（电力系统及其自动化专业论文）电力市场下的网损计算与网损分摊.pdf

浙江大学硕士论文2 a b s t r a c t t h en e wo p e na c c e s st r a n s m i s s i o n m g i m e i s s p e a r h e a d i n g t h e r a p i d d i s i n t e g r a t i o no f t h ew e l l - e n t r e n c hv e r t i c a l l yi n t e g r a t e ds t r u c t u r eo ft h ee l e c t r i cp o w e r i n d u s t r y , s ol o s sc o s ta l l o c a t i o nb e c o m e sam a j o ri s s u ei nt r a n s m i s s i o no p e na c c e s s f a c e db yt h ee l e c t r i cp o w e r i n d u s t r y t h i sp a p e r p r e s e n t san e wp r o c e d u r ef o rc a l c u l a t i n gt r a n s m i s s i o nl o s s e sa c c o r d i n g t ot h ea c t u a ls i t u a t i o no f1 0 k vd i s t r i b u t i o nn e t w o r k f i r s t l y a ts e c t i o n si i ，w ep r e s e n t a no v e r v i e wo ft r a n s m i s s i o nl o s s c o s ta l l o c a t i o ni n v o l v e sb o t ht e c h n i c a la n d r e g u l a t o r yi s s u e sa n di n t r o d u c et h et r a c i n ga l g o r i t h mw h i c hi st h em o s tr e a s o n a b l e o n eo fa l lm e t h o d sa v a i l a b l ei nt h el i t e r a t u r e t h e nt e s tr e s u l t so f l o s sc o s ta l l o c a t i o n u s i n gt h et r a c i n ga l g o r i t h mi nf o u r - b u ss y s t e ma r ep r e s e n t e d t h eo b j e c t i v eo ft h e l a s tp a r ti st o p r o v i d eas u m m a r yo fr e c e n tm e t h o d so fl o s sa l l o c a t i o na n ds o m e o p i n i o nf o rd e s i g n i n g f a i ra n d e q u i t a b l el o s sa l l o c a t i o nt e c h n i q u e s i n d e xt e r m s ：d i s t r i b u t i o nl o s s e s k c lr t d sa l l o c a t i o no ft r a n s m i s s i o n l o s s e s t r a c i n g t h ef l o wo f e l e c t r i c i t y 浙江大学硕士论文 刖菁 网损向来是电力系统经济运行中的一个重要问题。在传统垂直垄断的体制 下，网损问题主要表现在两方面：一个是采取措施减少网损，另一个是进行考虑 网损在内的经济调度。也就是通过理论线损计算便于运行管理部门进行分析，从 而采取切实可行的降损措施，以达到最大的经济效益。本文第一部分是对理论线 损计算的研究。 电力市场环境下，发电、输电、配电和售电等业务进行了垂直的分解，分 别由不同的经济实体提供。因此，必须对传统混合在一起的电力成本进行分解、 分摊。网损属于输配电服务成本中的一部分，由于不同的计算和分摊方法会造成 在不同电网用户间分摊比例的很大的差异，如何进行统一的精确计算和公平的分 摊。成为了电网用户关注的问题。本文第二部分是对电力市场环境下网损分摊的 研究。 本文所做的主要工作有： 一、为适应今后电力市场的发展，线损理论计算的精度和效率需进步提高， 本文针对1 0 k v 配电网的特点，提出一种新的快速有效的计算方法，通过i h d s 仿真验证，用数据库编程实现该算法，并将其应用于浙江丽水地区。 二、 对网损分摊的背景及分摊原则进行阐述，并介绍了网损分摊闯题的解决 方法和发展方向。 