計及可靠性的跨地區(qū)交易統(tǒng)一輸電定價模型

黃海濤, 楊 冬, 賀 敏

(1. 上海電力學院電氣工程學院, 上海市 200090; 2. 國網(wǎng)甘肅省電力公司, 甘肅省蘭州市 730030)

計及可靠性的跨地區(qū)交易統(tǒng)一輸電定價模型

黃海濤1, 楊 冬1, 賀 敏2

(1. 上海電力學院電氣工程學院, 上海市 200090; 2. 國網(wǎng)甘肅省電力公司, 甘肅省蘭州市 730030)

結(jié)合中國跨地區(qū)輸電交易、電力體制及價格政策環(huán)境,構造了輸電系統(tǒng)可靠性影響的評估指標,建立了計及可靠性的跨地區(qū)交易統(tǒng)一輸電定價模型。該模型包括二層結(jié)構:一是深入分析輸電成本,提出了長期邊際輸電可靠性成本的計算方法,基于電網(wǎng)使用程度和長期邊際輸電可靠性成本,構建了計及可靠性的用戶輸電定價模型;二是綜合考慮輸電線路的投資及可靠性貢獻,建立了電網(wǎng)運營商輸電收益分配模型,構造并引入了過度投資懲罰基金的經(jīng)濟激勵模型。該模型采用統(tǒng)一定價機制,克服了多級疊加和點費率定價不能清晰反映跨區(qū)域交易對電網(wǎng)的使用份額的不足,定價公平,結(jié)算簡單透明;可靠性分量的引入能夠為市場成員提供輸電阻塞的經(jīng)濟信號,有效引導輸電投資和使用。IEEE 57節(jié)點算例驗證了其有效性與合理性。

輸電定價; 輸電可靠性; 跨地區(qū)交易; 統(tǒng)一定價機制

0 引言

跨地區(qū)交易輸電定價機制是促進中國跨省區(qū)電能交易,推進新一輪電力市場化改革,實現(xiàn)電力資源優(yōu)化配置和節(jié)能減排戰(zhàn)略的關鍵技術。國際上一般采用多級疊加和點費率兩種定價機制[1]。前者對分區(qū)分級電網(wǎng)分別制定輸電價格,跨地區(qū)交易過網(wǎng)費按所經(jīng)區(qū)域累加。該方法不能清晰計算和界定每筆交易對各地區(qū)的過網(wǎng)程度[2],可能引起跨地區(qū)交易輸電費過高,難以準確計量各地區(qū)過網(wǎng)量致結(jié)算復雜。后者用戶只需向接網(wǎng)點所在地區(qū)電網(wǎng)支付輸電費用,結(jié)算簡單透明[3];但它隱性地將區(qū)外電網(wǎng)輸電費用傳導在本級輸電成本中回收,故本質(zhì)上不能完全克服前兩方面的不足[4]。為此,文獻[1-6]提出統(tǒng)一輸電定價機制,將多區(qū)域互聯(lián)電網(wǎng)視為整體,制定全網(wǎng)輸電價格。該機制能夠更真實地反映輸送距離遠近,定價更加公平,但實際中需處理全網(wǎng)信息獲取和利益分配的政策與協(xié)調(diào)問題。本文以促進跨區(qū)域資源優(yōu)化配置和公平定價為主要目標,研究適合于中國的跨地區(qū)交易統(tǒng)一輸電定價機制。

用戶輸電定價模型是統(tǒng)一輸電定價機制的關鍵。中國輸電價格實行會計成本定價,通常按電網(wǎng)使用程度將輸電成本分攤給用戶,保證了成本回收,但缺乏經(jīng)濟引導信號[7-8]。此外輸電系統(tǒng)有提供電能輸送和安全可靠性的雙重功能。系統(tǒng)輸電容量往往超出正常運行狀態(tài)峰荷供電的容量需求,“過?！比萘坑靡詽M足N-1可靠性準則。故這兩部分對應的輸電成本理應按不同標準分攤。針對上述不足,研究者探索了計及可靠性的輸電定價方法,文獻[9]通過按照電網(wǎng)使用程度和系統(tǒng)可靠性影響分攤成本,更加公平;文獻[10-13]按可靠性成本或者價值分攤可靠性分量成本,能夠為用戶提供合理使用電網(wǎng)和選址的經(jīng)濟信息;在此基礎上,文獻[14]將收取的可靠性收費建立電網(wǎng)擴建的獎勵基金,文獻[15]引入長期投資回收需求信號,還能夠為輸電投資提供經(jīng)濟激勵信號。文獻[16]進一步提出按功能將輸電容量劃分為正常輸送容量、故障備用容量、遠期備用容量和無效容量4個分量,前兩者按正常和故障運行狀態(tài)的使用程度分攤,后兩者兼顧了對未來投資的激勵和過度投資的抑制。這些方法各有優(yōu)劣,定價目標滿足了各自的需求。中國應當根據(jù)自身特點和需要,研究適合的跨地區(qū)輸電定價方法[17]。

