（电力系统及其自动化专业论文）输电投资与输电扩展规划研究.pdf

华南理上人学上学博士学位论文 度上可以转化为一个集巾化的优化问题，从而有可能获得输电社会福利最大的结 果。合作博弈论的解概念被用于处理该框架中的输电收益分配问题，算例分析表 明其可以指出合理的输电收益分配方案。 第五，对输电扩展的评估问题进行了研究。对技术评估和经济评估两个方面 的问题进行了分析和讨论，并介绍了美国加州i s o 新近提出的输电经济评估方法。 在对当前流行的社会福利函数和公平衡量指标进行分析的基础上，提出了一个综 合考虑效率因素和公平因素的输电扩展经济评估指标。以监管风险为研究对象， 从不同的角度( 输电投资者和管制者) 对不确定性因素对输电投资决策的影响进 行了详细的分析，为输电投资风险分析提供了一个范例。 此外，本文还对输电扩展规划问题的求解算法进行了研究。将分布估计算法 引入到输电扩展规划问题中，分别采用其中利用一阶统计量的基于群体的递增学 习算法和利用二阶统计量的因子分布算法对输电扩展规划问题进行求解。为了提 高算法的寻优效率，在算法中引入了多个改进策略。对g a r v e r6 节点系统和巴西 南方4 6 节点系统两个算例进行了仿真计算，并分析比较了不同改进策略对算法性 能的影响作用。算例仿真结果表明，所提出的算法是可靠、有效的。 关键词：输电扩展规划；社会福利；帕累托改进；合作博弈；分布估计算法 岫s t r a c t a b s t r a c t i nt h ep o w e rm a r k e te n v i r o n m e n t ，t h et r a n s m i s s i o ns y s t e mw i l lp l a yam o r e i m p o r t a n tr o l et h a ne v e rb e f b r e i na d d i t i o nt oi t st r a d i t i o n a lf h n c t i o n so nc o n n e c t i n g g e n e r a t i o n w i t h1 0 a da n do ni m p r o v i n gt h e r e l i a b i l i t y o fp o w e rs u p p l y ，t h e t r a n s m i s s i o ns y s t e mp r o v i d e saf a i 卜p l a yi n f r a s t r u c t u r ef o rp o w e rt r a d i n gi nt h en e w e n v i r o n m e n t h o w e v e r t h ei s s u eo ft r a n s m i s s i o ni n v e s t m e n ta n dt r a n s m i s s i o n e x p a n s i o np l a n n i n gi nt h ep o w e rm a r k e te n v i r o n m e n th a sn o tb e e nw e l ls e t t l e dy e t u n i n t e n d e dc o n s e q u e n c e sh a v ec o m eo u ti nm a n yp o w e rs y s t e m si ns u c c e s s i o n t h u s ，i ti sv e r yn e c e s s a r ya n dv e r yu r g e n tt oc a r r yo u tr e s e a r c ho nt h i ss u b j e c t m a n yi s s u e sa f ei n v o l v e di nt r a n s m i s s i o ni n v e s t m e n ta n dt r a n s m i s s i o ne x p a n s i o n p l a n n i n g ，a n dt h e yi n t e r a c tw i t he a c ho t h e ri nac o m p l e xm a n n e r f u r t h e r m o r e ，t h e s e i s s u e sm a yh a v ed i f f 色r e n ts o l u t i o n si nd i f f 色r e n tc o u n t “e so rr e g i o n sf o rt h e i r d i s t i n c t i o no ns o c i a l ，p o l t t i c a l ，e c o n o m i c a la n dc u l t u r a la s p e c t s b a s e do nt h er e c e n t r e s e a