（技术经济及管理专业论文）基于公共物品属性和市场效率的输电项目评价理论研究.pdf

c l a s s i f i e di n d e x ：t k 9 u d c ：3 3 8 2 iyllllllllllll7lllllll9llll,7llllllzlllllllll3lly 1 7 9 7 2 1 3 d i s s e r t a t i o nf o rt h ed o c t o r a ld e g r e ei nm a n a g e m e n t t h e o r yr e s e a r c ho ft r a n s m i s s i o np r o je c te v a l u a t i o n b a s e do np u b l i cg o o d sn a t u r ea n dm a r k e t e f f i c i e n c y c a n d i d a t e ： s u p e r v i s o r ： a c a d e m i cd e g r e ea p p l i e df o r ： s p e c i a l i t y ： s c h o o l ： d a t eo fd e f e n c e ： c h e nx i a o l i a n g p r o f z e n gm i n g p r o f d o n gj u n d o c t o ro fm a n a g e m e n t t e c h n i c a le c o n o m ya n dm a n a g e m e n t s c h o o lo fe c o n o m ya n dm a n a g e m e n t j u n e ，2 0 1 0 d e g r e e - c o n f e r r i n g - i n s t i t u t i o n ： n o r t hc h i n ae l e c t r i cp o w e ru n i v e r s i t y 声明尸叫 本人郑重声明：此处所提交的博士学位沦文基于公共物品属性和市场效率的输 电项目评价理论研究，是本人在华北电力大学攻读博士学位期问，在导师指导下，独 立进行研究工作所取得的成果。尽我所知，除文中已经注明引用的内容外，本学位论文 的研究成果不包含任何他人享有著作权的内容。对本论文所涉及的研究工作做出贡献的 其他个人和集体，均已在文中以明确方式标明。 签名：整：塑：墨日期：妒_ ，7 关于学位论文使用授权的说明 本人完全了解华北电力大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保管、 并向有关部门送交学位论文的原件与复印件；学校可以采用影印、缩印或其它复制手 段复制并保存学位论文；学校可允许学位论文被查阅或借阅；学校可以学术交流为 目的，复制赠送和交换学位论文；同意学校可以用不同方式在不同媒体上发表、传播 学位论文的全部或部分内容。 ( 涉密的学位论文在解密后遵守此规定) 作者签名： 日期： 埘6 导师签名： 华北电力人。博十学化论文 中文摘要 输电网在电力工业和电力市场中起着举足轻重的作用，它具有不可替代的物理功 能、社会功能和市场功能。输电评价是输电项目投资决策的关键环节，输电项目不同 于一般的建设项目，它具有一次性、垄断性、网络外部性和公共物品属性，因而研究 合适的输电评价方法具有重要的理论以及实际意义。 基于输电系统和输电项目的特征，本文总结了输电评价应遵循的原则，认为输电 项目评价应该从可靠性、经济性和环保性出发，并且需要考虑到市场化因素对输电评 价的影响。 在完全竞争的电力市场环境下，各市场主体通过竞争达到市场均衡，实现电力市 场效率最优。本文在分析影响电力市场效率的因素的基础上，首先对输电项目效益的 进行识别，认为输电项目的效益包括可靠性效益、环境效益及经济效益。对输电项目 的效益进行识别有利于对输电项目进行经济评价并且可以进行不同项目的比较，同时 可以作为确定输电费用分摊和输电价格的依据。 其次，本文基于节点边际电价的基本原理和经济剩余理论，构建了输电项目对不 同市场主体的效益计算模型，采用“有无对比法”，通过比较输电项目建设前后各市 场主体的经济剩余的变化量，得到输电项目给各主体创造的收益。并通过i e e e 3 0 节 点算例验证了模型的有效性。 第三，本论文详细的分析了输电项目的外部性特征，阐述了输电项目所包含的内 部效益和外部效益，并分析了输电项目对相邻电力系统的影响及对外部环境的影响， 同时建立了输电项目相邻电力系统影响的计量模型。本文采用电力生产随机模拟软件 和潮流计算工具，通过i e e e 3 0 节点算例系统分析了输电项目外部性效益的计算，重 点分析了某区域的输电项目对相邻电力系统中各主体的影响。 