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1、广西大学硕士学位论文电力市场环境下电力系统的安全性评估姓名：李佳宇申请学位级别：硕士专业：电力系统及其自动化指导教师：吴杰康20050601摘要电力市场环境下电力系统的安全性评估摘要电力市场环境下，电力系统由原先的集中管理变为了离散的、相互分离的管理体系，增加了各种不确定性事件的可能，经济利益成为系统中各个部分首先考虑的因素，对系统运行的安全性和可靠性带来了巨大的影响。传统的电力系统安全分析采用的是“逐点法”，这类方法在为实时应用所提供的信息量方面日显不足。近年来针对传统方法的不足而提出的“域”的方法，可以突破“逐点法”的局限性，向运行人员提供有关系统安全性的整体测度。本文沿着这一方向，对电力
2、市场环境下系统基于模糊负荷的实用有功静态安全域和电压安全域进行了细致的研究。其主要工作可概括为以下三个方面：一、对各种电力市场模式，特别是电力市场环境下基于安全性的定价进行了研究。二、给出了电力市场环境下基于模糊负荷的实用有功静态安全域的数学模型及计算方法。在实时平衡市场运营模式下，以系统总购电费用最小为目标函数，利用置信区间的概念求解不同模糊置信度下的显式静态安全域。三、给出了电力市场环境下基于电压安全的最优预测控制的模型及算法。在市场环境下，以系统预测控制付费最小为目标函数，求解为保证系统电压在一定安全区域内，系统需进行的最优预测控制。引入基于L 值的电压安全灵敏度和等效发电机无功补偿的概
3、念，根据各补偿设备对系统电压安全贡献的大小及所需购买的发电机无功出力的减小，对各节点的无功补偿给出了明确的价格信号。关键词：电力市场静态安全评估电压安全评估安全域A b s t r a c tE V A L U A T I O NO FP O W E RS Y S T E MS E C U R l l。Yl NE L E C T R l C l T YM A R K E T SA b s t r a c tI ne l e c t r i c i t ym a r k e t，t h ed i s p e r s e da n ds e p a r a t e dm a n a g e m e
4、 n th a sr e p l a c e dt h ec e n t r a l i z e dm a n a g e m e n t I ne a c hp a r to fp o w e rs y s t e m，e c o n o m i c sh a v eb e c a m et h ef i r s tc o n s i d e rf a c t o r T h e s ec h a n g e si n c r e a s et h ep o s s i b i l i t yo fs o m eu n c e r t a i na f f a i r sa n db r i
5、 n gt r e m e n d o u si n f l u e n c et os e c u r i t ya n dr e l i a b i l i t yo f p o w e rs y s t e m T h et r a d i t i o n a lp o w e rs y s t e ms e c u r i t ya n a l y t i c a lm e t h o di sr e s e a r c he a c hp o i n ti np a r a m e t e rs p a c eo fs y s t e m，b u ti tc a n tb r i n
6、 ge n o u g hi n f o r m a t i o no fw h o l es y s t e m Ss e c u r i t y S e c u r i t yr e 百o nm e t h o dc a nc o n q u e rt h i sd i s a d v a n t a g ea n db r i n gt h ew h o l ei n f o r m a t i o no f s y s t e mt ot h ec o n t r o l l e r s I nt h i sp a p e gw es t u d yt h eu s eo ft h e
