（电气工程专业论文）基于模糊层次分析的电能质量综合评估.pdf

湖南大学 学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取 得的研究成果。除了文中特另t l , d d 以标注引用的内容外，本论文不包含任何其 他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个 人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果 由本人承担。 作者签名： ， 他筋 日期：沙年呼月o6 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、使用学位论文的规定，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，允许论文被查 阅和借阅。本人授权湖南大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关 数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位 论文。 本学位论文属于 1 、保密口，在年解密后适用本授权书。 2 、不保密团。 ( 请在以上相应方框内打“”) 作者签名：舞型兹 导师签名：莎：? 一 黔o 。； lj - i 日期：，年溯d 衫日 e l 期：讪年o f - j 弓。多日 ，硕上学位论文 摘要 随着经济发展和高科技设备的广泛应用，尤其是计算机、现代控制理论、精 密测量技术等的应用，使得敏感电力负荷所占的比重日益增大，电力用户对电能 质量越来越重视。在电力市场条件下，用户会根据各自不同的需要提出使用不同 质量的电能，出现用电的个性化需求。因此，电能电价不可避免的要考虑电能的 质量因素。电能作为一种特殊的商品也应该像其他普通商品一样做到按质论价， 这样才能符合电力市场的公平性原则。这就需要一种合理的对电能质量综合评估 的方法，为实施电能质量的按质论价奠定理论基础。 本文介绍了电能质量的定义和特点，对电能质量的指标进行了分类并对各指 标的计算进行了详细的论述。在此基础上，本文对电能质量的单项指标评估和综 合评估进行详细的介绍，并对现有的电能质量的综合评估方法进行了分类、比较 和分析。然后提出了基于模糊层次分析与多目标决策相结合的电能质量综合评估 方法，该方法解决了应用层次分析法时专家主观判断的模糊不确定性和单一主观 赋权法的不足。基于灰色关联分析理论，本文又提出了基于灰色模糊层次分析的 电能质量综合评估方法，该方法原理简单，算法简捷。应用本文提出的两种方法 对某地区的电能质量实测数据进行了仿真计算与分析，评估结果验证了算法的可 行性、灵活性。在保证评估结果客观、准确的同时，应用本文提出的评估方法得 出的评估结果更加形象直观，用户易于接受。 本文最后讨论了电能质量综合评估在制定电价方面的作用，并引入用户用电 收入函数，算例证明该方法对供电方积极改善电能质量具有很好的激励作用。本 文方法为电能质量的分级定价奠定了良好的理论基础。 关键词：电能质量；综合评估；模糊层次；多目标决策；灰色关联；电力市场； 电价 基于模糊层次分析的电能质量综合评估 目詈鼍昌鼍p hui p l u , , , , 暑鲁暑皇詈鼍皇詈皇皇 a b s t r a c t t h ep o w e rq u a l i t yh a sb e c o m ei n c r e a s i n g l ys i g n i f i c a n tt o w a r dp o w e ru s e r sa st h e e c o n o m yh a sa m a z i n g l yd e v e l o p e da n dt h eh i g h - t e c h n o l o g y - - f a c i l i t i e sw a se x p a n d e d l a r g e l y ，e s p e c i a l l yt h ea p p l i c a t i o no fc o m p u t e r s ，m o d e mc o n t r o lt h e o r ya n dp r e c i s e t e c h n o l o g yo fm e a s u r e m e n t ，w h i c hr e s u l t si nt h es e n s i t i v ep o w e rl o a dt a k i n gg r e a t p r o p o r t i o no ft h ee n t i r el o a d s u n d e rt h ec i r c u m s t a n c eo fe l e