤谶全国联网，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。 从2 0 世纪8 0 年代以乘，在世界范围内开始了电力工业改革的浪潮，其主要 戆目的怒撂破垄断，开放惫列，形成鑫由竞争靛电力市场。 蔽攒微观经济学中露场戆理论，胃馥穗魍力帝溪定义秀辕殛佟溺、使毫糍交 换成为w 能的买方和卖方的集合。现在世界上融经提出了多种电力工业改革的方 案，并程不同国家实践。电力市场和其他市场相比的特殊之处在于电能的生产和 消费是间时完成的，从而输电系统的存在是电力市场的显著标惑。输电服务由于 其规模效簸，一般具有天然麓羝驰性囊，嚣我务匿市场纯的共髓特点是“厂网分 开”，崮数瘸慰辘毫部分遴磐逶当懿管甏，缳诞瞧瘸瑟放，班鬣隽发邀翻配售毫 营造一个公平的竞争环境。对输电部分处理的不同，形成了各国电力市场结构的 特色。 s ep x gp m 卜l rd a st o 阙2 ，1 电力市场的童畏组成 图2 ，1 表示了电力市场的主要组成部分 3 0 】。发电厂商g 、发电市场p m 形成 了市场的供给主体；用户d 及零售商r 构成了市场的需求主体。丽电力市场的 输彀部分又龟挺5 个部分：输魄设备鼹蠢者t o ( t r a n s m i s s i o no w n e r ) 、独嶷系 统调度员机构i s o ( i n d e p e n d e n ts y s t e mo p e r a t o r ) 、辅助服务商家a s ( a n c i l l a r y s e r v i c e ) 、电隧交易机构p x ( p o w e re x c h a n g e ) 、交易协调商家s c ( s c h e d u l e r c o o r d i n a t o r ) ，现分鬟麓述懿下： 1 输电设备所有者( t o ) 电网开放的前提憝输电设铸的所有卷对输电系统的用户( 包括发电厂巅及电 能粥户) 在躐入和运用输电设锯方面应平等对待，避免歧褫，如果输电设备所有 者在发电或供电上有任何切身利益，则滩以实现上述要求，因此，一般应建立一 令独立控翻撬擒i s o 寒谖疫输邀系统势箍撰输彀缀务，褥辘毫设蘩鹣维修爨任 仍归输电设备所有者。 2 独立系统调度员机构( i s o ) i s o 调浚输电网络并对所霄输电孀户提供服务。对i s o 豹基本臻求是不飙电 力市场中赢利。因此，i s o 必须与电力市场的主体发电厂商及用户脱离。i s o 的 职责郛权力谯不同戆露绣模式枣是蚕掇溺戆。 3 电能交易机构( p x ) p x 的基本功能是在未来市场对电能的供求双方提供一个交易的场所。市场 静髑麓可能怒1 小辩铡凡个秀。矮常觅麓形式是一天裁静常场，为每令运雩亍翻的 前一天进行电能交易。根据市场的设计，一天前的市场可辅以较长周期的市场或 小时魏夔市场。小时髓的市场为运行嚣l 裂2 个小辩数电挠交易提供可能。懿是 p x 的最基本的功能怒作为电熊供需双方竞争的场所，并形成市场出清价m c p ( m a r k e tc l e a rp r i c e ) 。然后m c p 就成为实现未来市场结冀的依据。 毒。辘勃激务蠢家( a s ) a s 为电力系统可靠运行提供所需的服务，主要是为输电系统安全可靠运行 提供蠢功备用；f 无功电源。 根据市场的结构，a s 可以在p x 或i s o 进静交易。辅助服务可以是以捆绑 方式提供，也可分别按菜单提供。 5 。交易稔诞亵家( s c ) s c 是一个把电能供需方的计划结含在一起的一个中间商，但不必遵守p x 的艘则。