7、s e c u r i t yr e g i o nt or e s e a r c ht h ea p p l i e dp o w e rs t e a d y-s t a t es e c u r i t yr e g i o nw i t hf u z z yl o a d sa n dt h eo p t i m a lp r e v e n t i v ec o n t r o lb a s e do nv o l t a g es e c u r i t yi ne l e c t r i c i t ym a r k e t s 1、R e s e a r c hs e v e
8、 r a lm o d e so fe l e c t r i c i t ym a r k e t，e s p e c i a l l yt h ep r i c i n go fs e c u r i t y 2、P r o p o s e sam a t h e m a t i c a lm o d e la n da l g o r i t h mf o rt h ec o m p u t a t i o no fa p p l i e da c t i v ep o w e rs t e a d y s t a t es e c u r i t yr e g i o n(S S R)
9、w i t hf u z z yl o a d si ne l e c t r i c i t ym a r k e t T h eo b j e c tf u n c t i o no ft h em o d e li sm i n i m i z a t i o nt o t a lp a y m e n t so fe n e r g yi nt h es p o tb a l a n c em a r k e t T h em o d e lu t i l i z e st h ec o n c e p to ff u z z yc o n f i d e n c ei n t e r
10、 v a l st oc a l c u l a t eS S Ru n d e rv a r i o u sf u z z yc o n f i d e n c el e v e l s 3、P r o p o s e st h em o d e lo f o p t i m a lp r e v e n t i v ec o n t r o lb a s e do nv o l t a g es e c u r i t yi ne l e c t r i c i t ym a r k e t s T h eo b j e c t i v ef u n c t i o ni st h em
11、i n i m i z a t i o no ft o t a lp a y m e n t so fp r e v e n t i v ec o n t r o la n dm u s te n s u r ee a c hb u sh a v ee n o u g hv o l t a g es e c u r i t ym a r g i n T h i sp a p e ra l s oi n t r o d u c e st h es e n s i t i v ei n d e xo fv o l t a g es e c u r i t yb a s e do nLi n d e
12、 xa n dt h ec o n c e p to fe q u i v a l e n tr e a c t i v ep o w e rc o m p e n s a t i o no fg e n e r a t o r G i v e nt h ep r i c i n go f e a c hr e a c t i v ep o w e rc o m p e n s a t i o nb a s e dO i lt h e i rc o n t r i b u t i o ni nv o l t a g es e c u r i t ya n dt h ed e c r e a s