r c hw o r ka n dp r a c t i c a le x p e r i e n c e ，t h i st h e s i sc a r r i e so u tas t u d yo nt h i st o p i c f i r s t ，t h i st h e s i si n v e s t i g a t e ss e v e r a lr e l a t e da s p e c t so nt r a n s m i s s i o ni n v e s t m e n t a n dt r a n s m i s s i o ne x p a n s i o p l a n n i n g t h et r a n s m i s s i o ni n v e s t n l e n ta n dt r a n s m i s s i o n e x p a n s i o np l a n n i n gp r o c e d u r ei n t h et r a d i t i o n a lp o w e ri n d u s t r yi sr e v i e w e d n e w p r o b l e m sa n dc h a l l e n g e sa “s i n gi nt h en e we n v i r o n m e n ta r ep o i n t e do u t i s s u e so n t r a n s m i s s i o n o r g a n i z a t i o ns t r u c t u r e ， t r a n s m i s s i o n r e g u l a t i o n a n dt r a n s m i s s i o n e x p a n s i o np l a n n i n gr e s e a r c hm e t h o d sa r es u r v e y e d t h ep r a c t i c e si ns e v e r a lc o u n t r i e s o nt r a n s m i s s i o ni n v e s t m e n ta n dt r a n s m i s s i o ne x p a n s i o np l a n n i n ga r ea l s oi n t r o d u c e d s e c o n d t h et h e s i sc a r “e so u ts o m er e s e a r c ho nt h ef a m e w o r ki s s u e so f t r a n s m i s s i o ni n v e s t m e n ta n dt r a n s m i s s i o ne x p a n s i o np l a n n i n g am a r k e ts t r u c t u r e m o d e if o r t h ep o w e ri n d u s t r yi s p r o p o s e d a sap l a t f o r mf o rr e s e a r c ho nt h e t r a n s m i s s i o ni n v e s t m e n ta n dt r a n s m i s s i o ne x p a n s i o np l a n n i n gp r o b l e m s e v e r a lb a s i c d e f i n i t i o n si nt h ee c o n o m i c so fp o w e ri n d u s t r yr e l a t e dt ot r a n s m i s s i o na r ep r e s e n t e d t h ec u r r e n ts i t u a t i o no nt r a n s m i s s i o ni n v e s t m e n ti sa n a l y z e d ，a n dt h em a i nr e a s o n s f o rt r a n s m i s s i o ni n v e s t m e n t i n a d e q u a c y a r ed i s c u s s e d t r a n s m i s s i o ni n v e s t m e n t p a t t e r n sw h i c hc a nb ea d o p t e da r es t u d i e d ，a n dt h e i ra d v a n t a g e s ，d i s a d v a n t a g e sa n d a p p l i c a b i l i t ya r ei d e n t i f i e d w i t hat h r e