（电力系统及其自动化专业论文）电力市场下的网损分摊和网损交易盈余消除.pdf

a b s t r a c t t r a n s m i s s i o nl o s si sa r li m p o r t a n tf a c t o ri np o w e rs y s t e m i nt r a d i t i o n a l m a n a g e m e n ts y s t e m ，t h eg e n e r a t i o nc o s t ，t h et r a n s m i s s i o nc o s t , t h ed i s t r i b u t i o ng o s t , a n dt h es e l l i n gc o s to f e l e c t r i c i t y , a l er e c l a i m e dt o g e t h e r i nd e r e g u l a t e dp o w e rs y s t e m ， t h e s ep a r t sw i l lb e l o n gt od i f f e r e n te n t i t i e s t h ec o s to f e v e r yp a r tm u s tb er e c l a i m e d s o l e l y t h el o s s e sc o s to c c u r si nt h et r a n s m i s s i o np a r t , d i f f e r e n tm e t h o d so fa l l o c a t i n g t h el o s s e sw i l lr e s a l ti nt h em a r k e d l yd i f f e r e n c ei nt h ea l l o c a t e dp r o p o r t i o no fl o s s e so f t h eu s e r s ；d i f f e r e n tm e t h o d sw i l lg e tag a pb yt e np e r c e n to f t h ep r i c eo f e l e c t r i c i t y s o ， h o wt oa l l o c a t et h el o s s e se q u i t a b l yi sas i g n i f i c a n tp r o b l e mi nd e r e g u l a t e dp o w e r s y s t e m b e l o wt h ec i r c u m s t a n c eo ft h en o d a lp r i c e ，t h ee l i m i n a t i o no ft h em e r c h a n d i s e s u r p l u so ft h el o s s e si sa ni m p o r t a n tp r o b l e m ，t o o s o l v i n gt h i sp r o b l e mc a na c c e l e r a t e t h ed e v e l o p m e n to f t h ed e r e g u l a t i o ni nt h ep o w e rs y s t e m a tf i r s t ，af e wo fm e t h o d sf o ra l l o c a t i n gt h el o s s e si nt r a n s m i s s i o nw i l lb e i n t r o d u c e d ；t h e s em e t h o d sh a v et h e i rm e r i t sa n dd r a w b a c k s am e t h o db a s e do nt h e b i l a t m x ds h o u l d e r i n ga n dc o m p l e xp o w e rp r o p o r t i o nw i l lb ep r o p o s e d t h ep o w e r p l a n ta n dt h el o a d su s et h et r a n s m i s s i o ng r i ds y n c h r o n o u s l y , s ot 1 1 e ys h o u l ds h a r et h e c o s to fl o s s e st o g e t h e r t h ep r i n c i p l eo ft h ec o m p l e xp o w e rp r o p o r t i o ni sm o r e r e a s o n a b l et h a no t h e r s i tc a ns o l v et h ep r o b l e m sa r o u s e db yt h