13、 eo f r e a c t i v ep o w e rw h i c hs h o u l d b eb o u g h tf r o mg e n e r a t o r s A b s t r a c lK e yW o r d s：e l e c t r i c i t ym a r k e t s；e v a l u a t i o no fs t e a d ys t a t es e c u r i t y；e v a l u a t i o no fv o l t a g es e c u r i t y；s e c u r i t yr e g i o nI I关于学位论
14、文使用授权的说明本人完全了解广西大学有关保留、使用学位论文的规定，即：广西大学拥有在著作权法规定范围内学位论文的使用权，其中包括：(1)己获学位的研究生必须按学校规定提交学位论文，学校可以采用影印、缩印或其他复制手段保存研究生上交的学位论文；(2)为教学和科研目的，学校可以将公开的学位论文作为资料在图书馆、资料室等场所供校内师生阅读，或在校园网上供校内师生浏览部分内容。本人保证遵守上述规定。(保密的论文在解密后遵守此规定)作者签名癌缝作者签名哩函至适日期：2 望生盘，篁。：2 Q聊虢毖主要符号对照表爿肛j r 石，)4“爿“尸OB出彳c k I 世k 1最。最。加呓硌只C a pU主要符号对照
15、表模糊集隶属函数置信水平名下置信区间的上界置信水平五下置信区间的下界节点注入功率向量节点电压相角向量节点导纳矩阵的虚部支路两端的相角差网络关联矩阵机组k 调整出力为A 斥时的报价机组的最大有功出力机组的最小有功出力九置信度下系统负荷的置信下限九置信度下系统负荷的置信上限线路，的有功潮流对偶间隙扰动因子负荷母线的电压稳定性指数主要符号对照表0 俐，鲋V R P|y RL t h。无功补偿点i 的固定无功价格系统内电压裕度最小的负荷节点值(L。)对节点i 无功补偿的灵敏度无功补偿点i 在t 时刻变动的无功价格q。无功补偿点i 在时刻t 的补偿量由于在i 节点进行无功补偿而使的发电机，无功出力的减少
16、，即发电机的等效无功补偿发电机，无功出力的价格系统电压安全边际X第一章绪论第一章绪论1 1 问题的提出和意义管制环境下，整个电力系统的发电、输电、配电是统一管理和统一调度的，运行方式安排相对比较简单，系统运行的安全性和可靠性也容易得到保证。电力行业存在着成本高、人员多、效率低等问题，服务质量也有待进一步改善。从20 世纪80 年代以来，在世界范围内开始了电力工业改革的浪潮，其主要目的是打破垄断，开放电网，形成自由竞争的电力市场。现在世界上已经提出了多种电力工业改革方案，并在不同的国家实现。电力市场和其他市场相比的特殊之处在于电能的生产和消费是同时完成的，从而输电系统的存在是电力市场的显著标志。
17、输电服务由于其规模效益，一般具有天然垄断的性质。因此各国市场化的共同特点是“厂网分开”，由政府对输电部分进行适当的管制，保证电网开放，以便为发电和配售电创造一个公平竞争的环境。2 0 0 3 年8 月1 4 日美国东北部和加拿大部分地区发生大面积停电。这次历史上最大规模的停电波及美国纽约等许多城市，加拿大安大略省的部分城市也受到影响。停电影响了地铁、电梯以及机场的正常运营，在一些地方造成交通拥堵，影响了5 0 0 0 万人口的正常生活，损失达3 0 0 亿美元。美国从2 0 世纪6 0 年代以来，大停电至少有6 次，其中5 次都是美加大停电。1 9 6 5 年1 1 月9 日发生的美国纽约市、
18、加拿大安大略省等地的大停电，影响了3 0 0 0 万个用户，持续时间1 3-小时；1 9 7 7年7 月1 3 日纽约市大停电，影响了9 0 0 万人口，持续时间达2 6 d,时；1 9 9 6 年7 月2日美国加利福尼亚等西部与加拿大艾伯特等地的大停电，影响2 0 0 万人口，持续时间从几分钟到几个小时；1 9 9 6 年8 月l O 同几乎与上次停电同样的地方，影响人口7 5 0 万，持续时间长达9 小时；1 9 9 8 年6 月2 5 日美国明尼苏达州等地和加拿大的安大略等地又发生大停电，影响1 5 2 万人，持续1 9 d,时。除了这些大停电事故外，还有为数众多的事故和故障，美国能源部
19、在2 0 0 0 年曾对以上各次停电事故和故障作过研究，提出了不少有见地的措施，但都没有能够阻止停电事故的发生。联系美国加州电力危机，它反映出许多共性的教训是深刻而沉重的。美加大停电所反映的主要问题有：电网缺乏科学统一的规划，没有形成合理的网架结构。北美电网由多个电网逐步联合而成，由于没有实行统一舰划，造成电网电压等级多、网络结构复笫一章绪论杂、电磁环网交错，事故时很难实施有效的控制和解列措旋。电网建设滞后，网络输送能力不足。美国过于强调市场机制的作用，特别是控制销售电价，放丌上网电价，使得电网的利润水平下降，投资回报率低，投资商对电网建设失去兴趣，影响了电网的发展。电网管理缺乏有效协调机制，
