1、電力商品供給與需求的平衡過(guò)程是以光速來(lái)衡量的，同時(shí)又必須遵循KCL和KVL兩個(gè)定律，以及諸多質(zhì)量和安全的要求。因此與一般普通商品相比，電力商品有其極度的復(fù)雜性和差異性。由此電力市場(chǎng)僅依據(jù)現(xiàn)有的經(jīng)濟(jì)理論而不充分結(jié)合電力系統(tǒng)的運(yùn)行規(guī)律，難以準(zhǔn)確、到位地解釋電力系統(tǒng)運(yùn)行中的市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)問(wèn)題，這在某種程度上阻礙或制約了電力工業(yè)改革的良性、穩(wěn)健發(fā)展。以此為出發(fā)點(diǎn)，本文結(jié)合經(jīng)濟(jì)學(xué)思想，針對(duì)電力商品生產(chǎn)、傳輸、使用各環(huán)節(jié)構(gòu)成的電力系統(tǒng)，從運(yùn)行調(diào)度(ISO

2、)層面，深入研究了計(jì)及各種制約影響所反映出的經(jīng)濟(jì)規(guī)律和市場(chǎng)規(guī)律，以促進(jìn)市場(chǎng)環(huán)境下電力系統(tǒng)運(yùn)行調(diào)度理論的發(fā)展。 在經(jīng)濟(jì)學(xué)理論基礎(chǔ)上，通過(guò)對(duì)電力商品供給、需求及其平衡規(guī)律的分析，給出了電力商品兩個(gè)屬性，即積分和微分屬性的定義，以及更苛刻條件下的一個(gè)屬性，即實(shí)時(shí)匹配屬性的定義。在此背景下，依據(jù)優(yōu)化數(shù)學(xué)理論，提出等效電力商品的概念及其表達(dá)，并給出了有數(shù)學(xué)依據(jù)并符合資源優(yōu)化配置的論證。合格的電力商品需要多種輔助手段(目前稱為輔助服務(wù))才能

3、得以實(shí)現(xiàn)和使用，輔助服務(wù)正是電力市場(chǎng)實(shí)施的難點(diǎn)，也是市場(chǎng)環(huán)境下電力系統(tǒng)運(yùn)行調(diào)度研究的焦點(diǎn)。等效電力商品將輔助服務(wù)蘊(yùn)于其中，由此提出了等效度量輔助服務(wù)的思想。為實(shí)現(xiàn)這一思想，本文建立了滿足凸規(guī)劃假設(shè)條件下的廣義優(yōu)化模型，以優(yōu)化結(jié)果的信息刻畫(huà)輔助服務(wù)的價(jià)值，體現(xiàn)等效的數(shù)學(xué)本質(zhì)，奠定了本研究的理論基礎(chǔ)。 以上述思想、理論為核心，本文研究市場(chǎng)環(huán)境下電力系統(tǒng)運(yùn)行調(diào)度的經(jīng)濟(jì)規(guī)律，涉及電力系統(tǒng)運(yùn)行中，有功調(diào)度問(wèn)題，無(wú)功調(diào)度問(wèn)題，以及有功與無(wú)功

4、聯(lián)合調(diào)度的問(wèn)題。另外，針對(duì)實(shí)際電力系統(tǒng)運(yùn)行調(diào)度中非凸性所引起的成本回收問(wèn)題，在本文思想和理論的基礎(chǔ)上，就市場(chǎng)機(jī)制下成本補(bǔ)償產(chǎn)生原因及補(bǔ)償機(jī)制進(jìn)行了初步探討，從而使本文的研究在體系上進(jìn)一步完整。具體主要體現(xiàn)在： 首先在直流潮流基礎(chǔ)上，對(duì)有功運(yùn)行調(diào)度問(wèn)題進(jìn)行了深入研究，主要貢獻(xiàn)體現(xiàn)在四個(gè)方面： (1)就有功備用而言，設(shè)置的目的是應(yīng)對(duì)運(yùn)行中發(fā)生的不確定性因素，如發(fā)電的不確定性、輸電網(wǎng)絡(luò)的不確定性、負(fù)荷的不確定性等。通過(guò)分析這些

5、不確定性因素對(duì)電力系統(tǒng)運(yùn)行的影響及后果，闡明了不確定性引起備用的因果，揭示了有功備用的機(jī)理，明確了備用的責(zé)任，提出了按影響系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)水平程度大小來(lái)分?jǐn)倐溆秘?zé)任的思想和量化表達(dá)。研究表明，按一定風(fēng)險(xiǎn)準(zhǔn)則，備用為明確的對(duì)象而配置，備用的提供者和享用者具有明了的映射關(guān)系，對(duì)大系統(tǒng)來(lái)講又具有重疊性，參與者各負(fù)其責(zé)且相互共享備用是一定安全水平下最好的共贏局面。 (2)依據(jù)上述思想，提出一定風(fēng)險(xiǎn)準(zhǔn)則下，計(jì)及備用的新的電力系統(tǒng)有功調(diào)度模型。該模

