2.1 引言
随着我国社会经济的持续发展和人民生活水平的普遍提高,对电力的需求和消费始终呈上升趋势;虽然我国电力工业的发展速度很快,但却不能满足经济发展速度的要求,缺电现象依然存在。与此同时,我国正在实行电力体制改革,逐步建立和完善电力市场。电力市场的理论在于将电力系统的操作都定量表示为电价,通过电价制度影响用户的用电方式,现行的强制拉闸限电措施已经不再适用于市场环境下的运营规则,这在一定程度上加剧了电力系统运行接近其稳定极限的可能。此外,受到环境保护的制约和电力企业追求电网经济效益的驱使,使电力系统的运行日益接近其稳定极限,从而使得能够考虑系统各种稳定约束的最优潮流(Optimal Power Flow)研究变得尤为重要[1]。
据统计,自1970年到1990年的20年间,世界范围内发生的电压失稳事件有8起直接或间接与系统的负荷持续、异常升高有关。其中有两起事故直接导致系统崩溃,分别是1978年12月19日法国发生的电压崩溃事件和1987年7月23日东京电网发生的电压崩溃事件,造成中断负荷分别达29GW和8168MW的巨大社会和经济损失[2]。2003年9月4日,上海因酷暑而超负荷运行也险些导致发生严重的停电事故[3],由于采取措施及时,幸免于难,但同时也给我国电力工业敲响了警钟。系统的电压稳定性研究仍然是当前我国电力工业发展的必然要求和巨大挑战。
结合静态电压稳定指标的最优潮流问题,将近稳定极限的系统优化运行与电压稳定性问题同时进行研究,能够实现保证足够电压稳定裕度的系统最优运行,近年来受到国内外学者的广泛关注[1]。为了适应市场化发展需求,一些学者利用该优化问题进行了初步的安全成本与安全定价研究[4,5],引出了电压安全成本(Voltage Security Cost)的概念。但由于受到提出的数学模型限制,已有研究对该成本没有进行深入分析与讨论,仅提供了不同权重系数取值下由不同方法获得的系统综合运行成本。
电压安全成本是在系统优化运行时突出维持系统电压安全需要额外付出的经济代价,用考虑电压安全裕度优化运行时的系统总发电成本与不考虑电压安全裕度情况下的系统总发电成本之差来表示。在电力市场环境下,对该成本的合理评估与分摊,可以为各市场主体提供重要的安全、经济信息,以经济利益驱动各市场主体积极参与维护系统的电压安全、稳定,从而可有效引导电力市场的健康、持续发展,保障各市场主体的持续经济效益。
为了有效评估电力系统优化运行的电压安全成本,本章展开了突出考虑系统电压安全裕度的最优潮流研究,并对各种优化方法估计的系统电压安全成本进行了深入分析和讨论。首先,基于改进的计及理想负荷裕度指标的多目标最优潮流模型,提出一种确定电力系统最优安全运行点的新方法。针对理想负荷裕度指标的局限性,提出一种新的电压安全裕度指标——理想负荷裕度范围,并在此基础上提出了一种计及理想负荷裕度范围的模糊多目标最优潮流模型。然后,基于实用化研究,提出一种计及最小电压安全裕度指标的模糊最优潮流模型。通过对以上三种优化方法估计的系统电压安全成本进行比较,指出计及最小电压安全裕度指标的模糊优化方法更符合实际运行理念。通过优化仿真结果分析,根据电力市场环境下各市场主体的技术、经济特性,对电力市场下各市场主体的电压安全成本构成进行了详细分析与讨论,并给出了各市场主体参与维持系统电压安全而应该获得回报的计算模型,以经济利益驱动电力市场下的各市场主体积极协作,实现资源的优化配置[6]。