第四，本为通过进一步对市场和电力系统的运行进行模拟，分析了电力市场条件 下的三种因素：发电商策略性报价、需求侧参与响应，以及发电商与用户签订长期交 易合约对输电项目效益计算的影响，并建立输电项目效益的计算模型，通过算例分析 说明市场化因素对输电效益的影响。 最后，考虑到输电项目的特性以及市场化因素的存在，本论文在前几部分效益计 算的基础上，将模糊综合评价的方法、改进熵权t o p s i s 法、层次分析法三种方法运 用到输电项目评价上，并建立了输电项目评价的模型，通过计算可能的电力投资方案 的指标并排序，确定最终的输电投资方案。 摘要 电力市场效率，外部效益，需求侧响应，模糊评价 a b s t r a c t lr a n s m i 【s s i o n 舯d1 so fg r e a ti m p o r t a n c ei n t h ep o w e ri n d u s t r ya n dp o w e rm a r k e t b e c a u s eo fi t sp h y s i c a l ，s o c i a la n dm a r k e tf u n c t i o n s t r a n s m i s s i o np r o j e c t e v a l u a t i o ni s v i t a lf o rt h et r a n s m i s s i o ni n v e s t m e n td e c i s i o n ，h o w e v e rt r a n s m i s s i o np r o j e c td i 仃e r s 舶m g e n e r a lc o n s t r u c t i o np r o j e c t sa n di ti sm o n o p o l ga n dh a se x t e r n a l i t i e sa sw e l la sp u b l i c g o o dp r o p e r t y , a sar e s u l ti ti ss i g n i f i c a n tt os t u d yt h ep r o p e re v a l u a t i o nm e t h o df o r t r a n s m i s s i o np r o j e c t s b a s e do nt h e c h a r a c t e r i s t i c so ft r a n s m i s s i o np r o j e c t s ，t h i s p a p e rc o n c l u d e st h e p r i n c i p l e st h a tt r a n s m i s s i o ne v a l u a t i o nj o bs h o u l df o l l o wa n di n d i c a t e st h a tt h et r a n s m i s s i o n e v a l u a t i o ns h o u l d j u d g et h e r e l i a b i l i t y ,e c o n o m y ,e n v i r o n m e n t a l p r o t e c t i o no fa n v t r a n s m i s s i o n p r o j e c t a n dt a k ei n t o c o n s i d e r a t i o nt h ee f f e c t so fp o w e r m a r k e to n t r a n s m i s s i o np r o j e c t s i nt h ee l e c t r i cm a r k e t ，t h em a r k e tc o u l da c h i e v ee q u i l i b r i u ma n do p t i m a le f f i c i e n c e t h r o u g hc o m p e t i t i o n f i r s t l y , b a s e do na n a l y s i s i n gt h ef a c t o r so f a f f e c t i n gt h ee f f i c i e n c eo f e l e c t r i c i t ym a r k e t ，t h i sp a p e ri d e n t i f yt h eb e n e f i t so ft h et r a n s m i s s i o np r o j e c t s t h i sp a p e r a n a l y z e st h er e l i a b i l i t yb e n e f i t ，e n v i r o n m e n tb e n e f i ta n de c o n o m i cb e n e f