（电力系统及其自动化专业论文）市场机制下输电网的投资规划分析.pdf

中文摘要衡同时存在的情况，这对投资主体的决策造成困难，为此引入了混合策略的概念，并以改进的遗传算法为基础，提出了一种适于输电投资博弈的均衡分析方法，为投资者的进一步决策提供了依据。研究结果表明，在无法确定纯策略n a s h 均衡点时，混合策略均衡点能以概率的形式预见参与各方的投资行为，并进一步说明了在输电投资博弈中各投资者采取的策略确是相互影响的，任何一方的投资数据有所改动，均会影响博弈的最终结果。基于不完全信息博弈理论，分析了输电网两主体投资决策的b a y e s 纳什均衡，给出了投资收益不确定时各主体的均衡策略。由于输电投资具有规模效应，且成本回收期长，因而投资者之间相互合作将成为降低风险的一种有效方式，但如何分摊投资成本仍是一个值得研究的问题。为此，文中基于合作博弈理论，首次提出了一种多主体合作投资的费用分摊方法，所定义的评价指标反映了各子联盟对分摊方案的不满意程度。以费用分摊的常用方法和博弈论方法为基础，提出了一种基于愿付代价标准的综合成本分摊方法，建立了一个多目标二次规划模型，避免了采用单一算法所引起的争议。关键词：输电规划电力市场需求弹性博弈论纳什均衡费用分摊k l i -a b s t r a c te l e c t r i cg r i dp l a y sa ni m p o r t a n tr o l ei nt h ee m e r g i n gp o w e rm a r k e t o nt h eo n eh a n d ，t r a n s m i s s i o nc a p a b i l i t ya n dc o n f i g u r a t i o ni so n eo ft h ek e yf a c t o r sw h i c hc a ni m p a c to nc o m p e t i t i o ni m p a r t i a l i t ya n de a c hp a r t i c i p a n t sp a y o f f , o nt h eo t h e rh a n d ，i n s u f f i c i e n c yo ft r a n s m i s s i o nc a p a c i t yc o u l de v e ne n d a n g e rs y s t e ms e c u r i t y , s ot r a n s m i s s i o np l a n n i n gi sar e m a r k a b l ei s s u e ；n e v e r t h e l e s s ，h o wt od e t e r m i n et h eo p t i m a ls c h e m ea n da n a l y s i si n v e s t o r sb e h a v i o ru n d e rn e we n v i r o n m e n ts t i l lr e m a i n sa no p e np r o b l e m a c c o r d i n gt ot h ed i f f e r e n c eo fm a r k e ts t r u c t u r ea n dr e g u l a t i o n ，t h e r ee x i s tt w op a t t e r n si nt r a n s m i s s i o ne x p a n s i o n ，o n ei sm o n o p o l yi n t e g r a t e di n v e s t m e n t ，a n dt h eo t h e ri sm a r k e t b a s e dd e c e n t r a l i z e di n v e s t m e n t f o rt h ef i r s tp a t t e r n ，t h i sp a p e rp r o p o s e dah e u r i s t i cm e t h o dt h a tc o n s i d e r e dt h ed e m a n de l a s t i c i t y e a c hc a n d i d a t ep l a ni ss o r t e db yi t sp e r f o r m a n c ei n d e x ，w h i c hc o u l db ec a l c u l a t e dt h r o u g hm a r k e ts i m u l a t i o n g r a d u a l l ye x p a n s i o nm e t h o di su s e dt og i v et h eo p t i m a ls c h e m e t h er e s u l ts h o w st h a td e m a n de l a s t i c i t yh a sg r e a te f f e c to nt r a n s m i s s i o np l a n n i n g b a s e do nr e v i s e dg e n e t