（电力系统及其自动化专业论文）电力市场输电阻塞管理与输电权研究.pdf

兰堕翌三查兰堡主堂垡笙奎 a b s t r a c t e l e c t r i c i t ym a r k e t i sb r i n g i n gap r o f o u n dr e f o r mt ot h ee l e c t r i c i t yi n d u s t r yo ft h ew o r l d ， w h i c h i m p r o v e se f f i c i e n c yt h r o u g hc o m p e t i t i o n t om a k e t h et r a n s f o r m a t i o ne f f n c i e n t l y , m a n y s c h o l a r sa n dr e s e a r c h e r sd e v o t ei n t ot h es t u d yo fr e l a t e dp r o b l e m s ， w i t ht h eh i g hd e v e l o p i n gs p e e do fe c o n o m y ，t h ed e m a n do f e l e c t r i c i t yg r o w sg r e a t l yi n r e c e n t y e a r s ，b u t t h es l o wc o n s t r u c t i o no f t r a n s m i s s i o nn e t w o r km a k e st h ee l e c t r i c a l c o n g e s t i o nh a p p e no r e ni ne l e c t r i c i t y m a r k e t i no r d e rt oi n s u r et h es a f e o p e r m i o no f t r a n s m i s s i o nn e t w o r ka n dr e m a i nm a xb e n e f i t so ft h es o c i e t yi nc o n g e s t i o n ，i th a ss o c i a la n d e c o n o m i cs i g n i f i c a n c et ot a k er e s e a r c hi nc o n g e s t i o nm a n a g e m e n t t r a n s m i s s i o nc o n g e s t i o ni so n es t a g e 血a tt h e r ei sn o te n o u g ht r a n s m i s s i o nc a p a c i t yt o s a t i s f ya l lt h et r a d e si ne l e c t r i c i t ya c c o r d i n g t oc o n s t r a i n so fn e t w o r k i tc h a r a c t e r st h en e t w o r k w i t hl i m i t e d c a p a c i t y , h o b b l e sc h e a p e re l e c t r i c i t yt r a n s f e ri n t ot h el o a da r e a , r e d u c e st h es o c i a l e c o n o m y , a n d e v e nb r i n g st h es h o r t a g eo f e l e c t r i c i t ya f f e c t i n gt h es o c i e t y i ne l e c t r i c i t ym a r k e t ，t h eo b j e c t i v eo fc o n g e s t i o nm a n a g e m e n ti st oe s t a b l i s has e to f r e g u l a t i o n st oc o n t r o lg e n e r a t o r sa n dl o a d s ，s ot h a tt h es y s t e m c a n s a f e l yo p e r a t ei ns h o r t t e r m ， a n dp r o v i d eu s e f u l m e s s a g e s f o rl o n g t e r mi n v e s t m e n t ag o o dm a n a g e m e n ts h o u l db e p r a c t i c a l ，r e a s o n a b l ea n de f f i c i e n t j u d g e d i n s h o r t t e r m ，c o n g e s t