（电力系统及其自动化专业论文）电力市场下的网损分摊研究.pdf

摘要 a b s t r a c t w i t ht h ef a s td e v e l o p m e n to fg l o b a li n n o v a t i o ni np o w e rm a r k e t ，t h et r a d i t i o n a l l o s sa l l o c a t i o nm e t h o du n d e ru n i f o r mi n s t r u c t i o n sw o u l dn o tb ea d a p t e dt ot h em a r k e t d e m a n d a n yl o n g e r t h e r e f o r es o m e f a i ra n dr e a s o n a b l em e t h o d ss h o u l db eb r o u g h t u p a c c o r d i n g t ot h em a r k e tm e m b e r sn e e d f i r s t l y ，t h ep a p e rp r e s e n t st h ef l o wt r a c i n ga l g o r i t h mu s e di nl o s sa l l o c a t i o na n d t h ee v o l u t i o no ft h eg r a p ht h e o r y t h e r e f o r en e wa l g o r i t h m s a d a p t e dt o d i f f e r e n t c o n d i t i o n sa r e p r o p o s e da c c o r d i n g t ot h er e s e a r c ho f m a n ya l g o r i t h m s b e c a u s eo ft h ed e f a u l to ff l o w t r a c i n g ，an e wa l g o r i t h mb a s e do nl i n eu s i n gs h a r e i sp r o p o s e dt oi m p l e m e n tt h ea l l o c a t i o nt ob o t hs i d e so ft h el i n ea tt h es a m et i m e t h e a b o v e a l g o r i t h mi sp r o v e dt ob ej u s t i c ea n de f f i c i e n c ya n d t h ei m p l e m e n t p r o c e d u r e i s e a s y c o n s i d e r i n gt h ec o n c e p t i o nt h a tt h et o t a ll o s se q u a l st oa l lt h en o d e sn e ti n p u t p o w e r , t h el o s sc o u l db ea l l o c a t e dt ot h en o d e s t h ee c o n o m i cc o n c e p t i o na b o u t m a r g i nt h e o r y i si m p o s e dt or e a l i z et h el o s sa l l o c a t i o nu s i n g m a r g i n a lc o e f f i c i e n t t h e a l g o r i t h mi sp r o v e dt o b es e n s i t i v et oe c o n o m i cs i g n a l sa n db ea v o i d a b l et o t h e s u b s i d yi nt h en o d e sb e c a u s eo ft h ep o s i t i v em a r g i n a lc o e f f i c i e n t t h es t a n d a r di e e e t e s ts y s t e mv a l i d a t e st h ea l g o r i t h mt ob ec o r r e c ta n db es u i t e dt ot h e l a r g es c a l ep o w e r s y s t e m f i n a l l y , t h em a i n r e s e a r c hw o r k sa r es u m m a r i z e da n dt h e p r o s p e c ti si n c l u d e d k e yw o r d s ：p o w e rm a r k e t ，l o s sa l l o c a t i o n ，u s i n gs h a r e ，f l o wt r a c i n g ，m a r g i n a lt h e o r y g r a p ht h e o r y , g a m et h e o r y 学位论文独创性声明 本人所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作 及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方 外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果。