6、型引入具有明確對(duì)象和責(zé)任的備用約束，使備用的配置能夠剛好覆蓋預(yù)想的風(fēng)險(xiǎn)水平，并顯現(xiàn)備用的邊際價(jià)值信號(hào)，同時(shí)明確量化備用的提供者和享用者，以及各自應(yīng)該承擔(dān)的責(zé)任。這一思想與傳統(tǒng)方法有著本質(zhì)的區(qū)別，能夠適應(yīng)市場(chǎng)環(huán)境下備用配置透明、清晰的需要，同時(shí)機(jī)會(huì)成本作為反映備用價(jià)值的信息，進(jìn)一步透射出等效電力商品的意義。 (3)輸電網(wǎng)絡(luò)是備用得以使用的通道，若輸電網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)制約現(xiàn)象，必然會(huì)造成備用的無(wú)效。因此，當(dāng)考慮輸電網(wǎng)絡(luò)的不確定性時(shí)，備用發(fā)生

7、轉(zhuǎn)移現(xiàn)象是不可避免的。本文根據(jù)系統(tǒng)給定的風(fēng)險(xiǎn)準(zhǔn)則，建立了計(jì)及輸電網(wǎng)絡(luò)不確定性的有功調(diào)度模型，即上述模型的擴(kuò)展。該模型對(duì)輸電網(wǎng)絡(luò)不確定性事件發(fā)生所引起的備用配置進(jìn)行了有效的修正，明確了備用配置(無(wú)輸電網(wǎng)絡(luò)制約時(shí))轉(zhuǎn)移的機(jī)理，使備用的邊際價(jià)值信號(hào)由系統(tǒng)轉(zhuǎn)移到了節(jié)點(diǎn)，出現(xiàn)了空間上的差異，進(jìn)一步完善和發(fā)展了上述模型。 (4)需求側(cè)在市場(chǎng)機(jī)制下成為主動(dòng)者是電力市場(chǎng)的一個(gè)顯著特點(diǎn)，另外不確定性事件是隨機(jī)的，可見(jiàn)上述的研究在某種程度上尚存在保

8、守性的弱點(diǎn)。若進(jìn)一步按市場(chǎng)機(jī)制考慮需求側(cè)對(duì)備用的貢獻(xiàn)以及不確定性事件發(fā)生的概率，就會(huì)帶來(lái)更客觀的效益。由此，在上述研究基礎(chǔ)上，引入各種不確定性事件發(fā)生的概率，以社會(huì)效益期望最大化為目標(biāo)，建立了概率條件下的有功調(diào)度模型。該模型進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)效益與風(fēng)險(xiǎn)的折中處理，使其更加符合市場(chǎng)實(shí)際，即通過(guò)引入不同預(yù)想事件發(fā)生的概率，構(gòu)成目標(biāo)的期望加權(quán)，實(shí)現(xiàn)按概率風(fēng)險(xiǎn)水平調(diào)度有功及備用，進(jìn)而獲取社會(huì)效益的提高。 其次，在有功運(yùn)行調(diào)度研究基礎(chǔ)上，進(jìn)一步對(duì)

9、有功調(diào)度受無(wú)功、電壓影響所反映的經(jīng)濟(jì)規(guī)律進(jìn)行了研究，主要貢獻(xiàn)體現(xiàn)在四個(gè)方面： (1)在電力系統(tǒng)運(yùn)行中，無(wú)功的價(jià)值體現(xiàn)在維持正常情況或異常情況所需無(wú)功支撐的貢獻(xiàn)，以及正常情況下運(yùn)行費(fèi)用(損耗)的節(jié)約。因此，本文分別從無(wú)功供給和需求兩個(gè)角度出發(fā)，給出了無(wú)功在電力系統(tǒng)運(yùn)行中引起成本變化的數(shù)學(xué)描述。分析表明，無(wú)功的需求或供給沒(méi)有嚴(yán)格的界限，其價(jià)值由是否引起有功運(yùn)行成本變化決定，若引起有功調(diào)度成本增加，則需對(duì)其懲罰，反之則需對(duì)其進(jìn)行補(bǔ)償；

