电力市场下的无功辅助服务

电力市场下的无功辅助服务XX贵州省贵州大学电气工程学院电管081班550003摘要：无功服务是电力市场下的一种辅助服务。无功服务对电力系统的优质可靠运行有巨大的意义。本文将对无功补偿的原理、特点、优缺点、和容量的确定等进行简单的阐述。关键词：电力市场；无功辅助服务；无功定价一、 前言在开放的环境下,需要有不同的电力服务来满足不同用户的需求以及电力市场竞争的需要。电力服务总的来说可以分为以下三类:发电服务(generationservices) 、输电服务(transmissionservices)和辅助服务(ancillaryservices)。辅助服务是指那些为满足输电的可靠性和经济性要求而有关的服务,包括调度、电压和无功功率控制、频率控制、各种系统备用、稳定控制等。在电力市场下，辅助服务是电力市场的重要组成部分。无功电压控制作为一种辅助服务，是使电网中德输电交易能够顺利完成的一个必要条件，尤其当电网在重负荷运行时，电压和无功功率控制变得格外重要。。根据中国国家电监会在2004年1月颁布的《电网辅助服务补偿办法》，也对无功服务做出定义：“无功服务又称无功支持服务或无功电压控制服务，指发电机组向电网注入或吸收无功功率，以维持系统正常运行时节点电压波动水平在允许范围内，在电力系统故障后提供足够的无功支持以防止系统电压崩溃的服务。”下面将对电力市场的基本概念和无功辅助设备进行简单概述。二、 电力市场的基本概念电力市场是一个由电力和市场两个词组合而成的复合型概念，电力是用以界定市场范围和性质的限制词，所以要理解电力市场的内涵还必须从分析市场的内涵说起。一)市场的内涵市场是指商品交换的场所，即卖买双方发生交易行为的地点或是空间范围。这一重含义体现出市场的空间属性。市场是各种市场主体之间交换关系乃至全部经济关系的总和。这重含义充分体现了市场的经济关系性质。市场是社会经济生活的综合体现，也是社会资源的主要配置者和经济活动的主要调节者。市场不仅表现为交换场所、交换关系和流通领域，而且包括了生产、分配、消费等各个领域，体现了社会再生产的全过程，成为经济运行的总体反映。在市场经济条件下，市场成为配置资源和调节经济活动的主要力量。任何企业营销活动都无例外的受到这一大市场环境的影响和制约。（二）电力市场的内涵电力市场是属于商品市场的范畴，它是以电力这一能源的特殊物质形态，作为市场客体来定义和界定市场内涵的。因此我们通俗地说，电力市场就是以电力这种特殊商品作为交换内容的市场。它区别于以其他商品为内容的专门市场。如粮食市场、煤炭市场、技术市场、建筑市场等。因此，任何不同电力这一商品特性相联系的市场定义、说法都是一种难以令人信服的判断，因而是不可取的。广义的电力市场是指电力生产、传输、使用和销售关系的总和。狭义的电力市场即指竞争性的电力市场，是电能生产者和使用者通过协商、竞价等方式，就电能及其相关产品进行交易，通过市场竞争确定价格和数量的机制。（三）电力市场的基本特征电力市场的基本特征是：开放性、竞争性、网络性、协调性。与传统垄断的电力系统相比，电力市场的最大特征是具有开放性和竞争性；与普通的商品市场相比，电力市场具有网络性和协调性。（四）构成电力市场的基本要素1、市场主体电力的生产者、消费者、经营者、和市场管理者构成市场的主体。2、市场客体电力市场的客体与市场本身的发达程度有关，主要包括电力（电量）、辅助服务或期权等组成。3、市场载体电力市场与普通的商品市场不同，普通的商品市场的载体通常是网点设施、

仓储设施、运输设施、通讯设施、交易场所等，可电力市场仅有电网作为载体。4、市场电价电价是电力市场的核心和杠杆，是电力市场中传递供求变化最敏感的信号，也是体现管理思想的重要工具。5、市场规则电力市场应具备各种详细规则，如：市场进入规则、交易规则、竞争规则和运行规则。6、市场监督市场监督是依靠行政组织、司法组织、经济组织、新闻媒体等，按照市场规则，对市场行为和市场运行过程进行监督的全部过程。（五）电力市场的总体目标电力市场的总体目标是：打破垄断，引入竞争，提高效率，减低成本，健全电价机制，优化资源配置，促进电力发展，推进全国联网，构建政府监管下的政企分开、公平竞争、开发有序、健康发展的电力市场体系。（六）电力市场的基本原则电力市场的基本原则和其他普通商品市场一样，都具有“公平、公正、公开”，即“三公”原则。在某种意义上，公平原则必然要求有一定的公开性。