（电力系统及其自动化专业论文）基于功率从属性追踪的电网节点成本分析.pdf

a b s t r a c t i nt h ep o w e rm a r k e t t h ef u n c t i o no ft r a n s m i s s i o ns e r v i c ei sn o to n l yl i m i t e di ns a t i s f y i n g t h eu s e r st h ep o w e rd e m a n d b u ta l s oc l e a r l yd e f i n i n gt r a n s m i s s i o ns e r v i c ea n dt h eu s e r s 订西ta n dc o s to fu s i n gt r a n s m i s s i o ns y s t e m i tr e q u i r e sj u s t i c et op r o v i d et h et r a n s m i s s i o n s e r v i c et om a r k e tp a r t i c i p a n ta n dr e a s o n a b l el o c a t et h et r a n s m i s s i o nc o s t t h i sd i s s e r t a t i o n p r o p o s e dt h ep o w e rc o m p o n e n tc o s t f l o wc o n s e r v a t i o np r i n c i p l ea st h ef u n d a m e n t a lo f t r a n s m i s s i o nc o s ta n a l y s i s a tt h es i t u a t i o no ft h ep o w e rf l o wa n dg e n e r a t o r so n g r i dp r i c ei s g i v e n t h ep o w e tc o m p o n e n ti sr e g a r da st h ec a r r i e ro fc o s t t h eu n i tc o s to fl o a dn o d e i s r e g a r da st h ef l o w i n gr e s u l to fp o w e rc o m p o n e n tc o s t f l o w t h ec o n s e r v a t i o no fp o w e r c o m p o n e n tc o s tf l o wi nt r a n s m i s s i o nn o d ea n de l e m e n ti n d i c a t e st h ei n c o m e e x p e n s e s b a l a n c ea n dt h ec o s tv a r i e t yc a u s e db yn e t l o s s t h i sd i s s e r t a t i o np r e s e n t san o d et r a n s m i s s i o nc o s ta n a l y s i sm e t h o db a s e do nt h e a n a l y s i so fp o w e rd e p e n d e n c y a tf i r s t t h i sm e t h o da d o p t st h ep o w e rc o m p o n e n t t h e o r ya s t h ep h y s i c a lt h e o r yb a s eo ft h em e t h o dt os o l v et h es o u r c ed e p e n d e n c yp r o b l e mo fb r a n c h p o w e ri ne l e c t r i cn e t w o r ka tp h y s i c a lv i e w n e x t t h ea n a l y t i c a la n dc o m p u t a t i o nm o d u l eo f t h es o u r c e su n i tp o w e rc o s ta tn e t w o r k se a c hn o d ei sg o t t e nb ya d o p t i n gn o d ec o s t f l o w c o n s e r v a t i o np r i n c i p l ea se c o n o m i cf u n d a m e n t a l a tl a s t t h eu n i tp o w e r c o s to fa n yn o d ei n t h en e t w o r ki se d u c e da c c o r d i n gt oe a c hs o u r c e sn o d eu n i tp o w e rc o s