c t r i c i t ym a r k e t ，u s e r sw i l l s p e c i f yt h e i rv a r i o u sr e q u e s to fe l e c t r i c i t yq u a l i t ya c c o r d i n gt ot h e i rd i f f e r e n ts i t u a t i o n t h e r e f o r e ，p o w e rp r i c es h o u l dc o n s i d e rt h ef a c t o ro fd i f f e r e n te l e c t r i c i t yq u a l i t i e s p o w e rq u a l i t ys h o u l db ep r i c e da c c o r d i n gt oq u a l i t i e sl i k eo t h e rc o m m o nc o m m o d i t i e s ， w h i c hc o n f o r mt ot h ee q u a l i t yo fe l e c t r i c i t ym a r k e t s oi ti si m p o r t a n tt of i n daf a i r m e t h o dt oe v a l u a t et h ep o w e rq u a l i t y ，i no r d e rt oe s t a b l i s ht h et h e o r yf u n d a m e n to f a p p l y i n gs u c he v a l u a t i o n t h ed e f i n i t i o na n dc h a r a c t e r i s t i co fp o w e rq u a l i t yi s i n t r o d u c e d ，a n dt h e nt h e i n d e xo fp o w e rq u a l i t yi sc l a s s i f i e da n dc a l c u l a t e da l s oi nt h i sp a p e r b a s e do nt h a t ，t h e e v a l u a t i o no fs i n g l ei n d e xa n ds y n t h e t i ce v a l u a t i o no fp o w e rq u a l i t ya r ei n t r o d u c e d p a r t i c u l a r l y , a n dt h e nt h es y n t h e t i ce v a l u a t i o nm e t h o d sa r ec l a s s i f i e da n dc o m p a r ew i t h e a c ho t h e r t h e n ，t h em e t h o do fs y n t h e t i ce v a l u a t i o no fp o w e rq u a l i t yu s i n gf u z z y a n a l y t i ch i e r a r c h yp r o c e s sa n dm u l t i o b je c t i v ed e c i s i o nm a k i n gi sp r o p o s e d t h e m e t h o da n dt h em e t h o do fs y n t h e t i ce v a l u a t i o no fp o w e rq u a l i t yu s i n gg r e ym e t h o d w i t hu s eo ff u z z ya n a l y t i ch i e r a r c h yp r o c e s sa r ep r o p o s e di nt h i sp a p e r t h i sm e t h o d w a sa p p l i e dt oc a l c u l a t ea n ds i m u l a t et h ed a t ac o l l e c t e df r o mo n er e g i o ni no r d e rt o d e m o n s t r a t et h ea v a i l a b i l i t yo ft h i sa l g o r i s m a tt h ee n do ft h isp a p e r ，t h ee f f e c to fc o n s