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1、华北电力大学（北京）硕士学位论文平衡节点设置对电力交易公平性的影响姓名：姚振宇申请学位级别：硕士专业：电力系统及其自动化指导教师：鲍海20080301华北电力大学硕士学位论文摘要随着电力市场的日趋完善，电力交易的公平性受到了广泛关注。平衡节点的设置不同将导致市场各成员的利益分配不均。因此，对于调度和监管机构如何设置平衡节点，以及进行电网运行方式选择显得尤为重要。本文基于功率分布理论和支路输电费用守恒原则，建立了输电成本模型，研究了平衡节点选取不同将如何影响潮流计算的结果(主要包括发电机出力和网络损耗)，进一步分析计算了输电成本的变化。通过I E E E 典型算例及课题组成本分析软件验证了结论的
2、正确性。该理论可为电力调度提供参考，为电力交易公平性提供依据。关键词：电力市场，交易公平性，功率分布，潮流计算，平衡节点A B S T R A C TA l o n gw i t ht h ee l e c t r i cp o w e rm a r k e tg r a d u a l l yp e r f e c t，e l e c t r i cp o w e rm a r k e t St r a n s a c t i o nf a i m e s sr e c e i v e sw i d e s p r e a da t t e n t i o n T h ed i f f e
3、r e n ts e t t i n go fs l a c kb u sl e a dt ot h eb e n e f i tm a l d i s t r i b u t i o ni nt h em a r k e t S o，f o rt h ed i s p a t c h i n ga n ds u p e r v i s o r ys y s t e m，s e l e c t i n gs l a c kb u sc o r r e c t l yi sv e r ys i g n i f i c a n t B a s e do np o w e rd i s t r i
4、b u t i o nt h e o r ya n db r a n c ht r a n s m i s s i o nc o s tc o n s e r v a t i o n，c o m p u t a t i o nm o d e lo ft r a n s m i s s i o ni sd e v e l o p e d，t h ed i f f e r e n ts l a c kb u sc h o i c e sa n dh o wi tw i l la f f e c tt h et r e n do fm u t u a lr e l a t i o n sa l ed
5、 i s c u s s e d F u r t h e r，t h ec h a n g eo fe l e c t r i ct r a n s m i s s i o nc o s ti sd i s c u s s e d A c c o r d i n gt ot h en u m e r i c a lr e s u l t so fI E E E-9b u ss y s t e m，t h et h e o r yp r o p o s e di nt h i sp a p e ri sp o s i t i v e，a n dt h i st h e o r ym a yb e
6、ar e f e r e n c eo fe l e c t r i cp o w e rt r a d e s。K E YW O R D S：p o w e rm a r k e t，t r a n s a c t i o nf a i r n e s s，p o w e rd i s t r i b u t i o n，p o w e rf l o wc a l c u l a t i o n，s l a c kb u s华北电力大学硕士学位论文摘要随着电力市场的日趋完善，电力交易的公平性受到了广泛关注。平衡节点的设置不同将导致市场各成员的利益分配不均。因此，对于调度和监管机构如何设置平衡
