電力市場下無功定價方法

電力市場下無功定價方法是在電力市場的機制下對無功服務進行價格制定。 無功的 定價可促使電力市場的進一步開放，提高輸電線路的運行效率和電網運行的經濟性，保證無功供應者的利益。但由於無功服務自身的特點，如電源的多樣性、區域不衡性、小適宜大範圍傳輸和控制的複雜性等決定了無功定價的難度，因此，目前無功定價研究小夠充分。我國必須根據國情建立小斷適應電力市場發展的無功定價體系，充考慮無功電壓調節控制問題、系統電壓穩定問題，以經濟為槓桿，既滿足安全運行的需要，又保證無功供應商的利益，從而促進整個系統的安全經濟運行資源有效配置，達到建立電力市場的目的。

基本介紹

• 中文名：電力市場下無功定價方法
• 外文名：Reactive pricing in the power market
• 類型：電力市場關鍵技術
• 作用：保證無功供應者的利益
• 領域：能源
• 學科：電氣工程

電力市場的組成及特點

電力市場中的參與者是多元的利益主體一一各個獨立經營的電廠、輸電網、配電網和用戶。它們是相互平等的、自主的，在市場中允許買賣雙方的多方選擇。電力市場的目標和約束都具有一定的柔性。

電力市場各參與者的新特點:

電廠:激勵改善經營管理，提高生產率，陽氏成本，增加競爭活力。

用戶:從一個固定的、被動的、沒有理性和協作性的受控終端轉化成有理性、具有能動性和主動性的市場參與者，對自己如何用電有自主的選擇權。

電網:未來的輸配電網路和電網公司，在電力市場中處於樞紐地位，扮演一個全新的角色，除了保證電力系統安全、經濟運行外，還將作為電力市場的經紀人。電網是電力交易中心。它要對所有參與者公平開放。在電力市場的競爭中，這些多元的利益主體既有激烈的衝突和碰撞，又實現了合作與協作。

電力市場具有一般市場的共性，即開放性、競爭性;它不僅要具備一個有序、成熟的市場的基本要素，即:①對所有市場參與者是公平的，保證網路開放，擴大自由選擇的權利;②市場交易必須是公開的，並加大透明度以便監督;③市場必須建立有關的法令、法規，保證有規可循，公平競爭，不允許有特殊者。同時，它將受到電力系統內在規律的嚴格約束，即:電力系統運行的基本特性(安全性、經濟性)，成本與電價的時空差別，電廠和電網、電網和用戶之間的衝突和協作等等。總之，電力市場也有它的特殊性，需要計畫和協調。

由於各國學者對電力市場中的無功電價問題研究起步較晚，理論上還不是守良成熟。確定無功電價要處理各種相互影響、制約的因素，必須協調多種相互關聯甚至相互矛盾的目標函式，有很多因素尤其是服務定價目前難以從經濟學角度定義，也沒有形成一定的理論。但由於在電力市場中電壓控制及其無功服務的重要性九十年代以後國外學者對無功服務及其定價研究也較多。

大多文獻是基於OPF最佳化模型，結合有功電價，或與有功電價算法而解耦得出無功電價。

電力市場的一般電價問題

由於人們對電的依賴越來越強，電價對社會各方面的利益影響很大。電價的制定首先要依據發供電企業的社會平均成本，還應保證大多數電廠具有擴大再生產的能力，同時應保護用戶的利益。現在一般電力企業採用的電價市渡可以是單一制、兩部制或三部制電價，另外還有其他的諸如分時電價、綠色電價等。目前我國除一般居民用戶以外，採用的電價一般為兩部制電價，即容量電價和電量電價。無功可以與有功藕合來計算電價，也可以解耦單獨制定。

傳統的電力生產體制下無功定價

在傳統的電力生產體制下，對於無功定價未給予足夠的重視，一般都由發電商無償提供。因此在電力市場條件下，為了體現“公平、公正、公開”的原則，無功電價越來越受到重視，迫切要求有一種合理的無功定價方法。

由於無功的特殊性，其定價問題在理論上比較複雜。現有的無定價方法主要有以下幾種:

1)功率因素法

對於用戶來說，功率因素是反映無功使用的一個重要的信號。因此許多電力企業對於用戶和發電商制定一個標準的功率因素，來規定用戶和發電商的無功限制和責任。一般標準功率因素在0。85滯後到0。95超前之間。對於滿足一定要求的功率因素的用戶和發電機組不收取無功費用，對於不滿足的則進行懲罰。此方法簡單，在電力壟斷時期和電力市場的初期被廣泛採用;但其不能對節點電壓控制進行價值評估，因此不適於在成熟電力市場中採用。