ta n de a c h s o u r c e s p o w e rp r o p o r t i o nw e i g h t e dm e a n a td i f f e r e n tn o d e s t h i sm e t h o di sc l e a ri np h y s i c a li d e a i t c a l ld i r e c t l yc o n c l u d et h ei n t u i t i o n i s te x p r e s s i o no fe a c hn o d e su n i tp o w e r c o s ti nn e t w o r k a n ds o u r c e sp u r c h a s ep r i c ec o n s i d e r e dn e t l o s s i nt h es i t u a t i o n o ft h ep o w e rf l o wa n d g e n e r a t o r so n g r i dp r i c ei sg i v e n i ts u i t sf o rt h ei n s t a n c eo f d i f f e r e n ts o u r c e sh a v i n gd i f f e r e n t p u r c h a s ep r i c e a ta l s o t h el o a d p o w e rs o u r c ed e p e n d e n c yt r a c em o d e l i se d u c e da c c o r d i n g t op o w e rc o m p o n e n tt h e o r y c o m b i n e dt h ep o w e rc o m p o n e n tc o s tf l o wc o n s e r v a t i o nt h e r e l a t i o n s h i pc o n s i d e r e dn e t 1 0 s sb e t w e e n s o u r c en o d ep o w e ru n i tp u r c h a s ec o s ta n dl o a dn o d e p o w e f s e l lp r i c ec o n s i d e ri sg o t t e na tt h es i t u a t i o no ft h ep o w e rf l o wa n dl o a dn o d es e l lp r i c e i sg i v e n n e t w o r ke q u i v a l e n c ep r o b l e mi sac l a s s i c a lp h y s i c a lp r o b l e m b u ta tp r e s e n tt h e r ei s n t d e t a i lt h e o r e t i c a lr e s u l to fi t si n f l u e n c et ot h ed i s t r i b u t i o no f t r a n s m i s s i o nc o s tw h e np h y s i c a l f l o wa j l dn e 似o r ke c o n o m i cd i s t r i b u t i o na r ec o m b i n e dt o g e t h e r a sm a r k e td e v e l o p m e n t w h e t h e rm et r a n s m i s s i o na n dd i s t r i b u t i o nc o s to ft h ep o w e rn e t w o r kv a r yo rn e ta f t e rt h e n e t w o r ke q u i v a l e n c ei san e wp r o b l e mo fp o w e rm a r k e tr e s e a r c h t h i sd i s s e r t a t i o n g i v e st h e e q u i v a l e n tn e t w o r k sp o w e rd i s t r i b u t i o nc h a r a c t e r i s t i ca n a l y t i ce x p r e s s i o nb e f o r e o ra f t e r i i i a b s t r a c t e q u i v a l e n c e a n de d u c e st h ec o n d i t i o no fn o d eu n i tp o w e rc o s ti n v a r i a b i l i t yi nt h ee q u i v a l e n t n e t w o r kb e f o r eo ra f t e re q u i v a l e n c eb yu s i n gp o w