引言

近年來,我國開始逐步推行配售分離的電力體制改革,在此基礎(chǔ)上,增量配電網(wǎng)在全國各地改革試點工作穩(wěn)步推進。增量配電網(wǎng)鼓勵多元主體共同投資,電網(wǎng)規(guī)劃建設(shè)不再呈電力公司壟斷的形式。另一方面,各種形式的清潔能源包括風能、太陽能、潮汐能等在電網(wǎng)滲透率也不斷攀升。在配售分離和多能互聯(lián)的大背景下,電網(wǎng)的源、網(wǎng)、荷建設(shè)表現(xiàn)為投資開放的模式。

本文分別從系統(tǒng)運營、電力市場視角建立了電網(wǎng)投資效益評估指標,并根據(jù)IEEE24節(jié)點測試系統(tǒng),基于赫芬達爾-赫爾希曼指數(shù)、塞勒指數(shù)、供給剩余系數(shù)等不同評價指標全面評估了不同投資建設(shè)方案的效益。

1電網(wǎng)投資經(jīng)濟效益評估指標分析

電網(wǎng)投資包括電網(wǎng)的基礎(chǔ)設(shè)施擴建,如電纜線路建設(shè),負荷、電源增加等。系統(tǒng)擴建中除了考慮系統(tǒng)穩(wěn)定、可靠運行外,還應(yīng)考慮擴建中帶來的功率阻塞、建設(shè)成本等。本節(jié)重點分析了電網(wǎng)擴建中各項經(jīng)濟效益評估指標,包括系統(tǒng)運營視角的功率阻塞成本,源、荷經(jīng)濟效益評估以及電力市場視角的各項評估指標。

1.1阻塞管理成本

阻塞成本即系統(tǒng)為解決輸配電網(wǎng)的功率阻塞而產(chǎn)生的調(diào)度、管理等費用,阻塞成本可分為節(jié)點阻塞成本、線路阻塞成本以及系統(tǒng)阻塞成本三個層面。

(1)節(jié)點功率阻塞成本,即系統(tǒng)運營商因線路功率阻塞而在任一節(jié)點投資的費用,也就是說,節(jié)點阻塞成本可定義為節(jié)點電能消費和生產(chǎn)的價值差:

式中,a為邊界電價(LocationMargina1Price,LMP),an為節(jié)點n的邊界電價:N為系統(tǒng)節(jié)點總數(shù):Pgn為節(jié)點n的電源輸出功率:Pdn為節(jié)點n的負荷總功率:P1n為流入節(jié)點n的功率。

(2)線路功率阻塞成本:

式中,下標s、r分別表示輸入側(cè)節(jié)點、輸出側(cè)節(jié)點:fsr為節(jié)點s、r之間傳送的有功功率。

(3)系統(tǒng)功率阻塞成本:

其中:

1.2源、荷經(jīng)濟效益評估指標

1.2.1系統(tǒng)發(fā)電電源經(jīng)濟效益評估

(1)單個電源經(jīng)濟效益評估:

式中,ⅣG表示系統(tǒng)發(fā)電電源總數(shù):Ci為第i個發(fā)電單元投資單價:Pgi為第i個發(fā)電單元發(fā)電量。

(2)節(jié)點發(fā)電電源經(jīng)濟效益評估。即連接于同一節(jié)點的所有發(fā)電電源經(jīng)濟效益總和:

(3)系統(tǒng)發(fā)電電源總體經(jīng)濟效益評估:

1.2.2用戶經(jīng)濟效益評估

(1)單個用戶經(jīng)濟效益評估:

式中,ⅣD表示系統(tǒng)負荷總數(shù):Bj為第j個用戶供電要約買入價格:Pdj為第j個負荷功率。

(2)節(jié)點用戶經(jīng)濟效益評估。即連接于同一節(jié)點的所有負荷的經(jīng)濟效益總和:

(3)系統(tǒng)用戶總體經(jīng)濟效益為:

1.3系統(tǒng)投資總成本評估

電網(wǎng)投資總成本包括功率阻塞成本,源、荷投資成本,即:

1.4電力市場評估指標

電網(wǎng)擴建中的電力市場經(jīng)濟性取決于電力公司對電能的定價與邊界電價的關(guān)系,本文詳述了下述三種電力市場經(jīng)濟性指標:

(1)赫芬達爾-赫爾希曼指數(shù)(Herfindahl-HirschmanIndex,HHI):

i

對于電力市場而言,HHI指數(shù)介于0~100之間。HHI指標反映了各發(fā)電單元的市場勢力的占比情況,表征了發(fā)電單元的市場集中程度,HHI指數(shù)是典型的市場集中度指標。

(2)塞勒指數(shù)(LernerIndex,LI):

式中,RCP為電力市場清算電價。

對于壟斷電力市場而言,電力公司通過設(shè)定較高的電價來最大化售電利潤。在配售分離的背景下,理想情況下可滿足塞勒指數(shù)為零。

(3)供給剩余系數(shù)(ResidualsupplyIndex,RsI):

當供給剩余系數(shù)大于100%時,意味著發(fā)電單元或者供電商可滿足供電需求,此時電力市場對電價的影響程度較小;反之,供給剩余系數(shù)小于100%時,在滿足一定限制的條件下,系統(tǒng)可通過抬高電價來控制供給剩余系數(shù)。

2算例分析

本文利用文獻[6]所示的IEEE24節(jié)點測試系統(tǒng)評估了電網(wǎng)投資效益,該系統(tǒng)包含24個節(jié)點、35條線路以及32個發(fā)電單元。本文擬對下述兩種建設(shè)方案進行評估:

方案一:增加線路6-10、7-8、10-12、11-13、14-16、16-17和20-23,投資費用總計為1032.12萬元;

方案二:增加線路6-10、7-8、10-12、11-13、14-16、15-16、16-17和20-23,以及在節(jié)點18、21之間建立雙回路,投資費用總計為1236.48萬元。

本文首先基于電源經(jīng)濟效益(Ps)、負荷經(jīng)濟效益(Cs)、阻塞管理成本(Cw)、系統(tǒng)側(cè)總投資成本(s2)以及HHI指數(shù)評估上述兩種投資方案,結(jié)果如表1所示。

相比之下,方案一的擴建計劃電源經(jīng)濟效益、阻塞管理成本及系統(tǒng)側(cè)總投資成本都較好,方案二的負荷經(jīng)濟效益以及電源的市場集中程度(HHI指數(shù))較高。

進一步地,本文評估了各負荷、電源單元的經(jīng)濟效益以及剩余供給系數(shù)指標,結(jié)果如表2所示。

最后,本文從節(jié)點側(cè)視角,基于系統(tǒng)總投資成本(s2)、塞勒指數(shù)(LIn)評估了上述兩種方案,結(jié)果如表3所示,方案一的塞勒指數(shù)較低。

3結(jié)語

本文分別從系統(tǒng)運營、電力市場視角建立了電網(wǎng)投資效益評估指標;系統(tǒng)運營方面包括功率阻塞管理成本,源、荷建設(shè)的經(jīng)濟效益評估指標;電力市場評價指標包括赫芬達爾-赫爾希曼指數(shù)(HHI)、塞勒指數(shù)(LI)、供給剩余系數(shù)(wsI)。然后利用IEEE24節(jié)點測試系統(tǒng),分別從源、荷單體,節(jié)點側(cè),系統(tǒng)側(cè)角度考慮,基于上述多指標評估了不同電網(wǎng)建設(shè)方案的投資效益。綜合而言,方案一投資效益較優(yōu)。