（电力系统及其自动化专业论文）无功电价模型及同伦连续优化算法.pdf

华南理工大学工学硕士学位论文 a b s t r a c t e l e c t r i c i t y p r i c e a s a n e f f e c t i v e a d j u s t m e n t m e a n s b e c o m e s a f u l c r u m t o c o n t r o l e l e c t r i c p o w e r t r a d e i n e l e c t r i c p o w e r m a r k e t . i n p o w e r m a r k e t , e l e c t r i c i t y p r i c e m u s t b e f a i r a n d f e a s i b l e , a n d i t s m o d e l s h o u l d r e f l e c t s u p p l y a n d c o n s u m p t i o n s t a t u s a n d b e n e f i t s o f a l l t h e p l a y e r s a s r e a l l y a n d r e l i a b l y a s p o s s i b l e . b e i n g a n i m p o r t a n t p a r t o f a n c i l l a r y s e r v i c e , r e a c t i v e p o w e r s e r v i c e r e l a t e d t o t h e s a f e t y a n d s t a b i l i z a t i o n o f t h e o p e r a t i o n . a s t h e p o w e r m a r k e t g o i n g f u r t h e r , p e o p l e t a k e p r i c i n g o f r e a c t i v e p o w e r s e r i o u s l y . i n t h e p o w e r m a r k e t , p r i c e s o f r e a c t i v e p o w e r m u s t n o t o n l y r e c o v e r t h e c o s t s o f r e a c t i v e p o w e r p r o d u c t i o n , b u t a l s o p r o v i d e u s e f u l i n f o r m a t i o n r e l a t e d t o t h e u r g e n c y o f r e a c t i v e p o w e r s u p p l y a n d s y s t e m v o l t a g e s u p p o r t . t h i s p a p e r m a i n l y i n v e s t i g a t e s t h e m o d e l a n d o p t i m i z a t i o n a l g o r i t h m o f s p o t p r i c e u n d e r p o w e r m a r k e t e n v i r o n m e n t， p r o p o s e s h o m o t o p y c o n t i n u a t i o n o p t i m i z a t i o n a l g o r i t h m , a n d a p p l i e s i t t o r e s o l v e t h e s p o t p r i c i n g p r o b l e m c o n s i d e r i n g r e a c t i v e p o w e r c o s t . i n t h e p a p e r , s o m e s t r a t e g i e s d e a l i n g w i t h o n e o f t h e d i f f i c u l t i e s o f o p t i m a l p o w e r f l o w , i . e . t h e i d e n t i f i c a t i o n o f b i n d i n g i n e q u a l i t y c o n s t r a i n t s , a r e p r e s e n t e d . t h e s t r a t e g i e s i n c l u d e : a m e t h o d o f a s s o r t i n g t h e i n e q u a l i t y c o n s t r a i n t s , a m e t h o d o f h a n d l