電力市場下的無功輔助服務(wù)

電力市場下的無功輔助服務(wù)XX貴州省貴州大學(xué)電氣工程學(xué)院電管081班550003摘要：無功服務(wù)是電力市場下的一種輔助服務(wù)。無功服務(wù)對電力系統(tǒng)的優(yōu)質(zhì)可靠運行有巨大的意義。本文將對無功補償?shù)脑?、特點、優(yōu)缺點、和容量的確定等進行簡單的闡述。關(guān)鍵詞：電力市場；無功輔助服務(wù)；無功定價一、 前言在開放的環(huán)境下,需要有不同的電力服務(wù)來滿足不同用戶的需求以及電力市場競爭的需要。電力服務(wù)總的來說可以分為以下三類:發(fā)電服務(wù)(generationservices) 、輸電服務(wù)(transmissionservices)和輔助服務(wù)(ancillaryservices)。輔助服務(wù)是指那些為滿足輸電的可靠性和經(jīng)濟性要求而有關(guān)的服務(wù),包括調(diào)度、電壓和無功功率控制、頻率控制、各種系統(tǒng)備用、穩(wěn)定控制等。在電力市場下，輔助服務(wù)是電力市場的重要組成部分。無功電壓控制作為一種輔助服務(wù)，是使電網(wǎng)中德輸電交易能夠順利完成的一個必要條件，尤其當(dāng)電網(wǎng)在重負荷運行時，電壓和無功功率控制變得格外重要。。根據(jù)中國國家電監(jiān)會在2004年1月頒布的《電網(wǎng)輔助服務(wù)補償辦法》，也對無功服務(wù)做出定義：“無功服務(wù)又稱無功支持服務(wù)或無功電壓控制服務(wù)，指發(fā)電機組向電網(wǎng)注入或吸收無功功率，以維持系統(tǒng)正常運行時節(jié)點電壓波動水平在允許范圍內(nèi)，在電力系統(tǒng)故障后提供足夠的無功支持以防止系統(tǒng)電壓崩潰的服務(wù)?！毕旅鎸﹄娏κ袌龅幕靖拍詈蜔o功輔助設(shè)備進行簡單概述。二、 電力市場的基本概念電力市場是一個由電力和市場兩個詞組合而成的復(fù)合型概念，電力是用以界定市場范圍和性質(zhì)的限制詞，所以要理解電力市場的內(nèi)涵還必須從分析市場的內(nèi)涵說起。一)市場的內(nèi)涵市場是指商品交換的場所，即賣買雙方發(fā)生交易行為的地點或是空間范圍。這一重含義體現(xiàn)出市場的空間屬性。市場是各種市場主體之間交換關(guān)系乃至全部經(jīng)濟關(guān)系的總和。這重含義充分體現(xiàn)了市場的經(jīng)濟關(guān)系性質(zhì)。市場是社會經(jīng)濟生活的綜合體現(xiàn)，也是社會資源的主要配置者和經(jīng)濟活動的主要調(diào)節(jié)者。市場不僅表現(xiàn)為交換場所、交換關(guān)系和流通領(lǐng)域，而且包括了生產(chǎn)、分配、消費等各個領(lǐng)域，體現(xiàn)了社會再生產(chǎn)的全過程，成為經(jīng)濟運行的總體反映。在市場經(jīng)濟條件下，市場成為配置資源和調(diào)節(jié)經(jīng)濟活動的主要力量。任何企業(yè)營銷活動都無例外的受到這一大市場環(huán)境的影響和制約。（二）電力市場的內(nèi)涵電力市場是屬于商品市場的范疇，它是以電力這一能源的特殊物質(zhì)形態(tài)，作為市場客體來定義和界定市場內(nèi)涵的。因此我們通俗地說，電力市場就是以電力這種特殊商品作為交換內(nèi)容的市場。它區(qū)別于以其他商品為內(nèi)容的專門市場。如糧食市場、煤炭市場、技術(shù)市場、建筑市場等。