CN109948879B - 一种电力市场环境下支路潮流越限指标的分摊方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种电力市场环境下支路潮流越限指标的分摊方法，其技术特点在于：包括以下步骤：步骤1、建立市场主体模型，市场主体模型主要指参与电力市场交易的主体对象，包括发电售电对象和用电购电对象；步骤2、计算支路潮流越限指标；步骤3、分摊支路越限指标。本发明可以将电力市场环境下线路、变压器绕组的潮流越限指标分摊到参与交易的发电(售电)、用电(购电)等市场主体，从而指导调度人员分析市场交易对电网运行状态的影响。

Description

一种电力市场环境下支路潮流越限指标的分摊方法

技术领域

本发明属于电网调度技术领域，涉及支路潮流越限指标的分摊方法，尤 其是一种电力市场环境下支路潮流越限指标的分摊方法。

背景技术

目前，我国要求具备条件的地区逐步建立以中长期交易为主规避风险、 以现货交易为补充发现价格，交易品种齐全、功能完善的电力市场。随即， 电力市场体制改革在国内进一步全面展开，以电网企业为纽带，目前在国内 主要电网均建设了电力市场的交易平台，开展包括发电企业、电网企业、用 电企业等各个主体参与的电力市场交易。

从目前我国已经开展的电力市场情况来看，电力市场主要包括中长期市 场、现货市场、调频辅助服务市场等几部分组成。从时间维度上，可以将交 易品种划分为中长期(日以上)和现货(日前、日内)两个层面。中长期交 易品种包括场外自行开展的双边协商交易(市场电量、基数合约)和场内通 过交易平台统一开展的常用分解曲线集中竞争交易、自定义分解曲线挂牌交 易、基数合约转让集中交易，这些品种的交易结果都是中长期差价合约，根 据交割日的日前市场价格做差价结算。

传统的中长期交易合约的方式是规定合约周期、合约电量(合约周期内 的总电量)、交易价格，在合约周期内具体到每日的交易电量并未明确规 定，主要依赖调度部分通过计划进行安排；在最近的电力市场规则中(《南 方(以广东起步)电力现货市场规则(征求意见稿)》)，已有现货中长期 合约的新交易方式，其在传统基础上增加了分解曲线的规定，即合约周期内 电量需分解至每日分时电量，分解的方式包括市场运营主体的分解公布，以及市场主体双方协商分解。

现货交易品种包括日前电能量市场、实时电能量市场和调频辅助服务市 场。日前、实时电能量市场采用全电量申报、集中优化出清的方式，在满足 电力系统运行物理约束的前提下，根据发电侧报价形成最经济(发电费用最 低)的市场交易结果并作为调度计划执行的依据。调频辅助服务市场以市场 化方式确定调频资源的调用和补偿方式，目的是保障电力系统实时运行频率 稳定。其市场交易的结果也体现为不同市场主体的发电计划。

从上述内容可以看到，从电力市场交易对电网运行的响应来分析，无论 是中长期(日以上)市场交易，还是现货(日前、日内)市场交易，其对电 网的运行影响，主要体现在不同的时间尺度上的不同的发电(售电)、用电 (购电)计划曲线。对中长期交易，一般需要通过市场运营或调度部门在日 前根据合约电量的完成情况，制定每日的电力交易计划曲线。这种交易曲线 与原有的发电计划曲线相叠加，作为日前计划编制的一部分。对日前现货交易，一般是由市场运营部门直接指定日前的电力交易计划曲线，并将其加入 日前的发电计划中；对日内现货交易，则由市场运营部门在日内直接给出交 易的电力曲线，由电网调度部门通过日内有功滚动调度或实时控制完成。可 以看到，电力市场交易对电网运行的影响，体现在不同时间维度(日前、日 内、实时)所产生的市场交易所需要的发电/用电计划曲线。

