[硕士论文精品]基于可中断负荷的输电阻塞研究

浙江工业大学硕士学位论文基于可中断负荷的输电阻塞研究摘要电力工业的市场化改革，给整个电力工业创造了新的发展机遇，但同时也给电力行业提出了许多新的挑战和新的问题，其中输电阻塞就是一个非常关键的问题，是市场环境下保证电网安全运行的核心。本文分析了市场环境下阻塞调度的原则，指出阻塞管理方法与市场的交易模式密切相关。针对电力市场主要的三种交易模式，分别介绍了不同模式下的阻塞管理方法，并在此基础上详细分析了不同市场模式下阻塞成本的计算方法。针对我国电力市场发展现状，着重研究了我国未来电力市场会出现的混合交易模式，即可能出现少量的双边合同交易。在国外典型阻塞管理模型基础上，研究了混合交易模式下基于合同优先和市场报价的阻塞管理模型，并用LINGO语言进行了算例研究，给正处于市场模式过渡阶段的我国阻塞管理提供了一种思路。可中断负荷管理是电力市场环境下需求侧管理的一项重要内容。本文对可中断负荷管理中的成本效益问题、可中断负荷合同、实施流程、市场运营等重要方面进行了重点分析，指出可中断负荷管理需进一步研究的方向。在以前研究成果的基础上，对可中断负荷在阻塞管理中的应用进行了可行性分析，提出了一种基于可中断负荷的新型阻塞管理模型，用LINGO语言进行了编程实现，并用IEEEL4节点的改进系统进行了验证仿真。结果表明，新的基于可中断负荷的阻塞管理模型与传统的阻塞调度方法相比，不但能保证电力系统安全、经济运行，而且在有效消除输电阻塞的同时，还能够大大减小全网购电费用，并可以得到可中断负荷的用户成本。该模型进一步发展和丰富了电力市场环境下电网的输电阻塞管理研究。关键词阻塞管理，可中断负荷，电力市场，LINGO程序浙江工业大学硕士学位论文RESEARCHOFTRANSMISSIONCONGESTIONM队NAGEMENTBASEDONINTERRI丁PTIBLELOADABSTRACTTHEINNOVATIONOFELECTRICPOWERINDUSTRYFROMVERTICALINTEGRATEDMONOPOLYTOCOMPETEDMARKETCREATESANEWDEVELOPMENTALOPPORTUNITYFORELECTRICPOWERINDUSTRY，WHILEGIVESRISETOMANYNEWPROBLEMSANDCHALLENGESSUCHASTRANSMISSIONCONGESTIONWHICHISTHECORETOENSURETHESCCURI臼OFPOWERGRIDSOPERATIONSTHISTHESISPOINTSOUTTHATTHECONGESTIONMANAGEMENTMETHODISCLOSELYRELATEDTOMARKETTRANSACTIONMODE，ANDTHENTHEPRINCIPLEOFCONGESTIONDISPATCHINGINPOWERMARKETISANALYZEDFORTHREEMAINTRANSACTIONMODEINPOWERMARKET，DIFFERENTCONGESTIONMANAGEMENTMETHODSAREINTRODUCEDTHEDETAILEDCALCULATIONMETHODOFCONGESTIONCOSTISALSODISCUSSEDWI也THEDEVELOPMENTOFPOWERMARKETINCHINA,THEMIXEDTRANSACTIONMODEWHICHWILLAPPEARINFUTUREISSTUDIEDBASEDOILTHERESEARCHOFSOMEREPRESENTATIVECONGESTIONMANAGEMENTMODELS，ACONGESTIONMANAGEMENTMODELANDTHEPRICINGMETHODAREPRESENTEDINTHEMIXEDTRANSACTIONMODETHECALCULATINGEXAMPLEUSINGLINGOPROGRAMSHOWSTHATTHISCONGESTIONMANAGEMENTMETHODISREASONABLEANDEFFECTIVEITSANEWIDEAOFCONGESTIONMANAGEMENTDURINGTHETRANSITIONSTAGEOFCHINASPOWERMARKETINTERRUPTIBLELOADMANAGEMENTILMISANIMPORTANTPARTOFDEMANDSIDEMANAGEMENTDSMINPOWERMARKETENVIRONMENTTHECOSTBENEFITANALYSIS，ILCONTRACT，IMPLEMENTMEASURESANDMARKETOPERATIONAREALLDETAILEDANALYZEDBASEDONTHEPREVIOUSRESEARCH，THEAPPLICATIONSOFILMINCONGESTIONMANAGEMENTARESTUDIEDANDTHEN，ANEWTRANSMISSIONCONGESTIONMANAGEMENTMODELBASEDONINTERRUPTIBLELOADISPROPOSEDTHECALCULATIONEXAMPLEOFREVISEDIEEE14BUSSYSTEMUSINGLINGOPROGRAMISDEMONSTRATEDCOMPARED丽MTRADITIONALCONGESTIONAPPROACH,THERESULTSSHOWSTHATTHEPROPOSEDMODELISEFFICIENTTOSOLVECONGESTIONPROBLEMANDSIGNIFICANTLYREDUCETHEELECTRICITYPURCHASECOSTDRAWACONCLUSION，THEPARTICIPATIONOFINTERRUPTIBLELOADINCONGESTIONMANAGEMENTCANEFFECTIVELYMITIGATETHECONGESTIONANDDEVELOPTHETHEORIESOFTRANSMISSIONCONGESTIONMANAGEMENTINPOWERMARKETKEYWORDSCONGESTIONMANAGEMENT，INTERRUPTIBLELOAD，POWERMARKET，LINGOPROGRAM浙江工业大学学位论文原创性声明本人郑重声明所提交的学位论文是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的研究成果。除文中已经加以标注引用的内容外，本论文不包含其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果，也不含为获得浙江工业大学或其它教育机构的学位证书而使用过的材料。对本文的研究作出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人承担本声明的法律责任。作者签名闻T日期砷年F月哆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。本人授权浙江工业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、不保密毗请在以上相应方框内打“”作者签名导师签名懒嫦日期砷年B99砰年R月YJ日，F月彳日浙江工业大学硕士学位论文第1章绪论11研究背景长期以来，由于电力产业被认为是一个具有较强垄断性的基础性产业而受到政府的严格管制，使电力系统处于一种完全垄断状态。然而，随着经济的发展和社会的进步，传统的自上而下的垄断电力系统管理模式越来越不适应现代经济的飞速发展，其垄断地位受到了严重的挑战。自从20世纪80年代以来，世界上一些国家开展电力市场化改革，由于可以提高效率，降低电价，电力市场化浪潮很快推广到世界上的许多国家。建立电力市场，本着公平、平等的原则进行电力自由贸易的方式越来越受到人们的重视。目前比较成功的运营模式有英国电力市场、美国东部电力市场以及西欧几国电力市场等。我国的电力工业以国家机构改革和产业结构调整为契机，开始了电力市场化进程。1998年我国开始实行厂网分开，建立发电侧的电力市场，并指定山东、上海、浙江三个电网首先试点运行。后来又增加辽宁、吉林、黑龙江三个电网组建成东北区域电力市场。这标志着我国电力市场的正式启动。电力工业面向市场，引进市场经济体制，已成大势所趋。市场机制的核心是资源的有效配置，资源是有限的，而人的需求是无限的，引入市场竞争，实现电力商品化，是实现资源有效配置的重要措施N1。中国电力体制改革工作小组发布的关于“十一五”深化电力体制改革的实施意见中，明确提出要“加快电力市场建设，优化调度方式，着力构建符合国情、开放有序的电力市场体系”，“完善市场运营规则和监管办法，处理好电源、调度、售电之间的关系，逐步实现发电企业竞价上网，推进大用户与发电企业直接交易，逐步建立公平竞争的市场机制“跚。而竞争要求保证市场的自由度，即市场必须使得商品可以自由流通。在理想的电力市场环境下，电力系统中任意节点的发电机可以自由地向任意节点的负荷供电，从而保证市场的最大自由度。然而输电系统的两个基本特性输电阻塞和网损极大地限制了这种自由度。在电力市场环境下的电力系统中，输电阻塞管理面临的挑战是如何通过良好的电网规划规避长期阻塞，更好地满足日益发展的电力市场；面对短期阻塞，如何制订出一套有效规则来管理电力生产者和电力消费者，以维护系统的安全与稳定，同时又使市场效益最一3一浙江工业大学硕士学位论文大化，有效防止一些市场参与者利用输电阻塞来形成局部市场以获取垄断利润删。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确保输电网络的安全可靠运行实现在输电阻塞时社会利益的最大化；塑造公开、公平、公正的市场竞争环境。12阻塞管理的国内外研究概况输电阻塞通常指输电系统在正常运行或进行事故安全检查时出现了以下两种情况1输电线路或变压器潮流超过允许极限。2节点电压越限。随着打破电力行业垄断、引入竞争机制和建立电力市场，网络潮流分布主要取决于电力交易的分布，而电力交易则是以利润最大化为目标，于是不可避免地出现了系统中某些输电价格较低的线路或者其电能价格较低的发电厂周围的线路往往承载较重负荷的现象，从而增加了发生阻塞的机会。电力市场化以前，由系统调度和各个发电厂发出调度指令，调节机组出力，直至电力系统运行在输电约束以内。但是电力市场化以后，各发电商的发电成本的信息不是透明的，输电系统和发电厂各自独立，不能用强制性的指令进行控制阳1，需要系统调度员进行协调，并要求独立系统运营者ISO必须平等对待各个市场参与者。