e rc o m p o n e n tt h e o r ya n dc o s tf l o w c o n s e r v a t i o np r i n c i p l ea n du s i n gm a t h e m a t i c se q u i v a l e n c em e t h o d f i n a l l yt h e r ei sa c o n c l u s i o nt h a tn e t w o r ke q u i v a l e n tc o m p u t ec a nl e a dt ot h ev a r i a t i o no ft h ee q u i v a l e n t n e t w o r k st r a n s m i s s i o nc o s ti ng e n e r a li n s t a n c e i ni n i t i a ls t a g eo fo u rc o u n t r y sp o w e rm a r k e t t h ep u r c h a s e rd i d n te n t e rt h em a r k e t t e r m i n a ls e l l p r i c eu n l o o s e n w h i l ei n s i z e a b l ep r o p o r t i o nn e e dl o n g t i m e m i d d l e t i m e s h o r t t i m ec o n t r a c tt oc o m p l e t et r a d ei nm a r k e t a b o v el o a dn o d et r a n s m i s s i o nc o s ta n a l y s i s a n dp u r c h a s en o d ep u r c h a s ec o s t a n a l y s i sm e t h o da r ep r o p i t i o u s f o rm a r k e tm a n a g e o r g a n i z a t i o nt oa n a l y z ea n dm a s t e re a c hn o d e sc o s tb a l a n c e b yt h er e s e a r c ho nt h en e t w o r k e q u i v a l e n c e jsi n f l u e n c et ot h ed i s t r i b u t i o no ft r a n s m i s s i o nc o s td i s t r i b u t i o n t h i sp a p e r e s t a b l i s h sab a s et ot h ed i s t r i b u t i o nn e t w o r ke c o n o m i cc o s ta n a l y s i sa f t e ro u rc o u n t r y sp o w e r m a r k e t sn e x tr e f o r m a t i o n t h a ti s t r a n s m i s s i o na n dd i s t r i b u t i o na r ed i s j o i n e d k e y w o r d p o w e rm a r k e t p o w e rd e p e n d e n c y c o m p o n e n tc o s tf l o wc o n s e r v a t i o n n o d e c o s t n e t w o r ke q u i v a l e n c e i v 声明尸明 本人郑重声明 此处所提交的博士学位论文 基于功率从属性追踪的电网节点成 本分析 是本人在华北电力大学攻读博士学位期间 在导师指导下 独立进行研究工 作所取得的成果 尽我所知 除文中已经注明引用的内容外 本学位论文的研究成果不 包含任何他人享有著作权的内容 对本论文所涉及的研究工作做出贡献的其他个人和集 体 均已在文中以明确方式标明 签名 日期 关于学位论文使用授权的说明 本人完全了解华北电力大学有关保留 使用学位论文的规定 即 学校有权保管 并向有关部门送交学位论文的原件与复印件 学校可以采用影印 缩印或其它复制手 段复制并保存学位论文 学校可允许学位论文被查阅或借阅 学校可以学术交流为 目的 复制赠送和交换学位论文 同意学校可以用不同方式在不同媒体上发表 传播 学位论文的全部或部分内容 涉密的学位论文在解密后遵守此规定 作者签名 日期 翩签名缸 日期 1 皿啦i 乙 华北电力人学博十学位论文 1 1 课题背景与意义 1 1 1 电力市场概述 第一章绪论弟一早 三百1 匕 各国的电力工业由于其规模经济性 在经过大约一百多年的发展后大多成为一 个垄断的行业 并由政府管制 这一般称为 自然垄断 l l 随之而来 电力工业 的运行是一个垂直统一的模式 在这一模式中 某一区域的发电 输电与配电均由 一个公司或政府部门负责 该公司或部门负责辖区内所有用户的用电 