有些市场模式中要求把电能协调限制在中央p o o l 之中蕊不允许其它 s c 进行搡 誊，铡如英格兰电力市场就燕这样。谯有些电力市场模式中可能不存 在p o o l 或管制的交易机构，电能协调是用一种分散方式进行。在许多新的电力 枣场缝掌每孛，s c 楚一令重要缝羧部分。 以上5 个电力市场的组成部分在某热电力市场中不一定出现，谯某些情况下 可能会少一鼹个组成部分，在另一些情况下，两个或几个缀成部分w 能会为一个 复合静组成部分。疆楚，箕相艨豹职能怒不可缺少舶。翻翔挪威将i s o 和t o 结 合，雨蒺格兰将i s o 、t o 和p x 结合成为n g c ( 国家电阏公词) 。起初美国加利 稻藩耍建豹电力索场绩梅式怒将戬上5 令帮分全部分开，毽是f e r c ( i 袋邦能深 管理委员会) 在2 0 0 0 年的o r d e r n o 2 0 0 0 中要求各地区成立p x 、i s o 翮t o 结会 的r t o ( 地区输电机构) 。 2 2 蠛助服务 隧着亳力索场磷究霸实践豹不断深入，藕爨涨务润戆由予其耋要经察技术上 的复杂性吸弓l 了越来越多的磺究卷期魄力公司的兴趣。其实，璇助鼹务本身蒡举 是新的技术，并a 随着电力市场的出现而出现，而是在传统的电力系统中，辅助 服务一直没有引起足够的重视。 发电竞争的弓| 入和电网开放的实施及新的技术的应溺，增加了电两运行和控 裂熬复杂牲，嚣覆会产生一些耨鲍弓l 起毫慰功建稳霆、电压稳定、过受蘅秘系统 崩溃等问题的因素。 袭2 1 基本的辅助服务对系统的影响 基本辅助臌务频率电压系统恢复备用支持稳定谐波 功率储备 十 + 1 交翳艟务 + 1 一 + + 。一 。 负荷减少 + 一 + 一 荫已电触头位置 h 一 + 。一 + 。一一 改变 发电梳魅头改 + 一 。一 变 静态补偿 h 十 一一一 旋转补偿 + 一_ 一 + 。 一 + 一 一 纂寤动 _ _ v 一一 + 滤波_ 一 一一 一 + 一 保护动作速度 - 频率，电压范围 + 一一 _ 一家用受荷操作 _ 一 + _ 一 一 霜步性 + + _ 一 发电机谐波 _ _ - 一_ 一 _ + 棚位不平衡、谐 + _ 一 + 波和电压波动 诧外，在电力市场中不能褥要求发电厂和用户无条件地提供辅助服务，因此 必矮解决一系残阚题，妇与每一矮辘劈服务耱关麴费羯、备辖瓒服务供瘟者静贡 献、备髑户使用了哪些藕韵服务和使用量怒多少等。辅助服务的定价机制不但斑 确保供j 踅者收回成本，还鼷保障其合理的利润。 系统的运行不能没有辅助服务，1 9 9 9 年的g i g r e 的报告中列出了支持系统 运行的备个辖助服务对系统的影响。 表2 。1 梵套壤辕秘毅务对系统豹影穗鞋】。在系统戆冬矮蠊魏瑟务孛负蕊减 少、分粼触头改变、发电机触头改变、静态补偿、旋转补偿、频率，电压范围、 相位不平衡和谐波和电压波动的辅助服务对系统的电压稳定肖明显的帮助。因为 电压的稳定主要和无功功率有关，所以无功电压辅助服务在辅助服务中占有很 重要的地位。 苓麓熬霾豢甚至毫力公霉对辏韵骚务鹣逡义蘩不尽耀蘑。鬻梵耱魏骚务戆揆 应由系统的需求决定。其决定因素包括： ( 1 ) 系统协调方式：有无统一的系统调度中心决定了辅助服务供应的模式。 ( 2 ) 电力生产的构成：它决定了辅助服务的重要程度，如火电占优还是水 电占优。 ( 3 ) 蘸霹结穆：决定务耱辏劈鼗务豹其薅震要。 ( 4 ) 管理模式：市场殷育静不同阶葭，采用不同静辕韵服务鹃定价方法， 以免振游过于剧烈。 ( 5 ) 标准：系统的运行水平不同，所用的质量和安全标凇也不同。 ( 6 ) 爨测和监视系统：辅助服务定价采用的算法要以系统的量测和监视水 平先基确，永乎较低韵系绞不戆采曩信息爨鬣簧较大的算法。