i ca l g o r i t h m ，ad y n a m i cp l a n n i n gm e t h o di sp r o p o s e dw h i c hi n c l u d i n gd e m a n de l a s t i c i t y h i g he f f i c i e n c yc a nb er e a c h e db yr e c o r d i n gb e t t e rc h r o m o s o m e s f i t n e s s e a c hu s e r se q u i l i b r i u m p o i n ta n dv a l u eo fl o s tl o a di sc a l c u l a t e da c c o r d i n gt oh i se l a s t i c i t yf a c t o r f u z z yp r o p e r t yo fl o n g - t e r md e m a n da n du s e i 弓e l a s t i c i t yi sc o n s i d e r e db a s e do nt h ea b o v er e s e a r c hw o r k l o a df o r e c a s ti st h ef o u n d a t i o no fp o w e rs y s t e mp l a n n i n g ，a n dt h ea c c u r a c yo fd e s c r i b i n gf u t u r ed e m a n dh a sd i r e c te f f e c to np l a n n i n gr e s u l t l o n g t e r md e m a n dc o u l db ea f f e c t e db ym a n yf a c t o r s , t h e s ef a c t o r s i m p a c tc a nb eg e n e r a l l yd e s c r i b e db yf l u c t u a t i o ni nac e r t a i nr a n g e ，a n df u z z yt h e o r yh a ss p e c i a la d v a n t a g ei nd e a l i n gw i t ht h e s ef a c t o r s b a s e do nd e c i s i o n - m a k i n gt h e o r y , s e v e r a lc r i t e r i o n sa r eg i v e nt om a k 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 d i f f e r e n tc r i t e r i o n sh a sd i f f e r e n ts t a n d p o i n t ，a n dw h i c ho n es h o u l db ea d o p t e di sm a i n l yd e t e r m i n e db yd e c i s i o n m a k e r se x p e r i e n c ea n dj u d g m e n to fu n c e r t a i nf a c t o r s a no p e r a t i o ns i m u l a t i o nm o d e li n c l u d i n gf a c t sd e v i c e si sf o r m e d ，t h e nad y n a m i cp l a n n i n ga l g o r i t h mi sp r o p o s e d t e s tr e s u l ts h o w st h a tf a c t sh a so b v i o u sa d v a n t a g eo nr e d u c i n go p e r a t i o nc o s ta n dp o s t p o n i n gi n v e s t m e n t f o rt h es e c o n dp a t t e r nw h i c hc a l l e dd e c e n t r a l i z e di n v e s t m e n tp a t t e r n ，p o t e n t i a lm -a b s t r a c tt r a n s m i s s i o ni n v e s t o r sa n dt h e i rr e l a t i o nt or e g u l a t o r si sa n a l y z e d ，t h e nam u l t i p l a y e rt r a n s m i s s i o ni n v e s t m e n tg a m ei sd e f i n e d ，a n dp u r en a s he q u i l i b r i u ms e a r c