ed i f f e r e n c eo ft h e p o w e r - f a c t o r , a n d ，i tc a nb ea d o p t e de a s i l yb yt h eu s e r s t h i sm e t h o di sb a s e do nt h e p o w e rt h e o r y , i tc a l la l l o c a t i n gt h el o s s e si np o o l - m a r k e t f o u n d i n go np o o l b a s e dp o w e rm a r k e t ，t h em e t h o dp r o p o s e db yt h i st e x tu t i l i z e s e q u i v a l e n tc u r r e n t - i n j e c t i o ng e n e r a t i o nm o d e l sa n da d o p t e dt h et h e o r yo fs h a p l e y v a l u ei ng a m et h e o r y ，e s t a b l i s h e sam o d e lo fg a m et h e o r yo nb r a n c ht r a n s m i s s i o n l o s s e s ，谢t l lt h ec o n t r i b u t i o nt ot h eb r a n c h so ft h ei n j e c t i o nc u r r e n t sq u at h ep l a y e r s ， a n dt h eb r a n c h sl o s s e sq u at h ec h a r a c t e r i s t i cf u a c f i o l l ，t h em e t h o dt h i st e x tp r e s e n t e d c a l lb ea c c e p t e db yt h eu s e r so ft h et r a n s m i s s i o nl i n e s d i f f e r e n tf r o mo t h e rm e t h o d s b a s e do ng a m et h e o r yt h a to n l yc a nb ea p p l i e di nb i l a t e r a l - t r a d i n gm a r k e t , t h em e t h o d o ft h i st e x tc a nb ea p p l i e di np o o l - b a s e dm a r k e t , t o o ，a n dc a l ls o l v et h ep r o b l e m s r e s u l t i n gf r o mc o u n t e r - f l o wa tt h es a m e t i m e am e t h o db a s e do nt h ec o s tf l o wa n dt h em o d i f i e dn o d a lp r i c ei sp r e s e n t e df o r e l i m i n a t i n gt h em e r c h a n d i s es u r p l u so ft h et r a n s m i s s i o nl o s s e s t h i sm e t h o dd o e s n t m o d i 黟t h en o d a lp r i c eo ft h ep o w e rp l a n tb u tt h en o d a lp r i c eo ft h el o a d s a n dt h e m o d i f i e dp r i c ew i l lb eu s e dt oc h a r g et h el o a d s t h i sm e t h o dc a ne l i m i n a t et h e m e r c h a n d i s es u r p l u so ft h et r a n s m i s s i o nl o s s e sb e f o r et h e s e t t l e m e n t i tc a nb e a d o p t e db yt h eu s e r sm o r ee a s i l y , a n d ，c a nb ea p p l i e di nt h el a r g ep o w e rs y s t e m k e yw o r d s ：t h ea l l o c a t i o no ft h et r a n s m i s s i o nl o s s e s ，t h ep o w e rt r a c i n g ， g a m et h e o r y , s h a p l e yv a l u e ，c o s tf l o w , n o d a lp r i c e ，m e r c h a n d i s es u r p l u s 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，也不包含为获得墨盗盘鲎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。 