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基于交直流混合潮流计算的特高压输电电气定价研究

时间:2018-03-31 15:40来源:www.e-lunwen.com 作者:lgg 点击:
本文是一篇电气工程论文,传统的电气工程定义为用于创造产生电气与电子系统的有关学科的总和。此定义本已经十分宽泛,但随着科学技术的飞速发展,21世纪的电气工程概念已经远远
本文是一篇电气工程论文,传统的电气工程定义为用于创造产生电气与电子系统的有关学科的总和。此定义本已经十分宽泛,但随着科学技术的飞速发展,21世纪的电气工程概念已经远远超出上述定义的范畴,斯坦福大学教授指出:今天的电气工程涵盖了几乎所有与电子、光子有关的工程行为。(以上内容来自百度百科)今天为大家推荐一篇电气工程论文,供大家参考。
 
第 1 章 绪论
 
1.1 课题背景及研究意义
1.1.1 课题背景
在能源战略结构调整的大框架下,特高压将是我国未来电网发展的趋势。近年来,随着我国能源战略结构调整开启,特高压输电将逐渐转变为未来解决东部地区能源供应的主要方案,有助于解除制约新能源开发的送电瓶颈,减少能源浪费,同时为新能源汽车发展将带来的巨大用电需求做出充分准备。我国电网下一阶段发展目标为建设坚强智能电网,而坚强智能电网是以特高压电网为骨干网架、各级电网协调发展,具有智能响应和系统自愈能力,能够显著提高电力系统安全可靠性和运行效率的新型现代化电网,所以国内各区域间、甚至跨国特高压电网建设将是未来我国电网发展的必然方向。国家电网 2014 年度的建设目标为“六交四直”。根据特高压发展规划,将于 2015 年建成初步组网,到 2020 年将建成“五纵五横”特高压交流和 29 回特高压直流,满足大煤电、大水电、大核电和大可再生能源基地电力输送,为中东部负荷中心大规模接受电力构筑坚强平台。至 2030 年将全面建成特高压交直流网架,并与俄罗斯、巴基斯坦、蒙古等国实现跨国特高压电力传输[1]。在我国特高压输电发展的初期,各条特高压输电线路均以专用输电工程或联网工程的形式存在,每一输电线路有确定的电能来源和电能使用方,线路之间没有互联,这些线路均可看作“独立”的。故此,当前对于专用输电工程或者联网线路,均采用“逐线定价”的方法,即对每一线路,依据其成本独立进行输电价格的制定,这种方法与相对简单的特高压结构是相适应的[2]。但在今后各条特高压输电线路之间的联结将逐步加强,目前按照单项工程确定的特高压电网的输电价将不再适用,联网之后的特高压输电网络将具有跨区域共用网络的特点。物理结构决定了特高压定价模式难以继续按单项工程计价,应该考虑采用类似共用网络的定价方式进行定价。但是特高压输电网络作为跨区域的线路,线路之间的建设成本差异较大,输送地域的经济基础差异较大,不同用户对于网络的使用程度也将出现较大差别。因此,特高压输电定价问题与省内的输电定价问题有着本质的区别,不可完全照搬共用网络输电服务价格的设计原则。所以研究我国特高压输电网络结构及特点,提出适应于其特点的输电成本分摊方法十分重要。
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1.2 国内外发展状况及研究现状
 