相比传统的非电力市场环境下的电网，电力市场环境下，这些不同时间 维度的市场交易所需要的发电/用电需求，对电网的影响主要包括如下二个 方面；

1)相比传统的三公调度，在以市场为主导的电网调度下，电网的运行方 式将产生较大变化，可能出现预先校核范围外的运行方式，或出现接近电网 运行安全边界的运行方式。例如，新能源场站参与的中长期或现货交易后， 当电网接纳新能源能力有限时，不再以负载率均衡的三公调度作为调度目标， 而是要优先调度参与市场交易计划的新能源发电主体，可能造成部分输送断 面越限、系统下旋备不足等问题。

2)在以市场为主导的电网调度下，电网运行的不确定性进一步增强。由 于日前现货、日内现货和辅助服务市场的交易行为，可能在日内和实时的时 间维度上增加新的发电、用电需求，其可能超出传统的日前计划安全校核的 范围。在负荷波动、新能源发电间歇波动之外，增加了市场交易造成的波动， 对电网调度运行部门提出了新要求。

在电力市场环境下，由于市场主体参与的日前、日内、现货等交易，对传 统的电网的计划调度方式产生了影响，如何定量评估这种影响，并体现到相 应的市场交易主体上，进而通过电价杠杆对这些因素进行影响和约束，是电 力市场环境下电网调度的重要技术问题。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提出一种设计合理、 本发明解决其现实问题是采取以下技术方案实现的：

一种电力市场环境下支路潮流越限指标的分摊方法，包括以下步骤：

步骤1、建立市场主体模型，市场主体模型主要指参与电力市场交易的 主体对象，包括发电售电对象和用电购电对象；

步骤2、计算支路潮流越限指标；

步骤3、分摊支路越限指标。

而且，所述步骤1的具体步骤包括：

(1)发电售电对象的市场主体模型S_i定义为：

S_i＝{Un_j,j＝1,..,J,P_un,j＞0}∪{Ld_k,k＝1,..,K,P_ld,k＜0}

发电售电对象包括若干有功出力为正的发电机模型，以及若干有功负荷 为负的负荷模型；

其中，Un_j和Ld_k为电网计算模型中的发电机和负荷；

(2)用电购电对象的市场主体模型B_i定义为：

B_i＝{Un_j,j＝1,..,J,P_un,j＜0}∪{Ld_k,k＝1,..,K,P_ld,k＞0}

用电购电对象包括若干有功出力为负的发电机模型，以及若干有功负荷 为正的负荷模型；

其中，Un_j和Ld_k为电网计算模型中的发电机和负荷；

而且，所述步骤2的支路潮流越限指标包括线路和主变越限指标，其 对单一支路对象的潮流越限指标计算公式如下：

其中，S为当前潮流值，单位MW；；S_max为潮流限值，单位MW；k为控 制目标系数，k≤1，一般取k为0.9。

而且，所述步骤3的具体步骤包括：

(1)支路越限指标对发电售电主体S_i的分摊计算方法如下：

上式中，Ω_L为包括当前有功潮流越限的线路、主变绕组的支路集合； R_l为其中第l支路的潮流越限指标；

其中，

为发电售电主体S_i包含的发电机Un_j对支路潮流贡献的比 率，计算方式为：

上式中，K_lG为潮流跟踪计算给出的发电机对支路潮流的贡献因子矩 阵，K_lG(l,u_j)为发电机Un_j对第l支路的有功贡献因子，u_j为发电机Un_j在矩 阵K_lG矩中的列编号，P_un,j为发电机当前的有功出力，单位MW；P_l ⁰，P_l ¹为支 路首端和末端的有功潮流，单位MW。

其中，F_LD(l,k)为该发电售电主体S_i包含的负荷Ld_k对支路贡献潮流的比 率，计算方式为：

上式中，K_lG(l,d_k)为潮流跟踪计算给出的负荷Ld_k对第l支路的有功贡献 因子，d_k为负荷Ld_k在矩阵K_lG矩中的列编号；

在进行潮流跟踪计算时，把有功小于0的负荷作为发电机处理，矩阵 K_lG中也包含其注入有功对支路的贡献因子；P_ld,k为负荷当前的有功值，单位 MW；P_l ⁰，P_l ¹为支路首端和末端的有功潮流，单位MW。