因此,為了促進中國跨省區(qū)交易、優(yōu)化區(qū)域間電力資源配置,本文構建了一種統(tǒng)一的跨地區(qū)交易輸電定價模型。該模型緊密結(jié)合成本加成輸電收入核定的國家政策,以公平負擔、補償成本、提供輸電阻塞信號,以及抑制過度投資為綜合定價目標,在會計成本定價的基礎上,引入可靠性分量和過度投資懲罰基金,建立了計及可靠性的統(tǒng)一輸電定價模型。

1 計及可靠性的跨地區(qū)交易統(tǒng)一輸電定價機制的基本框架

根據(jù)中國現(xiàn)行輸配電價政策規(guī)定、近兩年輸配電價改革試點的推進、電力市場化改革和特高壓電網(wǎng)建設規(guī)劃,以及能源遠距離輸送戰(zhàn)略[18-19],中國跨地區(qū)輸電收入按照成本加成法核定,輸電價格制定的基本原則應當兼具保障成本回收,抑制過度投資,實現(xiàn)公平分擔,提供電網(wǎng)使用和投資的經(jīng)濟信號,促進跨地區(qū)電力交易,優(yōu)化區(qū)域間資源配置的多重目標。統(tǒng)一輸電定價機制包括用戶輸電定價和輸電收益分配兩層結(jié)構。它將傳統(tǒng)輸電定價機制下用戶輸電價格多重目標天然解耦,即前者主要實現(xiàn)公平負擔、有效引導電網(wǎng)使用、促進跨地區(qū)電力交易和優(yōu)化資源配置;后者則主要引導電網(wǎng)投資、補償成本和抑制過度投資。

設計計及可靠性跨地區(qū)輸電定價機制的基本框架如圖1所示:①按照歷史賬面核定輸電成本,區(qū)分基本電能輸送服務和可靠性服務,將之拆分為基本分量和可靠性分量兩部分;②第1層核定用戶輸電價格,輸電服務成本的基本分量主要起輸送電功能,理應按照電網(wǎng)使用程度分攤,實現(xiàn)公平定價,而可靠性分量以維持系統(tǒng)安全可靠性功能為主,而非電能輸送,為用戶提供輸電阻塞的經(jīng)濟信號,故按長期邊際輸電可靠性成本分攤;③第2層分配總輸電收益,基本收益分量按照輸電投資分配給各電網(wǎng)運營商,而可靠性收益分量主要按線路對系統(tǒng)可靠性的貢獻分配,提供電網(wǎng)阻塞與擴建的經(jīng)濟信號,綜合考慮負荷增長、新能源出力波動及極端場景,引入可靠性指標閾值建立懲罰基金,抑制過度投資。

圖1 計及可靠性的跨地區(qū)統(tǒng)一輸電定價機制基本框架Fig.1 Basic framework of unified cross-regional transmission pricing mechanism considering reliability

2 輸電可靠性評估指標

2.1 輸電系統(tǒng)可靠性評估指標

缺負荷期望及缺電損失是最常用的電力系統(tǒng)可靠性評估指標[20]。在電力市場中一般按統(tǒng)一價格進行集中市場出清,故各負荷可視為具有相同的邊際停電損失;同時考慮到不同負荷缺電損失屬于私人信息、數(shù)據(jù)量大,實際中無法獲取準確信息。故以缺負荷期望構建輸電可靠性評估指標,定義為負荷削減期望值(load shedding expectation,LSE),記為RLSE。它是指輸電系統(tǒng)在某一正常運行狀態(tài)S下,由于電網(wǎng)結(jié)構和N-1故障引起的供電負荷缺額的期望值[21]。其中供電負荷缺額根據(jù)附錄A最優(yōu)負荷削減模型計算,定義式為:

(1)

式中:ΩNN為該正常運行狀態(tài)與N-1狀態(tài)的集合;PLS,i(S)和RLSA,i(S)分別為第i個N-1狀態(tài)的發(fā)生概率和最優(yōu)負荷削減量。

該輸電系統(tǒng)的年負荷削減期望值即需要對年度各典型運行狀態(tài)的RLSE指標求取數(shù)學期望,可表示為:

(2)

