含分布式電源的配網網損分攤方法研究綜述

黃 湘，歐陽森，王克英

（華南理工大學 電力學院，廣州 510640）

近年來，分布式電源（distributed generation,DG）在電力系統中的應用越來越普遍，DG并網逐漸成為智能電網下的一大重要技術特征［1］。但是DG的接入在很大程度上會改變系統電壓分布與潮流走向［2—3］，進而影響配網的網損情況［3］。然而，目前雖然DG接入影響網損，卻不分攤任何網損，這使得供電企業不得不承擔更高的網損率；且隨著電力市場化的改革，電網用戶都希望能公平公正地獲得來自電網的服務，因而無論從供電企業、用戶的公平開放方面考慮還是從科學管理配網用戶方面考慮，含DG配網的網損分攤都具有重要的研究價值。

1 配電網網損分攤研究現狀

目前，國內外關于輸電網網損分攤問題的研究很廣泛，所提出的網損分攤方法包括網損系數法、圖論、追蹤及網絡結構等多種方法［4—10］。但是由于配電網節點眾多、呈輻射狀且結構復雜等特點，導致網損分攤方法不易在配電網中實現，目前關于配電網網損分攤方法的研究仍然很少。

在傳統配電網中，沒有一種通用的、普遍能一致接受的線損分攤方法，而是形成了通過供電公司制定購電價與售電價的方式來平衡配電網線損的現狀。但此種方法目前仍不能很好地應用于含DG的配電網中，主要有以下幾方面的原因：①它難于計及DG對配網線損的影響，不能做到量化分攤，體現不出差異，因而無法激勵DG健康可持續發展；②此法無法正確評估DG的并網經濟效益，不能指導DG的正確并網規劃；③方法透明性也不夠，很難使DG投資用戶信服。故在DG用戶與供電公司之間仍亟需制定一套科學合理的網損分攤方法，線損分攤結果既能將網損公平合理地分攤給DG用戶和供電公司，又能反映DG并網經濟效益，指導DG的投建并網規劃。

目前，國內外網損分攤方法的研究主要可歸結于以下3大類：比例分攤、市場經濟、敏感系數分析。

下文將依次從上述3個角度對現有網損分攤方法進行概述，在分析各方法的原理及計算模型的基礎上，歸納總結各方法實用性與優缺點，并就各法在DG并網后有可能存在的問題進行簡要的分析；最后，綜合以上研究內容，分析其面臨的挑戰和機遇，并展望未來可能的發展方向。

2 比例分攤

2.1 平均網損系數法

平均網損系數法是在電力市場中最先采用的線損分攤方法，它采用平均分攤的思想，將網損按照負荷功率大小和相同的網損系數在各負荷用戶間進行分攤，容易理解，簡單易行［7］。它不考慮輸電網的結構、輸電距離的長短以及輸送功率的收發點位置，且節點所分攤的線損與節點所處的電氣位置和節點類型無關［8—9］。

其局限性在于只能將網損單一地分攤給電源節點或負荷節點，不能實現雙向分攤，無法適用于含分布式電源的配電網中，因而無法評估DG并網的經濟效益，不能為DG的有序并網提供依據［10—12］。隨著電力市場理論研究的不斷深入和逐步完善，特別是當DG并網后，平均網損系數法逐漸被淘汰。

2.2 潮流追蹤法

潮流追蹤法以潮流計算或狀態估計所得到的系統潮流分布為基礎，通過順流追蹤和逆流追蹤，以比例分配為原則確定各發電節點輸出功率在各負荷節點上所占份額，以及各負荷節點所吸收的功率來自于哪些發電節點，并以此作為功率損耗分攤的依據將系統網損分攤給發電機（或負荷）［13—15］。