i o nm a n a g e m e n ts h o u l d r e a l i z et h eo p t i m a ld e s p a t c hi np r e m i s eo fs a f e ；i ts h o u l d p r o v i d ee f f e c t i v es i g n a lt os t i m u l a t e p o w e rs y s t e md e v e l o ph e a l t h f u l l ya n d r e a l i z et h el q l a xb e n e f i t so ft h es o c i e t y b a s e do nt h er e a d i n ga n da n a l y z i n go fl i t e r a t u r e s ，t h i st h e s i sd i v i d e st h et e c h n i q u e so f c o n g e s t i o nm a n a g e m e n ti n t o f i v e p a r t s ，t h a t a r eu s eo f f a c t s ，p r i c i n gf o re l e c t r i c i t y ， r e g u l a t i o nf o rc u t t i n gf o rp o w e r , a p p o r t i o nf o rc o n g e s t i o nc o s ta n dt r a n s m i s s i o nr i g h t t h i s t h e s i sc o n c l u d e sa n ds u m m a r i z e sf o rc o n g e s t i o nm a n a g e m e n ti ne l e c t r i c i t ym a r k e t ，a n dc a nb e u s e da sar e f e r e n c ef o rt h e p e r f o r m i n ge l e c t r i c i t ym a r k e t o fo u r c o u n t r y t h er e s e a r c he m p h a s i z e so nt h ed e s i g no ft r a n s m i s s i o nr i g h t t h r o u g ht h es u m m a r i z i n g o ft r a n s m i s s i o nr i g h t ，c o n c l u d i n gt h er i g h t sa n dw r o n g s ，p e o p l ec a nu n d e r s t a n dt h ee l e m e n t s o fi t c o n t r o lt h em e a s u r e sa n dm o d e l so fi t t h i sc a na l s os u p p o at h ei m p r o v e m e n to fi ti n e f f i c i e n ta n d e c o n o m y t h i st h e s i ss u g g e s t sab i l a t e r a lp r i o r i t yi n s u r a n c et r a n s m i s s i o nr i g h t ，w h i c hi nb e h a l fo f t h ew o r t ho f t h eu s e r ss ot h a tt h ea i mo fu p m o s tb e n e f i t so fg e n e r a t i o nt r a d e r sa n d c o n s u m e r sc a nb er e a liz e d i nt h ep u r p o s eo fe n h a n c e e f f i c i e n c y , t h i st h e s i sa l s os u g g e s t sa h y b r i dt r a n s m i s s i o nr i g h ti n t e g r a t i n go b l i g a t i o na n do p t i o n ，t h a tc a no f f e rt h eu s e r sm o r e i l a b s l r a c t c h o i c e t h i st h e s i sa l s oi n t r o d u c e sac a l c u l a t i o nm e t h o df o rp a y m e n t sb a s e do ns t a t i s t i c s ，s o t h a tr e d u c e st h ec a l c u l a t i o nm i s