电力市场对电力系统运行可靠性的影响（一）

书名：电力市场对电力系统运行可靠性的影响（二）

书号：9787302240549

作者：王锡凡、王秀丽、别朝红、王建学

定价：63元

出版日期：2010-12-1

出版社：清华大学出版社

电力市场对电力系统运行可靠性的影响（一）内容简介

电力工业的市场化改革产生了电网和多个发电厂商等市场主体，在提高系统竞争水平的同时，必须分析其对系统可靠性产生的影响。

本书分为理论研究和电力市场模拟仿真平台两部分。

为保证电力系统的安全运行和具有足够的充裕度，本书对市场环境下的系统备用问题、机组检修规划安排、发电投资、需求响应等问题进行研究，提出了新的模型和算法。研究了最优潮流、随机潮流、随机网流和改进蒙特卡洛模拟进行大系统可靠性评估等的模型理论，开发了相应的软件，为防止事故发生提供了工具。

为了对电力市场运营模式及其对电力系统的影响进行有效评估，本课题开发了综合性的电力市场运营模拟仿真平台。平台实现了分时竞价和分段竞价模式，并考虑了水电削峰、省间潮流断面约束和节能调度等因素。该平台能同时支持实验经济学和智能代理理论，可对各种模式市场进行分析。该模拟仿真系统已在西北电力交易中心运行。

本书 可供高等院校电力系统专业的研究生以及从事电力系统运行、规划设计和科学研究的人员参考。

电力市场对电力系统运行可靠性的影响（一）前言

在世界范围内电力工业正经历一场结构改革。在这场电力工业重组的改革中，核心是实现以“厂网分开，电网开放”为基础的电力市场化，要求打破发电、输电、配电、售电一体化的传统结构和地区性垄断。这种变革必然会带来许多与过去的垄断经营不同的新问题，对电力工业的管理、经营、规划及调度等都将产生深层的影响和巨大的冲击，给系统安全带来诸多未知的和不确定的因素。

2003年8月以后，世界范围内连续发生了几次大停电。由于大面积停电除了在经济上造成巨大损失外，还给人民生活带来危害，甚至会影响社会稳定，因而引起了社会的广泛关注。造成大停电的原因未必和推进的电力市场直接有关，但我们应该从中汲取经验教训，使电力市场的设计和运营更有利于电网安全保障。

在计划经济或垄断环境下，电网安全完全由垄断的电力部门负责。在市场环境下，电力工业由不同实体的市场参与者组成。在这种情况下，如何保证电力工业的建设“适当超前”，使发电系统和输电系统有必要的充裕度；如何保证系统运行时组织发电厂商提供足够的有功和无功电源；如何使输电系统适应瞬息万变的运行情况，是我们从电力市场运营角度确保电网安全、防止大面积停电面临的重要研究课题。

应该指出，在市场经济条件下，解决电力系统可靠性问题不仅要考虑在安全和经济之间寻求适当的折中，而且还要协调各市场主体之间的利益。所有这些都给我们的研究工作带来新的挑战。电力市场的结构和规则不同，对电力系统可靠性的影响也不同。为此，应对各种模式电力市场进行模拟仿真研究。

本课题针对电力市场对电力系统可靠性影响进行了全面深入的研究，获得了丰硕的理论成果并建立了电力市场的模拟仿真平台。理论成果涉及电力市场条件下发电系统和输电系统的充裕度问题。

发电系统充裕度的核心问题是在经济性和可靠性之间进行协调。供电可靠性是有成本和效益的。当其成本低于效益时，应采取措施提高可靠性，例如可以增加系统的装机容量；否则，应满足当前的可靠性水平。基于这个基本思路，我们提出了系统有功弹性备用和发电机组状态检修的概念，并对电力市场条件下负荷管理和发电厂商的投资决策从效益和风险两方面进行了分析和建模。

电力市场中，各市场参与者片面追求经济效益而可能带来新的不稳定因素，备用的获取和定价遇到了许多新挑战。本项目对系统最优备用容量、分区备用等问题作了深入研究。对于前者，提出了通过分析购买备用的费用及其产生的效益来动态确定最优备用容量的弹性备用思想；对于后者，从事故预调度和网络流两个不同角度进行讨论，对网络约束和当地备用进行了分析，并进一步提出了备用费用的分摊方法。

市场环境下，机组检修规划模式应由以系统运行为中心转向在发电厂商经济效益和系统运行可靠性之间取得均衡。本项目系统地研究了机组突然故障、市场电价波动等不确定因素对发电厂商和系统机组检修安排的影响，讨论了不同充裕度水平下的检修模式，给出了基于迭代思想和基于市场竞争的机组检修规划模型。