h i n gm e t h o db a s e do nn o n - c o o p e r a t i v eg a m et h e o r yi sp r o p o s e d ，t h ep r o p o s e dm e t h o dc o u l da s s i s tr e g u l a t o r sa n di n v e s t o r st om a k ed e c i s i o n n u m e r i c a lr e s u l ts h o w st h a te a c hp a r t i c i p a n t ss t r a t e g yi si n t e r a c t i o n a l ，a n dt h eu l t i m a t ee q u i l i b r i u mp o i n ti sd e t e r m i n e db ye a c hp l a y e r sa v a i l a b l ea c t i o na n dc o r r e s p o n d i n ge x p e c t e dp a y o f f t h e r ec o u l db en op u r es t r a t e g ye q u i l i b r i u mo rm o r et h a no n ee q u i l i b r i u mp o i n t si nt h ed e f i n e dt r a n s m i s s i o ni n v e s t m e n tg a m e ，s ot h en o t a t i o no fm i x e ds t r a t e g yi si n t r o d u c e d ，a n dam i x e ds t r a t e g ye q u i l i b r i u ms e a r c h i n gm e t h o db a s e do nr e v i s e dg e n e t i ca l g o r i t h mi sp r o p o s e d t h er e s u l tf o r e c a s t se a c hp l a y e r ss t r a t e g yi nt h ef o r mo fp r o b a b i l i t y , a n di ti si m p o r t a n tf o ri n v e s t o r st om a k ef q l r t h e rd e c i s i o n b a s e do ni n c o m p l e t ei n f o r m a t i o ng a m et h e o r y , t h i sp a p e ra n a l y z e dt h eb a y e s i a nn a s he q u i l i b r i u mi nt w o - p l a y e rt r a n s m i s s i o ni n v e s t m e n tg a m e ，a n dg a v ee a c hp l a y e r se q u i l i b r i u ms t r a t e g yu n d e rp a y o f fu n c e r t a i n t y d u et oe c o n o m i e so fs c a l ea n dl o n gt e r mo fc o s tr e t u r n ，c o o p e r a t i o na m o n gi n v e s t o r si sag o o dc h o i c et or e d u c ei n v e s t m e n tr i s k ，h o w e v e lh o wt oa l l o c a t ef i x e dc o s ti n s i d es u c hc o a l i t i o ns t i l lr e m a i n sa nu n s o l v e dp r o b l e m t h i sp a p e rp r o p o s e dac o s ta l l o c a t i o nm e t h o db a s e do i lc o o p e r a t i v eg a m et h e o r y t h ed e f i n e dp e r f o r m a n c ei n d e xr e f l e c t se a c hs u b c o a l i t i o n sd i s s a t i s f a c t o r ya b o u tac e r t a i na l l o c a t i o ns c h e m e c l a s s i c a lm e t h o d sa n dg a m et h e o r yb a s e dm e t h o d sa r ei l l u s t r a t e d ，a n dam u l t i - o b j e c t i v es y n t h e t i c