文獻［16］、文獻［17］提出對功率進行追蹤時，線路上必然存在網損，為潮流追蹤法計算的方便，分別提出了不同的將有損網絡化為無損網絡的方法。文獻［18］對潮流追蹤法進行了改進；文獻［19］在追蹤電流的實部和虛部的基礎上，提出一種基于貢獻因子的含分布式電源的配網網損分攤方法，該方法引入了貢獻因子的概念，能為網損分攤方法提供正確的經濟信號；文獻［20］研究潮流追蹤法在電源分析中的應用，從網損分攤的角度對電源進行分析，引導資源優化配置。由于潮流追蹤是一種拓撲分析方法，可追蹤系統功率潮流，能夠定量計算發電側和負荷側功率在線路中的分布，使網損合理地分攤給負荷側和電源側，被廣泛應用于網損分攤的研究中，其可適用于含分布式電源的配電網中，但潮流追蹤法對計算參數條件要求較高。

隨著DG的大量并網，潮流追蹤法也逐漸被學者應用到含DG并網的配網線損分攤中。其中，文獻［21］提出了基于順流、逆流追蹤的平均網損分攤法，該法可實現含多個DG的配網線損的分攤，且實例證明此法的可行性。含DG的配網線損分攤方法是在計算配電網實時潮流的基礎上，求解DG對線路各元件的利用份額，以此為基礎進行DG的網損分攤比例求解，優點在于能將所有的服務對象等同對待，追蹤所有DG業主的功率在系統中的流動情況，利用DG對系統輸電元件的使用程度進行系統網損的分攤。

此法在計算線損分攤的過程中物理意義明確，簡單直觀、公平合理，分攤過程清晰且透明，符合常規思維，易于被用戶接受。但是，此法在含DG并網下的配電網也有以下不足：①計算過程復雜，計算參數條件要求較高；②計算難度大，且DG微小的擾動即可引起較大的分攤結果誤差；③潮流追蹤法使用比例分攤的原則尚缺少嚴格的理論依據；④無法提供DG并網的經濟學信號，不能為含DG配網的運行管理、技術改造工作提供指導依據。因而，在DG大規模并網的背景下，此法的適用性與可行性還有待進一步考究。

3 市場經濟

3.1 短期邊際成本法

短期邊際成本法是一種基于微觀經濟學理論，將輸電網的網損并入輸電成本中予以考慮的線損分攤方法。它不單獨考慮網損分攤問題，而是根據供電公司執行輸配電業務時，分析輸配電量單位變化時系統總成本的邊際變化（包括網損成本、發電成本、運行成本以及輸配電線路的功率約束成本的變化），并以此作為輸配電費的制定依據［22］。

含DG的配網線損分攤采用短期邊際成本法時，可根據其并網容量的大小分別視為發電節點或負荷節點，當DG容量滿足當地負荷需求，并將剩余發電量售至配電網，則可將其視為發電節點；當DG容量不能滿足當地負荷需求，則當做負荷節點。在制定分布式電源的上網電價時考慮整個配電網的線損，將配電網的網損成本融入分布式電源和發電機的發電成本中，合理的制定DG的上網電價，從而完成DG對配網線損的分攤。

這種定價方法在新西蘭和美國紐約電力市場得到了廣泛應用［22］，它能真實地反映電能單位消費的增加而引起的費用，使得市場參與者在每時每刻、任何一個位置都能得到反映系統邊際網損成本的經濟信號。但是此算法過程復雜，計算量大，基于實時電價理論，對潮流計算算法的精度和收斂性要求都較高，且不具有透明性。同時，采用此方法計算的輸電成本不能保證輸電網的年收支平衡，輸電公司往往難以回收成本，因而，應用時需要增加“平衡項”進行修正，然而這一“平衡項”目前還未得到有效解決。

分布式電源接入，采用此法進行線損分攤可以綜合考慮配網線損、DG上網電價及配網運行成本等因素，以配網運行總成本最低為目標，通過設置合理的分布式電源上網電價從而使其分攤一部分的線損，此方法的應用將會提供電網運行的經濟信號，同時能指導分布式電源的并網規劃，但是其具體計算步驟及計算過程中存在的問題還有待進一步的研究與深入。