同时，想要实现真正的“三公”，必须有严格的管理体系作保障，并要求做到：开发电网、扩大供需双方自由选择交易对象和交易数量的权力、完善法律和管理体系、净化竞争环境和规范竞争行为。（七）我国实施电力市场的总体思路根据发达国家电力市场的经验教训，我国实施电力市场改革的总体思路是：1、 可持续性发展，调整电力结构以市场为向导、以经济效益为中心、以科技进步为动力、以实现资源的优化配置和可持续发展为目标，加快电网建设和全国联网步伐，从速度型转到效益型；发展水电和核电，调整电力结构，实现可持续发展。2、 依靠科技进步采用新的发电技术，提高化石能转化为电能的效率；采用新技术、新设备提高电能在终端市场的利用率；实施洁净煤发电、大区电网互联、节能节电、开发新能源和电力信息化等跨世纪科技管理。3、 深化企业制度改革深化企业制度改革，逐步实现公司化改组、商业化经营及法制化管理。4、 坚持“四不走”的改革方针第一步：成立国家电网，撤销电力工业部，完成体制过渡和职能交接。第二步：实现政企分开和公司化改组，加强城乡电网建设，实施“厂网分开、竞价上网”试点。第三步：2001－2010年，重组国家电力公司，完成跨大区联网，形成全国联合电网和统一调度，全面实行“厂网分开、竞价上网”，在全国范围内实现资源的优化配置。第四步：2010年以后，逐步将发、输、配电个环节分开，建立规范有序的电力市场，全面引入竞争机制。三、 无功辅助服务电力系统的运行电压水平取决于无功功率的平衡，系统中各种无功功率电源的无功功率出力应能满足系统负荷和网络损耗在额定电压下对无功功率的需求，否则电压就会偏离额定值。这对生产设备危害很大，因此要进行无功补偿，由此也就需要无功辅助服务。（一） 无功补偿的原理无功补偿的基本原理：电网输出的功率包括两部分;一是有功功率：直接消耗电能,把电能转变为机械能,热能,化学能或声能,利用这些能作功,这部分功率称为有功功率;二是无功功率：不消耗电能;只是把电能转换为另一种形式的能,这种能作为电气设备能够作功的必备条件,并且,这种能是在电网中与电能进行周期性转换,这部分功率称为无功功率,如电磁元件建立磁场占用的电能,电容器建立电场所占的电能.电流在电感元件中作功时,电流滞后于电压90度.而电流在电容元件中作功时,电流超前电压90度.在同一电路中,电感电流与电容电流方向相反,互差180度.如果在电磁元件电路中有比例地安装电容元件,使两者的电流相互抵消,使电流的矢量与电压矢量之间的夹角缩小,从而提高电能做功的能力。（二）无功服务的特点1、供应的地域性由于远距离输送无功需要发电和接收点之间较大的电压差，因此无功供应原则上是应就地平衡。2、控制的分散性电压的控制需要无功的平衡，电压是各节点不同的，依赖于改节点的电压控制。3、手段的多样性无功与有功不同，可以有调相机和静止补偿器甚至输电线路等多种无功电压提供。4、分析的复杂性无功的运行费用小单投资费用大。分析起来比有功复杂。（三）无功补偿的一般方法无功补偿通常采用的方法主要有3种：低压个别补偿、低压集中补偿、高压集中补偿。下面简单介绍配电网系统无功补偿种类无功补偿的补偿方式按照电压等级可分为高压补偿和低压补偿,其中高压补偿又分为一次侧补偿和二次侧补偿,低压补偿分为随机补偿、随器补偿和跟踪补偿,按照投切方式可以分为静态补偿、动态补偿和动静相结合的补偿方式。按照补偿地点划分为四种,分别是:变电站集中补偿（方式1）,配电变压器低压侧补偿（方式2）,配电线路分布补偿（方式3）,低压用户分散补偿（方式4）。每一种补偿方式补偿方式的适用范围及使用该种补偿方式的优缺点。每一种方式都有自己的优势,必须结合电网的实际情况,进行综合对比。按照分层分区、就地补偿这一原则,选用合理的无功补偿方案。一般配电网无功补偿方式按照补偿地点划分，如图1所示11胃广狩jVA -NX-O.ls [\11胃广狩jVA -NX-O.ls [\、方Ml专变房l@r联络线Tg 型水电站■p=6 7 8配电房图配电网无功补偿方式配电变压器低压补偿电容器利用率最高，经济效益最好，投资回收期最短应首先推广使用；低压用户分散补偿的经济效益较高，投资回收期较短，它不但可以限制配电网的无功峰荷，还可以降低用户的低压线路损耗，能达到双重效果，应大力推广。配电线路分布补偿可跟踪无功负荷的变化，限制10kV线路上的无功峰荷，但投资费用高，且易损坏；变电站集中补偿经济效益高，投资回收期短，能够减少部分电费支出，减轻主变压器的损耗，降低输电网的电能损耗，但对降低配电网的电能损耗效果不是很好，节能效果没有用户分散补偿好。