e - b u ss y s t e m ，w ea n a l y z ea n dc o n l p a r et h e t r a n s m i s s i o ne x p a n s i o no u t c o m eu n d e rd i f f 色r e n ti n v e s t m e n tp a t t e r n s o nt h eb a s i so f t h et r a d i t i o n a lt r a n s m i s s i o ne x p a n s i o np l a n n i n gp r o c e d u r es u m m a r i z e d ，w ef u r t h e r p r o p o s e at r a n s m i s s i o n e x p a n s i o np l a n n i n gp r o c e d u r e f b rt h er e s t r u c t u r e d 华南理工大学工学博士学位论文 e n v l r o n m e n t t h i r d ， t h ee c o n o m i cr u l e st h a ts h o u l db ef o l l o w e di nt r a n s m i s s i o ne x p a n s i o n p l a n n i n ga r er e s e a r c h e d i nt h i st h e s i s t h ec o n c e p t so np a r e t oo p t i m a l i t y ，p a r e t o i m p r o v e m e n ta n ds o c i a lw e l f a r ea r ei n t r o d u c e di n t ot h ep r o b l e mo ft r a n s m i s s i o n e x p a n s i o np l a n n i n g b a s e do nt h ep a r e t oi m p r o v e m e n tc r i t e r i o n ，w ep r o p o s ean o v e l g l o b a lo p t i m i z a t i o nm o d e lo ft r a n s m i s s i o ne x p a n s i o np l a n n i n g t h em o d e li n v o i v e s t h ef a c t o r so fp o w e rm a r k e tm e c h a n i s ma n dt r a n s m i s s i o nc o s ta l l o c a t i o n t h e i m p l i c a t i o n so ft h em o d e lp r o p o s e da r ei l l u s t l a t e db yas i x b u ss t u d yc a s e t h em o d e l i sa p p l i c a b l et ot h et r a n s m i s s i o nc o m p a n yi na jo i n t - p r o d u c t i o np a t t e r n ，a sw e l la si n ap u b l i co w n e dp a t t e r nw i t has e p a r a t eb u d g e t f o u r t h ，t h et r a n s m i s s i o ne x p a n s i o ni s s u eu n d e rb i i a t e r a l m u l t i l a t e r a lt r a n s a c t i o n p o w e rm a r k e tp a t t e r ni ss t u d i e di nt h i st h e s i s b a s e do nt h ei d e ao fc o o p e r a t i v eg a m e ， w ep r o p o s eat r a n s m i s s i o ne x p a n s i o np a r a d i g mw i t hac o r r e s p o n d i n gt r a n s m i s s i o n e x p a n s i o nm o d e l i nt h i sp a r a d i g m ，t h r o u g ht h ec o m m u n i c a t i o na n dt h ec o o p e r a t i o n o fm a r k e t p a r t i c i p a n t