式中:ΩNS為所考慮的系統(tǒng)典型運行狀態(tài)的集合;PS,i和RLSE,i分別為第i個運行狀態(tài)的發(fā)生概率和負荷削減期望值。

2.2 線路和節(jié)點用戶對輸電系統(tǒng)可靠性影響的評估指標

(3)

相似地,建立發(fā)電或負荷節(jié)點i的可靠性指標RGLSE,i和RDLSE,i,來反映發(fā)電或負荷節(jié)點i對輸電系統(tǒng)可靠性的影響。它可以定義為在輸電網(wǎng)上節(jié)點i增加發(fā)電或負荷,引起輸電系統(tǒng)年負荷削減期望RALSE指標值的變化幅度:

(4)

上述指標RLLSE,b,RGLSE,i和RDLSE,i均以負荷削減期望值RLSE為基礎構建,需對每一典型運行狀態(tài)下的N-1故障狀態(tài)進行計算,故所需計算時間較長。隨著系統(tǒng)規(guī)模增大,計算時間會大幅增加。綜合考慮輸電定價離線計算特點及其對計算時間和精度的要求,采用直流最優(yōu)負荷削減模型;通過預想事故集,減少故障集的故障狀態(tài)數(shù)目,大規(guī)模系統(tǒng)可采用蒙特卡洛模擬法,降低計算時間。

3 輸電系統(tǒng)可靠性的邊際成本分析

3.1 單位可靠性增量成本

隨著負荷的增長,為維持電網(wǎng)供電可靠性，通常需要進行電網(wǎng)擴建,故可將電價測算期的新增電網(wǎng)擴建投資視作維持輸電系統(tǒng)可靠性的成本。這部分成本一般難以界定其為哪個特定用戶服務,屬于共同成本。因此,可以采用均值來評估輸電系統(tǒng)的可靠性成本。為了分析輸電系統(tǒng)的可靠性邊際成本,首先定義單位可靠性增量成本(unit incremental reliability cost,UIRC)指標,記為CUIRC,它是指為滿足單位新增負荷可靠供電,并避免一個單位輸電系統(tǒng)可靠性下降,電網(wǎng)所需的輸電擴建投資成本。計算方法為:①在電價測算期末,計算有、無電網(wǎng)擴建投資的輸電系統(tǒng)可靠性指標RALSE,采用兩者差值評估新增電網(wǎng)投資對避免因負荷增長使輸電系統(tǒng)可靠性下降的貢獻;②測算期電網(wǎng)擴建總成本除以RALSE差值,并計算年度均值,即為避免輸電系統(tǒng)單位可靠性下降的年均電網(wǎng)擴建投資成本;③根據(jù)新增負荷對其求均值,即為滿足單位新增負荷供電并避免輸電系統(tǒng)單位可靠性下降所需的平均新增電網(wǎng)投資成本,其值即為CUIRC,表示為

(5)

3.2 用戶的長期邊際輸電可靠性成本

(6)

(7)

式中:PPG,k為電價測算期在節(jié)點k上的發(fā)電增量。

4 跨地區(qū)交易的統(tǒng)一輸電價格模型

4.1 輸電成本基本分量和可靠性分量的核定

輸電服務成本基本分量和可靠性分量的核定是計及可靠性的跨地區(qū)統(tǒng)一輸電定價的基礎。輸電規(guī)劃時往往留有一定的容量裕度,主要用以滿足系統(tǒng)N-1安全可靠性校驗,故其輸送容量通常超出正常運行狀態(tài)峰荷供電的容量需求。其中,滿足正常運行狀態(tài)下峰荷供電的輸送容量,主要功能是基本的電能輸送服務,故這部分容量稱為基本容量,對應的輸電服務成本稱為基本成本分量。超出基本容量部分的“過?！比萘?其功能主要是確保電能輸送的安全可靠,故對應的輸電成本稱為可靠性成本分量。

4.2 用戶輸電價格模型

用戶輸電價格包括基本分量和可靠性分量,兩者分別對應于輸電服務的基本成本分量和可靠性成本分量,分別記為CBTC和CRTC。此外,輸電成本在發(fā)電和負荷用戶間的分攤比例,各國各地區(qū)實踐差異較大,本文取負荷側(cè)分擔比為r。