(2)支路越限指标对用电购电主体B_i的分摊方法如下：

上式中，Ω_L为包括当前越限的线路、主变绕组的支路集合；R_l为其中第 l支路的潮流越限指标；

其中，

为用电(购电)主体B_i包含的发电机Un_j对支路潮流的汲 取比率，计算方式为：

上式中，K_lL为潮流跟踪计算给出的负荷对支路有功潮流的汲取因子矩 阵，K_lL(l,d_k)为发电机Un_j对第l支路的有功汲取因子，u_j为发电机Un_j在矩 阵K_lL矩中的列编号；

在进行潮流跟踪计算时，把有功小于0的发电机作为负荷处理，矩阵 K_lL中也包含其吸收有功对支路的汲取因子；P_un,j为发电机当前的有功出力， 单位MW；P_l ⁰，P_l ¹为支路首端和末端的有功潮流，单位MW。

其中，

为该用电购电主体B_i包含的负荷Ld_k对支路潮流的汲取比 率，计算方式为：

上式中，K_lL(l,d_k)为潮流跟踪计算给出的负荷Ld_k对第l支路的有功汲取 因子，d_k为负荷Ld_k在矩阵K_lL矩中的列编号；P_ld,k为负荷当前的有功值，单 位MW；P_l ⁰，P_l ¹为支路首端和末端的有功潮流，单位MW。

本发明的优点和有益效果：

1、本发明主要提出了一种电力市场环境下支路潮流越限指标的分摊方 法，该方法主要基于潮流跟踪的结果，根据顺流跟踪计算给出的发电机对线 路有功潮流的贡献因子，将线路潮流越限指标分摊到参与市场交易的发电 (售电)市场主体；根据逆流跟踪计算给出的负荷对线路有功潮流的汲取因 子，将线路潮流越限指标分摊到参与市场交易的用电(购电)市场主体。

2、本发明通过将计算给出的支路潮流越限指标分摊到参与市场交易的发 电(售电)主体及用电(购电)主体上体，给出参与市场交易的发电(售电) 主体、用电(购电)主体对支路潮流越限风险指标的贡献，确定引起支路潮流 越限风险的主要市场主体，并对其输配电网价格进行干预或调整，使其承担 电网支路潮流越限运行产生的额外成本。

附图说明

图1为本发明的有功潮流分布图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明实施例作进一步详述：

一种电力市场环境下支路潮流越限指标的分摊方法，包括以下步骤：

步骤1、建立市场主体模型，市场主体模型主要指参与电力市场交易的 主体对象，包括发电(售电)对象和用电(购电)对象；

所述步骤1的具体步骤包括：

(1)发电(售电)对象的市场主体模型S_i定义为：

S_i＝{Un_j,j＝1,..,J,P_un,j＞0}∪{Ld_k,k＝1,..,K,P_ld,k＜0}

发电(售电)对象包括若干有功出力为正的发电机模型，以及若干有功 负荷为负的负荷模型；

其中，Un_j和Ld_k为电网计算模型中的发电机和负荷；

(2)用电(购电)对象的市场主体模型B_i定义为：

B_i＝{Un_j,j＝1,..,J,P_un,j＜0}∪{Ld_k,k＝1,..,K,P_ld,k＞0}

用电(购电)对象包括若干有功出力为负的发电机模型，以及若干有功 负荷为正的负荷模型；

其中，Un_j和Ld_k为电网计算模型中的发电机和负荷；

步骤2、计算支路潮流越限指标；

所述支路潮流越限指标包括线路和主变越限指标；

对单一支路对象的潮流越限指标计算公式如下：

其中，S为当前潮流值，单位MW；S_max为潮流限值，单位MW，对线路主 要考虑视在功率限值；对主变考虑额定功率的限值；k为控制目标系数，k ≤1，一般取k为0.9。