7、节点，以及进行电网运行方式选择显得尤为重要。本文基于功率分布理论和支路输电费用守恒原则，建立了输电成本模型，研究了平衡节点选取不同将如何影响潮流计算的结果(主要包括发电机出力和网络损耗)，进一步分析计算了输电成本的变化。通过I E E E 典型算例及课题组成本分析软件验证了结论的正确性。该理论可为电力调度提供参考，为电力交易公平性提供依据。关键词：电力市场，交易公平性，功率分布，潮流计算，平衡节点A B S T R A C TA l o n gw i t ht h ee l e c t r i cp o w e rm a r k e tg r a d u a l l yp e r f e c
8、t，e l e c t r i cp o w e rm a r k e t St r a n s a c t i o nf a i m e s sr e c e i v e sw i d e s p r e a da t t e n t i o n T h ed i f f e r e n ts e t t i n go fs l a c kb u sl e a dt ot h eb e n e f i tm a l d i s t r i b u t i o ni nt h em a r k e t S o，f o rt h ed i s p a t c h i n ga n ds u p
9、e r v i s o r ys y s t e m，s e l e c t i n gs l a c kb u sc o r r e c t l yi sv e r ys i g n i f i c a n t B a s e do np o w e rd i s t r i b u t i o nt h e o r ya n db r a n c ht r a n s m i s s i o nc o s tc o n s e r v a t i o n，c o m p u t a t i o nm o d e lo ft r a n s m i s s i o ni sd e v e l
10、 o p e d，t h ed i f f e r e n ts l a c kb u sc h o i c e sa n dh o wi tw i l la f f e c tt h et r e n do fm u t u a lr e l a t i o n sa l ed i s c u s s e d F u r t h e r，t h ec h a n g eo fe l e c t r i ct r a n s m i s s i o nc o s ti sd i s c u s s e d A c c o r d i n gt ot h en u m e r i c a lr
11、e s u l t so fI E E E-9b u ss y s t e m，t h et h e o r yp r o p o s e di nt h i sp a p e ri sp o s i t i v e，a n dt h i st h e o r ym a yb ear e f e r e n c eo fe l e c t r i cp o w e rt r a d e s。K E YW O R D S：p o w e rm a r k e t，t r a n s a c t i o nf a i r n e s s，p o w e rd i s t r i b u t i o
12、 n，p o w e rf l o wc a l c u l a t i o n，s l a c kb u s声明尸明本人郑重声明：此处所提交的硕士学位论文平衡节点设置对电力交易公平性的影响，是本人在华北电力大学攻读硕士学位期间，在导师指导下进行的研究工作和取得的研究成果。据本人所知，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得华北电力大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。学位论文作者签名：二量雌日期：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