s ， t h ed e c e n t r a l i z e dt r a n s m i s s i o ne x p a n s i o ni s s u ec a nb e t r a n s f o r m e di n t oac e n t r a l i z e do p t i m i z a t i o np r o b l e ma tl e a s tt os o m ee x t e n t ，a n dt h e t r a n s m i s s i o ne x p a n s i o no u t c o m ew i t hm a x i m a lt r a n s m i s s i o ns o c i a lw e l f a r em a yb e a c h i e v e d t h es o l u t i o nc o n c e p t so nc o o p e r a t i v eg a m et h e o r ya r eu s e dt od e a lw i t ht h e t r a n s m i s s i o nb e n e n ta l l o c a t i o np r o b l e mi nt h ep a r a d i g m t h es t u d yc a s er e s u l t i n d i c a t e st h a tt h e yc a ni d e n t i f yr e a s o n a b l et r a n s m i s s i o nb e n e n ta l l o c a t i o ns c h e m e s f i f t h ，t h et r a n s m i s s i o ne x p a n s i o na s s e s s m e n ti s s u ei sr e s e a r c h e di nt h et h e s i s t h ep r o b l e m so nt h et e c h n 0 1 0 9 ya s s e s s m e n ta s p e c ta n do nt h ee c o n o m i ca s s e s s m e n t a s p e c t a r ea n a l y z e da n dd i s c u s s e dr e s p e c t i v e l y ， a n dt h et r a n s m i s s i o ne c o n o m i c a s s e s s m e n tm e t h o d o l o g yn e w l yp r o p o s e db yc a l i f o r n i ai s oi si n t r o d u c e d b a s e do n t h ea n a l y s i so ft h ep o p u l a rs o c i a lw e l f a r ef u n c t i o n sa n de q u a i i t ym e a s u r e m e n ti n d i c e s ， w ep r o p o s e dat r a n s m i s s i o ne x p a n s i o ne c o n o m i ca s s e s s m e n ti n d e xi nw h i c hb o t ht h e e f n c i e n t a c t o ra n dt h ee q u a l i t yf h c t o ra r ec o n s i d e r e d t h k i n gr e g u l a t i o nr i s ka sa r e p r e s e n t a t i o n ，w ea n a l y z ei nd e t a 订f t o md i f f 色r e n tp e r s p e c t i v e s ( s u c ha st h a to ft h e t r a n s m i s s i o ni n v e s t o ra n dt h a to ft h et r a n s m i s s i o nr e g u l a t o r ) t h ei m p a c to fu n c e r t a i n t y f a c t o r so nt 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 m a k i n g ，t h ea n a l y s i sp r o c e d u r ec a nb e t a k e na sap a r a d 吨mf o rt h er i s ka n a l y s i so ft r a n s m i s s i o ni n v e s t m