此时，对于发电商来说，有限输电容量的分配和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“21，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。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的研究集中在以下几个领域1如何准确计算输电线路的最大传输能力TTC和可用传输能力ATC，为阻塞管理提供准确的网络信息。2提高线路的输电能力以缓解输电阻塞。3利用电价杠杆对输电阻塞进行调整。4电力潮流削减规则的制定。5阻塞定价及阻塞费用分摊方法的制定。6输电权的设计。在输电阻塞管理方面，主要有两类技术“舯1电网参数优化和控制技术，即通过调整网络结构和控制器参数改变网络潮流，以4浙江工业大学硕士学位论文优化阻塞。2通过调整输电计划进行输电管理，ISO通过求解最优化潮流OPF找出合理的输电阻塞管理方法，调整网络潮流，在保证系统安全的同时，也要维护市场的效率。其中最有代表性的有节点电价法，即在考虑发电机组、系统和网络安全约束条件以及潮流等式约束下，寻找以社会效益最大化或购电量最大化、购电成本最小化等为目标的经济调度问题，从而得到节点电价，即各个节点平衡约束的拉格朗日乘子。但其在实际应用中也有不足，节点电价对运行条件和网络特性非常敏感，导致发电商和用户承担的阻塞费用及电价波动太大，并且还存在交易盈余的缺陷。随着电力工业改革的深入，开放的电力市场逐步建立起来，为了创造一个公平的市场竞争环境，输电网络的开放成为一个必然的结果。输电网络的有限传输容量和输电损失是输电网络的两大基本特征，输电网络的有限传输容量就有可能导致传输的阻塞。在自由竞争的电力市场下，如何公平的进行阻塞管理成为输电网络开放必须解决的问题之一，在这方面国内外已经有了许多的研究M_刀。大体来说，现有的传输阻塞管理可以归为两大类直接法和间接法。直接法是电力传输调度机构针对发生阻塞的线路，直接调整交易达到消除阻塞现象。灵敏度法和基于报价的再调度法都属于此类方法。该方法不考虑调整功率的经济性，仅仅考虑系统的安全稳定运行，即不超越线路的传输极限。而市场经济中最重要的一条原则是公平性，因此，该方法只适用于实时平衡市场的线路阻塞管理或者紧急情况下某条支路发生故障，导致线路发生阻塞的阻塞管理。间接法就是根据“实时电价“原理，利用最优潮流计算程序计算出各个节点的电价，并确定阻塞成本阻塞电价，使利益冲突双方都能得到经济激励来间接消除阻塞。文献14提出了出现传输阻塞时阻塞成本和节点电价的计算方法，并探讨了采用传输阻塞合同TCC来消除阻塞对交易双方收益的影响。文献15针对电力库和双边多边交易同时存在的市场环境，提出了几种削减策略，并引入了附加费WILLINGNESSTOPAY的概念。文献16讨论了在发生阻塞时节点定价问题，并提出了在不同交易下解决传输阻塞的措施。上述研究工作的基本模型中的优化目标都是最大化社会福利最小系统运行成本。文献17在分析上述阻塞模型管理缺陷的基础上，建立了以最大化交易量为优化目标的阻塞管理模型，但是该模型的运用前提是需要知道各个市场参与者的运行成本，而在电力市场的运营过程中，往往不知道各个市场参与者的成本情况，只能根据各自的报价进行调度、管理，因此需要结合电力市场的运营实际作进一步的研究工作。一5一浙江工业大学硕士学位论文13本文的主要工作在电力市场环境下，电网的输电阻塞管理研究是电力市场中研究的重要课题，有效的输电阻塞管理是保证输电网安全运行及电力市场运营的关键，本文主要做了以下几方面的研究1作为发电商和用户的电能输送通道，输电网络的安全问题一直在系统稳定中处于核心地位，因此对阻塞管理进行了重点研究总结市场环境下阻塞调度的原则及类型；分析不同市场模式下各自不同的阻塞管理方式；分析不同市场模式下的阻塞成本。2结合我国市场模式的发展进程，研究即将出现的混合交易模式下的阻塞管理方法。在借鉴比较国外典型阻塞管理模型的基础上，提出基于合同优先和市场报价的阻塞管理模型，运用LINGO建模语言，用算例进行分析总结。3阐明了电力市场下可中断负荷的内涵和意义，作为电力市场环境下需求侧管理的重要组成部分，对可中断负荷用户的成本效益和电力公司的成本效益、可中断负荷合同、实施流程、参与辅助服务备用市场的机制等进行了系统的分析，指出了可中断负荷管理需进一步研究的方向。4分析了可中断负荷应用于阻塞管理的可行性，将传统模式和利用了可中断负荷的模式进行了比较，将直流潮流模型加入约束条件中，建立了以全网总体购电费用最小为目标函数的数学模型。以IEEEL4节点改进系统为例，利用LINGO程序进行编程求解，得出了可中断负荷赔偿成本和全网总的购电费用，验证了该模型的合理性和经济性。一6一浙江工业大学硕士学位论文第2章电力市场下的阻塞管理21电网阻塞问题作为发电商和用户的电能输送通道，输电网络一直处于核心地位。对电网而言，大多存在着由于经济、环境的制约以及历史因素造成的一些网络上的薄弱环节。主要体现在输送潮流的能力受稳定校核计算结果的限制，不得超过某一数值，称之为电网阻塞。线路的潮流量达到或者超过其输送容量极限时，就可能导致输电阻塞。