13、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：坐芝：兰：7导师签名：日期：华北电力大学硕士学位论文1 1 背景和意义第一章引言弟一早jl甬随着电力工业改革的推进，垂直垄断的电力系统中各个实体的传统角色在电力市场环境下发生了变化，发电公司、电网公司和配电公司各个实体的责任和利益更加清晰明确。电力市场研究己成
14、为电力行业的热点问题。电力交易的公平性作为电力市场的首要原则越来越受到市场政策研究和运行调度管理人员的普遍关注。这个问题的深入思考和研究是电力市场健康、有序发展的重要条件。电网公司是输电网地拥有者，在电力市场中扮演着非常重要的角色。电网公司负责建设、拥有、维护和运营在某一特定地理区域内的输电网，同时为保障整个电力系统的安全运行提供服务。一般来说，电网公司通过收取接网费、网络使用费和阻塞管理费等手段，回收它的投资和变动成本，并获取收益。在电力市场环境下，电网以何种方式运行都将直接影响发电厂的发电电价及竞价、网损的分摊以及潮流追踪等1。而电网必须在考虑系统实际运行之前，就将整个电网的运行方式加以确
15、定，而选取何种运行方式具有很大的人为性，采取哪种运行方式现在各有说法。在网络结构和负荷确定的条件下，运行方式的确定与平衡节点的选取密切相关。进一步，选取的结果将影响发电厂收益，及网损分摊等。所以如何选择单一平衡母线，以及如何设置单一平衡母线的问题已经是亟待解决的问题。配电公司通过配电系统向某一特定地理区域内的用户分配电能，它负责配电系统的建设和运行，并有责任保障一定程度的系统可靠性和可用性。与输电网相似，在某一地区，配电公司作为一个独立经营的实体，它通过向垄断供电区域的售电获取利润。输(配)电企业已经向提供单一输电服务的方向发展，其利润与传输的能量有关。所以电网能量金融的分布问题将将成为输电公
16、司重点关注的问题之一。通过改变平衡节点的设置，分析其改变后物理潮流及金融分布是否发生改变。而物理潮流一定意义上也代表着经济潮流u。这对调度部门及电力监管部门制定相关政策提供可靠依据和参考，也可以作为电力公平监管的指标之一，并为电力市场中发电厂报价的提供参考。1 2 国内外的主要研究成果电力系统潮流计算问题并不是单纯的计算问题，把它当作一个运行方式1 2 1 的调l华北电力大学硕士学位论文整问题可能更为确切。为了得到一个合理的运行方式，往往需要根据计算结果，修改原始数据。在这个意义上，我们在编制潮流计算程序时，对使用的方便性和灵活性必须予以足够的重视。在电网及电力监管部门，运用不同的潮流结果为依
17、据进行电力系统将影响系统的运行方式。由于平衡节点的选取不同，对电力系统的运行方式将会有很大影响，尤其在电力市场的环境下，将直接影响发电厂的上网电价及其经济效益、电网的网损分摊形式、系统稳定性等问题。潮流追踪法网损分摊，因其是以潮流计算结果为基础，当调用潮流程序时，就依赖于平衡母线的选取，但就其分摊本身，却与平衡母线无关 1 3 o早期潮流算法中当平衡节点选定以后，主要关心的是算法的收敛性。第一次系统的研究平衡节点选取问题是在文献1 中，该文中选取最理想的平衡节点出发点是从母线的最大短路电流入手，而他所关心的问题在牛顿一拉夫逊算法产生以后，实质上已经不存在该问题的研究的意义，因为牛顿一拉夫逊算法
18、比以前任何算法都灵活，可以允许平衡节点在网络中大多数的位置。在传统潮流计算中，平衡节点根据功率平衡条件的要求进行设立，是由计算要求而设定的，因而可根据有利于计算的原则选择平衡节点。当然，为和系统实际运行情况对照，将有较大容量的调频电厂选作平衡节点也是可以的。还有，为了提高计算的收敛，可以选择出线较多的电厂母线或者靠近电网负荷中心的发电厂母线作为平衡母线。但是以上不同的选取方式均具有人为性及任意性，将影响潮流分布的结果，再者，从运行方式上，将影响发电厂出力，同时影响电厂的经济效益，进而涉及到全网络的有功功率分布、无功功率分布、网损的大小。在平衡节点母线电压设置上，有时忽视了平衡节点电压的变化对电
19、力市场经济性的影响。事实上，平衡节点的位置通常选择在担任调频任务的大型发电机母线，其电压幅值有一定的变化范围如(0 9 8 一1 1 0P u)。研究发现，平衡节点的电压水平对优化程序的收敛性能及优化结果均有较大的影响。文献m。所用工具只是简单的常规潮流程序，所得结论不具有普遍性。平衡节点电压对无功网损的影响要比有功网损大得多。对无功网损为正的系统，在保持足够稳定性备用的前提下，应在平衡节点电压尽可能高的位置上运行“。系统规模越大这种效益越显著。但是在实际系统中，考虑全网的经济性能指标条件下，仍不可能让平衡节点在很高的电压下运行。电网、电力监管等部门应在系统实际运行以前，在考虑系统安全运行、负