20、难以统一调度，统一指挥。电力的发、供、用瞬间同时完成，电力的生产和消费必须保持瞬时平衡。电网继电保护和安全自动装置的协调性差。没能阻止事故扩大。各电网公司为了降低成本，对高压输电线路未进行正常的维护。没有适应电力市场机制的电力系统安全评估机制，在市场环境下，市场的参与者是以利润最大化为目标的，如何保证在未来有足够的发电容量，又能合理的补偿发电商的投资成本并使其承担一定的风险；如何促进电网的发展，合理补偿无功补偿设备的投资以确保有足够的无功调节容量维持系统的电压水平成为了亟待解决的问题。而电力市场中的电力交易瞬息万变，电力调度既要保证公平竞争，又要保证安全运行，这就给电力系统分析和电力系统的安全
21、性评估提出了新的挑战。例如，在电力市场条件下由于系统潮流可能和预测的很不一样，从而可能导致输电阻塞、电压崩溃及不稳定等问题。如何在市场环境下进行合适的安全性评估，保证系统运行点在可行的范围内，成为广大电力工作者所关心的问题。1 2 电力系统安全性评估的研究现状电力系统安全性评估就是评估电力系统在各种突发事件影响下继续保持安全运行的能力，包括静态、动态和扰动安全性评估。电力系统安全性评估主要是就可能出现的突发事件进行详尽稳态潮流分析，并提出尽可能消除或减小这种突发事件影响的方法。在电力系统的运行中起了重要的作用，通常也是在控制中心耗费计算量最大的工作之一。电力系统的静态运行要求电能的供给和需求必
22、须是实时平衡的，由一系列的潮流等式所表述。给定一系列的发电机和负荷，潮流方程能够解开并获得系统的运行点。所以要想达到安全运行，由发电机和线路的传输容量所确定的安全约束必须满足。在安全性评估中，需要解大量的潮流方程式。而安全域的方法为系统安全性的评估提供了简便的方法，它主要是通过获得一系列安全的发第一章绪论电机注入来形成系统的安全域，所以对于安全性评估，我们只需检查系统的一个给定发电模式是否在安全域内，这样可以避免解烦琐的潮流方程。动态安全性分析评估的是从事故前到事故后的基于时间的变化过程，包括两方面的问题，暂态稳定性和电压崩溃，暂态稳定性评估是多机电力系统动态安全性评估最为关心的问题。特别是在
23、系统发生扰动时，例如某条线路停运或某台大的发电机组退出运行，会在发电机之间导致大的机电震荡过程，可能会导致系统的失步，对于电压稳定性问题，主要来源于长距离输电线路上的负荷增长和局部无功的补偿不足。这些现象通常首先会导致电压降落，然后是突然的崩溃，由于通常情况下电压降落到崩溃需要大概一到十分钟的时间，给了系统运行和操作人员足够的时间进行控制。所以暂态安全性的分析就显得尤为重要。传统的与暂态稳定相关的动态安全分析方法，是针对某一预想事故对事故前注入功率空间上的点逐个进行暂态稳定仿真计算，得出安全或不安全结论的。这种方法称之为逐点法，其缺点是无法获得对稳定机理的深刻认识，无法获得系统的整体稳定性测度
24、，在线应用时计算负担繁重。域的方法是同目前广泛使用的逐点法截然不同的全新的方法学，在电力系统动态安全分析中已经提出了动态安全域(d y n a m i cs e c u r i t yr e g i o n s，缩写为D S R)的方法。该域定义在事故前电力系统的注入功率空间上，对于域中的任何一个点，在发生给定事故之后均可确保系统的暂态稳定性。应用动态安全域进行安全稳定性分析，大量的复杂计算可以离线完成，在线使用时只需针对某一给定事故，判别此时的注入是否位于安全域之内，即可确定系统运行点是否是安全的，进一步还可知道这一点在域中的相对位置。运行人员可以据此位置确定在保持系统动态安全性的前提下，系
25、统负荷或发电功率在各个方向上还能增长多少，向哪个方向控制为优，这不仅对于校正性控制、紧急控制和恢复控制的决策有用，而且可为电力市场的运营提供更完善的可用输电能力(a v a i l a b l et r a n s m i s s i o nc a p a b i1i t y，缩写为A T C)信息。同时，利用安全域可以比较容易地确定安全转移概率，进而给出系统的安全性概率指标，为电力市场中的输电定价提供科学依据 2 1 a J1 9 7 5 年，H n y i l i c z a，L e e 和S c h w e p p e 首先提出了电力系统安全域的概念，F i s c h l 等人发展了确