学位论文储签名侈参 签字日期础年乙月蜘 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解鑫盗盘堂有关保留、使用学位论文的规定。 特授权苤洼盘茎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) 学位论文作者签名：居参 ， 导师签名：旅磊逛 签字日期：力耐年2 - 月观日 签字日期：沙，年z 月讶日 ( 不可删除) 第一章绪论 第一章绪论 1 1 电力市场的发展和我国的电力工业改革 电力市场就其定义而言，是指采用法律、经济等手段，本着公平竞争，自愿 互利的原则，对电力系统中的发电、输电、供电和用户等各成员组织协调运行的 管理机构和执行机构的总和。它的基本特征是开放性、竞争性、计划性和协调性。 电力市场已经成为当今世界各国电力工业发展的方向和趋势。 近百年来，电力行业在世界各国都是传统的垄断性行业。电力市场化的目的 是打破垄断，促进竞争，这样必将会损害垄断行业本身的既得利益，因此，电力 行业是电力市场化改革的对象，而各国的政府或议会才是电力市场改革的推动 者。走向电力市场的第一步几乎都是各国的政府或议会以立法的形式强制电力工 业的重组。 实行电力市场化最早的国家是智利，起步于2 0 世纪7 0 年代末。其目的在于 消除国有企业的腐败、低效和缺乏资金的状况。1 9 8 2 年智利正式颁布了新电力 法，以法律的形式确立了输电系统向所有发电厂及用户开放的原则，打破了地域 垄断，正式启动了合同电力交易及实时电力交易的方式，把电力企业推向了竞争 市场。 1 9 8 7 年7 月，撒切尔夫人政府颁布的电力法，揭开了英格兰电力市场的 序幕。1 9 9 0 年4 月，政府撤消了垄断经营的中央发电局( c e g b ) ，把发电、输 电、配售电的功能分开，按国家电网公司，3 个发电公司和1 2 个地区售电公司 的模式运作。 澳大利亚政府在1 9 9 1 年7 月决定成立了国家电网局以推动电力市场。后来 正式建立了国家电网管理委员会来监管电网运营。1 9 9 2 年1 2 月该委员会颁布了 “国家电网规约”，规定了3 万k w 以上的发电厂和l 万k w 以上的用户都可以 作为规约的成员单位自由地在国家电网进行交易。 瑞典的电力市场化过程开始于1 9 9 0 年，但关键性的一步是瑞典议会在1 9 9 4 年通过了新的电力法案，并于1 9 9 5 年元月颁布实施。 美国电力市场化由1 9 9 2 年乔治布什总统批准的能源法案开始，以电 网开放为标志。由于加利福尼亚州电价较高，因此各界人士对推动电力市场最积 极，1 9 9 5 年1 2 月规定加州的电力行业最迟在1 9 9 8 年完成电力工业的重组。 在这一股席卷全球电力工业的市场化浪潮中，我国电力部门也积极应对，正 在加紧进行电力工业的重组和电力市场的建设，并取得了一定的成果：自2 0 0 0 第一章绪论 年初陆续开始的6 个试点省( 市) 电力市场的运作已经初步实现了厂网分开；探 索形成了适合各省市实际情况的几种有效的竞价模式；同时，对电力市场运营规 则和监管规则进行了有益的研究，积累了经验，提高了市场意识并且大大促进了 市场技术支持系统得研究和开发工作。 为了对电力企业进行有效的监管，国务院决定成立国家电力监管委员会，按 照垂直体系管理，向区域电网公司电力交易调度中心派驻代表机构。根据国务院 的授权，电监会将依照法律法规统一履行全国电力监管职责。电监会的成立，是 适应市场经济要求进一步转变政府职能的重要举措，标志着我国电力工业管理体 制由传统的政府行政管理向适应市场经济要求的依法监管的重大转变。 2 0 0 2 年1 2 月，中国电力新组建的1 1 家公司正式宣布成立，分别为2 个电 网公司：国家电网公司、中国南方电网有限责任公司；5 个发电集团公司：中国 华能集团公司、中国大唐集团公司、中国华电集团公司、中国国电集团公司和中 国电力投资集团公司；四个辅业集团公司：中国电力工程顾问集团公司、中国水 电工程顾问集团公司、中国水利水电建设集团公司和中国葛洲坝集团公司。国家 电网公司下设华北、东北、华东、华中和西北5 个区域电网公司。国家电网公司 主要负责各区域电网之间的电力交易、调度，参与跨区域电网的投资与建设；区 域电网公司负责经营管理电网，保证供电安全，规划区域电网发展，培育区域电 力市场，管理电力调度交易中心，按市场规则进行电力调度。区域内的省级电力 公司改组为区域电网公司的分公司或子公司。 从我国电力市场的总体改革方案来看，“统一调度、统一交易、统一结算” 的区域电力市场将会成为发展的重点。