基于電網(wǎng)功率分布的輸電網(wǎng)損成本分析

基于電網(wǎng)功率分布的輸電網(wǎng)損成本分析

0節(jié)點(diǎn)費(fèi)用均衡計(jì)算方法隨著電氣工業(yè)體制改革的不斷發(fā)展和能源市場(chǎng)的深入，供電企業(yè)根據(jù)實(shí)際情況研究供電成本，掌握供電線路的運(yùn)營(yíng)成本，提高管理水平，適應(yīng)市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的必然要求。在電力市場(chǎng)下的輸電節(jié)點(diǎn)成本分析方法已有數(shù)種：平均分?jǐn)偡?，不考慮用戶所在地區(qū)和電力的來(lái)源，將全網(wǎng)網(wǎng)損平均分?jǐn)偨o輸電網(wǎng)用戶，不可避免的造成各輸電網(wǎng)用戶之間網(wǎng)損的交叉補(bǔ)貼；合同路徑法，其與規(guī)定的路徑有關(guān)，并不符合電網(wǎng)實(shí)際運(yùn)行情況；面向輸電對(duì)象的輸電費(fèi)用分配方法，采用跟蹤潮流算法，但是其跟蹤潮流算法需要將有損網(wǎng)絡(luò)變成無(wú)損網(wǎng)絡(luò)，并且其分配合理性也有待進(jìn)一步證明；利用邊際成本進(jìn)行計(jì)算節(jié)點(diǎn)輸電價(jià)格[9,10,11,12,13,14,15,16]，但是原理上摒棄了會(huì)計(jì)成本方法上的資金平衡，不能滿足電網(wǎng)的收支平衡；有基于費(fèi)用流的輸電節(jié)點(diǎn)成本分析方法，以電流追蹤算法為基礎(chǔ)，但是這種方法沒(méi)有考慮到多電源間功率的耦合關(guān)系，同時(shí)，人為的解耦了復(fù)功率整體傳遞的物理實(shí)際。由于功率是電壓(電流)的二次項(xiàng)，各電源之間存在耦合關(guān)系，這也正是目前潮流追蹤的難點(diǎn)所在。因此，本文首先將功率進(jìn)行了分解，確定了不同功率分量的電源屬性，其次采用了一種公平合理的經(jīng)濟(jì)準(zhǔn)則作為描述能量傳輸過(guò)程中能量損耗引起的經(jīng)濟(jì)利益變化的依據(jù)，即節(jié)點(diǎn)費(fèi)用守恒原則。最后利用上面的電網(wǎng)功率分布特征和經(jīng)濟(jì)準(zhǔn)則，構(gòu)建了節(jié)點(diǎn)輸電網(wǎng)損成本分析模型，通過(guò)算例證明該方法對(duì)實(shí)際電力系統(tǒng)具有應(yīng)用價(jià)值。1電網(wǎng)中的功率分解1.1電源為等效網(wǎng)絡(luò)設(shè)電網(wǎng)絡(luò)具有n個(gè)節(jié)點(diǎn)，q個(gè)電源(電源節(jié)點(diǎn)編號(hào)從1開(kāi)始，依次到q，其后的節(jié)點(diǎn)編號(hào)次序任意)。當(dāng)電網(wǎng)潮流確定以后，可以將電網(wǎng)絡(luò)等效成電路網(wǎng)絡(luò)，其中電源以電流源描述，記為Iks(k=1,…,q)，其內(nèi)阻并入網(wǎng)絡(luò)。由節(jié)點(diǎn)電壓法，電網(wǎng)節(jié)點(diǎn)的電壓導(dǎo)納矩陣方程為簡(jiǎn)化為可以得出式中zmi阻抗矩陣Z=Y-1中的元素。1.2電源功率分量對(duì)網(wǎng)絡(luò)中第k(k<q)個(gè)電源發(fā)出的功率為定義含有IisI*ks(i,k<q)形式的功率成分為功率分量。由式(3)可見(jiàn)，對(duì)含有q個(gè)電源的網(wǎng)絡(luò)，每個(gè)電源的輸出功率可以表征為q個(gè)功率分量和的形式。式中：zkkIksIk*s的功率分量表示電源獨(dú)自作用于網(wǎng)絡(luò)時(shí)的功率；zikIisI*ks(i=1,2,,k-1,k+1,,q)的功率分量表示由于電源i和電源k在網(wǎng)絡(luò)中同時(shí)作用由電源k發(fā)出的功率。