s i o nf o rt h es y s t e m t h i st h e s i sp r o p o s e sp r o b a b l es c h e m e so f o p e r a t i o nf o r t h et w ot r a n s m i s s i o nr i g h t s ，a n di l l u s t r a t e st h ev a l i d i t yw i t hs i m p l ee x a m p l e s ， k e y w o r d s ：e l e c t r i c i t ym a r k e t ；t r a n s m i s s i o nc o n g e s t i o n ；t r a n s m i s s i o nr i g h t i l l 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：缘荔舶鱼 日期：年月 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。本人授权华南理工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。 保密口，在一年解密后适用本授权书。 本学位论文属于 不保密日。 ( 请在以上相应方框内打“”) 作者签名： 导师签名： 日期： 日期： 年月日 年月日 第一章绪论 第一章绪论 1 1 研究背景 1 9 8 9 年，随着社会对促进竞争、提高效率的要求，以及顺应经济改革的发展，英国 首先对电力工业进行大规模的改造，将发电、输电、配电完全分离，打破了以往一体化 的垂直管理，通过引入竞争，促进电力行业的发展；改制后，英国电力行业呈现出显著 效果，电价下降幅度达1 0 到2 5 。在英国电力市场成功改革的吸引下，各国纷纷对原 来国家垂直控制的电力行业进行了市场化改革。 为了与在全球范围内出现的电力市场化改革趋势相适应，促进国民经济整体竞争能 力的提高，我国也提出了对深化电力工业管理体制改革。我国关于国民经济和社会发 展第十个五年计划纲要明确提出，深化电力体制改革，逐步实行厂网分开、竞价上网， 健全合理的电价形成机制。 根据“公司制改组、商业化运营、法制化管理”的改革取向和“电网国家管、电厂 大家办”的原则，电力工业在实行政企分开、推进股份制改造、实行业主负责制、建立 资本金制度、完善电力法规、转换企业经营机制方面进行了一系列改革，并与1 9 9 7 年1 月成立国家电力公司。1 9 9 9 年，为了逐步在发电领域引入竞争机制，建立竞争性的发电 市场，国家电力公司对此进行了积极、有益的探索，在浙江、山东、上海、辽宁、吉林、 黑龙江等6 省市进行厂网分开、竞价上网的改革试点。 本文的研究正是在电力改革的背景下，对输电环节中的出现输电阻塞情况进行研 究，探讨在保证系统安全稳定运行下的阻塞舒缓方案、合理与高效的阻塞定价与费用分 摊方法。 1 2 各国电力市场概况 1 。2 1 英国 英国是最早开始全面取消对电力公司管制的国家之一。 1 9 8 9 年，英国通过了电力法案，启动了电力市场的改革。这个法案瓦解了垂直 组合而成的中央电力输出委员会，并以国家电网为基础组建了一个进行电力公共交易的 公司( 国家电网公司，n g c ) 。由于这家公司的垄断地位，还要继续对它进行监管。而在 发电环节，则允许潜在的发电商进入市场，同时，现有电力公司必须出售部分( 而不是 全部) 电厂。发电商必须面对由供给和批发需求这两者相互作用所决定的、以市场为基 础的价格。在1 9 9 8 年4 月的时候，所有英国用户都可以自由选择他们的电力供应商。 而在配电环节，由1 2 家地区电力公司构成的整个市场继续受到监管。 国家电网公司( n g c ) 作为个电力池，在英国成功放开电力市场的过程中功不可 没。它对英格兰和威尔士电力供给和需求起到了协调作用，并充当了电力供应商与趸批 用户( 地区电力公司) 的结算中心。 华南理工大学硕士学位论文 发电量超过1 0 0 唧的发电商必须将他们的发电量交给国家电网公司来调配。国家电 网公司通过一个独立设备来管理和操作电力池，并通过拍卖的方式来平衡电力供给与需 求。大致的操作方法是，在电力池中，每天被分成了4 8 个半小时的时间段。系统管理 员将对每个半小时的用电需要量作出预测。在2 4 小时之前，发电商公布他们在不同时 段不同电力的价格。国家电网公司的系统管理员把各个发电商提供的报价按从低到高的 顺序排列。系统管理员还需计算出满足用电需要量的最小发电量。系统管理员首先选择 报价最便宜的机组提供的电力。当有足够的机组被选入系统提供电力，并且发电量超过 预期电力需要的时候，就限制供电。最后一台被选入系统的发电机组所提供电力的价格 就是电力池的电力购买价。这是一种试图达到系统边际价格( s m p ) 所采取的平衡措施。 当英国电力市场逐步形成的时候，发挥象n a t i o n a lp o w e r 和p o w e r g e n 这样的现有 大型电力公司市场潜能的机能已经形成。这些机制会缓解电力市场波动的影响。其中之 一就是”差异合同市场。