基于电网功率分布的输电网损成本分析

基于电网功率分布的输电网损成本分析

0节点费用均衡计算方法随着电气工业体制改革的不断发展和能源市场的深入，供电企业根据实际情况研究供电成本，掌握供电线路的运营成本，提高管理水平，适应市场经济发展的必然要求。在电力市场下的输电节点成本分析方法已有数种：平均分摊法，不考虑用户所在地区和电力的来源，将全网网损平均分摊给输电网用户，不可避免的造成各输电网用户之间网损的交叉补贴；合同路径法，其与规定的路径有关，并不符合电网实际运行情况；面向输电对象的输电费用分配方法，采用跟踪潮流算法，但是其跟踪潮流算法需要将有损网络变成无损网络，并且其分配合理性也有待进一步证明；利用边际成本进行计算节点输电价格[9,10,11,12,13,14,15,16]，但是原理上摒弃了会计成本方法上的资金平衡，不能满足电网的收支平衡；有基于费用流的输电节点成本分析方法，以电流追踪算法为基础，但是这种方法没有考虑到多电源间功率的耦合关系，同时，人为的解耦了复功率整体传递的物理实际。由于功率是电压(电流)的二次项，各电源之间存在耦合关系，这也正是目前潮流追踪的难点所在。因此，本文首先将功率进行了分解，确定了不同功率分量的电源属性，其次采用了一种公平合理的经济准则作为描述能量传输过程中能量损耗引起的经济利益变化的依据，即节点费用守恒原则。最后利用上面的电网功率分布特征和经济准则，构建了节点输电网损成本分析模型，通过算例证明该方法对实际电力系统具有应用价值。1电网中的功率分解1.1电源为等效网络设电网络具有n个节点，q个电源(电源节点编号从1开始，依次到q，其后的节点编号次序任意)。当电网潮流确定以后，可以将电网络等效成电路网络，其中电源以电流源描述，记为Iks(k=1,…,q)，其内阻并入网络。由节点电压法，电网节点的电压导纳矩阵方程为简化为可以得出式中zmi阻抗矩阵Z=Y-1中的元素。1.2电源功率分量对网络中第k(k<q)个电源发出的功率为定义含有IisI*ks(i,k<q)形式的功率成分为功率分量。由式(3)可见，对含有q个电源的网络，每个电源的输出功率可以表征为q个功率分量和的形式。式中：zkkIksIk*s的功率分量表示电源独自作用于网络时的功率；zikIisI*ks(i=1,2,,k-1,k+1,,q)的功率分量表示由于电源i和电源k在网络中同时作用由电源k发出的功率。后面一项表明两电源间的耦合关系，即经典电路理论功率计算过程中产生的交叉项的来源。1.3联系支路的功率由式(4)看出，联络支路的功率包含q2种功率分量，且各功率分量方向有可能不相同。1.4线路的误开节点i对地支路功率表达式为对地支路功率同样包含q2种功率分量，且各功率分量方向相同。1.5其他功率成分通过式(4)、(5)，可以看出在含有q个电源的网络中，联络支路功率和对地支路功率均包含q2种功率量，它们的表达式中除含有IksIk*s形式的功率成分以外，还有含有IisI*ks(i≠k)形式的功率成分。网络中每个电源只能提供q种功率分量，q个电源提供q2种分量。根据式(3)，可以得出在联络支路功率和对地支路功率的q2种分量中，含有形如IisI*ks(i,k<q)为电源k发出的功率，从而可以确定电网中支路功率的电源归属关系，即：在联络线支路中(zli-zlj)*ImsI*ls为电源l提供的功率，对地支路中为电源l提供的功率。2主电源的负载管理系统2.1节点费用流分析方法如上所述，网络中任何一条支路的功率都是所有电源共同作用于网络的结果，含有每个电源的分量。由于各电源提供的功率分量方向不一致性，因此采用利用合成功率进行基于节点费用流守恒的节点成本分析是不恰当的。