因此，任何不同電力這一商品特性相聯(lián)系的市場定義、說法都是一種難以令人信服的判斷，因而是不可取的。廣義的電力市場是指電力生產(chǎn)、傳輸、使用和銷售關(guān)系的總和。狹義的電力市場即指競爭性的電力市場，是電能生產(chǎn)者和使用者通過協(xié)商、競價等方式，就電能及其相關(guān)產(chǎn)品進行交易，通過市場競爭確定價格和數(shù)量的機制。（三）電力市場的基本特征電力市場的基本特征是：開放性、競爭性、網(wǎng)絡(luò)性、協(xié)調(diào)性。與傳統(tǒng)壟斷的電力系統(tǒng)相比，電力市場的最大特征是具有開放性和競爭性；與普通的商品市場相比，電力市場具有網(wǎng)絡(luò)性和協(xié)調(diào)性。（四）構(gòu)成電力市場的基本要素1、市場主體電力的生產(chǎn)者、消費者、經(jīng)營者、和市場管理者構(gòu)成市場的主體。2、市場客體電力市場的客體與市場本身的發(fā)達程度有關(guān)，主要包括電力（電量）、輔助服務(wù)或期權(quán)等組成。3、市場載體電力市場與普通的商品市場不同，普通的商品市場的載體通常是網(wǎng)點設(shè)施、

倉儲設(shè)施、運輸設(shè)施、通訊設(shè)施、交易場所等，可電力市場僅有電網(wǎng)作為載體。4、市場電價電價是電力市場的核心和杠桿，是電力市場中傳遞供求變化最敏感的信號，也是體現(xiàn)管理思想的重要工具。5、市場規(guī)則電力市場應(yīng)具備各種詳細規(guī)則，如：市場進入規(guī)則、交易規(guī)則、競爭規(guī)則和運行規(guī)則。6、市場監(jiān)督市場監(jiān)督是依靠行政組織、司法組織、經(jīng)濟組織、新聞媒體等，按照市場規(guī)則，對市場行為和市場運行過程進行監(jiān)督的全部過程。（五）電力市場的總體目標(biāo)電力市場的總體目標(biāo)是：打破壟斷，引入競爭，提高效率，減低成本，健全電價機制，優(yōu)化資源配置，促進電力發(fā)展，推進全國聯(lián)網(wǎng)，構(gòu)建政府監(jiān)管下的政企分開、公平競爭、開發(fā)有序、健康發(fā)展的電力市場體系。（六）電力市場的基本原則電力市場的基本原則和其他普通商品市場一樣，都具有“公平、公正、公開”，即“三公”原則。在某種意義上，公平原則必然要求有一定的公開性。同時，想要實現(xiàn)真正的“三公”，必須有嚴格的管理體系作保障，并要求做到：開發(fā)電網(wǎng)、擴大供需雙方自由選擇交易對象和交易數(shù)量的權(quán)力、完善法律和管理體系、凈化競爭環(huán)境和規(guī)范競爭行為。（七）我國實施電力市場的總體思路根據(jù)發(fā)達國家電力市場的經(jīng)驗教訓(xùn)，我國實施電力市場改革的總體思路是：1、 可持續(xù)性發(fā)展，調(diào)整電力結(jié)構(gòu)以市場為向?qū)?、以?jīng)濟效益為中心、以科技進步為動力、以實現(xiàn)資源的優(yōu)化配置和可持續(xù)發(fā)展為目標(biāo)，加快電網(wǎng)建設(shè)和全國聯(lián)網(wǎng)步伐，從速度型轉(zhuǎn)到效益型；發(fā)展水電和核電，調(diào)整電力結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。