摘 要：无功功率服务是电力市场辅助服务的一个重要组成部门，而发电厂的无功电价又是整个无功市场定价的根蒂根基。本文对发电厂的无功生产成本进行了探讨，提出将发电厂无功电价划分为无功容量电价和电量电价，概念清晰，易于计较。研究讲明发电厂的无功服务应获得一定的经济抵偿，使其自觉的维持电力系统的平安和稳定运行。
关头词：电力市场；无功辅助服务；无功成本；发电侧无功市场
0引言
我国电力工业正在慢慢由传统的管制向市场化标的目的过渡，无功功率服务作为电力市场辅助服务的一个重要组成部门，是保证电力系统平安、稳定运行的条件，因而也是保证电能买卖顺遂实施的一个重要条件；同时也能提高电能质量、传输效率并下降电网消耗，从而成为提高供电质量和电网运行的经济效益的有用手段。在铺开发电侧市场，实行厂网分隔、竞价上网后，由于输电和发电的分手，无功费用原则上应涵盖所有不属于输电公司的无功生产费用。是以，若何获得无功服务、若何制定无功服务的价格、建立无功服务市场是否可行等问题已成为今朝电力市场研究的几个热门问题。本文就发电侧市场的无功成本和定价问题进行了探讨。
1电力市场中的无功功率服务
电力市场中无功功率服务可以划分在发电、输电和配电三个环节上提供。可提供无功服务的无功源有发机电、同步伐相机、SVC静止抵偿器、并联电容器组、电抗器等，它们划分回属于发电厂和电网公司。由于发机电和调相机具有动态无功抵偿的能力，是以在维持其出口电压水安然平静保证系统平安性方面起着十分重要的作用。对于有些效率低的发电厂虽然在有功功率发电市场缺少竞争力，可是他们可以转为同步伐相机运行从而提供无功功率服务。输电网可以哄骗安装静止抵偿器和并联电容器/电抗器等来提供无功功率服务，目的是保证网络的输电能力而且在分歧的负荷情况下保证系统的电压质量。配电网则一般经由过程在负荷节点上安装并联电容器/电抗器来改善用户的功率因数，从而尽量削减系统为传输无功功率而支出的价格。在传统一体化的电力公司中，无功功率服务的成本其实不零丁结算；在电力市场下，由于无功功率服务作为辅助服务成为一项零丁的营业，必需制定合理的无功服务价格以保证服务提供商收受接管成本并获得一定的利润。鉴于此无功功率服务的定价至少应当包括3个层面的无功电价：发电市场层面、输电市场层面和配电市场层面[1]。
（1）发电市场层面的发电无功电价是由电力市场买卖经管部门或电网公司向无功服务提供者，即发电厂支付的采办无功价格。发机电作为特殊的无功源既可以发出无功功率，同时它也是系统的有功功率电源，是以除要准确计较发机电的所有成本外，还必需要解决若何在有功功率和无功功率生产之间分摊发机电的所有成本。本文认为无功可以采用两部制电价：无功容量电价和无功电量电价。
（2）输电市场层面的无功服务电价主要针对的是电网公司所属的无功源装备的定价。包括无功输电服务电价和无功抵偿电价两类。并联电容器组、电抗器、SVC等可向用户提供容性或感性无功，这类无功服务在此称为无功抵偿服务，响应的电价称为无功抵偿服务电价；另外一方面是对电网的输变电装备在输送有功电量进程中的（感性或容性）无功消耗进行抵偿，这类无功服务与有功输电密不成分，在此称为无功输电服务，其回报在有功输电服务费中综合斟酌。
（3）配电市场层面的无功销售电价，是电网公司或供电公司向电力批发商或无功消费者收取的销售无功电价。
我国电力市场早期模式是以单一采办为主的发电侧开放市场，在这类单一采办模式下，发电市场层面的发电无功电价是制定配电市场层面无功价格的主要依据，是以有需要对发电侧无功源即发机电的无功生产成本进行具体的分析。输电和配电层面的无功服务电价将在从此的工作中触及。
2无功服务对发电厂的影响
电力市场中无功买卖的关头是电网公司和发电厂之间的无功结算问题。是以必需弄清晰无功生产对发电厂的影响[2]。
（1）投资增加
为知足电网规约所要求的无功容量，发电装备就必需更年夜、更重、更昂贵。装备的年夜小和费用与无功容量成正比。是以，发电厂有相当年夜一部门投资是用于无功容量的。
（2）能量消耗
定子、转子的消耗均与I2R（I为电流）成正比。杂散消耗与I2成正比。是以，随着无功负荷的增加，发机电的能量消耗也将增加。较年夜的氢冷发机电与负荷相关的消耗占总消耗的75％，而且无功出力的微增消耗长短线性的。