三、 在分类介绍现有分摊方法的基础上，详细阐述了较为合理实用的潮流追 踪法网损分摊，并深入分析和比较各种分摊方法的优缺点。 四、采用一种新的变化方式应用潮流追踪法分摊网损，并将其应用于四节点 简单电力系统。 浙江大学硕士论文 第一部分网损计算 本文针对l o k v 配电网提出种新的网损计算方法，通过r t d s 仿真验证了 该方法的可行性，并应用数据库编程实现了对浙江丽水地区l o k v 配电网一天2 4 小时9 6 点的离线网损计算。 1 损耗理论计算 线损计算是电力系统的传统问题，在理论上有多种计算方法。在些精度 要求不高的场合，采用估算的方法、估算与潮流计算相结合的方法( 如等效电 流分布法、等值电阻法、各种回归分析法等) ；在精度要求稍高的场合下，多 使用潮流计算方法( 如等效节点功率法、损耗功率累加法等) 。 配电网与输电网相比，具有闭环结构、开环运行的特点。稳态运行时网络 结构多成辐射状，p v 节点少，p q 节点多，由于随机性而使三相负荷不平衡， 配变一般采用y n 接法。 针对以上特点，用估算的方法精度不高，用潮流算法计算时间长、效率低， 而且更多情况下都是经过特殊处理，没考虑配电网三相不平衡闯题。 目前，配网中广泛采用负荷控制、负荷远测等配网自动化装置，配网中配 变电流的大小和相位已能得到，可作为已知数据直接进行网损计算，本文正是 基于这个前提提出快速计算方法。 快速计算法主要是用对称分量法处理负荷的三相不平衡，通过基尔霍夫电 流定律求出全网每条线路的电流，最终得到能量损耗。 总的来说，网损的计算公式可以分为两大类，一类是根据网损等于全网总 注入损耗，用节点注入表示的公式，一类是根据总网损等于各条支路的网损之 和，用支路电流或功率表示的公式。每一类中，根据所使用的变量不同( 复电 流、有功功率、复功率等) ，又有很多种表示方法。下面的几个网损的计算公式， 分别是用节点阻抗矩阵元素和节点功率、节点阻抗矩阵元素和节点电流的极坐 标形式、节点阻抗矩阵元素和节点电流的直角坐标形式、支路阻抗与支路电流、 支路阻抗与支路电流分量表示的网损公式。其中n 为系统总的节点数，i i l 为系 统总的支路数，t 为支路电流分量的数目。 月 hp 另= 斋k 只弓+ 9 9 ) c o s e o 一( 只纺+ q , p a s i n 岛】 ( 1 ) 浙江大学硕士论文 0 = r ，c o s g 只= r 口( ，。+ ，。) ，1 ，l 鼻= r ，? ( 2 ) ( 3 ) ( 4 ) m， 鼻= 尺，。fc o s # ( 5 ) ，；lt - ij l 这里列出了网损计算的几种公式，快速计算方法应用的是公式( 4 ) 。配电 网中一般架空电网变电所出1 3 电压的不平衡度一般不超过o 5 1 5 ，因此本 方法在线损计算过程中假设系统电源电压平衡且为某一定值。 1 1 线路损耗的处理 1 1 1 三相不平衡问题的处理 已知配变低压侧电流向，舾，尼，功率因数角加，加，如可得到三相不平衡电流 l a = l a l 由 i b = 乃么扔 l c = 血么出 e d e n 变压器一般采m k y 。接法，故高压网不存在零序电流。由对称分量 法求得低压侧正序、负序分量如下： 而t = ；【肠c 。s ( a ) + l b o o s ( 九+ 1 2 。) + 尼c 。s ( 丸+ 2 4 。) j ( 6 ) + ；，瞳s i n ( 丸) + 肋s i n ( 九+ 1 2 0 ) + 尼s i n ( 丸+ 2 4 0 ) 】 厶：= ；阻c 。s ( 九) + 乃c 。s ( 以+ 2 4 0 ) + ，c c 。s ( 以+ 1 2 0 ) + ；，s i n ( 丸) 尼s i n ( 九+ 2 4 0 ) + 尼s i n ( 丸+ 1 2 0 ) 】 根据以上分量可求得高压侧线路电流如下( 以y o 一11 接线为例) ( 7 ) 型型型塑 ! l 2 砉( 缸e 。+ j a 2 e - j 3 。) ( 8 ) ，e 2 去( 乜p 1 p 脚+ i a 2 e m 。e - j 3 。)( 9 ) i c2 素( 凰g 2 。p 脚+ i a 2 e - j 1 2 。e - j 3 。) ( 1 0 ) 式中k 为变压器的标准变比 其余线路电流，可根据基尔霍夫电流定律得到。 1 1 2 线路损耗 已知每条线段每相的电流，一按公式( 1 1 ) 三相分别计算该线段的损耗 鲋“，= ，2 j r ，x t x l 0 3 酝脚) 鲥= ，2 自凡，t x l 0 3 如腑) 鲋虮2 ，2 f 月，x t ) ( 1 0 3 0 砌) ( 1 1 ) 式中：r ，一第i 条线段每相电阻值。q ： t 一计算时间( 电网中数据采集的时间间隔) ，h 。 1 2 变压器损耗的处理 变压器损耗分为两部分：可变损耗( 铜耗) 和不变损耗( 铁耗) ，考虑配电 网的三相不平衡，按公式( j 2 ) 计算其可变损耗， 蝇= 孚( 剖2 峥( 剖2 + 争( 爿2 ， 式中： r 是变压器短路损耗，k w ： ，：，是变压器低压侧额定电流，a ： a ，尼，血是变压器低压侧实测电流，a 。 