2、 依靠科技進步采用新的發(fā)電技術(shù)，提高化石能轉(zhuǎn)化為電能的效率；采用新技術(shù)、新設(shè)備提高電能在終端市場的利用率；實施潔凈煤發(fā)電、大區(qū)電網(wǎng)互聯(lián)、節(jié)能節(jié)電、開發(fā)新能源和電力信息化等跨世紀(jì)科技管理。3、 深化企業(yè)制度改革深化企業(yè)制度改革，逐步實現(xiàn)公司化改組、商業(yè)化經(jīng)營及法制化管理。4、 堅持“四不走”的改革方針第一步：成立國家電網(wǎng)，撤銷電力工業(yè)部，完成體制過渡和職能交接。第二步：實現(xiàn)政企分開和公司化改組，加強城鄉(xiāng)電網(wǎng)建設(shè)，實施“廠網(wǎng)分開、競價上網(wǎng)”試點。第三步：2001－2010年，重組國家電力公司，完成跨大區(qū)聯(lián)網(wǎng)，形成全國聯(lián)合電網(wǎng)和統(tǒng)一調(diào)度，全面實行“廠網(wǎng)分開、競價上網(wǎng)”，在全國范圍內(nèi)實現(xiàn)資源的優(yōu)化配置。第四步：2010年以后，逐步將發(fā)、輸、配電個環(huán)節(jié)分開，建立規(guī)范有序的電力市場，全面引入競爭機制。三、 無功輔助服務(wù)電力系統(tǒng)的運行電壓水平取決于無功功率的平衡，系統(tǒng)中各種無功功率電源的無功功率出力應(yīng)能滿足系統(tǒng)負荷和網(wǎng)絡(luò)損耗在額定電壓下對無功功率的需求，否則電壓就會偏離額定值。這對生產(chǎn)設(shè)備危害很大，因此要進行無功補償，由此也就需要無功輔助服務(wù)。（一） 無功補償?shù)脑頍o功補償?shù)幕驹恚弘娋W(wǎng)輸出的功率包括兩部分;一是有功功率：直接消耗電能,把電能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C械能,熱能,化學(xué)能或聲能,利用這些能作功,這部分功率稱為有功功率;二是無功功率：不消耗電能;只是把電能轉(zhuǎn)換為另一種形式的能,這種能作為電氣設(shè)備能夠作功的必備條件,并且,這種能是在電網(wǎng)中與電能進行周期性轉(zhuǎn)換,這部分功率稱為無功功率,如電磁元件建立磁場占用的電能,電容器建立電場所占的電能.電流在電感元件中作功時,電流滯后于電壓90度.而電流在電容元件中作功時,電流超前電壓90度.在同一電路中,電感電流與電容電流方向相反,互差180度.如果在電磁元件電路中有比例地安裝電容元件,使兩者的電流相互抵消,使電流的矢量與電壓矢量之間的夾角縮小,從而提高電能做功的能力。（二）無功服務(wù)的特點1、供應(yīng)的地域性由于遠距離輸送無功需要發(fā)電和接收點之間較大的電壓差，因此無功供應(yīng)原則上是應(yīng)就地平衡。2、控制的分散性電壓的控制需要無功的平衡，電壓是各節(jié)點不同的，依賴于改節(jié)點的電壓控制。3、手段的多樣性無功與有功不同，可以有調(diào)相機和靜止補償器甚至輸電線路等多種無功電壓提供。4、分析的復(fù)雜性無功的運行費用小單投資費用大。分析起來比有功復(fù)雜。（三）無功補償?shù)囊话惴椒o功補償通常采用的方法主要有3種：低壓個別補償、低壓集中補償、高壓集中補償。下面簡單介紹配電網(wǎng)系統(tǒng)無功補償種類無功補償?shù)难a償方式按照電壓等級可分為高壓補償和低壓補償,其中高壓補償又分為一次側(cè)補償和二次側(cè)補償,低壓補償分為隨機補償、隨器補償和跟蹤補償,按照投切方式可以分為靜態(tài)補償、動態(tài)補償和動靜相結(jié)合的補償方式。