3.2 節點定價法

節點電價在目前美國主流的電能計價模式，定義為滿足系統某節點新增1 MW電量時所需的系統邊際成本［23］。由于系統輸電線路損耗和輸電阻塞的存在，系統中不同節點的單位電量有不同的價格。DG并網后，配電網潮流分布會發生改變，甚至可能出現與原設計中潮流流向相反的逆潮流，導致配網線損變化分析過程更為復雜，采用節點定價法可考慮從DG并網對配電網某運行指標的影響程度出發，根據影響對象及影響程度的不同，修正各個負荷節點分攤配電網運行的總成本，從而完成配電網的線損分攤。

電力市場中的電能采用合理的節點電價，能夠反映系統中不同地理位置的母線在不同時刻通過的功率的價值，為電力的生產者、消費者、投資者和管理者提供正確的、具有前瞻性的電價信號，優化電力資源的配置，促進電力市場穩定發展。與此同時，當DG并網后，此方法能量化DG對配電網的貢獻，在此基礎上制定的電價政策更為科學合理，在一定程度上能有效引導DG的并網規劃建設，優化其布局，激勵DG的可持續發展。

3.3 基于博弈論的線損分攤方法

博弈論是研究多個在利益上相沖突的個體，經過相互博弈，優化各自策略，最終實現對于利益各方來說最為合理的行為方案?？紤]到電力市場的參與者共享傳輸網絡資源，經過合作可以獲得最好的可能利潤［24—28］。因而，將配電網網損分攤問題當成合作博弈問題，實現各參與者共同利益的基礎上，使系統損耗降到最低，社會效益最大化。

合作博弈問題不僅可以討論合作中的收益分配問題，也可應用于多個參與者的費用分攤問題，如：配電網的運行總成本和總損耗的分攤［29］。文獻［30］將輸電網等效成線性電路，發電機和負荷等效成電流源，采用疊加定理計算各電流源接入時各支路的潮流分布和功率損耗大小，再應用Auman-Shapley法對各支路上的互耦合功率損耗進行分攤，但它沒有考慮交易次序的問題。文獻［31］提出了一種新的、基于核仁理論的網損分攤方法，它全面考慮每個市場參與者對網損的影響，不受各交易追加次序的影響，公平對待各交易，分攤結果易被各交易接受。

DG的接入可以當作是一個博弈者的加入，因而其對配電網線損的影響可以采用博弈論的方法進行分析，進而計算出此博弈者應該分攤的網損大小。采用此法計算得到的各參與者分攤的網損值唯一且可行，具有穩定性，能夠體現此參與者對整個集體的貢獻，反映其重要性，并向合作各方提供有價值的經濟激勵信號，用來促進電源和負荷的合理分布，從而達到降損的目的。但是，分布式電源接入所引起的反向潮流問題，采用博弈論的方式如何考慮這些問題仍然有待進一步的研究。

4 敏感系數分析

4.1 邊際網損系數法

邊際網損系數法是一種將全網網損分攤給發電機和負荷節點的靈敏度方法［10］。通過求解各個節點的有功和無功邊際網損系數，從而完成對各個節點的網損分攤。邊際網損系數（marginal loss coefficient,MLC）即：某一節點注入功率單位變化所引起系統網損變化量的大小，分為有功邊際網損系數和無功邊際網損系數。該法可反映各節點功率的變化造成系統網損的微增成本信息，從而為電網發展提供良好的經濟信號，促使潮流向著網損減少的方向流動，達到優化潮流，指導用戶投資的目的，因而廣泛應用于國內外電力市場中的線損分攤［17］。