不可变损耗也是变压器的查载损耗r 。 变压器的总损耗为鲋。= 蝇，+ 只，。 浙江大学硕士论文 9 1 。3 配电网损耗 配电网的总损耗按( 1 3 ) 式计算 鲋= 鲥。+ 削n ( 1 3 ) 若电力局按月统计网损，则将各时间段的计算值累加即可得到，此方法按每 天实际数据计算，使网损的计算结果接近实际损耗情况。 2r t d s 仿真 r t d s 是电力系统实时仿真系统。可以方便的构造系统模型并对运行的各个 方面进行实时试验。能够迅速的发现系统所存在的问题，从而能够立即研究并试 验相应的解决方法。 本文用r t d s 对一条模拟线路进行了仿真计算，网络如图l 所示： 图1 三相不平衡系统图 三段线路的参数分别为长度6 k m 、6 k m 和1 0 k m ，电阻0 2 7q k m ，电抗o 3 3 5 q k i n ，线路三相对称。考虑配电网负荷三相不平衡，在三台变压器的三相分别 加不同负荷，保证有一定的不平衡度，具体数据见表l 。对于变压器的模拟，r t d s 假设配变的电阻为零，只记入其空载损耗。由于配变损耗并不影响算法的运用， 在整个仿真过程中主要考虑用快速算法计算线路损耗，暂不计入配变损耗。 快速计算法所需配变低压侧数据由r t d s 实测得到，具体数据见表2 。其中 电压电流角度是指同一时刻的瞬时值。 浙江大学硕士论文 1 0 3 算例分析及结果 已知变压器低压侧电压、电流的相角和幅值，用快速计算法和r t d s 分别 对以上线路进行模拟计算，其中r t d s 计算步长为1 8 7 5 度，结果见表3 、表4 、 表5 。 比较以上数据，两种方法线损率误差0 0 0 2 5 8 ，线路电流最大误差0 1 4 ， 可见，本文提出的方法在精度上已能完全满足工程需要。两种方法之间存在的 误差，是由于用k c l 计算全网电流时近似认为各点的电压相位致所致。实 际上，馈线带负荷运行后，同一点的三相电压最大偏差是3 4 2 ，三相角度不 对称度最大为3 7 5 度，不同点电压最大相角差是3 7 5 度。但考虑到误差很小， 结果满足计算精度要求，所以快速计算法仍为有效的网损计算方法。 表1 ：r t d s 原始系统数据 t 1t 2t 3 abc abcabc p ( k w ) 2 2 9 27 4 51 8 1 11 7 3 91 3 4 56 4 5 21 2 3 8 2 0 9 43 2 0 7 q ( k v a r ) 1 4 2 53 6 7 48 9 2 89 2 9 56 0 9 4 4 0 0 25 6 0 78 6 7 51 4 5 3 c o s0 8 4 90 8 9 70 8 9 70 8 8 20 9 l l0 8 4 90 9 j l0 9 2 4 0 9 1 l 表2 ：快速计算原始数据 1 ( a ) 1 7 3 30 5 0 81 2 9 91 3 0 00 9 3 8 0 4 8 80 8 9 71 4 8 62 4 6 0 _ 1 4 41 0 51 8 81 3 81 0 52 0 6- 1 3 31 0 51 8 8 e f 1 1 21 3 l7 5- 1 1 01 2 9 41 1 2 51 0 81 2 7 55 6 2 5 最， 表3 ：变压器高压侧电流比较表 t 1t 2t 3 i a li b li c li a 2i b 2i c 2i a 3i b 3i c 3 理论( a ) 4 5 4 93 7 6 2 36 2 4 44 4 1 22 9 6 63 6 6 94 9 0 38 1 0 6 66 8 6 4 r t d s ( a ) 4 5 9 23 8 0 8 36 2 2 54 4 4 23 0 0 63 6 7 64 8 8 0引0 6 86 8 6 9 表4 ：线路电流比较表 i 段i 【段i 段 i a li b li c ll a 2i b 2i c 2i a 3i b 3i c 3 理论( a ) 1 3 4 4 51 4 6 8 31 6 4 1 39 2 1 81 0 9 71 0 1 8 74 9 0 38 1 0 6 66 8 6 4 r t d s ( a ) 1 3 5 2 91 4 7 7 7l “6 89 2 41 1 0 0 81 0 2 5 94 8 8 08 1 0 6 86 8 6 9 浙江大学硕士论文 r i 段i i 段i 段线段总损耗 线路线损率i l 理论5 3 9 2 62 5 0 3 61 8 3 6 7 9 7 3 2 93 0 5 1 9 l r t d s5 4 4 92 5 2 71 8 4 59 8 2 l3 0 5 9 8 f 以上理论数据与r t d s 实验数据结果误差很小，因此可以证明在一定假设条 件下该方法是可行的，快速计算方法在配变数据可得的情况下，尽可能的减少计 算量，考虑了三相不平衡，精确快速的计算了配电网的线损。 第二部分网损分摊 第一章网损分摊问题的背景 1 1 网损分摊背景及目的 电力工业正在走向市场化，其最终目的是通过引入竞争机制使电价降低。不 像发电和配电系统，电网系统一般属于自然垄断。