与我一同工 作的同事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。如不实，本人负全部责任。 论文作者( 签名) ：丝盘2 。5 年3 月2 6 日 学位论文使用授权说明 河海大学、中国科学技术信息研究所、国家图书馆、中国学术 期刊( 光盘版) 电子杂志社有权保留本人所送交学位论文的复印件或 电子文档，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。本人电子 文档的内容和纸质论文的内容相一致。除在保密期内的保密论文外， 允许论文被查阅和借阅。论文全部或部分内容的公布( 包括刊登) 授权 河海大学研究生院办理。 论文作者( 签名) ：选碰2 0 0 5 年3 月2 6 日 塑塑查兰堕兰些笙苎 第一章绪论 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。电力市场基本原则是公平竞争，健康市场的特征是【1 】= ( 1 ) 价格随需求变化： ( 2 ) 价格变化影响需求量； ( 3 ) 买卖市场机制； ( 4 ) 买方无垄断行为； ( 5 ) 卖方无垄断行为。 电力生产使用过程可以分为发电、输电、配电、用电四个环节，对此，电力市场的发展 可以分为四个阶段【l 】： ( 1 ) 发电、输电、配电、用电各环节统一垄断经营； ( 2 ) 在发电环节引入竞争，而输电、配电、用电环节仍然保持垄断经营； ( 3 ) 在发电、输电环节引入竞争，而配电、用电环节继续保持垄断经营； ( 4 ) 在发电、输电、配电、用电各个环节均引入竞争。 从2 0 世纪8 0 年代中期开始，世界上许多国家和地区，如英国、澳大利亚、新西兰、阿 根廷、智利、美国、欧洲等，都开始了电力工业的改革和建立电力市场的工作，主要措施是 打破传统的电力工业一体化管理模式，试行厂网分开、输配分开、打破垄断、竞价上网，以 达到降低成本、提高效率、改善服务质量的目的。为了引入竞争机制，很多发达国家先后解 除或放松了对电力工业的管制，独立发电公司正在不断增加。在发展中国家，为了吸引各方 投资改变电力长期短缺的局面，也在逐步放宽限制，鼓励多种类型的资金投资建设发电厂， 这也促进了厂网分离的进程。为了保证电力市场的公平性，输电网的开放使用被认为是建立 市场的重要前提之一。 随着各国电力市场改革进程的加快，传统形式下的发、输、配一体化的电力工业垄断格 局正在被市场化运营机制取代。过去，由于系统内的垂直管理，网络损耗的分摊不易引起重 视。现在，电力行业引入市场竞争机制，有必要分清各个成员的权利和义务。 电力市场建立后，公平竞争将成为电力市场最重要和基本的原则。虽然在电力市场交易 过程中，输电网的损耗只r i 全部成本很小的一部分，但是，对具体的交易和电网用户却可能有 很大的影i 响p ”。英国电力市场的运行实践表明，不同的网损分摊方案可能对交易电价的影响 第一章绪沦 高达1 0 。因此，如何科学、公平、合理地确定网损分摊方案，是当前电力市场改革所要解决 的重要问题。 1 1 电力市场的改革进程 不同国家由于其电力工业发展的历程不同，电力工业发展水平也有差别，所以不同国家 的电力市场其形成过程和运营模式也不尽相同”1 。佛罗里达电力联合集团( f l o r i d ae l e c t r i c p o w e rc o o r d i n a t i o ng r o u p ，简称f c g ) 经历4 0 多年的发展，形成电力经纪人系统，属于电 力市场自然发育模式。英国自1 9 8 7 年开始对电力工业进行私有化改造，改变原先由国家 拥有并经营电力企业的管理模式，采用股份制市场经营，属于电力市场体制改革模式，其突 出特点是将电力系统中的发电、输电、配电分离，分别采取不同的管理方法。其它国家的电 力市场建设较多地吸收了英国体制改革的成功经验，如日本先开放发电市场，鼓励建立独立 发电厂参与投标。澳大利亚、阿根廷、挪威和智利等国家同时开放发电市场和用户市场。 从国际发展的形势来看，电力走向市场是历史的必然。电力走向市场就是要将电力工业 纳入到市场经济的框架中，通过市场竞争资源，达到资源的最优配置。但是电力的生产、运 输又有其自身的特点。首先，电能不能存储，必须生产、运输、消费，同时完成。其次，电 力系统作为一个复杂、统一的非线性大系统，需要维持频率和电压的稳定，并且应该满足在 各种扰动情况下，满足系统安全稳定的要求。所以电力市场的建设具有独特性和复杂性，是 一个不断探索和完善的过程。 在电力市场供求状况发生明显变化之后，现行的电力体制暴露出不适应社会主义市场经 济体制要求的一些弊端。