20、荷水平等问题的基础上，就应确定电力系统将以何种方式运行。而以何种方式运行，实际上就是确定系统中各元件的运行参数。所以在选取方式上，就具有人为性，不免存在疑问。其中平衡节点的选取不同，就将造成系统各元件所在电压水平，流过母线电流不同。进一步，将影响电力市场各主体的经济效益。2华北电力大学硕士学位论文许多研究人员都认为单一母线设置的不足。例如，在传输和辅助服务报价时建议了一条配电平衡母线1。可是，在发电机经济调度由于强加的市场约束而复杂的非管制运行环境下，对每一台发电机决定一个合理的参与系数是很难的。另有文献驯指出决定具体交易的损耗增量问题与合作多边市场模型下解决运行点的问题密切相关，因此建议一个
21、迭代的过程同时解决两个过程。还有一位作者提出了一个自我平衡对的概念1 来分配反应在平衡母线上的实际不平衡潮流。在关于网损分摊的方法中，基于灵敏度解析法的计算w 结果取决于潮流计算中平衡节点的选取。传统上用于系统安全和紧急事故分析的网络分配系数很容易被用来在传输网络用户间分摊费用。以上几种方法均未完全解释清晰平衡节点的设置问题，以及由此引发的系统各成员的经济利益分配问题。电网金融潮流的难点应属输电可变成本的分析与计算，若要解决这个问题，首先必须研究电网的功率(能量)分布情况，并指明各支路功率的电源属性，因此功率分解(追踪)成为第一个需要研究的问题；其次必须提出一种公平合理的经济准则，作为描述能量
22、传输过程中能量损耗引发经济利益变化的依据，最合理的准则就是，节点金融守恒原则，即流入节点的费用等于流出节点的费用。在经济方面上，对于输(配)电经济分布问题，国内外专家提出了很多方法，方法主要集中在输电服务成本分摊、输电电价的制定、过网费等多个方面。在输电成本理论研究方面，目前己经有很多种衡量方法嵋卜酬1，但是归结起来不外乎两种：边际成本法和综合成本法。其中边际成本法又分为长期边际成本法和短期边际成本法。长期边际成本法起源于4 0 年代，5 0 年代得到推广。8 0 年代左右开始应用于各国的电力市场。长期边际成本的定义：在电力系统发展规划和运行中，由于未来微增负荷的持续增长所产生的微增成本，成为
23、长期边际成本。1 9 8 9 年F e d e r a lE n e r g yR e g u l a t o r yC o m m i s s i o n 曾经提出长期边际成本法u。随后N e wY o r kS t a t eD e p a r t m e n to fP u b l i cS e r v i c e 在1 9 9 0 的报告中曾经提到短期边际成本法啪1。1 9 9 4 年K o v a c sRR，L e v e r e t tA L在边际成本法的基础提出了综合成本法。输电成本的构成输电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
24、的那部分费用，其取决于用户的最大需求量。如在输配电服务成本中折旧费、修理费、工资和福利费等，它们不随输电量的增减而变化。变动成本是随着业务量呈正比例变化的那部分费用，如在输配电服务成本中，材料费和网损费用等是变动成本，它们随着输配电量的增减而发生变化。这部分内容后文中详细叙述，这里不再赘述。3华北电力大学硕士学位论文输电成本的定价方法从总体上来说，输配电定价方法可以分为两大类：基于微观经济学的边际成本法和基于会计学的综合成本法。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，作为计算输配电电费的依据。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
25、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费。输配电价格为平均固定成本和平均变动成本之和。边际成本法与综合成本法的主要不同在于：在综合成本法中，输配电的固定成本只主要着眼于电网已经发生的成本费用；而在边际成本方法中，固定成本则着眼于成本费用的未来变化量，即将要进行的投资。两类方法中变动成本的计算，基本一致。1 3 本文主要工作本文在大量阅读文献的基础上，认真总结了前人的理论。提出平衡节点选取可作为电力市场交易公平性主要技术指标之一。结合功率分解理论和支路费用流守恒原则“，解释了平衡节点不同的设置时对电力交易公平性影响，并依据I E E E 典型算例对所提问题进行分析