i n g t h e i n e q u a l i t y c o n s t r a i n t s b y c o n t i n u a t i o n p a r a m e t e r . t h e h o m o t o p y c o n t i n u a t i o n a l g o r i t h m h a s a n i m p r o v e m e n t o n c o n v e r g e n c e c h a r a c t e r i s t i c a n d c o m p u t a t i o n t i m e s a v i n g d u e t o i d e n t i f y t h e a c t i v e s e t o f i n e q u a l i t y c o n s t r a i n t s e x a c t l y . t h e n u m e r i c a l r e s u l t s o f w a r d o p t i m a l p o w e r f l o w; s p o t h o m o t o p y - c o n t i n u a t i o n a l g o r i t h m pri ce 1 1 华南理工大学 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。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文 不包含任何其它个人或集体己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，均己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。 储 签 名 : i- , in马 日 期 : z g 为等式约束条件节点注入潮流平衡方 程。k 为系统的各种安全约束，包括节点电压约束、发电机节点的有功、无功功 率约束、支路潮流约束、变压器变比、可变电容器约束等等。 从六十年代提出最优潮流问题到今天，许多学者对这个问题做出了深入的 华南理工大学工学硕士学位论文 厂的显式成本和机会成本，及网络中传输设备如并联补偿器、变压器分接头和网 络损耗等的费用。考虑每次投切电容器组，改变变压器分接头位置的费用，作者 提出了一种基于无功调度费用最小的计算模型。 4 、其它问题 随着我国电力企业改革的深入，厂网分离，竞价上网步骤的加快，我国学者 对电力市场方面的理论进行了很多研究。除了电价的算法外，对无功服务在电力 市场各阶段的作用及处理方法等也进行了一些阐述。 文 1 5 1 , 1 6 1 , 1 7 等详细地介绍了国外电力市场发展概况及电价模型、算 法，同时结合我国实际情况，有预见性地提出了我国电力市场发展的方向及大致 方法。同时也对无功电价问题进行了一些阐述。 另外，文 2 2 1 , 2 3 1 , 2 4 1 , 2 5 1 , 2 6 1 , 2 7 1 等等对无功服务或电价进行 了一些阐述，在此不再介绍。 1 . 3 4 p f问题的研究现状 最优潮流是指从电力系统稳定运行的角度来调整系统中各种控制设备的参 数，在满足节点正常功率平衡及各种安全指标的约束下，实现目标函数最小化的 优化过程，通常的目标函数是发电费用、发电耗量或全网的网损。由于最优潮流 是问 时 考 虑网 络的 安 全 性和 经 济 性的 分 析 方 法， 是 传 统的 经 济 调 度方 法 无 法 取 代 的，因此在电力系统的安全运行、经济调度、电网规划、复杂电力系统的可靠性 分析、传输阻塞的经济控制、能量管理系统等方而得到广泛的应用。 早在 1 9 6 2年，j c a r p e n t i e r介绍了一种以非线性规划方法来解决经济分配问 题2 8 ，首次引入了电压约束和其它运行约束， 这种考虑更为周全的经济调度问题 就是最优潮流 ( o p f )问题的最初模型，通常的数学描述为: 目标函数: 约束条件: r u i n f = f ( x ) g ( x h_ h x ) !5 石 ( 1 - 1 ) ( 1 - 2 ) ( 1 - 3 ) 式中了 为优化的目标函数，可以为系统的发电费用函数、发电燃料、系统 的有功网损、无功补偿的经济效益等等;g 为等式约束条件节点注入潮流平衡方 程。k 为系统的各种安全约束，包括节点电压约束、发电机节点的有功、无功功 率约束、支路潮流约束、变压器变比、可变电容器约束等等。 从六十年代提出最优潮流问题到今天，许多学者对这个问题做出了深入的 第一章绪论 研究文献【 3 0 - 3 幻中介绍了最优潮流的数学模型和基本方法。 从数学上讲， 最优潮 流是一个多变量、 多维数、 多约束、 连续和离散的变量共存混合非线性优化问题。 目前研究得比较成熟的优化方法有牛顿法最优潮流、内点法最优潮流、p q分解法 最优潮流。 