26、定安全域的方法并在假想事故选择中利用了安全域的方法”“”1，B a n a k a r 和G a l i a n a 充实了安全域的概念，并在电力系统的安全性评估中引入了“安全走廊”的概念”3。但以上所提出的安全域均是通过使用系统的有功第一章绪论约束来形成的，很难应用于电力系统的安全运行和分析中。吴复立等人推倒出可近似表达安全域的空间，但过于保守。1。电力市场中的安全域是由可控的市场变量所描述的空间，在其间运行的电力系统是安全的。可控市场变量的改变将改变区域的形状，运行状态的改变将使运行点在安全区域内变化。而安全域的边界是由系统各种安全约束所确定的，在安全区域内的运行状态我们认为是安全的，反之
27、，系统的运行点在区域外我们认为这时系统是不安全的。如何得到系统在各个状态下的安全域，使系统能够适应各种突发事件，是我们所关心的问题。由于安全域可以为电力系统提供丰富的安全信息，有着广阔的在线应用前景，对于电力系统安全域的求取近些年来一直被人们所关注。文献 8 中推倒了满足潮流约束和系统安全约束的静态安全域，获得了在每个节点有功无功的明确区限，也就是说假如每个节点的功率注入都在相应的区限内，则系统满足安全运行的条件。但所获得的安全域范围过于保守，并没有获得可能的最大安全域。文献 9 中对具有不确定负荷需求和柔性安全约束的柔性静态安全域进行了研究，系统不确定的负荷需求由一个模糊集来描述，不同的置信
28、区间代表了不同的负荷变化状态。对于任意的负荷置信区间，使用一个模糊线性最优化模型来计算显式的安全域，某个负荷置信区间最终的安全域是所有置信水平低于或等于某个特定置信水平的集合。所以，对于不同的负荷置信水平安全域的范围是可变的。文献 1 0 提供了一个新的最优化方法来计算电力系统的最大静态安全域，其目标函数是最大化总的发电机有功可调范围，形成静态安全域的边界，即每台发电机可调的上下限作为未知数，而且首次将模糊支路潮流约束和N 一1 安全约束应用在静态安全域的研究中。使用单纯形法进行最优计算，得到了满意的结果。动态安全域的计算由于要进行大量的基于预想事故的暂态稳定性计算，所以一直以来都没有一种好的
29、简化方法，文献1”提出使用各种暂态仿真软件进行预想事故计算，进而得到特定系统在特定事故下的动态安全域。然后使用人工智能的方法，例如决策树，人工神经网络的方法进行训练，并用于在线安全性评估中。国内天津大学余贻鑫教授一直在从事电力系统安全性和稳定性方面的研4第一章绪论究，并在动态安全域的研究中处于世界领先的地位，文献【l】【2】提出了实用的电力系统动态安全域的求解方法，给出了一种快速计算对应于临界暂态稳定的边界超平面的直接法。这种方法是将溢出点处的暂态稳定域边界法矢量近似为常数，并通过线性化把事故后系统轨迹的切向量表示为注入功率的线性函数，然后依据在临界注入下两者之问的正交性，推导出了超平面型式实
30、用动态安全域边界的解的表达式。1 3 本文研究的主要内容本文对电力市场理论进行了深入的研究，着重对与电力系统在线安全性评估密切相关的实时平衡市场和市场环境下基于安全性的定价进行了研究。对于电力市场环境下的安全性评估，本文着重从两方面进行了研究：提出了电力市场环境下基于模糊负荷的实用有功静态安全域的数学模型及计算方法。在实时平衡市场运营模式下，以系统总购电费用最小为目标函数，利用置信区间的概念求解不同模糊置信度下的显式静态安全域。在保证系统安全的前提下兼顾系统的经济性。并给出了基于现代内点法的求解算法。提出了电力市场环境下基于电压安全的最优预测控制的模型及算法。在市场环境下，以系统预测控制付费最
31、小为目标函数，求解为保证系统电压在一定安全区域内，系统需进行的最优预测控制。引入基于上值的电压安全灵敏度和等效发电机无功补偿的概念，根据各补偿设备对系统电压安全贡献的大小及所需购买的发电机无功出力的减小，对各节点的无功补偿给出了明确的价格信号。对各种无功补偿方式进行了比较，并对电力系统安全性和经济性之间的矛盾进行了分析。第二章电力市场理论的研究第二章电力市场理论的研究2 1 概述从2 0 世纪8 0 年代以来。在世界范围内开始了电力工业改革的浪潮，其主要目的是打破垄断、开放电网，形成自由竞争的电力市场。根据微观经济学中市场的理论，可以将电力市场定义为相互作用、使电能交换成为可能的买方和卖方的集