2)邊際無功電價法

利用短期邊際成本計算有功無功電價的方法。邊際電價的計算通常是採用求解最優潮流方法。其數學模型採用有功網損、有功發電成本最小或有功無功綜合發電成本最小為目標函式，以潮流方程為約束進行最優潮流計算，潮流方程的拉格朗日乘子就為相應的有功邊際成本和無功邊際成，根據經濟學的理論即為該節點的有功無功實時電價。邊際電價的計算由於是求解一個非線性的最佳化問題，所以其計算複雜、計算量大、求解時間長且不易收斂，往往難以求得最優解;因而在大規模電力系統中套用有一定的困難。邊際電價計算可以清楚地分出無功傳送的費用，但卻忽略了投資費用、運行管理費用、風險管理和機會費用等其他各項無功成本。因此，實時電價計算得到的總成本收入可能會與系統總的運行成本有一定的差距，無法保證成本的合理回收。

3)無功潮流跟蹤法

此法從潮流或狀態估計開始，從發電機節點到負荷節點找出發電機對無功負荷的貢獻。此方法能夠明確每個負荷究竟使用了哪個電源提供的多少無功，從而根據這些電源的無功生產成本確定無功電價。但當存線上路並聯或網路互聯的情況，大規模電力系統中的無功潮流是很複雜的，進行潮流跟蹤就會變得十分困難，有時甚至根本無法進行。kirschen提出的功率貢獻因子法，根據潮流結果對系統中的節點和支路進行分區，得出系統的有向狀態圖，最後在圖上進行計算，得出發電機對負荷的貢獻。圖論法根據系統的節點支路關聯矩陣確定順流組成分析路徑，根據潮流計算分別算出線路和負荷對節點潮流的汲取因子矩陣，得出發電機對負荷的貢獻。貢獻因子法和圖論法不能處理網路中的環流和發電機進相運行的問題。潮流跟蹤]法，使用的是平均潮流，缺乏準確性。

4)無功調整因子法

無功調整因子法適用於某些垂直管理的電力企業和集中的電力聯營市場。此方法不再限制用戶的功率因素，允許用戶按節點無功電價自由消耗無功，用戶無功的費用依賴於其無功的消耗。它是通過無功調整因子來反映無功電價的，用戶的無功費用就是當地的無功調整因子和其無功消耗的乘積。無功調整因子高的地區表明該地區無功缺乏，為此用戶需要付出更高的無功費用。此方法沒有區分無功傳送和發電機無功控制費用，僅通過一個複合的功率調整因子收費。對於長距離的雙邊契約交易來說，可能導致定價的不公平。

5)微增平均法

此方法是比較交易前後兩次潮流下的每次交易的無功損耗的增量。對於一系列的交易，每次交易都進行一次潮流計算或最優潮流計算。對於同時發生的交易，將重複多次計算潮流或最優潮流，它將包含所有的交易。無功損耗的平均值代表了每次交易的無功損耗的比例。每次交易的無功消耗由它的總的無功負荷和相應的無功損耗來代替。微增平均法只適用於只存在雙邊交易的電力市場。而且對於同時交易，此方法的計算是十分耗時的，不利於促進交易的發展。

電力市場下的無功定價方法

功率因數獎懲法

傳統垂自壟斷的電力系統主要使用這種方法，根據小同的用戶制定小同的功率因數標準。對功率因數低於某一特定值的用戶用經濟手段進行處罰，反之獎勵。其目的是鼓勵用戶提高功率因數，減少無功線上路上的傳輸，降低系統網損。例如我國對工業大用戶的無功費用是按功率因數收取:當功率因數高於0. 85時，小收取無功費用，並隨著功率因數的提高給子一定的獎勵;當無功因數低於0. 85時，根據用電量收取相應的無功罰款。

這種方法簡便易行，但是對用戶的費用分攤小介理。大用戶由於有功消耗大，即使消耗較大的無功功率，功率因數也可能在限值內而小為所消耗的無功繳納電費;而小用戶由於有功消耗小，很小的無功消耗也可能使其功率因數超過限值而繳納相應的無功罰款。而且，在電力市場環境下，利用功率因數作為懲罰手段無法為用戶提供靈敏的價格信息，用戶小能根據實際系統運行情況回響、調節各自的運行方式，從而無法提高系統運行的經濟性。該方法需要考慮的是，制定的標準如何更好地衡量無功提供者對無功服務貢獻的大小。

基於最優潮流的實時電價理論

最優潮流((OPF)問題指的是在滿足特定的系統運行和安全約束條件下，通過調整系統中可利用控制手段實現預定目標最優的系統穩定運行狀態。以潮流方程為基礎，進行經濟與安全(包括有功和無功)的全而最佳化，是一個大型的多約束非線性規劃問題。而近些年基於最優潮流的無功定價研究主要集中在目標函式和約束條件的修正方面。

實時電價是根據個體經濟學的邊際成本定價理論發展來的，能通過調節市場供求衡，實現社會效益最大的目標。但是，實時電價對系統結構參數和運行況較敏感，導致短時間內因系統運行的輕微變化而出現較大波動，且計算較複雜，小易收斂，因而在實際大規模電力系統中套用有一定的難度。非實時的邊際電價，也需要監管機制，同時要制定一套“科學、公平、公正”的競價原則，在缺乏市場化運營經驗的初級電力市場中，亦難以實現。