运行的要求 是成本最小化 收取的电费是以回收成本并获取一定的利润为标准 但是 垄断的 电力工业经过多年的发展 逐渐显示出颓态 一方面 电力企业缺乏高效率运行 的动机 这在一定程度上延缓甚至阻滞了电力工业技术创新步伐 另一方面 监管 电力工业的机构逐渐发现监管电力系统这个庞大的垄断行业困难重重 他们也希望 能够有一种新的手段或模式来管理电力系统的运行 2 0 世纪8 0 年代 垄断的电力工业开始发生了变革 世界许多国家和地区相继 进行了电力工业市场化改革 以提高电力行业效率 降低发电企业的生产成本 一 个显著的特征是为电力工业引入竞争 给发电商提供一个市场平台 改革的初衷是 为了降低电能生产的成本 提高生产的效率 并扩大电力用户选择供电方的范围f 2 1 9 7 8 年 智利率先进行了电力市场化的改革 其目的是吸引资金对电力工业的 投入 并在发电侧展开竞争 几年的改革使得智利的电力工业得到了很好的发展 3 从此拉开了世界各国电力工业市场化的序幕 英国的电力工业改革从1 9 8 7 年开始 推行 4 其市场化进程是从电力工业的私有化起步的 国家只是负责高压输电网络 的运行 发电公司和用户方作为电力市场的主体参与竞争 从9 0 年代起至今 世 界上已形成了电力市场改革的潮流 阿根廷 美国 加拿大 澳大利亚 欧盟各国 北欧的瑞典 丹麦 挪威以及中国 日本等亚洲国家都进行了不同程度的电力工业 市场化尝试f 4 丌 2 0 0 2 年4 月 国务院发布了 关于印发电力体制改革方案的通知 这个文件是指导我国电力市场设计 运行和管理的纲领性文件 揭开了我国电力市 场改革从试点到实施的序幕 标志着我国电力工业真正从垄断走向市场 开创了电 力工业发展的崭新时代 目前 我国已经基本建设完成以发电侧区域电力市场为主 的六大区域电力市场 正逐步以大用户直购电为代表向双边侧市场发展 电力工业的市场化改革极大地促进了电力市场理论的建立和发展 电力市场理 论是一个新兴的研究领域 涉及到电力工业的各个方面 涵盖了电力工业的整个市 第一章绪论 场经济环境 给传统垄断方式下的电力生产 输送和消费各个方面的概念赋予了全 新的定义 随着电力市场理论研究和具体实践的深入 以下两点成为人们的共识 一 市场条件下必须首先保证稳定可靠的电力供应 二 必须充分利用竞争机制和 价格手段的激励作用 从宏观上提高电力工业的经济效率 电力市场化并不顺利 如美国加州电力市场所碰到的种种问题 这就促使我们在保证安全可靠供电的基础 上更加稳妥地推进电力工业市场化改革的进程 更为重要的是 在电力系统从传统 垂直垄断的运行模式向市场化过渡的过程中 出现了大量新的经济技术问题需要解 决 为了解决这些逐步推行中带来的一系列相关问题 需要从全新的角度进行深入 研究 1 1 2 市场下的输电问题 电力系统的物理特性在于电力网络中的潮流是由基尔霍夫定理控制并进行分 配的 它显示了从一个节点到另一个节点的电能的流动量和方向 随着电力电子技 术在电力系统中的应用 如柔性交流输电技术 f a c t s 和移相变压器 p s t 单 条线路的潮流可以进行适当程度地控制 但是这种设备对潮流的控制作用是有限 的 在竞争的电力市场环境下 随着输电网的丌放 越来越多的用户 包括发电厂 和负荷 要求输电网为他们提供公正 平等的输送服务 这就要求输电部分从发电 和配电环节分离出来 形成独立的输电公司 并在政府的监控下 负责电力系统的 安全运行和市场交易的经济运行 同时 输电网运行的基本问题不再是单纯解决电 力公司用户的用电需求 而是要明确地定义输电服务 用户使用输电系统的权利以 及相应的服务成本 将其服务平等地提供给任何市场参与者以及科学合理地分摊其 成本 输电服务就是将电能从电能的生产者 独立发电厂和发电公司 安全 经济 优质地输送到电能的使用者 配电公司和大用户 的过程 电能的生产者和使用者 都是输电服务的客户对象 应当共同承担输电费用 在输电费用收取的过程中 由 谁来承担输电费用及费用如何在用户之间分配的问题 属于输电定价的内容 而输 电服务附加费的多少属于输电费用计算的内容 同时它们都取决于用户所要求的输 电服务类型等因素 6 也可以这样理解 输电定价由两个方面组成 一方面 是输 电费用 成本 确定的问题 即如何对每一条输电线路确定输电价格 要求能够保 证电网公司回收投资成本和适当的利润 另一方面 是输电费用在输电用户之间的 分配问题 即如何将各输电线路的成本公平合理地分配到各个电力市场成员 以形 成最终的面向市场成员的输电价格 要求输电费用的分配要符合相应的市场法规和 市场运营规则 2 华北电力大学博士学位论文 对输电定价的基本要求 4 是 1 输电定价要体现电力市场中输电服务的市场价值 提供最优的经济信号 引导市场成员经济高效运行 促进电网的优化规划和电源合理选址 实现全社会输 电资源利用的最大化 促使输电系统的良性发展 2 输电定价要体现公开的原则 输电费用的计算方法和结果要对用户透明 接受电力监管部门和用户的监督 同时 要尽可能降低输电成本 削弱市场进口壁 垒 增强电力市场的竞争性 3 输电定价要体现公平的原则 对所有使用输电线路成员公平对待 要兼顾 各方利益 定价方法要简单合理 如何在保证电网公司的收支平衡的情况下 提供正确的经济信号 是输电定价 这三个要求能否很好统一起来的关键问题 因此 对输电定价的基础 