因此无功补偿应尽量按照就地补偿的原则，进行综合补偿，用配电变压器低压补偿限制配电网的无功基本负荷，用低压用户分散补偿降低配电网的无功峰荷，再用变电站集中补偿对大负荷进行适量补偿，则投资少，见效快，经济效益高，有效地为国家和用户带来巨大的经济效益和良好的社会效益。（四）采用无功补偿的优点1、 根据用电设备的功率因数，可测算输电线路的电能损失。通过现场技术改造，可使低于标准要求的功率因数达标，实现节电目的。2、 采用无功补偿技术，提高低压电网和用电设备的功率因数，是节电工作的一项重要措施3、 无功补偿，它就是借助于无功补偿设备提供必要的无功功率，以提高系统的功率因数，降低能耗，改善电网电压质量，稳定设备运行。4、 减少电力损失，一般工厂动力配线依据不同的线路及负载情况，其电力损耗约2%--3%左右，使用电容提高功率因数后，总电流降低，可降低供电端与用电端的电力损失。5、 改善供电品质，提高功率因数，减少负载总电流及电压降。于变压器二次侧加装电容可改善功率因数提高二次侧电压。6延长设备寿命。改善功率因数后线路总电流减少，使接近或已经饱和的变压器、开关等机器设备和线路容量负荷降低，因此可以降低温升增加寿命（温度每降低10°C，寿命可延长1倍）7、 最终满足电力系统对无功补偿的监测要求，消除因为功率因数过低而产生的罚款。8、 无功补偿可以改善电能质量、降低电能损耗、挖掘发供电设备潜力、功补偿减少用户电费支出，是一项投资少，收效快的节能措施。9、 无功补偿技术对用电单位的低压配电网的影响以及提高功率因数所带来的经济效益和社会效益，确定无功功率的补偿容量，确保补偿技术经济、合理、安全可靠，达到节约电能的目的。（五）确定无功补偿容量电力系统的无功需求是多层次的，包括使用容量需求和备用容量需求、容性无功需求和感性无功需求，并且对无功容量的位置也有要求。这就要求在规划无功市场建立的过程中考虑这些因素。无功补偿计算的目的是为了合理选择并联电容器的容量。电容器安装容量的选择可根据使用目的的不同、 按改善功率因数提高运行电压和降低线路损失等因数来确定。1、 从提高功率因数角度决定补偿容量，这是最常用的方法。除公式计算外，实践中亦可以利用查表发获得每1kW勺有功功率、功率因数，改善前后所需补偿的容量。再乘以最大负荷的月平均有功功率，即可计算出所需要的无功补偿容量。2、 从提高线路端电压角度决定补偿容量。按无功电压规定，以送端潮流功率因数在0.95~0.98为宜，一般可达到末端电压降不大的目的。3、 从提高变电站供电能力角度决定补偿容量。（六） 无功补偿的意义1、 补偿无功功率，可以增加电网中有功功率的比例常数。2、减少发、供电设备的设计容量，减少投资，例如当功率因数 cos①=0.8增加到cos①=0.95寸，装IKvar电容器可节省设备容量0.52KW;反之，增加0.52KW对原有设备而言，相当于增大了发、供电设备容量。因此，对新建、改建工程，应充分考虑无功补偿，便可以减少设计容量，从而减少投资。3、降低线损，由公式AP%（1-cos©/cos①X100%得出其中cos©为补偿后的功率因数，cos①为补偿前的功率因数则：cos©>cos①，所以提高功率因数后，线损率也下降了，减少设计容量、减少投资，增加电网中有功功率的输送比例，以及降低线损都直接决定和影响着供电企业的经济效益。所以，功率因数是考核经济效益的重要指标， 规划、实施无功补偿势在必行。（七） 无功价格的计算目前各种实际运营的电力市场模型主要是针对有功电能交易设计的，而无功电能作为电力市场中的一种商品也应该象有功一样根据一定价格进行交易。 无功电能交易有利于实施电力市场中的各种交易计划， 确保电能质量。无功电能交易可以在发电商、用户、无功电能交易商之间进行。目前采用的无功定价有以下几种形式：1、 隐式电价对无功电能不进行公开交易，无功电能计入发电成本和系统运行成本中。大的民用和工业用户需保持一定的功率因数， 发电机组按一定的功率因数提供无功电能。在某一交易段内，当用户的功率因数偏离法定值时，用户需按交易段内功率因数的平均值交纳惩罚金。这种方式不能调度发电商和用户的积极性， 以便在系统出现电压问题时，发电商和用户能主动去改变产生和消耗无功电能的数量。2、 节点边际价格发电商提供一个长期的无功竞价。例如，未来一年的竞价。 So按竞价计算出用户节点的边际价格。根据边际价格的涵义，无功节点边际价格定义为向节点注入lMVAr无功电