e n t m o r e o v e r ， t h es o l u t i o na l g o r i t h m sf o rt h et r a n s m i s s i o ne x p a n s i o np l a n n i n g p r o b l e ma r ea l s os t u d i e di nt h i st h e s i s t h ee s t i m a t i o no fd i s t r i b u t i o na l g o r i t h m s i s i n t r o d u c e dt os o l v et h et r a n s m i s s i o ne x p a n s i o np l a n n i n gp r o b l e m t w ot y p e so f e s t i m a t i o no fd i s t r i b u t i o na l g o r i t h m s ，i e ，t h ep o p u l a t i o n - b a s e di n c r e m e n t a ll e a r n i n g a b s t r a c t a l g o r i t h mw h i c hm a k e su s eo f 。t h ef i r s to r d e rs t a t i s t i ca n dt h ef a c t o “z e dd i s t “b u t i o n a l g o r i t h mw h i c hm a k e su s eo ft h es e c o n do r d e rs t a t i s t i c ，a r ea d o p t e dt os o l v et h e t r a n s m i s s i o n e x p a n s i o np i a n n i n gp r o b l e mr e s p e c t i v e l y t o e n h a n c et h es e a r c h e m c i e n c yo ft h ea l g o r i t h m s ， w ei n t r o d u c es e v e r a ii m p r o v e m e n ts t r a t e g i e s t w o f a m o u st e s ts y s t e m s ，i ，e ，t h eg a r v e r ss i x b u ss y s t e ma n dt h eb r a z i l i a ns o u t h e m 4 6 一b u ss y s t e m ，a r et a k e na ss t u d yc a s e s t h ee f f 色c to fe a c hi m p r o v e m e n ts t r a t e g yo n t h ep e r f o r m a n c eo ft h ea l g o r i t h m si sa n a l y z e da n dc o m p a r e d t h es i m u l a t i o nr e s u l t s f t o mt h es t u d yc a s e si n d i c a t et h a t h ea l g o r “h m sp r o p o s e da r er e l i a b l ea n de m c i e n t k e yw o r d s ： t r a n s m i s s i o ne x p a n s i o np l a n n i n g ；s o c i a lw e l f a r e ；p a r e t oi m p r o v e m e n t ； c o o p e r a t i v eg a m e ；e s t i m a t i o no fd i s t b u t i o na i g o r i t h m s 华南理工大学 学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研 究所取得的研究成果。除r 文中特别加以标注引用的内容外，本论文 不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研 究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完 全意识到本声明的法律后果由本人承担。 作者签名：新) 丑霭 日期：如玎年f 月厂，日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定， 同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版， 允许论文被查阅和借阅。