电力市场环境下的电力系统稳态分析通用课件

Click to edit Master title style,Click to edit Master text styles,Second level,Third level,Fourth level,Fifth level,11/7/2009,#,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,电力市场环境下的电力系统稳态分析课件,目 录,4.1,概述,4.2,电力系统最优潮流,4.3,最优潮流在电力市场中的应用,4.4,潮流追踪问题,4.5,电力系统可用传输能力,4.4,潮流追踪问题,4.4.1,潮流追踪问题提出的背景,4.4.2,电流分解公理与网损分摊原则,4.4.3,网损分摊问题的数学模型,4.4.4,输电设备利用份额问题,4.4.5,图论方法,在电力市场环境下，发电、输电和配电业务将分开经营。输电成为一种特殊的业务，向独立发电厂或电力批发商提供服务，或为其他电力公司提供转运服务，后者都成为输电系统的用户。这样，就会涉及定义对这些用户的服务项目和确定过网费等问题。在这种情况下，调度人员不仅要知道整个电力系统的潮流分布，而且要知道用户对电网输变电设备的利用份额的多少，网损应如何分摊等等。解决这些问题是度量输电服务的关键，对确定输电费用有直接的影响。,4.4.1,潮流追踪问题提出的背景,当前国际上采用的确定过网费的方法有：只按输送的电能计费的,邮票法,；主观地规定用户的潮流流向的,合同路径法,；在假定其他输电业务都不存在的情况下，计算某一特定输电用户在电网中的潮流分布的,兆瓦,-,公里法,等等。这些方法都难以准确量度输电用户对输变电设备的实际利用情况，由此得到的过网费难以达到公平合理。更重要的是，这些过网费算法不能给输电用户正确的信息，且而可能引起过负荷并危及电力系统的运行。,4.4.1,潮流追踪问题提出的背景,为了能够准确量度输电用户对输变电设备的实际利用情况，使过网费更加公平合理。因此，必须能够准确分析各种状态下输电用户的潮流分布问题，这就是潮流追踪问题。,4.4.1,潮流追踪问题提出的背景,输电费用的简单分摊方法,1.,合同路径法,2.,邮票法,3.,边界潮流法,4.,兆瓦公里法,5.,逐线计算法,1.,合同路径法,适用网络：电网结构较为简单的情况。,假定：转运过程中，从功率注入点到功率流出点可以人为确定一条连续路径（合同路径），电能按合同规定的路径流过，并假定此时该路径应有足够的可用容量。,实际上，电在电网中的流动遵循物理规律，因此实际潮流与合同路径常常有很大的差别，会流经许多非合同路径内的一些支路。这也就是常说的并行潮流,(loop flow,或,parallel flow),问题。,合同路径法常常应用在不同地区的电力公司之间进行转运业务时输电费用的简化计算，比如美国在电力市场改革的初期不同电力公司之间转运费用的计算大多是采用合同路径法。,合同路径法,合同路径法的计算步骤,收费与传输距离无关，仅仅根据传输功率的大小确定输电价格。,最大优点是简单，透明性高，容易应用和理解。,缺点：不能正确反映相关的经济信息，不能引导电网的经济运行。,对于一些小系统，或者网架比较强，分布比较均匀的网络，邮票法可能是比较好的选择。,2.,邮票法,邮票法的计算步骤,3.,边界潮流法,适用网络：系统中双边合同较少或系统间联络线较为明确的情况,计算步骤：,4.,兆瓦公里法,计算步骤：,不仅考虑了所有线路上潮流的变化，而且考虑了线路的长度。这是一个比较直观的方法。,由于该方法假设计算中的输电交易为线性网络上唯一的输送交易，不能反映每个交易对输电设备的实际使用度，从而降低了该方法的公正性。,4.,兆瓦公里法,5.,逐线计算法,计算步骤：,潮流变化量为负值时的处理方法,4.4.2,电流分解公理与网损分摊原则,在研究类似电力市场输电费用这样的问题时，必须对网络中各支路电流的组成及其相应效应分摊等进行分析,，求出各电源点对各支路的利用分额。,公理,1,：,电流分量沿支路不变,设支路,k,通过电流,I,(,k,),其中含有,L,个电流分量,I,(,k,),l,(,l=,1,2 ,L,),：,所有电流分量,I,(,k,),l,和总电流,I,(,k,),一样在该元件首末端不变。