步骤3、分摊支路越限指标：

支路包括线路和主变，将支路越限指标分摊到发电(售电)和用电(购 电)主体上，所述步骤3的具体步骤包括：

(1)支路越限指标对发电(售电)主体S_i的分摊计算方法如下：

上式中，Ω_L为包括当前有功潮流越限的线路、主变绕组的支路集合； R_l为其中第l支路的潮流越限指标，

其中，

为发电(售电)主体S_i包含的发电机Un_j对支路潮流贡献 的比率，计算方式为：

上式中，K_lG为潮流跟踪计算给出的发电机对支路潮流的贡献因子矩 阵，K_lG(l,u_j)为发电机Un_j对第l支路的有功贡献因子，u_j为发电机Un_j在矩 阵K_lG矩中的列编号，P_un,j为发电机当前的有功出力，单位MW；P_l ⁰，P_l ¹为支 路首端和末端的有功潮流，单位MW。

其中，F_LD(l,k)为该发电(售电)主体S_i包含的负荷Ld_k对支路贡献潮流 的比率，计算方式为：

上式中，K_lG(l,d_k)为潮流跟踪计算给出的负荷Ld_k对第l支路的有功贡献 因子，d_k为负荷Ld_k在矩阵K_lG矩中的列编号；

在进行潮流跟踪计算时，把有功小于0的负荷作为发电机处理，矩阵 K_lG中也包含其注入有功对支路的贡献因子；P_ld,k为负荷当前的有功值，单位 MW；P_l ⁰，P_l ¹为支路首端和末端的有功潮流，单位MW；

(2)支路越限指标对用电(购电)主体B_i的分摊方法如下：

上式中，Ω_L为包括当前越限的线路、主变绕组的支路集合；R_l为其中第 l支路的潮流越限指标；

其中，

为用电(购电)主体B_i包含的发电机Un_j对支路潮流的汲 取比率，计算方式为：

上式中，K_lL为潮流跟踪计算给出的负荷对支路有功潮流的汲取因子矩 阵，K_lL(l,d_k)为发电机Un_j对第l支路的有功汲取因子，u_j为发电机Un_j在矩 阵K_lL矩中的列编号；

在进行潮流跟踪计算时，把有功小于0的发电机作为负荷处理，矩阵 K_lL中也包含其吸收有功对支路的汲取因子。P_un,j为发电机当前的有功出力， 单位MW；P_l ⁰，P_l ¹为支路首端和末端的有功潮流，单位MW。

上式中，

为该用电(购电)主体B_i包含的负荷Ld_k对支路潮流的 汲取比率，计算方式为：

其中，K_lL(l,d_k)为潮流跟踪计算给出的负荷Ld_k对第l支路的有功汲取因 子，d_k为负荷Ld_k在矩阵K_lL矩中的列编号；P_ld,k为负荷当前的有功值，单位 MW；P_l ⁰，P_l ¹为支路首端和末端的有功潮流，单位MW。

在本实施例中，以图1所示有功潮流分布图为例，对本发明的一种电力 市场环境下支路潮流越限指标的分摊方法作进一步说明：

一种电力市场环境下支路潮流越限指标的分摊方法，如图1所示，用4 个节点、5条支路形成有功潮流有向图,其中,弧代表系统中的线路；弧的方向 代表潮流流动的方向；弧的始端称弧的上游节点；终端称弧的下游节点。PG1、 PG2为发电机，PL3、PL4为负荷，a、b、c、d、e为支路编号，①②③④为 节点编号。包括以下步骤：

步骤1、建立发电(售电)对象的市场主体模型S₁及S₂,其中，S₁包含发 电机G₁，S₂包含发电机G₂；建立用电(购电)对象的市场主体模型B₁及 B₂，其中，B₁包含负荷L₃，B₂包含负荷L₄。

