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含双边交易电力市场环境下考虑网损分摊的发电计划方法
    【技术领域】

    本发明涉及电力市场环境下电网用户间的网损分摊方法以及基于网损分摊和输电费用的日前发电计划方法，属于电力系统技术领域。

    背景技术

    在放松管制的电力市场环境下，多种电力交易模式将存在。双边交易机制就是一种。这种交易是基于双边合同，交易量和价格都是由交易双方共同商定。在电力市场交易中，网络损耗相关费用虽只占全部成本中的很小一部分，但对电力交易和电网用户影响却很大，谁应如何分摊多少网络损耗？是重要问题。但是由于网络损耗具有非线性特性，难于在理论上将网络损耗在电网用户间进行精确地分配。已有的网损分摊法大致可概括为平均网损分摊法，跟踪潮流法，边际网络系数法，网损增量法，比例分配法，比例共享法，基于阻抗矩阵的网损分摊法等。随着如风能，太阳能，生物质能等新能源发电规模的不断增加，新能源在双边交易市场中的交易机率将增大，有利于引导多元化电力资源的优化配置。而且，在我国建立电力市场输配电分离的运营模式过程中，需合理地分配网络损耗和电网使用费用，以充分体现公平、公开、公正的市场原则，维护各电力市场参与者的经济利益，易于被市场成员所理解和接受。本发明提出了一种可分别向电网所用用户分配网络损耗的网损分摊方法以及基于此方法的电力市场环境下的日前发电计划方法。本发明可以实现在含双边交易的电力市场中，制定合理透明化的网络损耗的分摊策略，增强发电机机组组合的经济性。

    【发明内容】

    一种适用于含双边交易的电力市场环境下考虑网损分摊和输电费用的发电计划方法。该方法主要包括电网所有用户间的网损分摊方法以及考虑网损分摊和输电费的日前发电计划方法两部分。这两种方法在计算机中执行，输入为电力系统模型参数，包括发电机特性常数，系统各线路参数，各时间带的系统负荷以及各负荷节点所占的负荷比例等，输出为系统各节点的网损分摊量以及日前发电计划方案。在所得发电计划方案中包括每时间段的发电机组的机组组合模式，各发电机的发电量以及运行一天时的总燃料费，总起动费，总输电费等)。

    1.电网用户间的网损分摊法

    本发明所述电网用户包含发电方和用电方两部分。发电/用电双方共摊网损的原则如下：发电方的网损分摊公式为，

    LiG=κGΣlLli=κGΣl(pi2Riil+2αiΣi≠q=1GPiRiqlPq)---(1)]]>

    用电方的网损分摊公式为，

    LjD=κDΣlLlj=κDΣl(pj2Rjjl+2αjΣj≠q=1DPjRjqlPq)---(2)]]>

    (1)式和(2)式中的各参数意义以及公式的推导过程将在下面3中详细说明。

    2.日前发电计划方法

    本发明以运转费(燃料费+起动费+输电费)最小为目标函数求解发电机机组组合问题，以制定日前发电计划。即，本发明考虑的与电力库相关的最小运转费的求解目标函数为，

    minPi{Σt=1T[Σi(βiFi(Pi)+γiFSi)+v(1-α)TAC]}---(3)]]>

    上式中，F为燃料费，FS为起动费和TAC为输电费。分别如下计算：

    Fi=ai+biPi+ciPi2---(4)]]>

    FSi＝s0iτ+s1iτ+s2iτ             (5)

    TAC=-[Σi=1GρiPi-Σj=1DρjDj]---(6)]]>

    (3)式中，α为在全部负荷中与双边交易相关的负荷所占比例，βi为在发电机i的输出功率中与电力库相关的输出功率所占比例，γi为在发电方的总发电量中与电力库相关的发电电量所占比例，分别如下计算。ν为发/用电双方商定的关于输电费的分摊比例。

