基于網絡分裂法的雙邊交易網損分攤方法
【專利摘要】本發明公開了屬于網絡等值轉化技術領域的基于網絡分裂法的雙邊交易網損分攤方法；包括如下步驟：1)按照交流潮流計算方法得到網絡各支路精確網損以及總網損；2)根據網絡拓撲結構與雙邊交易確定轉化后網絡的保留支路；3)按照保留支路計算得到每一組雙邊交易在網絡每一條支路引起的潮流分布；4)運用嵌入成本分攤方法，按單筆交易引起的支路潮流占所有交易引起的支路總潮流的比例分攤網損。本發明方法首次將網絡分裂法用于網損分攤，建立基于每筆交易的分攤費用模型并求解，能準確反應每筆交易的功率與輸送距離，解決了跨區交易網損分攤中并行流與逆向流的問題，能夠將網損合理分攤到各個交易中。
【專利說明】
基于網絡分裂法的雙邊交易網損分攤方法
技術領域
[0001] 本發明屬于網絡等值轉化技術領域，具體地說是基于網絡分裂法的雙邊交易網損 分攤方法。
【背景技術】
[0002] 輸電系統的有功功率損失一般只占總電力交易的很小一部分，約3%-5%，但累計 效應不容忽視，且對不同的交易和電網用戶可能有很大的影響。在電力系統環境下進行網 損分攤的目的是給每個參與市場的交易分攤相應的網絡傳輸損耗及費用。隨著我國跨區互 聯電網的形成W及電力市場的逐步開放，省網甚至區域電網間的大量功率交換也會隨之增 多，跨區交易成分更加復雜。電力雙邊交易指定了交易的電量、價格、時間W及合同路徑，具 有金融性合同特點。由于雙邊交易指明了合同的雙方，是"點對點"的交易。但由于實際電網 的物理特性，在實際運行過程中如何保證交易的順利執行、W及如何準確評價雙邊交易對 電網的影響、進而承擔相應的輸電費用，運些問題的解決需要有適合雙邊交易的建模和分 析方法。因此，在給定系統運行方式、網絡有功功率總損耗客觀確定的情況下，如何通過網 絡等制轉化將網損科學、合理、公平地拆分到每一筆雙邊交易上，是電網運營者面臨的重要 問題之一，需要與之配套的科學理論方法。
[0003] -個良好的分攤方案應該能滿足W下的要求：（1)公平合理。不應該存在互相補貼 情況；（2)計算簡單。必須易于計算，并且計算量要小，W滿足實時應用的要求；（3)過程透 明。整個分攤過程要易于理解，易于用戶接受，易于操作；（4)收支平衡。所收取的總輸電費 用要等于支付給輸電線路的總費用；（5)經濟信號。要提供適當的經濟信號給市場成員W 引導輸電資源的經濟使用。
[0004] 至今已有多種網損分攤方法，其中針對雙邊交易模式下的網損分攤方法有:合同 路徑法、MW-Mi 1 e法、網損增量法、核仁理論分攤法等。合同路徑法與MW-Mi 1 e法都屬于嵌入 成本方法，其基本思想是根據輸電網提供輸電服務時的總成本求得平均成本，然后分攤到 合同或每個成員；不足之處在于沒有反映實際運行情況，難W提供經濟導向作用，體現不出 各交易對網絡造成的不同影響。網損增量法是一種靈敏度分析方法，屬于邊際成本法，即根 據交易的單位變化引起全網網損變化量的大小來對各個交易進行網損的分攤;但是系統運 行方式、交易次序均會對分攤結果產生較大影響，需要進行多次潮流計算和損耗計算，實施 過程較復雜。核仁理論分攤法將網損分攤看成合作博弈問題，先將各交易單獨作用時產生 的網損直接分攤給各筆交易，然后再分攤由各筆交易交互作用產生的交叉網損，運種方法 不受各交易追加次序的影響，分攤結果準確，但是同樣需要對不同的交易組合進行網損計 算，在實際雙邊交易模式中，復雜性隨著交易數量的增多而增大，可操作性不強。