運用邊際網損系數法計算網損分攤時，首先可將系統內的節點分類。對于系統中的PQ節點，有功、無功的MLC都不為零；對于PV型節點，又稱電壓控制節點，其作用是維持給定的電壓幅值，因而其無功的MLC為零；對于平衡節點，其電壓幅值和相位是給定的，用以維持系統有功功率平衡、平衡系統網損，故其有功和無功的MLC都為零。

文獻［32］指出傳統的邊際網損系數法下，平衡節點不需要分攤網損，平衡節點選取位置不同，網損分攤結果不同，基于此，該文提出了一種考慮平衡節點的靈敏度網損分攤算法。

由于DG與電網互聯的接口方式以及運行控制方式的不同，如采用邊際網損系數法進行線損分攤計算時，可根據實際情況，分別將DG當做PQ節點、PV節點或平衡節點，根據潮流計算得到的雅克比矩陣得到系統中各個節點的無功、有功邊際網損系數，繼而得到各個節點分攤的線損大小。這樣考慮到了分布式電源的多樣性，具有一定的說服力。

總體來說，邊際網損系數法在線損分攤的過程中思路清晰，借用敏感系數分析的方法，基于某一節點功率的變化得到整個系統網損的變化量，體現各節點對電網網損的微增成本信息，具有很高的經濟指導價值。但是在算法和計算簡易程度上具有一定的難度，同時，采用該方法計算出的各節點分攤網損之和與實際系統網損不等，會造成網損成本的過量回收。因而采用邊際網損系數法分攤網損時，需要對邊際網損系數進行調整，除了采用GMM法中的比例法，還可以采用平移法。

4.2 損耗微增率法

損耗微增率法是基于配網總損耗，通過確定具體每一筆交易所流經的潮流路徑，根據每個交易加入后對系統功率的影響程度來確定每一筆交易所需分攤的線損量［7，18］。它可以考慮交易的地理位置和交易量的大小的變化，但是對于網損交叉項的處理比較粗略。

該方法主要有交易估價法和合計分攤法2種［28］。交易估價法每次只考慮一個交易，分別計算在基準狀態下和包含一個交易下的配網損耗，推算出該交易對系統損耗的影響；接下來分別考慮其他交易，從而得到每個交易對系統損耗影響的一個估計值，但它不能考慮交易次序和網損交叉項問題，所有的交易都當成是第一次接入系統［18］。合計分攤法既考慮作為唯一交易接入時的網損增量（邊際分攤量），也考慮作為最后一筆交易接入時的網損增量（微增量），取兩者平均值為線損分攤的合計分量，再根據系統損耗補償量與系統損耗的合計分攤量來計算各個交易分攤的輔助分量，將合計分量與輔助分量相加得到各個交易最后分攤的線損量，解決了交易次序不同對最終損耗分攤結果的影響［28］。

DG的接入可當成一筆交易的加入，因而，采用此方法可以考慮DG并網位置、并網容量的變化對配網線損的影響，以此為依據對配網線損進行分攤。此法計算過程簡單清晰，市場參與者易于接受，但是也存在以下缺點：①網損分攤總量與實際網損值之間有差別，需要均攤不平衡量，然而均攤過程目前尚缺乏理論支持；②每筆交易加入次序的不同會影響分攤結果，合計分攤采用邊際分攤量與微增量的平均值解決這一問題，然而解決此問題的方法不唯一，因而分攤結果也不唯一；③某一交易，例如DG引入，配電網中出現反向潮流，該交易的存在有可能會減小配網線損，電網公司應對此線損進行補償，然而這一方法并沒有考慮這一問題［33—36］。

5 DG并網后的配網線損分攤新趨勢

隨著DG的大規模并網，配網運行方式、拓撲結構也都面臨著巨大的改變，隨之而來，電網的功率流向、電壓分布也都與并網前不盡相同，進一步影響配電網的線損情況，使得含DG的配網網損分攤工作更為復雜。