，或被称作”差异合同”( c f d ) 。这是一个允许电力提供商和批发 用户进入双边合同的限制性市场。现在，所有的交易都是在一个单一且集中的电力池系 统中进行的。英国的改革者正在把这种系统转变成一个具有多个市场的系统。这种转变 把长期合同中的现货交易从长期交易中分离了出来。 虽然改革的进程较为缓慢，但到了1 9 9 9 年年中的时候，英国所有用户都能自由选 择他们的电力服务提供商了。电力协会主席m i k eh u g h e r s 在1 9 9 9 年指出，用户的电价 在过去9 年中下降了2 6 ，并且希望这种下降趋势能够继续下去。 到2 0 0 0 年2 月，1 4 的英国用户已经更换了电力供应商，每周大约有9 2 0 0 0 个用户 作出了选择。d a t a m o n i t o r 公司市场分析表明，8 0 工业用户希望在2 0 0 0 年底更换电力 供应商，2 0 则希望在2 0 0 5 年前更换。 无可争议，英国放开电力市场是一次成功的改革。一份最近的报告根据放开电力市 场的改革及结果对欧盟各国进行排名，结果英国( 和荷兰) 的改革获得了满分。 1 1 2 美国 1 9 9 6 年1 2 月，宾西法尼亚州州长t o mr i d g e 签署了取消电力管制的法律，正式展 开了电力市场的改革。依照该法律，用户可以自由选择发电商，但输电和配电仍由受控 的电力公司来完成。应当指出的是，该法律并没有强制电力公司出售它们的电厂：”允 许电力公司出售它们的发电设备或对公司进行重组，但电力公司的服务应分类定价( 服 务分离，例如发电与配电的分离) 。与此同时，宾州通过市场模型和对市场的预测，确 定了一个电力标准出售价，该标准出售价并不是一个有利于现有电力公司的较低的标准 出售价。宾州从1 9 9 9 年1 月开始逐步取消电力市场的管制，到2 0 0 0 年1 月的时候，宾 州所有的用户都可以自由选择他们的电力供应商了。 宾州的改革是成功的，大量新的电力供应商进入市场为用户提供服务。目前，已经 有1 3 0 家电力供应公司，并约6 0 万用户改变了他们电力的供应商。 在罗得艾兰州，法律规定，到1 9 9 8 年1 月的时候，允许所有用户选择他们的电力 2 第一章绪论 提供商。美国能源部的报告显示：1 9 9 8 年1 月的时候，已有2 5 家注册发电商进入零售 市场。但此时，由于罗得艾兰州属于投资者所有的电力公司报出的标准出售价已经很低 了( 3 ，2 美分千瓦时) ，因此，真正的竞争并没有出现。到1 9 9 9 年6 月的时候，罗得艾 兰州全州4 5 万6 千个用户中，只有2 0 0 0 个用户( 占用户总数的0 4 ) 选择了其它发电 商。由于缺乏竞争，罗得艾兰州公共事业委员会决定到2 0 0 9 年的时候，把基本电价提 高到7 1 美分千瓦时。2 0 0 0 年2 月，罗得艾兰州在零售电力市场的开放( 索引) 中 名列第1 7 位，但在2 0 0 0 年7 月的时候就上升到了第8 位。使竞争环境的明显改善的原 因是多方面的。除了修改剥夺电力公司发电权的法律以外，罗得艾兰州也对电力公司采 取了一些监管措施使电力公司无法利用其配电市场影响来加强其它类型的服务。在过去 的几年中，罗得艾兰州在所有电力公司中开展了包括电力协议标准化在内的一系列商业 规范化工作。在趸批交易中使用电力池和双边合同也是罗得艾兰州的排名位次提高的因 素。 在马萨诸塞州，1 9 9 7 年年底通过了重组电力工业的法律，规定到1 9 9 8 年3 月，马 萨诸塞州的用户可以自由选择发电商了。原先通过投资者所有的电力公司获得电力的用 户可以自由选择电力供应商。但是到了1 9 9 9 年3 月，新出现的电力供应商的零售额只 占零售总额的3 ，并且主要来自大的工业用户。甚至到了2 0 0 0 年9 月。马萨诸塞州的 取消管制改革也没有使电力供应商的竞争出现。 为了能通过改革获得更大的收益，在2 0 0 0 年7 月，马萨诸塞州修改了相关法律， 使标准出售价与批发价紧密的结合了起来，从而削弱了现有电力公司的优势。电力公司 和发电商也可以签定半年期到一年期的双边合同，这样一来，发电商承担了一定的市场 风险，零售价格的波动也减小了。这些变化在2 0 0 1 年1 月取得了预期有效果。马萨诸 塞州在零售电力市场的开放( 索引) 的排名中，2 0 0 0 年2 月名列第七位，2 0 0 0 年7 月名列第四位。基本电力供应商价格风险的存地，分散资源的合并，改革委员会计划的 更改都是排名位次提前的重要原因。 由于取消管制和改革手段上的差异，电力市场对宾西法尼亚洲、马萨诸塞州和罗得 艾兰三个州在电价上产生了不同程度的影响，如表卜1 ，卜2 所示。 表1 - 1 三个州的电价变化 t a b l e l 一1t h ev & r i t yo fe l e c t r i c i t yp r i c e 单位：u s $ k w h 华南理工大学硕士学位论文 表i - 2 零售电价变化百分比 t a b l e l 一2c h a n g ep e r c e n to fe l e c t r i c i t yr e t a i l 在表卜l 中，从价格变化的时间上可以看出三州而产生的不同结果。