1 、牛顿法 牛顿法优化潮流的数学模型见 ( 1 - 1 )一 ( 1 - 3 )式的描述，牛顿法中将等式 约束由l a g r a n g e 乘子a 引入到目 标函数中构成如下的扩展l a g r a n g e 函数: l ( x , l ) = f ( x ) + a t b ( x )( 1 - 4 ) 式 ( 1 - 4 )是一组以矢量x 和a 为变量的无约束的非线性方程组.用牛顿法求 解式 ( 1 - 4 )的迭代方程为: r h (x ,i ) j (x )t l r d x l _ 一 a l / d x l l j ( x ) 0 j l a i j l d l / a i j ( 1 - 5 ) 上式中的h (x , a ) 为l a g r a n g e 函 数的h e s s i a n 阵， j ( x ) 为 等式约 束的j a c c o b i 矩阵。以 ( 1 - 5 ) 式求出的结果对各变量进行修正，将修正后违约的变量或函数以 罚函数的形式引入到增广的目标函数中，由于引入的罚函数只对 h e s s i a n阵的部 分对角元素有影响，因此对违约不等式约束的处理，在牛顿法中多采用试验迭代 处理，对违约变量进行修正。式 ( 1 - 4 )一 ( 1 - 5 )中各函数的含义见文献【 2 9 1 . 自从 1 9 8 4年 d a v i d s u n等人提出以牛顿法解最优潮流到现在，已经有多位 学者对该方法做出了更全面的研究和改进，而不同文献对牛顿法o p f 中不等式约 束处理提出了不同的处理方案。 文献【 3 9 提出以牛顿法为基础的最优潮流用以实现系统无功的优化，这种方 法被公认为是牛顿o p f 算法实用化的重大飞跃. 该法以l a g r a n g e 乘子法处理等式 约束，以惩罚函数法处理违约的变量不等式约束。该文首次将电力系统的稀疏性 与牛顿法结合起来搜得计算量大大减小，也结束了牛顿法无法用于最优潮流解算 的历史。对 9 1 2节点的系统测试，利用解祸的 p q分解牛顿法迭，效果较好。其 缺点是对函数不等式约束处理得不好。 文献【 4 0 1 中提出运用牛顿法解决系统有功网损和无功补偿费用的优化问题， 提出以单变量的二次罚函数惩罚函数处理不等式约束的方法，其计算初值采用潮 流计算初值，而且其所需内存量只是普通牛顿法潮流的二倍，计算速度快、收敛 性好。 并运用该方法对多个 i e e e 标准测试系统和华北系统 3 2 8 节点等系统进行了 优化计算，有功网损下降最高达4 5 . 4 3 %无功补偿节省费用高达3 6 4 万元。 针对牛顿法最优潮流的试验迭代对不等式约束的处理，文献【 4 1 1 9 q 提出了进 一步解决的方案，即在不等式约束处理过程中考虑优先级策略，作者认为变量型 约束优先级高且数型约束优先级低。当高优先级约束逐步稳定后再将低优先级约 华南理工大学工学硕士学位论文 束引入试验迭代。该文提出了由 “ 有效约束集”向 “ 紧约束集”转变的过程处理 策略，对无功补偿设备和变压器分接头变比的处理，采用将 h e s s i a n阵对角元置 一小数 。 ，解决 h e s s i a n阵病态问题。 同样在文献【 4 2 . 4 5 中，提出快速预估起作用的不等式约束集方法。文献 4 2 根据电网拓扑结构，将有越限的母线分成多层，每一层选取一个越限相对严 重的节点进入起作用的不等式约束集，依次处理各层搜索到所有节点，这种方法 相对节省迭代次数.而试验迭代采用有限次终止策略。文献 4 5 基于有效标准， 选择和施加最少数量起作用的不等式约束，以少的振荡很快得到优化解。 由于牛顿法最优潮流中起作用的不等式约束集无法事先预测，需要进行试验 迭代来确定，增加了计算的难度和复杂性。针对此问题，文献 4 3 提出用线性规 划技术，取代试验迭代来进行有效不等式约束的识别.从而跨越了试验迭代这条 鸿沟。 文献 4 2 同时分析了h e s s i a n阵病态的 4 个原因，分别是发电费用函数近似 为线性， 造成 h e s s i a n阵对角不占优， 初始参数不合适，v. b 取 1 , 0启动，t 取 中 间 值， 而a , . a , 初 值 对 计 算收 敛 与 否 影响 很大 两 者 根 据 经 验 值 确定; 变 压 器 支 路阻抗的电阻很小，也易造成h e s s i a n 阵对角不占优:发电机连接支路的电阻为 零，造成发电机节点的无功可调节节点的电压灵敏度为零;针对以上四种较小的 对角元，设置一个限值，低于限值时强行置于用稳定因子与限值乘值上，稳定因 子随迭代进行而改变，这种软惩罚策略保证了h e s s i a n 阵非病态。 文献【 4 4 针对牛顿法最优潮流中的 h e s s i a n阵易于出现接近奇异或奇异情 况，提出以适应性移动罚函数法处理 h e s s i a n阵的小或零对角元素，保证了 h e s s i a n 阵的正定性问时不影响收敛速度。 n e w t o n 最优潮流的恃点: ( 1 )充分利用了电力系统的稀疏性计算量大大减小; ( 2 )用试验迭代确定有效约束集，编程实现困难; ( 3 )对应控制变量的h e s s i a n 阵对角元易出现小值或零值趋成矩阵奇异; ( 4 )引入的l a g r a n g e 乘子的初值对迭代计算的稳定性影响大; 2 、内点法 1 9 8 4 年，k a r m a r k a r 提出了线性规划的一个新算法仰内点法。