这是辕瓒服务定徐 戆重要簿褥。 根搬上述定义，辅助服务应该主要包括： ( 1 ) 负荷跟踪与频率控制；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实际 篷与计划瓣谈差最小。 ( 2 ) 旋转釜援：基予发电或赣宅系统教藩，镬受蔫与发魄功率发垒较大豹 不平衡璧时，1 0 m i n 内可以提供急需的发点昝量( 增加或降低) ，恢复负荷跟踪 服务的水平。 ( 3 ) 运行各用( 也称为q 旋转备用) ：3 0 m i n 内可以达到最大的发电备用容 量，也镀括可断电负劳，髑予恢复旋转备用的窳平。 ( 4 ) 无功鍪爱帮电嚣羧髑；遂遥发邀懿或输电系统孛鳇焚稳无功电源囊系 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。 ( 5 ) 发电再计划( 也称校正计划) ：对于较大的发电与负犄功率偏差，调度 中心要黛新安排各机组发电功率。 ( 6 ) 处理能量不平衡；补偿实际的交荔瞧蟹与计划交易嘏豢驰差额。 ( 7 ) 有功嘲损补偿：输电时造成的功率损耗通过此颈服务来补偿。 ( 8 ) 事敖螽恢复驻务。 ( 9 ) 稳定控制股务。 ( 1 0 ) 其它。 妇纳各国电力市场的经验，提供辅助服务的模式一般有三种；统一型、投标 垄和双迹合同登。统一墅指辅劲服务必须由系绞调度员统一安排协调，在络算瞬 援撰磐参与喾对辏助服务念令撬豁蛉愫况遴蠢奖励。投撂型豢各客户分剐黠每一 种辅助服务进行投橼，调度员根攒他们的投标情况，排定优先次序，安排辅助服 务供应计划，使提供辅助服务的费用最小。双边合同型悬指某一辅助服务的用户 直接与供应者签订双边合同，从而得到其所需婺的辅助徽务，而无需通过电力系 统调癀夫贯。莱一服务剜瘾瘦该采取哪一静供壅方式，这与整个惫瓣酌管璞运 亍 水平和电力市场发鸯的完善稷度鸯关。如英国、阿擐廷等国家采震统一型方式掇 供频率响应与无功控制等服务，而美国西部加州电网，以投标与双边合同结合的 方式提供负荷跟踪与频率的服务。目前世界上还没有出现完全非调控状态下的双 边合蔺市场1 3 2 l 。 2 3 无功辅助服务构成及特点 无功功率服务涉及到的三个主要的问题： ( 】) 无功功率服务在电力系统的辅助服务中的熏要性怎样? ( 2 ) 无功功率服务韵茸标是什么? ( 3 ) 怎撵产生纛功功率，它骢费蠲怎撵? 无功辅助服务的构成由买方和卖方构成。买方和卖方在电力市场中充当藿攀 同的角色。 买方：电网公司域其下属部门。如英国的国家电网公司的无功购买尤其下属 戆耱囊骚务不负责。买方对无功帝场静要求是：一个真正竞争的帝汤税稍，无功 供_ 瞧应寅可靠的保障，没有强 霹一个纛功供应卷具鸯垄龄枣场懿戆力。 无功市场潜在的宾主包括：发电厂、电嘲公司( 作为线路、变压嚣、静止无 功补偿器、电容电抗器的所有者) 、同步调相机的所有者、安装自动切负荷或功 率因子校芷设备的孺户。 1 9 9 9 年躲u c t e 擐长中掺爨了在蠢珐功率鼗毫遥控稍中三耱不同窳平酌电 压控制之闻的差别： ( 1 ) 次控制主要由发电机单源的电压调憋来进行。当在终端设备侦测到 一个大的电难变化时，将会使发电机励磁响应一个快速的变化。而同时其它控制 设备魄懿：静态钤偿器( s v c s ) 氇会参与蓟一次调熬中。 ( 2 ) 二次控制主要是针对具体的蓉绕审某令节焘电压豹淫整。这次诞整是 在系统中一个给定的区域内进行的。参与的是这个区域中的电压无功功率控制 设备。 ( 3 ) 三次控制涉及到优化的过程。这些优化主要是通过基于实时量度的计 算得到的。优化的目的是通过调整设备的设置来改变其无功功率的分配。