考察美国电力市场的自然发展 过程和英国以政府行为建立电力市场过程可以看出，电网在电力市场中处于核心 的重要地位。因此，我国电力工业改革的趋向是“电厂大家办，电网国家管”， 它不但完成把电能从各个发电厂传送到用户的任务，而且提供一些辅助服务，提 供转运业务是电力市场中电网的一项基本功能。 转运是电力市场平等竞争的必要条件，可以给电网带来巨大的效益。转运是 提供输电设备，为其他的电力供、用方输送电能。其中，输电设备的拥有者必须 与电力供、用方在经济上相互独立，而供方与用方可以是相互独立的，也可以是 同一经济实体。比如，某大型工厂，在其他地区投资兴建自备发电厂，再通过电 网转运电能回本工厂。这时，电能的供方与用方是同一经济实体，但与电网拥有 者在经济上是相互独立的。 随着电力工业体制的改革，电网的商业化运营已成为迫切需要解决的一个重 点课题。而目前，我国己出现了少量的转运业务。髓着电网体制的改革，可以预 见，转运业务将获得极大的发展。转运费计算的基础是转运成本，因此承担转运 的电网必须全面、合理的确定转运成本。转运成本的计算是开展转运业务的首要 工作。转运成本指承担转运业务的输配电网在提供转运服务时所花费的成本，包 括以下几个部分。 1 输配电设备的投资回报 输配电设备的投资回报，有两种计算方法，一种称为“堆砌方式”，根据投 浙江大学硕士论文 资的类型如贷款、股票、自有资本，分别计算每年的利息、股息、利润，把他们 加起来，就是每年的投资回报；第二种方式是利润率方式，即对总投资乘以一定 的利润率，所得结果即为每年的投资回报。 2 输配电设备的折旧 在计算年折旧费时，首先要确定设备使用年限，一般定为3 0 年。年折旧费 的计算有两种方法：定额法和双倍余额递减法。采用定额法时，每年的折旧费是 相同的；而采用双倍余额递减法时，其折旧费随着当年帐面价值的递减而逐年递 减。 3 网损 电网在传输电能时，各个组成部分包括导线、变压器等均将产生有功损耗而 损失电量。在传统上，电力企业用广泛和统一的方式来考虑系统损耗，通常将系 统总损耗按一定的比例分配给系统成员( 例如传输网，升压和降压变压器，配电 网及其它) 。因此，损耗计算，尤其指电能损耗计算都采用近似值。然而，电力 企业正在新的环境下运行，一方面使损耗计算更复杂，另一方面要求公平分摊网 损。 网损成本取决于各支路上的潮流，如何根据各项转运业务对支路潮流的影响 来分配网损成本，是一个复杂的问题。电网在执行转运业务时，必须提供足够的 输送容量，承担网损。同时承担转运对电网运行带来的影响。 除了以上三部分，转运成本还包括重新安排发电计划和经济调度的费用，可 靠性成本，维修费，行政管理费和税收。在实际应用中，以上转运成本的各个组 成部分，只部分的加以考虑。但总的来说，网损成本都是必不可少的一部分。 本文的主要内容是解决上面提到的在电力市场环境下网损分摊问题，其目的 是分配给每个发电商和用户应承担的网络传输损耗费用。为了简化计算，发电机 调度及其清算价格都是通过忽略网损的优化方法来计算的。然而，因为电力系统 不可避免的产生损耗，提供必需的系统网损的机组应该为这项服务得到补偿。网 损分摊的过程决定了这个附加费用应该怎样在发电商和用户间以公平的方式分 配。网损属于输配电服务成本中的一部分，输电网中典型的比例是占总发电量的 4 ，由于不同的计算和分摊方法会造成在电网用户问分摊比例的很大的差异， 如何进行统一的精确计算和公平的分摊，成为了电网用户关注的问题。同时，不 同的网损分摊方案，也会对电力系统的经济运行发生影响。因此，合理、公平地 对网损进行分摊，无论从提高整个电力系统的经济效率来说，还是从对不同电网 用户的公平开放来说，都有重大的意义。 浙江大学硕士论文 1 2 网损分摊的必要性及原则 1网损分摊的必要性 开放传输网络o t a ( o p e n t r a n s m i s s i o na c c e s s ) ，是相对较新的合作概念，指 所有市场参与者享有同等使用系统设备和遵守物理约束条件的权力，同时必须履 行完成合同所需的费用。一些新概念的产生，例如发电商间的竞争，电力作为商 品的概念，电力交易合同，电力期货市场，i s o s 等等暗示了对已存在的电力网 络交易的重大影响以及在电力经济实体，终端用户和独立电力生产者等之间一套 全新的交易。在这种新的情况下，完整的市场和有效的定价规则对提高电力传输 有很重要的意义。在对发电、传输功能和独立特殊公司私有化分类计价过程中， 产生很多有争议的问题。有的问题根源就是传输网络的基本本质。开放传输网络 环境保证发电商公平的进入网络，但又要求使用网络的费用应从所有市场参与者 中获得。然而，系统网络对发电机送出的潮流提供多种路径，物理追踪网络中某 台发电机送出的电能的路径是不可能的。这就是电力网络中共同或联合费用分摊 问题的根源。 有功损耗一般是由传输线路电阻部分引起的，每条线路的损耗都依赖于潮 流。因为每条线路上的潮流都是由与之相连的发电机送出的潮流的总和，能被归 于某一特殊的市场参与者的传输损耗比例非常依赖于潮流占用网络线路的方式。 虽然由于潮流公式的非线性本质，准确的将支路潮流分配给发电机和负荷是不可 能的，但分摊网损费用的共同协议对提高竞争仍然非常重要，因为只有所有实际 的和有潜力的市场参与者都相信电力市场的运作是公平的，竞争才能在这个市场 中充分发挥其作用。 