i to ft r a n s m i s s i o n p r o j e c t s i d e n t i f y i n gt h eb e n e f i t so ft r a n s m i s s i o np r o j e c t sc a r lh e l pe v a l u a t ea n dc o m p 抛e t h et r a n s n i l s s l o nl n v e s t m e n tp r o g r a m sa n da l s oc a nb e u s e da st h er e f e r e n c eo f e s t a b l i s h i n g t r a n s m i s s i o np r i c ea n d d i s t r i b u t i n gi n v e s t m e n tc o s t s e c o n d l y b a s e do nt h el o c a lm a r g i n a lp r i c em e c h a n i s ma n de c o n o m i cs u r p l u st h e o 似 t h l 8p a p e rc o n s t r u c t st h et r a n s m i s s i o nb e n e f i t c a l c u l a t i o nm o d e l t h i sp a p e rv e r i f yt h e v a l i d i t yo f t h em o d e lb ya ni e e e3 0n o d es y s t e m t h i r d l y , t h i sp a p e ra n a l y z e st h ee x t e r n a lc h a r a c t e r i s t i c so ft h et r a n s m i s s i o np r o i e c t s d e t a i l e d l y , a n di l l u s t r a t e st h ei n t e r n a le f f i c i e n c ya n de x t e m a le f f i c i e n c yo ft h et r a n s m i s s i o n p r o j e c t s t h i sp a p e ru s e sp r o b a b i l i s t i cp r o d u c t i o ns i m u l a t i o n t o o la n dp o w e rf l o w c a l c u l a t i o ns o f t w a r et oq u a n t i f yt h ee x t e r n a lb e n e f i t so f t r a n s m i s s i o np r o j e c t f o u r t h l y , t h i sp a p e rb u i l d sd i f f e r e n tt r a n s m i s s i o nb e n e f i t c a l c u l a t i o nm o d e l si n a c c o r d a n c ew i t hd i f f e r e n tm a r k e tc a s e ss u c ha ss o m eg e n e r a t o r s b i d d i n gs t r a t e g i c a l l y d e m a n ds i d er e s p o n s ea n dl o n gt e r mc o n t r a c t f i n a l l y , c o n s i d e r i n gt h ec h a r a c t e r i s t i c so ft r a n s m i s s i o np r o j e c t sa n dm a r k e tf a c t o r so f p o w e l - m a r k e t ，t h i sp a p e ra p p l i e sf u z z yt h e o r yi nt r a n s m i s s i o ne v a l u a t i o na n db u i l d st h e c o r r e s p o n d i n ge v a l u a t i o nm o d e li nw h i c ht h ed e c i s i o nm a k e r sc a l c u l a t e t h ei n d e xo f a l t e r n a t i v ei n v e s t m e n tp r o j e c t sa n d f i n a l l yc h o o s et h eh i g hp e r f o r m a n c eo n et oc o n s t r u c t 摘要 e f f i c i e n c yo ft h ee l e c t r i c i t ym a r k e t ，e x t e r n a lb e n e f i t ， u a t i o nt h e o r y i v 华北【u 力人。