本人授权华南理工大学可以将本学位论文的 全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫 描等复制手段保存和汇编本学位论文。 保密口，在年解密后适用本授权书。 本学位论文属于 不保密戳 ( 请在以上相应方框内打“”) 作者签名： 导师签名： 新l 糯日期：2 卵r 年f 月仞日 日期：2 计孟年f 月d 日 第一章绪论 第一章绪论 1 1 研究背景与意义 传统地，由于规模经济的原因，一个地区的供电往往是由一家发电、输电和 配电垂直统一的垄断公用事业公司负责的。受到燃料供应、水资源以及环保等因 素的限制，发电厂往往被建在远离负荷中心的特定郊区。建造输电线路的最初始 的目的就是要把电力公司在远方的发电厂所发出的电力输送到负荷中心。随着电 力系统的发展，为了提高供电的可靠性，即为发电厂到负荷中心的潮流提供多条 可选的路径，网状结构的输电系统就逐步形成了。此外，由于不同地区的发电资 源和负荷的类型和时间特性有一定的差异，为了提高电力系统的可靠性、共享剩 余的电力以及缓和增加发电容量的需要，属于不同电力公司的相邻系统之问也会 建造一些互联线路。当需要连接低成本的发电厂以满足增长的负荷需求或( 和) 需要满足系统的可靠性要求时，输电线路的增加就可以通过可行性论证了。总的 来说，垄断的电力公司几乎是输电系统的唯一使用者，保证充裕的输电容量是电 力公司的责任，而投资的回收和回报则通过执行由政府或监管机构制定的管制方 案( 通常是回报率管制方案) 来实现。在这种情况下，输电投资与输电扩展规划 的主要目标是：在维持电力系统可靠性的前提下尽可能经济地满足负荷需求。 输电扩展规划一直以来都是一项相当复杂的任务。首先，负荷需求是随时间 变化的。负荷需求的变化一般通过对发电资源的合理调度来应付。这将对输电需 求产生很大的影响。其次，由于电力系统是一个服从物理定律的交流系统，网络 中的一个局部变化( 如一个节点上负荷的改变，一台发电机出力的增加，一条线 路或一台变压器的投入或退出) 的效应会立即蔓延至互联网络的其它部分，改变 所有输电线路的负载条件。当然，其对一些线路的影响可能会比对其它线路的影 响要明显一些，这取决于线路和互联线路的电气特性。目前，对潮流的这种自然 特性进行控制的能力是非常有限的。有一些设备可以对潮流实施有限的控制，如 移相器、高压直流线路以及其它一些基于电力电子的灵活交流输电设备。但它们 非常昂贵，因此它们仅很稀少地被使用。此外，输电网络是作为有几十年使用寿 命的耐用基础设旋而被设计、放置和建造的。在一条输电线路的使用期内，其在 网络中的作用以及对发电机和负荷的影响会经历大小、反复的变化。令输电扩展 规划问题复杂的因素还有：其波及的地理范围大、涉及的相关利益群体多、管制 决策程序复杂、需要考虑环境影响等等【l “。 二十世纪八十年代以来，很多国家纷纷对电力工业的体制进行了改革。放松 管制、引进竞争是这场改革主题。当然，不同国家对电力工业体制进行改革的出 华南理工大学_ 学博士学位论文 发点和目的可能是不一样的。改革的主要出发点和目的包括增加竞争、简化管制、 吸引私人或外国投资、降低电价、增加私有化和分散化的程度、减轻政府责任的 负担等【3 】。总的来说，在发达国家( 如北美和西欧) 中引进竞争的基本原因是为 了提高经济效率和运营效率。而对正处于快速发展阶段的发展中国家( 如中国和 印度) ，进行改革的典型原因则是要创造一个更公平的竞争平台以吸引私人投资、 缓和政府在电力工业发展上的融资压力”j 。 各国的电力工业重组有一个共同之处，就是发电和输电的解捆，并将输电系 统在所谓的开放接入机制下对所有符合条件的市场参与者开放使用。这大大地改 变了传统的电力工业，且在发电、输电和系统运行的各个方面引入了很多新的挑 战 】。 一般相信，与以前的管制时代相比，电力市场环境下的输电投资与输电扩展 规划问题要复杂得多、也困难得多。这是因为在电力市场环境下，输电系统的功 能扩展了，与输电投资和输电扩展规划问题相关的不确定性因素增加了，且很多 一度被忽视的问题由于变得与利益相关又重新引起了人们的重视。当前，与市场 机制下输电投资和输电扩展规划相关的很多重要问题远未能得到适当的解决。有 很多研究表明，放松管制以后，很多国家的在输电方面的投资急剧下降i l 龟。输 电容量不足所引起的不良后果已相继显现并日益严重。输电容量不足对美国加州 2 0 0 0 2 0 0 1 年电力危机的加剧起了不可忽视的作用【8 ，1 0j 。2 0 0 3 年在美欧发生的一 系列引起全球关注的大停电事件更是清楚地表明了这样一个事实：在电力工业重 组后，输电网络成了电力工业中最薄弱的环节。这些现象和灾难事件的发生凸现 了解决放松管制的电力市场环境下的输电投资与输电扩展规划问题的重要性和迫 切性。可以说，输电投资和输电扩展规划问题能否得到合理的解决将直接关系到 电力工业市场化改革的成败。此外，输电系统是典型的网络系统，输电投资和输 电扩展规划问题的解决对其它网络产业如电信、铁道、自来水和管道煤气等也将 有一定的借鉴作用。