4.2.1 輸電價格基本分量

基本價格分量是根據(jù)每筆交易對全網(wǎng)的使用份額進行分攤,將基本成本分量部分分攤給發(fā)電和負荷用戶,而形成的輸電價格分量。潮流追蹤、兆瓦公里、靈敏度系數(shù)法都是經(jīng)典的輸電定價方法,均能反映用戶對電網(wǎng)的使用份額及輸送距離遠近。然而,兆瓦公里和靈敏度系數(shù)法的輸電價格計算結(jié)果與平衡節(jié)點選擇有關,這會影響到各方的利益分配,易引起爭議。統(tǒng)一輸電定價機制涉及不同地方、經(jīng)濟資產(chǎn)獨立的運營商等多家利益主體,故平衡節(jié)點選擇更難協(xié)調(diào)達成一致意見。再者,這兩種方法都存在負系數(shù)問題,尚未得到較好解決。與之不同,潮流追蹤法計算結(jié)果不受平衡節(jié)點選擇影響且總為正值,其比例共享原則與跨地區(qū)電網(wǎng)內(nèi)、外網(wǎng)輸電費用傳導與分攤方法更相融合[6]。因此,選取潮流追蹤法計算輸電價格基本分量。

(8)

(9)

式中:ΩNL為系統(tǒng)所有送電線路的集合；ΩND為系統(tǒng)所有負荷節(jié)點的集合。

(10)

式中:ΩNG為系統(tǒng)所有發(fā)電節(jié)點的集合。

4.2.2 輸電價格可靠性分量

可靠性分量應當反映電網(wǎng)為用戶提供維持輸電系統(tǒng)安全可靠服務而支出的費用,并能夠引導用戶有效使用電網(wǎng)資源及合理投資。因此,該價格分量既要公平分擔,又要為用戶提供輸電阻塞和選址的經(jīng)濟信號[22],故按長期邊際輸電可靠性成本核定,并進行財務平衡調(diào)整。根據(jù)式(6)、式(7),負荷或發(fā)電節(jié)點k的輸電價格可靠性分量的計算式為:

(11)

式中:λ為可靠性成本分量CRTC的財務平衡調(diào)整系數(shù)。

4.3 電網(wǎng)運營商輸電收益分配模型

4.3.1 基本原理與設計框架

輸電收益分配既應保證各電網(wǎng)運營商輸電成本的回收,又應引導輸電擴建投資、抑制過度投資。將總輸電收益劃分為基本分量和可靠性分量,兩部分采用不同的分配方法。基本原理與設計框架如下,詳見附錄B圖B1。

1)與基本成本分量CBTC對應的基本容量,主要功能是滿足正常運行的電能輸送服務,屬合理成本,理應保證其成本回收,故這部分收益屬于基本收益分量,應按社會平均投資分配。

2)與可靠性成本分量CRTC對應的“過剩”容量,主要功能是確保電能輸送的安全可靠性,應當保證其成本回收,但若要保證全部投資的回收,投資商可能會為了追求自身利潤而傾向于超前或過高可靠性的輸電投資,造成經(jīng)濟上的浪費,導致低效和過度投資。因此,這部分收益應劃分為基本分量和可靠性分量兩部分,后者按輸電投資對系統(tǒng)可靠性的影響分配收益,影響越大、收益越多,提供輸電阻塞的經(jīng)濟信號,有效引導輸電擴建投資,前者同上;CRTC對應的基本收益分量比重μ根據(jù)監(jiān)管期對電網(wǎng)擴建投資的激勵需求確定。

3)此外,針對近年來國內(nèi)電網(wǎng)建設存在過度投資傾向的現(xiàn)實問題,建立專項懲罰基金。

4.3.2 基本收益分量的分配模型

如前所述,基本收益按照各電網(wǎng)運營商投資比重分配。但是,由于電網(wǎng)投資工程的自身建設管理水平低引起的較高成本,不應予以回收,否則不利于激勵運營商降低生產(chǎn)成本。此外,各電網(wǎng)投資工程的建設時期不同,而投資資金具有時間價值成本,理應在輸電收益核定中考慮。因此,對基本收益分量CBTC+μCRTC,按投資比例分配,剔除運營商電網(wǎng)資產(chǎn)自身建設管理水平差異,并考慮不同建設時期投資的時間價值。電網(wǎng)運營商k的基本收益分量的計算式為:

(12)

式中:ΩGO,k為運營商k負責運營的線路資產(chǎn)集合；ΩGO為由各運營商ΩGO,k組成的總集;Lb和Ub分別為線路b的實際長度和折算系數(shù),后者等于其與220 kV線路工程造價的比值;Tb為線路b投資成本的時間價值系數(shù),按資金時間價值計算。

4.3.3 可靠性收益分量的分配模型

可靠性收益分量(1-μ)CRTC的分配以引導輸電擴建投資為主要目標,故按線路對系統(tǒng)輸電可靠性的貢獻為基礎確定分配比例。計算步驟為:①根據(jù)式(3),評估每條線路對全網(wǎng)輸電可靠性的貢獻RLLSE,b;②以RLLSE,b為比例,將可靠性收益分量分配至每條線路;③按資產(chǎn)歸集獲得各電網(wǎng)運營商的可靠性收益,則電網(wǎng)運營商k的可靠性收益計算式為