建立统一的区域电力市场，不但有利于区 域电力资源的优化配置，促进社会总福利的增加，而且容易协调电力建设与环境 保护之间的关系，确保电力工业的可持续性发展。 由大型发电机组、长距离高压交直流输电线路、区域负荷组成的区域电力系 统是一个典型的大系统，呈现高度非线性、信息不完全性、广域互联性和微分代 数的负责特征。这个大系统的管理历来是一个非常困难的学术和工程问题，但其 对区域国民经济的影响巨大深远，且兼有国防意义。另一方面，电力存在许多区 别于普通商品的特点，比如它依赖于网络传输，用电和发电无一一对应的关系， 电力不可储存，短期负荷需求相对电价而言缺乏弹性等等。这些电力本身固有的 特点给区域电力市场的建立和发展带来了很大的挑战，同时也对区域电力市场的 管理工作提出了更高的要求。 促进我国电力市场化发展的有以下几个因素： ( 1 ) 我国经济发展不平衡，导致了负荷分布的不均匀。另外我国能源分布 也极不均匀。水电基地集中于西南，而火电基地集中于华北和西北。即使在一个 第一章绪论 大区，通常也存在着不同省份的电力电量交换。为此，只有在电力市场化的基础 上，遵循平等互利的原则，按照经济准则实行电力电量交换，才能充分发挥各方 的积极性。 ( 2 ) 近年来随着电力工业的发展和国民经济结构的调整，我国电力供需形 势发生了新的变化，电力供需矛盾趋于缓和。虽然目前这种供需平衡还很脆弱， 是一种低用电水平下的饱和。但是这种供需矛盾的变化引起了电力部门前所未有 的销售困难，并冲击了电力企业的经营思想。电力企业的职能已经由分配电力和 限制用电转变到搞好需求侧管理和鼓励用户用电上来。这也为电力市场化的到来 起到了推波助澜的作用 ( 3 ) 互联电网的不同区域在不同时间的发电成本有差异，让边际成本低的 区域向成本高的区域供电，不仅可以节约现有资源，还能使参与交易的区域从中 获得经济效益。 1 2 输配电市场的经济特性 在过去相当长的一段时间内，世界各国一般都把电力工业作为一个整体划入 垄断行业，并制定了相应的法律法规，对电力工业按垄断产业进行管制。但是， 仔细考察电力工业的发电、输电、配电、和售电四个环节，就会发现情况差异是 非常大的。在发电侧和用电侧存在着多个竞争者，引入竞争是必要的，也是可行 的；而在输电和配电环节，一般不允许多个竞争者的存在，直接进行竞争，则就 会造成严重的重复投资，浪费社会资源。因此，输配电市场的经济特性与发电市 场或售电市场具有很大差异，在市场组织、经营目标、运作模式、竞争手段、经 济信息等方面都有自己的特点，必须进行深入研究。只有充分认识到了输配电网 的经济特性，才能有效地组织输配电市场，制定出合理可行的输配电价格，并对 输配电环节进行必要的监管，从而发挥市场在提高效率、促进资源优化配置中的 重要作用。 输配电的经济特性主要有如下四点： 规模经济型。在经济学中，对规模经济性的表述不尽相同。一般认为，当 企业随着生产要素的投入增加其产量以更大比例增长时，表明该企业具有规模经 济特性。或者说，当长期平均成本随着产量增加而增加时，可以说存在规模经济 特性。输配电网的特点是一次性投资的，而运行成本相对较小，这样输配电网一 旦建成，随着输送电量的增长，单位平均成本越来越小，表现为一种典型的规模 经济性。在这期间，固定成本不发生变化，可变成本的变化也很小。即使进行电 网扩建，只要电网规划合理，长期平均成本仍应该呈下降趋势。由于规模经济性， 输配电网络一般只能由一个企业独家经营。所以输配电费用无法通过竞争形成， 第一章绪论 必须由政府管制机构按一定原则确定。 自然垄断性。自然垄断是指由于一个企业能以低于两个或更多企业的成本 向整个市场供给一种物品或劳务而产生的垄断。规模经济特性是形成自然垄断的 一个重要原因，因此输配电市场是一种自然垄断市场。自然垄断行业具有以下五 个特点：唯一卖主；没有相似替代品；价格的制定者；进入壁垒；非价格竞争。 输电网作为自然垄断产业也具有以上特点。 自然垄断的边界问题。从整体上来看，一般把电力行业划入自然垄断产业。 但是仔细考察电力行业的发电、输电、配电、售电四个环节，就会发现情况差异 非常大，需要区别对待。从静态的角度来考虑，发电侧和售点侧不存在显著的相 互关联的规模经济效益。从动态的角度来考虑市场范围的变化也会改变自然垄断 的地域界限。所以要实事求是地划定自然垄断的范围。 外部性。自然垄断产业的许多活动具有正外部性，但某些活动也具有负外 部性。对于输电网络来说，其正外部性表现在； ( 1 ) 完备健全的输配电网络，可能适当考虑了超前性，但是长远来看，是 有益的。 ( 2 ) 输配电网络规模的扩大，降低了单位输电成本，使输配电网的老用户 可以享受更加优惠的价格。 ( 3 ) 输配电网络作为基础设施，向人口稀少的边远地区供电，促进当地经 济发展。 输配电的负外部性包括磁场辐射和噪声污染，输电走廊限制居民活动，以及 输电阻塞带来的不利后果。 1 3 输电费用的组成 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。 输电网公平准入( o t a ) 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。