（3）维修和维护
由于发机电增发无功，转子定子电流增加，是以不单会增加能量消耗，还会增加作用于导体上的电磁力（以I2变化），从而加年夜振动，对发机电造成一定的损害。电流也会致使温度升高，热胀冷缩加重，造成较年夜的机械压力，致使绕组变形和尽缘老化。是以相当年夜一部门维修、维护费是由于无功发电引发的。对两台一样的发机电，以功率因数接近1运行的机组的定子事故发生率比发无功的定子事故率要小得多。
（4）装备磨损
上述损害机理也会缩短发机电的主要装备的使用寿命。虽然，并非所有装备更换都与负荷和功率因数有关，但年夜部门问题与发机电和负载有关。
（5）风险经管
无功出力的增加，也会使失往发机电组的几率增加，造成很是年夜的费用，即无功风险费用，但这部门费用比力难以评估。需要研究无功容量和无功出力对发机电靠得住性的影响3发电厂的无功生产成本
持久以来，发机电的无功功率生产成本一直都被认为近似等于零而疏忽，其中一个主要的缘由是机电的无功生产几近不致使任何额外的燃料费用。现实上，不管发机电是否发出无功功率城市引发无功生产/备用成本。发机电组无功电能生产成本主要有三部门组成：投资成本、机遇成本、可酿成本。
3.1投资成本
现实上，发机电组的投资成本是以有功容量为依据计较的，以元/MW为单元。然而，发机电组不仅生产有功电能P，而且也生产无功电能Q。是以，用视在功率容量S进行投资成天职析加倍切合现实[3]。当有功容量投资成本给按时，投资成本可以视在功率描写为：
当机组投资成本计进无功市场时，上式可用于无功投资成天职析。
3.2机遇成本
如图1所示，发机电的有功和无功输出要受发机电的励磁电流（a-b段）、电枢电流（b-c段）和欠励磁（c-d段）约束。假设发机电当前的有功输出为p*，则响应的无功输出必需在之间。可见，发机电的无功支持容量是随着有功输出水平而变化的。 在经济运行条件下，发机电组应工作在有功输出力上限pmax，当系统要求发机电组增加其无功容量时，有功出力应向下调整，例如，下调到p*。对于发机电的无功功率发电成本，可以认为是一种机遇成本，也即无功功率的生产致使有功功率生产能力的下降，从而影响了发机电经由过程生产有功功率来获取的利润额。从原理上看，发机电无功机遇成本的计较比力复杂，要凭据电力市场中实时的有功供需关系等信息得出。为了简化起见，提出了一个新的计较方式，即认为无功机遇成本是该发机电因输出无功功率而损失的有功功率发电容量所对应的利润[4]。若是疏忽原念头的出力极限，并假设，该机遇成本可以近似暗示以下：
其中SGi,max为发机电的额定视在功率；QGi为发机电的无功功率出力；k为发机电有功功率生产的利润，一般在5％～10。从上式可以看到，不管发机电发出仍是吸收无功功率城市有无功功率的机遇成本。
3.3可酿成本
发机电组的可酿成本指发机电和升压变压器中由无功电能引发的有功电能消耗。从系统角度看，升压变压器高压侧的有功电能、无功电能、电压决议了发机电组的特征。当机组有功输出、升压变压器高压侧电压、升压变压器档位一按时，无功电能与有功消耗具有图2所示的近似二次函数关系[5]。对发机电组自己而言，分歧的无功电能输出量在发机电内部引发的有功消耗也分歧。在电力市场中，这些有功消耗应当计较在无功电能的生产成本中，有功消耗应依照发机电母线的边际价格计较。 4发电侧无功定价
本文将发电侧的无功电价分为两个部门：无功容量电价和无功电量电价。无功容量电价主要触及的是发机电的固定投资成天职摊到无功出力部门；无功电量电价主要触及的是发机电的无功机遇成本和有功消耗费用。为简化起见，本文在无功电量电费中只计议无功的机遇成本。
4.1无功容量电价
无功容量电价应当涵盖提供无功支持的发机电的固定成本，以保证装备投资成本的收受接管。发机电的有功发电成本函数通常是二次函数[6]，即：
凭据无功发电成本函数是从有功发电成本函数等效而来，用公式（2）可以计较出无功功率与无功发电成本之间的关系，一样可以获得无功发电成本函数，即：
4.2无功电量电价