26、。得出了平衡节点的改变将影响系统潮流计算，进一步将影响电力市场中各成员单位的经济效益的结论。本文阐明平衡节点的设置将如何影响潮流计算，并分析与其相关的费用，为电网管理部门及电力监管部门运用何种潮流结果为依据提供参考。主要内容安排如下：(1)总结了平衡节点选取的国内外研究现状，解释了平衡节点选取在潮流计算中的作用和意义。(2)在电力市场环境下，总结电力交易公平性的主要内容，提出平衡节点的选取是电力交易公平性的重要指标之一。(3)在网络结构和负荷水平不变的前提下，分析改变平衡节点对系统影响的真正原因。分析平衡节点选取不同时，系统中潮流变化的情况。并在发电机出力和网损变化两个方面得到其功率变化的解析
27、关系表达式。(4)引入功率分解理论及成本分析的费用流守恒原则，推导出由于平衡节点的改变对发电厂电价以及网损成本的具体影响的解析关系式。为电网管理部门及电力监管提供参考和依据。(5)通过I E E E 典型算例，分别比较平衡节点与P V 节点交换、平衡节点与P Q 节点交换以及平衡节点保持不变时几种情况交换前后的结果，分析其所带来的影响。结合课题组研发的软件计算 f j 节点电价和网损费用。4华北电力大学硕士学位论文第二章设置平衡节点的理论基础2 1 平衡节点及其相关问题介绍在电力系统规划设计和现有电力系统运行方式的研究中，都需要利用潮流计算来定量地分析比较供电方案或运行方式的合理性、可靠性和经
28、济性。此外，电力系统溉流计算也是计算系统动态稳定和静态稳定的基础。所以潮流计算是研究电力系统的一种很重要和很基本的计算。电力系统分析是电力系统运行和规划方案的最重要和最基本的的手段，其任务是根据给定的的电网运行方式及系统接线方式求解电力系统的稳态运行状况。在电力系统运行方式和规划方案中，都需要进行稳态分析以比较运行方式的的可行性、可靠性、和经济性。”。电力系统稳态分析主要包括两方面：潮流计算和静态安全分析。潮流计算针对电力系统各正常运行方式，而静态安全分析则是研究各种运行方式下个别系统元件退出系统后的状况，原则上讲，静态安全分析也是潮流计算的一种特殊形式。电力系统潮流计算在数学上为一组多元非线
29、性方程组的求解，所以解法离不开迭代。潮流计算方法首先要求要可靠的收敛，并给出正确答案。在电力系统潮流计算中，表征各节点运行状态的参数是该点的电压向量及复功率，而对每个节点往往给出两个运行参数，另外两个为待求量。根据原始数据给出的方式，电力系统的节点一般分为P Q 节点、P V 节点及平衡节点。在传统电力系统潮流计算中，表征各节点运行状态的参数是该点的电压向量及复功率，也就是说，每个节点都有四个表征节点运行状态的量：V，o，P，Q。因此，在n 个节点的电力系统中共有4 n 个运行参数。在一般电力系统潮流计算时，对每个节点往往给出两个运行参数作为已知条件，而另外两个则作为待求量。根据原始数据给出的
30、方式，电力系统中的节点分为以下三种类型：(1)P Q 节点对这类节点给出的参数是该点的有功功率及无功功率(P，Q)，待求量为该点的电压向量V，o。通常变电所母线都是P Q 节点。当某些发电厂的出力P Q 给定时，也作为P Q 节点。在潮流计算中，系统中大部分节点都属于这类节点。(2)P V 节点这类节点给出的运行参数为该点的有功功率P 及电压幅值V，待求量是该点的无功功率Q 及电压向量的角度0。这种节点在运行中往往要有一定可调节的无功电源，华北电力大学硕士学位论文用以维持给定的电压值。因此，这种节点是系统中可以调节电压的母线。通常选择有一定无功功率贮备的发电厂母线作为P V 节点。当变电所有无
31、功补偿设备时，也可以作P V 节点处理。(3)平衡节点在潮流计算中，这类节点一般在系统中只设一个。对这个节点，我们给定该点的电压幅值，并在计算中取该点电压向量的方向作为参考轴，相当于给定该点电压向量的角度为零度。因此，对这个节点给定的运行参数是V 和0，因此也可以称为V0 节点。对平衡节点来说，待求量是该点的有功功率P 及无功功率Q，整个系统的功率平衡由这一节点来完成。平衡=青点一般选择在调频发电厂母线比较合理，但在计算时也可能按其它原则来选择。例如，为了提高导纳法潮流程序的收敛性，往往选择出线最多的发电厂母线作为平衡节点。以上三种节点的已知量(或给定量)和待求量不同，在计算中处理的方法也不一