主要表现在： ( 1 ) 垄断经营管理的体制性缺陷日益明显。电力行业目前存在高成本、人员多、 效率低等问题，服务质量有待进一步提高： ( 2 ) 厂网不分使发电环节难以形成公平竞争的环境，其他投资主体要求公平的呼 声日益强烈； ( 3 ) 供电垄断使用户没有选择权，不利于改进服务质量： ( 4 ) 省间市场壁垒阻碍电力资源优化配置。鼓励各省自行解决缺电问题的方针曾 经调动了地方办电的积极性，但在现行财税体制下，电力资源的配置出现了 “分省平衡”和“地方保护”等问题，不利于跨省电力市场的形成和电力资 2 河海人学硕上学位论文 源的优化配置，阻碍了国家“两电东送”战略的实施； ( 5 )现行管理方式不适应发胜要求。政府对电力行业监管体系不健全，政企不分 现象仍在一定程度上存在： ( 6 )现行的以个别成本为基础的定价方式，脱离市场供需关系，不利于控制工程 造价； ( 7 )农村电价过高，不利于农村生产、生活条件的改善； ( 8 )电力环保法规不健全，不利于鼓励清洁电源的发展和减少污染。 因此，随着我国社会主义市场经济体制的不断健全，在电力工业中引进市场经济体制、 引入竞争机制，是目前我国电力工业发展的趋势。国家电力公司已经在这方面进行了有益的 尝试，浙江、安徽、上海、辽宁等省份先后建立了内部的模拟电力市场，南方电力联营公司 也根据所属各电网产权独立的特征，开展了省网交易的协调管理，为我国电力工业市场化改 革积累了初步经验。 根据新的改革方案，我国电力体制将实施厂网分开，重组发电和电网企业，实行竞价上 网，建立电力市场运行规则和政府监管体系，初步建立竞争、开放的区域电力市场，实行新 的电价机制，指定发电排放的环境折价标准，形成激励发展清洁能源的机制，开展发电企业 直接向大用户直接供电的试点工作，改变电网企业独家购买电力的垄断格局，继续推进农村 电力管理体制改革。 目前，我国已经按照“厂网分开”的原则，将国家电网公司的资产参照发电和电网两类 业务划分，进行资产重组。原来国家电力公司拥有的发电资产，分为五个全国性的发电企业， 由国务院授权经营。电网方面，成立国家电网公司和南方电网公司，国家电网公司作为原国 家电力公司管理的电网资产出资人代表，按国有独资形式设嚣，在国家计划中实行单列。由 国家电网公司负责组建华北( 含山东) 、东北( 含内蒙古东部) 、西北、华东( 含福建) 和华 中( 含重庆、四川i ) 五个区域电网有限责任公司或股份有限公司。西藏电力企业由国家电网 公司代管。南方电网公司由广东、海南和原国家电力公司在云南、贵州、广西的电网资产组 成，按各方面拥有的电网净资产比例，由控股方负责组建南方电网公司。 1 2 我国电力市场的结构 我国电力体制改革的指导思想是：总结和借鉴国内外电力体制改革的经验并教训，从国 辩一章绪论 情出发，遵循电力t 业发展规律，充分发挥市场配置资源的基础性作用，加快完善现代企业 制度，建立与社会主义市场经济体制相适应的电力体制。改革要有利于促进电力： 业的发展， 有利于提高供电企业的安全可靠性，有利于改善对环境的影响，满足全社会不断增氏的电力 需求。要按照总体设计、分布实施、积极稳妥、配套推进的原则，加强领导、精心组织、有 步骤、分阶段完成改革任务。 改革的总体目标是：打破垄断，引入竞争，提高效率，降低成本，健全电价机制，优化 资源配置，促进电力发展，推进全国联网，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结构。 输电网是电力市场的载体我国输电网结构特殊而且复杂。目前管理输电网的机构有国 家电网公司、各分公司( 集团公司) 、各省电力公司。建立和发展我国竞争的电力市场，重 要的问题之一是市场的层次结构问题。输电网的运营模式决定了与之相关电力市场的结构或 者说电力市场的范围。 从理论上讲，建立一个全国统一的大市场，资源配置最充分，潜力最大。这一点已经被 一些中小国家所证实。而我国地域面积广大。各地发展不平衡，如果建立统一的大市场，由 于数据量太大、电网过于复杂、计算能力有限等因素无法正常运行，理论研究和实际运行经 验都证明，我国的电力市场必须分层。我国现已经形成的省级电网、区域电网、全国电网是 电力市场分层的基础。 目前，我国电网经营区的划分与省市行政区的划分基本一致，这是过去长期政企不分造 成的。随着电力体制改革的深入，这种一致未必就要坚持。行政区划要服从政治与社会管理 的需要，而电网经营区域应该符合电网运行的经济和技术规律。我国大区电网的格局已经形 成并运行多年，有丰富的运彳亍经验。大区电网联结的各省经济发展相对平衡，在当前具有实 现大区内优势互补、资源优化的天然条件。 所以，按照目前现有的划分模式，将我国的电力市场划分为三级模式。三级市场模式下 三级市场同时存在，各负其责。采用这种模式的优点是： ( 1 ) 实现方便，和现有体制的管理模式一致： ( 2 ) 有利于平稳过渡。 4 河海大学顶十学位论文 图1 - 1 三级电力市场模式下电力市场的整体结构 笫一章绪论 1 3 选题的背景及选题的意义 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。与发电和配电 系统不同的是，电网一般属于自然垄断系统。