因此，面对现今正在进行的电力工业改革，竞争机制的引入，只要存在交易， 公平、合理、透明地分摊传输网络损耗费用的协议就必不可少。 2 网损分摊的基本思想 在进行网损分摊之前，首先必须明确两个基本的原则： ( 1 )线性电路理论告诉我们，功率不能用叠加原理进行计算。因此，目 前网损分摊不存在基于严格理论的方法。任何分摊方案都是基于某 种原则，使电力交易的所有参与者能够接受的近似方法。 ( 2 ) 必须弄清产生网损的原因，从而提出公平、合理的原则，确定网损 的承担者及各承担者应分摊的量。 众所周知，电能的产生地和用户般不在同一地点，这就需要把电能通过输 电线路从发电厂传到用户，电力网络就是为经济地同时完成多个任务而产生的。 浙江大学硕士论文 显然，为完成发电方和用电方的交易而在网络中产生的有功损耗自然应该由发电 方和用电方承担。概括的讲，所有从电力网络母线上进行功率交换者就应该是网 损的承担者。 网损在各承担者之间如何分摊，要遵循公平的原则。提出公平、合理的网损 分摊方案至少应从以下几个方面考虑： 应真实的反应各使用者利用网络的程度 对各使用者应该尽量公平，而且方案始终如一，应避免人为干预 方案应简单且容易实现 1 3 网损分摊方法的概况 关于网损分摊问题已提出许多方法，在任何一条线路上，网损由潮流决定。 它们主要从两个角度出发，一是市场经济为主的角度，一是电力系统为主的角度。 从市场经济为主的角度，主要提出两种分摊方法，基于边际成本价格网损成 本分摊法和基于开放传输网络的合作博弈论网损成本分摊法。首先介绍前者，根 据微观经济学理论，短期边际成本价格能够在短期内获得最优资源分配。因此， 一个随机的反应边际成本的实时市场价格在电力市场中对所有的代理商来说是 一个有效的经济指标。后者是应用基于开放传输网络的合作博弈论网损成本分摊 法，该方法基于网损分摊问题的本质从经济学理论中找到新的更适用的定价理 论。具体内容将在第二章中详细介绍。 从电力系统为主的角度出发，已提出许多方法，总的来说，可如下分类： a 敏感系数为基础的网损评估法 r u d n i c ke ta l 在文献【1 】中针对传输成本提出两个敏感系数：广义发电分配 系数( g g d f ) 和广义负荷分配系数( g l d f ) 。二者都基于定的负荷潮流。用 几个基于g g d f 和g l d f 的可选择公式在发电机或负荷间来分摊系统损耗和其 它边际运行成本。 j s c o t tc l a y t o n ，e l - a l 在文献 2 1 中存在e d 问题时计算转运损耗的基础上提 出了罚系数，也就是损耗向量比负荷向量。 敏感方法最有力的是它的计算高效性。通过潮流雅可比矩阵。损耗罚系数能 够被很容易的得到。 b o p f 为基础的损耗微增法【3 , 4 】 通过计算某一交易存在与不存在时网损的差异可以计算该交易引起的损耗 增量。从概念上说，这种方案非常适合网损计算，它能解释发电机母线和负荷母 线的功率变化，而且这种算法不考虑平衡母线。 浙江大学硕士论文 1 5 c 负荷潮流为基础的网损分摊方法【5 ，6 】 这种方法从一个标准的潮流计算程序或是状态估计程序开始，然后在假设按 比例共享的条件下追踪某发电商或某一要求的具体潮流组成。负荷潮流法能够 利用网络拓扑在传输线路上对每一发电商和负荷按比例分摊网损。 以上介绍的分摊方法各有优缺点，在下面第二章和第三章中将对其中几个作 详细阐述，并应用于简单系统，对分摊结果进行比较，最后叙述网损分摊现存的 问题及其发展。 第二章传统网损分摊方法 目前已提出许多网损分摊方法，本章将从两个角度简单叙述三种分摊思想， 从经济学角度，介绍了基于博弈论的分摊方法，指出传统边际成本定价法不能满 足收支平衡原则，因此，针对网损定价问题，根据经济学理论以及网损分摊问题 模型提出新的定价理论，a u m a n n s h a p l e y 定价，具体内容将在本章第一节中介 绍。从系统角度，介绍敏感系数法和损耗微增法两种分摊方法，前者介绍了三种 不同的敏感系数，后者是基于交易的经典网损分摊方法，在本章二、三节中分别 介绍。另外，从系统角度还有一类重要的分摊方法，潮流追踪法将在第三章中详 细介绍。 2 1 合作博弈法网损分摊 传统使用的定价理论是边际成本定价法，为了计算提供负荷的边际成本价， 下面的优化问题应该考虑，即实现受到所有系统潮流的等式和运行约束的运行成 本最小化的目标函数。可以表达如下： m i n c = c ，( 尸g ，) ( 1 ) ，岫 同时考虑物理和运行约束，其中等式约束为： 屹一尸d ，一i 眈8 匕i c b s ( 以+ 一4 ) = o ( 2 ) q 。，一q 。一| | _ 0 巧i 跏( 巳+ t 一4 ) = 0 ( 3 ) 不等式约束为： 圪。p g sp 6 f ( 4 ) q g 绋，如 ( 5 ) 浙江大学硕士论文 s 。，。；。i s ，i s 。 。1 i 。 ( 6 ) ( 7 ) 因此，用非线性方法对拉格朗日目标函数进行求解，可分别得到有功和无功 的边际成本价格m c 。和m c 。，。