学博十学位论文 目录 中文摘要 英文摘要 第一章引言1弟一早ji 苗- i 1 1 研究背景与意义1 1 2 国内外研究现状2 1 2 1 国内外输电投资模式的研究综述2 1 2 2 电力市场效率研究的综述4 1 2 3 输电项目评价方法的研究综述4 1 3 论文的主要研究内容、工作特色和难点9 1 4 本论文所作的主要工作及创新点1 2 第二章输电系统特性与输电项目评价基本要素13 2 1 输电系统的物理属性1 4 2 2 输电系统的自然垄断特性1 4 2 3 输电系统的网络产业特性1 9 2 4 输电系统的公共物品属性2 0 2 5 输电项目评价的要素2 2 2 6 本章小结2 4 第三章基于市场效率的输电项目效益识别2 6 3 1 一般概念的市场效率与电力市场效率2 6 3 1 1 市场效率的一般概念2 6 3 1 2 电力市场效率2 7 3 1 3 影响电力市场效率的要素3 l 3 1 4 输电阻塞对市场效率的影响3 5 3 1 5 输电项目对市场效率的影响3 6 3 2 输电项目效益的概念与识别3 7 3 2 1 输电项目的可靠性收益3 8 3 2 2 输电项目的环境效益3 9 3 2 3 输电项目的经济效益4 0 目录 4 l 主体的效益计算模型研究4 3 原理和求解模型4 3 益的计算模型4 6 形下各市场主体经济剩余的计算4 6 主体的效益4 9 5 0 5 5 第五章输电项目外部效益计算模型研究5 6 5 1 引言5 6 5 2 输电项目的内部效益和外部效益识别5 7 5 3 输电项目对相邻电力系统的影响5 9 5 3 1 对相邻区域的电力用户的影响5 9 5 3 2 对相邻区域的发电商的影响5 9 5 3 3 对相邻区域的电网公司的影响6 0 5 3 4 算例6 0 5 4 输电项目对外部环境的影响6 2 5 5 考虑外部性的输电投资成本的分摊6 3 5 6 本章小结6 4 第六章市场环境下输电项目效益的计算模型研究6 5 6 1 计及发电商竞价策略的输电效益计算模型6 5 6 1 1 模拟竞价策略可供选择的方法6 5 6 。1 2 基于报价成本差额的报价策略的确定6 6 6 1 3 算例6 8 6 2 计及需求侧响应的输电效益计算模型6 9 6 2 1 需求弹性和计及需求响应的用户需求函数7 0 6 2 2 计及需求侧响应的节点电价模型7 1 6 2 3 需求侧响应项目的经济效益分析7 2 6 2 4 算例7 4 v i 华北电力人学博f ：! 学位论文 6 3 计及中长期双边交易合同的输电效益计算模型7 8 6 3 1 电力市场下的中长期双边交易合同7 8 6 3 2 输电效益计算模型7 8 6 3 3 算例7 9 6 4 本章小结8 2 第七章输电项目评价方法和计算模型研究8 4 7 1 输电项目的模糊综合评价方法与模型8 4 7 1 1 模糊综合评价方法8 4 7 1 2 输电项目与模糊综合评价8 5 7 1 3 输电项目评价的不确定性建模8 6 7 1 4 输电项目的模糊综合评价模型8 7 7 1 5 算例8 9 7 2 基于改进熵权t o p s i s 法的输电评价方法9 3 7 2 1 改进熵权t o p s i s 法9 3 7 2 2 实证研究9 5 7 3 基于层次分析法的输电项目评价方法9 8 7 3 1 层次分析法9 8 7 3 2 实证研究1 0 0 7 4 本章小结1 0 4 第八章结论10 6 参考文献10 9 致谢1 17 附录118 攻读博士学位期间发表的学术论文13 6 攻读博士学位期间参加的科研工作13 7 v i l 华北电力人学博十。位论文 1 1 研究背景与意义 第一章引言 输电网在电力工业和电力市场中起着举足轻重的作用，它具有不可替代的物 理功能、社会功能和市场功能。输电网的物理功能是连接电力生产者和消费者， 输送电能；安全可靠的电力供应对社会经济的巨大影响决定了输电网重要的社会 功能；而输电网的市场功能则体现在它是电力市场的平台和支撑，是电力交易的 载体，所有电力交易都要通过输电网完成。国际经验和我国的实践表明，坚强统 一的电网能够起到加强能源安全、优化资源配置、实现发电能源结构优化、提高 市场效率等作用 b 4 】。 近年来受需求驱动，电源投资迅速增长，但是电网建设却难以满足电源和负荷增长 的需要。输电设施的投资不足将会带来一系列的负面作用，例如阻塞成本增加，电力交 易量缩减，能源损失加重，输电系统的维护成本增加，输电服务频繁中断，发电商滥用 市场力等等。