转运的概念，形象地说就是，输电网提供电力输送的服务，将电力从 一个地方( 这里指发电方或电力批发商) “运”到另一个地方( 这里指用电方或 电力批发商) ，并像交通工具一样收取这项“运送”服务的费用。转运服务提供 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 第一章绪论 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，也可以是统一 经济实体。 随着电力工业体制的改革，电网的商业网运营已成为迫切需要解决的一个重 点课题。而目前，我国已出现了少量的转运业务。随着电网体制的改革，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电网在提供转运业务时所花费的成本， 包括以下几个部分。 1 3 1 辅助服务成本 随着发电竞争的引入和电网开放的实施及新技术的应用，比如f a c t s 等电 力电子装置的应用，增加了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。利用一些辅助 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有必要。关 于辅助服务成本的计算，按照辅助服务提供方式的不同各有不同。 1 3 - 2 输配电设备的投资回报、输配电设备的折旧 这部分属于转运业务的固定成本。 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 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。 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，其折旧费随着当年账面价值的递减而逐年递 减。 其实固定成本中也还应该包括电网扩建成本。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，按一定比率收取。 1 3 3 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 后的结算等工作，以及其他一些对输电所提供的管理服务费用。 第一章绪论 1 3 4 阻塞成本 阻塞成本属于机会成本。在输电网络完全开放的情况下，由于发电与购电竞 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，将使部分电力交易合同不能履行，从而使各节点的边际成本也发生变化， 并且发电厂的交易成本也会增加，增加的这部分成本也就是输电机会成本，通常 称之为网络阻塞费用。 1 3 5 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) 。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，原来的方法不利于电力市场的运行和资源的优化配置使用， 而且在新的环境下损耗计算将更加复杂，这些原因使得网损计算方法和网损分摊 方法会加入很多新的内容。 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。 输电费用分摊的基本要求是： ( 1 ) 公平合理。原则是“谁使用谁付钱，用多少付多少”，不应存在互贴情 况。 ( 2 ) 计算简单。必须易于计算。 ( 3 ) 过程透明。整个分摊过程要易于理解。易被用户接收。 ( 4 ) 收支平衡。收取的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 已建立电力市场的国家进行实时网损分摊的方法 在已经建立电力市场的一些国家，新西兰和阿根廷电力市场采用动态节点定 价方式，在每个节点的电价中体现实时网损的影响。澳大利亚维多利亚电力联营 体对用户、美国加州电力市场对发电厂分别采用节点电价计及网损的方式。维多 利亚电力联营体不是动态的计算网损电价，而是分时，分季的粗略考虑网损的影 响，美国加州电力市场则采用平均网损电价而不是边际网损电价。挪威和澳大利 亚国家电力市场均采用一种基于分区边际网损的定价方法，挪威是分时定价而澳 第一章绪论 大利亚是动态电价。英国采用的是一种基于平均网损的统一电价。这些方法都是 各种网损分摊方法在实际应用中的具体形式，应用这些方法可以对网损进行实时 分摊。由于这些实时网损分摊方法在实施操作上较为繁琐，并且主要适用于双边 交易、同时由交易双方或其中一方直接承担网损成本的情况，显然，在我国电力 市场建立初期，难以采用这些精确的方法在发电厂以及用户间分摊网损。 1 5 网损交易盈余的产生 1 5 1 电力市场运营机制与节点电价 在可能实行的电力市场模式【l 】中，有两种运营机制是应用和研究最为广泛 的：基于双边交易的模式和联营模式。双边交易模式下，买电和卖电的交易安排 将交由市场参与者亦即交易者自己抉择，并基于输电电价付费给输电公司。