应用边际成本直接对发电成本进行分摊，母线i 上的负荷应付成本价为m c 。尸d ，。但是，用这种分摊规则产生的问题是如果 成本函数从逐渐降低的趋势返回到生产函数，就会出现下面的不协调( 设 0 个 传输代理商) ： m c 。匕， c ( p 6 j ) ( 8 ) t e n d ，e ，幢 这也就意味着传输系统的收益要比实际成本高。改革的挑战是设计开放的报 价系统，根据市场需要，激励已存在系统的有效使用和未来系统的发展。也就是 说，任何分摊规则的使用应考察两个问题：公平性和收支平衡。考虑到后者，为 了避免这个问题，下面介绍文献【7 】提出的基于开放传输网络的合作博弈论网 损成本分摊法。 2 1 1a u m a n n - s h a p l e y 定价 成本分摊问题研究的本质框架是博弈论，所谓博弈论( g a m e t h e o r y ) ，就是 一些个人，队组或其他组织，面对一定的环境条件、在一定的规则下，同时或先 后、一次或多次，从各自允许选择的行为或策略中进行选择并加以实施，并从各 自取得相应结果的过程。由此可见，博弈论就是研究多个( 两个或两个以上) 在 利益上有冲突的个体，如何进行各自优化决策的过程。博弈论中的合作并不意味 着任何一方为了他人目的而牺牲自己的利润，它是指每位参与者为了各自进一步 的利润进行交流与合作。考虑到电力市场的参与者共享传输网络资源，能合作获 得最好的可能利润，因此，可以定义网损费用分摊问题为一个合作博弈的问题。 博弈论框架注意实际问题的策略研究，产生一个合理的唯一的组织均衡解的概 念，针对网损分摊问题，是以博弈者和内在利益之间的一个电力平衡为特点。 传输损耗成本回收是一个成本分摊问题，在经济学上，这类问题通常是用把 共同使用的设备成本在合作博弈者中分摊的形式来表达。从经济学的角度来看， 这里只有一个合理的用于分配并满足合作博弈分配中的边际原则定价体制，称为 a u m a r m s h a p l e y 定价： 浙江大学硕士论文 妒? s ( ，两= l 塑导斑 ( 9 ) 这里 f ，? 5 ( j r ，更) 表示在许多固定输入集上总的生产成本，例如( ，孑) 是指只 与f 有关的单元成本价。 经济学家已经证明a u m a n n s h a p l e y 定价机制是连续的，集中常数，完全用于分 配且能满足边际原则的唯一定价规则【8 】。这种方法在网损分摊中的应用将不会 产生传输收益高于传输成本的问题，也就是应用边际成本定价法所能产生的问 题。 2 1 2 成本分摊博弈 在负荷间应用a u m a r m - s h a p l e y 定价机制分摊系统损耗，传输损耗成本定义 为发电商在系统存在损耗和不存在损耗两种情况下的收益差。为了进行计算，需 要运行两次最优潮流计算程序( o p f ) 。第一次运行不考虑线路电阻，第二次运 行阻抗值等于线路阻抗实际值。 如前所述，博弈论中的合作并不意味着任何一方为了他人目的而牺牲自己的 利润，它是指每位参与者为了各自进一步的利润进行交流与合作。网损分摊问题 就是在各参与者共同利益的情况下。使系统损耗最小，最终社会利益最大化。可 以说网损分摊问题是一个典型的合作博弈问题。 假设传输网络有固定的负荷集| 。作为合作博弈_ 厂的参与者，如下定义， ( ，厂，缈)( 1 0 ) 这里n = 1 , 2 ，n d ) 。目标函数，可如下所述， 厂( 如) = m i n c ，( p g ，) ( 1 1 ) i e n 考虑到系统的等式约束和不等式约束，让妒”d r 表示与母线i 上负荷相关的 a u m a n n - s h a p l e y 单位成本如下， d 。：绺( 1 2 ) ：j 8 p d l j 上式可被解释为满足母线i 上负荷的生产成本，或称为博弈的解。完全分配 的规则要求满足下面等式， p d ，g a s 皿；，( p d j ) + ( 1 3 ) 浙江大学硕士论文 现在，每单元负荷因使用网络应付尸d p ”d i ，同时每单元发电因提供功率 应收益c ( 圪，) ，可以证明从负荷中收取的费用总量等于发电商的收益总量。证 明如下。 负荷应付的费用总量如下， wasi。n,id j = 磊p d j ，0 p 等d 也i = 0 鹰笔乎d i b c a ， i t n n 0 1 l e n t 另一方面，发电商收益总量如下， 厂( 尸d ，) = c , ( p o ，) ( 1 5 ) j 1 根据a u m a n n - s h a p l e y 定价机制的完全分配原则， ，( p d ) ：y p d f 掣如 ) 0 t t hdu l 既 因此，少”d = c ，( 圪，) ( 1 7 ) ltna|eh 这也就证明了在a u m a n n s h a p l e y 定价机制基础上，负荷应付费用总量等于 发电商的收益总量。 这里，a u m a r m s h a p l e y 单元成本是采用把变量，在区间 o ，1 】内的值离散化 成1 0 0 0 个点，对于每个变量，上面所述的最优问题就是通过非线性程序方法计 算掣臆 2 2 敏感系数法网损分摊 2 2 1a 分配系数 传统上用于系统安全和紧急事故分析的网络分配系数很容易被用来在传输 网络用户间分摊费用。