[0005] 本發明是一種基于網絡分裂法的網損分攤方法，在比例共享原則的基礎上提出并 且適用于雙邊交易模式。該方法在直流潮流的假設前提下，詳細說明了針對區內交易與區 外交易不同網絡的處理方式W及總網損分攤到各交易的情況。
【發明內容】
[0006] 本發明的目的是針對跨區交易網損分攤不合理現象，提出一種基于網絡分裂法的 雙邊交易網損分攤方法，其特征在于，具體實現步驟包括：
[0007] 1)確定計算條件：電網拓撲結構圖、支路阻抗參數、電網運行方式、matlab數據包、 雙邊交易數據等，按照交流潮流計算方法得到多筆雙邊交易模式下網絡各支路的精確網 損；
[0008] 2)根據網絡拓撲結構與雙邊交易確定轉化后網絡的保留支路:根據區域對網絡進 行轉化處理，按照"最小生成樹"保留網絡的部分支路，同時求得轉化后福射狀網絡與原始 網絡的關聯矩陣，按照保留支路計算得到每一組雙邊交易在網絡每一條支路引起的潮流分 布；
[0009] 3)建立網損分攤模型并求解:按單筆交易引起的支路潮流占所有交易引起的支路 總潮流的比例分攤網損費用。
[0010]所述步驟1)為由于采用標準算例I邸E 14驗證，電網拓撲結構圖及相關參數已知， 假設電力系統在運行時節點電壓在額定電壓附近，支路兩端相角差很小，線路電阻遠小于 電抗;在給定的時間段內只考慮幾組雙邊交易，與交易的先后次序無關;在實際運行方式下 的支路潮流與精確網損由matlab仿真計算得到，只考慮有功網損分攤，認為無功功率就地 平衡。
[0011] 所述步驟2)按照"最小生成樹"保留網絡的部分支路，同時求得轉化后福射狀網絡 與原始網絡的關聯矩陣為按照"樹支選取"法保留各自區內的樹支；
[0012] (1)其原始網絡由A、B、CS個區域、共20條支路組成;將A、B、CS個區域并行處理， 區域間聯絡線全部保留，得到兩個網絡的關聯矩陣Cl2:
[0013] F" = Ci2 ? F'^ (I)
[0014] 式中：F3=(fl，f2, . . .f2〇)表示原始網絡20條支路潮流，pb二（護，f2'，. . .fll'，ftl， 戶2. . .fts)表示n條區內樹支潮流和5條聯絡線潮流；
[001引（2)分別保留AB、AC、BC兩個區域間唯一的聯絡線fAB(5-6)、fCB(9-i4)、fAc(4-7)，則 有
[0016] Fb = C23*F。(2)
[001 7]式中，F。= (f 1'，f2'，. . . f 11'，f AB，f CB，f AC，f cAC，f cBC)表示 11 個區內樹支潮流、3個聯絡 線潮流與2個區域環流;f CAC，fcBc表示去除支路4-9與支路10-11在基本回路4-7-9與基本回 路9-10-11-6-13-14之間的區域環流。
[0018] (3)將A、B、CS個區域分別看作S個節點，保留樹支AB與BC，去掉支路AC;如圖1所 不，f cABC表不去除AC聯絡線潮流f AC后在區域間引起的等效環流。（4 )消去等效環流f cABC :
[0019]
[0020]
[0021]
[0022] (4)
[0023] 即目 3 = X33*F3 (5)
[0024] 式中：Feb=(fAB，feB)表示跨區交易流，pee二（feABe，feAe，feBe)表示聯絡線環流和跨 區環流。巧出和化6分別為區內、跨區支路兩端電壓相角差列向量。下標/上標化、eb、ec分別 代表區內雙邊交易、跨區雙邊交易和跨區環流，電抗Xib_ib、Xeb_ib、Xec_ib、Xeb_ec等為計算得到 的X33的分塊矩陣各部分對應參數.。