这种 模式下，如何制定输电电价将成为关键问题，它必须反映真实的系统运行情况， 给与正确的激励信号。联营模式也称之为p o o l 模式，所有的交易都是通过一个 “电力池”进行的。买电和卖电者只需要将自己的报价曲线交给i s o ( 独立系统 操作机构) ，由i s o 决定最优的电力分配和节点电价。节点电价随着时间的不同 而不同，这反映出客户的需求变化；随着节点地域的不同而不同，这反映出输电 网损和阻塞情况。 1 5 2 交易盈余 随着我国电力工业市场化改革的深入发展，目前实行的统一清算价格体系 ( m c p ) 已经越来越不适应市场稳定运行的需要。这是因为统一清算价格不能反 映在不同节点服务负荷的不同成本，电价自身具有的利用价格杠杆自动调节负荷 大小的功能不能充分体现，给电力市场的阻塞管理带来很大的困难，同时也违反 了公平公正的市场原则( 阻塞区域的发电边际成本通常高于未阻塞区域的发电边 际成本，在这种情况下采用统一清算价格容易造成负荷之间的交叉补贴) i 刃。相 比之下，节点电价体系很好地解决了这些问题，阻塞区域的高电价促使负荷需求 减少，有利于减轻甚至消除网络阻塞，有区别的电价也从根本上避免了负荷之间 的交叉补贴。因此，节点电价体系取代统一清算价格体系将是我国电力市场发展 的必然趋势。 在节点电价体系下，由于用户处的节点电价往往高于发电厂的节点电价，于 是交易中心从负荷收取的电费通常会比支付给发电厂的费用高，这部分差额称为 交易盈余。显然，交易盈余的所有权不归交易中心，更不应该归为输电公司，这 是因为p j ： 1 交易盈余是极度不稳定的； 第一章绪论 2 如果将交易盈余付给输电公司，将传达一个这样的信息：为了最大化交易 盈余，可以尽可能的增加网损和网络阻塞。而这样的结果显然是我们所不希望的； 3 总的收益并不能完全覆盖输电成本。 在这种情况下，有人提出用t c c n ( t r a n s m i s s i o nc o n g e s t i o i lc o n t r a c t s ) 方法 来解决交易盈余的归属问题，它能保护t c c 拥有者免受阻塞风险，在遇到网络 阻塞时通过t c c 获得补偿。然而已经有专家提出，1 c 方法存在很多问题，比 如，它可能扩大电力系统的有害投资，不能完全解决交易盈余分摊的问题，甚至 完全不能应用于日前市场【5 】5 】【6 】。 于是提出交易盈余应该返还给负荷，但是具体负荷和交易盈余之间并不存在 一一对应的关系，因此如何公平地将交易盈余分摊给每个负荷 7 1 ，是交易中心需 要解决的关键问题之一。交易盈余由网损交易盈余和阻塞交易盈余两部分组成。 目前，阻塞交易盈余已经有了比较理想的分摊方法 g l ，如通过固定输电权( f t r ) 分摊给负荷。然而，网损交易盈余的分摊问题还没有很好的解决，国外电力市场 通常采用的比例分摊方法不尽公平，比如英格兰和威尔士n g c 的比例分摊法 9 1 1 0 1 。 1 6 本课题研究的意义和本文所做的工作 网损向来是电力系统经济运行的一个重要指标。传统的垂直管理系统下，发 电、输电、配电，甚至售电，所有的成本都是未分离的，所以成本的回收也是“一 锅端”的。在电力市场环境下，这几个环节将由不同的经济实体分别提供服务， 于是每个环节的成本就必须进行独立核算。网损成本发生在输配电环节，它属于 输配电成本的一部分，它的回收将与其它环节的成本回收有所不同。输配电其他 部分的成本如固定成本，网络阻塞成本，辅助服务成本等都各有其特点，网损成 本又与它们有所不同。 电力市场是通过对垂直系统的一步步“开刀”来建立的，首先被分离的是发 电端，跟下来的就是输电端、售电端。就像铁路系统不能做到完全开放一样，输 电网的天然垄断性和规模经济的特性使得输电网也不能做到完全开放，这一点， 输电网比之铁路，程度尤甚。但是输电网的开放程度又直接影响着整个电力市场 的开放程度。研究输电网的开放和输电网的公平准入以及输电资源的合理分配， 离不开输电网损的分摊。在电力市场的交易过程中，输电网的损耗虽只占全部成 本很小的一部分( 网损率由电气紧凑系统的1 到电气长距离系统的5 ，典型 值为2 5 ) 。但是，不同的网损成本回收亦即分摊会造成不同电网用户间分摊比 例很大的差异，英国电力公司的运行实践表明，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 3 第一章绪论 力市场改革所需面临的重要问题。 目前的电力市场大都采用一些比较简单使用的方法，这主要是由于对竞争环 境下新的分配算法的研究远未达到成熟的地步。换句话说，目前还没有一种方法 能够同时满足效率优先、客观性及可操作性的原则。与此同时，输电成本和网损 的公平分摊将对电力市场的运营效率和市场成员的交易积极性产生重要影响。因 此，研究输电成本和网损的公平分摊方法具有非常重要的意义。 网损分摊的两个最基本的原则： ( 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，网损分 摊没有固定的例如潮流等式那样可以求解的数学模型，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都能接受的相对 公平公正的近似方法。 ( 2 ) 必须弄清网损产生的原因，明确各部分网损的指向。从而提出公平合理 的方法，确定网损的承担者和承担份额。 从公平性角度和实用性角度来看，目前网损分摊方法虽然很多，但是并没有 一种通用的，能得到大家一致承认的方法。目前网损分摊的方法主要有：比例分 摊方法【l l 】【l 】、跟踪潮流法【1 2 】【1 3 】【1 4 1 、边际网损系数法1 1 5 1 1 6 1 、合同路径法【1 7 1 、网络 阻抗矩阵法【1 8 1 、c l p 方法【1 9 1 、全电能损耗分量法【2 0 1 、复功率支路损耗分摊方法 【2 1 1 、基于费用流模型和概率方法的网损分摊1 2 2 1 、人工神经网络分摊方法 2 4 1 、博 弈论范畴的方法【2 5 1 1 2 6 1 、非线性函数值对自变量分摊的方法【2 7 l ，等等。 以上种种方法都致力于解决输电网损分摊的如下问题： ( 1 ) 对逆向流幽j 和负分摊的处理； ( 2 ) 是否与交易追加次序时序无关； ( 3 ) 功率因数的大小不一对分摊方法有无影响； ( 4 ) 是否存在预先假设的情况； ( 5 ) 有功和无功潮流传输对有功和无功网损的交叉影响；交叉网损是如何 分摊的； ( 6 ) 方法是否简单、实用、易行；是否满足收支平衡； ( 7 ) 是否对用户有激励作用，是否可以促进全网网损减小； ( 8 ) 是否限定应用于双边交易电力市场机制或联营电力市场机制； 基于双向分担的潮流追踪方法和基于合作博弈论【2 9 j 【3 0 l 的网损分摊方法也是 为了解决这些问题而提出的。 博弈论【3 l 】( g a m et h e o r y ) 是现代数学的一个分支，是专门研究2 个或2 个 以上利益有冲突的个体，在相互有作用的情况下，如何进行各自优化决策的理论。 它被广泛应用于经济、政治( 如总统竞选) 、文化( 如纸牌游戏) 等领域。电力 第一章绪论 市场环境下，博弈论可以应用在发电竞价，输电成本分摊，交易盈余分摊等方面， 本文主要研究博弈论在输电网损分摊方面的应用。 在电力系统采用m c p ( m a r k e = tc l e a r i n gp r i c e ) 市场清算价的情况下，需要单独 进算网损并进行分摊，前述内容正是针对这种情况。在节点电价体系下，网损已 经被包含于节点实时电价的求解方程式中，不需要单独计算网损并分摊，但是却 产生了网损交易盈余。 在节点电价体系下，网损交易盈余1 9 的分摊也是一个重要的课题，它同样也 是贯彻电力市场下公平公正原则的一个重要措施。 在节点电价体系p 2 】【3 刁下，交易中心从负荷收取的电费通常会比支付给发电 厂的费用高，这部分差额称为交易盈余。由于具体的负荷和交易盈余之间并没有 一一对应的关系，所以需要通过交易者都能接受的分摊方法来将交易盈余返还给 负荷或者在交易盈余出现之前就把它消除。 本文所做的主要工作有： 首先对以往的各种网损分摊方法进行阐述，在此基础上，提出了用基于双向 分摊的潮流追踪法来分摊网损。双向分担的潮流追踪方法满足网损分摊公平公正 透明的原则。电厂和负荷共同利用输电网取得利益，两者都必须承担网损。复功 率比例分摊原则也比有功和无功解耦后再计入充电功率进行网损分摊更加简单 和合理，方法是纯电力系统领域的，而且是基于联营市场机制的。 提出基于节点电流注入模型和s h a p l e y 值的网损分摊方法，将发电厂功率模 型转化为节点电流注入模型，运用博弈论和s h a p l e y 值的理论，建立网损分摊的 博弈模型。方法是基于电流注入大小的，而电流是影响网损最直接的电气量，所 以该方法易被输电用户所接受。有别于其他博弈论方法分摊网损，本文方法是基 于联营机制的电力市场，而且可以解决逆向流的问题。它不仅可以应用于联营机 制，同时也可应用于双边交易的电力市场。由于s h a p l e y 值理论的介入，方法充 分考虑了输电用户加入电网的先后次序。 提出应用费用流追踪方法和负荷节点电价修正进行网损交易盈余的消除。在 节点实时电价的基础上，利用费用流追踪方法的结果，不改变发电厂处的节点电 价，只修正负荷的节点实时电价，用修正的电价来向用户收费。方法能在交易盈 余出现之前就把它消除掉，具有简单易行，易被用户接受，可以应用于大系统的优 点。 第二章网损分摊方法概述 第二章网损分摊方法概述 输电损耗分摊问题，从电力市场建立之初就引起了学术界的广泛关注。国内 外已有大量的研究文酬3 3 1 - 1 3 3 1 ，提出了很多的分摊方法。无论是哪种分摊方法， 都认为在输电网络中进行功率交换的所有参与者都应该是网损的承担者。 根据电路理论，功率是不能叠加的，功率损耗当然也不能用叠加原理进行计 算。因此，目前所提出的各种网损分摊方法都不可能建立在严格的理论基础之上， 任何一种分摊方法都只能是启发性的，各种分摊方案都只能是基于某种原则，使 电力交易的所有市场参与者可以接受的某种规则。网损分摊的最终目标是建立一 个市场参与者都认同的分摊方式。由于研究者研究目标和基于的市场结构不同， 对应提出了很多输电损耗的分摊模型和算法。 本章将介绍一些常用的输电损耗分摊方法，重点讨论基于双向分摊的潮流追 踪法。 