2 0 0 3 年加州电力危机也给各国敲响了警钟。加州电力危机的原因之一是南 北之间的输电线路受阻塞，使得能够提供上网电量的发电商的数目降低，从而导致了很 高的电价。因此，建设一个坚强有力的输电网是一项十分重要的工作【5 】。投资建设输电 网能够有效缓解阻塞，为电力用户、发电商等市场主体带来效益，具体表现为降低电力 中断的频率，提供一个稳定和合理的电力价格，并且能够促进更清洁更高效的电厂的建 设。 2 0 0 2 年以来，中国逐步开展电力市场建设，东北、华北、华东区域电力市场 试运行。随着厂网分开，发电企业成为独立经营实体，自主决定经营方式，以实 现降低生产成本、提高竞争力及最大化利益的目的。同时，大量非电力系统电源 要求接入系统运行【6 】。这些企业将各自决策未来的发电投资，选择发电类型、发 电容量、建厂地址以及机组检修的安排。电力用户，尤其是大用户，随着电力市 场的深入发展，选择电力供应商的权力将增加，将出现跨网购电和电力转运。这 样就使得电力系统运行和规划的不确定性增加。厂网分开，机构重组，原来电力 系统内的垂直管理，变成各平行机构的协商【7 】l 引。在我国当前电力市场环境下， 输电项目投资决策不再由垂直一体化的电力公司决定。近年来受需求驱动，我国 电源投资迅速增长，但是电网建设却难以满足电源和负荷增长的需要。国务院关 于“十一五”深化电力体制改革的实施意见指出，“十一五”时期要重点解决电 源结构不合理、电网建设相对滞后、市场在电力资源配置中的基础性作用发挥不 够等突出问题。按照电力规划，今后几年将有大量的输电项目建没，尤其是2 0 0 6 年我国开始了特高压电网的示范工程建设，这些项目的投资合理性必须得到论证。 第一章引言 在当前我国电力市场环境下，电网公司自负盈亏，所以电网公司在投资时十分谨 慎。 由于输电项目具有多个目标和特有的物理特性，以及输电系统的自然垄断性 和公共物品属性，使得市场环境中的输电项目评价变得更为复杂，必须考虑输电 项目对市场中各利益主体的影响和对市场效率的影响，考虑输电项目的外部效益， 而且这些因素都是动态的，随着电网的运行状态而发生变化。通过文献检索和分 析发现，目前国际上还没有公认的适用于新的电力工业结构的输电项目评价方法， 现有的一些试验性方法还很不完善，也不完全适合我国的情况。合理的输电项目 评价有利于识别潜在的受益主体，共同承担投资费用。因此，有必要对输电项目 评价的内容、方法、指标体系等进行深入研究，使输电网提供充足的输电容量， 计算合理的输电电价，确保电力市场的有效、公平、公正交易及电力短期运行平 衡及电网的安全、可靠、经济运行。 本论文具有以下几点研究意义： 首先，本论文研究了在电力市场环境中，适合中国电力工业管理体制的输电项 目评价理论和技术。重点是基于市场效率的不同主体效益计算模型和考虑公共物品 属性的外部效益计算模型。 其次，本论文的研究将对技术经济评价理论有所创新，以期对本学科领域的基 础性研究有一定的帮助，为后续研究打下一定的基础。 再次，本研究具有一定的应用前景，能够为国家投资决策部门和电力市场参与 者提供辅助决策支持，帮助监管机构监控项目的实施，帮助电网公司进行项目的评 价。 1 2 国内外研究现状 1 2 1 国内外输电投资模式的研究综述 目前国际上主要有四种输电投资模式：公共输电投资，基于管制的输电投资， 商业输电投资和管制与商业混合投资。 公共输电投资包括国家投资与地方政府投资，都属于筹集公共资金的方式。 在这种投资模式下，会委派一个输电管理机构负责管理相关事务。这种投资方式 政府的责任重大，而且可能存在投资低效和运行效率低下的弊病。 当一个国家或区域存在一个统一的输电系统，一般应用基于管制的输电投资 模式。这样的输电企业是受管制的自然垄断企业，有义务为所有用户提供输电服 务。基于管制的输电投资模式既要提供充分的投资激励，又要避免过度投资；既 要保证系统的可靠性，又要促进电力市场的有效竞争。 2 华北电力人学博十学何论文 商业输电投资是指投资者根据市场价格、输电阻塞和网损成本等市场信号， 以商业化方式进行的输电投资。商业输电投资者承担全部的建设和运行风险，在 成本回收上也得不到监管机制的保护。例如发电商为了进入电价较高的买方市场， 有可能投资修建输电线路；供电企业可能会投资输电线路，以防止自己的阻塞成 本和网损成本上升，或者使自己能够从区域外购入低价电。 基于管制的输电投资不能完全满足输电容量充裕度的要求，而商业输电投资 虽然能够给市场提供价格信号，促进竞争性市场的形成，但是由于输电投资的公 共属性和外部性，也不能完全依赖商业输电投资来发展输电网，因此，越来越多 的国家开始采用管制与商业混合投资模式来建设和发展输电网。 在美国，输电投资的模式有三种：一是系统运营商为满足区域和n e r c 可靠 性标准( 如火电容量，稳定性响应和短回路容量等等) 而进行输电项目投资；二 是市场参与者出于自身经济利益考虑的自发输电投资；三是通过收取输电服务费 用同时获取新增输电权补偿成本的商业输电投资。