其中，S₁＝10MW；S₂＝5MW；B₁＝5MW；B₂＝10MW。

步骤2、计算支路线路潮流越限指标：控制目标系数k＝0.9。

设定线路a有功潮流值S_a＝3MW，有功潮流限值

设定线路b有功潮流值S_b＝7MW，有功潮流限值

设定线路c有功潮流值S_c＝2MW，有功潮流限值

设定线路d有功潮流值S_d＝6MW，有功潮流限值

设定线路e有功潮流值S_e＝1MW，有功潮流限值

各支路潮流越限指标分别如下：

R_a＝0.01；R_b＝0；R_c＝0；R_d＝0.01；R_e＝0。

步骤3、分摊支路越限指标：

求得图1中各发电主体S₁、S₂对线路功率的贡献因子矩阵K_lG如下：

依据逆流跟踪计算方法，求得附图1中各用电(购电)主体B₁、B₂对线 路功率的汲取因子矩阵K_lL如下：

(1)将支路越限指标分摊到发电(售电)主体S₁及S₂上：

由于当前线路a、线路d潮流越限指标不为0，需要将其分摊到发电主 体上，计算过程如下：

对于发电(售电)主体S₁，线路a分摊指标的计算过程如下：

其中，P_un,1＝10，单位MW；K_lG(1,u_j)＝K_lG(1,1)＝3/10，线路a首端有功 P₁ ⁰＝3，单位MW；末端有功P₁ ¹＝-3，单位MW；忽略线路的有功损耗；

由于发电(售电)主体S₁中不包含负荷，所以：

对于线路d,其下标为4，计算如下：

其中P_un,1＝10，单位MW；K_lG(4,u_j)＝K_lG(4,1)＝9/40，线路d首端有功 P₁ ⁰＝6,单位MW；末端有功P₁ ¹＝-6，单位MW；忽略线路的有功损耗；

由于发电(售电)主体S₁中不包含负荷，所以：

最终，S₁分摊的支路越限指标为：

对于发电(售电)主体S₂，线路a分摊指标的计算过程如下：

由于K_lG(1,u_j)＝K_lG(1,2)＝0，所以

由于发电(售电)主体S₁中不包含负荷，所以：

对于线路d,其下标为4，计算如下：

其中P_un,2＝5，单位MW；K_lG(4,u_j)＝K_lG(4,2)＝3/4，线路d首端有功 P₁ ⁰＝6，单位MW；末端有功P₁ ¹＝-6，单位MW；忽略线路的有功损耗。

由于发电(售电)主体S₂中不包含负荷，所以：

最终，S₂分摊的支路越限指标为：

(2)将支路越限指标分摊到用电(购电)主体B₁及B₂上：

由于当前线路a、线路d潮流越限指标不为0，需要将其分摊到发电主 体上，计算过程如下：

对于用电(购电)主体B₁，线路a分摊指标的计算过程如下：

其中P_ld,3＝5，单位MW；K_lL(1,d₃)＝K_lL(1,3)＝3/8，线路a首端有功P₁ ⁰＝3, 单位MW；末端有功P₁ ¹＝-3，单位MW；忽略线路的有功损耗。

由于用电(购电)主体B₁中不包含发电机，所以：

对于线路d,其下标为4，计算如下：

其中，P_ld,3＝5，单位MW；K_lL(4,d₃)＝K_lL(4,3)＝1，线路d首端有功 P₁ ⁰＝6,单位MW；末端有功P₁ ¹＝-6，单位MW；忽略线路的有功损耗。

由于用电(购电)主体B₁中不包含发电机，所以：

最终，B₁分摊的支路越限指标为：

对于用电(购电)主体B₂，线路a分摊指标的计算过程如下：

其中P_ld,4＝10，单位MW；K_lL(1,d₄)＝K_lL(1,4)＝9/80，线路a首端有功 P₁ ⁰＝3,单位MW；末端有功P₁ ¹＝-3，单位MW；忽略线路的有功损耗。

由于用电(购电)主体B₁中不包含发电机，所以：

对于线路d,其下标为4，计算如下：

其中P_ld,4＝10，单位MW；K_lL(1,d₄)＝K_lL(1,4)＝1/10，线路d首端有功 P₁ ⁰＝6,单位MW；末端有功P₁ ¹＝-6，单位MW；忽略线路的有功损耗。

由于用电(购电)主体B₁中不包含发电机，所以：

最终，B₂分摊的支路越限指标为：

需要强调的是，本发明所述实施例是说明性的，而不是限定性的，因此 本发明包括并不限于具体实施方式中所述实施例，凡是由本领域技术人员根 据本发明的技术方案得出的其他实施方式，同样属于本发明保护的范围。

Claims (1)