i d e r i n gt h ec o m p r e h e n s i v ee v a l u a t i o no f p o w e rq u a l i t yo ns e t t i n gt h ep o w e rp r i c eh a sb e e nd i s c u s s e d ，a sw e l la st h ei n t r o d u c t i o n o fu s e r s p r o f i t o n c o n s u m i n gf u n c t i o n t h i sm e t h o d o l o g yp r o v i d e st h e o r yf o u n d a t i o n o ft h ec l a s s i f i c a t i o no fp r i c i n go nd i v e r s eq u a l i t i e so ft h ep o w e r k e yw o r d s ：p o w e rq u a l i t y ；c o m p r e h e n s i v ee v a l u a t i o n ；f u z z ya n a l y t i ch i e r a r c h y p r o c e s s ；m u l t i o b j e c t i v ed e c i s i o nm a k i n g ；g r e yc o r r e l a t i o n ；e l e c t r i c i t ym a r k e t ； e l e c t r i c i t yp r i c e - 1 1 1 硕上学位论文 目录 学位论文原创性声明和学位论文版权使用授权书i 摘要i i a b s t r a c t i i i 第1 章绪论1 1 1 课题研究背景1 1 2 电能质量评估的意义1 1 3 电能质量评估的特点。2 1 4 国内外研究状况3 1 5 本文的主要工作5 第2 章电能质量的含义及指标6 2 1 电能质量的含义6 2 2 电能质量的特征6 2 3 电能质量的相关标准7 2 4 电能质量指标及分类一8 2 4 1 电压偏差8 2 4 2 频率偏差8 2 4 3 谐波含量9 2 4 4 电压波动和闪变1 0 2 4 5 三相电压不平衡1 2 2 4 6 电压暂降与短时间中断1 3 2 4 7 暂时过电压和瞬态过电压1 4 2 4 8 服务性指标1 5 2 5 小结15 第3 章电能质量的评估策略1 6 3 1 电能质量单项指标评估1 6 3 1 1 基于概率统计单项指标评估1 6 3 1 2 基于模糊数学的单项指标评估1 7 3 2 电能质量的综合评估1 9 3 2 1 物元分析法2 0 3 2 2 人工神经网络法2 1 3 2 3 遗传投影跟踪方法2 2 基于模糊层次分析的电能质量综合评估 3 2 4 相似理论方法2 3 3 2 5 模糊数学方法2 4 3 2 6 主客观权重结合的评估方法2 5 3 3 小结2 8 第4 章模糊层次分析和多目标决策相结合的电能质量综合评估2 9 4 1 电能质量的指标确定与评估策略2 9 4 2 电能质量指标的相对优属度3 0 4 3 基于模糊层次分析的主观权重的确定3 2 4 3 1 三角模糊数的定义3 2 4 3 2 三角模糊数的运算3 3 4 3 3 应用三角模糊数的f a h p 3 3 4 3 4 模糊层次分析法的计算步骤3 4 4 4 基于离差最大化方法的客观权重的确定：3 5 4 5 综合电能质量指标3 6 4 5 1 确定评估指标的综合权重3 6 4 5 2 电能质量的综合指标与优劣排序3 6 4 6 算例分析3 7 4 7 小结i 3 9 第5 章基于灰色模糊层次分析的电能质量综合评估4 0 5 1 灰色关联分析概述4 0 5 2 灰色模糊层次分析法的评估步骤4 0 5 2 1 评估指标的确定一4 1 5 2 2 参数序列的确定4 1 5 2 3 数据的无量纲化处理4 1 5 2 4 评估矩阵的确定4 2 5 2 5 评估指标权重的确定一4 2 5 2 6 灰色综合评估一4 3 5 3 算例分析一4 3 5 4 小结4 4 第6 章电能质量综合评估在优质定价中的应用4 6 6 1 电力市场概述4 6 6 2 电力市场环境下的电能质量定价4 6 6 3 电能质量综合评估在优质定价中的应用4 7 6 4 算例分析4 8 6 5 爿、结5 0 硕士学位论文 结论5 1 参考文献5 3 致谤 5 7 附录a ( 攻读硕士期间发表的论文) 5 8 硕1 ：学位论文 1 1 课题研究背景 第1 章绪论 从上世纪8 0 年代全球范围内开始电力工业放松管制，引入竞争机制，开放电 力市场成为世界潮流。