    α=ΣjPjDb/ΣjDj---(7)]]>

    βi=PiGm′/Pi---(8)]]>

    γi=ΣtPiGm′·Δt/ΣtPi·Δt---(9)]]>

    (7)-(9)式中的各功率分别由下列关系式得出：

    Pi=PiGm+PiGb+Li=PiGm′+PiGb′---(10)]]>

    DjL=PjDm+PjDb+Lj=Dj+Lj---(11)]]>

    ΣiPi=ΣjDjL---(12)]]>

    PiGm′=PiGm+Li·(PiGm/(PiGm+PiGb))---(13)]]>

    PiGb′=PiGb+Li·(PiGb/(PiGm+PiGb))---(14)]]>

    本发明中，在(10)，(11)，(13)，(14)式中的网损分摊量Li和Lj分别依据(1)式和(2)式计算。

    在含双边交易的电力市场环境下，本发明中所考虑的发电机机组组合问题的约束条件包括：(1)供需平衡；(2)发电机出力上下限；(3)发电机应输出的契约功率；(4)运行备用容量；(5)发电机最小运行时间；(6)发电机最小停运时间等。

    3.电网用户间的网损分摊原理

    原始有损电网如图1(a)所示。在图1中，线路潮流矩阵[Z]为

    [Z]＝[b][A]([A]T[b][A])-1[P]＝[H][P]       (15)

    (15)式中，[b]为线路电纳矩阵，[A]线路和节点间的关联矩阵，[P]为节点功率矩阵，[H]为[Z]和[P]间的关联矩阵。

    在图1中，基准母线1的节点电压相位角θ1为

    θ1=Σi∈GX1iPiG+Σj∈DX1jPjD]]>

    =Σi∈GX1iμiTG+Σj∈DX1jwjTD---(16)]]>

    若i和j分别表示发电机节点和负荷节点，则图1(a)中负荷节点j的功率PjD可表示为：

    PjD=-wjTD=-wjΣi∈GX1iPiGΣj∈DwjX1j=-wjΣj∈Gw^iPiG---(17)]]>

    (16)式和(17)式中X1i为基准母线1和发电机节点i的之间线路阻抗，X1j为基准母线1和负荷节点j的之间线路阻抗，wj和为比例系数，取值范围0～1。wj为在总负荷TD中负荷节点j的负荷分配比率，可用下式计算：

    w^i=X1iΣj∈DwjX1j---(18)]]>

    因此，负荷节点功率矩阵[PD]为：

    [PD]=e11...e1Ng...eji...eNd1...eNdNg[PG]---(19)]]>

    系统所有节点功率矩阵[P]可仅用发电机节点功率表示为：

    同理，则图1(a)中发电机节点i的功率PiG为：

    PiG=-μiTD=-μiΣj∈DX1jPjDΣi∈GμiX1i=-μiΣj∈Dμ^jPjD---(21)]]>

    (21)式中μi和为比例系数，取值范围0～1。μi为在总发电量TG中发电机节点i的发电量分配比率，可用下式计算：

    μ^j=X1jΣi∈GμiX1i---(22)]]>

    因此，发电机节点功率矩阵[PG]为：

    [PG]=u11...u1Nd...uji...uNg1...uNgNd[PD]---(23)]]>

    系统所有节点功率矩阵{P]可仅用负荷节点功率表示为：

    综上，线路潮流矩阵[Z]可表示为

    或

    应用直流潮流法，线路l上的损耗Ll为

    Ll=Zl2rl=(Σp=1NHlpPp)2rl=Σp=1NΣq=1NPpRpqlPq---(27)]]>

    (27)式中rl为线路l上的电阻。若设Rpql=HlpHlqrl,]]>则

    Ll=Σp=1NPp2Rppl+Σp=1NΣq=1NPpRpqlPq---(28)]]>

    对于(28)式中等式右侧地第二部分，基于如下因子αp和αq，分配节点p和q间的损耗，

    αp＝Pp/(Pp+Pq)              (29)

    αq＝Pq/(Pp+Pq)              (30)

    因此，节点p在线路l上的网损分摊Llp为

    Llp=Pp2Rppl+2αpΣp≠q=1NPpRpqlPq---(31)]]>

    在(31)式中，若令H＝HG，P＝PG，N＝G，则发电机节点i的网损分摊Li为

    Li=ΣlLli=Σl(Pi2Riil+2αiΣi≠q=1GPiRiqlPq)---(32)]]>

    在(31)式中，若令H＝HD，P＝PD，N＝D，则负荷节点j的网损分摊Lj为

    Lj=ΣlLlj=Σl(Pj2Rjjl+2αjΣj≠q=1DPjRjqlPq)---(33)]]>

    (32)和(33)式是发电方和用电方独立分担系统总网损L时的发电方和用电方间的网损分摊量。即，总网损L＝∑Li＝∑Lj。

    基于(32)和(33)式求得的网损分摊值，发电方和用电方共摊总网损L的基本思路为：

    第一步：分别设定发电方和用电方分摊系统总网损的L的比例，κG和κD。即

    L＝LG+LD＝κGL+κDL       (34)