由美国电力市场的自然发展过程和英国电力市 场的以政府行为建立的过程，可以看出电网在电力市场中的核心地位。因此，我国电力工业 改革的趋势是“电厂大家办，电网国家管”，电网不但完成将电能从电厂输送到用户的任务， 而且提供一些辅助性服务，提供转运业务是电网的一项基本功能。 电网在传输电能时，各个组成部分包括线路、变压器等均将产生有功损耗而损失电量。 以往一般的传统方法里，电力企业用统一的方法来考虑系统损耗，通常将系统总损耗按照一 定的比例分摊给系统中的各个成员( 例如传输网、升降压变压器、配电网及其它些设备) 。 因此，损耗的计算，尤其是电能损耗的计算，都采用近似值。但是，在电力企业互相竞争的 环境下，一方面损耗分摊变得更加复杂，另一方面更加要求公平的分摊网损。所以，如何在 现有的电力市场环境下，提出使各方参与者都满意的网损分摊方案是一个比较迫切的课题， 方案的公平性和合理性，关系到市场成员的积极性，关系到市场的健康持续发展【2 1 】。 一个息好的分摊方案应该能满足以下的要求： ( 1 ) 公平合理。原则是“谁使用谁付钱，用多少付多少”，不应该存在互相补贴情况； ( 2 ) 计算简单。必须易于计算，并且计算量要小，以满足实时应用的要求； ( 3 ) 过程透明。整个分摊过程要易于理解，易于用户接受，易于操作： ( 4 ) 收支平衡。所收取的总输电费用要等于支付给输电线路的总费用； ( 5 ) 经济信号。要提供适当的经济信号给市场成员以引导输电资源的经济使用。 1 4 国内外研究现状 电能的生产和消费般不是在同一个地点，这就需要利用电力网络把电能从发电厂输送 到最终用户。所以，为完成发电方和用电方的交易而在电网中产生的损耗，应该由发电方和 用电方共同承担。但是，根据线性电路的理论，功率的计算不能采用叠加的方法，因此，目 前的网损分摊不能基于严格的理论方法。现有的分摊方案都是基于某种原则，是市场成员都 能够接受的近似方法。有必要再清楚网损产生的原因，从而依据公平、合理的原则确定网损 分摊的对象和分摊量。 6 河海大学硕士学位论文 目前，在国外网损分摊问题属于输电费用分摊的问题，典型的分摊方法主要有以v j l o ， 介绍如f 。 ( 1 ) 平均网损分摊法 平均网损分摊法：实际上是一种“邮票法”1 1 0 , 1 1 i 是最早被电力联营市场所采用的模式。 两班牙、英格兰和威尔士电力市场采用的就是这种分摊方法。 该方法算法简单，不考虑输电网的结构、输电线路的距离和输送功率的收发点位置，在全 网范围内按相同的网损系数进行分配。这种网损分摊法既直接又透明，可以通过事前计算、 事后计算、实时计算或三者之间组合来完全回收输电损耗成本。有利于维持电力交易的同一 性和流畅性。这种分摊方法可以减少网损分摊量的意外波动，从而降低了独立发电厂投资的 风险性。 但是平均网损分摊方法不能提供电网短期和长期经济运行的经济学信号，缺乏强有力的 电力市场经济激励机制，而且由于不能避免用户间的交叉补贴，还常常受到无法获利的用户 的抱怨，所以这种分摊方法正在面临逐步淘汰的命运。 ( 2 ) 边际网损系数法 边际网损系数法”2 “1 是一种灵敏度方法，即根据节点注入功率的单位变化引起全网网损 变化量的大小来对各节点上负荷或发电机进行网损的分摊。显然，这种分摊方法能反映各节 点造成全网网损的微增成本信息，从而能够提供很好的经济信号，通过市场的手段促使潮流 向网损减少的方向流动，达到优化潮流、提高经济效益及指导用户投资决策的目的。目前国 外电力市场的网损分摊方法大多是基于边际网损系数法。 美国加州电力市场独立系统操作员将网损分摊给发电( 或注入功率) 节点。每个发电节 点输送给负荷的实际功率被认为是由量测的发电出力( 实际出力) 乘以一个系数 g m m ( g e n e r a t i o nm e t e rm u l t i p l i e r ) a b m ，可通过边际网损率( n l r - - m a r g i n a ll o s sr a t e ) 九计算得到。 九m 是一个灵敏度系数，定义为节点发电出力单位变化，而其他节点发电出力都不变， 但所有节点的负荷按其在系统总负荷中所占比例进行变化时，系统总网损的变化量。 澳大利亚国家电力市场( n e m ) 包括输电网和配电网两部分。考虑到边际网损系数法对 配电网计算的复杂性，因而配电网实行平均网损系数法。整个澳大利亚的输电网划为5 个区， 每个区定义一个区域参考节点( p r n r e g i o n a lr e f e r e n c en o d e ) ，一般p r n 取本区域大的 负荷中心或发电中心。区域内的各连接节点的边际网损系数( m l f m a r g i n a il o s sf a c t o r ) 7 第一章绪论 a m ，的定义为 a 。，：垃。1 + 2 石叫+ i 式中：。为p r n 发电出力微增量；。d 为连接点负荷微增量；。为网损微增量。 ( 3 ) 潮流跟踪法 潮流跟踪法“4 。”1 是基于比例共享原则，将原本复杂的非线性函数线性化，从而明确了发 电方和用电方的分摊数量。基于同一节点的功率，输入输出功率比例共享的原则，虽然从物 理意义上可以理解，但是不能够被严格的数学理论证明。因为同一节点的流入、流出电流是 不能清晰的区分它的来方和去方。 