输电阻塞将带来两方面的影响首先它使系统的安全性和稳定性受到威胁；同时它使电能交易计划无法实现，影响资源的优化配置和利用，还可能导致市场力的滥用，引起电价的扭曲。因此，阻塞管理的目标是制订一系列规则，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，阻塞管理需要制订公平的削减交易的计划和制订新的调整准则，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，以通过电网的良好规划来消除长期输电阻塞N她1。在开放的电力市场下，随着发电与输配电分开，各发电公司之问的竞争将加剧，更加使得输电网络成为资源竞争的瓶颈。发电侧发电商竞价上网，通过竞争机制的引入来进行资源的优化配置，电力交易转变为以价格为导向，从而不可避免地使系统中某些输电价格较低的线路或某些与电能价格较低的发电机节点相连的线路承载着较重的负荷，这就大大增加了发生输电阻塞的几率晗。输电网络的管理者为了保证输电网络的安全可靠运行，必须对相关环节的潮流加以约束和限制，以防止线路潮流超过稳定极限要求，危及系统安全。在传统垂直管理模式下，线路的传输容量一旦发生越限，往往是调度中心依据一定的原则，自主地进行调度，但在电力市场环境下情况有很大的不同。电能的流通是通过电力交易进行的，消除阻塞的过程牵涉到各个市场参与者的经济利益；同时，消除阻塞不仅需要技术上的支持，还要兼顾公平和效益，这使得阻塞问题更难于解决。在自由竞争的市场环境下，当输电网络发生阻塞时，输电调度必须考虑阻塞成本的影响但2删。如何设计在技术上可行、经济上合理的阻塞管理措施以缓解或消除阻塞，并提供适当的经济信号，实现合理的资源配置、促进输电系统的发展，是个十分重要的问题。国内外学者近年来在这些方面进行了不少研究并取得了一些成果，但总的来说，目前还缺乏一浙江工业大学硕士学位论文个普遍适用的、合理的阻塞管理方法。22阻塞调度的原则及类型221阻塞调度及其原则消除阻塞最直接的方法就是消减或调整各类交易，重新进行电力分配，这个过程称之为阻塞调度。阻塞调度技术是阻塞管理的核心。阻塞调度方法与电力市场交易模式密切相关。当前，电力市场主要有三种交易模式一种是双边、多边交易模式；一种是电力库POOL模式；另一种是电力库和双边、多边混合交易模式。电力市场的交易模式不同，阻塞调度的方法也不同。在传统的垂直管理体制下，电力调度中心是根据事先知道的各个发电企业的发电成本，结合网络中的输电约束来安排各个机组的发电计划的。通过最优潮流程序的分析，可以很好地避免输电阻塞的现象。但是在电力市场环境下，发电企业关注的是能否成功实现交易而不是如何科学调度。因此，这就给电力市场环境下实行输电调度提出了新的要求，既要保证输电网络的安全运行，又必须使发电仓业在平等竞争的基础上尽可能使输电网络有效传输电力而避免出现阻塞。综合起来，电网开放模式下调度必须服从以下3个原则1最低竞价优先并网发电原则。在一定的电力交易量下，哪个企业的竞价最低就优先发电，直到满足给定的交易量为止，而定价超出清算电价的发电企业就不能并网发电，从而保证了市场的竞争性和公平性。2社会净价值最大化原则。在一个特定的输电网络中，在保证输电线路安全运行的条件下，尽可能使电力用户为社会所创造的社会净价值最大。3输电网络安全可靠运行原则晗41。222双边、多边交易模式下的阻塞调度电力市场的双边交易模式是指发电商和用户直接签订购售电交易计划，并将计划电量上报给ISO。大量的双边交易很难保证同时可行，ISO必须对双边交易进行校核协1。因此，双边交易阻塞管理是如何调整和削减双边交易，不同的调整目标即有不同的调整模式。1基于调整费用最小的交易调整模型啪该交易调整模型是在交易者上报的调整标的基础上构建的，其优化目标的数学表达式为浙江工业大学硕士学位论文MIN厂XC；曙CMA19MTLML21其中，C；、哪分别为双边交易时发电机和负荷的出清价格，嵫、蟛分别为调整前后发电功率和负荷功率的变化量。按照交易调整模型是否需要满足市场分离约束，可以分为满足和不满足市场分离约束的两类调整模型。双边交易市场的分离约束表达式为22在交易调整模型中，引入市场分离约束，方面可以保证在交易调整之后，双边交易的发电功率和负荷功率仍然保持平衡，交易者之间原有的交易关系维持不变。但另一方面，发电功率和负荷功率相等条件的满足又会导致交易的调整费用不可能达到全局最优，即调整费用比不考虑市场分离约束时要多一些。2基于调整量最小的交易调整模型啪1除了通过交易者上报的调整标来修改双边交易计划以外，有学者还提出了直接裁减双边交易来消除阻塞的方法。由于在这类交易调整中，交易的电量只会减少而不会增加，因而这类交易调整模型常常被称为交易裁减模型。为了保持双边的交易形式，交易的发电功率和负荷功率的裁减量始终相等，即裁减模型满足市场分离约束。选取不同的裁减目标，交易裁减模型的裁减特性不同。目前，裁减目标主要由两种类型交易裁减量之和最小和交易裁减量的加权平方和最小。以交易裁减量之和最小为优化目标的双边交易裁减模型为NNMIN厂XF尸一TO23IL，F其中，F尸、0分别为第F机组在第段调整前后的段容量。