32、合。电力市场中的商品除了电能以外还包括各种辅助服务。辅助服务包括输送电能、提供备用、无功补偿及电压调节等，主要用来保证电力系统运行的可靠性和安全性及电能质量。现在世界上已提出了多种电力工业的改革方案，并在不同的国家实践。电力市场和其它市场的不同之处在于电能的生产和消费是同时完成的，从而输电系统的存在是电力市场的显著标志。输电服务由于其规模效益一般具有天然垄断的性质。因此各国电力市场的共同特点是“厂网分丌”，由政府对输电系统进行适当的管制，保证电网开放，以便为发电和配电创造一个公平的竞争环境。对输电部分的不同处理，形成了各国电力市场结构的特色。一个成熟的电力市场中由发电厂商、发电市场形成了市场的
33、供给主体；用户和零售商构成了市场的需求主体。而电力市场的输电部分又包括5 个部分：输电设备所有者(T r a n s m i s s i o nO w n e r,T O)、独立系统调度机构(I n d e p e n d e n tS y s t e mO p e r a t o r,I S O)、辅助服务供应商(A n c i l l a r yS e r v i c e，A S)、电能交易机构(P o w e r E x c h a n g e P X)、交易协调商家(S c h e d u l e r C o o r d i n a t o r,S C)。根据微观经济学中市场的理论，可
34、以将电力市场定义为相互作用、使电能交换成为可能的买方和卖方的集合。电力市场中的商品除了电能以外还包括各种辅助服务。辅助服务包括输送电能、提供备用、无功补偿及电压调节等，主要用来保证电力系统运行的可靠性和安全性及电能质量。电力市场的出现给电力系统研究带来了很多新的课题，包括经济方面的课题和技术方面的课题。经济方面，电价理论和电力市场的交易机制是电力市场研究的核-I i,。电价理论的研究分为两个部分，既电能成本分析和电力市场中的电价形成机制。电能成本分析是确定电价的基础，对于电力市场的宏观控制、优化电力资源配置6第二章电力市场理论的研究有决定性的影响。但电价的形成最终要通过市场机制。从理想市场运营
35、来看，电力市场的出清电价应于电力系统电能的边际成本相对应。电力交易可采取双边合同和竞价上网的形式，一般电力市场都包含这两种形式的交易。但是电力市场以何种形式为主，或这两种方式各占多大份额，应根据具体情况进行分析。在技术方面，主要围绕电力市场环境下保证电力系统安全运行的问题。在竞争的电力市场环境下，系统备用(G e n e r a t i o i 3R e s e r v e)严重不足或发电机组停运(G e n e r a t o rO u t a g e s)、负荷突增、输电线路因故停运(L i n eO u t a g e s)或输送功率越限(T r a n s m i s s i o nL
36、 i n eL i m i t s)等不确定性因素仍然是影响电力系统安全运行的主要原因，同时由于电力市场显著的特点是电网容易发生传输阻塞，因此交易模式的不同、合同形式的差异和市场价格的波动等情形也会间接引起潮流的变化而成为导致输电线路输送功率越限的主要原因。市场环境下的电力系统安全性评估更加复杂，也更加引起广大电力工作者的重视“4。”。2 2 电力市场的基本特征和基本规则2 2 1 电力市场的基本特征开放性、竞争性、计划性和协调性。与传统的垄断的电力系统相比，电力市场具有开放性竞争性；与普通的商品市场相比，电力市场具有计划性和协作性。电力系统是相互紧密联系的，任一成员的操作，均将对电力系统产生
37、影响。所以要求电力市场中的电力生产、使用、交换具有计划性。同时由于电力系统要求随时做到供需平衡，所以要求电力市场中的供应者之间、供应者与用户之间相互协调。2 2 2 电力市场的基本原则(1)建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。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。在电力市场中，发电厂最关心的问题有两个：发电计划和上网电价。对于用户，按真实的供电成本收费，尽量减少用户问补贴是保证用户间平第二章电力市场理论的研究等的根本点。在电力市场中，必须保证用户是平等的。但这并