因此，本课题的研究具有重大的理论意义和现实意义，对我 国的电力工业和电力市场发展也很有参考价值。 1 2 输电投资与输电扩展规划相关问题简述 输电系统是整个电力系统的一个重要组成部分，输电系统的强健性和灵活性 决定着电力系统的运行可靠性。一个强健、灵活和容量充裕的输电系统同时也是 电力市场正常、有效运转的重要保证。本节将对与输电投资和输电扩展规划相关 的一些重要问题作一个全面的综述。 第一章绪论 1 2 1 传统电力工业中的输电投资与扩展规划 在受管制的垄断环境下，垂直统一的电力企业有责任满足所有现有和未来用 户的负荷需求。电力企业对发电、输电、配电和用户服务业务的各个方面负责， 各个环节运作的共同目标是以稳定、合理的收费可靠地满足用户的需求。它预测 未来的负荷需求，进行发电和输电扩展规划并执行经审批的规划方案以满足所预 测的负荷增长的需要。它可以获取最多等于被允许的投资回报率的利润，但费基 必须满足管制要求并通过审核。 资本投资通常是以可靠地满足所预测的负荷需求为理由来论证的。选择成本 最低的方案是扩展规划的焦点。由于增加发电容量的成本一般远大于输电扩展的 成本( 如在美国的电力工业中，发电资产占5 9 、输电资产占13 、配电资产占 2 8 【) ，典型地，扩展规划的程序是按“从发电扩展规划开始，先确定成本最 低的发电扩展方案及发电模式，再开展输电扩展规划”的顺序进行的。在进行输 电扩展规划时也可能会对有限几个未来场景进行系统运行模拟。 输电扩展规划的目标是尽可能经济地保证有足够的输电容量以可靠地满足增 长的负荷需求和容纳必要的发电容量增加。在仅需增加输电容量而无需增加发电 容量就可以满足负荷需求的情况下，财务评估很容易获得通过。实际上，输电扩 展的必要性评估常常仅出于可靠性考虑就可以获得通过。传统的输电扩展规划方 案论证主要是从技术的角度考虑的，经济因素是第二位的。对输电扩展规划的传 统理念是：“首先定义服务质量标准，然后选择满足这些标准的、成本最低的方案 来扩展系统”，因而很少会对输电扩展的相关效益进行详尽的、系统的评估【l “。 满足负荷需求所需的可靠性是在输电扩展规划中必须遵循的一个约束。在满 足可靠性要求的待选扩展方案中进行的选择则是基于成本的。因此，输电扩展规 划在形式上可以描述为以最小化成本为目标、以可靠性要求为约束的优化问题。 虽然无论可靠性评估还是成本计算都涉及到跨越所提出的扩展方案的使用期限的 复杂分析。 1 2 2 电力市场环境下的问题与挑战 发电、输电和配电的解捆导致了多个电力市场参与者的存在。为了培育竞争 和遏制市场力的滥用，一些地方要求对发电进行重组以形成更多的独立发电商。 与管制时代的垂直统一企业不同，不同的发电企业有不同的甚至是冲突的目标。 新结构的出现与电力市场参与者的多样性从根本上推翻了传统输电规划程序的一 些假设和关系。 另一方面，在电力工业重组后，输电系统的功能扩展了，超出了过去连接发 电和负荷与提高供电可靠性的作用。互联使更多的发电容量可以在一个大范围的 市场中竞争以供应组合负荷，从而减少了阻塞成本、促进了资源优化配置、提高 华南理丁大学工学博士学位沦文 了经济效率。输电能力不足引起的输电瓶颈使处于电网特定位置的发电商可阻在 局部市场中行使市场力，而充裕的输电容量则可通过增加町输送到用户的总供电 容量、降低任一市场参与者的市场份额和增加用户可选择的发电商的数目来提高 市场的竞争、减少市场力。 此外，输电环节的组织结构也受到了冲击。电力工业改革的一个基本指导原 则是尽可能地提倡竞争和由市场定价，仅在必要时方通过管制手段来控制自然垄 断和提供适当的激励以引导市场参与者的有效率的行为【i3 1 。在这一基本理念的指 导下，基于市场的输电投资和扩展规划被认为是可能的，尽管一定范围或一定程 度的管制仍然是必要的。 所有这些都给输电投资和输电扩展规划问题带来了新的挑战。这些挑战要求 输电所有者和投资者定义新的规划目标，重新审视传统的规划准则，并发展新的 模型和方法以处理这些目标 1 “。下面将对几个相关的主要问题和挑战进行详细的 讨论 15 ，1 6 】。 1 电力系统规划的程序 在放松管制以前，输电扩展规划是以给定的负荷预测结果和发电扩展规划为 起点的。当然，必要时也会在发电扩展与输电扩展之间作一些协调。在放松管制 后，不但开展发电扩展规划与输电扩展规划的实体不同，传统意义上的统一发电 扩展规划也不复存在了。尽管政府主管部门或监管机构可能会给出一些指导性的 规划方案，就象智利那样【ll1 8 i ，但这些规划方案一般不是强制性的。发电扩展决 策将主要由各个发电公司和潜在的发电投资者分散、独立地作出。对未来电力供 求形势、电价与燃料价格水平及其波动性、政策走向等的预期是决定新增发电容 量决策的主要因素。新增发电厂的位置、类型、装机容量、投运时间，现有发电 机组的退役或发电厂的关闭等基本上均由发电公司自己决定，而且这些信息通常 不会提前披露【l 。输电扩展规划则由输电公司或输电投资者基于规划期内所期望 的发电负荷模式的情况进行，但发电规划和输电规划在传统电力工业中的那种紧 密联系已被彻底打破了。