无功电量电价应当涵盖提供无功支持的发机电的可酿成本，以保证电厂运行成本的收受接管。无功电量电价应当主要斟酌发电无功电量和无功备用容量的机遇成本和发机电进相运行时的抵偿费用。无功电量定价的原则是以发机电的运行约束，即容量极限图为根蒂根基，用有功发机电会成原本折算无功电价，合理抵偿无功服务提供者的经济损失。
4.2.1迟相运行无功电量电价
以图3所示的三节点系统为例来说明无功电量电价的计较。 （1）实例1：垂直经管体系体例下的发电费用
在统一调剂运行方式下，所有的机组属于统一个部门，其电力调剂的目的是在知足系统要求的条件下使总费用小。假设母线1的发机电的边际发电成本恒为$20/MWh，年夜发电容量为500MW。母线2的发机电的边际发电成底细对较高为$30/MWh。并假设机组1的容量受图1所示的曲线约束，发机电2的有功和无功容量为无限年夜。
从经济角度动身，运行人员将首先斟酌边际成本较低的发机电1，在其满发运行（500MW）后不足部门（200MW）由成本较高的发机电2提供。是以总的发电费用为$16000（500*$20 200*$30）。运行成效如表1所示。
然而，在该调剂方式下，系统电压将没法知足要求。由于一旦母线1的发机电满发运行，凭据图1所示的容量曲线，机组将失往无功支持能力。而母线1的电压要维持在1.0p.u，需要机组1提供81MVAR的无功支持。由于母线2的发机电机端电压设置早已处于高值，这就意味着在该运行方式下，为了维持母线1的电压，只有依靠母线1的机组提供无功支持，是以只有削减其有功出力。机组1削减的有功将由发电成本较高的2号机组来提供。运行成效如表2所示，此时总的发电费用为$17000（400*$20 300*$30）。 两种运行方式的费用差值$1000即为为知足电压需求而提供无功无功支持的额外费用。在垂直经管体系体例下，机组1损失的发电费用将由机组2来弥补。
（2）实例2：市场竞争下的发电费用
区分于实例1，电力市场开放后，分歧的机组分属于分歧的经济实体。每台机组经由过程投标向系统运行人员提交包括有功功率的成本函数和可用容量等信息。在这些信息的根蒂根基上，运行人员一般以总运行费用小为方针，肯定知足各类约束条件的系统运行方式，和响应的系统边际价格。在该实例中，由于未斟酌传输线路的容量约束，每台机组都是以系统边际价格付费。运行成效如表2所示的，系统的边际价格为$30/MWh。为了知足电压要求，在现实运行中，运行人员将机组1的有功出力强制削减了100MW，从而使其利润损失了$1000，即机组1由于提供无功支持而致使的机遇成本，如图4所示。 为了鼓动勉励机组在系统无功紧缺时抛却有功而增发无功，运行人员应抵偿机组的无功机遇成本。是以，该实例中，机组1除获得按系统边际价格$30/MWh支付的400MW有功功率的费用外，还将获得由于运行需要而少发的100MW有功损失的利润$1000。换句话说，由于机组1发500MW和0MVAR或发400MW和62Mvar的总的利润都是$5000，是以两种运行方式对机组1而言没有什么区分，这样系统的平安性获得了保证 4.2.2进相运行无功电量电价
在系统负荷低谷时，发机电进相运行吸收无功功率已成为高压电网保证运行电压及格率的重要手段。发机电在进相运行时，定子端部温度升高，静稳裕度削减，易失往静稳定，需要运行人员加年夜监视和经管力度。是以，进相运行时，除无功的机遇成本外还应当斟酌无功辅助服务的经管费。
发机电进相运行曲线可以经由过程专门的进相实验获得，经由过程对发机电进相运行的典型运行点进相静稳分析获得的一些离散点进相曲线拟合，可以获得发机电有功和无功在进相运行时的隐函数关系：
计较无功电量电价的方式与上述迟相运行时计较方式不异。
5结语
由前面的计议可知，由于无功功率的物理特点和成本特征，无功辅助服务中的自力发电厂的无功需求和定价问题显得十分复杂，但又长短常重要的。本文针对我国电力市场早期的特点，将发电厂无功生产成本作为发电市场侧的无功定价的焦点内容。具体分析了发电厂无功生产中涵盖的各类成本，将无功电价划分为两部门：无功容量电价和无功电量电价。对于发电侧无功市场定价结构的建立具有一定的指导意义。
参考文献
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