[0025] 所述步驟3)按單條支路潮流占所有支路總潮流的網損比例，運用網絡分裂法進行 網絡轉化步驟完成后，接下來建立網損分攤模型，合理分攤電力傳輸中所產生的所有網損， 包括
[0026] (1)計算網絡中每一條支路引起的潮流分布，即
[0027] Fk = Cac .Fk' (11)
[002引式中:Fk=[fi，f2...f叩表示k條支路的潮流列向量，pk'二[^，^...'心^下表示 選定樹支的分布情況；
[0029] (2)計算單條支路潮流占所有支路總潮流的比例來分攤網損，即
[0030]
(12)
[0031] 式中：A P(m)為m條支路分攤的有功功率的總網損；A pk為支路k的實際有功網損； fk(m)為m條支路分攤引起的支路k的潮流;fkfsai為支路k的實際潮流。
[0032] 本發明與現有方法相比較有如下有益效果:本發明方法在基于直流潮流的假設前 提下進行，定量分析了在不同方法下網損分攤與電量、輸送距離的關系，在IEEE 14節點算 例進行了實例驗證，結果表明該方法能更好的反映每筆交易的潮流走向與輸送距離，只對 網絡進行一次轉化處理，無需進行多次潮流計算與損耗計算;簡化了無功功率對有功網損 的影響，模型簡潔，且實例驗證說明了模型的準確性。在網損問題中，首次使用網絡分裂法， 具有一定的理論創新性。網損計算結果準確合理，能為跨區交易的網損分攤提供客觀的科 學依據，可為實際操作提供理論參考。
【附圖說明】
[0033] 圖1標準算例IE邸14節點網絡示意圖；
[0034] 圖2標準算例IE邸14節點網絡轉化示意圖；
[0035] 圖3多區域網絡分區處理示意圖；
[0036] 圖4多區域網絡簡化示意圖；
[0037] 圖5標準算例IE邸14節點系統拓撲結構與雙邊交易示意圖；
[0038] 圖6雙邊交易模式下不同網損分攤方法與交易量對比圖；
[0039] 圖7雙邊交易模式下不同網損分攤方法與距離對比圖。
【具體實施方式】
[0040] 本發明提出一種基于網絡分裂法的雙邊交易網損分攤方法;下面結合附圖和實例 對本發明作進一步描述。
[0041] 本發明通過W下步驟予W實現:確定計算條件、根據網絡拓撲結構與雙邊交易確 定轉化后網絡的保留支路、運用嵌入成本定價方法建立網損分攤模型并求解，最終得出結 論。具體過程如下：
[0042] -、計算依據及假設條件
[0043] 確定電網拓撲結構圖、支路阻抗參數、電網運行方式、matlab數據包、雙邊交易的 供電商，用戶及交易額。
[0044] 由于采用標準算例IEEE 14驗證，電網拓撲結構圖及相關參數已知。假設電力系統 在運行時節點電壓在額定電壓附近，支路兩端相角差很小，線路電阻遠小于電抗;在給定的 時間段內只考慮幾組雙邊交易，與交易的先后次序無關;在實際運行方式下的支路潮流與 精確網損由matlab仿真計算得到，只考慮有功網損分攤，認為無功功率就地平衡。
[0045] 二、網絡轉化與關聯矩陣的建立
[0046] 1、網絡分裂原則為：
[0047] (1)不分裂節點，即保留所有的節點；
[004引（2)只分裂支路，即根據雙邊交易按照"樹支選取原則::選取去掉一部分支路。
[0049] 根據圖論的相關概念，網絡轉化與支路的選取原則可W進一步歸納為3點：
[0050] (1)將環網轉化為不包含回路的樹狀網；
[0051 ] (2)轉化網絡包含原始網絡所有節點(n)和樹支(n-1)個；