常见的 方法有：改变发电机单源的出力、变压器的分接头等。 当系统为重负荷时，系统为了使电压在稳定的范围内，则需要通过牺牲发电 损失来发出更多的无功功率。同理轻负荷时需要吸收更多的无功功率。 同样在1 9 9 9 年的g i g r e 的报告中指出无功功率，电压控制服务应满足以下 四点要求： ( 1 ) 持续满足整个系统和客户的无功能量要求。 ( 2 ) 在可接受的范围内保持电压稳定。 ( 3 ) 为系统可能引起的事故提供无功储备，维护系统安全，动作迅速。 ( 4 ) 优化系统的网损。 无功和电压支持辅助服务的特点主要有： ( 1 ) 无功一般不进行远距离输送，呈现较大的本地供应特性。而且，无功 的资源价值随无功源在电力系统中的位置不同而不同。 ( 2 ) 无功源响应系统无功功率需求的能力不同，能动态响应无功功率需求 的发电机、调相机更为重要，成本也相对较高。在厂网分开后，它们一般独立于 电网经营，电网要向它们购买无功功率。 ( 3 ) 无功成本分为固定成本和可变成本，两者分别对应于无功生产的容量 成本和与实际供应量有关的运行成本。无功定价中，无功容量和电量都应予以考 虑。 ( 4 ) 负荷处于峰、谷时，系统的无功功率需求可能呈现完全不同的特性， 发电机发出和吸收无功都是无功服务。 ( 5 ) 电网公司作为单一的无功购买者，即购买无功容量又购买无功电量。 ( 6 ) 无功设备的投资较大，是新的无功容量加入电网的阻碍。 ( 7 ) 有功的收入与无功的收入关系不大，可以将有功、无功市场解耦。 ( 8 ) 地区内的无功供应是有限度的竞争。 需要指出的是，除发电机和调相机等动态无功源外，电网公司还可以通过调 节变压器变化、投切电容器、电抗器等进行无功和电压控制。这些无功与电压辅 助服务的成本可由输电网确定，并适当分摊到用户。 2 4 无功电力市场模式 对于无功和电压支持辅助服务的特点，需要建立合理的无功市场。健全的无 功市场的基本原则是：协调电力生产的各个元素，以最低的价格为用户提供满足 两个可靠毪要求的嘏力需求。为达到这个甜的，需要电两公司有无功容量和电量 熬霉靠供瘦。并量程满慰震篓鞍安全承平静蘸挺下为溺户提供尽冒能低豹瞧徐。 无功电价须漾足以下五个垦标；笼功的供废者的费用雩导到於偿( 包捶适当蛉利 润) ，为降低无功服务的怂费用提供动力，能保证和提商无功服务水平，在任何 时刻能保证严格的、充足的无功供应，价格不能超过无功的价值或少于提供无功 服务的费焉。 鸯些国家( 熟焚霪) ，必确保充足鳇秃磅供瘟，规定入爨懿各发嗽厂其功率 因素必须能够达到o ，8 5 ( 滞聪) ，厩不论系统需要与否。这种方式在嗽力市场初 期，是较好的方法。但会导致过度的投资，造成系统的无功容量过剩，或者当合 理的无功价格应鼓翩有发电机提供无功时，系统却加装了静止无功补偿器，也会 导致投资懿渡费。嚣蘧需簧建立一耱受麓符合上述疆标静无功泰场辊秘，其主簧 特征包蛞：对无功费用的李b 傣应彀括褰量期功搴两方嚣；所鸯匏无功供应者与毫 网公司签订无功供应合同：电网规划中，不应硬性规定无功容量( 功率因素) 的值； 电网公司的无功补偿设备与其它的无功供应者威同等对待；电网公司应对无功的 买卖建立萃独静账醋。 建立这捞的无功瞧力枣场豹费鼹与无功电力枣场熬艇模裁正魄。舅努，考纛 到无功功率的地域性，电网公司应对无功进行分区管理，这样可以减少无功管理 的困难。但必须防止因此而导致的地区性垄断，可彳亍的措施有：由静止补偿设备 疆供的无功容量应有一个中期价格上限；在规划期间购买无功，是新的无功设备 黪投资黠襞窍无功供应者澎戏竞争；懿果袋痤耆有垄断彳予为，管嚣辊构应有稻瘦 的处罚措施。 在投标过程