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方案的效益。

1電網(wǎng)投資經濟效益評估指標分析

電網(wǎng)投資包括電網(wǎng)的基礎設施擴建,如電纜線路建設,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,還應考慮擴建中帶來的功率阻塞、建設成本等。本節(jié)重點分析了電網(wǎng)擴建中各項經濟效益評估指標,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)的功率阻塞而產生的調度、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分別表示輸入側節(jié)點、輸出側節(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、荷經濟效益評估指標

1.2.1系統(tǒng)發(fā)電電源經濟效益評估

(1)單個電源經濟效益評估:

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

(3)系統(tǒng)發(fā)電電源總體經濟效益評估:

1.2.2用戶經濟效益評估

(1)單個用戶經濟效益評估:

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)點用戶經濟效益評估。即連接于同一節(jié)點的所有負荷的經濟效益總和:

(3)系統(tǒng)用戶總體經濟效益為:

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濟性取決于電力公司對電能的定價與邊界電價的關系,本文詳述了下述三種電力市場經濟性指標:

(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濟效益(Ps)、負荷經濟效益(Cs)、阻塞管理成本(Cw)、系統(tǒng)側總投資成本(s2)以及HHI指數(shù)評估上述兩種投資方案,結果如表1所示。

相比之下,方案一的擴建計劃電源經濟效益、阻塞管理成本及系統(tǒng)側總投資成本都較好,方案二的負荷經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、電源單元的經濟效益以及剩余供給系數(shù)指標,結果如表2所示。

最后,本文從節(jié)點側視角,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,結果如表3所示,方案一的塞勒指數(shù)較低。

3結語

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、荷建設的經濟效益評估指標;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,系統(tǒng)側角度考慮,基于上述多指標評估了不同電網(wǎng)建設方案的投資效益。綜合而言,方案一投資效益較優(yōu)。