[0052] (3)關于"樹支"的選取原則，應優先保留直接連接雙邊交易節點的支路，當交易雙 方沒有支路直接連接時，選阻抗最小的支路連接兩個節點，最后選取阻抗最小支路聯結剩 余所有節點。
[0053] 2、跨區交易的網絡處理步驟：
[0054] (1)將原始網絡的各個區域網絡獨立處理，按照"最小生成樹"保留法進行區內交 易轉化；
[0055] (2)在不同區域之間保留唯一的聯絡線，將聯絡線潮流用區域環流表示；
[0056] (3)將n個區域看做n個節點，保留n-1條樹支，去除的區域聯絡線潮流用等效環流 表不；
[0057] (4)用相角公式消除上述所有環流。
[0化引 3、I邸E-14節點網絡示意
[0059] 如圖1所示，原始網絡由A、B、CS個區域、共20條支路組成。
[0060] (1)按照"樹支選取"法保留各自區內的樹支，將A、B、CS個區域并行處理，區域間 聯絡線全部保留，得到兩個網絡的關聯矩陣Cl2:
[0061] F" = Ci2 ? F'^ (I)
[006^ 式中：F3=(fl，f2, . . .f20)表示原始網絡20條支路潮流，pb二（護，f2'，. . .fll'，ftl， 戶2.. .fts)表示n條區內樹支潮流和5條聯絡線潮流。
[00創 （2)分別保留AB、AC、BC兩個區域間唯一的聯絡線嚴巧-6)、fGB(9-l4)、fAG(4-7)，如 圖2所示，有
[0064] Fb = C23*FC (2)
[0065] 式中，F。= (f 1'，f 2'，. . . f 11'，f AB，f CB，f AC，f cAC，f cBC)表示 U個區內樹支潮流、3個聯絡 線潮流與2個區域環流;f CAC，fcBc表示去除支路4-9與支路10-11在基本回路4-7-9與基本回 路9-10-11-6-13-14之間的區域環流。
[0066] (3)將A、B、CS個區域分別看作S個節點，保留樹支AB與BC，去掉支路AC;如圖1所 示，fsAB康示去除AC聯絡線潮流fAC后在區域間引起的等效環流。
[0067] (4)消去等效環流fcABG后得到：
[006引
[0069]
[0070]
(4)
[0071] 即目 3 = X33*F3 (5)
[0072] 式中：Feb=(fAB，feB)表示跨區交易流，pee二（feABe，feAe，feBe)表示聯絡線環流和跨 區環流。武6和066分別為區內、跨區支路兩端電壓相角差列向量。下標/上標ib、eb、ec分別 代表區內雙邊交易、跨區雙邊交易和跨區環流，電抗Xib_ib、Xeb_ib、Xec_ib、Xeb_ec等為計算得到 的X33的分塊矩陣各部分對應參數，沒有實際含義。
[007；3]根據式(5)最后一行，所有跨區環流均可由Feb與FW線性表示，即：
[0074] Fec = -X-lec_ec(Xec_nFAWec_ebFeb)=Cec_ibFib+Cec_ebFeb (6)
[0075] 整理得到支路潮流的矩陣形式為：
[0076]
(7)
[0077] 簡計為:F3 = C34F4 (8)
[0078] 原始網絡與最終構建的福射狀網絡的關系可由關聯矩陣Ci4來表示：
[0079] F^ = Cm ? (9)
[0080] 其中，Cl4 = Cl2 ? C23 ? C34 (10)
[0081] 由式（10)，無論單區域交易、多區域交易在各個支路上引起的潮流都可W計算得 到。
[0082] =、嵌入方法建立網損分攤模型
[0083] 本發明運用網絡分裂法進行網絡轉化步驟完成后，接下來建立網損分攤模型，找 到每筆交易與物理路徑的聯系，來合理分攤電力傳輸中所產生的所有網損。對于n節點網 絡，支路數為k，得到交易分布因子矩陣Cac后，就可W建立起交易與物理路徑的關系。