进入二十一世纪后，在我国电力已经作为一种特殊的商品 逐渐走入了市场化的大门，电力市场也逐步成型。电力市场条件下，用户与供电 企业都在追求自己的最大利益。用户会提出满足各自需要的不同质量的电能，出 现用电的个性化需求。这样电力部门不仅要满足用户对电量不断增长的需求，还 必须满足用户对电能质量的多样化要求。 工业规模的扩大和科学技术的发展使得国民经济各部门的用电量不断增加。 新工艺、新技术广泛应用于工业生产和人民生活的各个方面，越来越多的用户采 用了性能好、效率高但对电源特性变化敏感的高科技设备，电力用户对电能质量 的要求不断提高。与此同时，许多新型的电气设备在运行中会向电力系统注入各 种电磁干扰，对电力系统的安全运行和用电设备的正常工作造成的影响不断增加， 成为制约电能质量提高的重要因素。随着微电子与电力电子技术的飞速发展，对 电能质量的要求方面出现了以下新要求：一方面，由于扰动负荷接入电力系统或 其他扰动源的存在造成了大量的电能质量问题；另一方面，由于众多基于计算机、 微处理控制器的精密仪器、设备的大量使用，用户对电能质量的要求越来越高。 与此同时，电力已经作为一种特殊的商品走入了市场化的大门。作为一种商品， 在电力进入市场化之后，无疑将会更重视其质量的提高。目前我国电力系统已经 出现了厂网分开，供输分离的局面。电能作为一种商品投入到市场竞争中，像其 他的商品一样，竞价上网，将逐步做到按质定价、优质优价。 世界各国在改革初期普遍对电网的发展重视不够，这必然要引起一系列与电 网安全稳定性和电能质量相关的问题，应引起关注。在开放与竞争的电力市场中， 电网可以择优选择电能质量高、报价低的电厂上网，电力用户也可选择电价合适， 同时电能质量较高的供电公司来为其提供电力。电能是电力部门向电力用户提供， 由发、供、用三方共同保证质量的一种特殊产品，电力体制改革在追求以最小成 本获得最大效益的同时，应保证电力系统的安全、经济、优质运行。在竞争的电 力市场中，大多数监管机构会明确提出供电质量的要求，并把电力公司的经济效 益和供电质量联系起来，所以，电能质量应成为制定电价的重要约束条件之一i l 】。 1 2 电能质量评估的意义 对电能质量进行合理的评估是建立公平的电力市场的先决条件之一。其次， 基于模糊层次分析的电能质量综合评估 电能质量市场化将电能质量由供电方还是用电方进行治理的问题推向了市场，采 用一个明确的、合理的电能质量评估方法可以协调市场中各方的利益关系，从而 明确电能质量治理的责任，有助于改变目前各方互相推卸责任、无人治理的被动 局面。 随着电能质量问题的日益突出，各国都根据实际情况制定了相关的电能质量 标准，所制定的标准能够评判电能质量各单项指标是否合格，但却存在着一定的 缺陷。电能质量是一个多指标的综合体，单纯的判断某项指标是否合格，并不能 反映整体的电能质量情况，在激烈竞争的电力市场中，对电能质量进行合理的综 合评估是建立公平的电力市场的重要条件之一。法国国家电力公司已经开始向用 户提供不同等级的电能，分别示明翠绿色、银白色、金色和绿色等，按不同的价 格收费，并通过( ( e l n e r a l dc o n t r a c t ) ) 和它的辅助服务开发一套更满足用户对质量 要求的方法1 2 j 。 在电力市场环境下，必须改变传统的电能质量评估模式，拓宽质量内涵，并 建立一种完善的客观的评估管理体系，将质量指标进行综合评估，得出一个量化 的描述，以作为全面考核电能质量和修正电价的依据，寻找切实有效的管理方法， 最终实现电能的按质定价。因此，可以看出进行电能质量评估有如下的现实意义： ( 1 ) 是评估地区电网或某个供电点电能质量优劣的科学方法； ( 2 ) 是电力市场环境下进行电能质量治理的先决条件； ( 3 ) 是调查干扰源的发射干扰和敏感用户所承受干扰的手段； ( 4 ) 是供用电双方制定供电合同及明确电能质量责任的重要依据； ( 5 ) 是电能质量按质定价的重要依据。 尽管世界各国对供电质量制定了一系列的标准，但是这些标准只能用来确定 供电合格或不合格，并不能确定供电电能质量的好坏。由于电能质量是由多种指 标体现的，是多个指标的有机综合，所以这种仅含合格、不合格两个等级的质量 标准不能全面、真实、自然地反映电能质量的性质。因此，正确地评估电能质量， 并以此为依据合理、经济地解决各种电能质量问题已经是摆在我们面前的一项迫 切任务，具有深刻的理论和现实意义。 1 3 电能质量评估的特点 对电能质量综合评价的质量等级评定即将多维问题向一维加权归一。当电能 质量的多个指标共同作用在一个系统中时，其不同的组合结果对电力系统运行的 不利影响和对电气设备性能的降低、甚至损坏都是十分复杂的问题，这使得电能 质量的综合评估复杂化。因此，应结合实际情况并采取适当的数学方法，建立各 电能质量指标的数学模型，进行综合电能质量评估，给出其等级划分。