按照補償?shù)攸c劃分為四種,分別是:變電站集中補償（方式1）,配電變壓器低壓側(cè)補償（方式2）,配電線路分布補償（方式3）,低壓用戶分散補償（方式4）。每一種補償方式補償方式的適用范圍及使用該種補償方式的優(yōu)缺點。每一種方式都有自己的優(yōu)勢,必須結(jié)合電網(wǎng)的實際情況,進行綜合對比。按照分層分區(qū)、就地補償這一原則,選用合理的無功補償方案。一般配電網(wǎng)無功補償方式按照補償?shù)攸c劃分，如圖1所示11胃廣狩jVA -NX-O.ls [\11胃廣狩jVA -NX-O.ls [\、方Ml專變房l@r聯(lián)絡(luò)線Tg 型水電站■p=6 7 8配電房圖配電網(wǎng)無功補償方式配電變壓器低壓補償電容器利用率最高，經(jīng)濟效益最好，投資回收期最短應(yīng)首先推廣使用；低壓用戶分散補償?shù)慕?jīng)濟效益較高，投資回收期較短，它不但可以限制配電網(wǎng)的無功峰荷，還可以降低用戶的低壓線路損耗，能達到雙重效果，應(yīng)大力推廣。配電線路分布補償可跟蹤無功負荷的變化，限制10kV線路上的無功峰荷，但投資費用高，且易損壞；變電站集中補償經(jīng)濟效益高，投資回收期短，能夠減少部分電費支出，減輕主變壓器的損耗，降低輸電網(wǎng)的電能損耗，但對降低配電網(wǎng)的電能損耗效果不是很好，節(jié)能效果沒有用戶分散補償好。因此無功補償應(yīng)盡量按照就地補償?shù)脑瓌t，進行綜合補償，用配電變壓器低壓補償限制配電網(wǎng)的無功基本負荷，用低壓用戶分散補償降低配電網(wǎng)的無功峰荷，再用變電站集中補償對大負荷進行適量補償，則投資少，見效快，經(jīng)濟效益高，有效地為國家和用戶帶來巨大的經(jīng)濟效益和良好的社會效益。（四）采用無功補償?shù)膬?yōu)點1、 根據(jù)用電設(shè)備的功率因數(shù)，可測算輸電線路的電能損失。通過現(xiàn)場技術(shù)改造，可使低于標(biāo)準(zhǔn)要求的功率因數(shù)達標(biāo)，實現(xiàn)節(jié)電目的。2、 采用無功補償技術(shù)，提高低壓電網(wǎng)和用電設(shè)備的功率因數(shù)，是節(jié)電工作的一項重要措施3、 無功補償，它就是借助于無功補償設(shè)備提供必要的無功功率，以提高系統(tǒng)的功率因數(shù)，降低能耗，改善電網(wǎng)電壓質(zhì)量，穩(wěn)定設(shè)備運行。4、 減少電力損失，一般工廠動力配線依據(jù)不同的線路及負載情況，其電力損耗約2%--3%左右，使用電容提高功率因數(shù)后，總電流降低，可降低供電端與用電端的電力損失。5、 改善供電品質(zhì)，提高功率因數(shù)，減少負載總電流及電壓降。于變壓器二次側(cè)加裝電容可改善功率因數(shù)提高二次側(cè)電壓。6延長設(shè)備壽命。改善功率因數(shù)后線路總電流減少，使接近或已經(jīng)飽和的變壓器、開關(guān)等機器設(shè)備和線路容量負荷降低，因此可以降低溫升增加壽命（溫度每降低10°C，壽命可延長1倍）7、 最終滿足電力系統(tǒng)對無功補償?shù)谋O(jiān)測要求，消除因為功率因數(shù)過低而產(chǎn)生的罰款。8、 無功補償可以改善電能質(zhì)量、降低電能損耗、挖掘發(fā)供電設(shè)備潛力、功補償減少用戶電費支出，是一項投資少，收效快的節(jié)能措施。