以上三种输电投资模式都必须 明确输电项目的外部影响、输电权的授予和项目的经济价值。s u n 等【9 】分析了可 靠性，经济效率，竞争性和环境四个方面的输电投资刺激。对于规划建设的输电 投资项目则应用服务成本法进行可行性分析，形成了较为成熟的方法和模型【l0 1 。 阿根廷采用了三种与输电系统扩容有关的投资模式【i l 】【l2 1 。第一种是“公共竞争 模式”，由电网用户提出项目建议，投票决定电网扩展项目并承诺付费，由独立调 度机构( c a m m e s a ) 应用“影响范围法”进行计算确定项目的受益者以便进行项目 费用分摊，要对输电项目的社会经济效果进行评估，而电网项目的建设、运行和维 护主体则由招标决定【1 3 】。提议者至少要代表区域内3 0 的受益者。监管机构( e n r e ) 要组织听证会讨论该项目，如果有3 0 或以上的受益者反对，则e n r e 就会否决该 项目；第二种输电投资模式是通过市场参与者之间达成协议并自担风险的方式来实 现输电扩容，一个或多个市场参与者可以与输电公司直接签订合同，建设新的输电 设施，投资成本由这些市场参与者共同支付；第三种输电投资模式是针对某些特定 的输电规划项目，如果私人投资者不能达成协议，而该项目对系统的安全运行和优 化运行很重要，政府可以提供明确的资金支持以促成该项目的建设。 在欧洲国家较为突出的是新增发电容量不足问题，而且由于严格的环保政策， 新增发电容量主要是可再生能源如风电等，因此，在输电投资领域主要是研究分 散式电源接入系统的问题【l 引。 在中国，电网建设项目大致分为三种：一种是电源送出项目，也就是通常所 说的点对网输电项目，一般是指电厂至第一落点的输变电工程；种是电网互联 项目，也就是网对网输电项目，通常是指跨省电网互联工程；另一种是省级电网 内的电网建设项目l l 川。 第一章引言 不同的输电投资模式和电力市场环境要求开发不同的输电项目评价方法，输 电评价相应要考虑到具体的输电投资模式以及市场环境和政策制度等因素。 1 2 2 电力市场效率研究的综述 随着世界范围内的电力市场化改革的推进，越来越多的学者同益关注电力市 场的效率问题。 现有的关于电力市场效率的研究主要涉及两个方面，一个方面是如何度量电力 市场效率，另一个方面是影响市场效率的因素有哪些以及如何度量这些影响。z h e l u 在文献 1 6 】中通过计算电价与燃料价格的关联度测试电力市场效率。文章认为电 价对燃料价格的反应速度的快慢直接能够反映出电力市场效率的高低。文献 1 7 】研 究了发电商的竞价策略对市场效率的影响。文章假定不同的发电商均有三种可能的 报价策略：高价报价策略，边际成本报价策略和低价报价策略。以发电商在各自的 报价空间下的最大利润为目标函数，求解各发电商的报价和发电量以及市场效率。 通过市场效率的损失率来度量策略性竞价对电力市场效率的影响。文献 1 8 】、 1 9 】 分别研究了输电阻塞和线路传输容量约束对电力市场效率的影响。文献 1 8 设立了 考虑输电阻塞的电力市场效率评价指标，用阻塞因子来度量输电阻塞对价格偏离均 衡的影响。刘有飞【19 】指出线路传输容量约束将造成电力市场的分裂，其中某些发电 商会有更多动力来利用这些网络的约束条件，以便加重自己的市场力。通过在约束 条件中引入线路传输容量约束将发电商的决策空间分成不同区域，在不同的决策区 域内发电商存在不同的最优决策策略。文献 2 0 2 1 指出，输电阻塞造成阻塞区域 的发电容量的短缺，发电商倾向于持留发电容量抬高电价，滥用市场力而获得额外 的收益，从而削弱了所在电力市场的效率。 电力市场中引入有限竞争后会使经济效率提高和改进。文献 2 2 】通过模拟新增 发电商进入电力市场，得出电力市场中的产品和服务增多，使消费者享受到更低的 价格从而改善了社会福利，促进了经济效率提高的结论。有效的市场监管是提高电 力市场效率的途径之一。埃森哲咨询公司的朱治中认为市场监视不同于监管，市场 监管是与市场竞争相对应的概念，而市场监视的核心对象是市场本身，其任务是发 现市场设计、成员行为中存在的问题，提出改进建议，提供决策支持，实现信息披 露。文献 2 3 1 围绕这些方面，构建了一个完善的市场监视体系，涵盖“实时 和“离 线”两个维度，数据收集、分析与控制三个方面。 1 2 3 输电项目评价方法的研究综述 通过文献检索，现有的输电项目评价方法按照输电项目的投资和建设动机主 要分为基于经济性驱动和可靠性驱动的两类评价方法。随着环保的要求越来越受 重视，输电项目评价中考虑环保因素的研究也越来越多。对应不同的输电项目评 4 华北电力人学尊一 ：学何论文 价动机，国内外学者提出了大量的方法和模型。主要分为以下三种： 1 ) 基于可靠性驱动的输电项目评价方法，主要为r e m a r k 方法。 2 ) 基于经济性驱动的输电项目评价方法，主要有费用效益分析法、优点指 数法、t e a m 方法和参考输电网络法等。 3 ) 基于环保性驱动的输电项目评价方法，主要有环境成本评价法。 