a la p p r o a c hb a s e do i li n v e s t o r sw i l l i n gt op a yi sp r o p o s e dt od e a lw i t ht r a n s m i s s i o nc o s ta l l o c a t i o np r o b l e m t h i sa p p r o a c hi sf l e x i b l ea n dc a na v o i dd i s p u t a t i o nw h e na d o p t i n gs i n g l ea l l o c a t i o nm e t h o d k e y w o r d s ：t r a n s m i s s i o np l a n n i n g , p o w e rm a r k e t ，d e m a n de l a s t i c i t y , g a m et h e o r y , n a s he q u i l i b r i u m ，c o s ta l l o c a t i o n独创性声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的研究成果，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得墨壅盘茎或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。学位论文作者签名：荡、全签字日期：z 卯z 年。月善目学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解：叁望盘鲎有关保留、使用学位论文的规定。特授权鑫凄盘茎可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学校向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。( 保密的学位论文在解密后适用本授权说明)学位论文作者签名：毛鬈主导师签名：1 、4r 小签字 期：三们死年矿月? 名日签字日期：2 2 年j ，月彩同第一章绪论1 1 电网规划研究的现状电网规划是电力系统规划的重要组成部分，其任务是根据规划期间的负荷增长及电源规划方案确定相应的最佳电网结构。进行电网规划的基本原则是在保证将电力安全、可靠地输送到负荷中心的前提下，使电网的建设和运行费用最小【l 】。从数学上讲，电网规划属于一个复杂的多决策变量、多约束条件优化问题，而且具有整数性、非线性、多目标性、动态性及不确定性等特点，同时其复杂性随着系统规模的增大而增加。目前电网优化规划方法分为启发式方法和数学优化方法两类。启发式方法是以直观分析为依据的算法，通常基于系统某一性能指标对可行路径上一些线路参数的灵敏度，根据一定的原则，逐步迭代直到得到满足要求的方案为止。这种方法直观、灵活、计算时间短，便于人工参与决策，且能给出符合工程实际的较优解。缺点是难以选择既容易计算又能真正反映规划问题实质的性能指标，并且当网络规模大时，指标对于一组方案都差别不大，难以优化选择。常用的启发式方法可分为基于线路性能指标( 如线路过负荷) 的启发式方法及基于系统性能指标( 如系统年缺电量) 的启发式方法两种。而数学优化方法就是将电网规划问题用数学优化模型进行描述，然后通过一定的算法求解，从而获得满足系统要求的最优规划方案。这种方法由于考虑了电网的决策变量与运行变量等之间的相互关系，并将实际规划问题采用优化方法求解，因而在理论上更严格，并保证了方案的最优性。但由于电网规划问题属于大规模的组合数学问题，计算时间长、占用计算机内存大，对于实际的大规模系统求解困难缀大。因此，优化方法在建立模型时不得不对具体问题作大量简化。此外，有些规划决策因素难以用数学模型表达，所以由优化方法求出的数学意义上的最优解未必是符合实际的最优方案。优化方法可分为确定性优化方法及不确定性优化方法。前者包括线性规划法、非线性规划法、动态规划法、整数规划法、图论及网流法等；后者包括随机规划法、模糊规划法等。相对来讲，确定性方法出现比较早，解法也比较成熟，但难以精确考虑规划问题的不确定性及多目标性。不确定性方法出现比较晚，但它可较为有效地处理随机因素和模糊因素。总之，传统的电网优化规划方法在理论研究方面已经比较成熟，在工程应用中也取得了较好的经济效益和社会效益。但随着世界范围内电力体制改革的不断深入，电网规划正面临着越来越多的不确定性因素的影响( 如未来系统负荷及电源信息的不确定性；电力市场发展所导致的合作与竞争方面的不确定性；环境的第一章绪论影响：法规及政策背景下的不确定性等等) ，未来环境正变得越来越难以准确预测，传统的规划算法难以适应新的环境。针对这些问题，近年来国内外学者提出了一些新的研究方法，特别是计及不确定性因素影响的电网规划研究已取得到一些初步的研究成果。1 ) 专家系统：专家系统【2 】主要是由规则库和推理机组成。规则库中存储着规划专家在实际规划工程中积累的大量经验或建议，推理机则具有推理的能力，即能够根据规则库进行分析和判断，并推导出结论。专家系统的特点在于其符号表达、逻辑推理及渐进式搜索能力。目前已被规划部门应用于实际规划工程中，并充分显示了其优越性。