(13)

4.3.4 過度投資懲罰基金

當某送電線路工程建設容載比很低且對輸電系統(tǒng)可靠性影響很小時,則該線路可能是經(jīng)濟低效或有過度的輸電投資。當這部分“冗余”的容量,是作為備用容量應對未來負荷增長、新能源出力波動或者極端場景時,它屬于合理投資;否則屬過度投資,用戶不應該承擔這部分成本,不能核算進輸電收入中[16]。但前文輸電收益分配模型難以處理此問題。為此建立專項懲罰基金,通過經(jīng)濟激勵管控抑制嚴重低效和過度的投資。該機制設計如下:由式(12)和式(13)核定輸電收益分配后,扣留嚴重低效或過度投資線路的部分收益,將扣留的收益存入專項懲罰基金賬戶;在后續(xù)輸電價格核定期,將這部分基金返還給用戶或作為阻塞線路投資激勵。據(jù)此,設計線路b的過度投資罰金Frel,b的計算式為:

(14)

其中

(15)

式(14)中線路RLLSE,b值的計算,是過度投資判定的基礎。其中,應對未來負荷增長、新能源出力波動及極端場景的輸電備用容量應作為合理投資,故在采用式(2)至式(4)計算RLLSE,b時,系統(tǒng)運行場景的線路輸送容量參數(shù)取值中,應在實際值基礎上扣除上述備用容量,該備用容量系數(shù)可以根據(jù)較長時間尺度的仿真結(jié)果或?qū)嶋H運行情況確定。

5 算例驗證分析

5.1 算例描述

以IEEE 57節(jié)點系統(tǒng)為算例,該系統(tǒng)包含7個發(fā)電機節(jié)點和78條支路,劃分成2個本級地區(qū)網(wǎng)和1個跨區(qū)網(wǎng),見附錄B圖B3。采用多級累加法(MLO)、點費率(POC)、全網(wǎng)統(tǒng)一輸電定價(WUN)和計及可靠性的統(tǒng)一輸電定價(CR-WUN)4種方法,應用MATLAB編程,比較分析跨地區(qū)交易的輸電價格。測算取附錄B圖B3的典型運行方式,電網(wǎng)可靠性成本占總輸電成本的9%,其中可靠性收益分量取50%,發(fā)電和負荷側(cè)承擔輸電費用的比例取15%∶85%。

5.2 3類跨地區(qū)交易輸電定價結(jié)果的比對分析

采用POC,WUN和MLO這3種方法計算各節(jié)點的輸電費率和點對點跨地區(qū)交易的輸電費用,限于篇幅取部分結(jié)果如表1所示。

節(jié)點輸電價格的計算結(jié)果可得以下結(jié)論。

1)MLO法的計算結(jié)果僅為本地區(qū)輸電價格,而POC和WUN法的計算結(jié)果是含本地內(nèi)網(wǎng)和外網(wǎng)的總輸電價格,故對每個節(jié)點后兩者理應高于前者。但節(jié)點L38的MLO價格明顯高于WUN法,這表明MLO法不能合理反映跨地區(qū)輸電交易使用電網(wǎng)的程度,且在一些情況下非常顯著。

2)就POC和WUN法來看,由于POC法不能完全清晰界定跨地區(qū)交易對電網(wǎng)的使用程度,少部分節(jié)點，如L9,L14,L12,L15,L49,L29和L28的輸電價格相差約10%;但總體偏差不大,這是因為采用潮流追蹤法計算電網(wǎng)使用份額,外網(wǎng)輸電費用傳導易與潮流追蹤比例共享原則相融合,這可以在接網(wǎng)關口節(jié)點處增加一條支路來處理,當采用其他電網(wǎng)使用份額計算方法時偏差可能很大。

由表1所示的點對點跨地區(qū)交易輸電費用的計算結(jié)果可得以下結(jié)論。

1)采用MLO法,跨地區(qū)交易結(jié)算量難以確定,結(jié)算結(jié)果不唯一。以節(jié)點28向節(jié)點3的購電交易為例,難以確定該筆交易哪部分潮流從哪個節(jié)點關口流經(jīng)跨區(qū)網(wǎng)后再流向地區(qū)網(wǎng)1的節(jié)點3,故難以確定與地區(qū)網(wǎng)2的輸電結(jié)算電量和費用。盡管通過合同來確定其路徑與結(jié)算量分配比例可以解決,但結(jié)果不唯一,且對復雜電網(wǎng)該問題將非常突出。