10、懲罰或補(bǔ)償?shù)挠白臃从碂o(wú)功的邊際價(jià)值信息；同時(shí)無(wú)功的需求或供給都是無(wú)條件必須完成的，否則既會(huì)影響自身利益，又會(huì)影響其他成員，這是電力系統(tǒng)特有的物理規(guī)律決定的。 (2)正常運(yùn)行狀況下，當(dāng)發(fā)電機(jī)組輸出無(wú)功而未制約其有功輸出時(shí)，無(wú)功分布引起有功調(diào)度成本增加，主要是由于無(wú)功需求或供給引導(dǎo)電壓水平變化伴隨網(wǎng)損功率的增減而產(chǎn)生的機(jī)會(huì)成本。在這種情況下，當(dāng)有功調(diào)度方式給定時(shí)，以網(wǎng)損最小為目標(biāo)進(jìn)行無(wú)功優(yōu)化，伴隨無(wú)功優(yōu)化的副產(chǎn)品(各類乘子)，給出了

11、節(jié)點(diǎn)邊際價(jià)格的快速近似修正方法。這一修正的本質(zhì)是對(duì)網(wǎng)損(包含有功分布產(chǎn)生和無(wú)功分布產(chǎn)生)引起成本增加的分配，以體現(xiàn)各參與者對(duì)損耗貢獻(xiàn)的獎(jiǎng)懲機(jī)制，也顯現(xiàn)在實(shí)際電力系統(tǒng)運(yùn)行調(diào)度中對(duì)無(wú)功價(jià)值的度量。 (3)進(jìn)一步，又從數(shù)學(xué)優(yōu)化角度按無(wú)功分布與電壓水平之間牽制的疏密程度定義了三種無(wú)功優(yōu)化解的狀態(tài)，即松弛狀態(tài)、制約狀態(tài)和臨界狀態(tài)。并對(duì)這三種狀態(tài)下無(wú)功引起成本增加的變化規(guī)律進(jìn)行分析，揭示了無(wú)功支撐系統(tǒng)電壓水平所產(chǎn)生的價(jià)值。結(jié)果表明：當(dāng)處于松

12、弛狀態(tài)時(shí)，無(wú)功分布幾乎逼近電流的經(jīng)濟(jì)分布條件，此時(shí)輸電網(wǎng)上流動(dòng)的無(wú)功最少，單位無(wú)功流變化引起的損耗流最小，由此其邊際價(jià)值也最小。當(dāng)處于制約狀態(tài)時(shí)，一定有節(jié)點(diǎn)電壓達(dá)到了下限，無(wú)功分布為支撐這一局面導(dǎo)致了損耗增加，相應(yīng)節(jié)點(diǎn)的無(wú)功邊際價(jià)值隨之增大，由此顯現(xiàn)網(wǎng)損增大的主要責(zé)任者。當(dāng)處于臨界狀態(tài)時(shí)，意味著能剛好滿足系統(tǒng)電壓水平的要求，此時(shí)無(wú)功邊際價(jià)值將陡升。按三種狀態(tài)，可以界定無(wú)功供給或需求的程度，以引導(dǎo)無(wú)功資源布局的合理性。 (4)另一

13、種情況，當(dāng)發(fā)電機(jī)組由于輸出無(wú)功而制約其有功輸出時(shí)，如輕載下可能需要某些發(fā)電機(jī)組的進(jìn)相運(yùn)行等，導(dǎo)致有功方式受到無(wú)功牽制的情況出現(xiàn)。通過(guò)完整的最優(yōu)潮流求解，對(duì)該情況下無(wú)功引起的機(jī)會(huì)成本本質(zhì)進(jìn)行了推導(dǎo)。分析表明，無(wú)功支撐作用的代價(jià)不僅包含網(wǎng)損變化引起的機(jī)會(huì)成本，同時(shí)也包含有功無(wú)功牽制所產(chǎn)生的顯著機(jī)會(huì)成本，此情況顯現(xiàn)無(wú)功和有功的當(dāng)量交換，出現(xiàn)無(wú)功實(shí)質(zhì)性的邊際價(jià)值。 最后，上述市場(chǎng)環(huán)境下電力系統(tǒng)調(diào)度理論的研究，均隱含一種假設(shè)，即研究對(duì)象構(gòu)

14、成的模型滿足凸規(guī)劃條件。而由于發(fā)電機(jī)組準(zhǔn)固定成本的存在，如無(wú)負(fù)荷費(fèi)用、啟停費(fèi)用等，若按邊際價(jià)格清除，必然會(huì)出現(xiàn)成本補(bǔ)償問(wèn)題而無(wú)法實(shí)現(xiàn)有效的市場(chǎng)交易。由此，從完全競(jìng)爭(zhēng)的理論出發(fā)，分析、比較了按成本最小和按用戶付費(fèi)最小兩種目標(biāo)的調(diào)度方法，后者不存在成本補(bǔ)償問(wèn)題，但不能引導(dǎo)出使社會(huì)效益發(fā)展最好的信息，前者則相反，同時(shí)反射本文思想取前者的理由。對(duì)此，本文利用了附加成本函數(shù)的概念，實(shí)現(xiàn)了成本補(bǔ)償問(wèn)題的處理，并給出基本的方法和深層次問(wèn)題處理的思路。