以交易裁减量的加权平方和最小为优化目标的双边交易裁减模型为NNRAINX鸭酽RETO224FII其中，为加权系数，不同的交易裁减模型可选取不同的加权系数。文献26采用了完全相同的权重系数，即呢LF1，2，N；，1，2，也有文献采用了交易计划电量的倒数作为交易裁减量的权重系数。采用不同的裁减目标，裁减模型的交易裁减与交易对阻塞线路的灵敏度系数之间的关OL|、麓一誓矧浙江工业大学硕士学位论文系不同，从而造成了它们不同的裁减特点。采用交易裁减量之和最小的裁减模型，交易裁减完全取决于交易对阻塞线路的灵敏度系数，只有灵敏度系数最大的几个交易才会被裁。采用交易调整量加权平方和最小的裁减模型，交易的裁减在交易对阻塞线路灵敏度系数为正的所有交易之间进行，裁减量的大小与灵敏度系数的大小成正比，与交易裁减量的加权系数成反比。由于电力商品必须实时平衡，因而完全的双边交易模式的电力市场通常都与其他交易模式相配合。223POOL模式下的阻塞调度在电力库模式下，发电商和用户通过向POOL竞标的方式进行电力交易。电力库组织者根据交易者的投标对市场结清，并最终确定各交易者的交易量和交易价格。此时一旦发生阻塞，就要进行阻塞调度，重新进行电力库电力交易的分配。POOL模式下的阻塞调度通常是根据发电商和用户双方的容量价格投标，在考虑各种约束的条件下进行最优潮流计算。如果投标双方都采用理智的报价，调度结果将使社会效益最大化，同时使由于阻塞引起的损失最小。POOL交易模式下的阻塞管理方法可分为两类一类是考虑各种系统约束直接利用最优潮流OPF得到满足约束条件的最优发电计划；另一类在投标确定的市场出清价MARKETCLEARINGPRICEMCP基础上根据某种原则对发电计划进行安全校正。直接利用OPF阻塞管理最优潮流的数学模型可描述为确定一组使目标函数最小的最优控制变量U，并满足等式和不等式约束条件MINCX，“25STFX，甜026HX，U027式中X和U分别为状态变量和控制变量，式26为潮流方程等式约束，式27包括发电功率约束、支路潮流约束和电压约束等。POOL交易模式中的最优调度与传统的最优潮流的最大区别在于以发电厂和用户的投标数据替代了实际成本及效益数据。根据市场开放程度的不同，OPF模型的目标函数也有所不同。对于仅允许发电侧投标的单一买方市场，OPF的目标函数为购电成本最小，即浙江工业大学硕士学位论文RAINC,POFE尼玎28I1式中C,PG，为发电机G，的成本函数，Q为平衡节点的成本函数。而对于允许负荷侧投标的市场OPF的目标函数则变为社会效益最大，即以最小的电能生产成本获得最大的收益，即MAXQDJ一QGF29JI式中BFD，为负荷G，的收益函数，CGF为发电机G的收益函数。基于安全校正的阻塞管理英国的早期电力市场是通过电力库进行电力交易的。它与直接考虑输电约束的OPF计算稍有不同的是调度过程分为两个阶段，先用发电排序及加载程序排出最小成本发电计划，不计及系统约束，最后一台排入计划的机组的报价即为系统边际价格SYSTEMMARGINALPRICESMP。然后由国家电网公司进行安全校核，由阻塞管理要求开机和多发的机组称为限上CONSTRAINEDON，停机和少发的机组称为限下CONSTRAINEDOFF。POOL模式下阻塞管理的显著特点是能够较为精确地确定发电计划，同时提供节点电价等经济信息。其缺点除OPF本身的算法复杂性及透明性不够外，另一个不容忽视的问题是它假设用户投标信息反映了其成本和收益，而实际情况是发电商在利益最大化的驱动下会采用策略性的投标行为，尤其当竞争对手较少时会出现操纵市场的情况，如早期英国电力市场。这使得以成本最小为目标的优化模式失去了意义，为了解决此问题需要从市场设计方面寻找更为有效的交易模式。224混合模式下的阻塞调度POOL和双边交易混合模式是目前几乎所有电力市场都采用的交易模式。在此模式下既存在发电商和用户之间的双边长期供电合同，也设立日前DAYAHEAD和时前HOURAHEAD电力库模式及现货投标市场。同时，为保证系统的安全频率和负荷平衡还设立了实时平衡市场REALTIMEBALANCINGMARKET。当双边、多边交易模式的交易和POOL模式的交易共同存在时，系统一旦发生阻塞，如何协调双边模式交易和POOL模式交易的消减和调整，这有3种情形只消减或调整POOL交易；只消减双边交易；两种模式下的交易都没有绝对的优先权。前两种情形相当于单一运作模式下的阻塞调度。对最后一种情形，需要采取一些办法来协调处理两种不同浙江工业大学硕士学位论文模式下的交易权重。目前，在许多实际运营的电力市场，如英国的ENGLANDWALES市场、美国的NEWYORK，NEWENGLAND和CALIFORNIA市场以及挪威电力市场等都采用了POOL和双边交易共存的混合交易模式。由于多种交易的共存，如何公平地调整各类交易计划成为了在此交易模式下阻塞消除方法研究的核心。针对不同的交易调整方式，如是采用调整标资源，还是直接调整交易计划，双边交易是否参与调整，交易各方是独自上报调整标，还是一起上报调整标等，人们提出了不同的调整目标，从而构造出不同调整特性的交易调整模型。23阻塞成本231POOL模式在该模式下，发电方经过POOL出售电力，申报发电价格和发电容量；用户通过POOL购买电力此处不考虑用户投标的情况。