马萨诸塞州和 罗得艾州的电价上涨一直持续到1 9 9 3 年，并在同年开始下降，但在1 9 9 9 年的时候，这 两州的电价依然高于美国的平均水平。表卜2 表明了伴随电力市场开放的1 9 9 8 年的1 9 9 9 年期间，电价的大幅下降，宾西法尼亚州尤其明显。 1 2 3 澳大车i l 亚 澳大利亚开放国家电力市场受到英国成功经验的启发。和英国不一样，澳大利亚的 电力改革是国家级电力改革和州级电力改革同时进行的。所以澳大利亚的经验也许对美 国各州的改革尝试更有借鉴作用。 虽然澳大利亚和美国的电力工业在许多方面差别很大，但澳大利亚电力改革的”两 级制”与目前美国电力市场的发展有许多相关性。澳大利亚的国家级、州级改革并举的 结果之一是，国家级的改革尝试为各州提供了更多的指导而不是方向，在这种指导下， 各州已经推行了各自不同的改革。国家级的改革与英国不同，它完全是中央政府的行为。 与英国一样，澳大利亚将垂直组合的电力工业分为了不同的功能区；维多利亚州改 革的步伐迈得最大，它采用了英国的模式，即把电力供应链分为四个部分。澳大利亚政 府已经在建设一个国家电力池，并把它作为市场结算中心。新的国家输电网与现存的地 区输电网相连接的工作也即将完成。电力池的运作和国家电力改革者的作用与英国模式 的不同，澳大利亚是根据自身特定环境来使改革适应用需求的。 虽然预期在1 9 9 5 年开始，但国家电力市场一期开放在1 9 9 7 年5 月才启动。在一期 开放的过程中，新南威尔士、维多利亚、澳大利亚首都地区大规模的电力市场都被开放， 成为了国家发电电力池的先行者。 当相对低廉的电价在一个州( 如维多利亚州) 出现，电力池允许另外个州( 如新 南威尔士州) 购买这种相对便宜的电。新的电力池将成为澳大利亚的国家电力市场。到 1 9 9 8 年1 2 月，南部及东部各州已经建立了电力市场，2 0 0 1 年初国家输电网也投入了运 行。 澳大利亚生产力委员会估计，1 9 9 1 年以来，市场改革及开放带来了平均2 4 的价格 下降。工业委员会相信电力市场改革对澳大利亚经济产生的效益与年国民生产总值上升 1 2 5 对澳大利亚经济产生的效益是相同的。 4 第一章绪论 1 3 输电阻塞管理的意义 输电阻塞是指由于网络约束的限制，使输电网的输送能力不足以同时传输所有市场 交易的一种状态，它表征出输电网有限容量的特性。它导致更廉价的电力无法输入负荷 区，降低社会经济效益：更甚至引起区域性的缺电现象影响正常的社会经济与生活秩 序。 输电阻塞的发生与输电网络容量的大小以及输电网络可靠性的高低有着极其重要 的关系。 输电线路有着自身的动稳定和热稳定极限，对电能的输送容量有着无可避免的约 束，所以整个输电网络对电能的传送是有极限的。同时，由于要遵守基尔霍夫定律且受 输电网络拓扑结构和物理特性的影响，电力潮流在输电网络中的分布是不均匀、不能人 为指定的。因此，输电阻塞经常会发生在潮流分布集中和线路输电容量不足的线路上。 另外，线路故障或雷击引起线路中断，导致输电线路输电阻塞的情况也经常发生， 尤其是在输电网络老化地区和雷雨季节。 因而，输电阻塞的发生失误可避免的。发生输电阻塞时，输电网络的管理者为了保 证阻塞线路的可靠安全运行，不得不对电力的传输加以限制和约束。这便是输电阻塞管 理。 近几年，由于经济的迅猛发展。使锝电力消费的需求大大提高，输电网络建设的相 对滞后使得各大电力市场发生输电阻塞的情况越来越频繁。 2 0 0 3 年8 月1 4 日，美国东部时间下午4 时左右，由于地方性输电缆供电发生中断 事件，没有被隔绝，导致停电事件从密歇根蔓延到纽约市和甚至到加拿大，致使一些城 市出现交通拥堵，给成千上万的居民造成影响。随后美国关闭了位于纽约等四个州境 内的九座核电站。经过2 9 小时后，到1 5 日美国东部时间2 1 ：0 3 ，纽约市的电力供应全 面恢复。但直到2 1 日加拿大安大略省的电力供应还未彻底恢复稳定。事故发生后，美 国国家能源部对事故的发生完成一份评估报告。这份报告提出了有助于保证一个强大和 可靠的2 1 世纪输电网的5 l 条建议。其中主要有下列五条： 第一，通过完全过渡到竞争性区域电力批发市场加强管制： 第二，我们需要建立一套识别和提示关系国家利益的输电瓶颈的方法； 第三。我们能通过提高输电系统运行水平和充分和用现有设备的方法避免或延缓 对新输电设施的需求； 第四，用户自愿减少用电需求、追求能源使用效率的选择权和分散分布电厂应在 区域电力市场内协调： 第五，为保证可靠性规则的依法执行，必须包括对违规者的强制性惩罚，惩罚标 准要与违规所产生的风险相称。 因而，对输电阻塞管理方法进行研究，对整个社会而言，具有以下重要的意义： 1 ) 确保输电网络的安全可靠运行： 华南理工大学硕士学位论文 2 ) 实现在输电阻塞时社会利益的最大化； 3 ) 塑造公开、公平、公正的竞争环境。 1 。4 电力市场输电阻塞管理的主要内容 阻塞管理的目标是制定一系列规则，有效地控制发电机和负荷，使系统的短期运行 具有一定的安全和可靠性裕度，同时为系统的长期投资规划提供有效信息。从短期而言， 阻塞管理需要制定一公平的削减交易的计划和制定新的调整准则，从而实现电力系统的 最优安全经济调度，保证系统安全可靠运行；从长期而言，阻塞管理应该通过价格信号 为系统的长期健康发展提供激励。 