电力系统安全性定价方法优化

传统的垂直垄断的电力系统中，运行安全性是放在第一位的。为此，电力系统要实行统一调度，调度中心可以根据系统的运行状态，调节发电机的出力以及用户的用电量，使系统能够保持足够大的安全裕度。然而在电力市场环境下，发电公司和用户等参与者都分属于不同的经济实体，原来垂直统一调度的组织基础已不再存在，并且参与者参与各种市场交易的目的就是为了获得最大利润。因此要求市场参与者服从统一调度，无偿提供各种安全支持已不现实。鉴于这种情况，有必要建立一种科学、合理的激励机制，来引导市场参与者积极地为保证系统安全做贡献。这就是安全性定价需要完成的任务。

电力市场初期，安全性问题并没有引起很多关注。这一方面是因为当时电力市场基本理论不成熟，没有研究安全性定价的平台，另一方面是因为市场环境下安全性问题变得更加复杂，很多学者都回避了这个问题。后来，人们逐渐认识到安全性的管理和控制应通过定价来实现，并围绕这个问题开展了一些工作，在安全市场电价机制设计和实时电价分解两个方面取得了一些成果。

安全电价是一种在电力市场环境下能够及时反映系统安全状况，并且试图通过它激励市场参与者积极维护系统安全的电价机制。Schweppe等人首先提出了线路潮流越限情况下用价格机制保证系统安全性的设想。进而，Kay、Wu和Variya发展了Schweppe的思想，提出了一种考虑系统暂态稳定约束的情况下，通过反馈机制进行安全性定价的方法。该方法允许参与者自主确定其发电和用电，以及为维持系统的安全性拟做贡献的大小，以便尽量获取各自的最大利润，进而通过价格机制和系统需求信息，获取全社会层次的最优。但这种方法以安全域作为暂态稳定约束，而当时安全域仅限于理论上的研究，还没有实用的解析表达式。另外，这种方法对电力系统的通信、计算和控制系统提出了过高的要求，即使现今的能量管理系统也很难满足要求。Alvarado等人将实时电价分成三部分：发电燃料成本、辅助服务成本和系统安全成本。当运行点在运行限制边界以内时，电价只包括燃料成本和辅助服务成本；当运行点在运行限制边界时，电价就要考虑安全成本，这时就能迫使参与者调整需求或出力，使运行点回到运行限制边界以内，以达到维持系统安全的目的。但该方法需要计算精确的运行限制边界，而Alvarado并没有给出可用的方法。(www.xing528.com)

实时电价的理论研究可以追溯到20世纪70年代末期，20世纪80年代引起各国研究者的注意。早期的实时电价理论从经典调度理论出发，讨论了实时电价的定义、组成部分和相应的模型。后来逐渐开始把最优潮流（OPF）应用于实时电价，并且发现OPF是一种极具潜力的实时电价计算方法。在OPF模型中考虑安全约束比较方便，因此研究安全约束对实时电价的影响成为可能。

安全性定价的研究虽然取得了一定成果，但也存在以下两个问题：首先，现有方法大都是针对静态安全问题，对于动态安全问题还仅限于框架的构想。系统的动态过程在数学上都是用微分方程表示，最优潮流建模时一般都需采用差分化的方法，这样就造成了优化问题规模过于庞大，求解速度缓慢。因此现有安全性定价方法一般都不考虑线路故障的约束。个别计及线路故障的文献，也是校验事故后的稳态状况，忽略了事故发生后动态过程。其次，现有方法大都只能给出总的安全电价信息，很难考察某一类稳定问题或某一个故障对电价的影响。