38、不意味着用户的电价是绝对一样的。由于用户用电水平和性质的不同，对不同种类的用户收取相同的电费实际上是将供电费用绝对平摊。这样，供电成本低的用户补贴了供电成本高的用户，这是不公平的。真正的平等，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。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、计量、计划等)，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。(2)电力市场的公开性在电力市场中，为保证贯彻公平性这一基本原则，必须具有一定的公开性，以便监督。电价是人们最关心的问题，必
39、须公开发电厂的上网电价和用户的用电电价(包括各种类型的电价)。发电厂根据上网电价，随时了解自己发电厂的运行经济状况；用户可依据用电电价制订最优用电计划和调整用电结构，从而，通过电价这一杠杆可将供、用电双方联系起来。(3)电力市场应扩大参与者自由选择的权力。如果单纯从市场的角度来看，市场应能满足参与者自出选择的权力，即供方有选择用户的权力，用户有选择供方的权力。但是由于电力供应的特殊性，电力市场般难以满足参与者自由选择的要求。当前的一种世界趋势是放开发电市场，即发电厂有权选择贸易方，而对输电市场和用户则较少放开。电力市场必须保证输、配电系统向使用者开放。这一点，对于保证电力市场的稳定运行、扩大参
40、加者自由选择的权力、避免网络拥有者利用其地位垄断电力供应非常重要。(4)电力市场的运行应有法规的保障由于电力商品的特殊性，要求电力市场在进行供、求匹配贸易的同时，还要负责电网的安全和稳定运行，所以要求电力市场的运行必须有法规的保障。另外，在进行贸易时，有关电价、赔偿等问题，也应做到有法可依。2 3 电力市场的运行机制第二章电力市场理论的研究2 3 1 垄断型经营在电力工业发展的进程中，大多数国家对电力工业的管理采用了调控模式，其运行机制可以总结为：1)发、输、供高度统一，垂直型管理。在一定区域内，由单一的运行者负责系统运行，配电部门有专营区域。2)公用事业权力机构有权干涉，包括营业区域、电价等
41、。调控模式的形成，主要由于电力工业发展中，大系统的规模效益鼓励了在一定区域内的电力公司的合并，形成发、输、配电一体化，从而提高生产效率。政府调控模式的最大特点是垄断性。不管是私营还是国营的电力公司，均对某一特定区域的发、输、配电系统单独运行。在自己的专营区域内售电，其它公司不能在本地区售电。调控模式的产生，与电力工业资金密集、建设周期长有关。经营者在投资、管理电力工业时，要求风险较低。供电方面的垄断，降低了投资的风险。所以，在调控模式中，大部分用户没有选择供电方的权力，不用与电力公司签订长期合同。另外，调控模式中的发、输、配电的整体规划和运行，可获得较大的规模效益和供电可靠性。随着电力工业的发
42、展，已较难获得更多的规模效益。因此，在电力工业中引进竞争、建立电力市场，成为现实的需要。在一些国家，为了驱动电力工业进入市场，促进竞争，在电力系统中引进了开放式的运行机制。此外，在环境保护、投资、资源最优化综合利用、负荷管理等方面，也要求在电力系统中展开竞争。电力市场的竞争，最初是从发电市场的开放开始的。2 3 2 发电市场的开放独立发电厂的产生，要求在发电单位之间开展公平竞争。独立发电厂一般不拥有供电专营区域和输电系统，只负责电力生产。同时，原有的电力公司之间也要求展开竞争。此时，用户市场尚未开放，各电力公司仍拥有供电专营区域。如果某电力公司供电不足，需要增加容量或购买电能等，可以在电力公司
43、之问进行功率交换，从而在电力生产者之间形成竞争。但这时发电单位还不能直接与用户签订合同。这种市场，一般称为趸售市场，有时又称为批发电力市场。批发电力市场，比较初级的做法是由各电力公司为其所需容量进行招标。当某电力生产者中标后，由电力公司与其签订合同，商定贸易形式、价格、容量等。这种做法，没有专门的中介机构进行管理与组织，因而其竞争舰模、效益均受到影响。第二章电力市场理论的研究一般说来，开放发电市场，既有利于在发电市场中引进竞争，同时也较易管理，对电力公司的现有体制，不需要作大的变动，是一种比较平稳的做法。2 3 3 同时开放发电市场和用户市场同时开放发电市场和用户市场，实现了供、求的双向选择，
44、特别是扩大了用户的选择权。同时开放发电市场和用户市场，在电力市场中可能的交易方式有：1)发电厂直接与本地用户(零售商)签订合同；2)发电厂向上级电力市场卖电；3)发电厂向本地电力市场卖电；4)发电厂向外地电力市场卖电；5)发电厂向外地用户卖电；6)用户(零售商)从本地电力市场买电：7)用户从零售商处买电；8)用户(零售商)从其它地区的电厂购电；9)用户(零售商)从本地区的电厂购电；1 0)用户(零售商)从上级电力市场购电；1 1)用户(零售商)从其它地区的电力市场购电。在这类模式中，出现了一种新的市场成员：电力零售商。在用户市场未开放时，向用户供电是配电公司(供电局)的任务。各配电公司有自己垄