在传统的垂直式管理体制中，由于调度中心事先知道发电企业发电成本，借助于最 优潮流程序，阻塞管理可以表现为对发电机组出力的调整、对用户负荷的压缩强制性控 制。传统的书店阻塞管理，主要是围绕安排发电计划、实时调度和裁减负荷而进行的。 然而，在电力市场环境下，各发电商的发电成本的信息不是透明的。为了取得公平 与效益，阻塞管理应该通过经济性控制来实现，不能用强制性的指令进行控制。此时， 对于发电商来说，有限输电容量的分配、阻塞线路上的功率潮流如何削减，是控制的关 键：对用户来说，阻塞引起的功率不足如何在各负荷中反映，是控制的关键。另外，在 经济控制的环境下，阻塞管理就不仅仅是解决输电网络约束问题，还包括对阻塞定价和 阻塞费用在市场成员之间的公平分摊的。只有对阻塞费用进行合理定价与分摊，才能真 正做到非歧视地对待所有市场交易者，实现输电网的公平开放。 目前，各国学者对于输电阻塞管理方法的研究集中在以下五个领域。 1 ) f a c t s 对输电阻塞的舒缓： 2 ) 电价法对输电阻塞的调整； 3 ) 电力潮流削减规则的制定； 4 ) 阻塞费用分摊方法的制定： 5 ) 输电权的设计。 f a c t s ，是指柔性交流输电系统( f l e x i b l ea ct r a n s m i s s i o ns y s t e m ) ，是指装有电 力电子型或其他静止型控制器，以加强系统可控性和增加功率传输能力的交流输电系 统，它对交流电的无功( 电压) 、电抗和相角可以进行控制，从而能有效提高交流系统的 安全稳定性，使传统的交流输电系统具有更高的柔性和灵活性，使输电线路得到充分利 用，以满足电力系统安全、可靠和经济运行的目标。运用f a c t 技术，可以在一定程度 上增加线路的输电容量，减缓输电阻塞的情况。 电价法则是基于经济学原理，用电能的价格来反映电能的稀缺程度，提高发生阻塞 区域的电价，通过经济因素影响阻塞电能的需求，降低阻塞线路上的负荷，以此减缓线 路阻塞发生的情况。运用电价法，还可以为阻塞费用的分摊提供依据。如可以定义阻塞 费用为两点间的实时电价差。 电力潮流的削减规则是代替以往的行政命令，通过设定一套透明、公平、合理的方 6 第一章绪论 法来分配有限的输电容量，对超出线路容量外的潮流进行削减。 为消除网络阻塞，电网运行者不得不调用一些电力设备，如f a c t s 装置、电容器等， 或者调整潮流采用一些价格更高的机组输送的电力，因而产生额外的费用，这就是阻塞 费用。在电力市场中，阻塞费用应当由电网使用者承担，通过事先确定或事后结算的方 法实现。 输电权最初设计为对输电物理权限的分配。但由于电网潮流的分布受基尔霍夫定律 和网络拓扑结构的综合影响，单一线路的物理输电权无法事先确定；而且整个输电网络 物理输电权的调整相当复杂，阻碍了物理输电权的实施。现在的输电权已经发展成经济 型输电权，是一种经济补偿的机制，用来抵御由于阻塞引起费用高涨的问题：同时，还 可以通过经济输电权的实施来分配阻塞费用和确定潮流削减规则。 1 5 国内外研究进展 f a c t s 技术在电力市场阻塞管理中的应用目前集中在安装地点和最优化运行参数的 问题上。s i n g hs n 等针对f a c t s 器件的控制特性，综合考虑电力市场的运作情况，提出 了一种基于灵敏度方法的，以提高系统稳定性、减少阻塞费用为目标的最优化安装地点 和运行参数的方法“3 。叶鹏等提出基于f a c t s 的现货市场阻塞解决方法，从安全域的角 度分析了引入f a c t s 控制作用解决阻塞问题的机理，建立了含f a c t s 控制作用的潮流和 最优潮流模型。3 ：w a n gw 等则对实施输电权市场中，考虑f a c t s 装置时的最优化问题。； s a w h n e yh a r i n d e r 研究了统一潮流控制器( u p f c ) 对提高输电容量的影响”“；o n g s a k u l w 提出了用一个混合h s s a 寻优方法解决含f a c s t s 系统的最优经济调度方法。“； k w a n g - l _ l o l e e 提出了一种基于影子价格法的可控串补( t c s c ) 最优参数设定的方法，以 较少阻塞费用。 在电价法方面，高志华等则针对电力竞标市场中出现的输电阻塞，在发电竞标模型 中，嵌入一个可变的电价约束，使得在竟标过程中出现输电阻塞时，可以根据阻塞的情 况自动调整相关发电厂商的报价，从而有效地降低输电阻塞对各发电厂商的影响，降低 全网的购电成本，提高发电竟标的公平、合理性”3 ；言茂松提出了一种基于边际成本的 嵌入成本方法的当量电价，把容量成本计算入电价内，用经济的手段达到收集建设资金 的目的，能够正确激励新资金、新设备进入电力系统，保证电力系统的持久发展”1 ；c r e s p o c u a r e s m a 研究了用线性化时间序列模型去预测实时电价的方法。”；s e i f e r t 提出了一种 在线实时电价的最优程序策略1 ；d e b 提出了一种考虑无功的实时电价，从满足无功消 耗和提供无功容量以维持电压稳定的角度衡量发电机提供无功的价值。 