目前，如 何建立客观合理的电能质量综合评估模型，尽可能客观的反映电能质量的指标特 硕士学位论文 市场利益分配结果是电能定价机制和市场结算方式共同决定的。不同的定价 机制对应着不同的市场结算方式。根据定价机制的不同，目前用于电能市场的结 算方式主要有三种：第一种是按报价进行结算，我国东北区域电力市场，在年度 合同及月度合同竟价的结算中所采用的就是按报价结算；第二种是统一清算价格 体系( m a r k e t i n gc l e a r i n gp r i c e ，m c p ) ，采用此种计价方式时，独立系统操作员 ( i n d e p e n d e n ts y s t e mo p e r a t o r ，i s o ) 不考虑节点的网损成本和阻塞成本，只是将网 损费用和阻塞费用按比例分摊给用户，该方法不能反映出不同节点服务负荷的不 同成本，电价作为市场杠杆的作用被削弱，由于每个发电机输出功率所引起的损 耗是不一样的，以统一清算价格结算就意味着没有考虑各发电机输出功率所引起 损耗的差异，这对那些引起系统功率损耗较小的机组是不公平的，另外，采用统 清算价格容易造成负荷间的交叉补贴1 6 】。第三种是对应于节点边际电价体系的结 算方式，发电机组以发电机节点处的l m p 收费，负荷则按照负荷节点处的l m p 付费。节点电价体系下，各节点l m p 随着节点和系统运行方式的不同而各不相同， 负荷节点与发电节点之间l m p 的差值为交易双方需要支付的阻塞成本，这就从根 本上解决了负荷之间的交叉补贴，另外该电价体系下，阻塞区域往往表现为高电 价，这能促使该区域负荷需求减少，有利于减轻甚至消除系统阻塞。可见节点电 价结算方式弥补了前两种结算方式的缺陷，不仅能反映系统电能在不同时刻不同 位置的价值，还能反映电力资源的稀缺程度，为市场成员提供正确经济信号，在 解决交易公平性和电网阻塞方面表现出独特的优势，能促进资源优化配置，市场 的稳定发展，因此节点电价是电价机制改革的必然趋势。 1 2 国内外研究现状 随着电力市场的逐步成熟，目前国内外专家学者对于节点电价做了许多有益 的研究和探索。 由于直流具有鲁棒性强、计算速度快的优点，目前电力市场中多采用直流最 优潮流模型( d c o p f ) 计算节点边际电价，该模型忽略或采用近似的方法考虑系统 网络损耗，如b 系数法等【7 9 1 ，另一种用于计算节点边际电价的模型是交流最优潮 流模型( a c o p f ) ，基于该种模型得到的结果准确度非常高但存在计算量大、耗时 长和在大型系统中难以收敛的缺点【l 引。一般而言，对于实际电力系统的计算，直 流最优模型的精确度虽不及交流模型，但仍在系统可接受范围内，因此实际电力 系统的计算一般都采用直流最优潮流模型。近年来国内外专家学者不断对直流最 优潮流模型进行研究完善，使其计算精度越来越高。文献 1 1 提出了一种迭代的直 流最优潮流模型，并在计算中设置了一个虚拟需求节点( f i c t i t i o u sn o d a ld e m a n d ， f n d ) 用以解决系统潮流不匹配的问题。另外一些研究则试图将计算模型进行一些 简化，如采用电阻或发电转移因子代替b 系数矩阵计算系统损耗【1 2 , 1 3 】。 基于耗散功率转归的无盈余节点电价 伴随着节点电价体系的实施，节点电价在实际运用中的不足之处也暴露出来 了，由于采用边际定价方式，实际输电过程中的网络损耗和输电阻塞会导致系统 各节点电价发生较大的变化，一般而言，负荷区域电价通常高于发电厂所在区域 电价。在采用节点边际电价的联营体模式中，负荷按照各自的边际价格支付费用 给独立系统操作员i s o ，再由i s o 按照发电节点的边际电价向发电商支付费用， 双边交易则需根据两节点边际电价之差来缴纳输电阻塞费用。节点电价体系下的 结算方式使得i s o 从用户处收取的费用往往大于支付给发电商的费用【l4 1 ，这两部 分费用的差额即为销售盈余( m a r k e t i n gs u r p l u s ) 。显然，这在使用节点边际电价为 结算体系的电力市场中是不可避免的。销售盈余不应给交易中心或电网公司，因 为它对交易中心或电网公司来说是负面的经济信号，会导致网损增加和机会成本 上涨。一般认为，这部分销售盈余应按照某种方式公平地返还给各市场参与者， 但电力系统是个复杂庞大瞬变的网络，节点电价体系下系统电源、用电负荷、销 售盈余三者之间的关系不明显，如何公平公正地将该销售盈余返还给市场参与者 或找到某种方法规避销售盈余的产生是电力工业在改革过程中需要解决的关键市 场问题之一。 随着市场改革的不断进行和市场机制的不断完善，销售盈余的处理分配问题， 近年来也引起了国内外学者的普遍关注。 根据实时电价理论，销售盈余是由网络损耗和输电阻塞引起电价波动而导致 的，因此对销售盈余的研究要综合考虑网络损耗和输电阻塞。