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电力市场下网损分摊策略综述
 
慧聪网   2005年12月13日9时10分   信息来源:四川电力技术    

   摘 要: 综合分析和研究了国内外电力市场中网损分摊面临的问题,提出了电力市场下网损分 摊的基本思想和原则,介绍了国内外目前采用的三种基本分摊方法,分析了近期国内外有关 网损分摊方法的最新研究成果。 最后,对中国电力市场下网损分摊方法提出了建议。

  关键词:电力市场;网损分摊;平均网损;边际网损;潮流跟踪

1网损分摊的基本思想及原则

  由于电能的产生地和用户一般不在同一地点,这就需要把电能通过输电网络从发电侧传送到 用户侧。显然,为适应多个发电方和多个用电方之间的交易,输电网络中所产生的功率损耗 自然应该由所有发电方和用电方共同承担。概括地讲,在输电网络中进行功率交换所有参与 者都应该是网损的承担者。

  根据电路理论,功率损耗不能用叠加原理进行计算。因此,目前所提出的各种网损分摊方法 都不可能建立在严格的理论基础之上,任何一种网损分摊方法都只能是启发性的,各种分摊 方案都只能是基于某种原则,使电力交易的所有市场参与者承认和接受的某种规则。另外, 确定网损的承担者及各承担者应分摊的数量,应该根据产生的原因,采用公平、合理的原则 来确定。

  网损分摊的最终目标是建立一个市场参与者都认同的分摊方式,网损分摊策略就应遵循以下 原则:(1)应能真实地反映各使用者利用网络的程度;(2)对各使用者应该尽量公平,且 分摊方案应始终如一,避免人为干预;(3)要能提供正确的经济信号,引导资源的优化配 置;(4)应能确保收支平衡;(5)分摊所基于的潮流应与事实潮流一致;(6)方案应容 易理解且易于执行。

2网损分摊的基本方法

  目前,常见的网损分摊方法种类较多,主要归结为两大类:基于市场经济类的网损分摊和基 于电力系统类的网损分摊。基于市场经济类的网损分摊又可分为两类:综合成本方法和边际 成本方法。下面,将分别介绍各自的典型分摊方法(平均网损分摊法、边际网损系数法和潮 流跟踪法)。

2.1平均网损分摊法

  平均网损分摊法实际上是一种“邮票法”,是最早被电力联营市场所采用的模式。西班牙、 英格兰和威尔士电力市场采用的就是这种分摊方法。该方法算法简单,不考虑输电网的结构 、输电线路的距离和输送功率的收发点位置,在全网范围内按相同的网损系数进行分配。这 种网损分摊法既直接又透明,可以通过事前计算、事后计算、实时计算或三者之间组合来完 全回收输电损耗成本。仅需在总需求与总供给之间做一简单的比较,而且其差值相对稳定, 有利于维持电力交易的同一性和流畅性。这种分摊方法还可以减少网损分摊量的意外波动, 从而降低了独立发电厂投资的风险性。但是平均网损分摊法不能提供电网短期和长期经济运 行的经济学信号,缺乏强有力的电力市场的经济激励机制,而且由于不能避免用户间的交叉 补贴,还常常受到无法获益的用户的抱怨,因此,目前出现了不少方法在此分摊方法基础上 进行的改进方法。

2.2边际网损系数法

  边际网损系数法是一种灵敏度分析方法,即根据节点注入功率的单位变化引起全网网损变化 量的大小来对各节点上负荷或发电机进行网损的分摊。显然,这种分摊方法能反映各节点造 成全网网损的微增成本信息,从而能够提供很好的经济信号,通过市场的手段促使潮流向网 损减少的方向流动,达到优化潮流、提高经济效益及指导用户投资决策的目的。目前国外电 力市场的网损分摊方法大多是基于边际网损系数法。