在潮流自减方面，李卫东等提出了一种适用于联营一双边贸易市场框架下节点功率 分配的新原则双边贸易优先分配原则，指出了节点功率分配的优先次序为网络约 束、双边交易和联营交易”1 ；王秀丽等提出了一种利用灵敏度分析进行实时阻塞管理的 数学模型及算法，即在出现阻塞时，根据注入功率与支路潮流的灵敏度来削减对阻塞影 响最大的发电出力或负荷，从而有效地消除阻塞”1 ；r o d r i g u e s 从期望削减值、削减概 7 华南理工大学硕士学位论文 率、期望阻塞费用等方面，研究了阻塞管理对输电系统的影响m 1 ：a l o m o u s h 提出了一种 考虑区域内与区域间阻塞的阻塞管理模型，并以再调度调整数最小为优化结果，避免阻 塞调度中的频繁改变设备的运行状态1 ；r o d r i g u e s 研究了多边阻塞管理对输电系统可 靠性的影响“；s i n g h 则对阻塞管理对系统动态安全进行了研究“。 在费用分摊方面，任震等提出一种实用的考虑输电费用分摊的电力交易方法，该方 法基于直流潮流方程，在忽略网损的前提下，把线路有功潮流表示为各个节点注入有功 的线性函数，反映线路潮流的实际来源及各节点对输电线路的利用程度，并以此为依据 在各节点问分摊输电费用，提出输电费用分摊因子的概念”3 ；江辉等基于交流潮流追踪， 提出了一种面向全电网用户的阻塞费用分配的新方法，该方法先将阻塞费用分给相应的 支路，然后按各发电机对阻塞支路的贡献将阻塞费用分到各发电机，最后按功率组成分 量分配给相应的用户。该方法不产生销售盈余，并消除了用户之间的补贴，给发电侧和 负荷侧提供了准确的经济信息；杨洪明等针对双边交易提出了一种基于 a u m a n n s h a p l e y 值的阻塞费用分摊法，该方法利用无限多局中人联盟博弈中的 a u m a n n s h a p l e y 值，计及了所有阻塞消除顺序，通过g a u s s 积分法较为简单和精确地计 算出分摊结果，实现了阻塞费用在阻塞线路上的公平分摊“。 在输电权方面，s h i j i ed e n g 提出了基于保险原理的输电权，效仿经济学上的保险 制度，让输电用户对传输的电力进行投保，当节点电价的变动超出一定范围时，可以获 得相应投保水平的补偿“；徐善鹏等将保险制的设计扩大到输电用户上，提出考虑用电 用户进行投保的双边保险制，以获得在阻塞发生时包括用电用户利益的社会效益最大化 “”；c h a r l e s 等提出了一种输电权混合交易系统，提出让系统同时提供o b l i g a t i o n 型和 o p t i o n 型输电权，让用户根据电价变化的猜测和自身情况选择输电权“”；a l o m o u s h 等 则总结了一般用竞标方式来分配输电权容量的数学模型1 。 1 6 课题来源与研究重点 本文受广东省自然科学基金和广东省电力调度所资助，是广东省自然科学基金项目 广东省电力市场的运营机制和生产成本研究( 项目编号0 0 0 3 9 7 ) 和广东省电力调度 中心项目广东省电力市场交易模式研究中的部分。 本文的研究重点在于作为输电阻塞管理方法之一的经济输电权的设计上。通过对国 外学者在输电权设计理论的追踪，对国外电力市场输电权实行情况的分析，掌握输电权 设计的依据和方法，了解各类型输电权的优点和缺点，并在此基础上针对存在的缺点， 对现有输电权进行改良和完善，不断提高输电权的合理性，提高输电权在实际操作上的 简易性和高效性。 本文对于广东省自然科学基金和广东省电力调度所项目的贡献在于： 1 对国内外电力市场阻塞管理方法进行了追踪和分析： 2 对各种类型的经济输电权进行了研究、对比： 3 提出了一个基于社会效益最优的双边优先保险制输电权； 8 第一章绪论 4 提出了一个基于统一管理、提高效率的混合型输电权。 9 华南理工大学硕士学位论文 第二章f a c t s 技术与电价法 2 1 引言 电力市场环境下的输电阻塞，可以借助技术调整和调度管理解决。在技术解决方面， 主要是通过调整母线运行方式、调节变压器抽头、移相器、f a c t s 装置等操作配合完成 在调度管理方面，主要围绕调整发电、减少用电、分摊费用而进行。 当然，输电阻塞管理的方法并不只有上述这些，以上的归纳并不是绝对的。如吴杰 康等“”，就提出了委托交易的概念，指出在输电阻塞的情况下，存在委托其他不受阻塞 限制的发电商提供受阻塞影响的电力的可能，因而能实现发电商和社会利益的最大化。 这种方法与阻塞调度的方法不同在于强调发电商的主动性。 调整母线运行方式、调节变压器抽头、移相器等方法由于在传统的调度管理中广泛 利用，技术是比较成熟的，这里就不再介绍。本章介绍新兴的f a c t s 技术以及用于调度 管理中的电价法。 2 2f a c t s 技术 柔性交流输电系统( f l e x i b l ea ct r a n s m i s s i o ns y s t e m ，缩写为f a c t s ) ，是指装 有电力电子型或其他静止型控常器，以加强系统可控性和增加功率传输能力的交流输电 系统。f a c t s 按术是基于电力电子技术改造交流输电的系列技术，它对交流电的无功( 电 压) 、电抗和相角可以进行控制。