目前，在一些采用 节点边际电价的较成熟电力市场中对于由输电阻塞导致的销售盈余已经有了比较 理想的处理方法，即通过输电权( f i x e dt r a n s m i s s i o nr i g h t ，f t r ) 对输电权所有者 进行经济补偿，规避风险。输电权是h o g a n 于1 9 9 2 年提出的，基于实时电价理论， 边际电价中已经隐含了阻塞机会成本，参与现货市场竞标的交易双方按照相应节 点的边际电价进行交易，同时向输电系统运行机构支付所需的阻塞费用，交易商 可预先购买输电权，当系统发生输电阻塞时可以获取相应的经济补偿，规避因节点 间边际电价波动引起的价格风险。文献1 1 5 】分析了基于潮流的输电权( f l o wg a t e r i g h t s ，f g r ) 和金融性输电权( f i n a n c i a lt r a n s m i s s i o nr i g h t s ，f t r ) 的作用机理， 指出两者在本质上是一致的，都能够起到规避由输电阻塞引起的价格风险的作用， 其主要差别在于f g r 基于中央调度来实现，具有“综合性的信息，而f t r 则利 用市场机制来实现，具有“基础性”的信息。文献 1 6 】对输电权的拍卖机制进行研 究，提出了一种基于关口金融输电权的双边拍卖模型，该模型考虑了拍卖某条线 路的输电权对系统潮流的影响。文献 1 7 1 根据国际上一些成熟电力市场的运作经验 对我国华东金融输电权市场的可行性、收益分配方式、出清模型等作了一系列的 研究。文献 1 8 通过简单实例计算剖析了电力市场中输电阻塞和网络损耗导致销售 盈余的根本原因，并基于电能追踪理论提出了一种新的定价方法试图从根本上消 硕士学位论文 除销售盈余：不改变发电机处的节点电价，以系统中各节点电价的加权平均作为 各负荷处的节点电价，其权重等于该节点处发电机向特定负荷供电的比例。文献 1 9 提出了一种与输电权类似的用于规避网损电价波动和由网损引起的销售盈余 的规避工具，通过拍卖的方式出让该金融权利以此来解决由于系统网络损耗产生 的销售盈余。文献【2 0 】指出在竞争性的电力市场中有三种价格机制：节点电价 ( n o d a lp r i c i n g ) 、区域电价( z o n a lp r i c i n g ) 以及统一电价( u n i f o r mp r i c i n g ) ，分析了 三种价格体系下的利益分配方式和社会效益。文献【2 l 】在分析比较了节点电价、区 域电价和统一电价的基础上，提出了按区域定价的电价机制并给出了一种销售盈 余公平分配模型及算法以规避盈余风险，该方法利用结算前后特定区域的平均竞 价之差进行盈余分摊。文献 2 2 1 通过系统功率平衡方程的引入及严密的理论推导， 对节点电价理论进行了分析，说明产生销售盈余的原因，通过对发电报价曲线的 修正及采用市场利益交易前分配原则，使电力市场重新达到均衡状态，弥补了节 点电价理论的不足和局限性。文献 2 3 1 基于边际成本理论，考虑了电网年收支平衡， 在保留边际成本定价中的经济信息的同时，通过潮流跟踪法确定有功、无功电价 及固定成本在各用户间的分配。文献 2 4 】介绍了一种在电力市场联营交易模式下的 阻塞管理方法，文章建议采用基于电能追踪理论的加权平均电价法计算负荷电价 来消除销售盈余。文献 2 5 通过差价合同( c o n t r a c tf o rd i f f e r e n c e ，c f d ) 和金融输 电权这两个典型的金融工具组合来规避随机电价和输电阻塞风险，并在此基础上 提出在实时市场最优调度模型，该模型综合考虑收入最低裕度限制条件，可以很 好地解决了电网及市场参与者在风险和利润之间的平衡问题。文献 2 6 1 提出了基于 协作拍卖法的跨区域输电阻塞管理方法，在阻塞调度优化模型中考虑了合同路径 和物理路径之间的差异，利用功率传输分布因子将合同路径转换成物理路径，然 后利用发电转移因子将阻塞费用分摊到双边合同，采用潮流跟踪法分摊联营市场 内部的阻塞费用。文献 2 7 】在理论上阐述了联营电力市场结算盈余产生的根本原 因，尝试应用成本分摊理论来分摊网损结算盈余，讨论了网损结算盈余分摊的核 的存在问题，提出使用s h a p l e y 值法分摊网损结算盈余。 节点边际电价中的网损分量反映了各节点的边际网损成本，是节点电价的重 要组成部分，但该分量的准确性和公平性一直具有争议性。边际损耗系数法由于 能够反映各节点造成全网网损的微增成本信息，提供经济信号，已成为国外电力 市场中最典型、最有应用前景的一种网损分摊方法。文献 2 8 指出边际网损系数法 不能保证所计算出的总网损与系统实际发生的总网损一致，文章采用比例法来调 整网损分摊量可以使分摊的总网损与实际总网损一致并保持了边际网损系数的经 济信号。