目前该方法己 被扩展应用于求解二次规划和非线性规划模型，因此可以用内点法来解决最优潮 流问题。内点法o p f 从初始内点出发，沿着最速下降方向，从可行域内部直接走 向最优解。内点法一般是以对数障碍函数为基础的，针对不等式约束，引入松弛 变量将不等式约束转化为等式约束，引入l a g r a n g e 乘子将等式约束( 2 )和由 ( 3 ) 式转化而来的等式约束引入扩展的目标函数， 同时在原目标函数中对各松弛 第一章绪论 变量引入对数障碍函数4 9 5 1 5 2 1 ，形成如下的扩展日 标函数: m in f 一 ， ( x ) + 1 g ( x ) + u h ( x ) + s - h + v h ( x ) - s - h l + n ln ( s , ) + ln ( s , ) 对无约束 ( 6 )式的优化，文献【 2 6 用下面的方法求解: ( 1 - 6 ) h ( x , .z ) j ( x ) t j ( x )i aral 二 一 !v (x,x)g (x ) ( 1 - 7 ) 其中h (x , 劝和q , (x , 劝的具体描述见文献 5 3 , ( 1 - 7 ) 式的表述与( 1 - 6 ) 式相 比大大降低了问题的维数月时也可以借鉴牛顿法最优潮流的计算方法，系数矩阵 也是高度稀疏的， 可以充分利用电力系统的稀疏性， 而且内点法不需要试验迭代， 因此编程比牛顿法要简单，易于实现。 文献 5 6 提出一种对偶仿射尺度法 内点法的一种变形)来解决水力发电计 划的问题。该问题被描述成一个具有等式和不等式约束的线性规划数学模型，本 方法对解决该类大系统的优化迭代次数较少，一般为 2 0 - 6 0 次即可收敛。这种 方法能够处理有大量约束的线性和非线性的优化问题， 文中对具有 1 1 8 节点、 3 6 8 0 个约束的系统进行优化，效果理想。它的缺点是只适合处理不等式约束的优化问 题，对等式约束需要进行变形处理，而且需借用其它方法获得其初值。 文献 4 7 1 提出二阶内点法来求解系统最优潮流、 经济调度和无功计划的问题。 该方法能够处理具有线性约束的线性或非线性目 标函数，对 i e e e 1 4 节点标准系 统的最优潮流优化的时间只是m i n o s 软件的八分之一，但该文并没有对经济调度 和无功计划做出测试。 文献 4 9 提出了预报一校正原对偶内点法解非线性最优潮流问题，在这种方 法中同时考虑和处理等式和不等式约束，将直接的原一对偶内点法的结果作为预 报值，将系统形成一个对称系数的方程组，而且这个系数矩阵的稀疏结构是固定 的，因此该方法的计算量小。该文对 9 节点到2 4 2 3 节点等多个系统进行了运算， 其结果与原一对偶内点法o p f的结果相比，计算速度快、迭代次数少。 文献【 5 0 提出以基于二次内点法的分区优化的方法来解决大系统的优化问 题，对于内联的系统根据区域的不同特点进行分区，对不同的区域的各自 特点进 行有不同目标函数的优化，使整个系统的优化更加合理。 文献【 4 8 1 , 5 2 1 分别提出了基于对数障碍函数的原对偶内点法来完成系统的 无功优化、最优潮流，引入松弛因子将变量不等式约束变为等式约束，将松弛因 子以对数障碍函数的形式引入目标函数，形成一个无约束的扩展目标函数。文献 5 2 中，扩展目标函数在满足k u h n - t u c k e r 条件下将中间变量转移，得出与牛 顿法同样形式同样稀疏的方程式。作者提出了原变量和对偶变量取不同的迭代步 华南理工大学工学硕士学位论文 长，同时指出没有限值的量也要有步长限制。障碍参数与变量数目、松弛因子和 拉格朗日乘子都有关系。该方法不需试验迭代，计算简单。 文献 5 3 在以内点法非线性规划方法来解决最优潮流问题的同时， 阐述了中 心方向概念并将这种方法扩展到经典潮流和近似最优潮流，近似最优潮流的解与 最优潮流的解很相近，但其计算时间比最优潮流的计算时间要短很多。同时该文 献提出了一种新的数据结构方式与传统的牛顿最优潮流数据结构相比，其优点在 于计算的注入元减少了一半，计算时间降低 1 5 %。文献 5 4 分别对以发电费用、 系统网损和无功补偿费用等最小化为目标函数的优化问题，提出了统一的解决方 案。 内点法的特点: ( 1 )其迭代次数与系统规模或控制变量的数目关系不大; ( 2 )数值鲁棒性强; ( 3 )没有识别起作用约束集的困难。 3 , p q 分解法 p q 分解法是解决电力系统问题特有的一种方法。针对电力系统传输网络的物 理弱祸合性，有功功率和电压相角的关系比较大，无功功率和电压幅值的关系比 较大，因此可能将有功功率和无功功率解祸优化，它解决了以往的祸合型牛顿最 优潮流计算时间较长， 而且计算量大的缺点。 在p q 分解法的最优潮流中应用了线 性规划法、二次规划法、梯度法和牛顿法或者是上述方法的混合。 d o p a z 。 在1 9 6 7 年首先提出p q 分解解决电力系统问题后， 该方法得到了广泛 的应用。 