电力市场环境下的无功问题研究

论文摘要

电力市场改革打破了传统电力工业垂直一体化的垄断格局，其总体目标是：引入竞争，提高效率，优化资源配置和降低电价。然而，在改革的进程中出现了许多新的问题和挑战，如果解决得不好，势必会妨碍电力市场平稳、健康、有序的发展，严重时还会影响到电力系统的安全稳定运行。本文针对电力市场环境下出现的与无功相关的新问题进行了深入的研究，并取得了一定的成果。在电力市场环境下，无功通常被视为一种重要的辅助服务，它一方面关系着电力系统运行的安全性，另一方面也影响到电力市场运行的效率，因此近年来受到了较多的关注。本文首先对近年来国内外就电力市场环境下的无功问题所作的研究进行了简要而系统的综述。内容涉及无功服务的成本分析、无功服务的价值评估、无功实时电价、电力市场环境下的无功获取方法以及无功服务的成本分摊等多个方面。在对相关研究工作进行综述的同时也提出了自己的一些看法。然而需要指出，与有功相关研究相比，电力市场环境下的无功研究还相对比较初步，没有形成系统的理论和方法。同时，无功自身的一些特点也增加了这方面研究的复杂性和难度，需要采用一些有别于有功研究的理论和方法。由于无功不适于远距离输送，系统中不同位置的无功源往往具有明显不同的单位容量价值。对无功源的价值进行合理评估有利于为无功辅助服务定价奠定适当的基础，并提供正确的经济信号，以期对无功规划和无功调度进行指导。现有的评估无功源价值的方法多以单一的系统运行状态为基础，无法适当计及无功源的价值随系统运行状况的改变而发生的变化，如此得到的结果不够全面和准确。在此背景下，本文从无功对系统电压支持的角度出发提出了一种计及多种可能运行方式的无功价值评估方法，综合考虑了各种可能的系统运行方式出现的概率、各种运行方式下系统的电压情况以及各无功源对负荷节点的电压支持效果，从而能够更加全面和合理地对无功源的价值进行评估。在放松管制的情况下，采用市场手段来获取无功有利于激励各无功供应商积极地提供系统所需的无功出力，引导合理的无功投资。本文首先给出了一种分段形式的发电机无功报价模型，该模型包括容量报价和电量报价两部分，既满足了各无功供应商全面回收成本的要求，也兼顾了系统对各发电机的强制无功出力要求。在此基础上，本文给出了四种不同目标的无功采购模型（分别为优化系统网损、优化系统采购成本、优化电能质量以及优化系统安全性），并对这些模型下所得到的结果进行了比较和分析。如何获取充足且合理分布的无功备用是保证系统运行稳定性，尤其是电压稳定性的关键。本文提出了一种计及安全约束的无功采购方法，在获取无功功率的同时也能根据系统的实际运行需要获取合理数量的无功备用，从而能够提高各无功源提供无功备用的积极性，保证系统在紧急情况下运行的安全稳定性。采购模型以发电机无功投标模型为基础，以总采购成本最小为目标函数，兼顾了系统运行的安全性和经济性。近年来，就如何通过建立无功市场来获取无功辅助服务方面国内外学术界已经做了不少具有探索性的研究工作，并提出了一些市场模型或方案。然而，潜在的市场势力问题是在设计无功市场结构和模型时必须考虑的问题。在此背景下，本文结合无功功率的特点提出了一种修改的Herfindahl-Hirschman Index（HHI）指标，并利用电气距离的概念给出了一种可用于评估无功区域市场势力的方法。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 课题的背景和意义
• 1.2 电力市场中的辅助服务
• 1.3 无功辅助服务简介
• 1.3.1 无功辅助服务的定义
• 1.3.2 无功辅助服务的提供者
• 1.3.3 系统对无功辅助服务的需求
• 1.3.4 各国电力市场中的无功辅助服务
• 1.3.4.1 美国
• 1.3.4.2 欧洲
• 1.3.4.3 澳大利亚
• 1.4 本文的主要工作
• 第二章 电力市场环境下的无功研究综述
• 2.1 引言
• 2.2 无功服务的成本分析
• 2.2.1 发电侧的无功成本
• 2.2.2 电网侧的无功成本
• 2.3 无功服务的价值评估
• 2.4 无功实时电价
• 2.5 电力市场环境下的无功获取方法
• 2.5.1 基于成本补偿的无功获取方法
• 2.5.2 基于报价的无功获取方法
• 2.6 无功服务的成本分摊问题
• 2.7 电力市场环境下的其它无功研究
• 2.8 结语
• 第三章 计及多种可能运行方式的无功价值评估方法
• 3.1 引言
• 3.2 数学模型
• 3.2.1 电压灵敏度方法
• 3.2.2 计及多种可能运行方式的无功价值评估方法
• 3.2.3 方法小结
• 3.3 算例分析
• 3.3.1 IEEE 14节点系统
• 3.3.2 IEEE 39节点系统
• 3.4 讨论
• 3.5 结语
• 第四章 电力市场环境下的无功采购研究
• 4.1 引言
• 4.2 发电机无功竞价模型
• 4.3 无功采购模型
• 4.4 算例分析
• 4.5 进一步的讨论
• 4.6 结语
• 第五章 电力市场环境下计及安全约束的无功竞价研究
• 5.1 引言
• 5.2 计及安全约束的无功采购模型
• 5.3 算例分析
• 5.4 进一步的讨论
• 5.5 结论
• 第六章 电力市场中的无功市场势力研究
• 6.1 引言
• 6.2 市场势力分析方法
• 6.2.1 基于指标的市场势力分析方法
• 6.2.2 基于仿真模拟的市场势力分析方法
• 6.3 无功市场势力的评估指标
• 6.3.1 节点无功HHI指标
• 6.3.2 区域无功HHI指标
• 6.4 算例分析
• 6.5 讨论
• 6.6 结语
• 第七章 总结与展望
• 参考文献
• 附录
• 附录A: IEEE 14节点系统支路参数
• 附录B: IEEE 39节点系统支路参数
• 作者攻读博士学位期间发表和录用的有关学术论文
• 致谢