输电成本 的分析是一个很重要的问题 1 2 国内外研究现状 电网经济成本分为固定成本和变动成本两部分 固定成本是指在一定条件下 其总额不随业务量发生变化的那部分费用 其取决于用户的最大需求量 如折旧费 修理费 工资和福利费等 变动成本是指随着业务量呈正比例变化的那部分费用 如材料费和网损费用等 输电网的网损只占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响 并且网损的经济信号对提高输电网络的利用 效率 对发电资源的投资 以及对规划建设输电网络的影响都非常重要 输电成本是制定输电电价的基础 只有弄清输电成本特性才能制定出科学合理 的输电电价 关于输电成本的计算问题 其主要与产权和费用的统计有关 通常采 用年度会计成本法和平均增量成本法 由于这个方面非本文重点 在此不再赘述 输电成本在输电用户之间的分配问题 涉及到市场成员的直接利益 因此 该 问题得到了国内外学者的广泛关注 在电力市场中 输电成本分析的方法主要可以 分为三类 综合成本法 边际成本法 基于潮流追踪的方法 综合成本法是将年固定成本和可变成本所构成的年总输配电成本 按某种约定 的规则 在各项输配电交易中分摊 从而计算出各项输配电交易的输配电成本 边际成本法是根据输配电公司在执行输配电业务时 引起的总成本或变动成本 的边际变化 作为计算输配成本分析的依据 基于潮流追踪的分配方法 从经济的角度出发 结合潮流追踪的结果 来分析 输电网中各节点功率的成本构成 第一章绪论 1 2 1 综合成本法 综合成本法的实质是 首先计算分配给每年回收的输配电系统建造网投资成本 和年变动成本 进而求得每年的总输配电成本 然后按某种约定的规则在各项输配 电交易中分摊 输配电价格为平均固定成本和平均变动成本之和 其中 平均固定 成本包括输配电设备的投资回报 输配电设备的折旧费 和管理费等 平均变动成 本包括网损 和电网运行维护费等 采用这种方法的关键是如何分摊总成本 根据 采用的分摊方法不同 形成了多种基于综合成本法的输配电定价方法 在实际使用 中 综合成本法又分为以下几种 邮票法 8 1 合同路径法1 9 1 0 兆瓦一公里法 i t 1 2 边界潮流法 1 3 1 和逐线计算法等等 1 2 1 1 邮票法 邮票法计算的是整个输配电网的总成本 然后按输配电功率的大小分摊 不考 虑各部分特定输配电设备的成本 各项输配电业务 不管输配电距离的远近 不论 输配电功率注入节点和流出的位置 只按输 配电电能的多少大小计费 与输配电 距离和位置无关 所以称为邮票法 邮票法根据实施的具体情况又可分为单一价区 邮票法与分区邮票法 一般地 在一个电压等级或一个配电网 供电区域 采取一种 面值的邮票 即一个输配电价格 互联电网中的不同地区电网 配电网 一般被 分为不同的价区 采用不同的输配电价格 邮票法的计算步骤如下 1 计算出输 配 电网全电网的总输配电容量的固定成本c z p 和变动成本 c z 0 c z p c z p f 卜1 c z d c z d f 1 2 其中i 为输配电网所包含的所有支路的序号 2 计算出总的输配电功率肌 pw pw k 1 3 其中 k 为输配电交易序号 3 计算平均单位输配电功率的输配电成本f w 1 1 w c z p c z o p w0 4 即 将所有输配电成本 按所输配电的功率值的大小进行平摊 此时 如果电网除 了输配电业务之外 不进行其他的输配电服务 则总输配电固定成本和总输配电变 动成本的值可以直接带入式 1 4 中 但如果电网除本身输配电业务外还进行其他的 4 华北电力大学博士学位论文 输配电服务 则须将电网的总输配电固定成本和总输配电变动成本进行成本分配计 算 计算转运容量成本和输电运行成本后再代入式 1 4 4 计算各项输配电业务的输配电费 r w k p w k x f w 1 5 1 2 1 2 合同路径法 合同路径法应用于电网规模较小的时期 此时系统接线比较简单 合同路径法 假定输配电业务实际出发时 其电能只在合同中规定的连续路径中流过 而电网中 对其余合同中未规定的电网部分认为没有影响 此时输配电价所计及的输配电成本 只限于合同中该指定路径的设备 一般地 合同路径是指 从功率注入点 发电节 点 到功率流出点 负荷节点 之间 确定的一条连续路径 并且该路径应有足够 的可用容量 合同路径法应用于电网规模较小的时期 此时系统结线比较简单 系 统潮流易于确定 采用合同路径法进行输配电费的计算的步骤如 下 1 确定配电业务的路径 2 确定输配电路径中各支路的输配电功率只 其中下标w 表示输配电业务 下标z 表示支路上的功率 下标i 表示第f 支路 3 计算输配电费尺 8 2 只 f 咖 e 属 e 1 6 式中 砷输配电路径中各支路的安全输送功率上限值 e 以 各支路的输配电固 定成本 包括固定资产的投资回收和折旧费等 e 各支路的输配电变动成本 随着互联网的发展和节点的增加 此种方法的应用收到了限制 在实际情况下 潮 流并不只在合同的路径中流过 而是对全网均有影响 只是影响的程度不 样 合 同路径法忽略了输配电潮流对电网其他部分的影响 特别是对与合同路径相邻部 分 影响可能较大 但这部分电网实际受到输配电业务的影响而未得到经济补偿 1 2 1 3 兆瓦一公里法 兆瓦一公里法是指 