1.一种电力市场环境下支路潮流越限指标的分摊方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤1、建立市场主体模型，市场主体模型主要指参与电力市场交易的主体对象，包括发电售电对象和用电购电对象；

步骤2、计算支路潮流越限指标；

步骤3、分摊支路越限指标；

所述步骤1的具体步骤包括：

(1)发电售电对象的市场主体模型S_i定义为：

S_i＝{Un_j,j＝1,..,J,P_un,j＞0}∪{Ld_k,k＝1,..,K,P_ld,k＜0}

发电售电对象包括若干有功出力为正的发电机模型，以及若干有功负荷为负的负荷模型；

其中，Un_j和Ld_k为电网计算模型中的发电机和负荷；

(2)用电购电对象的市场主体模型B_i定义为：

B_i＝{Un_j,j＝1,..,J,P_un,j＜0}∪{Ld_k,k＝1,..,K,P_ld,k＞0}

用电购电对象包括若干有功出力为负的发电机模型，以及若干有功负荷为正的负荷模型；

其中，Un_j和Ld_k为电网计算模型中的发电机和负荷；

所述步骤2的支路潮流越限指标包括线路和主变越限指标，其对单一支路对象的潮流越限指标计算公式如下：

其中，S为当前潮流值，单位MW；S_max为潮流限值，单位MW；k为控制目标系数，k≤1，一般取k为0.9；

所述步骤3的具体步骤包括：

(1)支路越限指标对发电售电主体S_i的分摊计算方法如下：

上式中，Ω_L为包括当前有功潮流越限的线路、主变绕组的支路集合；R_l为其中第l支路的潮流越限指标；

其中，

为发电售电主体S_i包含的发电机Un_j对支路潮流贡献的比率，计算方式为：

上式中，K_lG为潮流跟踪计算给出的发电机对支路潮流的贡献因子矩阵，K_lG(l,u_j)为发电机Un_j对第l支路的有功贡献因子，u_j为发电机Un_j在矩阵K_lG矩中的列编号，P_un,j为发电机当前的有功出力，单位MW；P_l ⁰，P_l ¹为支路首端和末端的有功潮流，单位MW；

其中，F_LD(l,k)为该发电售电主体S_i包含的负荷Ld_k对支路贡献潮流的比率，计算方式为：

上式中，K_lG(l,d_k)为潮流跟踪计算给出的负荷Ld_k对第l支路的有功贡献因子，d_k为负荷Ld_k在矩阵K_lG矩中的列编号；

在进行潮流跟踪计算时，把有功小于0的负荷作为发电机处理，矩阵K_lG中也包含其注入有功对支路的贡献因子；P_ld,k为负荷当前的有功值，单位MW；P_l ⁰，P_l ¹为支路首端和末端的有功潮流，单位MW；

(2)支路越限指标对用电购电主体B_i的分摊方法如下：

上式中，Ω_L为包括当前越限的线路、主变绕组的支路集合；R_l为其中第l支路的潮流越限指标；

其中，

为用电(购电)主体B_i包含的发电机Un_j对支路潮流的汲取比率，计算方式为：

上式中，K_lL为潮流跟踪计算给出的负荷对支路有功潮流的汲取因子矩阵，K_lL(l,d_k)为发电机Un_j对第l支路的有功汲取因子，u_j为发电机Un_j在矩阵K_lL矩中的列编号；

在进行潮流跟踪计算时，把有功小于0的发电机作为负荷处理，矩阵K_lL中也包含其吸收有功对支路的汲取因子；P_un,j为发电机当前的有功出力，单位MW；P_l ⁰，P_l ¹为支路首端和末端的有功潮流，单位MW；

其中，

为该用电购电主体B_i包含的负荷Ld_k对支路潮流的汲取比率，计算方式为：

上式中，K_lL(l,d_k)为潮流跟踪计算给出的负荷Ld_k对第l支路的有功汲取因子，d_k为负荷Ld_k在矩阵K_lL矩中的列编号；P_ld,k为负荷当前的有功值，单位MW；P_l ⁰，P_l ¹为支路首端和末端的有功潮流，单位MW。

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