2.3潮流跟踪法

  从本质上讲,潮流跟踪是拓扑分析方法,根据比例共享原则,在各支路间分配潮流。拓扑方 法,首先要把有损网络变成无损网络。根据潮流跟踪的方法跟踪物理潮流确定用户对网络资 源的占用,以此为依据来确定各用户应分摊的网损。潮流跟踪方法以基于功率的潮流跟踪法 最为典型。其基本思想是:首先,在标准潮流计算的基础上,形成复功率流图,并将有损功 率流图处理为无损功率流图,然后按比例共享原则进行功率跟踪。潮流跟踪法可从两方面进 行:顺序跟踪和逆序跟踪。可分别向发电机和负荷分摊网损。潮流跟踪法能够提高传输系统 运行的透明度,也就是快速而准确的确定各发电机与负荷对各输电线路的实际使用程度,从 而达到公平、合理的收取网损费用。

3国内外目前研究成果

  网损分摊,首先要保证电力系统的稳定运行,同时,充分体现公开、公平、公正的市场原则 ,维护各市场参与者的经济利益,易于被市场成员理解和接受。不少研究者都关注并试图解 决这一复杂的问题,近期的主要研究成果有:

  文献[1]提出了一种新的输电损失分摊方法,考虑了输电用户的类型、电压等级和 地理位置等因素,并利用图论作为工具将输电损失进行分摊。文献[2、3]基于潮流 分析和图论分别对 网损分摊问题和输电设备的利用率进行了研究。首先提出了作为过网费潮流分析基础的两个 电流分解公理,据此推导出分摊网损和确定输变电设备利用份额的基本原则,建立了数学模 型;其次,以图论为依据,提出了潮流标注有向图中不存在有向回路的论断,并建立了一套 算法,对多个电力系统的网损分摊和输变电设备利用份额问题进行了计算。

  Mutale等人在文献[4]讨论了带有嵌入发电的配电网中的网损分摊问题,给出了两 种分摊方案:一种是基于边际网损分摊因子方案;另一种是基于直接网损因子分摊方案。
  文献[5]依据按比例分配原则,提出了一种在系统各用户之间分摊网损的新方法, 考虑了有 功/无功潮流的耦合性,将系统的潮流图等效成一个加权有向的信号流图,并利用图论的方 法对有功/无功潮流进行研究,得到各发电用户和负荷用户各自由于输电而承担的网损。

  文献[6]将系统网损表达为双边交易的二次函数,然后按某种假设分摊网损至各笔交 易,但其 结果与到达最终交易值的积分路径有关。Tao和Gross提出了对应每个交易的近似损失计算公 式[7]。此方法需要首先假定一个单一的松弛节点,然后计算相应的损失并在交易 间进行分摊,可以反映对应于反向潮流的负的损失分摊。

  文献[8]首先在理论上证明了基于节点注入功率的微增网损分摊方法存在任意性, 即分摊结果不是惟一的,然后提出了一种基于发电机和负荷之间等效交换功率的微增网损分 摊方法,这种分摊方法满足分摊结果惟一性的要求,并且适用于市场运行点发生较大变化的 情况。Lima等人在文献[9]分析了新的发电机加入运行对网损的影响,根据网损微 增率提出了一种边际损耗和总损耗的分摊方法。

  Galiana等人在文献[10]中指出市场交易已经成为决定电力系统运行的独立决策变 量,如何 将输电损失分摊到交易双方对提高市场效率非常重要;并提出了一种简单、系统的方法将损 失在双边交易中进行分摊,该方法是基于损失分摊的微增理论,并考虑了交易双方以及损失 补偿者的相对大小和位置,并且计及了其他交易的影响,特别是反向潮流的作用。文献 [11]将微增方法用于输电损失的分摊,并在电力库调度下建立了一套微增输电损失分摊 的算法,以用于按照给定的比例在发电者和用户间进行分摊。

  文献[12]分析了输电损失的特性及在电力市场中对其进行分摊的意义,指出了现有 的一些分 摊方法在处理不同交易相互影响时的不公平性,特别是所涉及的交易存在较大差异的情况; 并提出了几种可以选择的方案,即比例分摊、非线性分摊、几何分摊和快速几何分摊。Nara yan则在文献[13]中提出了一种基于节点响应对输电损失和阻塞成本分摊的新方法 ,克服了LMP方法(Locational Marginal Pricing)的不对称和不一致性,有利于提供输电投 资的经济信号。