但专家系统由于获取信息的不完全导致其可靠性不高，因而在应用中具有一定的局限性。2 ) 随机规划方法：随机规划方法刚是将以往的经验和规律采用统计参数来表示，然后在随机环境中对未来环境和参数采用概率方法进行处理，通过运行模拟的方法得到评价指标，为随机规划提供数据。由于随机规划方法对不确定性因素的处理需要大量的原始数据，同时其计算量大、所费机时较长等缺陷限制了其应用的广泛性。为弥补这些不足，出现了一些改进的方法如采用人工神经网络方法、随机动态规划方法等。3 ) 模糊规划方法：在进行规划之前对各种数据、专家经验和语言规则等资料进行模糊化处理，对输入输出之间的关系通过模糊规则来描述。将模糊集理论与专家系统、决策支持系统结合起来，以及利用模糊集理论改进传统规划方法的柔性和强壮性，也被证明是行之有效的【4 】。4 ) 灰色规划方法：灰色系统理论的核心是灰色动态建模( g m ) ，其思想是直接将时间序列转化为微分方程，从而建立系统的发展变化的动态模型。目前灰色方法在电网规划中已经得到了初步应用，但是灰色方法由于对灰色处理不够缜密，并且缺乏严格的数学理论支持，还有待进一步改进和完善。5 ) 遗传算法：遗传算法【5 】是模仿生物进化过程的一种方法，因为其独特的优越性在电力系统的许多领域得到了应用。遗传算法的主要思想是，通过列出或随机产生一组待选规划方案作为祖先，经编码后生成一个个“染色体”，评价其中各方案的好坏并通过杂交、变异等多次作用，产生出具有更好品质的子代、孙代，直到取得最优的结果。与传统方法相比，遗传算法具有多路径搜索、隐含并行性、随机操作等特点，同时它对数据的要求低，基本上不要探索空间的知识或其他辅助信息，它采用概率变迁规则来指导搜索方向使其具有明确的搜索方向，提高了算法的鲁捧性。6 ) 进化规划：进化规划 6 - q 不需要对变量进行编码和解码，与遗传算法相比，更适合连续优化问题。采用该方法进行电网规划时，在所要考虑的电网中列出所第一章绪论有的待选线路，计算出最为合理的潮流分布，去掉潮流小于某一阈值的支路后得到的网络方案即为所求的最优方案，其处理的是支路潮流这一连续变量。进化规划与遗传算法的主要区别是，进化规划采用控制参数而不是它们的编码：进化规划每代的选择过程是变异和竞争，而遗传算法是复制、变异和杂交。采用进化规划的缺点是计算量大，计算时间较长。7 ) 禁忌搜索法：禁忌搜索( t a b us e a r c h ) 算法是一种高效的用于解决组合优化问题的启发式搜索算法，其特点是采用了禁忌技术，用一个禁忌表记录已经到达过的局部最优点，在下一次搜索中，利用禁忌表中的信息不再或有选择地搜索这些点，以此来避免落入局部最优解。虽然在数学上还不能严格证明该算法一定能够达到最优解，但是通过在电力系统的诸多领域的应用，均取得了令人满意的结果【8 。9 1 。8 ) 分解方法：其思想是将一个大而复杂的电网规划问题分解成多个相对简单的子问题，然后通过求解各个小问题，得到最终的最优解的方法。目前比较常用的分解方法是d a n t z i g w o l f e 和b e n d e r s 分解【l0 1 。除了以上几种主要的电网规划方法之外，目前还有一些其它的方法也被应用到电力网络规划中，例如人工神经网络方法、模拟退火方法及蚁群寻优法等【l “”j 。1 2 市场环境下电网规划的特点输电网在电力市场中扮演着十分重要的角色，输电容量是否充足，容量配置是否合理将关系到各市场成员的切身利益，关系到各参与方能否公平竞争，甚至影响系统的安全运行，因而输电网的规划是一个引人瞩目的问题。而与传统的规划过程相比市场环境下的输电规划更加复杂，主要表现在：1 ) 发输电规划分离，发电机组的长期规划由各发电商分别决定，因而与传统的发输电规划统一决策相比，市场环境下的发输电规划之间更加难以协调；2 ) 负荷的变化趋势更加难以预测，面对众多的发电商和频繁波动的电价，用户有更多的选择，大的用户可能会跨区域选择供电商，导致转运功率的出现，这些因素增加了负荷预测的难度；3 ) 传统的按成本定价的方法能确保输电设备的投资被全部回收，丽市场条件下输电设备的投资能否回收取决于市场的变化。市场条件下采用怎样的方式进行电网规划是一个比较有争议的问题，目前主要有两种截然不同的观点【l5 j ：1 ) 由一个垄断机构负责输电网规划。该观点认为电网规划投资量大，且具有规模效应，允许分散投资将降低社会效用，并导致投资不足：投资者在投资前需与其他受影响的各方谈判，要花费一定成本；需要权威机构对每一投资者的行第一章绪论动进行监视，以防止该投资仅对投资者有利，而对整个系统不利。因而至少短期内难以仅通过市场激励的方式实现电网规划。相反如果将所有电网设备整合到一个垄断机构，由其统一负责电网的规划，则上述问题均可解决。2 ) 市场激励方式。市场条件下出于竞争策略的考虑，各参与者不会公开与未来自身利益相关的私有信息，因而由垄断机构实施的规划方案难以符合每个参与者的利益，从而也难以达到社会最优。应该采用市场激励的方式，通过制定合理的游戏规则，鼓励各方根据自身需要主动公平地参与电网规划。输电网的投资规划具有如下几个明显的特点：1 ) 规模效应：电网投资具有典型的规模效应，在一定范围内边际投资成本会随着支路容量的增加而下降，如果按照边际收益等于边际成本原则扩建时，最后一次投入的单位成本等于期望的边际收益，但总收益将不足以弥补总投入，这是由于先期投入的边际成本大于后期投入的边际成本l i 卯。