文献【 5 5 - 5 7 中通过计入系统的静态安全约束把o p f问题转化成一个非 线性最优化问题，忽略有功和无功的祸合影响，把系统优化分解为有功、无功优 化两个优化子问题交替迭代求解。其中文献 5 5 可以对解祸后的有功、无功子问 题分别赋予不同的目标函数，求解具有一定的灵活性。而文献【 5 7 使用二次规划 法对无功优化问题求解与前两者相比提高了无功子问题的优化效果。文献厂 5 8 在 以 p q解祸技术对有功、无功交替优化同时，计入了有功无功的相互影响与文献 5 5 - 5 7 的方法相比大大减少迭代次数。 议。 在最优潮流中每次迭代都要重新计算 h e s s i a n阵计算量大。因此文献 5 9 1 , 6 0 向作者提出了简化计算该矩阵的想法。 文献【 5 9 结合电力系统支路参数特征， 解决了牛顿法最优潮流算法h e s s i a n 阵元素的合理常数化问题，h e s s i a n 阵的元 素只与平衡机的耗量微增率与节点导纳的乘积有关，并在此基础上提出了快速解 祸牛顿法。该算法在迭代过程中不必重新形成扩展h e s s i a n阵的因子表，显著地 缩短了每次迭代的时间，适合在线计算。快速解祸的牛顿最优潮流算法分析了不 第一章绪论 等式约束、 节点电压和l a g r a n g e 乘于等因素对h e s s i a n阵元素的影响， 合理地将 这些因数常数化，使h e s s i a n 阵近似为常数，使解藕后的计算量和计算时间都大 大减少，但这种方法的缺点是迭代次数多。文献 6 0 针对电力系统的稀疏特性， 根据电力网络的特点提出了拟罚函数法，有效地处理了有功电源和无功电源的不 等式约束。在不影响结果的精度的前提下，对 j a c c o b i 矩阵和h e s s i a n 阵简化处 理，减小了计算工作量。应用到京津塘 1 2 2 节点和华北电网2 3 2节点系统的无功 优化，网损分别下降 1 2 . 5 %和 1 3 . 6 %. 用同一种方法处理解祸最优潮流中的有功、无功子问题，往往是有功子问题 收敛效果好，而无功子问题的优化收敛很慢，针对这一现象，文【 6 1 1 提出了用混 合解祸法最优潮流，用线性规划法求解有功优化子问题，用非线性规划法求解无 功优化于问题，对两个问题交替求解，在求解有功子问题时无功变量保持常值， 在求解无功子问题时有功变量保持常值，降低了求解问题的维数，这种方法在保 证了解祸的有效性问时也保证了灵活性。在中国东北的电力控制中心实际在线应 用效果较好。 用解祸方法求解最优潮流问题存在以下三个缺陷，一是解祸最优潮流不像解 祸潮流和状态估计那样直接，因为一些类型的约束如支路潮流与有功和无功变量 的关系都很大，不能直接地分解成两个子问题，因此目前的方法没有对此类约束 很好地处理。二是两个解祸子问题都要求出高精度的中间解，每一步迭代都需要 大量的时间。三是在迭代过程中或迭代的末尾需要进行潮流计算，可能增加计算 负担。 基于 o p f 模型的有功无功实时电价算法是很有前途的算法，尽管有多种多样 的电价算法，但首先由于算法的复杂性，是一个多约束大规模非线性优化问题， 且随着电网规模的增大，求解的规模相应加大，就连解祸的有功无功实时及电价 算法都不可能实现;现阶段只是停留在理论阶段，在线实际应用尚需假以时日: 其次在电力市场开放之初，系统各种软硬件不很完善，资金不很充足，运营人员 的业务准备不足，有关法法规不完善的情况下，目前我国还不具备实现实时无功 电价的条件。电力市场的结构及电价体系还需要根据我国的特点在实践中不断地 探索。本文是在结合我国电力市场初期实际对无功电价制定方法进行比较切合实 际的初步探讨。 1 . 4本文主要工作 综上所述，实时电价的计算是电力市场中的重要研究内容。由于电价在电力 第一章绪论 等式约束、 节点电压和l a g r a n g e 乘于等因素对h e s s i a n阵元素的影响， 合理地将 这些因数常数化，使h e s s i a n 阵近似为常数，使解藕后的计算量和计算时间都大 大减少，但这种方法的缺点是迭代次数多。文献 6 0 针对电力系统的稀疏特性， 根据电力网络的特点提出了拟罚函数法，有效地处理了有功电源和无功电源的不 等式约束。在不影响结果的精度的前提下，对 j a c c o b i 矩阵和h e s s i a n 阵简化处 理，减小了计算工作量。应用到京津塘 1 2 2 节点和华北电网2 3 2节点系统的无功 优化，网损分别下降 1 2 . 5 %和 1 3 . 6 %. 用同一种方法处理解祸最优潮流中的有功、无功子问题，往往是有功子问题 收敛效果好，而无功子问题的优化收敛很慢，针对这一现象，文【 6 1 1 提出了用混 合解祸法最优潮流，用线性规划法求解有功优化子问题，用非线性规划法求解无 功优化于问题，对两个问题交替求解，在求解有功子问题时无功变量保持常值， 在求解无功子问题时有功变量保持常值，降低了求解问题的维数，这种方法在保 证了解祸的有效性问时也保证了灵活性。在中国东北的电力控制中心实际在线应 用效果较好。 用解祸方法求解最优潮流问题存在以下三个缺陷，一是解祸最优潮流不像解 祸潮流和状态估计那样直接，因为一些类型的约束如支路潮流与有功和无功变量 的关系都很大，不能直接地分解成两个子问题，因此目前的方法没有对此类约束 很好地处理。