该方法首先将网损分摊给负荷节点，然后分摊给发电机节点。对负荷节点，节点的功率 包括损耗砰，定义为： g ；艺+ 等；冀甾 其中，磁是节点j 的包括损耗的功率，称为毛功率( g r o s sd e m a n d ) 。 总的毛功率必须和发电机发出的功率相等，所以弓= g 根据潮流的比例共享原则， 每个节点上的功率平衡可以表示如下： 霉6 。只j + 荟q 芹， 小3 ) 旷等噜 时。， 置。节点i 注入的毛功率； 节点i 的发电功率： 荟。f 砰 和节点i 有联系的节点跟踪来的黼 口j和母线i 有关的节点集合； 砰从节点j 流向节点i 的毛功率； 巴从节点j 流向节点i 的实际功率( 在节点j 测量得塑1 ) ： 8 河海大学顾士学位论文 p节点j 的实际注入功率。 公式( 卜3 ) 是一个线性系统方程，可以对各个节点的p 6 ，f = 1 ，容易分别解出各 自的毛负荷利损耗 噶：等 ：噶一蜀 类似的，当网损分摊到发电方时。总的毛发电量包括损耗曙定义如下 豸= b + 工 如 曙5 善瑶 其中磁是节点i 的毛发电功率( 包括损耗) 。 ( 卜5 ) ( 卜6 ) 毛发电的功率和，必须和总的负荷相等，所以审；圪。按照比例共享原则，每个节点 上的平衡功率表达式为： 只6 一+ c ，宁， v i = 卜，n( 1 7 ) ，t 巩 只6 节点i 的毛注入功率； 昂f 节点i 的负荷功率： c f 乎 离开节点i 的功率； j 时f 九 与节点i 有关的节点集合。 公式( 卜7 ) 是一个线性系统方程，可以对各个节点的p 6 ，f = 1 ，i v 容易分别解出各自 的毛负荷和损耗： 磁= 等黾 k = 圪一瑶 ( 1 8 ) 我国目前网损分摊理论研究的现状。由于我国长期处于计划经济体制，电力市场改革开 始的时间还不长，真正用于实践应用的网损分摊并不很多。但是我国学者在分摊理论的研究 上，取得了丰富的成果。主要有以下一些理论。 ( 1 ) 按电流比例分摊的方法 电流比例分摊法是对潮流跟踪法的改进，功率在线路中传输会产生损耗，这样就使 基r 功率跟踪的方法产生误差，而电流在线路中传输是不会损耗，所咀用电流来跟踪更加的 9 笙二童笪堕一 精确。 在潮流计算之后，系统的总网损及各支路的功率损耗晶已知，现在的问题是如何把阅 损分摊到各负荷或者各电源。为了求出各负荷应分摊的网损，关键在于求出各= 霄点的网损 嘏( f = 1 , 2 ，) 。职包括两部分： ( 1 ) 进线集j i r _ ( i ) 中各线路网损蛾之和； ( 2 ) 通过进线集f r - a ) 转送节点j 的网损皿的部分。 对节点为n 的系统来说，电网损耗平衡方程式有如下形式： 躬。磊烨似卅，喝) m 2 n ( 1 - 9 ) 式中a ，q 为醒通过节点j 的出线j i 向节点i 转移的网损系数。支路j i 的序号为k 。 式( 1 9 ) 为n 个线形方程组，包含n 个来知数皿( f 。1 ，2 ，) ，故可用一般线 性方程解法求解。 在求出各节点网损以之后，即可按下式求出各节点负荷应分摊的网损： p ( 工1 睁眼磊奔 ( 2 ) 复功率电源的分摊方法 复功率电源的分摊方法“7 ”，是考虑了无功影响的分摊方法。潮流跟踪方法，只是针 对有功或者无功分别进行追踪，实际的网损是由有功和无功交叉影响形成。如果只是考虑其 中一种引起的有功网损或者无功网损，那么另一方的无功或者有功将会逃避分摊，缺乏一定 的公平性。该方法考虑了有功对无功的影响和无功对有功的影响，建立的数学模型可以计及 有功无功的交叉影响。 文献 1 7 ，1 8 给出了电源对节点的有功电流和无功电流的定义，基于全微分和定积分的 概念，推导了各电源在支路中复功率分量产生的有功损耗和无功损耗分量的计算公式，有功 功率和无功功率分量产生的复功率损耗分量的计算公式，考虑了电源有功和无功的耦合作用 对支路复功率损耗和潮流分量的影响。创立了复功率电源在支路中引起的复功率损耗和潮流 分量计算的理论。 ( 3 ) 基于严格数学理论的分摊方法 1 0 海人学碗上学位论文 基丁= _ 严格数学理论的分摊方法”9 。2 是典型的函数值分摊理论在电力市场中的应用。从数 学上讲，电力系统r f l 各类分摊阔题本质上都是函数值分摊问题，即将函数值或其变化分摊给 各个自变量或其变化，其中，被分摊量为函数值，分摊量为自变量。确立模型后，利用现有 数学上的函数值分摊理论对网损进行分摊，具有精确分摊网损的特点。 文献 1 9 ，2 0 在对函数值分摊问题进行定义和系统分析的基础上，对曰前主要的分摊方 法进行了归类、分析和比较，然后对电力系统中常见的多项式函数推导出了用各种方法进行 分摊的公式，得出了一些有用的结论。最后对电力市场中进行函数值分摊存在的特殊问题， 包括自变量的选择、初始点的选择、负值的处理等进行了分析。 1 5 本文所作的主要工作 以上提出的各种网损分摊理论，都有其各自的利弊，目前世界各国对网损分摊还没有达 成一个统一的观点，没有一种方法可以让所有用户满意，实现真正意义上的绝对公平。 平均网损分摊法不能提供电网短期和长期经济运行的经济学信号，缺乏强有力的电力市 场的经济激励机制，而且由于不能避免用户间的交叉补贴，还常常受到无法获益的用户的抱 怨。边际网损系数法的物理意义不是很明显，不能完全地反映出系统的功率分布和潮流的实 际流向。