电力市场下基于会计学原理输电费计算策略比较

当前位置: 大雅查重 - 范文 更新时间:2024-01-21 版权:用户投稿原创标记本站原创
摘要:电力市场环境下,对使用输电网的用户按照使用影响程度计算输电费用是被广泛接受的计算原则。介绍、浅析浅析、比较了基于会计学原理的计费策略(即邮票法、合同路径法、分布因子及潮流追踪法等)。从理论上浅析浅析和比较了潮流追踪法中的Bialek’s潮流追踪法和费用流法,并以5节点系统,采用不同策略向发电方计算输电费。算例结果表明:费用流法计算简洁、中间步骤少、累计误差小,是计算输电费简单有效的策略。
关键词:电力市场;输电费;分布因子;潮流追踪;费用流
在改组传统电力企业一体化的经营方式,实行供电、输电和配电业务分开经营的大背景下,输电网作为相对独立的经济实体在引导电力市场稳定健康发展中起着重要作用[1]。输电网虽然具有天然垄断性,但输电公司对所有用户应以公平、公正、公开的原则计算输电费用。计算输电费所遵循的基本原则是能真实地反映各使用者对网络的使用影响程度,计算策略简单易行,便于理解,同时应以现有的政策为基础。现有计算策略主要有基于嵌入成本的会计学策略和基于边际成本的经济学策略以及两者的结合。会计学策略按既定回报率回收现存电网投资及日常维护费用,能做到收支平衡;经济学策略虽然能反映资源稀缺性的机会成本,但难以保证成本回收[2]。
本文主要研究基于会计学原理计算输电费和可计入输电费的计费策略,对于阻塞管理费,由于其特殊性,暂不涉及。基于会计学原理的输电费计算策略有很多,主要有邮票法、合同路径法、分布因子及潮流追踪法[3]等。本文对此进行了介绍和比较,浅析浅析计算结果表明费用流法在计算输电费中简单有效,并可将网损影响统一考虑。
1邮票法、合同路径法邮票法(poststamp)来源于邮电系统的计费方式,它首先考虑各部分特定输电设备的成本和电网运行维护费用,形成输电总成本后,再按输电功率计算输电费。它仅考虑各用户功率的幅值,不考虑输电网的结构、输电路径和输送功率的收发点位置。
因此,算法简单、直接透明、有利于维持电力交易的同一性和流畅性,同时也降低了独立发电厂投资的风险性[3]。
合同路径法假定输电业务实际发生时,其电能只在合同规定的连续路径中流过,而电网中合同未规定的部分,则认为没有影响。合同路径是指从功率注入点(发电节点)到功率流出点(负荷节点)之间一条确定的连续路径,且该路径应有足够的可用容量。合同路径法一般应用于较小规模电网,随着网络规模增长,该策略的应用将受较大限制[4]。合同路径法忽略了输电潮流对电网其他部分的影响,特别是对与合同路径相邻部分的影响并未得到经济补偿。
2分布因子分布因子在电力系统静态安全浅析浅析中用于研究发电或负荷对网络的使用程度。文献[5]将其引入对系统各用户的输电定价计算中,其中包括3种类型的分布因子,即发电转移分布因子(GSDF)、广义发电分布因子(GGDF)和广义负荷分布因子(GLDF)。
GSDF除平衡节点之外的,系统节点注入功率的转变与线路功率转变量之间的关系,是直流潮流中的节点功率灵敏度,GSDF的计算与静态安全中的完全相同,计算结果依赖于参考点的选择、网络结构,不依赖系统的运行状况。只依据此浅析浅析会忽略系统中实际传输的功率,为了克服这一缺点引申出GGDF用来度量发电节点全部注入功率对线路传输功率的贡献及GLDF用来度量负荷对线路传输功率的贡献。GGDF与GLDF的计算类似。以GGDF为例,有PF,l-k=!i=1!NDl-k,iPGi(1)式(1)表示有N台发电机的系统中线路l-k传输的功率PF,l-k是由系统中每一台发电机i(发电功率PGi)以分布因子Dl-k,i对其组成进行贡献。Dl-k,i=Dl-k,r+Al-k,i,GGDF用来度量各个发电机全部注入功率对线路传输功率的贡献。其中Dl-k,r=PF,l-k-!i=1,i≠r!NAl-k,iPGi/!i=1NPGi是线路l-k的功率对平衡节点的修正因子;Al-k,i是节点i注入功率关于线路l-k输电功率的灵敏度。从以上说明中可看出,由于线路功率的增减与注入功率的增减方向不完全一致,因此发电机GSDF正负值都存在,同样发电机分布因子D中也存在负因子,说明发电机或负荷对线路功率提供逆向功率,可称其为逆向流。对逆向流收费可以取零ZCM(ZeroCounterflowMethod);或对提供逆向流的发电或负荷予以奖励,或者不计提供线路功率的方向,只要使用网络输送功率就对其收费。