二是两个解祸子问题都要求出高精度的中间解，每一步迭代都需要 大量的时间。三是在迭代过程中或迭代的末尾需要进行潮流计算，可能增加计算 负担。 基于 o p f 模型的有功无功实时电价算法是很有前途的算法，尽管有多种多样 的电价算法，但首先由于算法的复杂性，是一个多约束大规模非线性优化问题， 且随着电网规模的增大，求解的规模相应加大，就连解祸的有功无功实时及电价 算法都不可能实现;现阶段只是停留在理论阶段，在线实际应用尚需假以时日: 其次在电力市场开放之初，系统各种软硬件不很完善，资金不很充足，运营人员 的业务准备不足，有关法法规不完善的情况下，目前我国还不具备实现实时无功 电价的条件。电力市场的结构及电价体系还需要根据我国的特点在实践中不断地 探索。本文是在结合我国电力市场初期实际对无功电价制定方法进行比较切合实 际的初步探讨。 1 . 4本文主要工作 综上所述，实时电价的计算是电力市场中的重要研究内容。由于电价在电力 华南理工大学工学硕士学位论文 市场中起着价格导向的作用，因此作者认为电价的计算应该具有模型合理、计算 方法简单、计算速度快捷、结果公平的特点。基于这一点，本文展开了大量研究 工作，提出了同伦连续法，并应用于无功电价的计算中，主要工作如下: 1 、本文主要对电力市场环境下实时电价的有关算法问题进行了研究，提出了同 伦连续法，并应用于考虑无功费用的实时电价的计算。 2 、对最优潮流实际应用中的一个难点:如何快速正确地预估起作用的不等式约 束集，作了详细的分析研究并提出了相应的处理策略。具体包括:对不等式 约束进行分类;引入连续参数来处理不等式约束等。 3 、文中通过一个6 节点系统和 工 e e e 3 0 节点系统算例，验证了所提模型及算法的 可行性和有效性。结果表明，同伦连续算法能够快速、准确地辨识有效不等 式约束，大大减少不等式约束处理的工作量，从而加快计算速度和收敛性。 第二章 电力市场概述 第二章 电力市场概述 2 . 1引言 从 1 9 9 0 年开始， 英国对其电力工业进行了全面的体制改革。 竞争机制第一次 被引入了电力行业，并给这个夕阳工业带来了朝气。1 0 年过后，英国的电力改革 取得了令人瞩目的成就，很大程度地降低了电价，提高了电力生产效率，并有效 的为其电力工业吸引了国内外的投资。此后，其它许多国家纷纷效仿英国，并建 立了各自的电力市场。目前，结构调整、引入竞争机制和提高生产效率己成为各 国电力市场发展的大方向和必然趋势。 在我国，浙江省于 1 9 9 4年 7月就建立了模拟电力市场。1 9 9 8年至今，我国 己先后批准浙江、山东、上海和东北三省建立电力市场。目前我国的电力市场还 仅处于开放发电侧市场的阶段，随着电力市场的进一步发展，发电厂与供电商或 大用户之间的双边与多边贸易和购电侧市场的开放都将列入议事日程。 电价的制定是电力市场中最重要的内容，国外许多失败的例子就是由于电力 市场环境下价格冲击对电力系统可靠性和安全性造成了极为不利的影响。如何快 速的计算出实时电价，如何将输电费用公平合理的分配给各个用户都是其中的热 点研究问题。 2 . 2基本概念 电力市场是采用经济、法律等手段，本着公平竞争、自愿互利的原则，对电 力系统中发电、输电、供电、用户等各成员组织、协调运行的管理机制和执行系 统的总和。 电力市场的实质是通过建立一个充满竟争和选择的电力系统运营环境来提 高整个电力工业的经济效益。 竟争和选择是市场机制相互依存的两个方面。从发电厂家来看，电力市场的 本质是引入竟争机制，各厂家可以充分挖掘各自的潜力，千方百计地降低供电成 本以获得更大的经济效益;从用户的角度看，电力市场的本质是提供了更多的选 择机会，可以得到更便宜的电力。市场机制中的竞争和选择保证了电力市场故高 效运作。此外，还可通过联合备用、协调维修和事故支援等获得共同利益，这些 共同利益在电力市场成员之问合理的进行分配。 第二章 电力市场概述 第二章 电力市场概述 2 . 1引言 从 1 9 9 0 年开始， 英国对其电力工业进行了全面的体制改革。 竞争机制第一次 被引入了电力行业，并给这个夕阳工业带来了朝气。1 0 年过后，英国的电力改革 取得了令人瞩目的成就，很大程度地降低了电价，提高了电力生产效率，并有效 的为其电力工业吸引了国内外的投资。此后，其它许多国家纷纷效仿英国，并建 立了各自的电力市场。目前，结构调整、引入竞争机制和提高生产效率己成为各 国电力市场发展的大方向和必然趋势。 在我国，浙江省于 1 9 9 4年 7月就建立了模拟电力市场。1 9 9 8年至今，我国 己先后批准浙江、山东、上海和东北三省建立电力市场。目前我国的电力市场还 仅处于开放发电侧市场的阶段，随着电力市场的进一步发展，发电厂与供电商或 大用户之间的双边与多边贸易和购电侧市场的开放都将列入议事日程。 电价的制定是电力市场中最重要的内容，国外许多失败的例子就是由于电力 市场环境下价格冲击对电力系统可靠性和安全性造成了极为不利的影响。如何快 速的计算出实时电价，如何将输电费用公平合理的分配给各个用户都是其中的热 点研究问题。 2 . 