实用中被扩建线路可供选择的类型范围是有限的，如2 2 0 k v 或5 0 0 k v ，单回线或双回线，是否分裂等，特别是容量不能连续增加，而只能阶梯式增加，这样投资者只有等待足够长时间，使得该线路出现阻塞时，才可能回收资金，等待时间越长承担风险越大，他会面临诸如出现新的发电厂、现有机组退役、输电网重构( 从而极大地影响节点价格差) 、管理政策的改变、未来输电设备价格下降等情况。此外规模效应还来源于不随容量增大而增大的起动成本，包括获得许可证成本、购买输电走廊、购置杆塔等。2 ) 正的外差因素：指投资者实施投资行为后，某些未参与投资的机构也会因此而受益，却不必支付任何成本，也称为“搭便车”问题【1 6 】。这种正的外差因素的存在对电网规划有消极影响，由于个体投资者所能预见到的收益小于整个网络将能得到的收益，因而当网络需要扩建时，投资者预测的收益不足以促使其及时投资，结果使系统容量不足。3 ) 负的外差因素：指某些参与者受利益驱使，通过更改网络结构，减小输电能力而使自身受益。对于复杂的环形网络，这种负的外差因素有时不易被察觉07 。1 3 输电网投资的激励机制有资料表明，电力系统实行私有化以来，电网投资有明显放缓的迹象”8 1 ，这主要是目前的市场机制和管理规则不足以激励投资者进行电网扩展所致。文献0 9 假定了一种理想的简单情况，类似输油管网一样，输电网络由线路和控制阀构成，在控制阀的作用下，电能将变为可标识的、连续可控的潮流，从而输电费用可直接针对各线路中的实际潮流来计算，线路所有者收取的输电价格第一章绪论等于线路两端电价的差额。再假定输电线路的投资不存在规模效应，可以按相同的边际成本和任意小的容量增量投建，从而投资者可以在阻塞成本超过线路的增量成本时及时投资，在均衡点处，最后增加的单位成本将等于线路端节点间的电价差。由转运电能而得到的收益将足以补偿线路的投资费用。这种输电投资将处于动态平衡状态中，这种平衡一旦被打破，如阻塞成本增加或线路成本下降，将会激励新的投资者对该线路进行扩展，直到达到新的平衡点。在上述平衡的条件下，将有三个重要的等价关系：1 ) 线路两端吸收或注入的功率等于线路的容量；2 ) 线路潮流等于该线路的容量；3 ) 线路两端的期望价格差等于线路的边际成本；此时基于市场的输电投资方式是竞争有效的和可行的，市场参与者受价格信号的激励和自身利益最大化的需要而主动参与电网投资，无需管理机构的干预。然而这种简单情况与实际的复杂系统大不相同，线路潮流的不可控、无功潮流的输送、系统安全性约束等导致了网络外差效应的出现。此时至少有两个等价关系不成立，线路两端吸收或注入的功率可以等于线路的容量，然而线路实际流经的潮流并不等于线路容量，而且由于明显的规模效应的影响，线路两端的期望价格差与线路的边际投资成本没有必然的联系。另一方面，简单地按线路潮流收取输电费用的方式也不利于鼓励投资。可以利用输电阻塞合同( 1 c s ) 或固定输电权( f n b ) 的分配来鼓励投资者。t c c s 持有者享有在某些节点间无偿输送一定电能的权力，实际操作时，各参与者先按实时价格支付或收取费用，然后独立系统运行员( i s o ) 向各f t r s持有者返还阻塞费用。从规划角度来看，阻塞费用或t c c 反映了某些支路的扩建价值，因为任意两节点间的电价差等于在这两点问再额外传输单位电能时引起的社会福利的损失，或者可以理解为增加单位输电容量时，社会福利的增加。从而可以将t c c作为刺激投资的手段，按一定规则赋于投资者相应的t c c 后，虽不能保证投资者能回收全部成本，但如果该投资者预计在期望时间内t c c 收益以及增加的运行收益( 发电成本减少或负荷电价降低) 大予投资成本，则会主动投资【1 9 】。t c c 所有权的分配至关重要，目前有两种主要的分配方式：一是基于“连接权”的方式：这是美国西部电力交易中心w e p e x 采取的分配方法，将t c c 的所有权归新建输电设备的投资者，以使他们获得投资收益，t c c 持有者可以使用与新建设备相关的输电容量丽不必支付i s o 使用费。该方法是以线路容量的变化为依据，但t c c 则是以节点注入为合同形式，因而该方法对复杂的环形网络并不适用。o r e n 0 6 】等证明在基于连接权的方式下，投资者可以通过添加使系统输电能力减小的线路而受益，因为这种方式只对投资给予奖励，而不对该投资造成的输电能力的减小给予惩罚。第一章绪论二是基于合同网络( c o n t r a c tn e t w o r k ) 的方式：把t c c 作为一种纯粹的经济合同，与网络中某条线路没有直接关系，关于t c c 的分配h o g a n 1 9 提出了一种可行性分配原则，即赋予投资者需要的任意t c c 所有权，但i s o 要进行可行性验证，使得新加入的t c c 与原有的t c c 的综合位于系统约束之内，该约束包括过负荷约束，n 1 安全约束，稳定性约束等。1 4 输电管制与投资回报电力工业的内在特性决定必须对其不同环节分别实行严格的管制和有效的监管。在电力工业发、输、配、售四个环节中，输电和配电环节因其网络经济性而形成天然垄断性，而垄断性可使其服务定价高于边际成本，以获得额外利润，输、配电服务成本和价格的降低、用户利益的维护都无法通过市场竞争来实现，而要靠政府来约柬或控制，使短缺资源得到有效合理分配，防止不合理的垄断行为的出现。