发电投资风险决策问题是电力市场下的热点问题。本书提出了火电厂投资风险决策模型： ①提出了全新的机会成本评价原则，使资金在全局意义下得到最合理利用。以投资商最关心的装机进度和规模以及融资结构作为决策变量，建立了电力市场环境下火电厂项目投资决策问题的实用而新颖的数学模型，进而应用博弈论方法，分析了竞争对手投产策略对本项目的影响，形成了投资风险决策的整体框架。②结合一般项目投资风险分析的方法，对现有的火电厂投资风险决策模型进行了改进： 一是对决策变量的精简，使之更具实用性;二是引入投资组合理论和期望效用理论,使决策过程更加理性化。在收益风险评估阶段，采用蒙特卡洛模拟进行分析；在风险决策阶段，结合投资者风险偏好，综合考虑期望收益和风险，对所有方案进行评价与选择。

电力市场对电力系统运行可靠性的影响（二）前 言需求响应是需求侧管理在电力市场下的发展。针对基于价格的需求响应项目特点，提出了不同应用背景下的决策模型。①利用电量电价弹性矩阵来描述用户响应，综合考虑丰枯季节用电量差异率、水火互济指数和电网公司实施丰枯季节电价的风险度，建立了一种有效的丰枯季节电价决策模型，用于制定合理的丰枯季节电价水平。②考虑用户对尖峰电价的响应与电价预测模型，建立了一种兼顾用户和供电公司利益的尖峰电价决策模型，用于制定合理的尖峰电价实施策略并选择合适的尖峰日。③采用无套利定价原理推导了实时电价套期保值合同的定价模型，并利用蒙特卡洛模拟法对合同进行定价。基于条件风险价值(CVaR)法，建立了综合考虑用户购电成本与购电风险的决策模型，用于不同风险喜好的用户制定合适的套期保值策略。

本项目还分析了电力市场环境下最优潮流的发展情况及其在电力市场中的应用，着重介绍了使用内点法求解最优潮流的方法。考虑电网离散约束变量的优化问题是最优潮流发展的一个重要方面。内点割平面方法集中了割平面法和内点法的优点，非常适合于求解大规模系统的离散优化问题，但是研究发现内点法在求解松弛的线性规划问题时，如果问题具有多重解，最优解会收敛到凸多面体的最优面的内部，此时内点割平面算法会由于无法得到正确的最优基信息来生成割平面而失效。在此基础上，提出了一种通用的最优基判别准则，解决了原算法失效的问题，提高了算法的鲁棒性。

为了解决应用最优潮流无解时遇到的困难，提出了一种最优潮流的扩展模型(Extended Optimal Power Flow, EOPF)来恢复最优潮流的可行性。在等式约束和不等式约束中加入松弛变量，并在目标函数中加入相应的惩罚项，采用改进的原对偶内点法来求解。当原问题可行时，该模型可以收敛到原问题的最优解；当前约束或者控制变量越界导致原问题无解时，可以自动到更大的可行域内寻优，快速地得到近似解，并且可以明确指出是导致原问题无解的关键约束，从计算结果中可以方便地得到调整的措施。改进的算法在各种情况下都有很好的收敛性。

电力市场运行中，随机因素的影响越来越受到重视，本书给出了一种考虑线路随机故障的随机潮流算法。将线路随机故障等效为线路端节点注入功率的扰动，将负荷波动和发电机故障都当做节点注入功率的变化，以线性化的潮流方程计算它们引起节点电压和支路功率的变化量。为减小线性化引起的误差，对系统影响较大的离散扰动以确定性潮流计算系统状态的变化。在求节点电压和支路功率分布的各阶半不变量时对连续正态分布和离散分布两部分分别计算。用Von Mises提出的方法由各阶矩求离散分布，与正态分布卷积后获得电压和支路功率的分布函数。

本书从理论上提出了电网可靠性评估的随机网流模型。采用随机网流可对电网结构进行系统的剖析，甄别引起连锁事故的元件，量化各元件在电网中的重要程度，并计算出满足给定负荷的概率。为区域网之间的联络线评估以及互联系统可靠性的评估提供了有力的工具。

大型电力系统可靠性评估是确保电力市场安全运行的必需环节，报告建立一种新的蒙特卡洛模拟方法--马尔可夫链蒙特卡洛方法(Markov Chain Monte Carlo,MCMC). MCMC方法是一种特殊的蒙特卡洛方法，它将随机过程中的马尔可夫过程引入到蒙特卡洛模拟中，实现动态蒙特卡洛模拟。该方法通过重复抽样，建立一个平稳分布与系统概率分布相同的马尔可夫链，从而得到系统的状态样本。由于MCMC方法考虑了系统各个状态间的相互影响，相比于随机采样的蒙特卡洛方法所得到的独立样本序列，更准确地模拟了电力系统运行实际情况。

对电力市场运营模式及其对电力系统的影响有效评估，除了进行理论和算法的研究以外，还应对不同类型电力市场进行模拟仿真研究，需要开发一个高效的、综合性的电力市场运营模拟仿真平台。