45、断的专营区域，任何人或单位是不能在这区域内卖电的。而在用户市场开放后，除配电公司外，电力市场还允许经过批准的(持许可证的)电力零售商向用户售电。这种同时开放发电市场和用户市场的模式，给电力生产者最多的竞争机会，给用户最大的选择权利，真正体现了市场原则，其意义尤其重大。2 4 电力市场贸易的类型2 4 1 唯价格型贸易唯价格型贸易提前报出电价，该电价对特定时段生效，用户可以根据报价，购买任意数量的电能。目前所执行的贸易形式，大部分属于这种类型。在唯价格型贸易中，较典型的有如下四种。1)1 h 更新：在每小时的最后I O m i n 时，报出下l h 的电价。0第二章电力市场理论的研究2)2 4
46、h 更新，每天4 8 个时段：在当天下午(例如下午4 时)，报出第二天每半小时为一时段的4 8 个电价。3)平稳电价：固定不变的电价，按年或月更新。4)峰谷电价：在每天中，定出固定的时段，每时段中的电价相互不一样，但比较固定，也有在一年中定出不同电价的天数(季节性峰谷电价)。2 4 2 价格一电量型在电力系统中，需要对用电量进行控制，以便在非常天气或发电机故障时作出反应。在电力公司之间的贸易，也有可能会出现这种情况。一般，价格?电量型贸易要求签订合同，定出可控制的电量。同时，需方得到价格上的优惠。价格?电量型的贸易有以下两种。1)在特定时刻，减少固定的容量；2)在特定时刻，容量减少到一个特定的
47、水平。当用户需要买回这部分容量时，须付出较高的费用。优惠的形式可以是电价上的优惠，也可以是在负荷控制发生后由电力公司一次性给予补偿。2 4 3 预购合同对于一些大用户来说，可能愿意有相对稳定的供电。这可以通过较长更新周期的唯价格型贸易来获得。但是，这种贸易会带来社会效益的降低。此时，可以选择如下预购合同的形式。1)较普通的做法是，为将来某一给定时段，确定定价、定量的合同。这种贸易形式，有可能演变成一种期货市场。此时，完善的经纪人系统非常重要。2)预购合同，即用户购买使用权。2 4 4 贸易类型的选择在确定贸易类型时，要综合考虑贸易的成本及效益。贸易的成本一般包括计算、测量、通信的费用。1)计算
48、费用：用于计算电价、记帐、资金流通。2)测量费用：安装能够测量并记录傈存各个时段的用电数据的电度表的费用。3)通信费用：预报电价、通报实际电价、将电价数据送入电度表、通知用户电费的费用。此外，对于大用户，为了合理安排用电，交易的成本费用还包括可能安装负荷管理等设备的费用。第二章电力市场理论的研究贸易的效益，一般通过对电价的反应来获得，即通过贸易，尽量选择较低的电价。有时，用户更看重自由选择的能力。在选择贸易时，用户对各种贸易方式的理解很重要。在选择贸易方式时，有以下几种方法。1)强制型：电力公司对某一类型用户给出固定的贸易类型。2)可选择型：用户可从几种交易类型中，选择合适的贸易类型。3)专门
49、商定：供、需双方根据双方情况，单独制定。对于一些小用户，比如居民用户和农村用电，一般属于强制型，由供电方按确定方式供电。其贸易类型较简单，电价按月或年改变，对通信无要求，成本较低。对于商业或小工业用户，按照成本、收益比较采用峰谷电价或2 4 h 更新电价，能获得较大的收益。用户通过随时跟踪电价信号，安排生产。这种交易方式，用户需提前一天通过报纸、电视等手段得知电价。同时，用户还具备选择贸易方式的能力。对于大用户或电力公司之间较大数量的电量贸易，可以专门特制贸易类型，可以采取小时电价，在每小时前的1 0 分钟，通知用户。通信手段可以采取载波、电话、光缆直接传送等等。2 5 电力市场中电价的制订2
50、 5 1 制定电价的基本原则成本为主，合理利润，公平负担促进用户合理用电。成本为主的原则要求供电企业依据发、供电成本制定电价；合理利润的原则保证供电企业具有扩大再生产的能力，同时保护用户的利益；公平负担的原则要求对不同类型的用户，按各自不同的供电成本制定电价，而对同一类型的用户一视同仁；促进用户合理用电，电价应能鼓励用户在适当的时候以适当的方式用电。2 5 2 成本核算电力企业在向用户供电时的成本如下。1)燃料费，指发电耗用的各种燃料，如煤炭、石油、天然气、液化气等的费用；2)购入电力费，指为转售向外单位购入的有功电量的电费；3)用水费；第二章电力市场理论的研究4)材料费；5)工资及福利费；6