文献【2 9 】指出在仅考虑输电损耗的前提下，发电厂的售电收入应与用户端 的支出相等，在此分析上，文章基于功率分布法提出了节点电价修正新方法。同 时，文献 3 0 】指出任何一种将网络节点电压当作常数的网损分摊方法都是近似的， 基于耗散功率转归的无盈余节点电价 其合理性无法得到严格证明，因此任何一种网损分摊方法都只能是启发性的。文 献f 3 1 1 则提出了一种新的输电定价方法，将输电费用成本分为固定成本、变动成本 和附加成本，根据交易种类的不同对固定成本进行修正后再收费，采用边际网损 系数法计算用户分摊的变动成本，利用边际成本法计算附加成本，判断交易量的 边际变化是否超过设备的最大容量，然后对用户进行收费，避免用户间交叉补贴。 目前，我国已经形成六大区域电网：华东、华北、西北、东北、华中和南方 电网，为促进这些大区域电网实现商业化运营，必须从各方面创造条件建立电力 市场。我国区域性电力市场的建立和运营方式应根据“省为实体，联合电网，统 一调度的原则来确定。区域性电力市场能否较快地建立和高效运营取决于省电 力公司实体的利益和区域电力市场综合效益之间如何较好的协调，而合理的价格 及其调控机制是实现各省电网之间、电网公司与电厂之间、电网公司与供电公司、 供电公司与用户之间利益合理分享，提高区域电网总体效益、优化资源配置和运 行效率的关键。目前国内实行的统一清算价格体系m c p 越来越不适应市场稳定高 效运行的需要，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。在采用节点电价的电力市场中，对于边际定价所带来的结算盈余问题是 理论上和实际应用中都急需解决的关键问题。 1 3 主要内容 由于边际定价特有的性质，在实施节点边际价格的电力市场交易过程中必将 产生销售盈余，需对这些销售盈余进行处理。现存的盈余处理方法无法明确具体 电源负荷与销售盈余之间的一一对应关系，因此这些方法有失公平性或其公平性 无法被严格证明。本文将对此展开研究，首先基于支路耗散功率转归理论1 3 2 , 3 3 ， 明确线路耗散功率与各电源负荷之间的对应关系，在此基础上试图找到一种新的 定价方法，从根本上消除市场中的销售盈余。本文具体研究内容包括以下几点： ( 1 ) 介绍目前典型的电力市场、交易机制、定价方法及其各自特点，并对电 能的定价机制进行深入分析。对节点电价进行详细阐述，介绍节点边际电价的计 算方法与计算模型。分析节点边际电价的三个组成部分( 系统能量电价、阻塞电价、 边际网损电价) 的经济学含义。 ( 2 ) 对边际电价体系下结算盈余的根本原因及其经济学原因进行详细的分析 阐述。对现有的结算盈余处理方法进行全面介绍和总结，并分析这些方法的优缺 点及它们的实用性。提出无盈余节点电价的基本思想。 ( 3 ) 以支路耗散功率转归理论为基础结合实际潮流，明确电源、负荷与系统 损耗的对应关系，提出无结算盈余的节点电价制定方法，推导相应电价计算公式。 ( 4 ) 编写相应程序在标准的测试系统上进行仿真计算，并将得出的无盈余电 价与节点边际电价进行比较，通过对比分析，验证本文方法的有效性和有效性。 硕十学位论文 ( 1 ) 电能商品是无形的、不能储存。电力商品的生产、传输和消费要求同时 进行，而且电力供应的大小随消费需求的随机变化实时地、时时刻刻地变化着。 ( 2 ) 电能商品具有广泛依赖性。电能是人们生活不可缺少的必须品，它是目 前最为清洁、便于输送和转换的最佳二次能源。 ( 3 ) 电能商品的需求具有随机和不确定性。电力消费的行为是随机的、不确 定的，这导致电网负荷变化自蛸机性，加上电能不可储存，这就要求时时刻刻要 考虑电能商品的供求平衡，即所谓的电力电量平衡。 ( 4 ) 影响电能商品质量的因素多且复杂。普通商品的品质由生产厂家的技术 和生产工艺单方面决定，而电能的品质不同，不同发电厂发出的电能在电网中汇 集后呈现出统一的品质，而且该品质还受到消费用户的影响，如谐波的注入和放 大。 ( 5 ) 销售渠道具有集中性。目前，我国电力的销售渠道有直供、趸售、互供、 零售，但都集中在供电局销售，这些是电能商品所固有的主要特征，正是这些特 征，决定了衡量电能商品品质、实行优质优价的复杂性。 2 3 电能质量的相关标准 鉴于制定电能质量标准的必要性，i e e e 及相关国际委员会己经制定的相关标 准【1 4 】见下表2 1 。 表2 1 电能质量相关标准 标准出处 内容 i e c 6 1 0 0 0 ( 1 - 6 部分) 电磁兼容标准( e m c ) 电压波动限制( 用于美国工、 商、民用) 电力安全供应( 用于配电和输 ； 电) 的推荐标准 关于e m c ，环境和电能质量的相 关标准包括排放量限制，产品 标准，测试标准等等 定义了电压扰动标准并为客户 提出设计建议 电力供应的安全性、可靠性、 经济性评估标准 i e e e 5 1 9 ( 1 9 9 2 ) g 5 3 电力系统谐波控制标准。