兆瓦一英里法就是使用传统分配系数来确定与交易相关的 最大潮流 8 】。 传统的a 分配系数，以及广义发电分配系数g g d f 和广义负荷分配系数 g l d f 表示三种不同的关系：a 表示任一母线注入潮流的变化( 除参考母线) 在 任一线路上产生的增量；g g d f 系数表示发电机母线上总发电变化对任一线路总 潮流的影响；g l d f 系数表示负荷母线上总负荷的变化对任一线路总潮流的影 浙江大学硕士论文 响。因此，它们提供t - - 种可替代的方法来分摊网络的传输用户费用，同样的也 可用来分摊传输过程中产生的损耗费用。 2 2 2g g d f 和g l d f 系数 一个分配系数一。表示在给定母线6 上注入潮流增量刖u 与某线，一k 上潮 流增量f 一。之间的关系。最初的公式考虑到注入潮流变化完全被参考母线上的 注入潮流p f r 吸收，同时总的发电量、负荷量和损耗不变，因此，对于注入潮流 变化，系统潮流改变可近似如下表示， 蚯一。= a 。，匕 ( 1 8 ) 6 - r 邮。+ 峨= 0 ( 1 9 ) t r 分配系数可基于d c 线性潮流，用线路电抗x 。表示如下， a 一女 = ( x m x ) x m ( 2 0 ) 该系数是对由于母线注入潮流变化而引起系统潮流变化的线性估计，依靠于 网络结构和所选择的参考母线( 不同参考母线会产生不同的系数) ，但不依靠运 行状态获得分配系数a 的其它方法是应用a c 负荷潮流雅可比矩阵，或是使用 o p f 程序法，但相比之下，用近似的d c 估计法简单，耗时小，特别是对于实际 的大系统。当然，用估计法也有其缺陷，有时估计值会与实际值相差很大，因为 没考虑无功对系统潮流的影响等因素。 不考虑参考母线及发电量保持恒定的约束的情况下，可以计算得到g g d f 系数。系数d 。联系给定母线g 与线路i - k 的实际潮流f 一。，如下表示， f 一。= d j - k , g g 。 ( 2 1 ) g 系数d 不是指微增量，因为它联系总的发电量和线路总潮流。计算该系数， 需要基本的负荷潮流数据，因此该值依靠系统运行条件，而且，可以通过a 分 配系数简单计算获得，具体公式如下， d h p = a h s + d 一 ，r ( 2 2 ) 这里d j 叱。= ( f 。一彳。g ，) ( g 。) ( 2 3 ) 口月 g g l d f 系数也可以按g g d f 系数的方式计算得到。系数c i - k , j 联系母线j 上 浙江大学硕士论文 的负荷l ，与线路f _ k 上的实际潮流，如下表示， 一。= c j - k , j l ， ( 2 4 ) 考虑参考母线上相应负荷变化的补偿，母线f 上的负荷变化址，可由如下新 潮流替代，如下表示， c 一= c h l + c ，叱，, s l ，一c , - k , r a l ( 2 5 ) 将公式( 2 4 ) 代入上式，得到， e 一一只一i = ( c ，一“一c j - k , r ) 址， 假设母线负荷变化对应一个注入潮流的负变化，因此， f k f ? 一k = 世k = 一a 。t j 乩l 然后，c m = c h 月一a 如果所有的负荷都传输到母线r ，应用上面的假设，如下， f ：。一f 一- = 蜩一。= 一a j - k , j ( 一a j t r 并且f ：。= e 吨。tt = l j ( 2 6 ) ( 2 7 ) ( 2 8 ) ( 2 9 ) ( 3 0 ) 从上面两个公式可以得到， c 。，。= ( f 一。+ 4 i - k , j l ( l ，) ( 3 i ) j - r 因为在推导分配系数a 时使用d c 线性估计，因此，系数g g d f 和g l d f 都隐含一个前提，假设系统是线性无损耗网络，这样会导致系数g g d f 和g l d f 也必须依靠参考母线，并且也存在估计值不准的情况，为了使系数在使用是尽量 接近实际值，考虑将损耗作为每条线路的末端负荷( 线路每一端都有一半损耗负 荷) ，这样，可将实际网络简化为无损耗网。 2 3 损耗微增法 本方法是基于计算系统的损耗来确定具体一个交易对系统的影响。其目标就 是确定交易所经过的潮流路径( f l o w p a t h ) 并从而确定给予输电服务的区域机组， 最后确定这一交易分摊到多少的有功损耗。 浙江大学硕士论文2 2 3 1 交易估价 考虑一个具有若干区域和电厂的一个地区性互联网络并假定此系统中共有t 个交易。同时，假定对于每个交易，包含在此交易中的节点集每个节点的注入有 功功率变化已知。那么若系统中只有一个交易存在的话，我们将很容易的确定此 交易对于系统损耗的影响。首先，在基准状态下( t h e b a s ec a s e ) ( 即系统中不存 在交易的情况下) ，我们对系统进行一次基准状态下的系统损耗为r 。然后我们 再进行一次包含交易下的潮流计算来确定一个新的系统损耗三1 。利用这些结果， 我们推出交易i 对于系统损耗的影响： a l = 三1 一r ( 3 2 ) 当系统中存在多个交易时，这个问题就变得复杂起来。