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        工業用電力體系的穩定及市場問題剖析

         1工商業電力系統
          近二三年中, IEEE PES和IA S等學會的論述中相繼出現“工商業電力系統( industrial comm ercial pow er system )”一詞,例如IA S舉辦的“工商業電力系統技術會議”中的“電力設備可靠性”討論會已于2000年5月召開。

          2工商業電力系統的這一名詞來源于電力市場的建立和電力工業生產工藝的獨特性質――發輸供電各環節的功能在同一瞬間內完成而且連續不斷地進行。這個特點派生出電力系統中的工業系統和商業系統必須更緊密結合、滲透和相互支持制約的關系特點。這樣也使電力工業成為橫垮第二產業和第三產業的一個特殊經濟系統,而且其中的商業系統從一開始就可以利用先進的電子商業技術。

          由于電力系統中工業和商業機制必須緊密結合,所以工業性事故中也有商業機制形成的原因;而商業事故中除了共同的外界原因(如異常氣溫、風沙、雷害等)之外,也一定有工業性原因。

          3初期工商業電力系統的缺點――可靠性降低

          電力工業全面引入市場機制后,可靠性即從原來作為國家和社會的動力基礎的可靠性轉變成為電力市場上一種商品的可靠性了。這種變化的根源就是原來電力工業的業務從電力公司之間的單純輸送(售受)關系轉變成電力公司與售電者之間批發與零售的競爭(增大效益和降低造價)關系。其結果是電力系統的可靠性和安全性受到來自商業利益的巨大壓力。

          具體地說,電力市場在電力工業中形成商業系統后所帶來的令人耽心的現象是:

          (1)維持和保證電力系統的可靠性變成由市場經濟規定的電價與效益之間的協調折衷去確定。

          (2)缺乏提出可靠性建議的主動性,這不利于整體電網。

          (3)過去電力公司之間的志愿合作和聯合規劃不復存在。

          (4)輸電開放或自由上網將使輸電量多變,這會形成系統過負荷和運行中的其它問題。

          4可靠性降低導致的工業系統事故

          市場使電力系統變成可自由買賣電能的網絡,輸電量變化的數量在爆炸性地增大(幾乎按指數率增大) ,并使得停電事故更多地出現。

          近幾年來發生的事故有:(1) 1996年美國W SCC發生2次舉世聞名的大停電事故,事故后檢查發現多次輸電越限而調度員無法處理或未曾注意到。

          (2) 1998年12月在美國西部和加州所發生的類似事故也暴露出同樣問題。

          (3) 1999年7月和8月在美國紐約市和大西洋沿岸中部地區(主要在新澤西、賓西法尼亞和馬里蘭等州)多次發生引起大量限電和停電的事故。

          (4)按目前情況預測,有理由懷疑將來還會發生象1996 W SCC那樣波及整個供電區域的突發性事故。

          除了上述批發性交易增多造成輸電量變化增多的因素外,從各次事故報告中還可知道地區電力公司已不再更換不良設備,而且也不急于進行新的投資,因為不知道新投資如何在快速變化的市場環境中回收;較歷害的是市場管理人員強行電價“封頂”的措施,尤其在夏天炎熱時,無法限制負荷上升,眼看著負荷越過安全極限而無計可施,此時任何一個部件若發生故障都會由“偶然”觸發“必然”,釀成大型災變性事故。

          5市場競爭導致的商業性事故

          5. 1電價沖擊的含義這次市場事故是指1998年6月中一二天內美國中西部平常徘徊于$20 MW h~$40 MW h的批發實時電價突然升高至$7 000 MW h~$7 500 MW h的異常事件,即電價聚漲200~300倍的短時現象。其實1997年同期曾升至$325 MW h, 1999年夏季也突升到$1 000 MW h左右。

          5. 2電價沖擊的后果1998年6月24日至25日,北美東部大系統中西部地區的較大和平均購電電價及次日峰荷期實時電價異常攀升約300倍的變化圖。

          圖中標明25日下午較高小時電價高達$7 500 MW h,雖然只成交了50MW 1 h的輸電交易(也是事故調查組所查明的1次購入電價,而當時已謠傳電價將升至$10 000 MW h)。未畫出頂值(因為要與平時的電價變化比較)的電價突變圖,仍令人觸目驚心,可以感知沖擊的嚴重影響:它使一些電力公司和市場經紀人遭受了幾億美元的損失,也使一些經紀人立時陷入破產境地,使電力系統的運行受到很大干擾,還使一些大工業用戶處于十分被動的狀態。