而发、售电环节不具有天然垄断性，应引入竞争机制，故对发电市场和售电市场要逐步放松管制，实行有效的蓝管，以保证电力市场竞争的公平、有效、规范和有序。建立有效的电力监管体制，是电力企业降低建设和运营成本、提高效率、和保护用户利益的有效方法。对输电系统的管制模式大致可分为两类，即传统的成本加( c o s t - p l u s ) 模式和激励性管制模式。1 ) 成本加模式：包括采用回报率( r o r ) 的管制方式和服务成本( c o s ) 的管制方式，该模式允许电力公司征收供电服务成本( 成本费) 以及合理的投资回报( 附加费) ，管制的对象是电价，要求电价反映成本。基于c o s t - p l u s 的管制方式存在的主要问题不在服务成本评估的过程中，而在于如何确定出合理的投资回报，如果投资回报率公平，则当允许的回报率大于资金成本时，电力公司就会增加对输电网的投资，由于管理机构不可能及时跟踪市场的变化，允许回报率与市场回报率之间总有差别，这种管制上存在的滞后，使得电力公司存在过置投资的激励。此外，电力市场化改革后，该模式将导致交叉补贴闯题的出现，电力公司可以将竞争环节( 如发电、售电) 中发生的一部分成本转移到输电环节中，从而转嫁到用户。2 ) 激励性管制模式：许多国家采用价格限额模式对输电系统进行激励性管制，所谓价格限额管制，就是对价格增长比例进行限制，规定价格的增长不得超过普通价格指数减去相关行业生产率增长的期望值。电力公司只有使生产率的增长超过相关行业增长的期望值，才有可能增加自己的回报，这就促使电力公司尽力提高劳动生产率。以美国加州为代表的管制模式采用的是基于业绩的考核方式，管制机构将电力公司的实际业绩与业绩标准( 由具有代表性韵一组电力公司的业绩来确定标准值) 进行比较，据此对电力公司进行奖惩。它采用回报率自动第一章绪论调整的机制( a r a m ) ，以激励电力公司降低成本，如果电力公司的成本低于标准值，将获得比标准值更大的回报率，反之亦然，此管制方式也称尺度法。其它的管制方法包括比例调整法、赢利分享法、价格指数法等【2 0 1 。1 5 用户的价格需求弹性传统的输电网规划通常将负荷预测的结果直接作为优化决策的依据，没有考虑用户的能动性。但竞争机制的引入将使得负荷的变化更加频繁，面对电价的波动，用户有更多的选择和应对策略，理性的用户总是根据最大效益原则，适时调整负荷计划，如与供电方签订固定输电合同( f 1 r ) ，从其他低价区域购电，调整负荷等，导致实际负荷的分布往往偏离预测值，从长远来看，这种负荷变化必然会影确电网的运行和收益。因此规划者必须研究用户的负荷特性，考虑用户对电价的反应，即需求弹性。需求弹性概念用于描述需求曲线的特性。用一般术语讲，即用于描述价格变动对需求量的影响价格变动时需求量变动的范围。为便于比较不同商品不同时点的需求弹性，数量和价格的变化通常由百分数的变动测定，以便取得弹性的测度，这种测度是独立于表述价格和数量时所用的单位。需求曲线愈没有弹性，供给量上特定的变动会导致价格上的更大波动，这就意味着每一次供给量的变动将给单位产品价格带来相对的较大变动。相反，若需求曲线富有弹性，供给量的变化对产品价格的影响就越小，因为供给量做一定幅度的调整时，受价格信号的激励，需求量也会做相应幅度的调整。电力系统中不同的用户类型具有不同的需求弹性，一般来说，大用户( 如冶金、化工) 能以多种形式参与市场，可自由选择供电方，其设施也比较先进，能灵活应对市场的变化，故其弹性系数较大，而中小用户( 如商店、宾馆、居民和农村负荷等) 应对措施比较单一。跟踪市场的能力差，如澳大利亚只对1 0 m w以上的用户开放市场，允许其选择供电方，而低于1 0 m w 的小用户只能参加零售贸引2 l l ，故该类用户弹性系数较小。弹性系数可以根据统计资料进行估算，常用的方法有相干积分法和误差纠正模型，及各种数据拟和技术等【2 1 2 2 1 。八十年代d a v i d 2 3 1 等做了大量的关于需求弹性的理论研究工作，而r a j a r a m e n t 2 4 1 则将其应用在实时安全定价中，考虑了需求变化对系统安全性的影响。k i r s c h e n 2 副等人在短期发电计划中用弹性系数矩阵来描述各类用户的行为。然而如何在输电规划过程中考虑用户的价格需求弹性是一个尚未解决的问题。第一章绪论1 6 不确定条件下输电网的投资决策市场机制下电网规划者在进行决策前要面临大量的不确定因素【2 6 】，其主要来源于负荷的不确定性、电源规划的不确定性、转运量的不确定性、能源及环保政策的调整等。这些不确定因素对规划方案的质量具有显著的影响，在进行规划决策前必须加以考虑。本文以决策分析理论为基础，对不确定条件下的电网规划进行了分析。所谓决策，就是将多种可能采取的行动加以比较抉择，选定最有利的方案加以实施【2 ”。决策分析是为了合理分析涉及不定性决策问题时提出的一套概念和系统方法，以便从一系列可能方案中找出一个满足一定目标的合适方案。决策分析由下列五个要素组成：决策者、行动方案、可能出现的客观状态、行动方案在各种客观状态下产生的结果、以及用于比较方案优劣的衡量标准。决策是对未来行动的事先选择，因而决策总要面临不确定因素，只不过随决策对象的不同，不确定性的程度有所不同而已。