潮流跟踪法不能同时向发电方和用电方分摊网损，缺乏公平性。 国内学者提出的理论方法，主要是基于数学、物理模型的详细分析，一定程度上可以分 析出网损的来龙去脉，但是过分详细的分析，反而使实现过程显得复杂，不适合规模很大的 电力系统。并且，缺乏一定的经济信号，不能有效提高市场各个成员的积极性和竞争性，处 于理论研究阶段。 本文通过归纳、总结，对各种现有的方法进行改进，提出可以兼顾公平、公正、合理的， 实现过程简单、透明，提供一定经济信号的网损分摊实现方法，本文所作的主要工作如下： ( 1 ) 针对现有潮流跟踪方法的不足，只能提供单向的潮流跟踪，对网损的分摊也是对发 电一方的分摊或者对用电一方的分摊。在基于输电线路利用份额的概念上，对潮流跟踪加以 改进，使输电线路的网损分摊可以向两端同时进行，考虑到了市场的公平效率，实现过程简 单，线路的利用份额可以提供一定的经济信号，对于有限的线路运送功率，份额表示了所占 输电线路的容量，相应的经济含义为重份额收取高的费用。 ( 2 ) 针对潮流跟踪法对夫规模的电力系统追踪，会随着节点数的增加趋= i = 复杂，基丁系 笫一章绪论 统的总网损等于各个节点的净流入功率这一物理概念。考虑将系统的总网损分摊到各个节 点，将总网损表示为各个1 点注入功率的函数，然后利用现有的数学方法，对这个函数相应 的自变餐，即节点注入功率，进行网损分摊。该方法消除了负数的分摊值，取消了用户之间 的补贴，对大型的系统实现方便，经济意义明显，实现过程容易。 ( 3 ) 运用算例说明分摊算法的有效性、合理性和可行性。 塑塑盔望堡! ：堂篁丝兰 第二章网损分摊的应用 为了研究网损分摊问题在电力市场中的应用。首先，有必要介绍现行的电力市场交易的 模式和方法。其次，因为网损分摊问题属于输电费用构成和分摊中的子问题，所以有必要引 入现有的输电费用构成和分摊方法。最后，提出本章的重点。网损分摊的实现问题。本章的 节次安排也是按照上述内容所构成。 2 i 电力市场的交易 2 1 1 电力市场的交易模式 当前的交易模式主要有两种。“：集中模式( p 0 0 1 ) 和双边模式( b i l a t e r a lc o n t r a c t ) 。 集中模式( p 0 0 1 ) 要求全部电量通过电力现货市场交易。该模式要求所有发电公司所发 的电量，都提供给调度交易机构，所有买方必须从市场交易管理机构买电，所有卖方收入和 买方支出均以市场边际价格为基础进行结算，差额为电阿经营企业的管理及转供费用。一般 电力市场均采用边际成本定价方法即以最后一个被接受的发电投标报价作为一个交易时段 内的市场边际价格，对所有中标的发电公司均以此价格为基础进行结算。另一种建议方法是 对中标的发电公司按其报价而非市场边际价格进行结算，但该方法尚未见到用于电力市场。 集中模式要求电网调度交易管理机构扮演电力市场组织者的角色。 双边模式( b i l a t e r a lc o n t r a c t ) 是指买卖双方签订双边购销协议后，交付调度交易管 理机构来操作。在此模式下调度交易机构并不过多的参与市场竞争，其主要职责是保证电网 运行可靠和双边协议的完成。 集中模式和双边交易模式各有优缺点。集中模式更接近于传统电力工业按计划生产的方 式，便于统一协调。世界各国通常以集中模式作为电力市场改革起始阶段的主要交易模式， 以便于从垄断经营向市场竞争的转轨。p o o l 通常采用“暗标拍卖”并按统一市场价格结算， 采用这种机制的依据是：当p o o l 是一个完全竞争的市场，则发电公司追求利润最大化的唯 一可行的竟价策略是按照机组的边际成本报价，这时，市场的运行也是最有效率的。然而， 实际的p o o l 往往不是一个完全竞争市场，而是更接近于寡头垄断市场。也就是说，发电公 司可以不按边际成本报价，而是采用一定的竟价策略，以划影响和操纵市场结算价格，获得 比边际成本报价更高的利润，从而导致市场实际运行的情形偏离市场设计者的初衷。另一方 第二章州损分摊的成用 面，双边交易模式给市场成员提供_ ：r 更人的自主权年商业上的灵活性，但也会给系统的协调 调度带来崮难。在某种意义上，集中模式与双边交易模式并无本质区别。集中模式可以看作 一种特殊的多边交易( m u l t i l a t e r a lc o n t r a c t ) 。冈为p o o l 竞价的结果无非就是在p o o l 和发电企业之间形成了一系列的发电合同，只不过合同中的发电量、价格等等都是由一种特 殊的协商机制市场交易算法确定的。 2 1 2 电力市场交易方式 电力市场中，有三种交易方式”“：中长期双边交易、短期现货交易、实时电力交易。以 上三种交易方式，市场成员可以任意组合。 ( 一) 中长期双边( 多边) 交易 对于数量较多的电力交易，在批发市场中买卖双方可以采用中长期双边合同的方式。卖 方可以是发电商或电力经纪人，买方可以是终端用户或供电企业。这种交易，确保在规定的 时间内，以商定的电价供应规定数量的电力，通常可以提前几年签订，供电时间跨度也可以 长达几年。从电力工业长期健康发展和电力市场平稳运行的角度考虑，电力交易应以中长期 合同为主。 这种交易，可以由买卖双方协商确定电量电价及交易期限等细节问题，也可以在专门组 织的中长期( 远期) 电量交易市场里通过双边或多边协商达成。