    第二步：如果LG在发电方间的分摊比为κGi，LD在用户间的分摊比为κDj，则总网损L为，

    L=Σi∈GκGiLG+Σj∈DκDjLD=Σi∈GκGi(κGL)+Σj∈DκDj(κDL)]]>

    =Σi∈GLiG+Σj∈DLjD---(35)]]>

    由上式可得：

    LiG=κGiκGL---(36)]]>

    LjD=κDjκDL---(37)]]>

    第三步：若令网损在发电方间以发电机节点i的网损分摊值Li的大小比例分摊，网损在用电方间则以负荷节点j的网损分摊值Lj的大小比例分摊，则

    κGi=LiΣi∈GLi=LiL---(38)]]>

    κDj=LjΣj∈DLj=LjL---(39)]]>

    LiG=κGLi=κGΣl(Pi2Riil+2αiΣi≠q=1GPiRiqlPq)---(40)]]>

    LjD=κDLj=κDΣl(Pj2Rjjl+2αjΣj≠q=1DPjRjqlPq)---(41).]]>

    本发明有益效果：如何将网络损耗在电网用户间进行合理地分摊一直是深受关注的重要问题。本发明可以实现在含双边交易的电力市场中，制定合理透明化的网损分摊方法，增强发电机机组组合的经济性，能够解决新能源分布式发电并网时的网损分摊问题，为制定合理有效的日前发电计划提供机组组合方法。

    【附图说明】

    图1电网转换物理意义示意图。

    图2含双边交易的电力市场结构示意图。

    图3网损分摊法的应用示意图。

    图4基于IEEE14母线电力系统求解的网损分摊结果图。

    图5日前发电计划法的实施步骤示意图。

    【具体实施方式】

    本发明中所考虑的含双边交易的电力市场模型如图2所示。下面分别对本方明中提出的网损分摊和日前发电计划法的具体实施方式进行详细说明。

    实例1.网损分摊方法在发电计划制订中的具体实施方案(图3所示)

    在含双边交易的电力市场中，网损分摊方法的具体实施方案可概括如下：

    第一步：首先判断是否有发电机需要提供契约功率。如果有发电机i正在参加双边契约时，设置该发电机的输出最小值为此契约功率值。然后，应用最优潮流(Optimal Power Flow，OPF)法，确定各发电机的输出功率和系统总网损。

    第二步：根据(32)和(33)式，分别计算发电方或用电方单独分摊系统总网损时的发电方间和用电方间的网损分摊量Li和Lj。

    第三步：基于发电和用电双方对于系统总网损的分摊比κG，κD，依据(1)和(2)式，分别计算发电方的网损分摊量LiG和用电方的网损分摊量LjD。

    第四步：基于发电侧的网损分摊值，依据(3)式，计算某一时段t的电力库相关运转费。

    第五步：判断电力库相关运转费最小的目标是否达成。如果没有，应用发电机起动优先顺位更新t时段的运行发电机，然后跳转到第一步；如果目标已达成，则结束。

    图4给出了一个基于IEEE14母线电力系统求解的网损分摊结果图。在图4中，将本发明中提出的网损分摊结果与下列文献A.J.Conejo，F.D.Galiana and I.Kockar，“Z-bus lossallocation，”IEEE Trans.on Power Systems，Vol.16，No.1pp.105-110，Feb.2001中的结果进行了对比。

    实例2.日前发电计划法的具体实施方案(图5所示)

    在含双边交易的电力市场中，考虑网损分摊和输电费用的日前发电计划方法的具体实施方案可概括如下：

    第一步：结合事例1中所示的网损分摊方法，确定发电机机组组合问题的初期解。

    第二步：根据发电机机组组合的初期解求出的发电机利用率，确定发电机起动优先顺位。

    第三步：基于起动优先顺位，结合网损分摊方法去更新机组组合模式，以满足最小运行时间，最小停止时间以及输电线路阻塞等约束。

    第四步：对生成的机组组合模式进行评价，同时计算总燃料费，总起动费，总输电费，以及依据(3)式，计算电力库相关运转费等。

    第五步：判断电力库相关总运转费为最小的目标是否达成。如果没有，再次更新发电机起动优先顺位后跳转到第三步；如果目标已达成，则结束。