本课题所建立的平台结合实际，不仅实现了分时竞价和分段竞价模式，并结合水电削峰、自动划分负荷段、考虑省间潮流断面约束和节能调度等，为模拟试验、制定规则和培训提供了有力工具。此外，该平台能同时支持实验经济学和智能代理理论，可灵活配置参数进行市场模拟，从而可对各种模式市场进行分析。同时，所开发的软件可对相应的电网安全可靠性进行全面评估。该模拟仿真系统已在西北电力交易中心运行。

本研究报告将分为理论研究和平台的建立两部分对上述成果进行总结。

本书是根据作者承担的“973”项目“电力市场对电力系统运行可靠性的影响研究”报告整理编写的，由王锡凡教授负责，王秀丽教授、别朝红教授和王建学副教授共同完成。参加本项目研究和本书编写工作的还有华南理工大学陈皓勇教授、西安交通大学丁晓莺讲师以及刘林博士、张钦博士、冯长有博士等。很多研究生帮助完成了本书的绘图和输入、校对书稿等工作。西北电网有限公司交易中心的陈天恩、侯荆州、李焰等同志也在电力市场模拟仿真平台开发方面提出了大量有建设性的意见，为本项目的顺利完成做出了很大的贡献。

电力市场对电力系统运行可靠性的影响（一）目录

第1篇 理论成果第1章 电力市场下的备用问题研究3

1.1 最优备用容量研究3

1.1.1 弹性备用思想4

1.1.2 顺序出清模式下的弹性备用7

1.1.3 联合出清模式下的弹性备用9

1.2 分区备用研究12

1.2.1 区域备用电网的组织形式13

1.2.2 分区备用的购买-预调度双层模型14

1.2.3 基于网络流的分区备用模型18

1.2.4 分区备用的费用分摊23

第2章 电力市场下的机组检修规划问题研究25

2.1 机组失效分析25

2.1.1 机组失效模型26

2.1.2 机组更新费用评估28

2.2 基于系统运行成本的检修策略28

2.2.1 系统运行成本分析29

2.2.2 机组检修规划模型30

2.2.3 模型求解流程31

2.3 发电厂商的机组检修规划模型32

2.3.1 考虑机组故障的发电厂商检修策略32

2.3.2 考虑电价波动的发电厂商检修策略35

2.4 基于迭代协调的检修规划策略40

2.4.1 发电厂商及ISO的检修策略40

2.4.2 迭代协调机制43

2.5 基于市场竞争的机组检修规划策略46

2.5.1 基本框架47

2.5.2 机组经济效益评估及检修竞价费用确定48

2.5.3 检修计划的调整机制50

2.5.4 费用分摊机制52

第3章 发电投资风险决策研究53

3.1 火电厂投资风险决策53

3.1.1 火电厂投资风险决策的整体框架53

3.1.2 投资决策模型54

3.1.3 博弈分析59

3.1.4 投资优化模型的启发式算法61

3.2 改进的发电投资风险决策问题的分析和建模65

3.2.1 投资风险决策的整体框架65

3.2.2 风险辨识与估计模块67

3.2.3 收益风险评估模块68

3.2.4 风险决策模块69

3.2.5 模型的求解方法与步骤72

3.3 小结72

第4章 电力市场下需求响应研究73

4.1 电力市场下需求响应概述73

4.2 丰枯季节电价决策模型分析75

4.2.1 用户价格响应模型75

4.2.2 丰枯电价评估体系76

4.2.3 丰枯电价模型79

4.3 尖峰电价决策模型分析79

4.3.1 尖峰电价实施机制80

4.3.2 尖峰电价决策基础81

4.3.3 尖峰电价模型82

4.4 需求侧实时电价下用户购电风险决策84

4.4.1 用户购电风险决策基础85

4.4.2 用户购电风险决策模型87

4.5 小结89

第5章 最优潮流及在阻塞管理中的应用91

5.1 电力系统最优潮流91

5.1.1 最优潮流模型91

5.1.2 最优潮流的算法92

5.1.3 最优潮流问题的内点法95

5.1.4 算例分析98

5.2 基于最优潮流的阻塞管理方法101

5.3 考虑电网离散变量约束的优化算法106

5.4 考虑可靠性指标的最优潮流的研究108

5.4.1 基于"para" label-module="para">

5.4.2 随机因素的处理110

5.5 恢复最优潮流可行性的实用方法112

第6章 随机潮流和随机网流分析117

6.1 随机潮流117

6.1.1 半不变量法117

6.1.2 潮流方程的线性化122

6.1.3 随机潮流计算流程124

6.1.4 算例分析125

6.1.5 考虑线路故障的随机潮流131

6.2 随机网流137

6.2.1 概述137

6.2.2 网流模型138

6.2.3 网流可行解的集聚及下界矢量144

6.2.4 输电系统可靠性145

6.2.5 算例分析146