从而能有效提高交流系统的安全稳定性，使传统的交 流输电系统具有更高的柔性和灵活性，使输电线路得到充分利用，以满足电力系统安全、 可靠和经济运行的目标。 2 2 1 组件与功能 f a c t s 控制器按照与交流输电系统连接的方式大体可以分为并联连接、串联连接和 串并联连接三种。 并联补偿装置，如静止无功补偿器( s v c ) 、静止同步补偿器( s t a t c 0 m ) 等，基本 功能是控制系统的电压；串联补偿装置，如可控串补( t c s c ) 、静止同步串联补偿器 ( s s s c ) 、相角调整器( t c p a r ) 等，主要用于控制系统的潮流；而作为连着相结合的串并 联补偿装置，如统一潮流控制器( u p f c ) ，则可以在准确控制系统电压的同时对输电线 上的有功和无功潮流进行双向控制。图2 - 1 显示了目前应用或研制中的主要输电型控制 器的控制作用。 1 0 第二章f a c t s 技术与电价法 v i 么6 lv 2 2 6 2 p _ 基于g t o 同步电压源的控制 基于晶闸管的控制 图2 - i 主要输电型f a c t s 控制器功能示意图 f i g 2 - 1f u n c t i o nb l o c k o fp r i m a r yt r a n s m i s s i o n 目p ef a c t sc o n t r o l l e r s 1 ) s t a t e 伽一静止同步补偿器 s t a t c o m 是l 台固态同步电压发电机，由多相电压源逆变器和并联电容器构成( 见 图2 - 2 ) 。s t a t c o m 输出的三相交流电压与所接电网的三相交流电压同步，并联接人输电 线路。虽然它的输出特性与旋转同步调相机相似，但它能够提供快速的响应速度以及对 称超前或滞后的无功电流，从而调整输电线路的无功功率，平衡输电线路电压，保持输 电线路静态或动态电压在系统运行允许的范围内；同时，它的平滑连续控制可使由于无 源装置产生的高电压波动的可能性减小到最低限度，有利于提高电力系统稳定性。 图2 - 2s t a t c o m 原理图 f i g 2 2t h et h e o r yo fs t a t c o m 华南理_ 亡大学硕士学位论文 2 ) s s s c 静止同步串联补偿器 s s s c 是由1 台固态电压源逆变器和并联电容器及1 台串联接人输电线路的变 压器构成( 见图2 3 ) 。这种连接使s s s c 在系统条件宽范围的线路内精确控制系统潮流。 s s s c 与可变串联电容器相比，虽然二者都是插入一个与所接线路电流相位相差9 0 0 的 电压，但s s s c 的功效更强，它不仅能够超前系统潮流以容性方式运行，也可以滞后系 统潮流以感性方式运行。在过补偿线路上，能控制动态相位移动，使系统潮流反向：利 用有源控制，可以在较宽的频率范围内阻尼系统振荡，并阻尼与并联电容器有关联的次 同步谐振现象的系统振荡。 高压母线高压母线 交流输电线 图2 3s s s c 原理图 f i g 2 - 3t h et h e o r yo fs s s c 3 ) u p f c 统一潮流控制器 u p f c 是s t a t c o m 和s s s c 组合而成的新型潮流控制装置( 见图2 3 ) ，它综合了 许多f a c t s 器件的灵活控制手段，被称为最具创造性，功能最强大的f a c t s 元件。它的 投入给电力系统操作者在系统运行上以很大的灵活性，能够克服输电线路运行的许多限 制。它可实时控制输电线路功率传输的三个基 图2 4u p f c 原理图 f i r e 2 - 4t h et h e o r yo fu p f c 2 2 2 控制策略 f a c t s 装置与传统的自动控制器不同的地方在于其快速反应能力，能够在线实时地 诊断系统的运行状态，尤其是不稳定状态和功率振荡状态，并艟根据诊断到的状态选用 1 2 第二章f a c t s 技术与电价法 最佳的控制策略。 f a c t s 控制器至少应该具备以下功能：能够在线实时地诊断系统的运行状态尤其 是不稳定状态和功率振荡状态：能根据诊断到的状态选用此时最佳i c j 控制策略：能够 获得控制所需信息。这些功能涉及到系统的可观性，需要运用系统辨识、状态估计、通 信等多方面的知识。而选择最佳控制策略应根据电力系统本身的运行特性，在实现其它 功能的前提下，综合基于模型的控制理论和智能控制方法，设计该运行状态下的最佳控 制器。 根据控制器设计过程对系统信息提取和综合过程的不同，可以将f a c t s 装置的稳定 控制策略分为3 种“： ( 1 )基于系统内部结构的控制方式李亚普诺夫能量函数法、分散控制方 法、鲁棒控制和变结构控制方法、预测控制方法、非线性系统的线性化方法 ( 局部线性化、反馈线性化、观测线性化) ； ( 2 )给予系统外部特征的控制方式( p i d 控制、自抗扰控制) ； ( 3 )综合智能控制方式，包括模糊逻辑控制、人工神经网络控制、专家系统 控制、迭代学习控制。 与传统的面向发电机的稳定控制相比，f a c t s 控制的根本区别就是；f a c t s 装置一 般装于