5.1 改進傳統線損分攤方法

DG接入造成配網線損發生變化，針對其接入，可以在含DG配網潮流計算的基礎上，求得配網總線損，再結合DG對傳統線損分攤方法進行改進，使其適用于含DG的分攤。文獻［21］就是在潮流追蹤技術的基礎上，將配網線損平均分給發電節點和負荷節點，進而將線損分給供電公司和DG；文獻［25］基于長期增量成本法提出含分布式電源的配電網節點電價計算方法，以負荷點的期望停電損失作為可靠性成本對含DG的配電網節點電價進行修正。但是，其他常用的線損分攤方法，如郵票法、邊際網損系數法、短期邊際成本法，在國內外配網中都被應用廣泛，但其是否適用于含DG配網、是否可通過改進應用于含DG的配網仍是亟需研究的課題。

5.2 挖掘新型線損分攤方法

作為一個獨立的個體，DG接入配網，對配網多方面均造成巨大影響，傳統線損分攤方法難以量化DG對配網的影響，更無法評估DG并網的經濟效益。因而，可以從全新的角度考慮含DG的線損分攤，使分攤結果既可讓供電公司和DG用戶信服，又可提供電網經濟運行的信號，指導DG的合理并網規劃。文獻［17］提出了系統的節點因子定價法，此法可降低邊際損失，激勵DG的發展。文獻［23］以交易盈余彌補線損成本，于DG用戶必然可降低其總運行成本，激勵其并網發展，但是會降低供電公司的經濟效益，于供電公司長遠不利；同樣，文獻［19］將DG并網后的線損變化量全部分攤給DG，一是線損受DG、配網、用戶等多方面影響，是多對象作用下的結果，全部由DG承擔缺乏理論依據；二是若DG接入配網線損降低，此線損變化量的分攤又將另做考慮。因而，如何考慮DG對配網線損的影響，量化其影響，并在此基礎上制定新形式下的線損分攤方案將是未來DG并網下的一個重要研究方向。

5.3 考慮配網運行經濟性

DG并網會消納電網中部分功率，一定程度上會使得原有配網的配變變壓器的負載率發生變化，從而導致配網運行在不同的負載區間。合適容量的DG接入會改善電網運行方式，使配網由重載區變為經濟負載區，降低配網損耗，使配網發揮最大的經濟效益；相反，盲目增大DG并網容量將會大幅度地減小原有線路的輸送功率，導致原有配網投入資源有所浪費，使其偏離經濟區間運行。考慮分布式電源接入前后配網經濟運行程度的變化，可以量化DG并網對配網的影響，同時，此變化亦可以作為配網線損分攤的理論依據。因而，未來含DG的配網線損分攤中可以考慮DG并網前后配網經濟運行區間的變化，并根據變化的不同，分別采用不同的獎懲方法進行線損分攤，這樣可以評估DG并網的經濟效益，為其并網規劃提供理論基礎，是未來的一大重要研究方向。

5.4 考慮分布式電源對配網的影響

DG接入對配網的潮流走向、電壓分布、線損變化和配網運行造成不同程度的影響。如何考慮上述影響，并將其納入到網損分攤中，是一大難點。同時，隨著電力市場的日益成熟，配電網用戶都希望能夠公平開放地獲得來自電網的服務，考慮包括DG在內的各用電戶接入對配網的影響，對供電企業科學管理電網、提高配網的運行效益等方面具有重要的研究意義。

6 結束語

（1）從傳統線損分攤原理出發，基于比例分攤、市場經濟、敏感系數分析等角度全面概述了各配網線損分攤方法的原理、優缺點及實用性，并針對分布式電源的接入，概述各方法有可能存在的問題。

（2）為DG接入后的配網提出未來的線損分攤趨勢，從改進傳統網損分攤方法、挖掘新型網損分攤方法、考慮配網運行經濟性、考慮分布式電源對配網的影響等幾個方面著手，展望未來此領域可能出現的一些理論和方法，以期能為該領域將來的研究提供一些參考。D