32、样。实际上P Q 节点是电源和负荷的功率(P Q)已知，待求的是节点电压的幅值和相角。P V 节点是电源和负荷的有功功率已知，从而注入有功功率已知，负荷的无功功率Q 和节点电压幅值U 的大小给定，待求的是电源的无功功率Q，进一步求整个节点的注入无功Q 和电压相角。平衡节点是负荷的用功、无功已知，节点电压的大小和相位已知，待求盼是节点电源的有功功率和无功功率，从而求出节点注入功率。通常在电力系统潮流计算中，待求量为该点的有功和无功，整个系统的功率平衡由平衡节点来完成。电力系统潮流计算是研究电力系统稳态运行情况的一种计算，它根据给定的运行条件及系统接线情况确定整个电力系统各部分的运行状态：各母线的
33、电压，各元件中流过的功率，系统的功率损耗等等。2 2 电力市场交易的公平性原则我国目前形势是厂网分开，电厂之间是竞争关系，而电网则是处在垄断地位，所以电网调度的地位无论是从历史还是技术原因上都要高于电厂。在目前厂网已经分开，但是在电厂还没有实行完全竞价上网的初级电力市场条件下，电力调度在向各个电厂分配电量、要求各电厂提供辅助服务和电厂检修计划的审批和执行过程中，具有很大的灵活性和可操作性。因此，电力调度机构在这些过程中是否公平、公正地对待各个市场主体，以及信息是否公开，是社会尤其是发电企业非常关心的一个问题，也是电力市场秩序是否良好的一个重要体现。众所周知的“三公”调度原则是我国目前电力市场秩
34、序监管的重点。提到三公调度原则，必然要介绍调度管理的主要工作内容，其中运行方式的编制是其主要工作，同时又是基本工作之一。编制和执行电力系统的运行方式及调度计划，包6华北电力大学硕士学位论文括负荷预测和供电能力分析，在此基础上编制发电和用电调度计划，进行电力电量平衡，统一安排和批准调度管辖范围内的设备检修，进行电力系统安全分析。经济调度，包括参加拟定各种技术经济指标和改进系统经济运行的措施，制订和执行经济调度方案，在电力市场运营中负责市场交易和结算。由于运行方式的编制要有预计性，换句话说电力调度在事先就应该安排好符合预测，制定发电任务。也就是要求在实际系统运行以前便已经有了统筹的安排，这里包括系
35、统的安全性、稳定性、经济行等多方面。由于运行方式的预先性是人为性质，是在以往调度经验的基础上公平进行的。到这里本文便要对所谓的公平性提出疑问。其中以何种潮流计算为依据选择运行方式具有很大的争议，本文的主要出发点之一即对以往电网规划和电网调度中平衡节点的选取依据提出质疑。同样的网络、同样的负荷，平衡节点选取的人为性是否合理的依据，以及平衡节点选取的人为性对电力交易中各个主体是否公平，都值得商榷。由于独立输电公司、独立发电厂以及电力市场经纪人的出现，导致电网的规划和运行需要各方协作，任何一方在电网规划和电网调度中都具有重要的地位。在出现影响到各方权益的问题时，需要使用更加民主的方式作出决策。因为建
36、立电力市场的目的是在电力系统中引进竞争机制。一个充满竞争的电力市场中，参与者之间都是平等的。所以电力市场最基本的原则是公平、公正、公开。对于发电厂，平等的环境能够促进竞争，激励各发电厂提高生产效率，降低成本，增加活力。对于用户，按真实的供电成本收费，尽置减少用户问补贴是保证用户间平等的根本点。为了保证电力市场公平竞争的原则。，必须做到：(1)电力市场要有公开性(包括成本、定价、计置)，以便监督；(2)扩大自由选择权力，保证电网的开放；(3)必须建设有关法令、规约，以便使竞争规范化这其中包括发电厂间的平等竞争，以及用户的平等。目前发电厂的平等竞争，我国已在探讨执行统一上网电价的可能性。因为电力法
37、已经明确提出电网要实行同网同质同价。但在实际实施当中因为历史等遗留问题，还有一定难度。用户的平等，必须按用户的实际供电成本收费，对不同用电种类，进行公正合理的成本分摊，尽量减少用户间的补贴。我国目前执行的电价政策，基本上体现了这种思想。电力系统机构重组以后出现权益分散，将使电网运行计划甚至电网调度不能再由传统意义上的系统调度员进行，而需要新型的独立系统调度人员(i n d e p e n d e n ts y s t e mo p e r a t o r，缩写为I S O)或输电网调度人员(t r a n s m i s s i o ns y s t e mo p e r a t o r，缩写
