基于有效输电成本的输电网扩展规划

基于有效输电成本的输电网扩展规划

赵建波

国网青海省电力公司检修公司 810000

摘要：输电网扩展规划是满足未来负荷增长、保障电力系统长期安全经济运行的基础。然而，线路收益按照固定投资回报率核算的模式下可能引发阿弗奇–约翰逊效应(AverchJohnson，A-J)效应，导致电网企业投资冲动。我国新一轮电改提出输配电价核算按照“准许成本加合理收益”的原则。为此，该文结合发改委配套文件的有效成本甄别和后评估体系的指导思想，基于结构化有效输电成本辨识的方法，设计基于有效输电成本的准许成本回收率与准许收益核算方法，根据基态与N1状态下的线路利用率核定该线路投资的准许收益率，体现激励相容原理。在此基础上，建立新型的输电网扩展规划模型，针对这一复杂的非线性混合整数规划问题，提出模型转换方法，将其转化为线性混合整数规划问题，可采用成熟的商业求解器高效鲁棒求解。基于Garver’s6节点系统的算例分析表明所提机制和模型能够根据线路的利用程度合理确定其准许收益率，从而抑制电网企业过度投资，提升电力资源优化配置的水平。

关键词：效输电成本，扩展规划

前言：输电网扩展规划的目的是满足负荷增长的需求，保障电力系统长期安全经济运行[1]。随着电力工业的放松管制，发电、配用电环节逐步引入市场竞争，但输电环节由于其经济、政治、技术等方面的因素制约，依然保有自然垄断的属性。输电投资和规划仍然受到政府相关部门或第三方机构的监管。传统输电网扩展规划的理念是先预测需求，然后选择满足需求且成本最低的规划方案。在电力市场环境下，输电网络拥有者或输电线路投资者往往更关注如何最大化自身利益，因此需要选择新的规划目标，满足新的挑战。考虑有效输电成本回收的输电网规划模型尚处于起步阶段，如何基于有效输电成本甄别方法提出激励相容的准许收益后评估机制，引导电网良性投资，实现资源优化配置，是亟待解决的问题。为此，本文提出基于有效输电成本回收的新型输电网扩展规划模型，模型在目标函数中考虑输电成本的有效性。提出消除目标函数中复杂非线性变量的方法，将模型转化为混合整数线性规划模型，能够高效求解。在传统输电网规划中考虑限流措施的优化配置，建立计及短路电流限制的输电网双层扩展规划模型。上层规划模型以输电线路投资和限流电抗器配置投资总成本最小为目标，下层规划模型在上层规划模型得出的线路方案下以限流电抗器优化配置投资最小为目标，上下层交互影响作用，最终由上层规划模型给出满足短路电流水平要求的总体规划方案，包括输电线路建设方案和限流电抗器配置方案。

一、基于有效输电成本的准许成本回收率与准许收益核算方法

本文所提的准许成本回收率考虑了基态和N1下的线路利用率。线路j在t时段的准许收益与该线路在相应时段的最大线路负载率相关，输电成本回收与线路的利用程度紧密联系，线路利用率高则年回收成本高，反之亦然，充分体现了激励相容原理。从后评估层面充分体现线路的利用程度，不合理、无效的输电线路投资将不予纳入输配电价核算，能够起到引导投资回归理性，全面提升资源优化配置水平的重要作用。

二、基于有效输电成本回收的新型输电网扩展规划模型

本节将建立基于有效输电成本回收的输电网扩展规划模型。随着电力体制逐步改革，输电收益将按照准许成本加合理收益的模式核算，传统最小化输电投资成本的模型不能真实反映输电投资者的投资冲动，由于输电资产拥有者的逐利特性，其将以自身收益最大化为原则开展输电网扩展规划，结合本文提出的有效输电成本回收概念，只有甄别为有效输电成本的部分才能纳入输配电价的核算。

三、基于有效输电成本回收的输电网扩展规划模型转换方法

本文模型目标函数中包含的rj,t变量，该变量计算表达式中的,cjtf为包含最大值和绝对值项的非线性变量，而模型其他部分均是混合整数线性变量和参数，因此，如果能用混合整数线性目标和约束描述变量,cjtf，就可以将模型转化为混合整数线性规划模型，转化后的模型可以使用众多成熟的数学优化求解器(如CPLEX)直接高效求解，且可以保证解的最优性。模型目标函数的另外两项及约束条件与该非线性项中需要转化的变量没有耦合关系，时间索引t不影响推导过程，因此为了简化推导过程，在简化模型中取t1，同时(1dr)t为常数项，不影响混合整数线性化的推导过程。

四、结果分析

可以看出，方案M1目标是最小化输电投资成本，是理想化模型，拥有最小的输电投资成本；但由于A-J效应，信息不对称将导致被管制企业倾向于过度投资方案M2体现了这一点，在该方案中不考虑输电线路有效利用率，而是按照固定投资回报率给予收益，导致了投资冲动，输电投资建设成本最高；本文提出基于线路利用率的输电线路准许回收率，在这种机制设计下，线路的投资回报与其利用程度紧密相关。方案M3的结果表明，即使输电投资者依然追求收益最大，其实际成本依然接近理想化的方案M1，远好于方案M2。方案M1以最小化输电投资建设成本为目标，给出了满足N1安全约束的线路投资成本最小的规划方案，在10个水平规划年陆续投建了6条待选线路。方案M2由于没有激励相容的成本回收机制，引发A-J效应，造成输电投资者的投资冲动，规划方案选择在第1个水平规划年投建了全部9条待选线路；方案M3选择在10个水平规划年投建了7条待选线路，结合表明本文方案在投建成本上远远优于方案M2，在输电投资者以自身利益最大化为目标的基础上，得到的规划方案与理想的输电成本最小得到的方案M1接近，表明本文所提方法有较好的激励相容效果。本文提出的基于有效输电成本的输电网扩展规划模式体现了激励相容的原则，输电投资者以自身利益最大化为目标，同时也使整体的线路投资建设成本与最小化输电建设成本的方案接近。从方案M3和M2的对比可以看出，如果按照有效输电利用率核定输电回收成本，A-J效应将导致电网企业投资冲动，输电线路过度投资，使资源优化配置效率降低。而本章所提方法甄别电网的无效投资，提出了基于基态和N1安全状态的线路利用率的有效输电成本回收率概念，准许收益不考虑线路投资的无效成本，从机制设计上使电网企业注重投资效率，抑制过度投资，提升了资源优化配置的水平。

五、结论

本文基于“准许成本加合理收益”的输配电价核定原则，以及有效输电成本甄别和后评估的指导思想，结合结构化有效输电成本的概念，设计了有效输电成本回收率和准许收益核定的方法，根据基态与N1状态下的线路利用率核定该线路投资的准许收益率。在此基础上，提出了基于有效输电成本回收的新型输电网扩展规划模型和高效的一体化求解方法。本文提出的输电成本准许回报率在核算输电收益时能够充分合理体现输电线路的利用情况，改善由于固定收益率可能引发的过度投资，提高输电资产的投资效率；电网投资者在实现自身利益最大化的同时，也较好地实现了资源优化配置的社会目标，体现了激励相容的特性。

参考文献：

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