这主要是因为系统损 耗和交易中有功注入之间的非线性关系。解决这一问题的一个方法是“边际分摊 法”( m a r g i n a la l l o c a t i o n ) 【9 】。这种方法计算一次只考虑一个交易，以便给出系 统中每个系统中交易所起影响的一个估计值。换句话说，我们可以对每个交易 ( r _ 1 ，t ) 重复上述的过程从而确定相应交易对系统损耗的改变量为缸。其 中吐指系统为交易f 所作损耗补偿的“主要分量”( m a j o r c o m p o n e n t ) 。 为了检验这种分配策略的准确性，我们观察用这种方法得到系统损耗改变的 总量为： z x l = 乏：址。 ( 3 3 ) f 另一方面，通过计算包括所有交易情况下( 又称运行状态( o p e r a t i n gc a s e ) ) 的系统损耗，我们可以方便的确定系统为了这些交易所作的实际损耗补偿总量。 实际运行状态下与基准状态下的系统损耗的差值即为实际的损耗补偿量： = l l 0 ( 3 4 ) 因而，实际损耗补偿量与用该方法得到的损耗补偿的差值将显示用“主要分 量”作为按交易分摊损耗补偿时所作的近似的大小。我们称这个量为“不匹配量” ( m i s m a t c ht e r m ) ，如下所示： 昆= z k l 一址 ( 3 5 ) 不匹配量反映了分摊过程中的非线性程度，所以为了准确的分摊它的值应该越小 越好。然而我们测试的结果表明这些不匹配量并不能达到要求。 浙江大学硕士论文 2 3 2 合计分摊 在上面的边际成本分摊策略中，每一个交易都被看成是第一个交易( t h ef i r s t t r a n s a c t i o n ) 。但是由于( 模型) 非线性的原因，一个交易在一个多交易实例中的 次序会影响到分摊的量。换句话说，对一个交易的损耗补偿量会随着交易怎样加 进系统( 即交易进入计算的次序) 而变化。 址：表示的是交易，是系统中唯一交易情况下的损耗补偿( 即边际分摊( t h e m a r g i n a la l l o c a t i o n ) ) ，而口是交易，是最后一个被加到系统情况下的损耗补偿 ( 即”微增量”( t h e “i n c r e m e n t a lc o m p o n e n t ) ) 。一个后面状态下与前者需要的功率 是不同的，有时会更多，但有时会更少( 考虑反向潮流减少损耗) 。既然我们在 确定输电服务的时候不能给交易确定先后次序，我们就用在边际和微增量之间的 一个值作为一个分摊量。解决这一问题可以归结为以下问题： r m i n j = ( 址，- z 1 ) 2 + ( 址j 一她) 2 】 址，= 址 ( 3 6 ) 这一问题是“合理分配资源问题”( f a i rr e s o u r c ea l l o c a t i o n ) 的一个特例，这一 模型考虑将分配一定量的资源给一个给定的( 商业) 活动集以使得( 商业) 活动 间的受益差异最小化【1 0 】。 我们可以使用拉格朗日法( t h el a g r a n g em e t h o d ) 来解这一问题；加入限制 条件，交易r 所作的有功损耗补偿的分摊量为： 址，= ( ：+ ) + 2 4( 3 7 ) 其中丑为与( 3 6 ) 式中约束条件相联系的拉格朗目乘数。注意这中间的分摊是准确 的， 因为如( 3 6 ) 式中的约束条件所示，对应于每一交易的分摊量的和就等于实 际的损耗补偿量。我们还可以发现结果的第一个分量就是边际和微增量的平 均值，我们称之为“合计分量”( a g g r e g a t e dc o m p o n e n t ) 云。由于模拟计算结 果表明第二个分量m 4 的值远远小于第一个分量，因而我们称为“辅助分量” ( m i n o r c o m p o n e n t ) 。 为了计算合计分摊分量： a l ，= ( 址：+ 址：)(38) 我们需要对每个交易进行两次仿真损耗计算，如前所述，第一次损耗计算我们只 浙江大学硕士论文 考虑交易f 来计算“主要分量”e = 越。第二次潮流计算我们在考虑系统中除 去交易f 外的所有交易存在情况下来计算微增量r ，在计算中，我们记r “为 此情况下的新的功率注入。那么交易，的无功补偿微增量为： 必= l l r “( 3 9 ) 我们对每交易都重复这一过程即可得到分摊到每一交易的损耗补偿量。 再来计算辅助分量，首先计算系统损耗的合计分摊量，如下： 北= 址， ( 4 0 ) l ( 3 4 ) 式给出的系统损耗补偿量减去这个量所得到的就是不匹配量： 应= 址一盯= t 2 2 4 ( 4 1 ) 将这一不匹配量平均分配给每个单独的交易就得到了这一交易的辅助分量， 这样作的一个原因就是在模拟计算结果中我们发现这一不匹配量远远小于主要 分量。 正如上面提到的那样，可以将上述过程用于单个交易的网损分摊，因此，可 以列出以下的分摊过程： 步骤1 ：进行两次模拟损耗计算，其中，一次基于基准状态( 无交易状态) ，另 一次基于运行状态( 包含所有交易) ，以确定两种状态下各自系统损耗。 步骤2 ：对于每个交易，= l ，t 计算下