根据输配电交易以电量交易的实际注入节点和流出节点确 定电网潮流 然后根据该项交易实际占用输配电设备的容量并分摊功率其固定成 本 再加上根据该项交易实际输配的电量分摊变动成本 从而形成输配电费 这种 输配电价定价方法计算较繁杂 适合于联络线输电定价 而不适合于整个输配电网 的定价 兆瓦一公里法的计算步骤如下 1 计算每条线路 或每个输配电设备 的功率固定成本c z i 为电网中所有 支路的序号 2 计算每条线路 或设备 的平均每兆瓦公里固定成本n f s 第 章绪论 r e f i c r i t l 1 7 式中 舢为线路的安全输送功率 厶为线路长度 当线路中包含变压器等设 备时 将这些设备并入线路中计算 3 网中所有负荷及发电功率全移去 只留下输配电业务的注入功率和流出功 率 求全网各支路的潮流尸 和支路的网损曰 4 计算包括网损在内的总变动成本e 则输配电费为 r w r f 厶 e 1 8 在兆瓦一公里法中 还可以考虑某些特殊情况 如注入功率和流出功率可以不 是一个确定的值 而是在一定范围内变化等 1 2 1 4 边界潮流法 边界潮流法计算由于转运业务而引起的转运公司边界潮流的变化 并依据该数 据计算转运费 主要适用于网间电力交易的输电价格计算 边界潮流的变化主要是 指边界联络线的功率变化 其计算步骤如下 1 选择输配电网合适的负荷水平 可选择峰荷时段或其他时段状态 2 计算无此项输配电业务时的系统潮流 从而求得 边界联络线上的功率 一 u 为边界联络线的序号 与相连公司的通过联络线进行网络功率网i 日j 交换的功率 量el t v 为网络l 日j 交换的序号 一个网络间交换可以包含一组联络线上的功率交 换 其中只需选取其一即可 3 计算有此项输配电业务后的系统潮流 从而求得 边界联络线功率p 网络网间功率净交换功率量p 4 求取边界联络线功率的变化量鹾 p 一 网络网问功率交换量的变化 值必 p w 一只 5 采取与邮票法同样的计算步骤 求得输电网的平均输配电成本为f w 6 计算联络线的输配电费 r 1 2 x i 丝 i x l w 1 9 凡 1 2 x l 必 1 x 1 w 1 l o 即联络线的输配电费等于平均输配电成本乘以边界联络线上的功率变化的绝 对值之和的一半 上述二式的值不一定一样 但是该二式中均考虑了经过电网公司 网络的环流 1 2 1 5 逐线计算法 逐线计算法考虑转运业务对输电网每条线路潮流的影响 结合线路长度 分别 6 华北电力人学博士学位论文 计算有 无转运业务时各支路的潮流 逐线计算法与兆瓦一公里法非常一致相似 所不同的是 逐线计算法不是将发电 负荷节点全部移去 而是在一定负荷水平下 计算有 无该输配电业务对输配电网络潮流的影响 其计算步骤如下 1 选取合适的负荷水平 计算没有输配电业务时的系统潮流 得各支路上的 功率 及网损p 2 计算有输配电业务时的系统潮流 得各支路上的功率p 列及网损p 1 3 计算在执行输配电业务前后 各支路潮流的变化量鲤 和网损变化量卸 即丝 f pv z i f 鹋 f p 一露 4 计算电网每条线路的固定成本q 属 和平均每兆瓦公里的固定成本 r e 属 f 折 厶 式中 f 砷为线路f 的安全输送功率 厶为线路长度 i 为 支路序号 5 计算输配电的固定成本c w p 和变动成本c w c w 鲤 xf 厶 g 凹 p 9 式中 p 为平均上网电价或网购电价 g 为分摊的输配电 设备变动成本中所包含的维修费等 6 计算输配电费为 r c w c w p 1 1 1 在选定的负荷水平下 计算输配电业务对电网各支路潮流的影响时 有时会出 现妒 为负的情况 即输配电业务减少了的线路的负荷 对这种情况的处理 有以 下三种方法 a 在对全网中各支路的功率固定成本求和时 以负的妒 值直接代入求和 此 时负的妒 将引起输配电费的减少 甚至反过来从电网公司获得报酬 b 将所有的妒i 取绝对值代入 得 r 1 必 i r 巧 厶 1 1 2 即输配电引起负荷减少与引起负荷增加同等对待 c 仅考虑鹾 为正的部分 在求和时 必 为负的部分不计 综合成本法最大的优点就是简单 直接 可操作性强 尽管一些文献在此基础 上做了改进 如综合考虑电网中的电能质量 15 1 传输拥挤 1 6 1 等因素 但没有从根本 上解决问题 由于没有改变全网平分或近似平分功率的本质 越来越多的研究人员 转而追求其他的解决方案 1 2 2 边际成本法 边际成本法 1 7 3 4 是以输电服务引起的总成本或变动成本的边际变化作为输电 电价的依据 在完全竞争的市场中 可以引导最优市场效率和社会效益 具备经济 7 第一章绪论 合理性 并构筑了实时电价理论的基础 边际成本法的本质是灵敏度法 边际成本 法主要包括长期边际成本法和短期边际成本法两类方法 长期边际成本方法是根据 输配电公司在执行输配电业务时 引起的总成本的边际变化 作为输配电费的计算 依据 这种方法比较适合于长期批量功率交换时输配电费的计算 短期边际成本方 法则是根据输配电公司在执行输配电业务时 引起的边际变动成本及收支协调费 等 作为输配电费的计算依据 这种方法比较适合于短期功率交换时输配电费的计 算 特别是短期经济功率交换 从半小时到几个小时不等 1 2 2 1 长期边际成本方法 长期边际成本方法中 输配电费由两部分组成 长期边际固定成本和长期边际 变动成本 其中 