后面一項(xiàng)表明兩電源間的耦合關(guān)系，即經(jīng)典電路理論功率計(jì)算過(guò)程中產(chǎn)生的交叉項(xiàng)的來(lái)源。1.3聯(lián)系支路的功率由式(4)看出，聯(lián)絡(luò)支路的功率包含q2種功率分量，且各功率分量方向有可能不相同。1.4線路的誤開(kāi)節(jié)點(diǎn)i對(duì)地支路功率表達(dá)式為對(duì)地支路功率同樣包含q2種功率分量，且各功率分量方向相同。1.5其他功率成分通過(guò)式(4)、(5)，可以看出在含有q個(gè)電源的網(wǎng)絡(luò)中，聯(lián)絡(luò)支路功率和對(duì)地支路功率均包含q2種功率量，它們的表達(dá)式中除含有IksIk*s形式的功率成分以外，還有含有IisI*ks(i≠k)形式的功率成分。網(wǎng)絡(luò)中每個(gè)電源只能提供q種功率分量，q個(gè)電源提供q2種分量。根據(jù)式(3)，可以得出在聯(lián)絡(luò)支路功率和對(duì)地支路功率的q2種分量中，含有形如IisI*ks(i,k<q)為電源k發(fā)出的功率，從而可以確定電網(wǎng)中支路功率的電源歸屬關(guān)系，即：在聯(lián)絡(luò)線支路中(zli-zlj)*ImsI*ls為電源l提供的功率，對(duì)地支路中為電源l提供的功率。2主電源的負(fù)載管理系統(tǒng)2.1節(jié)點(diǎn)費(fèi)用流分析方法如上所述，網(wǎng)絡(luò)中任何一條支路的功率都是所有電源共同作用于網(wǎng)絡(luò)的結(jié)果，含有每個(gè)電源的分量。由于各電源提供的功率分量方向不一致性，因此采用利用合成功率進(jìn)行基于節(jié)點(diǎn)費(fèi)用流守恒的節(jié)點(diǎn)成本分析是不恰當(dāng)?shù)?。從而?yīng)當(dāng)采取對(duì)各個(gè)功率分量進(jìn)行節(jié)點(diǎn)費(fèi)用流分析，最后的按負(fù)荷中各電源提供功率比例加權(quán)合成值就是該節(jié)點(diǎn)傳輸成本。每個(gè)功率分量在經(jīng)過(guò)電網(wǎng)從發(fā)電廠向用戶側(cè)流動(dòng)時(shí)，沿途不斷附加網(wǎng)損成本、輸電元件使用費(fèi)用等各項(xiàng)費(fèi)用，因而功率在到達(dá)用戶處時(shí)相應(yīng)攜帶了應(yīng)向用戶收取的所有費(fèi)用，即功率可看作是費(fèi)用的載體，網(wǎng)絡(luò)中某點(diǎn)的功率負(fù)載著將該功率供應(yīng)到該點(diǎn)處的所有成本。相應(yīng)地，該點(diǎn)單位功率所對(duì)應(yīng)的成本定義為單位電力成本ρ,功率P與ρ的乘積定義為費(fèi)用流C。因而各節(jié)點(diǎn)單位電力成本可看作是費(fèi)用流在電網(wǎng)中流動(dòng)的結(jié)果。2.2．輸電元件的用量費(fèi)用流守恒的基本原理為(1）注入輸電網(wǎng)任一節(jié)點(diǎn)的費(fèi)用流總和等于流出該節(jié)點(diǎn)的費(fèi)用流總和。該假設(shè)體現(xiàn)了收支平衡的原則。(2）任一輸電元件上的費(fèi)用流值保持恒定。因此，輸電元件的送端功率傳輸?shù)绞芏藭r(shí)，由于功率在輸電元件中傳輸時(shí)有耗，輸電元件受端的單位電力成本將有所提高，體現(xiàn)了對(duì)網(wǎng)損的計(jì)價(jià)。(3）同一節(jié)點(diǎn)的供電成本相等。這符合市場(chǎng)公平的原則。2.3節(jié)點(diǎn)單位電力成本根據(jù)式(3)、(4)可以得出各個(gè)電源提供的功率分量在網(wǎng)絡(luò)中分布情況。考慮網(wǎng)損成本與發(fā)電費(fèi)用時(shí)，對(duì)電源m提供的功率分量利用節(jié)點(diǎn)費(fèi)用流可以表示為圖1。