于是在不考虑网络约束的条件下，POOL采用使购电费用最小的方法确定市场清算价C朋，获得各节点的发电功率分别记为气，最J，只，于是，POOL的总购电费用为210由以上安排的发电计划还必须经过网络约束检验。若没有阻塞，则执行发电计划；若出现传输阻塞，则必须在计及网络约束的条件下，采用使购电费用最小的目标函数，重新调度发电出力。通过优化求解，发电功率被重新安排，各节点的发电功率分别记为异，最盯，盯，阻塞消除后，发电方的结算规则主要有以下2类1所有发电方按系统边际价巳朋结算C，朋MAXCLPIJL，C2，G乞。】式中C，只，为节点I的发电报价，F1,2，门。于是，总购电费用为因此，阻塞费用为Q2善C，M只，2一11QC，CIG。只。，一CL，只，FL2122多发电量按发电报价结算，少发电量按QM与发电报价之差结算。于是，支付多PMQ一瑚C浙江工业大学硕士学位论文发电量的发电方费用为G，只P,，Q鼻，霉，XQ。村ILIIFF心口鼻，凇213支付少发电量的发电方费用为巳。置，一霉【C，射一G置】只，XQ朋，；L，司FF1只。口西。如果不考虑网络约束状况以及线路的传输容量，则节点珀勺交易电价为。E图51线路IJ1总购电费用的分析首先，采用通常的阻塞管理模式。根据电网的实际情况，ISO确定将44的负荷从边际电价较高的节点电厂调度供应，设此部分的电价为乙，且，2，1，所以，基于此种模式所产生的单位小时购电费用电力公司的购电费用为SR1吐F2面4F1一Q4F24其次，利用可中断负荷来消除输电阻塞的模式。假设节点I的电力用户和电力公司签订了可中断合同，电力公司允许中断的负荷44，电力公司补偿给用户的中断电价为。假设通过最优潮流分析程序分析验证得出切去节点I的负荷44后网络的潮流分布满足电网稳定性的要求，则采用切可中断负荷的方式，此时节点的电力交易量为Z。基一41浙江工业大学硕士学位论文于此种模式所产生的单位小时购电费用电力公司的购电费用为墨珥局碣一ZFL一毛珥毛4分析以上两者的购电费用，若毛T，则只。4P04，最终L“LLXUEJ，“岛O，歹一1XP512式511即为支路潮流方程。式中P即是NXL维注入有功功率列矢量，不包括平衡节点N的注入功率。因为忽略了接地的并联支路，同时忽略了支路电阻，所以没有有功功率损耗，有功功率是无损失流，所以平衡节点的有功功率可由其他节点注入功率唯一确定，其本身不独立。鼠是NX，L阶矩阵，不包括平衡节点所对应的行和列。目是R维列矢量，认为平衡节点的相角为零。直流潮流的计算没有收敛性问题，而且对于超高压电网有，工，直流潮流的计算精度通常在310，可以满足许多对精度要求不甚高的场合使用。但是这种方法不能计算电压幅值也有建立无功和电压幅值之间关系的直流潮流模型的，但计算精度很差，这种情况除外，限制了直流潮流的应用范围。求解直流潮流的计算量相当于求解一次式的线性代数方程组。由于昂是稀疏矩阵，可以利用稀疏技术加快计算速度。直流潮流模型在电力系统规划和电网在线静态安全分析中得到了广泛的应用哺】。532可中断负荷成本及其计算电力市场中，中断对负荷的供电不能像传统垄断体制下的拉闸限电那么简单，而是要对中断负荷进行相应的补偿或给予优惠电价。这就使得电网公司要对用户的中断成本进行分析以便给予合适的补偿。影响用户中断成本的主要因素因用户活动与电力供应的依赖程度以及中断方式的不同，主要包括以下几点1用户的类型不同，中断成本不同。这一点十分明显，工业用户和农业用户的电力中断成本就不一样，大工业用户和小工业用户的停电损失也是不样的。2中断时间不同，中断成本也不同。如工业用户工作日的中断成本会明显高于节假日或夜间的中断成本。3不提前通知的中断成本远远高于提前通知的中断成本，而提前通知时间的长短也影响着中断成本的大小。一般来说，提前通知的时间越短，用户的中断成本会越高。4中断持续时间越长，中断成本也越高。随着持续时间的增加，每千瓦时的中断成本将会下降，而不是线性的关系。5中断成本随中断频率增大而提高，用户多数倾向于采用电力供应持续时间长而浙江工业大学硕士学位论文中断次数少的方式。6中断比率越大，中断程度和中断成本也会越高，如居民用户当部分缺电时，对家用电器的使用有较大的弹性，而当全部停电时，则别无选择，所以中断成本较高。以上所讲的这些因素即说用户的“类型”是不可知的，需要用户自己上报。为了达到利益的最优分配，电力公司必须根据用户上报的私人信息或“类型来给予相应的优惠。电力公司如何设计出一种激励合约或者博弈规则，以促进用户主动上报自己的真实类型，如何实现电力公司的效用最大化，这些问题已经在文献5356等中进行了研究，本章就不再做深入探讨。以下用户中断成本函数是基于适当激励机制下，用户如实上报自己的真实类型得出的。由于本文只考虑某一个交易时段里的经济分析，而每天的调度计划都是前一天安排好的，则用户面临相同的提前通知时间、中断持续时间、中断发生时间，并仅考虑单位时间内中断一次的情况，则决定着用户中断成本的主要因素是用户的类型和中断的负荷容量，即CCOUE，。在此考虑二次形的用户中断成本函数嘟1，且PCOUE，K,E2互EK妒。式中，COUE，为可中断负荷成本函数，为用户类型，墨，砭为非负系数，E为可中断用户的可中断容量。也可用三次形函数来表示用户中断成本，但出于电力公司掌握的数据有限，使得三次形函数无法提供比二次形函数更高的精度，且计算量比二次形函数要大。