第7章 蒙特卡洛模拟148

7.1 蒙特卡洛模拟法的基本理论148

7.2 电力系统运行状态抽样150

7.3 系统的状态评估模型151

7.4 可靠性评估的指标152

7.5 安全评估的计算流程152

7.6 马尔可夫链蒙特卡洛模拟法156

7.7 算例分析158

参考文献161

第2篇 电力市场模拟仿真平台

第8章 电力市场模拟平台概述171

8.1 电力市场模拟平台的主要功能171

8.2 平台的主要特点172

8.2.1 核心算法的主要特点172

8.2.2 平台界面的主要特点173

8.3 平台的创新点174

第9章 电力市场模拟的基本理论175

9.1 电力市场仿真的目的和意义175

9.1.1 市场规则研究175

9.1.2 市场环境研究175

9.1.3 报价策略研究175

9.1.4 电力监管研究176

9.1.5 电力市场培训176

9.2 电力市场仿真的研究方法176

9.2.1 基于代理的计算经济学176

9.2.2 智能代理算法178

9.2.3 实验经济学的基本原理180

9.3 电力市场仿真模型183

9.3.1 标准的古诺寡头模型184

9.3.2 供给函数均衡模型186

9.3.3 拍卖模型188

9.4 小结190

第10章 生产模拟基本理论192

10.1 随机生产模拟基本理论192

10.1.1 等效持续负荷曲线的概念192

10.1.2 纯火电系统的随机生产模拟过程193

10.1.3 包含多个水电机组的随机生产模拟194

10.2 等效电量函数法196

10.2.1 等效电量函数法的基本原理196

10.2.2 多状态机组与分段机组的处理199

10.3 水电削峰202

10.3.1 水电削峰基本方法202

10.3.2 区域内多地区的水电削峰202

第11章 电力市场竞价基本理论204

11.1 日前电力市场概述204

11.1.1 报价格式204

11.1.2 市场出清方式205

11.1.3 机组约束处理205

11.1.4 网络约束处理205

11.2 分时竞价原理205

11.3 分段竞价原理207

11.3.1 负荷曲线的分段方法207

11.3.2 分段竞价机制原理208

11.3.3 分段竞价的出清过程209

11.4 分段节能调度原理210

11.5 基于LR算法的市场出清程序开发与性能研究211

11.5.1 拉格朗日松弛法211

11.5.2 形成可行的开停机方案213

11.6 安全校核218

第12章 电力市场模拟仿真有关算法及程序设计220

12.1 日前市场分时竞价数学模型220

12.1.1 本系统实现的分时竞价出清方法概述220

12.1.2 算法1--无约束排队法出清221

12.1.3 算法2--机组约束排队法出清222

12.1.4 算法3--机组约束拉格朗日法出清224

12.1.5 算法4--跨省/区竞价交易模式225

12.1.6 出清时对输电断面约束的处理225

12.2 出清时对物理合同和金融合同的处理226

12.2.1 物理合同的处理226

12.2.2 金融合同的处理227

12.3 智能代理算法程序设计228

12.3.1 代理即发电商（Agent) 228

12.3.2 R-E算法模型及流程图228

第13章 电力市场模拟仿真平台的设计与应用231

13.1 电力市场模拟仿真平台设计231

13.2 实验经济学方案设计与实验步骤232

13.3 平台操作界面233

参考文献240 2100433B

书名：电力市场对电力系统运行可靠性的影响（一） 《电力市场对电力系统运行可靠性的影响（一）》是薛禹胜、许剑冰编著的研究电力市场系列的书籍之一，内容分为3篇。

电力市场对电力系统运行可靠性的影响（一）内容简介

本书研究电力市场对电力系统运行可靠性的影响，内容分为3篇。第1篇为电力市场环境下发电充裕度评估，研究了不确定因素对发电投资决策和系统机组检修安排的影响，提出了动态确定最优备用容量的弹性备用思想，阐述了可中断负荷的补偿机制与补偿费计算方法，发展了两部制无功定价新方法和无功等值定价方法，并针对不同需求响应特点提出了有效的电价决策模型。第2篇为电力市场环境下输电充裕度评估和阻塞管理，研究了电力市场环境下的电网规划、阻塞管理、ATC计算、输电系统充裕性指标，以及电力市场环境下输电系统安全评价方法和安全稳定措施控制效果评价方法。第3篇为电力市场与电力系统的交互稳定性，提出了电力市场动力学的框架模型以及电力市场电力系统交互动态仿真的方法，研究电力市场稳定性的定性定量分析以及危机防御、电力系统长期动态仿真、电力市场动态阻塞管理以及排放权市场对电力市场的影响。