r e m a r k ( r e l i a b i l i t ya n dm a r k e t ) 方法是v a i a n i 等【2 4 】提出的，他们从社会福利 最大化角度评价了意大利竞争性电力市场中各区域输电扩容项目给消费者，生产 者和系统运营者带来的收益。从社会角度来看，输电扩容项目的收益包括：1 ) 改 善可靠性：2 ) 增加可用的有效电量供给，这通常称为“替代效应”；3 ) 加剧供应 商间的竞争，这通常称为“策略效应。传统一体化电力市场中只考虑了替代效应。 r e m a r k 方法通过计算日前市场的每小时的电量不足期望值 ( e e n s - e x p e c t e d e n e r g yn o ts u p p l i e d ) ，失负荷概率( l o l p ) ，负荷损失期望指数 ( l o l e ) 等指标量化电力系统的可靠性。r e m a r k 方法的主要特点为：1 ) 采用非 顺序蒙特卡罗方法对系统进行一年期的可能性模拟；2 ) 采用简单直流模型进行全 网络模拟；3 ) 采用e e n s 指数量化估计可靠性收益；4 ) 采用将竞价市场点和结 构市场变量一剩余供应指数相联系的简化模型，模拟供应商的策略行为；5 ) 通过 社会福利计算估计经济收益( 包括替代效应和策略效应) 。 武鹏等【2 5 】指出，传统的确定性负荷下的输电项目评价模型，由于过于追求网 络安全前提下的线路投资最小化，往往会造成部分线路的容量在未来实际运行过 程中被完全利用。这种情况下，经输电项目评价规划后的网络应对未来负荷波动 的能力将较弱，有时较小的负荷波动就可能会造成部分线路传输容量的越限。因 此，计及负荷不确定性的影响，确保输电规划后的网络留有一定的可用传输容量 是很有必要的，是解决不确定负荷下系统安全性问题最基本的途径，可以有效地 防止由于负荷的不确定性波动造成的线路过载。 范宏等【2 6 】提出建立考虑经济性与可靠性的输电网确定性二层线性规划模型， 将可靠性问题以约束条件的形式加入到经济性规划问题中，改变了传统输电网规 划建模方式，实现规划方案在高可靠性条件下的经济性最优。模型上层规划目标 采用线路建设成本最小，约束为待架线路数目约束；下层规划目标为切负荷最小， 约束为常规运行约束，且严格满足n 1 安全约束，实现最优规划方案的n 1 安全 运行要求。提出采用改进的遗传算法( i m p r o v e dn i c h eg e n e t i cg l g o r i t h m ，i n g a ) 和 原始对偶内点法( p r i m e d u a li n t e r i o rp o i n tm e t h o d ，p d i p m ) 相结合的混合算法，并 对上述模型进行求解，利用改进遗传算法处理上层规划的整数变量，进行全局寻 优；对下层规划采用原始一对偶内点算法进行快速求解，提高算法速度和收敛性。 第一章引言 经济性驱动评价方法主要从输电项目的费用经济效益、博弈理论和社会福利 理论等不同的方向出发。 t i n n i u m 等【27 】提出了对大型候选输电项目优先排序的方法费用效益分析 法( c o s t b e n e f i ta n a l y s i s c b a ) 。其中费用指输电项目的总费用，效益包括7 方面： 减少用户投诉费用，增加收入，降低燃料成本，减少运行维护费，减少罚金，降 低设备损耗以及其他效益。在计算费用效益指数时，t i n n i u m 等采用 t r e l s s ( t r a n s m i s s i o nr e l i a b i l i t ye v a l u a t i o no fl a r g es c a l es y s t e m s ) 软件包，该软 件包由美国e p r i ( e l e c t r i cp o w e rr e s e a r c hi n s t i t u t e ) 开发。 运用传统的费用效益分析方法进行输电项目效益分析时，往往存在以下问 题：1 ) 估计区域边际成本( 燃料成本+ 可变运行维护费) 的多区域生产模拟建模； 2 ) 区域输电建模，即汇集区域内的多条母线，将多条输电线路折算到一条输电线 路上；3 ) 输电扩容和电厂建设间没有反馈；4 ) 将区域边际成本等同于区域电价 ( 忽略市场力、边际成本与报价间的差别) ；5 ) 计算输入电能每兆瓦时的收益时 基于输入和输出区域问边际成本的差别；6 ) 为了估计不确定性，对燃料价格不确 定性、负荷预测、水电生产和其他因素进行敏感性分析。所以在重组电力市场中 进行输电项目效益分析时，应该考虑的因素有：1 ) 发电和输电的独立决策；2 ) 新电源的分布带来阻塞，而评价相关新建电源的标准中不包括新建电源对负荷中 心的“可传输性”；3 ) 实际市场电价和边际生产成本不同，并且电力供应商的投 标策略对电价和电压有重大影响；4 ) 需要更为复杂的的模型，这个模型考虑了竞 价策略( 市场力) 、输电扩容和新电厂的分布、电压和不确定性因素，以真实反映 电网系统的特点；5 ) 区域电力输送模式的改变( 指不可预测的市场行为) 。 