[0084] 1、計算得到一組雙邊交易在網絡每一條支路引起的潮流分布，即
[0085] Fk = Cac .Fk' (11)
[0086] 式中:Fk=[fl，f2...f叩表示k條支路的潮流列向量，Fk' = [fl'，護...f(n-l)']嗦示 交易量在選定樹支的分布情況。
[0087] 2、按單筆交易引起的支路潮流占所有交易引起的支路總潮流的比例分攤網損，即
[008引
（12)
[0089] 式中：A P(m)為交場m分攤的有功網損；Apk為支路k的實際有功網損;fk(m)為交易 m引起的支路k的潮流;fkfsa功支路k的實際潮流。
[0090] 在實際，存在多個交易同時利用一條線路、而且在該線路中引起了逆向潮流的情 況，由該發明方法計算得到的某些支路的分攤因子呈負值。客觀上，運就表示給提供反向潮 流的交易給予了鼓勵，給其分攤了較少的費用甚至分攤負的費用，運符合反向潮流的存在 可W增大輸電系統的輸送能力、在一些線路上減小輸電損耗的實際情況。所W，即使該方法 不能保證所計算出來的總網損A P(m)之和與系統實際總網損一致，鑒于計算結果差異較 小，可W使用比例法調整各交易的分配網損，使調整后各交易的總網損與系統實際總網損 相等，保證電網公司不過多地回收網損費用。
[0091 ]四、利用網絡分裂法分攤網損并最終得出結論
[0092] 附圖5為IE邸-14節點電力系統，該系統有5個發電機組和5個負荷。假設只有兩臺 獨立發電機組Gl和G2與用戶簽訂雙邊交易合同，其中發電機組Gl與用戶4、9、12、14簽訂交 易合同，發電機組G2僅與用戶5簽訂交易合同，其他發電機組不參與交易，所有交易量見表 Io
[0093] 表1 I邸E-14節點系統的交易數據
[0094]
[0095] 分別采用核仁法、網損增量法、網絡分裂法分攤網損，采用運=種方法的分攤結果 見表2
[0096] 表2=種分攤方式的網損分攤結果
[0097]
[0098] 交易量、距離與S種分攤方法的對比見附圖6、附圖7。由圖可知，與網損增量法相 比，網絡分裂法不用考慮交易的交互作用產生的網損，而且避免了多次潮流計算，能夠將系 統總網損合理分攤到各個交易中；無論是對區內交易還是跨區交易，分攤都是合理的。該方 法考慮了并行流與環流對網損的影響，不受逆向流的影響，其分攤原理公平合理，收支平 衡，此方法只與網絡靜態參數有關，其計算比核仁分攤方法簡單。
[0099] 綜上，采用網絡分裂法能夠更好的反應交易量、交易雙方的電氣距離、交易對系 統總網損的影響，實現每個交易流引起網損的公平分攤，充分體現分攤原則。對于市場參與 者來說更易接受，可W為跨區電力交易提供一定的參考。
【主權項】
1. 一種基于網絡分裂法的雙邊交易網損分攤方法，其特征在于，具體實現步驟包括： 1) 確定計算條件：電網拓撲結構圖、支路阻抗參數、電網運行方式、matlab數據包、雙邊 交易數據等，按照交流潮流計算方法得到雙邊交易模式下網絡各支路的精確網損； 2) 根據網絡拓撲結構與雙邊交易確定轉化后網絡的保留支路:根據區域對網絡進行轉 化處理，按照"最小生成樹"保留網絡的部分支路，同時求得轉化后福射狀網絡與原始網絡 的關聯矩陣，按照保留支路計算得到每一組雙邊交易在網絡每一條支路引起的潮流分布； 3) 建立網損分攤模型并求解:按單筆交易引起的支路潮流占所有交易引起的支路總潮 流的比例分攤網損費用。