1.2.1 我国输配电价改革历程
我国输配电价改革主要分为三个阶段,2002年~2010年自然形成输配电价阶段,2010 年~2013 年核定准许成本和准许收益段,2014 年至今输配电价试点阶段。从2002 年实行电力改革以来,输配电价的改革一直为重中之重,但进程缓慢困难重重,其原因与我国电网建设四方面特点密不可分,将改革进程与电网特点结合起来能更好的分析输电价改革中的困难和可行定价方案。(1)2002 年~2010 年自然形成输配电价阶段。2002 和 2003 年国务院发布的《电力体制改革方案》和《电价改革方案》拉开了我国输配电价改革的帷幕,提出将电价划分为上网电价、输电价格、配电价格和终端销售电价;输电、配电价格由政府制定[3]。其中大用户直购电从 2002 年开始,执行国家规定的输配电价;2009 年出台规定,在独立的输配电价尚未建立的情况下,原则上按照电网企业平均输配电价扣减电压等级差价后的标准执行[4]。但电力体制改革十多年来,输电、配电、售电垂直一体化的垄断局面仍然存在,上网电价和销售电价也由政府制定,输电价仅为售电价格与上网电价之间的差价,未能很好体现输电成本和传导发电侧到用电侧的电力价格。输电价改革难以推行的主要原因是电网地域辽阔且各省各区域管理执行办法不同,造成成本核定困难,制定统一输电定价方法困难。(2)2010 年~2013 年核定准许成本和准许收益段。2010 年全国各省成立输配电价研究测算小组,启动全国范围内输配电价研究测算工作。2012 年发改办规定电力用户与发电企业直接交易试点电网输配电价执行两部制[5]。2013 年国家电网公司指出执行关于大用户直接交易准入条件规定的地区,争取建立大用户直接交易输配电价定期调整机制[6]。由于电网结构复杂、各级电网管理方法差异大、电网建设迅速,导致建设成本回收周期及方法存在差异、资产核定边界不明晰、准许成本核算存在困难。(3)2014 年至今输配电价试点阶段。14 年 11 月,深圳市成为输配电价改革试点,将购销差价输电价模式改为对电网企业实行总收入监管,明确输配电准许成本核定办法,建立对电网企业的成本约束和激励机制[7]。15 年上半年,我国输配电价改革试点范围快速在内蒙古、安徽、湖北、宁夏、云南、贵州等 6 个省铺开,输配电价摸底测算工作在试点范围以外地区同步开展[8]。同年 11 月颁布的六大电改配套文件中明确规定了“准许成本加合理收益”输配电价定价原则,提出了输配电价测算、交叉补贴改革、过渡时期电力直接交易的输配电价政策等。16 年 3 月,输配电价改革试点范围进一步扩大至全国 18 个省级电网和 1 个区域电网[9]。在输配电价改革十余年的时间里,尽管有蒙西、深圳改革经验可以参考,但在实际操作中,复杂程度远超预期,各省电价矛盾异常尖锐,输配电价迟迟未能出台[10]。不同区域电网、等级电网有不同的改革诉求和执行难度,深圳输配电范围较小,其输配电价模式难以复制在较远距离和区域较大的电网输电定价中,所以现在急需结合各个地区电网特点,大力探索适合于我国的输电定价方法。
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第 2 章 特高压输电网特点及输电价构成
 