魏志恒等【28 】克服了传统费用效益分析法将区域边际成本等同于区域电价的 缺点，综合考虑多种不确定因素和电力市场化的要求，以区域电价之差作为项目 的收益来评价输电项目。这种方法不仅充分利用了市场提供的电价信息，符合市 场化改革的方向，而且避免了预测项目现金流的复杂的计算，具有计算简便的优 点。通过引入弹性概念，给出了输电线路容量与区域电价之差之间的数量关系模 型，再分析说明市场条件下区域电价与输电容量存在着非常敏感的负相关关系。 m o r o z o w s k i ”】运用用“优点指数法”( m e r i ti n d e x ) 研究经济危机大环境下， 当巴西电力系统投资大量减少时，如何决定哪些发电或者输电投资被推迟。这与 当前的经济环境和我国电力市场改革过程中电网建设滞后、投资不足的现状具有 相似性，有一定的借鉴意义。“优点指数”是指系统成本的变化( 电力短缺，系统 损失和燃料变化) 与项目推迟带来的经济节约效益的比例。针对巴西的情况， b a r r o s 等【1 7 】进一步精确考虑了输电扩容规划的不可靠成本，改进了优点指数方法。 改进的优点指数法采用经济优点指数和帕累托最优函数对输电项目进行排序。 6 华北电力人学博十。佗论文 和以前垂直一体化的市场不一样的是，重组后的电力批发市场存在大量独立 的决策主体，他们影响了输电线路的使用情况。a w a d 等1 3o j 认为输电扩容的经济 效益包括电厂建设和运行成本的降低，以及改善电力供应商进入市场的难易程度 而使市场力减轻。新市场结构需要新的评价输电扩张收益的方法。新方法必须表 明输电扩张对增加输电线路使用者取得发电资源的机会和增加用户获取电能机 会，带来怎样的新的发电投资刺激和对市场竞争等方面带来的影响。为此，美国 加州独立运营商( c a i s o ) 采用动态竞价方法开发了t e a m 方法。该方法还必须 考虑到伴随关键市场因素的不确定性，如水文条件，天然气价格，电力需求增长 等等。在建模时怎样将这些关键因素进行综合成为复合的方法对于学者们来说是 一个难题。 在进行输电项目评价时，t e a m 方法有以下五方面的改进：1 ) 采用一个持 续测量输电扩张项目给各参与方带来收益的框架；2 ) 利用一个既考虑了物理约束， 又考虑了项目经济影响的网络模型；3 ) 提供了策略投标对市场价格影响的模拟方 法；4 ) 通过选择代表市场情形，对不同的情形赋权计算期望利润及其范围而确定 期货市场条件的不确定性；5 ) 考虑了发电、需求侧管理输电投资决策间的相互作 用。既然输电扩张能影响新电源投资的利润，那么输电评价时就应该同时考虑电 源投资者( 私人利润) 和输电规划者( 社会净利润) 的目标。 t e a m 方法基于市场交易，却忽略了可能的市场力扭曲。s a u m a 等【3 卜3 2 】认为， 现存的评估输电扩容项目经济影响方法关注了项目的社会影响，但却忽略市场力 作用和发电投资对输电投资的影响。他们在文献 3 3 】中基于均衡模型，以发电公 司间的竞争相互作用为特征，考虑了输电投资和输电运营商阻塞管理协议对发电 商生产的影响，采用n a s h c o u m o t 博弈方法评估了输电投资的社会福利。s a u m a 等【3 1 】还提出了一个三阶段模型，以研究发电商行使市场力时对发电和输电投资均 衡的影响。这三个阶段为：第一阶段，网络规划者评估不同的输电投资项目；第 二阶段，各个发电商投资新的发电容量，这可能降低边际生产成本；第三阶段， 电力市场运营阶段。最终证明了如果在进行输电投资规划时估计了发电投资因素， 能够避免部分由于发电和输电独立决策导致的社会福利损失。 目前t e a m 方法还处在试验阶段，还需要改善，例如该方法只对某特定年份 进行分析，无法考虑输电项目的长期效益和输电项目与发电容量扩展的相互影响； 没有考虑输电项目的外部效益等等。 参考输电网络是指给定的表现目标函数值最大化的输电网络1 33 1 。参考输电网 络方法适用于在放松管制的电力市场环境下极可能出现的寡头垄断情形，充分考 虑了市场参与者的策略性行为，重点研究了输电容量的投资和市场参与者间的策 略行为的相互关系，以动态非合作博弈为基础从经济角度建立模型。m i n o i a ”】等 第一章引言 划者采用长期社会福利函数衡量输电项目的效果。供应函数 市场参与者的策略性行为建模的依据。该方法包含了每个市 问题的建模。每个市场参与者为了自身收益最大化，都需要 出策略竞价决策时，每个市场参与者都将考虑到：其他的市 较竟价选择；独立系统运营商将根据市场参与者的竞价进行 网络法还计算了发电商不同的输电扩容方案对节点电价、配 的影响，并且与完全竞争网络情形进行对比。模拟计算表明， 络下，最优网络输电线路容量比完全竞争网络条件下的最优 人们惊奇的发现，参考