本书可供高等院校电力系统专业的研究生以及从事电力系统运行、规划设计和科学研究的人员参考。

电力市场对电力系统运行可靠性的影响（一）前言

电力工业不但依赖于遵循物理规律的能量传输过程，还与遵循经济规律的市场交易过程、参与者的博弈及监管框架密切相关。电力市场以电力系统为物理基础，其竞争充分性受到发电容量和输电阻塞的限制。反过来，电力市场不但通过交易而影响电力系统的潮流，进而影响系统的可靠性，还通过价格信号影响到电力系统的投资和远期的发输电容量及布置，从而影响电力工业的长远可靠性。此外，监管的组织和措施也影响到电力市场和电力系统的可靠性。

电力工业的安全可靠性不但包括电力系统在物理扰动下的稳定程度，也包括电力市场在经济扰动下的稳定程度。但是，电力市场稳定性和电力系统可靠性一直被割裂开研究。研究电力市场稳定性时，并不考虑输电对可用发电容量的约束。研究电力系统可靠性时，也仅是认识到电力市场使电力系统的运行条件更趋近于极限和更不确定，强调了稳定性的在线、定量、概率分析，但并未理解电力市场的运营情况会对电力系统的长期可靠性产生巨大的影响。

电力生产和消费必须随时平衡，但其流通环节具有自然垄断性，而生产规模的扩大却需要时间，故没有适度监管的电力市场是极不稳定的。在不稳定的电力市场中，电力系统不可能可靠供电。在不安全的电力系统中，电力市场的稳定性也难以得到保证。因此，必须同时考虑物理稳定性和经济稳定性，正确地反映利润积累、投资行为、可用发电容量和可用输电容量的动态行为。

电力市场稳定性是能源安全战略中的重要问题之一，但至今研究还不多见。并且，这些研究都局限于： ①电价在均衡点附近的小扰动； ②线性化模型； ③特征值分析； ④定性研究； ⑤不考虑投资市场对交易市场的影响； ⑥不考虑可用发电容量的变化； ⑦不考虑电网阻塞； ⑧不考虑参与者的博弈策略； ⑨不考虑扰动强度和扰动持续时间的影响。加州电力市场危机说明现有的经济动态模型和分析方法都不适用，迫切需要新的思路和算法。

国网电力科学研究院于2003年获得国家自然科学基金资助（项目50377007) ，研究电力市场稳定性与电力系统可靠性的相互影响，完成了交易市场和投资市场的经济稳定性与电力系统物理可靠性之间的关系研究，初步建立了数学模型。在此基础上，研究了竞争充分性对电力市场经济稳定性的影响，以及计及风险的电力市场稳定量化分析。用仿真手段再现了加州电力危机的动态过程，研究了防御对策。通过引入电力市场的稳定裕度和稳定域概念，用灵敏度技术直接估计各种稳定措施的临界控制量，定量研究了预防控制、紧急控制和协调控制的效果。同时，在涉及市场力、网络阻塞的管理及其对发电报价策略的影响、备用容量、可中断负荷管理、区域间互供和系统的优化运行等方面，也做了大量研究工作。

2004年，国网电力科学研究院和西安交通大学组成联合研究体，合作承担国家“973”项目“提高大型互联电网运行可靠性的基础研究”中“电力市场对电力系统运行可靠性的影响研究”课题(课题编号：2004CB217905)，主要研究电力市场环境下发电充裕度评估、电力市场环境下输电充裕度评估和阻塞管理、电力市场模拟仿真平台、电力市场与电力系统的交互稳定性4方面的内容。

本书是国网电力科学研究院(2004-2009年)研究成果的总结，研究人员包括薛禹胜、许剑冰、文福拴、刘俊勇、万秋兰。本书按照“电力市场环境下发电充裕度评估”、“电力市场环境下输电充裕度评估和阻塞管理”、“电力市场与电力系统的交互稳定性”3篇，分别进行系统阐述。其中第1篇由浙江大学文福拴教授、四川大学刘俊勇教授编写，第2篇由东南大学万秋兰教授编写，第3篇由国网电力科学研究院薛禹胜院士和许剑冰教授编写。