嚣蛊禁警裂黼 i e e e p l1 5 9 电能质量监控的实践标准 着重论述吾尘主磊翕周期的短 b s 5 4 0 6 ：1 9 8 8i e c 5 5 5 ：1 9 8 2民用设施造成的电力系统扰动对民用设备的操作及安装提出 c e n e l e c6 0 5 5 5 标准了工程性建议 e n5 0 1 6 0 ：1 9 9 5 定义了由釜蓑鐾春昙供应的电电压扰动波形雯供应扰动的定 a n s i c 8 4 1 ( 1 9 8 9 ) 电力系统和设备电压等级设备定义了稳毒鬻和电压不 为了与国际标准接轨，我国也相继规定了电能质量相关标准如下： 电能质量供电电压允许偏差( g b1 2 3 2 5 1 9 9 0 ) 电能质量公用电网谐波( g b t1 4 5 4 9 1 9 9 3 ) 基于模糊层次分析的电能质量综合评估 电能质量三相电压允许不平衡度( g b t1 5 5 4 3 1 9 9 5 ) 电能质量电力系统频率允许偏差( g b t1 5 9 4 5 1 9 9 5 ) 电能质量电压允许波动和闪变( g b1 2 3 2 6 2 0 0 0 ) 电能质量暂时过电压和瞬态过电压( g b t1 8 4 8 1 2 0 0 1 ) 2 4 电能质量指标及分类 2 4 1 电压偏差 供电系统在正常运行方式下，某一节点的实际电压与系统标称电压之差对系 统标称电压的百分数称为该节点的电压偏差，其数学表达式为： u ：缝当1 0 0 ( 2 1 ) 乩 式中，u 为电压偏差；u m 为实际电压，k v ；u n 为系统标称电压，k v 。 我国对3 5 k v 及以下供电电压规定了允许电压偏差，具体情况如下： ( 1 ) 3 5 k v 及以下供电电压的正，负偏差的绝对值之和不超过标称电压的1 0 。 如供电电压的上下偏差同号时( 均为正或负) ，按较大的偏差绝对值作为衡量依据。 ( 2 ) 1 0 k v 及以下三相供电电压允许偏差为标称电压的- 4 - 7 。 ( 3 ) 2 2 0 v 单相供电电压允许偏差为标称电压的+ 7 ，一1 0 。 电力系统中的负荷以及发电机的出力随时发生变化，网络结构随着运行方式 的改变而改变，系统故障等因素都会引起电力系统功率的不平衡。系统无功功率 不平衡是引起系统电压偏差的根本原因。电压偏差过大对用电设备以及电网的安 全稳定和经济运行都会产生极大的危害。当电压偏离额定电压较大时，用电设备 的运行性能恶化，不仅运行效率降低，还可能由于过电压或过电流而损坏。例如， 当电压高于额定电压5 时，白炽灯的寿命会减少3 0 ；当电压高于额定电压1 0 时，白炽灯的寿命会减小一半，从而使白炽灯的损坏数量大大增加；当电压低于 额定电压的5 时，白炽灯的光通量减少18 ；当电压低于额定电压lo 时，光通 量减少3 0 ，从而使照度显著降低。电压过低或过高都会使电动机的温升增加，若 电动机长时间处于较大的电压偏差下运行，就可能烧坏电动机绕组，使绕组绝缘 老化而缩短电动机的寿命。由于许多家用电器内部都装有动力装置，也即是各种 类型的电动机，电压偏差过大同样会影响它们的使用效率和寿命，严重影响人们 的正常生活。电压偏差过大情况严重时，甚至会导致电力系统崩溃，造成系统解 列，给国民经济带来巨大的损失【1 5 】。 2 4 2 频率偏差 电力系统在正常运行条件下，系统频率的实际值与标称值之差称为系统的频 率偏差，用公式表示为： 2 垄 在 竞 市 别 其 市 产 者 原 断 本 济 间 商 格 的 断 市 白 兀 统 基于耗散功率转归的无盈余节点电价 4 寡头结构 寡头市场是由少数几个供给者提供市场产品。与完全竞争、完全垄断、垄断 竞争结构的一个重要差别是寡头间行为不是相互独立的，由于寡头市场上只有少 数几个提供市场产品，因此每个产品提供商的市场行为都将对市场价格产生重大 影响，即产品的市场价格不是由市场机制来决定的，而是这少数几个提供商相互 协商决定的，同时提供商之间也是存在竞争的，若某提供商采取某种对策扩大自 己的产量，会遭到其对手的反对策行为。因此，寡头市场结构下的社会效用高于 完全垄断市场结构，资源的配置也优于后者。 2 2 典型定价方法 市场机制的核心是价格机制，研究电力市场的改革不得不研究电价体制的问 题，电价体系的调整与电力工业改革相伴而生。目前电力行业垄断经营的大框架 尚未完全打破，合理的电价形成机制尚未形成，我国绝大部分电厂的上网电价采 用单一的电度电价形式，少数电厂采用了两部制电价，也有部分地区上网电价实 行峰谷分时电价和丰枯季节电价。随着电力工业市场改革的进行，我国电价在发 展中表现出现了一系列矛盾和问题【3 6 j ： ( 1 ) 电价体系混乱，未形成灵活的跨大区、大省的统一电价机制。一方面， 一些电价的制定是以单个电厂单个机组的个别成本为基础，在具体操作上对成本 和造价缺乏有力约束，