如果 和 分别表示支路,k,首末端的电流分量，则有,:,利用份额,设支路电流,I,(,k,),中电流分量,I,(,k,),l,(,l=,1,2 ,L,),分别由,L,个电源提供，则其中电源,l,对该元件的利用份额,f,(,k,),l,为,:,推论,1,：电源（或负荷）对各支路的利用份额在首末端相同,在电力系统中常用功率代替电流。设元件首、末端电压分别用,V,S,和,V,R,表示，则元件首、末端的总功率为,V,S,I,(,k,),和,V,R,I,(,k,),，,而电源,l,提供的首、末端的功率为,V,S,I,(,k,),l,和 ，则有：,推论,2,：支路上的功率损耗应按各电流分量的比例分摊,支路,k,上的功率损耗,P,(k),可表示为：,由电流分量不变公理可知电流分量,I,(,k,),l,引起的功率损耗为：,由上述两式即可得到功率损耗按电流分量成比例分摊的结论,:,公理,2,：,注入电流在同一节点各出线的分量与相应出线的总电流成比例,设节点,i,有,L,o,条出钱，其电流各为,I,(,k,),(,k,=1,，,2,，,，,L,o,),。该公理断言某电源在此节点注入电流,I,l,时，它在出线,k,中的电流分量,I,(,k,),l,为：,这个公理可以理解为注入电流的电荷随机地分配到各出线，而分配到各出线的概率与其总电流成比例,。,定义：,对于电网中节点,i,来说，从电源输电到该节点引起的全部网损叫做节点,i,的网损（以下用,P,i,表示）。,当节点,i,的全部电能直接由电源通过线路送电时，节点,i,的网损就等于该节点所有进线的网损之和。,推论：各出线分摊节点网损的份额与其电流（或功率）成比例,设节点,i,共有,L,i,条进线，只与电源相连，因此节点,i,的网损,P,i,为：,根据公理,1,的推论,2,及公理,2,可知，进线,m,的网损,P,m,在出线,k,应分摊的损耗为：,出线,k,应分摊的总网损为：,式中,a,i,(,k,),为,分摊系数：,当节点,i,的进线不是全部直接与电源相连时，上述两式亦可用递归的方法得到证明。,网损分摊问题的数学模型,在潮流计算之后，系统的总网损及各支路的功率损耗,P,ij,已知，现在的问题是如何把网损损分摊到各负荷或者各电源。,为了求出各负荷应分摊的网损，关键在于求出各节点的网损,P,i,(,i,=1,，,2,，,，,N,),。,P,i,包括两部分：,(1),进线集,ji,_(,i,),中各线路网损,P,ij,之和。,(2),通过进线集,ji,_(,i,),转送节点,j,的网损,P,j,的部分。,4.4.3,网损分摊问题的数学模型,对节点为,N,的系统来说，电网损耗平衡方程式有如下形式：,式中,：,a,j,(,k,),为,P,j,通过节点,j,的出线,ji,向节点,i,转移的网损的系数。支路,ji,的序号为,k,。,因此：,式,中,P,j,（,L,）,为节点,j,的负荷功率；,+,(,j,),表示节点,j,的出线集。,在求出各节点网损,P,j,之后，即可按下式求出各节点负荷应分摊的网损：,当需要把网损分摊到电源上时，其算法类似。在这种情况下，网损的平衡方程式为：,式中：,a,i,(,k,),为,P,j,通过节点,j,的进线,ij,向节点,i,转移的网损的系数，支路,ij,的序号为,k,，,式中：,P,j,(,G,),为节点,j,电源的功率。当求出各节点同损,P,j,之后，就可按下式计算各电源分摊的网损：,利用图论的理论，现将对负荷分摊网损的算法叙述如下：,步骤,1,：,准备计算，其内容包括潮流计算，并根据潮流的的方向形成,+,(,j,),、,-,(,j,),、,d,+,(,j,),、,d,-,(,j,),(,j,=,1,，,2,，,，,N,),。,步骤,2,：,搜寻,d,-,(,j,)=0,的节点,j,，,由于节点,j,无进线，故,P,j,=0,，或已累积完毕，,P,j,已知，作为待消去节点。,步骤,3,：,计算节点,j,的负荷应分摊的网损。,步骤,4,：,对,ji,+,(,j,),的所有节,i,累计,P,j,，,并将节点,i,的进线数,d,-,(,j,),减,1,。,步骤,5,：,对,d,-,(,j,),赋值,-1,，表示此节点己消去。,步骤,6,：,返回步骤,2,，寻找下个进线为,0,的节点，直至进线为,0,的节点全部消去。