表1 3種定價方法輸電價格的計算結(jié)果比較Table 1 Comparison of calculation results for transmission service tariff with three pricing methods

2)采用MLO法,跨地區(qū)交易需向多個運營商支付輸電費用,故輸電費用往往高于WUN和POC法,甚至有時會過高。

綜上所述,MLO法結(jié)算復雜、不透明,只適用于連接關系簡單的跨地區(qū)電網(wǎng),且需通過合同規(guī)定輸電路徑和結(jié)算量分配比例來解決輸電費用結(jié)算問題。POC和WUN法結(jié)算只與用戶接網(wǎng)節(jié)點位置和接網(wǎng)量有關,計量結(jié)算簡單透明。此外,與WUN法相比較,POC法不能完全清晰界定每筆交易對全網(wǎng)的使用份額,但采用潮流追蹤法時偏差較小。

5.3 CR-WUN和WUN輸電定價方法的比較

5.3.1 用戶輸電價格

測算CUIRC為0.63萬元/a,對輸電可靠性進行評估,計算節(jié)點長期邊際輸電可靠性成本,采用CR-WUN法計算節(jié)點輸電價格,并與WUN法對比,限于篇幅取部分結(jié)果見表2。

表2 CR-WUN和WUN兩種統(tǒng)一定價方法的輸電價格比較Table 2 Results comparison of transmission service tariff with CR-WUN and WUN unified pricing methods

1)不同于WUN,CR-WUN法在輸電價格計算中考慮了用戶對輸電可靠性的影響,體現(xiàn)了電網(wǎng)電能輸送和可靠性服務的雙重功能,定價更加公平。

5.3.2 輸電收益分配

比較分析WUN和CR-WUN兩種統(tǒng)一定價方法的輸電收益分配結(jié)果見圖2,詳細數(shù)據(jù)結(jié)果見附錄B表B1。表明:①WUN法的運營商收益單純?nèi)Q于總輸電投資,而CR-WUN法則綜合取決于總輸電投資及每條線路對系統(tǒng)輸電可靠性的貢獻,單位長度線路對輸電系統(tǒng)可靠性影響越大,其單位收益越高;②采用CR-WUN法時,線路投資對輸電系統(tǒng)可靠性影響越大,對解決電網(wǎng)阻塞越重要,該線路投資所獲得的輸電收益越高,反之亦然。綜上，CR-WUN法既能保證輸電投資成本的合理補償,又能為電網(wǎng)擴建投資提供經(jīng)濟信號。就計算時間來看,由于CR-WUN法需要對每條線路計算N-1故障狀態(tài)的最優(yōu)負荷削減,故計算時間較WUN法也大幅增加,達93 s。

圖2 2種定價方法的線路輸電收益與可靠性指標間的統(tǒng)計關系Fig.2 Statistical relation between line transmission revenue and its reliability index with two pricing methods

5.3.3 過度投資懲罰基金

對過度投資罰金取線路容載比最低限值為40%,ψmin和ψmax分別為10和20。逐步增加線路1-15的輸電容量,應用最優(yōu)負荷削減模型測算不同輸送容量下該線路對系統(tǒng)輸電可靠性影響的評估指標RLLSE,b,根據(jù)式(14)過度投資罰金激勵模型計算該線路的懲罰金額。線路容載比與懲罰金額的統(tǒng)計結(jié)果見圖3,結(jié)果表明:當電網(wǎng)擴建時輸電線路容量選擇過大,存在過度投資傾向時,會產(chǎn)生過度投資罰金,過度投資程度越高則懲罰金額越高;提高罰金激勵模型中參數(shù)ξ和κ的取值,過度投資罰金增加,抑制過度投資的經(jīng)濟激勵越強。

圖3 線路1-15規(guī)劃容量與過度投資罰金的統(tǒng)計關系Fig.3 Statistical relation between line planning capacity and its excessive investment fine

6 結(jié)語

本文深入研究了跨地區(qū)交易的輸電定價機制。結(jié)合中國電力交易、電力體制和電價政策環(huán)境,通過輸電系統(tǒng)可靠性指標和長期邊際輸電可靠性成本的引入,構建了計及可靠性的用戶輸電價格和電網(wǎng)運營商輸電收益分配的統(tǒng)一輸電價格機制,構造了過度投資的懲罰基金經(jīng)濟激勵模型。它能夠反映用戶對電網(wǎng)輸電服務和可靠性服務的使用,定價更加公平,結(jié)算簡單透明,為用戶提供經(jīng)濟信號與激勵,有效引導輸電使用和投資。然而,統(tǒng)一輸電定價機制在中國跨地區(qū)交易輸電定價中的可實踐性仍有待更深入和廣泛的研究。此外,如何構建適用于輸電定價的輸電系統(tǒng)可靠性評估指標,如何合理拆分基本成本和可靠性成本分量,過度投資激勵機制中如何充分考慮負荷增長、新能源出力波動和極端場景等問題仍有待進一步深入研究。