3潮流追踪潮流追踪法是最早提出用于评估用户使用输电网情况的计算策略之一,也是一种会计学策略。该策略最大的优点是直观描述了实际潮流的物理流向,由于其基于交流潮流,可准确反映系统的非线性,确定每个发电机和负荷对线路潮流的影响。潮流跟踪法实质是一种基于物理流的策略。这种策略是假设功率在全系统混合流动,潮流在各个节点上按照比例共享的原则分布,从而计算出输电线路的功率组成和发电机与负荷间的实际功率传输关系[6],因此到达交易一方的功率并不建全是由另一方输送的。所以潮流跟踪策略适用于电力市场联营模式,而对双边或多边交易模式很难直接应用。
国内外研究潮流追踪策略很多,按其追踪方向分逆流追踪、顺流追踪;按其追踪物理量的不同分为有功追踪、复功率追踪[7];还有将物理流与资金流相统一可将网损一并考虑在内,不需要对网损预处理基于费用流法的潮流追踪策略[8]。
3.1Bialek’s潮流追踪文献[6]基于功率等比分配的原则,保持线路潮流中功率来源的比例不变,对线路功率进行潮流追踪。由于网损的存在,首先需要对线路损失功率作预处理,将其变成无损网。具体又分为几种不同的处理方式,例如将网损平均分布在线路的两侧,或分在线路的首端、末端。以逆流追踪,即向发电侧追踪功率来源为例,节点i注入功率Pi是节点发电注入功率PGi与通过线路i-j由节点j输送到节点i功率Pij的总和,即Pi=!Pij+PGi(2)整理成AdPnet=PG(3)跟踪分配矩阵Ad与节点注入功率向量Pnet相乘等于节点发电注入功率向量PG,线路功率Pij包含与其相关发电功率的比例关系为Pij=PijPiPi=PijPi!k=1!n[Ad-1]ikPGk=!k=1!nDij,kdPGkj!aiu(4)Dij,kd称为拓扑发电分配因子,含义为任一发电PGk在线路i-j上的分配比例。最后,对每台发电机在各条线路中应承担的费用逐线相加。
3.2费用流法费用流[8](costflow)的提出是将输电网中传输的功率看作费用的载体,功率在经过电网从发电侧向用户侧流动时,沿途不断附加网损成本、输电元件使用费用等各项费用,功率在到达用户处相应携带了应向用户收取的所有费用。费用流法的基本假设主要有: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;同一节点每个元件送端功率的单位电力成本ρ是相等的;任一输电元件上的费用流值保持恒定。可表示为BPρ=Cnode(5)矩阵BP反映了潮流分布,对应系统某个运行状态,是常数矩阵。其中:BPii=Pii是节点i得到的有功注入总和;BPij=-Pji是送端节点j向支路j-i注入的功率;ρ(n×1)为节点单位电力成本列向量;Cnode为节点成本列向量。
由于BP是线性系统,因此对费用或成本的计价可经一次矩阵相乘得到与所有成本相关的节点电价,也可以逐节点、逐线路、逐项成本分别进行,其计算策略有很大灵活性。应用费用流法时,将需要计算的各项成本加到相应节点成本上,如对购电成本,将其加入发电功率注入节点的成本中,对线路输电费用根据向发电侧还是负荷侧计算输电费的差异,将输电成本加入到功率始端节点或受端节点。这种策略的优点是物理概念清晰,不需要对网损功率预处理,不存在线路的逐线累加。
4计算策略比较邮票法计算简单,但不能考虑网络的拓扑结构及功率流通路径。合同路径法根据网络的拓扑结构,假定功率流通的连续路径,而对这种路径的考虑是基于人为经验或约定。分布因子考虑了网络的拓扑结构及功率注入、汲取地点的不同,但其计算策略是一种基于灵敏度的策略,而无法将传输功率完全准确地分摊到各个用户,分配系数易出现负值,造成计费困难。
Bialek’s、费用流法均是按实际潮流流向追踪功率,两者都可向发电方或向负荷侧计算输电费用。
但Bialek’s与费用流法计算机理不同,Bialek’s单纯从物理流解决输电费用,而费用流将物理流与资金流结合在一起。从而费用流法能将线路损耗统一考虑在内,Bialek’s只能对线路功率预处理。为说明不足的方便,本节对Bialek’s与费用流法在输电费的计算中作了比较,以下均以线路平均功率为输电费用标准,向发电侧计算为例,Bialek’s、费用流法关系说明如图1所示。