长期边际固定成本指由于输配电业务 致使输配电公司扩展网络 所需成本 长期边际变动成本指电网运行 维护成本的边际成本 长期边际成本法 的计算复杂 且与对长期成本和负荷的估计密切相关 由于估计这些数据时会带有 一些主观因素 导致这些数据的高度不确定性 用这些方法得到的输配电价会引起 较大的争议 长期边际变动成本只考虑执行输配电业务前后 电网有功损耗及维护 费用之差 长期边际成本方法又分为两种 标准长期边际成本法和长期全边际成本 方法 标准长期边际成本方法 使用传统的规划计算程序 确定输配电需要网络扩 展的部分 并计划有 无输配电业务时的投资计划 如果所研究的电网 具有多个 输配业务 则针对每项输配电业务 须分别对长期边际固定成本和长期变动成本进 行精确的分配 长期边际成本方法假设 输配电业务不能使用电网现存剩余容量 而强迫沿着输配电路径扩展网络以容纳输配电的电能 如电网具有多个输配电业 务 则须针对每项输配电业务 分别计算所需扩展部分 因此 在长期边际成本方 法中 不存在成本分配的问题 标准长期边际成本方法 使用传统的规划计算程序 确定输配电需要网络扩展 的部分 并制定有 无输配电业务的投资计划 标准长期边际成本方法的计算步骤 可粗略表示如下 假设没有输 配电业务 依据合理的负荷预测 制订电网在相应 时段的发展规划 依据上述发展规划 计算输 配电设备的投资计划 计算输 配 电设备的年投资回报和年折旧费 其和为年投资成本 以c z p y 表示 在电网执行输 配电业务的情况下 重新制定电网的发展规划 做出相应的投 资计划 并求出投资回报和年折旧费 得到执行输 配电业务的年投资成本 以 c z p y 表示 则 a c z p y c z p y c z p y 1 一1 3 式中 a c z p y 是由于执行输 配电业务 电网增加的年投资成本 8 华北电力人学博士学位论文 计算没有输 配电业务时的年变动成本c z 0 y 和执行输 配电业务的年变动成 本c z 0 y 则 a c z 0 y c z 0 y c z 0 y 1 1 4 式中 a c z 0 y 是由于执行输 配电业务 电网增加的年变动成本 按照某种原则 在多项输 配电业务中 分配a c z p y 和a c z 0 y 即分别求得 各项输 配电业务的输 配电费为 r w y k a c z p y k a c z 0 y k 1 1 5 式中 r w y k 为第k 项输 配电业务的年输电费 a c z p y k 为将a c z p y 在 各项输配电业务中进行分配后 由第k 项输配电业务所得部分 a c z 0 y k 为将 a c z 0 y 在各项输配电业务中进行分配后 由第k 项输配电业务所得部分 依据由于输配电边际成本在各项输配电业务中进行分配的方法不同 又可将标 准长期边际成本方法分为四种 按功率分配方法 按功率一公里分配方法 边界潮 流法 逐线计算法 其中 按功率分配方法 按功率一公里分配方法 边界潮流法 就各项输配电业务分摊边际固定成本和边际变动成本的思路与综合成本法中的相 应分摊方法考虑基本一致 长期全边际成本方法假设 各项输配电业务不能使用电网现有的剩余容量 需 要从输配电的第一年起 对网络进行扩建 其计算方法是 首先根据潮流计算的结 果 确定输 配电交易的输 配电路径 该路径由支路 节点及相应的硬件设备构 成 然后确定输 配电路径的扩建计划及相应的扩建成本 从而计算输 配电的长 期边际固定成本 最后沿着输 配电路径 计算输 配电的变动成本 即可求得输 配电费 长期全边际成本方法如下计算 计算电网在未执行输配电业务情况下 电 网各支路的潮流p z i 在相同负荷水平下 计算电网执行输配电业务时 电网各支 路潮流p z i 计算由于输配电业务而引起各支路潮流变化量a p z f a p z f p z f 一尸z f 1 1 6 根据输配电功率的大小 确定一个合适的潮流变化量的阂值 如果某支路潮流 的变化量a p z f 大于该阈值 则将该支路计入输配电路径 否则视为次要支路 不 计入输配电路径 制定输配电路径的扩建计划 使得从输配电的第一年起 输配电路径的各支路 每年都能够提供足够的容量完成输配电任务 根据上述扩建计划 计算各支路从输 配电第一年起 每年的投资回报和折旧费 求和后 即可得输 配电路径的年投资 成本 记为a p z p y f 其中f 为输配电路径各支路的序号 设在输 配电路径各支 路扩建前 最大输送功率为尼 f c r i t 扩建后最大输送功率为p z i c i r 则增加的 9 第一章绪论 输送功率为 a p z i c r i t p z i c r i t p z i c i r t 输配电路径各支路单位功率的年投资成本为 r 嵋p i a p z p y i a p z f c i r t 输配电交易在第i 条支路的长期边际固定成本为 c w p f r w p i xa p z f 1 1 7 卜1 8 1 1 9 对输配电路径各支路求和 可得输配电的长期边际成本固定成本为 c w p y c w p f 1 2 0 分别计算有 无输配电业务时的变动成本 求得变动成本的增加量为 a c w 0 y c w 0 y c w 0 y 1 2 1 式中c w d y 执行输配电业务时系统的年变动成本 c l w d y 