电力市场对电力系统运行可靠性的影响（一）目录

第1篇 电力市场环境下发电充裕度评估

第1章 引言3

第2章 电力市场下发电容量充裕性问题的研究4

2.1 关于单一能量市场模式引导发电投资的理论和实践分析4

2.1.1 对完全竞争的单一能量市场模式的理论分析5

2.1.2 单一能量市场引导发电投资的困境分析8

2.1.3 小结10

2.2 对确保发电容量充裕性的主要方法的比较分析10

2.2.1 近似传统规划方法11

2.2.2 容量的商品机制11

2.2.3 对能量市场的重新设计12

2.2.4 对确保我国发电容量充裕性的启示13

2.3 基于马尔可夫链蒙特卡洛方法的可靠性评估13

2.3.1 马尔可夫链蒙特卡洛模拟法13

2.3.2 算例分析15

第3章 电力市场下发电投资决策问题的研究18

3.1 基于实物期权理论的发电投资决策和容量充裕性评估18

3.1.1 实物期权理论19

3.1.2 基于期权博弈理论的发电投资决策20

3.1.3 发电投资年收益分析22

3.1.4 算例25

3.2 基于期权博弈理论的发电投资决策27

3.2.1 期权博弈方法简介28

3.2.2 电厂投资进入时机的期权博弈决策方法框架28

3.3 温室气体排放政策对发电公司投资策略的影响31

3.4 基于效用函数的发电投资风险决策问题的分析和建模33

3.4.1 投资风险决策的整体框架33

3.4.2 风险辨识与估计模块34

3.4.3 收益风险评估模块36

3.4.4 风险决策模块37

3.4.5 模型的求解方法与步骤38

第4章 电力市场下的辅助服务问题研究40

4.1 最优备用容量研究40

4.1.1 弹性备用思想41

4.1.2 顺序出清模式下的弹性备用44

4.1.3 联合出清模式下的弹性备用46

4.2 分区备用研究48

4.2.1 区域备用电网的组织形式49

4.2.2 分区备用的购买-预调度双层模型49

4.3 电力市场下实用可中断负荷补偿机制研究53

4.3.1 引言53

4.3.2 负荷需求的价格弹性概念54

4.3.3 引入用户停电阈值价格54

4.3.4 补偿机制及交易模式56

4.3.5 数学模型56

4.4 两部制无功定价方法58

4.4.1 引言58

4.4.2 有功和无功解耦优化的两部制无功定价方法59

4.4.3 有功和无功联合优化的两部制无功定价方法62

4.5 无功等值定价方法65

4.5.1 引言65

4.5.2 无功优化建模66

4.5.3 无功等值电价法68

4.5.4 计及经济因子的无功等值电价法70

第5章 结论73

参考文献74

第2篇 电力市场环境下输电充裕度评估和阻塞管理

第6章 引言81

第7章 电力市场中输电充裕性研究82

7.1 电力市场环境下的电网规划82

7.1.1 市场环境下基于阻塞指标约束的输电网规划82

7.1.2 输电网扩展规划的随机规划方法84

7.1.3 市场环境下多阶段输电网扩展规划85

7.2 电力系统的阻塞管理86

7.2.1 基于电气剖分的阻塞管理86

7.2.2 含FACTS装置的分步优化阻塞管理方法91

7.3 电力系统最大可传输容量ATC计算93

7.3.1 计及风险的ATC计算93

7.3.2 计及负荷不确定因素的拓展盲数方法ATC计算97

7.3.3 计及静态电压稳定的ATC计算98

7.4 市场环境下电网充裕度评价指标100

7.4.1 线路削减阻塞电量指标100

7.4.2 线路阻塞风险101

7.4.3 电力市场环境下电网充裕度评价102

7.4.4 市场环境下电网充裕度评价指标算例103

第8章 电力市场中输电安全性研究105

8.1 基于熵权的灰色关联法的安全评估105

8.1.1 基于熵权的灰色关联方法105

8.1.2 基于熵权的灰色关联法在低电压风险评估中的应用106

8.2 安全稳定措施的实施及控制效果评价109

8.2.1 预防控制代价的获取109

8.2.2 后继风险110

8.3 规避不安全的风险管理111

第9章 结论113

参考文献115

第3篇 电力市场与电力系统的交互稳定性

第10章 引言119

10.1 电力市场稳定性及电力系统稳定性的研究现状119

10.1.1 电力系统稳定性119

10.1.2 电力市场稳定性120

10.2 交互动态仿真的必要性和现状120

10.2.1 交互动态仿真的必要性120

10.2.2 交互动态仿真的现状121

第11章 电力市场动力学模型和稳定性123

11.1 电力市场动力学的框架模型123

11.2 电力市场稳定性及其风险管理125

11.2.1 电力市场稳定性的特点与本质125

11.2.2 风险管理在电力市场稳定性研究中的应用125

11.3 加州电力市场动态仿真设计与危机仿真再现126

11.3.1 模型的建立和定性分析126

11.3.2 定量分析127

11.3.3 电力市场的稳定控制与综合防御128

11.4 短期及长期交易策略对电力市场稳定性的影响129

第12章 电力市场与电力系统交互动态仿真130

12.1 经济系统稳定性与物理系统稳定性仿真的交互130

12.2 市场参与者的博弈行为与数学模型的交互131

12.3 交互流程和仿真过程132