如果台同双方最终不愿或者 不能按合同规定的数量供电或用电，可以在现货市场进行合同转让，或者将偏差部分在平衡 电力市场按实时电价结算。 ( 二) 现货交易 由于电量供应和使用是不能十分精确预测的，作为长期双边合同的补充，现货交易町使 市场参与者在交易前较短时间内改变其发电计划或者负荷需求。这种选择，般在电力交易 的前一二天做出。该模式可以采用集中方式，供需各方均向现货市场报价，然后根据匹配结 果确定的电量和均衡价格安排交易，交易中心作为第三方分别和供需双方进行结算；也可以 采用双边交易加集中交易的模式，但双边交易结果应该提前报交易中心安排。 ( 三) 实时电力交易 实时电力市场对电力系统短期运行的协调，是电力供应中电能不能储存的特点所决定 的。实时电力市场按实时价格设定可分为事前设定、实时设定或事后设定三种。 ( 1 ) 事前醍定 事前发定即提前一天决定系统边际价格年发电计划。但由于电网中存在很多不确定因 1 4 河海大学硕士学位论义 素，如发电机故障、线路故障及负荷预测存在误差，电力系统不可能完全按事前制订的计划 运行。所以，采用事前定价方式的电力市场需要一种平衡机制来处理计划与实际之间的差别。 一种选择是像英国原来采 j 的那样，利用价格上抬把保持电力市场平衡的费用分摊到每个市 场成员头上。另一种选择是建立一种专门的平衡市场，市场成员将在其既定计划的基础上向 电网调度员上报增、减出力或负荷区间及电价，电网调度员将根据报价由低到高的顺序调度 平衡市场中的资源，以处理可能出现的不平衡现象。平衡市场价格根据每个交易时段中实际 利用的平衡资源进行事后决定，导致不平衡的市场成员将按此价格付费。 ( 2 ) 实时设定 实时定价方式，即市场调度员根据各市场成员前一天的报价曲线，在次日每隔固定间隔 ( 如5 m i n ) 运行一次计划软件，决定下一间隔的系统边际价格。间隔内的不平衡现象将通 过调用辅助服务解决。 ( 3 ) 事后设定 市场调度成员提前发布价格预测信息以使市场成员能够有机会调整其出力或负荷。一个 市场交易时段一般为0 5 h 或l h ，事后市场价格应计及这段时间内维持系统平衡的操作费用。 一台只需要在负荷高峰时运行很短段时间的昂贵机组会使得该交易时段出现一个很高的 边际价格，因此结算时一般采用平均系统边际价格。 ( 四) 期货期权交易 在电力实物市场发展比较完善后，可以同其他商品一样，组织进行期货期权交易，以规 避市场价格风险，引导投资与消费。期货期权市场一般由一个独立的市场操作员来运营，该 市场操作员很有可能是一个类似于商品交易中心的组织。在这两种市场中，市场成员可以提 前几年签订合同，并可以对市场供求变化做出反应。期货市场的规则、交易过程和结算方式 均由市场自行决定，与电力监管机构无关。此外电力市场成员还可以自行或在专f 1 的电力金 融合同市场签订差价合约来规避价格风险。 整个电力市场按时间划分的交易体系如图2 - i 所示。 2 2 电力市场的输电费用 2 2 1 输电费用的构成 输电费用主要由电网使用费、辅助服务费和管理服务费三部分构成”“， 笙= 空型塑坌堡塑些旦 发电商 呻长期交易 现货交易实时交易交易结算 图2 - l电力市场交易体系 ( 一) 电羽使用费用 电网使用费用由电网成本、机会成本和电网扩建成本组成。 ( 1 ) 电网使用成本。含输电网络费、设施折旧费、网络的运行维护费等，这是输 电费用中最主要的部分。其中网损的计算较为复杂，与电网的运行方式及输 送距离关系密切。也有人将网损计入辅助服务中。 ( 2 ) 机会成本。在输电网络完全开放的情况下，由于发电与购电的竞争程度的增 加，发生电力传输阻塞的可能性也将增加。当发生电力交易的传输阻塞时， 部分电力交易合同将不能正常履行，从而使各节点的边际成本也随之发生变 化并且发电厂的交易成本也会增加，增加的这部分成本即输电机会成本。 1 6 州海人学硕l 学位论文 一一 通常也将之称为阻塞管理赞用。若输电服务并未引起任何线路潮流越限时， 机会成本不考虑。 ( 3 )电网扩建成本。为满足输电服务需要而新建输电设备的投资成本。为简化费 用项目，可将国家税收、电网公司利润、扩大输电投资费用等融入，按一定 比率计取。 ( 二) 辅助服务费 随着发电竞争的引入和电网开放的实施及新技术的应用，如f a c t s 等装置的应用，增加 电网运行和控制的复杂性，因而会产生一些新的引起电网功角稳定、电压稳定、过负荷、低 频振荡、系统崩溃等问题。利用些辅助措施对频率和电压进行调整和控制，防止上述问题 的发生就显得非常必要。这些辅助服务包括： ( 1 )频率控制( 负荷跟踪) 。用于处理较小的负荷与发电的不匹配，维持系统频率 稳定，咀使控制区内负荷与发电的偏差为最小； ( 2 ) 旋转备用( 包括快速启动机组) 。当负荷与发电机发生较大偏差时，短时间( 比 如i 。m i a ) 内可以提供急需的发电容量( 增加或降低) ，恢复受荷跟踪服务的 水平： ( 3 ) 运行备用。一定时间( 比如3 0 m i n ) 内可以达到最大的发电备用容量，包括 可断电负荷，用于提高和恢复可靠性备用的水平； ( 4 ) 无功备用与电压控制。通过发电机或输电系统中的其他无功源向系统注入或 从系统吸收无功，以维持系统的电压在允许范围内； ( 5 ) 发电再计划。