未执行输配电业务时系统的年变动成本 此变动成本增加量a c w o y 即是输配电业务的长期边际变动成本 将长期边 际年固定成本和长期边际年变动成本求和 即得到输配电电费为 r w c w p y a c w 0 y 1 2 2 以上就是长期全边际成本方法的计算步骤 这种方法由于是对输配电业务逐个 单独计算 故没有输配电成本的分配问题 1 2 2 2 短期边际成本方法 短期边际成本方法是根据输配电公司在执行输配电业务时 引起的边际变动成 本及收支协调费等 作为输配电费的计算依据 边际变动成本 是指输配电公司承 担输配电业务后 对其变动成本产生的边际影响 其公式表达为 协 o c 0 帆 1 2 3 协为该时段t 输电的边际变动成本 元 k w 符号 表示此价格尚未进行收 支平衡的调整 为输送的电能值 g 为输电公司在时段f 的所有变动成本 包 括网损 发电成本变化以及输配电线路的功率约束成本等 其中功率约束部分反映 了系统重新调度后发电机及线路过负荷的费用或重新建设新线路的费用 约束条件 包括 系统最大发电约束 硼 第 台发电机最大发电约束 彬 缸 第i 条线路最大输电约束 e 一 1 0 华北电力大学博士学位论文 电能平衡约束 陟二 彬 彬一呒 0 式中 彤为系统总负荷 彬为线路损耗 彬为本电网与其他电网的电能净 交换量 睨为发电量 通常以变动成本e 最小为寻优条件 考虑各项约束 引入 拉格朗日乘子 建立拉格朗日函数 经过详细的分析可以发现 电网公司输电的边 际变动成本 即为输电业务对电网线路损耗及其他相关费用 包括电网维护费和功 率约束等费用的边际影响 此外 依据实时电价理论可知 输电业务的短期边际变动成本等于流出节点的 实时电价 未进行收支协调 减去注入节点的实时电价 未进行收支协调 用短 期边际成本方法确定输配电价格 可获得社会效益和经济效益的最优 并给予用户 正确的经济信号 但是由于短期边际成本是输配电变动成本对输配电能的边际导 数 没有考虑固定资产的投资回报和折旧 从而造成收支不平衡问题 所以通常要 进行收支平衡的调整 使得总的输配电费可以补偿输配电网的变动成本和固定成 本 即补偿电网的综合成本 所以 通常须进行收支平衡的调整 使得总的输配电 费可以补偿电网的变动成本和固定成本 即补偿电网的综合成本 此种补偿可以在 全网范围内进行 也可逐条线路进行 进行收支协调的步骤为 确定电网的年收入及实际支出 得出待补偿部分 然 后对电网使用者采用相同原则进行收支协调 收支协调的方法有 附加费方法 按小时边际变动成本彬收取输配电费 年木收取附件费或归还多 收的金额以获得收支平衡 具体为 c o e 一墨 k 既 1 2 4 吃为附加费 c 为全年输电综合成本 r z 为电网公司按短期边际成本确定的输 电价格所获输电收入 巩 为电网公司承担的转运业务量 修改电价方法 修改边际变动成本匆为哆 使得q 尽可能接近匆 达到收支协调 的目的 具体还可分为 按比例调整 吃 蛾 聊晚 f 其中 鸭 为调整后节点 z t 时段电价 面 为调整前电价 m 为收支平衡调整系数 附加一个固定分量 f2 哦 f 口 目前国外电力市场的输电成本分配方法大多是基于边际成本法 但边际成本法 本质上是一种数学计算方法 物理意义不够明确 利用该方法所求取的用于输电服 务分摊的输电设备使用程度只是反映了某种运行状态下输电服务中用户功率与输 电元件中的功率之间的微增变化关系 该关系与用户输电服务总量对输电元件中功 率的贡献可能是不一致的 也很难保证电网收支平衡 同时 由于节点功率灵敏度 反映的是该节点功率微增 平衡节点功率微减的情况 所以选取不同的参考节点会 得出不同的灵敏度结果 第一章绪论 1 2 3 基于潮流追踪的分配方法 随着研究的深入 越来越多的学者认识到以上两种方法的不足 所以近来大部 分的注意力转移到了物理意义更明确的潮流追踪上 出发点就是希望能够建立一种 根据实际潮流分布的快速 准确 公平的方法来分摊输电费用 即根据电力系统的 实际情况将功率分解后再附加一定的经济法则来分析输电成本的归属 基于潮流追踪的分配方法的基本原理就是通过潮流追踪确定电网中各电源对 输电线路的利用份额 从而根据该份额来进行输电成本的分配 此类方法之问的区 别主要在于潮流追踪方法的不同 迄今为止 电路理论的研究只是局限于分析电路 中的电压电流的分布及其相应的物理效应 未涉及到各元件功率的构成和效应的分 摊问题 具体的况就是线性电路中 任何一条支路电流或电压都满足叠加定理 但 功率却不满足这一定理 这正是基于潮流追踪的输电成本分配的难点所在 目前潮 流追踪方法主要有关注交叉项法 基于功率比例的方法和基于电流比例的方法等 下面对这几种方法进行稍详细的介绍 1 2 3 1 直接分解同类交叉项方法 关注交叉项的方法是一种以虚构的无损有功潮流追踪为基础的损耗分摊算法 它以忽略无功潮流为基础 细致考虑了电源有功潮流之间的交叉作用对支路有功损 耗的影响 35 1 图1 1 为任一电网支路 线路f 其等效阻抗为巧 鹳 节点电压为玩和矽 设支路潮流由p 和f 二个电源供给 通过支路的电流分量分别为乞 a d 吃 和 j 一 以疗 弘疗 则支路 的有功网损可以表示为 吨划 孥n 靶警蛩i j r 1 2 5 也毛 i e i 毛 i i l n 图i 1 等值阻抗支路 f i g 1 1a ne q u i v a