          事故調查組的報告并未涉及詳細的事故損失,但從早期零星報導中可看出后果是嚴重的。表面上它比1次工業性事故平靜多了,但其經濟損失和社會影響卻是可比的。

          6提高北美電力系統可靠性的組織措施

          為了改進和補償市場化所帶來的結構上的“封建領地化”后果,擴大管理功能,尤其擴大已大為增大了的電網的作用,針對提高可靠性的總目標,從組織上作了重大改進。其中主要的有2項:(1)N ERC改建為NA ERO北美自1965年東北部系統發生大事故后,立即組建了北美電力可靠性協會(N ERC) ,在吸取事故教訓的基礎上對全國(后改為北美)電力系統各方面的可靠性工作進行有計劃、有組織、有秩序的管理。30多年來,其工作成績顯著,為改進北美電力系統的可靠性作出了貢獻,其工作也影響到世界上不少國家。但是自從90年代初引入市場機制后,原來的管理方式已有些不能適應,雖然也作了些補充,例如建立了基于互聯網的“輸電開放同時信息系統”

          (OA SIS) ,以便為市場計算所用的輸電能力。但近年來,工業性事故和商業性事故連續不斷,亟待提高原有N ERC工作的權威性(原來屬于民間的管理性質) ,并期待其結構和功能更有利于在市場競爭環境中處理和保證可靠性。

          (2)在ISO之外重新建立RTO機構1996年2次大的工業性事故后,曾決定建立“獨立系統運行機構”( ISO ) ,并在加州、德州、新英格蘭、紐約和PJM (三州聯網)中建成了非盈利性、不介入市場、在無偏向而公平的基礎上作出調度決策、兼顧市場正常運營和可靠性的機構。但多次商業性事故(電價沖擊)的出現,暴露了其功能上的缺陷,即ISO難以處理輸電可靠性及輸電規劃任務。于是FERC又一次于1999年5月作出硬性規定,限期責成各電力公司組成“地區輸電組織”(RTO ) ,以加強輸電規劃及輸電可靠性保證的職責。此行政規定出臺后,贊成和反對之聲皆不絕,質疑辨論者更不少。但是FERC又于2000年連續發布新命令,要求所有輸電業主必須于2001年前加入RTO.但此命令中既未規定RTO的規模,也未說明其結構和功能。所以IEEE PES 2000年的夏季會議中又特設了2次專題討論會,分別討論這2個問題。

          上述情況給予人們2點啟示:(1)這次電價沖擊事故不僅是大型電力系統中全面推行電力市場機制后出現的商業性事故對電價和市場的沖擊,而且也是對人們如何運作電力市場及對電力系統理解和認識的沖擊,如何正確組織其管理事宜還處于摸索探討中,值得予以重視。

          (2)在工商業電力系統中,輸電和電網起著越來越重要的作用,這在國內外都一樣地形成了一個規律性的新認識:“即隨著電力工業和電力體制改革的不斷深入,電網已逐步成為改革和調整的重要內容,電網建設已由后臺走到了前臺。”

          7結束語(1)大型電力系統中推行市場機制是發展的必然趨勢,電力生產和消費同時性的特點使其中工業系統和商業系統緊密地交織在一起,形成了明顯區別于其他工業系統的工商業電力系統。

          (2)全面的電力市場機制要求拆裂、分解原來壟斷運行機體的結構,以進行公開、公正、公平的自由競爭;而工業系統的正常安全運行則要求統一管理、信息暢通和相互支持。在初期階段中這2種要求必然形成工、商業體系之間的矛盾。如果管理失調,自我完善進展緩慢,將出現整個體系可靠性降低的嚴重后果,不僅工業性停電事故將增多,而且還會連續出現電價沖擊一類的商業性事故。

          (3)工商業電力系統中,輸電和電網的作用及其可靠性將日益變得重要,必須在推行電力市場機制時及早規劃和建立其協調運營、合理管理的機制與機構。

          (4)引入電力市場機制是全新的事物,是一場革命性變革,尤其要認真考慮到本國、本地和本網的具體特點。在推行電力市場的初期過程中,一切經過試驗比行政硬性命令的方式將更合理;摸著石頭過河比淌著混水過河也會更有效。

         


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