12.4 仿真曲线的稳定性分析134

第13章 电力市场与电力系统交互动态仿真平台135

13.1 概念的提出135

13.2 总体设计135

13.2.1 设计要求135

13.2.2 架构设计136

13.3 支撑层设计137

13.3.1 模块化设计137

13.3.2 组态化设计139

13.4 应用层设计141

13.4.1 模块实现141

13.4.2 仿真建模143

13.4.3 不确定性处理方法144

13.4.4 控制支持145

第14章 仿真平台在电力市场和电力系统交互稳定性研究中的应用146

14.1 输电动态阻塞管理146

14.1.1 问题描述146

14.1.2 仿真模型147

14.1.3 仿真参数148

14.1.4 数据收集148

14.1.5 结果分析148

14.2 发电投资的交互仿真实验150

14.3 输电投资对电力市场稳定性的影响153

14.4 使用静态博弈代理进行发电投资仿真154

第15章 结论158

参考文献159

电力市场效率理论宏观因素

1产权制度

产权对市场效率的影响体现在3个方面:在明晰的产权制度下，社会福利分配严格按“权”分配，电力市场成员行为更加符合市场机制设计预期的要求，以确保市场机制的有效性;建立现代化电力企业股权制度，能够吸收闲散资金投资大规模的电力建设项目;更多股东参与到企业的决策与治理中，能够提高企业运行效率。

2政府职能

在电力市场中，政府发挥作用的领域主要在4个方面:一是制定并执行电力市场规则，包括产权的界定与保护，监督电力合同的执行以及公正执法等;二是对电力市场运行进行总体调控，进行收入再分配，防止发电侧市场成员侵占消费者剩余，维持稳定的市场环境;三是提供电力市场稳定运行所必需的公共产品;四是弥补市场机制的缺陷与不足，当市场失灵时，通过政府调控实施市场监管，披露信息，这可以修正市场的外部性，发挥市场机制不能及的作用。

3法律保障

法律对市场效率的意义体现在3个方面:一是法律确认并规范政府职责，防止政府行为的缺位、超位以及借行政权力的寻租行为;二是通过立法确认对电力市场产权、竞争秩序、价格等的保护，通过执法调整市场垄断、商业贿赂等不正当竞争行为，同时通过司法活动打击破坏市场经济秩序的犯罪行为;三是为市场成员利益提供保障和救济，以强制性手段重新调整市场结果。

电力市场效率理论市场因素

1市场运行机制

市场机制主要由供需机制、价格机制、信息披露机制和风险机制4个方面构成。因篇幅所限，仅以价格机制和风险机制为例，分析市场运行机制对电力市场效率的影响。

1}价格机制。价格机制包涵价格形成机制与调节机制。价格形成机制是指当电力供需平衡时确定电力商品价格的方式，主要有以边际电价结算和一机一价2种出清机制。以边际电价结算为例:所有成交电量均根据市场统一出清价结算，市场成员有按照成本报价的激励，此时市场购电总成本降低与市场成员个体利益最大化是一致的，这有利于保证市场机制的有效运行。此外，低成本机组有降低成本与扩大发电量的激励，中标电量的增加将在市场上挤出高成本的边际中标机组，通过市场竞争选择低成本机组，有利于降低整体购电水平。价格调节机制指价格对于市场行为的调节作用。价格信号是否实现及时的传播，其覆盖面有多大，渗透过程中是否出现失真与扭曲的现象，对市场成员产生什么样的激励，激励是否合理、适度等，都会影响到市场的均衡状态及社会福利，进而影响市场效率。

2}风险机制。风险机制主要包括风险的可观性、可控性与风险规模。风险的可观性是指市场的整体风险是否可观，即市场成员是否能够对市场风险的发生与风险发生程度进行有效地预测与分析。风险的可控性是指市场整体风险是否可控，即当风险发生时，能否通过一定的应对机制将可能造成的损失控制在一定的可置信水平下。不可控的风险往往造成难以估计的后果，甚至产生连锁反应。风险规模，即风险的大小，将影响市场成员的决策行为。太大的风险规模将导致大量的风险中立者采用保守的风险规避手段，或由于太大的风险而选择离开，这将影响市场的准入门槛与吸引力，从而影响市场的参与度与竞争度。

2市场结构

市场结构主要分析现有以及正在进入市场的供给者和需求者之问的关系，其对市场效率的影响主要体现在2个方面。首先，从完全垄断市场到完全竞争市场，市场中的垄断性逐渐削弱，竞争逐渐加强，由市场结构造成的结构性市场力依次削弱;动用市场力的可能性也依次降低，垄断者通过动用市场力牟取超额利益的风险越来越小，这有利于消费者稳定地获得更多的社会福利。其次，在对称的市场结构下，双方的博弈能力是相同的，双方的市场成员能够在市场博弈的过程中寻求利于双方的市场均衡，实现双方福利的最大化，使市场的均衡局面符合市场双方的共同意志，从而有利于提高市场效率。

3市场体系

市场体系是指相互联系的各级了市场、各交易品种、各交易方式的有机统一体，各环节通过相互联系与相互制约形成完整的市场体系。

1)了市场的层次与结构。市场往往由一系列了市场组成，了市场之问存在着纵向与横向的联系。纵向关系指的是上级市场与下级市场的权限分配与协调机制;横向关系指的是同级市场的功能定位与接口。市场层级过多将提高市场信息传递链条的复杂度、市场结构的冗余度，增加市场的交易成本;而市场层级过少又将给市场的组织协调带来困难，同样也会增加交易成本适度的了市场规模与数量有利于市场成员便利地进入市场，获取市场信息，从而有利于减小交易成本，提高市场效率。