,4.4.4,输电设备利用份额问题,建立求解输电设备利用份额的数学模型,研究潮流标注有向图的特性，进行有效求解,开发适应任何复杂网络结构的输电设备利用份额的计算方法,通过图论方法求解利用份额作为实例,数学模型的建立,在电力系统给定运行方式下，通过潮流计算可以求得各输电线路及变压器中潮流。,问题,：如何确定用户电力在电网中各支路的分布情况。,根据问题性质，计算电源电力在电网各支路的分布，确定电源对输电设备的利用份额。负荷对输电设备的利用份额与前者方法完全类似。,设电力系统有,N,个节点，,NG,个电源，,NB,条支路。则希望求出,F,矩阵,NB,NG,。其中元素定义,:,（,1,）,支路,k,的有功潮流及电流；,为电源,m,通过支路,k,的有功潮流及电流。,表示在给定运行方式下电源,m,利用支路,k,的份额；,显然，,式中：电源,m,对支路,k,的利用份额在该线路的首末端一致。,既可以取支路首端的值，也可以取支路末端的值。,和,公理,2,注入电流在同一节点各出线的分量 与相应出线的总电流成比例。,为电源,m,在节点,i,的注入电流,为节点,i,流出或注入的总电流,（,3,）,用节点,i,的电压相乘，将公式（,3,）改为：,为,m,电源在节点,i,的注入功率,为节点,i,的注入总功率或流出的总功率,（,4,）,最终公式,求出各电源在各节点的注入功率 就可以根据上式求出电源,m,对节点,i,各出线的利用份额。,（,5,）,为各电源在各节点的注入功率。,因此，首先建立各电源功率与各节点总输入功率之间的关系。,对于一般节点的系统的潮流分布，存在如下关系：,为节点电源功率矢量,为节点的总输入功率矢量,（,6,）,A,为,N N,阶方阵，其中元素定义为：,表示支路,为节点,的进线。,在电力系统潮流计算后，各节点的总输入功率及各支路的潮流已知，故,A,阵各元素已知。,因为各节点总输入功率与该节点各出线功率的关系：,为 维支路功率矢量：,其中元素均为各支路的首端潮流功率,为,阶矩阵，其中元素矩阵定义：,表示支路,为节点,的出线。,因此，节点 的电源对支路 的有功潮流贡献为,节点 电源对支路 的利用份额,（,7,）,（,8,）,（,9,）,思路总结,首先建立,A,，求出逆矩阵。用到,根据 求出矩阵,B,；,根据 求出,F,中元素。,为支路 输入功率,4.4.5,图论方法,一个标注的潮流分布图是有向图，电网接线是相应的基图。不同运行方式的潮流方向不同，因而对应不同的有向图。电网各支路的方向由实际潮流的有功功率方向确定,。,对每一支路而言有起点和终点。,对于每一个节点 而言有出线和进线，出线数用 表示，进线数用 表示。,出线支路集用 表示，进线支路集用 表示。,沿支路的方向前进可以形成有向道路，当 有向道路的起点和终点为同一节点时成为有向支路。在潮流标注图中：,支路,k,的电阻,支路,k,的电抗,支路,k,的有功潮流,支路,k,的无功潮流,潮流标注图定理,定理,1,在电力系统标注潮流的有向图上，当沿有功潮流方向各支路满足 时，则该有向图不存在有功潮流的有向回路。,定理,2,当有向图中无有向回路时，至少有两个节点满足 和 。,推论,由定理,1,和定理,2,得到：,在潮流标注的有向图上至少有一个节点无出线，至少有一个节点无进线。,定理,3,定义：设 为有向图,D,的一个节点，且 。消去 节点及出线集 的过程称为消去节点的过程。,有向图,D,不存在有向回路时，可通过消去过程去掉,D,的全部支路。,定理,3,内容：,消去过程的实例,消去节点,1,及相应的出线（,1,）、（,2,）、（,3,）,消去出线过程：顺次对满足 的节点消去 中的支路。,消去进线过程：顺次对满足 的节点消去 中的支路。,两种消去过程是实现输电设备利用份额问题和网损分摊问题计算方法的基本框架。,利用算法求解输电设备利用份额,(1),消去进线数为,0,的节点,1,利用公式,求出电源,m,对节点,i,各出线的利用份额,求得：,利用公式,作为转移系数，将节,点,1,转移到节点,2,、,3,、,4,：,通过上述过程消去节点,1,及其出线，得简化图如下：,注意点：使用公式,为注入要转移节点的功率,同理，进行节点,2,以及出线的消去。,电源,1,，,2,对线路,4,的利用份额分别为：,将 通过转移系数转移至结点,4,：,到此，消去节点,2,及其出线,4,。,最终简化图,电源,1,、,2,对支路,5,的利用份额为：,消去过程结束。,