从而应当采取对各个功率分量进行节点费用流分析，最后的按负荷中各电源提供功率比例加权合成值就是该节点传输成本。每个功率分量在经过电网从发电厂向用户侧流动时，沿途不断附加网损成本、输电元件使用费用等各项费用，因而功率在到达用户处时相应携带了应向用户收取的所有费用，即功率可看作是费用的载体，网络中某点的功率负载着将该功率供应到该点处的所有成本。相应地，该点单位功率所对应的成本定义为单位电力成本ρ,功率P与ρ的乘积定义为费用流C。因而各节点单位电力成本可看作是费用流在电网中流动的结果。2.2．输电元件的用量费用流守恒的基本原理为(1）注入输电网任一节点的费用流总和等于流出该节点的费用流总和。该假设体现了收支平衡的原则。(2）任一输电元件上的费用流值保持恒定。因此，输电元件的送端功率传输到受端时，由于功率在输电元件中传输时有耗，输电元件受端的单位电力成本将有所提高，体现了对网损的计价。(3）同一节点的供电成本相等。这符合市场公平的原则。2.3节点单位电力成本根据式(3)、(4)可以得出各个电源提供的功率分量在网络中分布情况。考虑网损成本与发电费用时，对电源m提供的功率分量利用节点费用流可以表示为图1。根据守恒原理（1）可得式中：ikPm、ρmik为节点i作为送端节点向支路i-k发送的由电源m提供的功率分量和相应的单位电力成本；ijPm、ρmij为节点i作为受端节点由支路j-i中吸收由电源m提供的功率分量和相应的单位电力成本；α为以节点i为送端节点的支路集；β为以节点i为受端节点的支路集；PGi、ρGi为节点i上的发电厂m注入的功率分量与上网电价。根据原理（2）、（3）可得式中：ρim、ρjm为由电源m提供的功率分量在节点i和节点j上的成本；Pmji为送端节点j注入到支路j-i中由电源m提供的功率分量；ijPm为受端节点从支路j-i中吸收的由电源m提供的功率分量，则式(6)可整理为即记CGmi=ρmGiPmGi，对于具有n个节点的网络可以表示为式中：矩阵Bpm(n×n)中元素Bpmii=Pim,iPm是电源m流入节点i的功率分量有功总和；Bpmij=-Pmji,Pmji是送端节点j向支路j-i注入的相应功率分量有功；ρm为电源m所属功率分量的节点单位电力成本列向量；CGm为电源m对网络注入的电源成本向量。由此可以得出各个电源提供的功率分量在网络中每个节点上的成本。根据式(5)，可以得出各个负荷节点中每个电源提供的功率分量，则负荷节点i的成本按下式加权平均得到式中：m为电源个数；iLPm为节点i上负荷中的各个电源功率分量数值。3节点i和gea1的功率分布本文以IEEE3机9节点系统为算例，如图2所示。经过功率分解，可得出各电源在线路中的功率分布，如表1～3所示，其中有功功率指的是表中电源对线路i-j的节点i的注入有功功率。同时，还可以得的各个电源在各负荷上的功率分布，如表4所示。以GEN1为例，根据式(9)可以得到式中：ρi1为GEN1提供的功率分量在节点i上的单位电力成本；ρG1为发电机组GEN1的上网价格(即购电成本)。求解上面的矩阵方程就可以得出GEN1在各个负荷节点上的单位电力成本和其上网价格之间的关系，即同理，可得到GEN2和GEN3在各个负荷节点上的单位电力成本与其上网价格之间的对应关系为根据式(9)可以直观的得出负荷节点的电成本为4功率物理分布输电网损成本分析方法(1）分析了电功率在网络中的分布情况，并且得出，对多电源网络来说，任意支路功率都是由网络中的电源共同提供的，通过分析得出了发电机对负荷节点功率的贡献表达式。(2）在研究电网线损物理分布机理的基础上，以功率分量节点费用流守恒为原则，提出了一种基于电网功率物