2)交易品种。交易品种是指市场开展交易的种类，不同交易品种从不同方面影响市场效率，如实物交易主要用于交割与供需匹配;金融交易主要用于规避风险，稳定长期价格;容量交易主要用于对商品基础设施定价，反映投资的固定成本，从而影响市场投资决策;使用量交易主要用于商品本身定价，反映商品的变动成本，从而作用于商品的生产与消费的调节。应根据电力商品特点、资源稀缺性，建立满足电力交易不同需求的多品种交易体系，这有利于提高市场效率。

3)交易方式。不同的交易方式具有不同的特性，其区别主要体现在成本规模、过程透明度、信息充分度、实现灵活度、速度快慢、风险规避能力等方面。如双边交易有利于提高交易的灵活性，通过相互博弈规避风险;竞价交易有利于提高市场的竞争程度;场内交易有利于降低交易成本，使市场成员可以方便地获得大量的市场信息。建立多种交易方式相配合的交易体系，有利于发挥不同交易方式的优势，满足不同市场成员对交易的不同需求，增大社会福利，减小交易过程中的交易成本与外部性成本，从而提高市场效率。

电力市场效率理论物理因素

物理因素是电力市场的物理基础。影响电力市场效率的物理因素主要是电网，电网是电力市场的物理载体，电网规模决定市场规模。适度规模的电网是提高电力市场效率的基础保证。适度规模、合理结构的电网有利于减少阻塞，削弱市场力。处于网络端点的发电厂与用电负荷的联系路径多样化，可减少对特定输电路径的依赖性，降低输电阻塞，削弱局部市场力，从而显著降低交易成本和购电成本，提高消费者剩余。扩大电网规模有利于提高电力市场的竞争效率。建设覆盖面更大的电网，吸引更多发电厂商进行交易，增加发电成员的数量，扩大市场规模。电网规模越大，市场范围越大，潜在的市场成员越多，这有利于提高电力市场的竞争效率。扩大电网规模将提高优化机组利用水平，减少备用投资。电网规模的扩大，市场成员的增多，有效增加了市场交易量。随着市场成员增多，市场规模扩大，各个市场成员机组互为备用，这减少了备用投资，提高了市场效率。另一方面，大规模的市场更加服从统计规律，随着市场规模的增加，个体供给电量波动对全网电力供需平衡的影响减弱，这有效抑制了市场力，规避了市场风险，有利于提高市场效率。

能源对环境的影响城市大气污染

一次能源利用过程中，产生大量的二氧化碳、二氧化硫、氮化物、悬浮颗粒物及多种芳香烃化合物，已对一些国家的城市造成了十分严重的污染。大气污染不仅导致生态的破坏，而且危害人体健康。欧盟由于大气污染造成的材料损坏、农作物和森林以及人体健康损失费用每年超过100 亿美元。中国仅大气污染造成的损失每年高达120亿元人民币。如果计算一次能源开采、运输和加工过程中的其他问题，则损失更为严重。

能源对环境的影响温室效应

工业革命前，大气中的二氧化碳按体积计算是每100万大气单位中约有280个单位。之后，由于大量化石能源的燃烧，1988 年大气二氧化碳浓度已达到349个单位。如果大气中二氧化碳浓度增加1 倍， 全球平均表面温度将上升1.5~3℃ ，极地温度可能上升6～8℃。这样的温度可能导致海平面上升20～140 厘米，将对全球许多国家的经济、社会产生严重影响。

能源对环境的影响酸雨

燃烧化石能源而产生的大量二氧化硫和氮化物等污染物通过空气传播，可在一定条件下形成大面积酸雨。酸雨会改变覆盖区的土壤性质，危害农作物和森林生态系统；改变湖泊水库的酸度，破坏水生生态系统；腐蚀材料和建筑物等，造成重大经济损失。酸雨还可导致地区气候改变，造成难以估量的后果。

能源对环境的影响核废料问题

人类发展核能技术，尽管对反应堆已有了一定的安全保障措施，但世界范围内的民用核能计划的实施， 已产生了上千吨的核废料。这些核废料的最终处理问题并没有完全解决，在数百年内仍将存在放射性危害。 2100433B

溶解性

分子的极性对物质溶解性有很大影响。极性分子易溶于极性溶剂，非极性分子易溶于非极性溶剂，也即“相似相溶”。蔗糖、氨等极性分子和氯化钠等离子化合物易溶于水。具有长碳链的有机物，如油脂、石油的成分多不溶于水，而溶于非极性的有机溶剂。

熔沸点

在分子量相同的情况下，极性分子比非极性分子有更高的沸点。这是因为极性分子之间的取向力比非极性分子之间的色散力大。