2.1 我国特高压电网特点
输电网建设结构与输电价制定方法息息相关,只有研究中国输电网络特点及发展趋势,才能提出适应于当前国内电网发展的输电定价机制。例如,电网建设处于不同时期,建设成本的回收方法和速度将不相同;电网的复杂程度不同,输电成本分摊方法的选择和改进将不同;电网使用程度不同,处理阻塞和引导电源、负荷建设地点的方法不同。所以在为我国输电定价提出建议之前,需先充分了解我国输电建设现状、未来发展趋势及特点。(1)电源与负荷分布极不均衡。我国电源主要集中在西部、北部及中部地区,水能、风能、太阳能等可再生能源资源具有规模大、分布集中的特点,而所在地区大多负荷需求水平较低,主要负荷中心位于东部和南部地区,造成对大容量远距离输电的需求,形成“西电东送”、“北电南送”的基本能源流向[24]。所以我国输电网较国外输电电压等级更高更多、距离更远,建设成本更高,输电价在终端用户电费中的比例、输电成本的分摊方法,与其他国家有所不同。(2)电网结构复杂且受地域影响大。由于我国地域辽阔,以及电网建设历史原因,自然或人为形成了不同区域电网、省级电网,且各电网间又相互连接。在如此规模庞大的输电网存在交直流混联、成本核定方法不同、输电建设成本差异大、输电价收取对象和方法不同等诸多问题,所以我国输电定价方法将与国外存在差异,应考虑不同地区的特点制定基本原则相同但各具特性的定价方案。(3)电网发展要求更强的实时交互性。随着国家全球能源互联网的战略部署,新能源发电、并网技术和电力电子、计算机信息通信技术的不断提高,越来越多的清洁能源发电接入电网,电网自动化程度、负荷可控程度不断提高,使未来电网具有更大灵活性和实时可测可控性,要求输电价也应适应其发展。实时电价是符合电网和电力市场发展趋势的定价方案,所以输电价也应该是随电网运行状态变化的。(4)电网建设不足。我国输电网仍处于发展扩建阶段,用电量在将来仍会继续增加,虽然目前增速放缓,但长远来看我国人均用电量还远远低于发达国家,我国正处于工业化和城镇化快速发展的重要时期,能源需求具有刚性增长特征。且目前输电网的建设对于电源与负荷的统筹规划存在不足,导致输电阻塞等增加输电成本的情况存在,所以在输电定价时不能仅考虑输电网络结构而不考虑网络阻塞费用分摊的方法。
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2.2 特高压输电定价研究思路
目前我国对于特高压输电定价没有统一的方案,已投运的特高压交、直流输电工程均为“一线一价”,没有对特高压输电成本进行过具体的研究和分类,特高压输电网络的建设与其他电压等级的输电网络建设存在一定差别,特别是将特高压交直流输电连接成为统一的跨区域全国性输电网,在运行方式、管理维护上也有一定差异,所以需要对特高压输电成本、定价进行单独的研究[25]。本章通过分析特高压输电成本构成,为提出适应于我国特高压输电网特点的创新输电成本分摊方法奠定基础。确定合理的特高压输电费用是进行输电费用分摊的前提条件。输电费用由输电成本、合理利润及税金组成:输电成本包括接入服务成本、电能输送成本、辅助服务成本和管理服务成本;利润水平由国家确定;税金依据相关政策计算。我国输电费用的确定采取准许成本加收益的方式。
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第 3 章 基于混合 copula 改进概率潮流追踪法的特高压固定成本分摊方法 .... 17
3.1 概率潮流概述....... 17
3.2 Copula 理论 .......... 20
3.3 计及可再生能源相关性的混合 copula 改进概率潮流追踪法 .......... 22
3.4 基于混合 copula 改进概率潮流算法的特高压输电固定成本分摊方法 .... 25
3.5 算例及分析........... 27
3.6 小结............. 37
第 4 章 基于分类复功率潮流追踪法的特高压变动成本分摊方法........... 38
4.1 分类复功率潮流追踪法........... 39
4.2 交直流网络网损分摊..... 41
4.2.1 交直流混合特高压网损分类 ............ 41
4.2.2 交直流混合网络网损分摊特点 ........ 42
4.3 特高压交直流输电网损分摊............. 43
4.4 算例及分析........... 45
4.5 小结............. 49
第 5 章 结论与展望.......51
5.1 研究结论..... 51
5.2 研究展望..... 52
 
第 4 章 基于分类复功率潮流追踪法的特高压变动成本分摊方法
 
输电网的输电损耗一般在 8%左右[45],且在特高压输电系统中会有所减小,但由于输送距离远,输送功率大,网损仍是一个不可忽视的损耗。而且特高压交直流混合系统中网损的种类和特性与交流输电系统的情况有所不同,不单由于增加了直流输电部分而带来的新损耗的增加和线损的减少,并且交直流混合潮流的变化也对交流系统的网损产生影响,所以对于特高压交直流混合系统中网损的合理计算以及科学分摊是一个十分重要的问题,对于具体的电力交易和电网用户可能产生很大影响,不同网损分摊方法对用户网损分摊结果的影响可能高达 10%[46]。因此,对交直流特高压输电网损分摊方法的探讨及研究具有重要意义。现在常用的网损分摊方法一般分为平均网损分摊法、潮流跟踪法以及边际网损系数法。平均网损法即采用邮票法等简单的与潮流无关的分摊方法进行网损分摊,此类方法目的直接、过程清晰,可用于特高压输电初期,对单条线路进行网损分摊,但在形成特高压输电网络后该类方法缺少经济学信号的缺点会暴露出来。潮流跟踪法直接描述了电网中潮流的物理流向,量化电网中每个发电厂出力、用户负荷变化对电网潮流造成的影响。边际网损系数法是一种根据节点注入功率的单位变化量引起电网网损变化量来对各节点发电厂和用户进行网损分摊的灵敏度方法,具有良好的经济引导作用,但计算较为复杂[47]。网损的产生与输电线路上的电能传输潮流有关,所以其分摊也应该根据潮流进行分摊才更具科学性。潮流追踪法能够真实的反应网损产生的原因并追溯其根源进行公平合理分摊。文献[48]在潮流跟踪法的基础上,提出了一种对输电线路进行电流分解的网损分摊方法,该方法物理意义明确,适合于各种复杂的系统;文献[49]提出了一种基于等值导纳矩阵运算的改进潮流追踪解析算法,得到了发电机、负荷与线路的复功率分布;文献[50]提出一种面向输电元件的网损分摊模式,引入电网运营机构规定系数作为一种改进的潮流追踪方法;文献[51]通过无功潮流追踪,确定无功源节点对各个节点无功输入的贡献比例,以此作为无功控制的依据。这些文献虽然对潮流追踪法有诸多改进和探究,但均未对输电网中网损产生的原因进行深入分析并分类,没有针对不同性质的网损使用不同的分摊方法,且没有运用到特高压输电网中。
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结论
 