38、为T S O)。I S O 或T S O 必须做到对所有用户的操作的公平性，以及在输电网过载等紧急情况下对各用户实施用电限制的公正性。电网规划和运行的基木问题不再是优先解决属于本电力公司的用户的电力需求，而是要明确地定义输电服务、用户使用输电系统的权力以及相应服务费用，并将其服务平等地提供给任何用户；电网的规划人员和运行人员今后要解决7华北电力大学硕士学位论文的是如何制订新的运行规程。以满足发电和输电市场的竞争的需要。1。调度管理中对运行方式管理的基本原则是：下一级环节的运行方式，应服从并保证上一级最优运行方式的要求。即每台机组的运行方式应服从整个电厂的运行方式，发电厂则服从整个电力系统的运行
39、方式，这样才能保证整体的最优。由于电力系统调度管理系统是一个非常复杂的问题，在解决这一问题时，应在大量环节中每一环节的运行方式，在一定时间内满足整个电力系统运行方式长期最优。也就说在不同的某一时间段内，电力系统可能会选择不同的方式来运行。而电力交易的公平性应该说也是电力市场规则的重要方面。所谓电力市场规则，就是各种市场主体从事市场交易所必须遵循的行为规范或准则。因此，市场规则实质上就是有关市场交易活动的制度安排。它决定了市场主体的经济自由度，决定了市场主体追求利益最大化的行为选择空间以及相应的报酬结果，规范了市场主体之间的利益关系。正式的电力市场规则和非正式的电力市场规则共同组成电力市场规则体
40、系，这两种规则紧密联系、相互依存。从正式电力市场规则来看，由于正式电力市场规则是一种人为的规则，尽管其中许多正式规则源于习俗、惯例，有自然演化的成分，但是其中又有许多正式规则是人为设计的结果。特别是在转型国家当中，许多正式电力市场规则都是从其他发达市场经济国家“移植”而来的，如何保持各种正式电力市场规则内在的契合以及正式规则与非正式规则之间的默契，是形成良好的电力市场秩序的重要因素。因此，整合各种法律法规之间的关系，处理好地方立法、部门立法与中央立法三者之间的关系，形成相互补充、相互配套、相互促进的规则体系，是电力市场秩序形成的法律制度保障。2 3 潮流分析基础及本文采用的功率分解理论2 3
41、1 典型方式下的能量分布及求解能量在电网中某一时刻的分布，即电压、电流、功率的分布，即潮流分布。所以潮流分布是能量在电网中分布的即时反映。潮流计算在电力系统中是一个古老而经典的问题，并且对其求解方法已经基本成熟，在输配电部门得到了广泛的应用。求解潮流的基本方法卜”。：1)高斯一塞德尔迭代法；2)牛顿一拉夫逊法求解潮流；3)P Q 分解法求解潮流。目前应用的潮流计算程序都是基于这三种方法改进实现的。2 3 2 电网络功率分布一般的潮流计算方法能够通过系统的结构、参数及系统当前的方式和负荷状华北电力大学硕士学位论文态，计算出系统各个母线电压和各个支路流过的功率。但在电力市场环境下，有时仅仅知道每条
42、支路流过的功率是不够的。如：在某个电力系统中，各电厂的上网电价一般不会相同，欲知某个负荷的供电成本是多少时，可能需要了解这个负荷是由哪些电厂供给功率的；为了确定输电的成本，需要知道输送功率流经的线路，以便确定哪些线路的投资需要在该输电业务中回收，实现对该输电业务的成本追溯，精确地计算出输电成本。以上例子都说明了进一步确定各电源在某个支路内流经的功率和产生功率损耗的必要性。功率分解理论是电力市场重要理论基础之一，国内外学者在此问题作了许多研究，但大体都是基于潮流运算结果进行追踪的。功率分解理论主要是解决电网任意支路或负荷的功率来源问题，从另一方面说也就是解决每个发电源对某一支路或负荷的贡献多少的
43、问题。设电网络具有n 个节点：q 个电源，电源节点编号从1 开始，依次到q；其后的节点编号次序任意。电源以电流源描述，记为丘(后=1，q)，其内阻并入网络。由节点电压法，电网的节点电压导纳矩阵方程为：M I咒lK I以q+1)IY,IM 2Y 2 2以q+1)2儿2U：jU一：虬。厶。：。0：0(2 1)式(2 1)中，导纳矩阵的元素是电网络基本元素，决定了网络的性质和结构；矽，i=l，n 为第i 个节点的电压，是未知量；气(七=l，q)为第k 个电源的电流源电流，是已知量。由此得到式(1)的解为：U!t；虬l4 t4 t4-4-4：如&如4。如如。，2。：I 铲0：0式(2 2)中，呜为式(
44、2 1)中导纳阵对应元素(i j)的代数余子式。网络中任意节点i 的电压配(扣1，n)可表示为：9(2 2)由(2-2)式，电nn1n1，；h；qq一1q，；如；”厶似：；厶缈：一一；D如竹：U办缈：华北电力大学硕士学位论文矽=B 分丢，l。I h；当网络结构和参数已知时，节点电压和支路电流完全取决于电源，任意节点和支路的功率也就可以用所有电源电流惟一地表示出来。(2-3)因此网络中假定电流源内阻并入网络对地支路，此时电源为理想恒流源。电源k 功率表达式：珏州：=去譬。厶。：。j：=丢瓦j：+丢气j +i-A q kv。缸,(七=1，2，g)(2 4)由(2-4)可见，网络中任何恒流源都含有q