图中,向节点O输送功率的线路有2条,起点分别为a,b,线路损耗分别为PLOSSa,PLOSSb,输送的平均功率为Pae,Pbe,由始端注入线路的功率分别为Paend,Pbend,用CA,CB表示发电方A,B应承担的输电成本,CAB,CAC表示用Bialek’s和费用流法计算发电方A的输电费用,同样CBB,CBC表示用这2种策略计算发电方B的输电费用,由节点O向2条支路输送功率,需要承担的输电费用分别为C1,C2。
Bialek’s将线损平均分配线路两侧,将原网络变成无损网,线路功率是平均功率,则功率来源A承担的费用为CAB=PaePae+Pbe(C1+C2)(6)用线路末端功率和线路损耗表示,式(6)为CAB=Paend+0.5PLOSSaPaend+0.5PLOSSa+Pbend+0.5PLOSSb(C1+C2)(7)采用费用流法向发电侧计价,输电线路1,2的输电成本加到始端节点O,功率A对线路1,2应承担的费用为CAC=Pa!endPa!end+Pb!end(C1+C2)(8)比较2种策略,节点注入A应承担的费用之差为CAB-CAC=(0.5PLOSSaPbend-0.5PLOSSbPaend)×C1+C2(Pae+Pbe)(Paend+Pbend)(9)从式(9)可以看出,计算式符号不定,由于线路损耗很小,并且当输电成本比较小,而传输的功率比较大时,可认为2种策略基本相等。例如,采用直流潮流或忽略线路损耗时,PLOSSa=PLOSSb=0,两者完全相等。同样比较节点注入B应承担的费用之差为CBB-CBC=(0.5PLOSSbPaend-0.5PLOSSaPbend)×C1+C2(Pae+Pbe)(Paend+Pbend)(10)对节点a,b采用2种策略计算输电费,计算结果在PLOSSaPbend≠PLOSSbPaend时存在差异,同时注意到CAB-CAC=-(CBB-CBC),即输电费用总和一定,而对节点a,b计费费用存在此消彼长的关系。
在具体的计算步骤上Bialek’s与费用流法也存在繁简的差异。假设系统有L条线路,N个节点,其中M个发电节点,给定系统运行潮流结果,比较计算过程由于费用流法基于元件的费用不变,因此对流经输电线路的功率损失表现为末端(始端)单位成本的增加(减少),并保证流入节点的费用流总和等于流出节点的费用流总和;Bialek’s为使流入、流出节点的功率代数和为零,并避开处理线路损耗,将网损调整到线路两端节点注入功率,保持线路功率恒定,以追踪功率来源。
从上面的比较中可以看出,2种策略差异在于计算机理不同,形成不同的计算策略。但由于线路损耗通常比较小,计算结果不会有显着差异。但费用流法通过引入变量,保证了费用的恒定,反映了线路有损耗传输功率的物理特性。因此,费用流法计算简洁、中间步骤少、减少累积误差。
5算例浅析浅析本文对5节点系统,采用几种不同策略向发电方计算输电费,对GGDF策略中的逆向流采用3种策略,第1种是收取负费用GGDG1,即由电网奖励给发电商,第2种是收费为零GGDG2,第3种是不计提供功率与线路潮流方向的关系,均对发电商收取费用GGDG3。
系统图及潮流计算结果见图2,线路参数及线路功率见表2。几种策略的计算结果见表3,每条线路的计算结果见表4。以向发电方计算输电费用为例,同样也可将输电费用向负荷计费。当将输电费用由发电方承担时,即节点发电功率与节点单价相乘,计算结果见表3,同时列出其他策略得到的发电方应承担的输电费用。
从表3可看出,采用costflow(费用流),Bialek策略计算结果相近。分配因子策略对逆向流的不同处理方式得到结果会有较大差异,对逆向流收取负费:费用流法、Bialek计算结果基本一致,线路1,2等由发电机直接供电,其结果相同,其余线路功率不同。采用GGDG1法虽体现了发电功率对线路影响,但其计算策略是一种基于灵敏度的策略,而无法将传输功率完全准确地分摊到各用户。
6结论
本文浅析浅析比较了基于会计学策略的几种输电费计算策略,费用流将物理流与资金流结合在一起,无需对网损预处理、物理概念清晰、满足收支平衡的要求。通过算例系统的计算结果表明费用流法计算简洁、中间步骤少、减少累积计算误差的产生。
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