  Bhuiya等人在文献[14]中提出了2种方法来确定输电损失分摊到发电者的份额。第1 种是微增负荷潮流方法(ILFA),它是基于修正的负荷潮流来计算输电损失,即一个负荷潮 流解是通 过改变一个用户负荷而其他用户负荷保持不变得到的,输电损失的变化加给与变化负荷对应 的发电者;第2种方法是边际输电损失方法(MTLA),即输电损失分摊到一个发电者的份额 是在保持其他所有负荷不变的情况下,通过微增发电机的有功需求而获得的。

  英国学者Bialek J在文献[15]根据按比例分配原则,将系统有功/无功潮流解耦, 分别对其求取分流因子,进行其跟踪研究,在把系统的有损网变成无损网时,给出了三种处 理线路损耗的方法,最后,可得到每一用户的有功/无功网损分摊额。

  文献[16]提出了一种新的潮流追踪方法来实现发电成本及网损在各负荷间的分摊。 在最优潮 流(OPF)基础上运用潮流追踪方法,依据负荷的实际供电来源,确定负荷节点应分摊的发 电成本;再依据各负荷节点输入潮流在特定输电线潮流中占有的份额,确定负荷节点应分摊 的网损。文献[17]在分析跟踪潮流基本原理与算法的基础上,提出了改进的潮流跟 踪法来进 行网损分摊,通过在两节点间增加一辅助节点方法以促使跟踪潮流法应用于网损分摊计算的 精度与速度的提高和理论的完善。

  文献[18]把Pool的交易视为同时包括多台发电机和多个负荷的双边交易,然后在潮 流分析的基础上计算各双边交易独立于其他交易的独立网损,最后把系统总网损按照独 立网损大小的比例分摊给各双边交易。

  Tan等人在文献[19]中指出,在输电网开放环境下对输电损失的合理分摊是建立公 平竞争的一个重要方面;该文利用合作博弈理论建立输电损失分摊的模型,运用Aumann-Sha pley方法 对输电损失成本进行合理的分摊,克服了直接利用边际成本时的输电损失成本的收支不一致 性,基于优化目标而提供有效的经济信号。文献[20]提出了一种基于Shapley值的 网损分摊 新方法,注重平等地对待所有可能的交易加入次序,并且考虑了所有可能存在的包含该交易 在内的交易联盟,然后根据每个交易加入交易联盟后给交易联盟带来的边际网损大小来分摊 网损。

  文献[21]利用网络阻抗矩阵把总网损表示成母线注入电流的函数,然后按数学上的 某种自然表达将网损分摊给各个母线。文献[22]提出了一种基于网络阻抗矩阵和潮 流解的网损分摊方 法,根据输电网络中功率交换者的地点和交易量对其分摊应承担的网损份额,所提出的方法 同时考虑了有功和无功对网损的贡献,并且反映了各交易者对网络的利用程度。

  文献[23]基于严格的数学推导提出了一种新的损耗分摊原则,主要是将附加损耗按 功率比例进行分摊,并将损耗细分为有功功率产生的损耗和无功功率产生的损耗,为用户提 供了有利于降低整个系统损耗的信号。

  文献[24]根据交流潮流解算结果,将负荷节点和发电机节点功率分别按恒定阻抗接 入网络,求解网络方程,节点电压能够被分别表达为网络所有负荷节点功率的函数和发电机 节点功率的函数,从而可将支路潮流和损耗分别表达为负荷节点功率的函数和发电机节点功 率的函数,所获得的函数关系能用于确定任意节点功率所引起的线路潮流变化和损耗变化。

4结论

  尽管网损分摊方法种类较多、方法不一,还存在很多做法和争议,但总体上可以分为基于 市场经济类的网损分摊和基于电力系统类的网损分摊,不管是何种方法都应首先要保证电力 系统的稳定运行,同时,还要尽量充分体现公开、公平、公正的市场原则,维护各市场参与 者的经济利益,且易于被市场成员理解和接受。借鉴国内外经验,对于中国电力市场而言, 网损分摊应针对输电网、配电网和独立发电商或大用户分别进行考虑。考虑到配电网的复杂 性,建议配电网网损采用平均网损系数法,输电网网损则建议采用边际网损系数法,而对于 独立发电商或大用户的网损,则建议采用潮流跟踪法进行分摊。


参考文献

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作者:杨极 邓武军 郭涌涛 
 
 
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