45、(电源总数)种不同形式的功率分量。其中，睾气气的功率分量表示电源独自作用于网络时的功率，由电源气发出的；争气兑(f=1，2，七一1，k+l，g)的功率分量表示由于电源i 和电源k 在网络中同时作用而导致电源k 发出的功率。显然，若将恒流源k 镜像，丘j：是厶兑的一种特例。由于导纳矩阵是对称矩阵，可知两个电源的互功率分量丢气，：和丢厶j I 系数相同。这就意味着对于直流网络，两个电源的互功率相等；对于交流网络，两个电源的模相等。节点i 对地支路功率表达式为：毫=以f=以(u,z i)=一(丢五。+丢厶。+丢名)(丢五。+会厶；+丢)=y,-4 i,A,i,。五。五。+丢(叁)五。乞+丢(譬)j
46、q s(忡,r 百A q i。i A q i)L t】(i=1，2，z)(2-5)由式(2-5)可见，对地支路功率为所有恒流源提供的自己发出的功率和相互耦合的功率之和，包含q 2 种功率分量，且各功率分量方向相同。联络支路功率表达式为：I O华北电力大学硕士学位论文兔=(吐一吃)石=z(酰一吨)(吐一吃)=或【(丢一丢)五。+(去一鲁)厶，+(丢一丢)】【(丢一百A I j M。+(丢一鲁)厶。+(丢一i K o】=或(丢丢)(丢一丢)五；瓦+(丢一百A I j 八x；百A 2 i 一丢)五。厶。+(丢一丢)(等一争+厶。五+州去一丢，(丢一百,4 q i)厶；L】(2-6)由式(2-6)看出
47、，联络支路的功率为所有恒流源提供的自己发出的功率和相互耦合的功率之和，包含q 2 种功率分量，且各功率分量方向有可能不相同。网络中每个电源提供q 种功率分量，而对地支路功率和联络支路功率分别包含所有的q 2 种功率分量，所以对地支路功率和联络支路功率分量必然是由所有电源的对应功率分量提供。由于元件任一功率分量都能在某一电源中找到与其性质相同的对应功率分量，而任一电源中任一功率分量都能在网络对地支路和联络支路上得以体现，故可以认为电源的任一功率分量是按对地支路和联络支路相应功率分量的系数独立于其它分量分布在网络中的；功率分量系数表明了其分布规律，由网络的结构和参数决定，这就是电网络功率的分布机理
48、。2 3 3 小结通过分析网络功率组成及其分量的不同形式，得到网络功率分量分布机理，结论如下：(1)定义具有之t，j：(i=1，2 q)的项为电源t 自己发出的功率，是由第i个电源独立提供能量的形式：具有t，j：，(i=1，2，q，j=1，2，q，且i j)的项为相互耦合发出的功率，表示第i 个电源和第j 个电源共同存在时，第j 个电源向网络提供能量的形式。(2)多电源网络中功率以自我功率分量和相互耦合功率分量形式存在。自耦功率为电源单独作用的结果，是相互耦合功率的特例；相互耦合功率与其他电源同时存在，是不同电源之间通过网络发生相互作用在功率的体现。(3)指出电网中任意支路功率中，每个电源所占
49、成分，并准确给出具体的解析表达式。(4)线路中各功率形式是对应的电源能量成分依据网络结构和参数按复系数分布的。(5)电源提供的自耦功率成分导致线损增加，而相互耦合功率不一定，由网络结构和参数决定。华北电力大学硕士学位论文2 4 经济潮流分析基础及方法2 4 1 支路输电费用守恒原则所谓支路输电费用守恒原则u 就是指费用流法的输电网节点电力成本分析方法，该方法从经济的角度出发，来分析输电网中各节点负荷功率的成本构成。在这个构成方案中，可以统一考虑各发电厂上网电价、对输电元件固定成本的回收以及网损的成本。该方法指出功率在经过电网从发电厂向用户侧流动时，沿途不断附加网损成本、输电元件使用费用等各项费
50、用，因而功率在到达用户处时相应携带了应向用户收取的所有费用，即功率可看作是费用的载体，网络中某点的功率负载着将该功率供应到该点处的所有成本。相应地，该点单位功率所对应的成本定义为单位电力成本P，功率P 与成本P 的乘积定义为费用流C。因而各节点单位电力成本可看作是费用流在电网中流动的结果。图2 给出了负荷节点电力成本构成的逻辑关系。在影响各负荷节点电力成本的因素中，发电节点功率注入、网损功率与系统潮流有关，上网电力价格、输电固定成本可作为己知条件，可以是由市场机制形成的价格，也可以是计划体制下制定的价格。节点单位电力成本是以单价形式表示的成本，单位电力成本与负荷节点注入功率的乘积是节点的费用流