对于较大的发电与负荷偏差，调度中心要重新安排各机组出力； ( 6 ) 处理能量的不平衡。补偿实际交易电量与计划电量的差额； ( 7 ) 有功网损补偿。补偿输电造成的功率损耗： ( 8 ) 事故恢复服务。在事故发生后，系统向用户提供的恢复至所需要的功率的服 务； ( 9 ) 稳定控制服务。如f a c t s 装置的使用等； ( 1 0 ) 其他。 ( 三) 管理服务费 包括交易执行前调度人员进行信息的处理、分析、预测、调度等工作，交易后的结算等 一 作，以及其他一些对输电所提供的管理服务费用。 1 7 筇：帝脚捌分摊的应阿 2 2 2 输电费用的分摊 目前的输电费用分摊计算方法可以分为以r 两种，不同的方法侧重于不同的方面。 ( 一) 基于综台成本的分摊方法 综合成本定价方法又称为嵌入成本方法。，着眼于抵偿实际支出的电网营运和投资成 本，本质上是会计学的成本核算，能保持收支平衡。采用这一方法的一个重要依据是输电系 统在电力市场中的垄断经营地位决定了政府对它的管制，从而决定了定价应该是基于成本 的。基于综合成本的分摊方法具体可以分为邮票法、合同路径法、边界潮流法、兆瓦一公里 法、逐线计算法、潮流追踪法等。 ( 1 ) 邮票法。即输电费用仅与输送量大小有关，与距离和位置无关： ( 2 ) 合同路径法。在输电量的基础上，考虑交易路径的影响，并以合同认定的路径 替代实际的潮流路径，从而依据该路径所包括的线路成本计算转运费： ( 3 ) 边界潮流法。计算由于输电业务而引起的电网公司边界潮流的变化，并依据该 数据计算输电费。边界潮流的变化，可以是边界联络线的功率变化，也可以是 与其他公司间的功率净交换的量； ( 4 ) 兆瓦一公里法。首先计算电网的所有线路和设备的每兆瓦一公里的成本，并针 对特定的输电业务，计算电网潮流，从而计算该输电业务在全网基础上的平均 成本，即为输电费； ( 5 ) 逐线计算法。考虑输电业务对输电网每天线路潮流的影响，结合线路的长度， 分别计算有、无输电业务时各支路的潮流，并以此为依据计算输电费； ( 6 ) 潮流追踪法。首先使用追踪算法求出各电源或各用户对各输电线路的利用份额， 然后根据利用份额和一定的规则进行输电费用的分摊。 ( 二) 边际成本法 输电的边际定价方法溉”1 起源于s c h w e p p e r 等人将实时电价理论推广到输电服务的定 价。这是基于认为输电服务收费应该包含有充分的经济学信号，有效的引导电网用户对现存 电网的经济使用，以发挥最大的经济效益。但是，由于电网的规模经济效应，其在原理上不 能做到资金平衡。因此，必须要进行收支平衡的修正，即需要在边际成本价格上乘以适当的 系数来实现收支平衡。 2 3 网损分摊的实现 1 8 河姆大学坝l 学位论文 在实时的电力交易中，用户端的量测装置测量的是他们实际使用的电量，而发电方的量 测装置是测量的他们实际发出的屯量。网此，如果不考虑网损的分摊，则用户承担了全部的 刚络损耗。很自然的就提出了一个问题“谁应该为网损付帐”，并且分摊的网损实际上代表 丁笔不小的金钱。原则上讲，发电方和用电方都应该得到网损的分摊，因为他们同时都使 月j 了网络，并且他们也是网损产生的原因。网损实际上是能量交易在输电网中产生的结果， 其中发电方和用电方是交易的参与者。 但是，网损是线路潮流的非线性函数，结果导致不能按照常规的线性规则对发电方和用 电方进行费用的分摊。如果，用线性的办法对已知线路潮流的两端进行网损分摊，有关变量 的二次交叉函数 2 x y 对于x 2 和y 2 从( x 2 + y 2 ) 中产生的量，不允许直接将损耗分摊给发电 方和用电方。 以上的这些因素，排除了网擐分摊方法的唯一性。这里主要介绍一些从输电费用分摊中 派生出的网损分摊方法以及博弈论在分摊法中的应用：( 1 ) 比例分配法”；( 2 ) 微增率分摊 法“3 ；( 3 ) 博弈论法1 。 在介绍上述方法之前，对文中的符号傲一个说明，所有发电的总和是用电量和网损量的 和。如下所示： p g p d + ， 其中 n c 。蓦圪， 昂 发出的全部有功功率 吃 母线i 上的发出有功 昂 需求的全部有功功率 母线j 上吸收的有功 l 线路损耗； v g 发电机节点数； d 负荷节点数。 昂：兰易 ( 2 一1 ) 为了考虑问题的简便，假设每个母线节点最多有一个发电机和负荷。即使有多个发电机 平负荷，也可以等值为一个发电机和负荷来考虑，所以可以做如上简化处理。 1 9 掉二章刚损分摊的应用 2 3 1 比例分配法 比例分配法将5 0 的损耗分摊给负荷，5 0 9 6 的损耗分摊给发电机。 ， 上圪。 。i i ，五疡 h 4 i i 其中，l 。是分配给发电机节点i 的损耗，k 是分配给负荷节点j 的损耗。 分别计算出发电和用电损耗分配系数为： k = 鲁毒。磁，；丢专 一考每= 易，= 三每 ( 2 - 2 ) ( 2 3 ) ( 2 4 ) 需要注意的是，所有节点的发电损耗分配系数k 。是相等的，所有节点的负荷损耗分配 系数k 。也是相等的。另外，损耗分摊给发电和负荷节点都是正值。 2 3 2 微增率分摊法 该方法通过输电损失增量因子( i t l ) ，按比例分摊网损到发电方和用电方。输电损失增 量因子可以从收敛的潮流解中