區域定價的中心思想為:由於遠距離傳輸無功的非經濟性，應該鼓勵區域無功市場，根據發電廠的無功容量為其付費，根據用戶的無功需求對其收費。區域定價法的優點是可以滿足無功服務就地平衡供應的原則，經濟性比較好。該方法的弊端是易產生區壟斷性，因此可用長期容量電價作為無功定價的依據，但這將導致無功價格對短期無功變化小夠敏感。從長遠看，可以把實時電價和區域電價兩種方法相結介來討論無功定價問題。

兩部制無功定價方法

兩部制電價模式是指上網電價分成容量電價和電量電價兩部分。容量電價主要反映以投資成本為主的固定成本，按政府核准的電價執行。容量電價實質是對發動機組能夠向電網提供發電的能力付費，因此容量電費的結算與發電機組的可用率密切相關。電量電價主要反映以燃料成本為主的變動成本，按現貨市場競爭形成的電價執行。

兩部制電價是當今世界各國普遍採用的一種先進的電價制度，它可以充分發揮經濟槓桿作用，提高負荷率，使發電企業由於擁有發電容量而獲得較為穩定的資本投資收益，並能為電網儲備較多的備用容量，使電網的安全性有可靠的容量保證，保證電力企業的收入，使電力用戶負擔更加介理。但在該電價模型的制定中，無功的使用效用是基於規劃而小是基於實際使用，並未考慮小同無功源中小同的無功成本運行特性，值得深入考慮。

基於邊際成本理論的無功實時定價

目前，基於邊際成本理論的無功實時定價方法較多，其無功價格源於邊際無功成本對無功出力的微增率。無功的實時電價具有較高的市場效率，但無功的實時電價由於考慮了系統的小等式約束條件，當系統的小等式約束條件趨於極限時，常導致無功的實時電價大大高於無功的實際成本，這易於誘發那些具有較強市場影響力的無功供給商產生市場投機行為。為了規避這種風險，需要電力監管部門加大監管力度，使無功的市場競爭公開透明，並需採取限價策略。

無功等值電價

無功等值電價，就是用電量成本參與競爭，結算時自動補足容量投資回報，並把電量電價和容量電價綜介成為等值電價。所謂等值，主要指無功電價應與無功成本等價，並需準確描述出無功的成本特性，達到介理補償的目的。無功源的無功等值電價可定義為電量電價和評估出的容量電價之和。

無功等值電價法強調管制與競爭的結介，既小同於傳統的邊際成本法，也有別於按報價結算的電價理論。等值無功電價法準確描述了無功的成本特徵，是兩部制無功定價的進一步發展，具有市場公平性，投資回報充分，激勵無功投資抑制價格尖峰和打擊市場投機行為等優良的市場特性。從長期看，它注重市場供需均衡。

對發電側進行的定價

在發電市場中，發電機作為無功源，既可發出無功功率，在特殊情況下也可吸收無功功率;同時，發電機在自動勵磁調節器的作用下，可自動回響電壓變化，是電力市場中無功服務的主要提供者。由於發電機輸出無功時的自接成本小像有功發電成本那樣明確，因此，無功電量電價的制定也比較困難。

將無功作為輔助服務收取費用

在電力市場中，將無功作為輔助服務收取費用在電力市場中，將無功費用作為電力市場中的輔助服務收取也是一種計費方法。世界範圍內的大多數電力場已將無功服務作為一種特殊的商品，建立並運作無功獲取機制，使無功服務提供者可因其提供的服務獲得一定的經濟收益。鑒於無功功率對電力系統安全運行的重要性以及發電機的出力特性，很多電力市場在建立無功獲取機制時都規定了發電機基本的無功服務範圍(通常用功率因數表示)，在這個範圍內多數是小付費的;只有在調度機構的要求下超出這個範圍運行時發電機才能得到無功服務報酬或電網運營機構基本上都是採用長期介同的方式向發電相、調相機的擁有者購買無功功率，只有英國採用了違約付費與投標機制相結介的方法。

無功定價內在的問題及前景展望

無功的定價可促使電力市場的進一步開放，提高輸電線路的運行效率和電網運行的經濟性，保證無功供應者的利益。但由於無功服務自身的特點，如電源的多樣性、區域不衡性、小適宜大範圍傳輸和控制的複雜性等決定了無功定價的難度，因此，目前無功定價研究小夠充分。我國必須根據國情建立小斷適應電力市場發展的無功定價體系，充考慮無功電壓調節控制問題、系統電壓穩定問題，以經濟為槓桿，既滿足安全運行的需要，又保證無功供應商的利益，從而促進整個系統的安全經濟運行資源有效配置，達到建立電力市場的目的。