研究了国内外输电定价方法以及我国特高压输电定价现状,以我国特高压输电网络建设、运行特点为基础,提出了适合于我国特高压输电定价的思路及模型;由于交直流混合潮流对运行及成本分摊的影响,特以特高压交直流混合潮流计算结果为分摊依据,或将交直流混合潮流计算过程引入新提出的特高压成本分摊方法中,将特高压输电成本分为固定成本和变动成本,分别提出了计及可再生能源出力相关性的混合 copula 概率潮流追踪法和分类潮流追踪法两种方法对特高压输电固定成本和变动成本分别进行分摊,并采用 IEEE30 节点改进特高压交直流混合输电系统进行算例计算及分析,验证了提出方法的正确性和优越性,完成了一个完整的特高压输电定价研究。论文主要工作和取得的研究成果包括如下 4 点:
(1) 国内外输电定价方法研究与对我国特高压输电定价的启示分析了我国输电网建设特点,根据不同特点提出制定输电价的相关建议,简要介绍了我国输电价改革进程及现状。将国外现有输电定价方法分为基于电量、基于最大用电容量、基于位置、基于电网潮流和基于收益方等五类,详细介绍了每种方法的内涵和正在使用该方法的国外电力市场,并从六个方面全面对比了其优缺点及适用场合,探讨我国输电定价可用的方法。
(2) 我国特高压输电定价模型通过分析我国特高压输电建设及运行特点、趋势,对特高压输电成本进行分类,结合现行输电定价方法及已出台相关政策,提出特高压输电定价模型,在该模型基础上分别对特高压输电固定成本及变动成本进行分摊研究及创新。
(3) 基于可再生能源出力相关性的基于混合 Copula 概率潮流追踪法的输电固定成本分摊研究由于接入大规模可再生能源带来的不确定性因素和相关性因素对电网潮流及输电成本分摊结果的影响,引入混合 copula 函数构建具有相关性输入随机可再生能源出力的概率分布模型,与蒙特卡洛法概率潮流计算方法和潮流追踪法相结合,提出了一种计及可再生能源出力相关性的混合 copula 概率潮流追踪法分摊特高压输电固定成本。以 IEEE30 节点改进交直流混合特高压输电系统为例,并在发电端加入两个风力发电厂实际出力,对混合 copula 函数的出力模拟值进行了准确性评估,并分析了概率潮流追踪法分摊输电固定成本结果的有效性。
(4) 基于分类潮流追踪法的特高压输电网损分摊依据交直流特高压系统中各部分造成网络损耗的电力设备的特性,提出了一种对固定网损和变动网损分类进行潮流追踪的网损分摊方法,运用交直流混合潮流计算结合比例潮流追踪法分摊变动网损,并改进此方法,根据用户年典型潮流和电网使用率采用平均潮流追踪法分摊固定网损。最后通过 IEEE30 节点交直流改进系统仿真算例,将网损分摊结果与传统潮流追踪法网损分摊结果进行对比,验证了该方法的可行性及合理性。
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参考文献(略)
(责任编辑:gufeng)
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