用二次形函数来表示用户的中断成本，精度令人满意，计算较为简单。533数学模型的建立根据31节的分析，目前我国阻塞管理的模式是POOL模式，将可中断负荷引入阻塞管理中，建立模型如下1目标函数。当发生电力交易的传输阻塞时，将使部分电力合同不能正常履行，传输网络中各个节点电力交易发生变化。运用可中断负荷来消除线路的阻塞，其最终目标就是达到全网的总体购电费用最低，所以将引入可中断负荷的全网购电费用最小作为目标函数。在最小目标函数的求解过程中，也可以得到各个可中断负荷用户的中断成本。R打卅、MINC只十COV,ED，九513LJ薯LDLJ式中第一项为全网购买的发电侧成本，LQ为参与发电的发电机组台数，E为第F台发浙江工业大学硕士学位论文电机组的发电边际成本，只为第I台发电机组的有功出力；式中第二项为用二次函数来表示的全网购买的用户侧成本，即用户的可中断负荷成本，其中CD日，办五曰局日一局九日，所为参与电力公司的可中断负荷管理的用户数目，日为第D个用户的可中断容量，九表示J用户的可中断负荷类型，它是一个0到1之间的连续变量，九越大即负荷类型越大，其参与可中断负荷管理对电力公司的价值也就越大；相反，九越小则负荷类型越小，其参与可中断负荷管理对电力公司的价值也就越小，墨，如为非负系数。2各个发电机的发电容量约束。OEE嘣514式中表示节点F的发电机有功功率，ELMLLX表示发电机有功出力的功率极限。3可中断负荷的容量约束。0易历畴515式中易表示电力公司中断第D个用户的中断容量，色，艇表示用户可中断负荷的最大中断容量。4支路的传输容量约束。PJMIN弓PLJBMT516式中弓，弓。缸，弓咄分别表示支路I一，的有功功率及其上、下限值。5线路的直流潮流方程。巴QG嘞517式中Q，G为节点的电压角度，嘞为线路F一_，的阻抗。6节点的直流潮流方程。尸印岛秒5一18式中P舻为各个节点的注入功率，坟为系统节点导纳矩阵。54算例仿真541阻塞管理的调度步骤1本文将一天分为24个时段，在不考虑网损及支路容量约束的情况下，电网调度部门根据发电机报价出清情况，按竞价上网原则，每小时进行一次潮流分析计算，确定可47浙江工业大学硕士学位论文能发生输电阻塞的线路及线路的阻塞量。2分别对传统调用高价电能的阻塞管理模式和利用可中断负荷的阻塞管理模式求解，得到两者的全网购电费用，比较经济优越性。3在可中断负荷的阻塞管理模式中，利用阻塞调度模型，确定可中断负荷消除阻塞的最优解，最终确定可中断负荷容量，签订可中断负荷合同。合同应包括合同有效期、提前通知时间、中断持续时间、负荷中断容量、赔偿费等。提前通知时间和中断持续时间规定了该可中断负荷的基本特征。4调用经济性优的方案消除阻塞，更改该时段的发电计划，执行电网交易。一个时段内阻塞管理计算的流程如图52所示。浙江工业大学硕士学位论文图52阻塞管理的流程图542算例求解假设图53所示的IEEEL4节点改进系统【581，发电机G1，G2，G3，G6，G8的极限容量49浙江工业大学硕士学位论文分别为250脚玑200MW，60MW，50MW，60MW，其中G1为平衡节点。G1，G2，G3，G6，G8竞价上网电价分别是80元MWH，100元MWH，200元M肜JLZ，250元M舻办，200元MWH，各节点负荷参数见表51。为简单起见，假设该输电网中所有线路的最大功率极限均为40MW。系统的线路数据见附录2。13图53IEEEL4节点改进系统接线示意图表51IEEEL4节点改进系统负荷参数单位栅R所在节点L234567891011121314负荷功率021794247876OOO29593561135149因各线路的电阻值很小，而且要远小于其电抗值，所以可以将电阻近似为零，忽略输电损耗，适宜采用直流潮流简化算法。用LINGO软件进行算例的编程分析。1在不考虑线路容量约束的情况下，依据竞价上网原则报价低先上网，经潮流计算得到线路的初次潮流分布，将结果整理如表52。浙江工业大学硕士学位论文表52不考虑线路容量约束的潮流初次分布单位枷矿线路首节点末节点潮流值L12133332L5283232475442590253434264711974953L856269961135106126111613135127860137948114910915914149从程序的计算结果可以看到线路1、线路3、线路12、线路13，这四条线路都出现了过载，系统总缺额容量为15683MWJ所以必须要采取措施来消除阻塞。2试图调用传统高价电能阻塞管理模式来消除阻塞，利用LINGO程序的仿真计算发现程序不能收敛，得不到可行解，也就是说此时计及容量约束从发电侧调整机组出力的方式无法消除阻塞。这种情况可能是系统中负荷增长较快，导致线路传输容量阻塞，从而限制了电能的传输，现有电网的架构已经不能满足负荷的需求。为了验证以上假设，用LINGO程序进一步分析，逐步放松线路的传输容量约束，当线路的传输容量限值提高到100MW时，模型可以求解，但此时全网购电费用较高，为6181262元。所以，要想消除输电阻塞，可以采用分布式发电技术，或是进行电网扩建来消除输电瓶颈，文献58对此已经进行了相关的分析和计算，本文就不再冗赘了。3电网扩建虽然能够从根本上消除输电阻塞，但是存在着投资巨大、建设周期长的问题，电力市场环境下潮流分布和电源建设的不确定性给电网规划带来了很大的挑战和风险。