2基本概念 电力市场是采用经济、法律等手段，本着公平竞争、自愿互利的原则，对电 力系统中发电、输电、供电、用户等各成员组织、协调运行的管理机制和执行系 统的总和。 电力市场的实质是通过建立一个充满竟争和选择的电力系统运营环境来提 高整个电力工业的经济效益。 竟争和选择是市场机制相互依存的两个方面。从发电厂家来看，电力市场的 本质是引入竟争机制，各厂家可以充分挖掘各自的潜力，千方百计地降低供电成 本以获得更大的经济效益;从用户的角度看，电力市场的本质是提供了更多的选 择机会，可以得到更便宜的电力。市场机制中的竞争和选择保证了电力市场故高 效运作。此外，还可通过联合备用、协调维修和事故支援等获得共同利益，这些 共同利益在电力市场成员之问合理的进行分配。 华南理工大学工学硕士学位论文 电力市场的基本特征是:开放性、竞争性、计划性和协作性。 与传统的垄断的管理运行模式相比，电力市场具有开放性和竞争性;与普通 的商品市场相比，电力市场具有计划性和协作性。 电力市场的基本原则是:公平、公正和公开，即 “ 三公”原则。 建立电力市场的目的是在电力工业中引入竞争机制。在一个充满公平竞争的 电力市场中，参与看之间应该是相互平等的。所以，电力市场最基本的原则是公 平。 电力市场的运营模式有:垄断型运营模式、买电型运营模式、批发竟争型运 营模式和零售竞争型运营模式。 电力工业可分为发电、输电、配电和供电四大领域。以上四种运营模式是按 照这四大领域中垄断、竞争和选择的程度不同来划分的. 电力市场中的支点一一电价。电价是控制电力市场中电力交易的杠杆，是电 力市场的重点研究内容。制定电价的原则应该包括:以成本为主，合理利润，市 场参与者之间公平负担，有价格导向作用，促进用户合理用电。 传统的电价制定方法有:综合成本方法 ( e m b e d d e d c o s t m e t h o d ) 、长期边际 成本方法 ( l o n g r u n m a r g i n a l c o s t m e t h o d )和实时电价理论( s p o t p r i c e ) . 随着电力市场的发展，关于电价的制定方法越来越多，越来越复杂。 2 . 3主要模式 电力市场中的各利益主体和特殊主体可以构成不同的市场结构，比较典型 的市场结构模式主要有: ( 1 ) 发电商以批量联营竞争性的报价销售电力给电力交易中心 ( p x ) ， 而供电商 以一个被管制的电价从电力交易中心批量购买电力，然后再零售给用户。 ( 2 ) 发电商同样以批量联营竟争性的报价销售电力给电力交易中心 ( p d， 而供 电商以一个竞争性电价从电力交易中心批量购买电力， 然后再零售给用户。 ( 3 ) 在 ( 1 )或 ( 2 )的市场结构之外还允许发电商和供电商之间直接签订批购 与批售协议，进行直接的双边 ( b i l a t e r a l ) 批量贸易。 ( 4 )在 ( 1 ) , ( 2 ) , ( 3 )的市场结构之外还包括零售 ( r e t a i l ， 主要是大中用户) 和多边 ( m u l t i l a t e r a l )贸易. 华南理工大学工学硕士学位论文 电力市场的基本特征是:开放性、竞争性、计划性和协作性。 与传统的垄断的管理运行模式相比，电力市场具有开放性和竞争性;与普通 的商品市场相比，电力市场具有计划性和协作性。 电力市场的基本原则是:公平、公正和公开，即 “ 三公”原则。 建立电力市场的目的是在电力工业中引入竞争机制。在一个充满公平竞争的 电力市场中，参与看之间应该是相互平等的。所以，电力市场最基本的原则是公 平。 电力市场的运营模式有:垄断型运营模式、买电型运营模式、批发竟争型运 营模式和零售竞争型运营模式。 电力工业可分为发电、输电、配电和供电四大领域。以上四种运营模式是按 照这四大领域中垄断、竞争和选择的程度不同来划分的. 电力市场中的支点一一电价。电价是控制电力市场中电力交易的杠杆，是电 力市场的重点研究内容。制定电价的原则应该包括:以成本为主，合理利润，市 场参与者之间公平负担，有价格导向作用，促进用户合理用电。 传统的电价制定方法有:综合成本方法 ( e m b e d d e d c o s t m e t h o d ) 、长期边际 成本方法 ( l o n g r u n m a r g i n a l c o s t m e t h o d )和实时电价理论( s p o t p r i c e ) . 随着电力市场的发展，关于电价的制定方法越来越多，越来越复杂。 2 . 3主要模式 电力市场中的各利益主体和特殊主体可以构成不同的市场结构，比较典型 的市场结构模式主要有: ( 1 ) 发电商以批量联营竞争性的报价销售电力给电力交易中心 ( p x ) ， 而供电商 以一个被管制的电价从电力交易中心批量购买电力，然后再零售给用户。 ( 2 ) 发电商同样以批量联营竟争性的报价销售电力给电力交易中心 ( p d， 而供 电商以一个竞争性电价从电力交易中心批量购买电力， 然后再零售给用户。 ( 3 ) 在 ( 1 )或 ( 2 )的市场结构之外还允许发电商和供电商之间直接签订批购 与批售协议，进行直接的双边 ( b i l a t e r a l ) 批量贸易。 ( 4 )在 ( 1 ) , ( 2 ) , ( 3 )的市场结构之外还包括零售 ( r e t a i l ， 主要是大中用户) 和多边 ( m u l t i l a t e r a l )贸易. 第二章 电 力市场概述 2 . 4交易方式 电力市场的交易可以分为合同交易、现货交易和期货交易。 合同交易一般是指大用户 ( 批发商)与发电商之间基于负荷预测签订关子购 电量和电价承诺的合同，它不随市场条件的变化而变化。 现货交易一般是指电力交易中心提前一天基于各发电厂商的报价制定次日的 交易，然后由调度机构执行。 期货交易与合同交易类似，但是交易的双方都被允许在支付了一定的保证金 之后退出期货市场，或是进入现货市场，或是与其它的市场成员以双边交易方式 再买或卖或者到期对冲，通过套期保值而规避风险甚至获利。 由于大用户一般都可以与电力公司签订合同购买电力，所以合同交易方式对 各类企业管理模式都是适用的，至于现货交易和期货交易则必须在发电和销售竞 争条件下才能产生。 2 . 5无功服务 电压/ 无功控制是重要的辅助服务。 由负荷的无功功率、 电压静态特性可知， 要想维持负荷的电压水平，就必须供给相应于该电压水平的无功功率。从根本上 说，要维持整个系统的正常电压水平，就必须有足够的无功电源来满足系统负荷 对无功功率的需求和补偿无功功率的损耗。如果系统无功电源不足，则会使电网 处于低电压水平上的无功功率平衡，即靠电压减低、负荷吸收无功的减少来弥补 无功电源的不足。同样，如果由于电网缺乏调节手段使某段时间无功功率过剩， 也会造成电网的运行电压过高。电压和无功的关系十分的密切，大多数情况下无 功是导致电压降落的主要原因。无功电压问题在电力市场下将变的更为重要。无 功服务问题是现在研究比较多的课题。 2 . 5 . 1无功市场的构成及特点 需要无功的买方为:一般用户，电网公司及供电公司。买方需要一个合适的 能正确反映市场需求的价格信号，无功的供应应有可靠的保证;鉴于无功供应的 区域性，无功虽是区域供应，但不应由此而出现垄断价格。因为有功的传输离不 开无功的支持，无功的卖方可以是发电公司、电网公司、供电公司、无功补偿设 备的拥有者 ( 其中也可以是用户或设备投资者) 。 第二章 电 力市场概述 2 . 4交易方式 电力市场的交易可以分为合同交易、现货交易和期货交易。 合同交易一般是指大用户 ( 批发商)与发电商之间基于负荷预测签订关子购 电量和电价承诺的合同，它不随市场条件的变化而变化。 现货交易一般是指电力交易中心提前一天基于各发电厂商的报价制定次日的 交易，然后由调度机构执行。 期货交易与合同交易类似，但是交易的双方都被允许在支付了一定的保证金 之后退出期货市场，或是进入现货市场，或是与其它的市场成员以双边交易方式 再买或卖或者到期对冲，通过套期保值而规避风险甚至获利。 由于大用户一般都可以与电力公司签订合同购买电力，所以合同交易方式对 各类企业管理模式都是适用的，至于现货交易和期货交易则必须在发电和销售竞 争条件下才能产生。 2 . 5无功服务 电压/ 无功控制是重要的辅助服务。 由负荷的无功功率、 电压静态特性可知， 要想维持负荷的电压水平，就必须供给相应于该电压水平的无功功率。从根本上 说，要维持整个系统的正常电压水平，就必须有足够的无功电源来满足系统负荷 对无功功率的需求和补偿无功功率的损耗。如果系统无功电源不足，则会使电网 处于低电压水平上的无功功率平衡，即靠电压减低、负荷吸收无功的减少来弥补 无功电源的不足。同样，如果由于电网缺乏调节手段使某段时间无功功率过剩， 也会造成电网的运行电压过高。电压和无功的关系十分的密切，大多数情况下无 功是导致电压降落的主要原因。无功电压问题在电力市场下将变的更为重要。无 功服务问题是现在研究比较多的课题。 2 . 5 . 1无功市场的构成及特点 需要无功的买方为:一般用户，电网公司及供电公司。买方需要一个合适的 能正确反映市场需求的价格信号，无功的供应应有可靠的保证;鉴于无功供应的 区域性，无功虽是区域供应，但不应由此而出现垄断价格。因为有功的传输离不 开无功的支持，无功的卖方可以是发电公司、电网公司、供电公司、无功补偿设 备的拥有者 ( 其中也可以是用户或设备投资者) 。 华南理工大学工学硕士学位论文 电力系统可以看作无功源的有发电机、并联电容器组、s v c静止补偿器、同 步调相机、电抗器，甚至还有电缆轻负荷线路等。 与有功服务相比，无功服务的特点是: ( 1 )供应有地域性。由于远距离输送无功需要发电和受电之间有较大的电 压差，因此无功供应原则上是就地平衡。 ( 2 )控制的分散性。与频率控制需要有功平衡类似，电压控制需要无功的 平衡。但频率是全网统一的，依赖于全网的有功平衡，而电压是各节 点不同的，必须依赖于该节点的电压控制。 ( 3 ) 手段的多样性.有功只能由发电机提供，而无功除发电机提供外，还 可以由调相机和静止无功补偿器 ( s v c )甚至输电线路等无功源提供。 ( 4 ) 分析的复杂性。有功的费用主要是发电费用，而无功的运行费用很小 但投资费用很大，分析起来比有功复杂。 无功服务独立于有功服务进行分析，买卖双方对无功单独结算。因此无功管 理必须规范化、科学化，无功费用必须进行详细分