2 1 平均网损分摊法 平均网损分摊法实际上是一种“邮票法”，是最早被电力联营市场所采用的 模式。西班牙、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，也不需 要计算潮流，在全网范围内按相同的网损系数进行分配。这种网损分摊方法既直 接又透明，可以通过事前计算、事后计算、实时计算或三者结合来回收输电损耗 成本。该方法有利于电力交易的同一性和流畅性；减少网损分摊量的意外波动， 从而降低独立发电厂投资的风险性。但邮票法忽略了输电网络的实际运行情况， 使得使用网络较轻的用户不可避免地要对其他用户提供补贴，是一种最为粗糙的 输电网损分摊方法，不能给用户以正确的激励信号。该方法的公式为： 脚，2 矗c 浯。 式中r ( “) 代表交易u 所分摊的网损， ，呒代表交易f , l 的幅值，c 为输电总损 耗。 2 _ 2 合同路径法 合同路径是指输电业务的交易双方在交易合同中所协商的，从功率注入点到 第二章网损分摊方法概述 功率流出点，确定一条连续的输电路径，该路径应有足够的可用传输容量。合同 路径法假定输电业务实际发生时，其电力潮流只能通过合同规定的路径流动，网 络其他部分则认为没有影响，此时输电损耗只分摊给指定路径上的设备。该方法 在交易幅值的基础上，考虑输电业务交易路径的影响，并以输电合同路径代替网 络潮流的实际流经路径1 4 3 1 。 该方法也无需进行全网潮流计算，忽略了实际电力系统的物理分布规律。网 损分摊公式为 峨，l 联。袁两丁c - 2 式中 厂f ，f 是指与交易甜相关联的所有输电设备，脚代表交易“在设 备，上产生的潮流，为合同预想的交易路径。c 为总的输电网损。 2 3 依据距离的m w + m i l e 方法 考虑到设备的使用程度不仅仅与流经设备的潮流有关，而且与线路长度相联 系。所以以潮流与长度的乘积作为衡量设备使用程度的指标，分摊公式： l 奶，j * m 置( “) 2 覆f e f 丽晤阿+ c 2 3 f t f n 鹤 式中 m 为线路的长度，但此时使用的仍是合同假定的交易路径。m 0 ，也 是合同假定的流经厂的潮流。这种方法的分摊的结果并不能准确反映用户所引起 的真实的输电成本。不利用输电资源的有效利用。 2 4 边界潮流法( 副心订) p a m 是一种计算由于执行输电业务而引起输电系统边界潮流变化，并依据 该数据计算输电损耗费用的方法。其基本思想是分别在有无输电业务传送的情况 下，进行两次潮流计算，得出各联络线上潮流的变化，视其为交易流经系统的潮 流值，即对系统的使用程度。显然这种方法计算比较复杂，需要计算两次潮流。 虽然比较直观，但是没有理论根据。而且也不利于输电网损的成本回收。 分摊公式为：( 见下页) 式中用d h ，。为存在交易甜时的联络线潮流；f l o w m 。，为不存在交易时的联 第二章网损分摊方法概述 ( f l o w s 耐i f l o w m l t 。l j ) 且( ) = 旦l - o a a 雨磊e v e l 一+ c- l ( 2 - 4 ) 路线潮流；l o a d sl e v e l 可以选择负荷峰值、交易幅值或其他合适的负荷水平。 2 5 边际网损系数法 边际网损系数法m 】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 效益以及指导用户投资决策的目的。 美国加利福尼亚电力市场采用的g m m 方法【4 5 1 ，澳大利亚国家电力市场实行 的节点和区域边际网损分摊方法】，都是边际网损系数法的具体实现算法。美国 加州电力市场独立系统操作员将网损分摊给发电节点。每个发电节点输送给负荷 的实际功率被认为是量测得发电出力乘以一个系数g m m ( g e n e r a t i o nm e t e r m u l t i p l i e r ) ，g m m 可通过边际网损率的计算得到。边际网损率是一个灵敏度系 数。某节点的边际网损率定义为：当该节点发电出力发生单位变化，而其他节点 出力不变，所有节点的负荷按其在系统总负荷所占的比例进行变化时，系统总网 损的变化量。澳大利亚国家电力市场对输电网采用节点和区域边际网损分摊方 案。整个澳大利亚的输电网划分为五个区，每个区定义一个区域参考点r 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 域内的各联结节点的边际网损系数m l f 定义为： m l f = 删删= 1 + 船删 ( 2 5 ) 其中，。为r r n 节点发电出力微增量，。为联结点负荷微增量，伽为网 损微增量。目的是，将各节点的网损系数均折算到本区域的参考节点p r n 上。 边际网损系数法可以提供较灵敏的经济信号，但是这种方法必须在最后对边 际网损系数进行调整，避免过度回收损耗成本和过度发电出力等问题。一般可采 用比例法来调整边际网损系数，文献f 47 j 提出用平移法来解决这个问题。边际网损 系数法主要用来解决双边交易机制的网损分摊问题。 2 6 网络阻抗矩阵法 这种方法认为，各功率交换者应承担网损的份额与其在网络