所以，根据51节的分析，在电力市场环境下可以采用基于可中断负荷的阻塞管理模式消除阻塞。假设节点2、3、4、9的负荷都与电力公司签订了可中断负荷的合同，电力公司可以在发生阻塞时，在合同规定的时间内通知用户切断相应的负荷容量，节点2、3、4、9的浙江工业大学硕士学位论文负荷类型分别为O2，05，O3，07。考虑了系统中的可中断负荷用户及各个支路的容量限制，利用533的数学模型，用LINGO程序对该14节点系统进行优化求解程序见附录3，使调用阻塞管理时的全网购电费用最少，结果如表53所示表53可中断负荷阻塞管理模式时的节点负荷中断容量单位M功节点2349负荷中断容量2178607478295此时，全网总体购电费用最少，为3422946元。因求解时在约束条件中考虑到了系统的直流潮流模型，所以得出的新的各个发电机出力分配及可中断负荷分配完全符合系统的潮流约束，系统是能够稳定运行的。在这样的前提下，以全网购电费用最小为目标函数的优化过程中，通过LINGO编程解出了模型的最优解，得出了系统的最优经济分配，并且由可中断负荷成本函数就可得到每个参与可中断负荷管理的用户的赔偿成本费用。如，此时的全网总体购电费用最少，节点2、3、4、9的可中断赔偿成本分别为48825元，74512元，23183元和8791元。从算例分析中可以得出，可中断负荷引入到输电阻塞管理中，加大了输电阻塞管理的灵活度，能够有效地消除阻塞，保证电力系统安全稳定运行。基于可中断负荷的阻塞管理，进一步降低了输电阻塞管中电网因阻塞而增加的运营成本，体现了此种模式的经济性，而且在对目标函数优化的过程中，也同时可以得到参与阻塞管理的可中断负荷用户的赔偿成本。直流潮流作为潮流计算的一种快速解法，收敛可靠。LINGO编程的优化求解，提高了求解速度，体现了LINGO在求解最优化问题中的优势。应该看到，本文在模型的分析计算中，采用直流潮流简化了计算，并且只是考虑了某一时段的阻塞管理和可中断负荷管理，而在现实的电力系统中，是不可能只考虑一个时段的。在下一步的研究中，需要研究多时段下考虑可中断负荷的阻塞管理，将模型不断完善，以增加其在实际系统中的适用性。55小结本章对可中断负荷应用于阻塞管理的可行性进行了分析，将传统模式和利用了可中断负荷的模式进行了比较，提出了基于可中断负荷的阻塞管理数学模型，该模型以全网总体购电费用最小为目标函数，将直流潮流模型作为约束条件。用LINGO程序在IEEEL4节点浙江工业大学硕士学位论文改进系统进行了仿真计算，得出了全网总的购电费用和各用户的可中断赔偿成本，验证了该模型的合理性和经济性，并指出了该模型需进一步改进的地方。浙江HT业大学硕士学位论文第6章结论我国在“十一五“期间要深化电力体制改革，加快电力市场建设，着力构建符合国情的统一开放的电力市场体系。进行有效的输电阻塞管理，让所有的市场参与者都有平等的机会使用输电网，保证市场竞争的公平、公正，才能使市场效益最大。本论文对电力市场环境下的输电阻塞管理技术与方法进行了较深入的研究，主要成果和结论归纳如下1研究了电力市场环境下，输电阻塞管理的理论和方法，介绍了电力市场环境下输电阻塞调度的原则和要求，分析了电力市场双边、多边交易模式，POOL模式，混合交易模式这三种交易模式，以及不同市场模式下的阻塞管理方式和输电阻塞成本，指明输电阻塞研究必须考虑不同的电力市场模式对阻塞管理的影响。2结合我国电力市场模式的发展进程，针对我国未来电力市场会出现的混合交易模式，即可能出现少量的双边合同交易，在借鉴比较国外典型阻塞管理模型的基础上，研究了基于合同优先和市场报价的阻塞管理模型。运用LINGO建模语言，对模型进行算例分析计算，结果表明双边合同的优先权，可以在电力市场初期，保障双边交易的很好起步，而权重系数可以很好的反映目前的市场阶段双边交易和POOL模式下交易的重要性。通过权重系数和合同削减报价，控制阻塞调整的进行，反映了各市场参与者的重要性，最大限度地保障了其经济利益，为处于交易模式过渡阶段的我国阻塞管理提供了一种思路。3研究了电力市场下的可中断负荷管理，与传统的直接负荷控制相比，可中断负荷集成了供电侧和用电侧两端的经济措施和技术手段，不仅在内涵上要丰富得多，其方法也更加灵活多变。本文全面分析了可中断负荷研究中的可中断电价，合同内容及其成本效益分析等重要问题，指出合理的可中断价格是实施可中断负荷措施的关键，分析了电力市场下可中断负荷管理的理论优势及其进一步应用研究的方向。4通过对电力市场环境下输电阻塞管理和可中断负荷作用的研究，在可中断负荷应用于阻塞管理的可行性分析的基础上，提出了适应我国电力市场模式的基于可中断负荷的阻塞管理方法。建立了以全网总体购电费用为目标函数的数学模型，IEEEL4节点改进系统的算例分析表明，基于可中断负荷的阻塞管理方法与以往单纯地调整发电机出力的方法相比，在有效消除系统输电阻塞的同时，还能够大大降低阻塞成本，提高市场运行效率，体现了此种模式的经济性。在对目标函数优化的过程中，也同时可以得到参与阻塞管理的54浙江工业大学硕士学位论文可中断负荷用户的赔偿成本。最优化模型的求解中，体现了LINGO语言的简洁性和快速性，充分发挥了LINGO语言的优势。由于在模型的约束条件中采用直流潮流进行了简