9、 無功補償技術(shù)對用電單位的低壓配電網(wǎng)的影響以及提高功率因數(shù)所帶來的經(jīng)濟效益和社會效益，確定無功功率的補償容量，確保補償技術(shù)經(jīng)濟、合理、安全可靠，達到節(jié)約電能的目的。（五）確定無功補償容量電力系統(tǒng)的無功需求是多層次的，包括使用容量需求和備用容量需求、容性無功需求和感性無功需求，并且對無功容量的位置也有要求。這就要求在規(guī)劃無功市場建立的過程中考慮這些因素。無功補償計算的目的是為了合理選擇并聯(lián)電容器的容量。電容器安裝容量的選擇可根據(jù)使用目的的不同、 按改善功率因數(shù)提高運行電壓和降低線路損失等因數(shù)來確定。1、 從提高功率因數(shù)角度決定補償容量，這是最常用的方法。除公式計算外，實踐中亦可以利用查表發(fā)獲得每1kW勺有功功率、功率因數(shù)，改善前后所需補償?shù)娜萘俊Ｔ俪艘宰畲筘摵傻脑缕骄泄β?，即可計算出所需要的無功補償容量。2、 從提高線路端電壓角度決定補償容量。按無功電壓規(guī)定，以送端潮流功率因數(shù)在0.95~0.98為宜，一般可達到末端電壓降不大的目的。3、 從提高變電站供電能力角度決定補償容量。（六） 無功補償?shù)囊饬x1、 補償無功功率，可以增加電網(wǎng)中有功功率的比例常數(shù)。2、減少發(fā)、供電設(shè)備的設(shè)計容量，減少投資，例如當(dāng)功率因數(shù) cos①=0.8增加到cos①=0.95寸，裝IKvar電容器可節(jié)省設(shè)備容量0.52KW;反之，增加0.52KW對原有設(shè)備而言，相當(dāng)于增大了發(fā)、供電設(shè)備容量。因此，對新建、改建工程，應(yīng)充分考慮無功補償，便可以減少設(shè)計容量，從而減少投資。3、降低線損，由公式AP%（1-cos?/cos①X100%得出其中cos?為補償后的功率因數(shù)，cos①為補償前的功率因數(shù)則：cos?>cos①，所以提高功率因數(shù)后，線損率也下降了，減少設(shè)計容量、減少投資，增加電網(wǎng)中有功功率的輸送比例，以及降低線損都直接決定和影響著供電企業(yè)的經(jīng)濟效益。所以，功率因數(shù)是考核經(jīng)濟效益的重要指標(biāo)， 規(guī)劃、實施無功補償勢在必行。（七） 無功價格的計算目前各種實際運營的電力市場模型主要是針對有功電能交易設(shè)計的，而無功電能作為電力市場中的一種商品也應(yīng)該象有功一樣根據(jù)一定價格進行交易。 無功電能交易有利于實施電力市場中的各種交易計劃， 確保電能質(zhì)量。無功電能交易可以在發(fā)電商、用戶、無功電能交易商之間進行。目前采用的無功定價有以下幾種形式：1、 隱式電價對無功電能不進行公開交易，無功電能計入發(fā)電成本和系統(tǒng)運行成本中。大的民用和工業(yè)用戶需保持一定的功率因數(shù)， 發(fā)電機組按一定的功率因數(shù)提供無功電能。在某一交易段內(nèi)，當(dāng)用戶的功率因數(shù)偏離法定值時，用戶需按交易段內(nèi)功率因數(shù)的平均值交納懲罰金。這種方式不能調(diào)度發(fā)電商和用戶的積極性， 以便在系統(tǒng)出現(xiàn)電壓問題時，發(fā)電商和用戶能主動去改變產(chǎn)生和消耗無功電能的數(shù)量。2、 節(jié)點邊際價格發(fā)電商提供一個長期的無功競價。例如，未來一年的競價。 So按競價計算出用戶節(jié)點的邊際價格。根據(jù)邊際價格的涵義，無功節(jié)點邊際價格定義為向節(jié)點注入lMVAr無功電