附錄見本刊網(wǎng)絡版(http://www.aeps-info.com/aeps/ch/index.aspx)。

[1] OLMOS L, PEREZ-ARRIAGA I J. Evaluation of three methods proposed for the computation of inter-TSO payments in the internal electricity markets of the European Union[J]. IEEE Trans on Power Systems, 2007, 22(4): 1507-1522.

[2] 王卿然,張粒子,謝國輝.跨地區(qū)電力交易輸電服務價格機制[J].電力系統(tǒng)自動化,2010,34(13):11-15.

WANG Qingran, ZHANG Lizi, XIE Guohui. A transmission pricing mechanism for cross-regional electricity trading[J]. Automation of Electric Power Systems, 2010, 34(13): 11-15.

[3] RETA R, VARGAS A. Comparative analysis of methodologies for allocating transmissions costs applied to international interconnections[C]// 2006 IEEE PES Transmission & Distribution Conference and Exposition, August 15-18, 2006, Caracas, Latin America: 6p.

[4] KAISA K. Pricing of electricity distribution: an empirical efficiency study in Finland, Norway and Sweden[J]. Utilities Policy, 2005, 13(1): 15-25.

[5] BIALEK J W. Tracing-based unifying framework for transmission pricing of cross-border trades in Europe[C]// Proceedings of 2000 Electric Utility Deregulation and Restructuring and Power Technologies, April 4-7, 2000, London, UK: 6p.

[6] GIL H A, GALIANA F D, CONEJO A J. Multiarea transmission network cost allocation[J]. IEEE Trans on Power Systems, 2005, 20(3): 1293-1301.

[7] LIMA J W M. Allocation of transmission fixed charges: an overview[J]. IEEE Trans on Power Systems, 1996, 11(3): 1409-1418.

[8] 周晶晶,袁越,李振杰,等.計及供電可靠性的配電網(wǎng)節(jié)點電價計算方法[J].電力系統(tǒng)自動化,2016,40(7):42-48.DOI:10.7500/AEPS20150617008.

ZHOU Jingjing, YUAN Yue, LI Zhenjie, et al. Calculation method of nodal price in distribution network considering power supply reliability[J]. Automation of Electric Power Systems, 2016, 40(7): 42-48. DOI: 10.7500/AEPS20150617008.

[9] SILVA E L, MESA S E C, MOROZOWSKI M. Transmission access pricing to wheeling transactions: a reliability based approach[J]. IEEE Trans on Power Systems, 1998, 13(4): 1481-1486.

[10] 李文沅,周家啟,盧繼平,等.在輸電服務價格設計中計入可靠性分量[J].中國電機工程學報,2006,26(13):43-49.

LI Wenyuan, ZHOU Jiaqi, LU Jiping, et al. Incorporating reliability component in transmission service rate design[J]. Proceedings of the CSEE, 2006, 26(13): 43-49.

[11] PARK Y H, KIM D M, KIM J O. Transmission cost allocation considering reliability cost[J]. Transactions of the Korean Institute of Electrical Engineers, 2008, 57(4): 576-581.

[12] 李成仁,韓勇,高效,等.跨省區(qū)輸電安全費用分攤方法[J].電網(wǎng)技術,2010,34(12):174-179.

LI Chengren, HAN Yong, GAO Xiao, et al. A method to allocate security costs for cross-regional and trans-provincial power transmission[J]. Power System Technology, 2010, 34(12): 174-179.

[13] VIJAY V V, VERMA A K A. Probabilistic transmission pricing methodology considering transmission reliability margins[J]. International Journal of Systems Assurance Engineering and Management, 2010, 1(2): 113-119.

[14] YU J, PATTON A D. Transmission use charges including reliability costs[C]// IEEE 2000 Power Engineering Society Winter Meeting, January 23-27, 2000, Singapore: 6p.

[15] RATHORE P, AGNIHOTRI G, KHAN B, et al. Optimal transmission pricing with reliability indices[C]// IEEE 2014 Green Computing Communication and Electrical Engineering, March 6-8, 2014, Coimbatore, India: 6p.