如果不确定性较小，对决策后果影响不大，则可以按确定性决策的方法来处理，反之如果不确定性较大，其对决策后果的影响不可忽视，贝q 必须在决策中加以考虑。所以决策理论的一个重要研究课题，就是如何处理不确定性，也就是研究如何在不确定性条件下做出决策。从对决策影响的角度出发，不确定性程度可以分为以下几类：1 ) 不完全知道客观状态有多少种可能；2 ) 完全知道客观状态有多少种可能，但无法确定各种客观状态出现可能性的大小：3 ) 完全知道客观状态有多少种可能。但客观状态的出现取决于竞争对手的行动，即决策者存在利益冲突的对手，而又无法预知决策对手肯定采取哪种策略；4 ) 完全知道客观状态有多少种可能，且已知这些客观状态的出现可能性大小。上述第一类情况的不确定性最大，对于这类决策阔题，至今还没有严格的分析方法来解决，仍然靠决策者的经验来作综合判断；第二类属于非确定型决策，对于此类决策，因为已知全部可能的客观状态，以及各个方案在各种客观状态下的全部后果，因此处理这类决策问题的核心，就是按什么判定标准去选择方案的问题。已经有一些决策学者提出了一些判定标准( 亦称决策准则) 瞰】，不过不同的判定标准各有特点，选用何种标准取决于问题的性质和决娥者对不确定因素的判断；第三类称为对抗型决策，属博弈论的研究范畴，自从诺伊曼建立博弈论以来，用博弈论的方法来处理对抗型决策问题日益受到重视；第四类就是风险型决策，由于己知各客观状态的出现概率，所以它的不确定性比前几类都小，可以用概率第一章绪论统计的方法来处理，它是统计决策论探讨的中心内容。本文主要对后三类情况下输电网的规划决策进行了分析研究。1 7f a c t s 在输电投资中的应用价值灵活交流输电系统( f a c t s ) 以其响应速度快、无机械运动部件以及可连续光滑调节等特性，而明显优于传统的电力系统潮流和稳定控制措施，必将成为未来在输电行业广泛应用的技术，并且这一技术可以辐射到更广泛的配电系统中，将在配电系统无功电压控制、电能质量改善以及储能技术中得到应用。采用f a c t s 技术可提高现有超高压输电线路的输送能力，是解决电力工业发展资金不足问题，充分利用好现有的固定资产的有效途径。概括而言，f a c t s 的应用价值体现在如下几个方面：，1 ) 提高线路的输送能力。在许多国家已形成了紧密相连、多电压等级的复杂互联电网。线路在运行中实际的潮流分布与这些线路的设计输送能力相差甚远，一部分线路已过载或接近稳定极限，而另一部分线路却被迫在远低于线路额定输送容量下运行。这就提出了灵活调节线路潮流、突破瓶颈限制、增加输送能力，以充分利用现有电网资源的要求。2 ) 减少对新建输电走廊的需求。国土资源与环境问题将使新建输电线路越来越困难，f a c t s 技术的应用可有效地挖掘已有输电系统的潜力。3 ) 提高系统的暂态稳定能力传统的调节电力潮流的措旅，如机械控制的移相器、带负荷调变压器抽头、开关投切电容和电感、固定串联补偿装置等，只能实现部分稳态潮流的调节功能。丙f a c t s 设备具有快速响应的特点，可在暂态过程中快速灵活连续调节电力潮流、阻尼系统振荡。4 ) 可满足发展电力市场的器要。原作为公用事业之一的电力系统面临着“放松管制”( d e r e g u l a t i o n ) 的改革。一些国家允许电力用户可自由选择供电者，允许实行趸售及转运。发电厂和电力用户可以根据协议通过电网售受电力。电网作为电力市场的物质载体，即发电厂和电力用户间电力输送和分配的通道，需要满足对电力潮流灵活调节控制的要求，而常规的交流输电系统却很难适应这一变化，f a c t s 技术的出现为这一问题提供了解决方案。可见，研究市场环境下f a c t s 的投资规划具有积极的现实意义。1 8 博弈论在电力系统中的应用1 8 1 博弈理论及其分类博弈论2 9 3 1 1 是研究多个决策主体存在相互作用或发生利益冲突的情况下，如第一章绪论何进行各自优化决策的理论。其主要特征是参与各方所实施的行为方案是相互依存的，各方所实现的损益结果不仅取决于自己采用的行为方案，同时也依赖于其他参与方所实施的行为方案，是各参与方行为方案组合的函数。博弈论将研究的重点投注于传统经济学研究中忽略掉的，或为了简化讨论避而不谈的决策时相互之间的反应或反作用，投注于个体策略之间的相互制约和相互依存。正因为博弈论不存在传统经济理论中由于上述忽略、回避造成的经济模型脱离实际的缺陷，因此在许多情况下所得出的结论更符合经济现实和更具有应用价值，对参与各方具有更强的指导作用，这也是博弈论日益受到重视的原因所在。按照参与人是否相互联合可将博弈区分为合作博弈和非合作博弈，前者强调团体理性【3 2 1 ，后者仅强调个体理性p 】。现实经济活动中，各利益主体往往既相互竞争又相互结盟，不过，竞争才是最真正和根本的关系，因而非合作博弈是基本的博弈模式，现在经济学家所指的博弈论通常就是非合作博弈。按照参与人多少可将博弈区分为单人博弈、两人博弈和多人博弈。单人博弈只是一个简单的个体优化决策问题，不是严格意义上的博弈：t按照参与人的行为次序可将博弈区分为静态博弃和动态博弈，如果各参与人同时( 或可看作同时) 选择策略，称为静态博弈，而如果各参与人先后、依次进行选择，而且后行为的参与人能观测到先行为的参与人的选择，则称为动态博弈。按照参与人对其他参与人的信息掌握程度