2. 根據權利要求1所述基于網絡分裂法的雙邊交易網損分攤方法，其特征在于，所述步 驟1)為由于采用標準算例IEEE 14驗證，電網拓撲結構圖及相關參數已知，假設電力系統在 運行時節點電壓在額定電壓附近，支路兩端相角差很小，線路電阻遠小于電抗;在給定的時 間段內只考慮幾組雙邊交易，與交易的先后次序無關;在實際運行方式下的支路潮流與精 確網損由matlab仿真計算得到，只考慮有功網損分攤，認為無功功率就地平衡。3. 根據權利要求1所述基于網絡分裂法的的雙邊交易網損分攤方法，其特征在于，所述 步驟2)按照"最小生成樹"保留網絡的部分支路，同時求得轉化后福射狀網絡與原始網絡的 關聯矩陣為按照"樹支選取"法保留各自區內的樹支； (1) 其原始網絡由Α、ΒΧΞ個區域、共20條支路組成；將Α、ΒΧΞ個區域并行處理，區域 間聯絡線全部保留，得到兩個網絡的關聯矩陣Cl2:式中：F3=(fl，f2, . . .f2〇)表示原始網絡 20 條支路潮流，pb 二（fl'，f2'，. . .f 11'，ftl， 戶2. . .fts)表示η條區內樹支潮流和5條聯絡線潮流. (2) 分別保留AB、AC、BC兩個區域間唯一的聯絡線fAB(5-6)、fGB(9-i4)、fAG(4-7)，則有 Fb = C23 · F。 (2) 式中，FK=(fi'，護，...fii'，fAB，fEB，fAe，fc^e，fc^Be)表示11個區內樹支潮流、3個聯絡線潮 流與2個區域環流;fcAc，fcBc表示去除支路4-9與支路10-11在基本回路4-7-9與基本回路9- 10-11-6-13-14之間的區域環流； (3) 將A、B、C^個區域分別看作立個節點，保留樹支AB與BC，去掉支路AC; fcAB康示去除AC聯絡線潮流fAC后在區域間引起的等效環流； (4) 消去等效環流fcABC:(4) 即白 3 = Χ33·Ρ3 (5) 式中：peb二（fAB，fEB)表示跨區交易流，二（fC^ABe，fC^Ae，fC^Be)表示聯絡線環流和跨區環 流，目lb和目eb分別為區內、跨區支路兩端電壓相角差列向量，下標/上標ib、eb、ec分別代表區 內雙邊義易、跨區雙邊義易和跨區環流，電抗乂心:11)、乂61)_化、乂6。_化、乂61)_6。等為計算得到的乂33的 分塊矩陣各部分對應參數.。4.根據權利要求1所述基于網絡分裂法的雙邊交易網損分攤方法，其特征在于，所述 步驟3)按單條支路潮流占所有支路總潮流的網損比例，運用網絡分裂法進行網絡轉化步驟 完成后，接下來建立網損分攤模型，合理分攤電力傳輸中所產生的所有網損，包括 (1) 計算網絡中每一條支路引起的潮流分布，即式中:pk二[fl,f2...fk]T表示k條支路的潮流列向量，pk二[fl ,f2 ...ffn-" ]Τ表示選定 樹支的分布情況； (2) 計算單條支路潮流占所有支路總潮流的比例來分攤網損，即(12) 式中：AP(m)為m條支路分攤的有功功率的總網損；Apk為支路k的實際有功網損;fk(m) 為m條支路分攤引起的支路k的潮流;fkfsal為支路k的實際潮流。
【文檔編號】G06F17/50GK105977958SQ201510811581
【公開日】2016年9月28日
【申請日】2015年11月20日
【發明人】周明, 王霄, 嚴宇, 李庚銀, 耿建, 楊爭林, 龍蘇巖, 程海花, 薛必克, 鄭亞先, 邵平, 郭艷敏, 陳愛林
【申請人】華北電力大學, 中國電力科學研究院, 國網陜西省電力公司電力科學研究院