[16] YANG Zhifang, ZHONG Haiwang, XIA Qing, et al. A structural transmission cost allocation scheme based on capacity usage identification[J]. IEEE Trans on Power Systems, 2016, 31(4): 2876-2884.

[17] 鄭厚清.從國際經(jīng)驗看如何完善我國跨區(qū)省電力交易價格機制[J].中國物價,2011(3):55-57.

ZHENG Houqing. How to improve the electricity trading price mechanism of cross-province from international experience[J]. China Price, 2011(3): 55-57.

[18] 程?；?鄭亞先,耿建,等.基于拓展網(wǎng)絡流方法的跨區(qū)跨省交易路徑優(yōu)化[J].電力系統(tǒng)自動化,2016,40(9):129-134.DOI:10.7500/AEPS20150906010.

CHENG Haihua, ZHENG Yaxian, GENG Jian, et al. Path optimization model of trans-regional and trans-provincial electricity trade based on expand network flow[J]. Automation of Electric Power Systems, 2016, 40(9): 129-134. DOI: 10.7500/AEPS20150906010.

[19] 胡嘉驊,文福拴,蒙文川,等.計及偏差電量分解的跨省區(qū)電能交易結(jié)算新方法[J].電力系統(tǒng)自動化,2016,40(18):135-142.DOI:10.7500/AEPS20160112006.

HU Jiahua, WEN Fushuan, MENG Wenchuan, et al. Settlement method for inter-provincial electricity trading considering allocations of unbalanced electric quantity[J]. Automation of Electric Power Systems, 2016, 40(18): 135-142. DOI: 10.7500/AEPS20160112006.

[20] LIU Mingjun, LI Wenyuan, YU Juan, et al. Reliability evaluation of tidal and wind power generation system with battery energy storage[J]. Journal of Modern Power Systems and Clean Energy, 2016, 4(4): 636-647.

[21] 汪隆君,王鋼,李博.交直流混聯(lián)輸電系統(tǒng)充裕度評估的最優(yōu)負荷削減模型[J].電力系統(tǒng)自動化,2011,35(7):7-12.

WANG Longjun, WANG Gang, LI Bo. An optimal load shedding model for AC/DC hybrid transmission system adequacy assessment[J]. Automation of Electric Power Systems, 2011, 35(7): 7-12.

[22] XUE Yusheng, CAI Bin, JAMES G, et al. Primary energy congestion of power systems[J]. Journal of Modern Power Systems and Clean Energy, 2014, 2(1): 39-49.

Unified Transmission Pricing Model for Cross-regional Electricity Trading Considering Reliability

HUANGHaitao1,YANGDong1,HEMin2

(1. College of Electric Power Engineering, Shanghai University of Electric Power, Shanghai 200090, China; 2. State Grid Gansu Electric Power Corporation, Lanzhou 730030, China)

Based on the cross-regional electricity trading, electrical regime and price polices in China, transmission reliability indices are constructed, and a unified cross-regional transmission pricing model considering reliability is presented. The model consists of two layers. Firstly, it proposes calculation methods of long-run marginal cost of transmission reliability through deep analysis of the electricity transmission cost, and a user transmission pricing model is built considering reliability based on the grid using extent and long-run marginal cost of transmission reliability. Secondly, a transmission revenue distribution model is constructed considering investment of transmission lines and its reliability contribution, and an economic incentive model of fine fund is established and induced for excessive transmission investment. With the selection of the unified pricing mechanism, the model overcomes the shortcomings of the multi-level overlay pricing method (MLO) and the point of connection tariff (POC) which cannot clearly reflect the insufficient use of the power grid by the transmission devices of cross-regional transactions. And the model is fairer, simpler and more transparent to settle accounts. By introducing reliability component, it is able to provide economic signals of transmission congestion and to effectively guide transmission investment. Results of IEEE 57-bus test system illustrate its rationality and effectiveness.

This work is supported by National Natural Science Foundation of China (No. 71203137) and Electrical Engineering Highland Subject.

transmission pricing; transmission reliability; cross-regional transaction; unified pricing mechanism

2016-09-07;

2017-02-06。

上網(wǎng)日期: 2017-04-14。

國家自然科學基金資助項目(71203137);電氣工程高原學科資助項目。

黃海濤(1978—),女,通信作者,博士,副教授,主要研究方向:電價理論與應用、電力系統(tǒng)運行優(yōu)化。E-mail：hbdl_huanghaitao@sina.com

楊 冬(1991—),男,碩士,主要研究方向:輸電價格。E-mail: 596318761@qq.com

賀 敏(1974—),女,碩士,高級經(jīng)濟師,主要研究方向:電力企業(yè)管理。E-mail: 1151948181@qq.com

(編輯 章黎)