根據(jù)守恒原理（1）可得式中：ikPm、ρmik為節(jié)點(diǎn)i作為送端節(jié)點(diǎn)向支路i-k發(fā)送的由電源m提供的功率分量和相應(yīng)的單位電力成本；ijPm、ρmij為節(jié)點(diǎn)i作為受端節(jié)點(diǎn)由支路j-i中吸收由電源m提供的功率分量和相應(yīng)的單位電力成本；α為以節(jié)點(diǎn)i為送端節(jié)點(diǎn)的支路集；β為以節(jié)點(diǎn)i為受端節(jié)點(diǎn)的支路集；PGi、ρGi為節(jié)點(diǎn)i上的發(fā)電廠m注入的功率分量與上網(wǎng)電價(jià)。根據(jù)原理（2）、（3）可得式中：ρim、ρjm為由電源m提供的功率分量在節(jié)點(diǎn)i和節(jié)點(diǎn)j上的成本；Pmji為送端節(jié)點(diǎn)j注入到支路j-i中由電源m提供的功率分量；ijPm為受端節(jié)點(diǎn)從支路j-i中吸收的由電源m提供的功率分量，則式(6)可整理為即記CGmi=ρmGiPmGi，對(duì)于具有n個(gè)節(jié)點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò)可以表示為式中：矩陣Bpm(n×n)中元素Bpmii=Pim,iPm是電源m流入節(jié)點(diǎn)i的功率分量有功總和；Bpmij=-Pmji,Pmji是送端節(jié)點(diǎn)j向支路j-i注入的相應(yīng)功率分量有功；ρm為電源m所屬功率分量的節(jié)點(diǎn)單位電力成本列向量；CGm為電源m對(duì)網(wǎng)絡(luò)注入的電源成本向量。由此可以得出各個(gè)電源提供的功率分量在網(wǎng)絡(luò)中每個(gè)節(jié)點(diǎn)上的成本。根據(jù)式(5)，可以得出各個(gè)負(fù)荷節(jié)點(diǎn)中每個(gè)電源提供的功率分量，則負(fù)荷節(jié)點(diǎn)i的成本按下式加權(quán)平均得到式中：m為電源個(gè)數(shù)；iLPm為節(jié)點(diǎn)i上負(fù)荷中的各個(gè)電源功率分量數(shù)值。3節(jié)點(diǎn)i和gea1的功率分布本文以IEEE3機(jī)9節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)為算例，如圖2所示。經(jīng)過(guò)功率分解，可得出各電源在線路中的功率分布，如表1～3所示，其中有功功率指的是表中電源對(duì)線路i-j的節(jié)點(diǎn)i的注入有功功率。同時(shí)，還可以得的各個(gè)電源在各負(fù)荷上的功率分布，如表4所示。以GEN1為例，根據(jù)式(9)可以得到式中：ρi1為GEN1提供的功率分量在節(jié)點(diǎn)i上的單位電力成本；ρG1為發(fā)電機(jī)組GEN1的上網(wǎng)價(jià)格(即購(gòu)電成本)。求解上面的矩陣方程就可以得出GEN1在各個(gè)負(fù)荷節(jié)點(diǎn)上的單位電力成本和其上網(wǎng)價(jià)格之間的關(guān)系，即同理，可得到GEN2和GEN3在各個(gè)負(fù)荷節(jié)點(diǎn)上的單位電力成本與其上網(wǎng)價(jià)格之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系為根據(jù)式(9)可以直觀的得出負(fù)荷節(jié)點(diǎn)的電成本為4功率物理分布輸電網(wǎng)損成本分析方法(1）分析了電功率在網(wǎng)絡(luò)中的分布情況，并且得出，對(duì)多電源網(wǎng)絡(luò)來(lái)說(shuō)，任意支路功率都是由網(wǎng)絡(luò)中的電源共同提供的，通過(guò)分析得出了發(fā)電機(jī)對(duì)負(fù)荷節(jié)點(diǎn)功率的貢獻(xiàn)表達(dá)式。(2）在研究電網(wǎng)線損物理分布機(jī)理的基礎(chǔ)上，以功率分量節(jié)點(diǎn)費(fèi)用流守恒為原則，提出了一種基于電網(wǎng)功率物