令问题更复杂的是发电扩展决策可能会受输电扩展决策 的影响，反之亦然。此外，发电或负荷侧管理项目对输电还有替代的作用。因此， 输电项目被要求与非输电的可选方案( 发电项目和负荷管理项目) 进行比较，而 它们在筹建时间、可获得性、技术功能、使用寿命、投资与运行成本以及所处的 管制与市场框架等多方面的特征差异很大，这使得很难对它们作合适的比较。这 些相互作用使得输电扩展规划不再是一个简单、有序的过程了。 一个好的输电规划必须与发电规划和负荷管理项目有很好的协调。关于阻塞 成本与阻塞位置的信息对作出合理的发电规划和实施合理的负荷管理工程很有帮 助，但关于未来的阻塞情况的信息在当前很难获得。另一方面，发电和负荷的情 第一章绪论 况对输电项目价值的评估有很重要的影响，但关于未来发电和负荷的及时可靠的 数据常常得不到。如何对信息的提供进行合理的协调是市场条件下输电扩展规划 程序需要解决的一个重要问题。 2 不确定因素和风险 放松管制为输电投资和输电扩展规划引入了更多的不确定性因素和复杂性。 首先，由于发电投资和规划决策是分散进行的，因此潜在的发电场景的数目将可能 大大增加。由未来可能出现多种发电场景所引起的不确定性程度的增加对输电系 统规划可以考虑的水平年的范围会产生影响 20 1 。换句话说，很难进行很长期的输 电规划。当输电系统规划的跨度超过5 或1 0 年时，相应发电场景的不确定性很大 且难以界定其范围。从这个意义上讲，对长期规划方案进行仔细分析是否有意义 就很值得怀疑。然而，从另一个方面讲，输电设备的使用寿命一般长达3 0 至4 0 年，因此又必须考虑设备的长期利用。这真是一个两难的困境! 第二，由于输电线 路的审批和建造需要很长的时间，因此输电规划就需要提前多年进行，此时很难 对未来的输电容量需求作比较准确的预测。一股而言，输电工程的筹建时间比发 电项目要长。典型地，一个输电工程项目的筹建往往需要5 1 0 年的时间，而筹建 一个燃气轮机或联合循环发电机组( 发电厂) 则仅需2 年( 市场环境下发电项目 的审批时间一般比输电项目要短得多) 。这样，一个发电项目可能在一个输电项目 动工后才启动，这可能会明显地改变原先论证该输电项目时所依据的财务预算和 假设i l 。此外，未来电能政策、市场结构和管制方案等方面的不确定性也会对输 电规划产生重要的影响。 不确定性会导致风险。输电扩展规划需要面对不同的风险，如投资风险和安 全运行风险等。一个需要解决的关键问题是如何量化和管理这些风险。为此，必 须考虑各种不确定因素的范围及这些因素的组合作用。 3 输电网络的灵活性和强健性要求 竞争的环境对输电系统的灵活性和强健性提出了更高的要求。在放松管制的 环境下，基于竞价的调度方法会导致非常规的运行模式更频繁地出现。这是因为 发电公司被调度的情况依赖于其报价，而报价未必是基于成本的，可以是策略性 的、可变的。此外，在一些电力市场中允许大用户直接从发电公司购电。如果允 许用户自由选择供电公司的话，发电，负荷模式将会因为用户更换供电公司而变化 得更为频繁1 2 “。美国电力科学研究院( e p r i ) 在其所作的一个评估报告中指出， 放松管制后大规模的电力交易显著地增加了，而且电力交易的输送距离也变得越 来越大。由于当前的电力系统原本并不是针对竞争环境下的电力供求模式来规划 和设计的，因此现有网络或其中某些部分的使用方式可能会与原先规划的以及过 华南理工大学工学博十学位论文 去使用的方式有所不同，从而可能产生新的输电瓶颈，同时一些现有的输电阻塞 也可能会更经常地出现或者产生更显著的经济影响。这样，市场化后会比以往更 迫切地需要缓解输电阻塞的措施，而要从根本上解决这个问题就可能需要增加新 的输电设备。总的来说，市场环境下输电容量的需求将会更大，对输电能力的分 析也会变得更为重要。这对输电扩展规划也提出了新的要求。 4 组织机制上的问题 当前，与输电扩展规划相关的机构之间的责任并不明确。例如，由谁来提出 扩展要求或方案，谁负责审查扩展提案，又由准负责批准扩展规划方案? 通过什 么机制来协调相关机构之间冲突的利益? 在美国，区域输电组织( r e g i o n a l t r a s m i s s i o no r g a n i z a t i o n ，r t o ) 被认为应对输电扩展规划负责。但关于r t o 在 输电扩展规划和投资中应该扮演何种角色方面有很多争议，其中几点如下【2 2 j ： ( 1 ) 在这种安排下商业输电将起什么样的作用? 在何种程度上可以由投资者 而非r t o 来决定兴建新的输电设备? 在存在网络外部性的情况下，投资者能否从 输电项目中获得足够的收益以证明其投资的合理性? i h o 的规划是否应仅以满 足可靠性要求为目标，而把所有基于经济目的( 如降低阻塞成本) 的输电扩展决 策留给市场参与者? 在纽约，i s o 可以基于可靠性理由但不能仅基于经济理由来 发起基于管制的输电投资。而在p j m 电力市场，i u o 除了能够以可靠性需要为由 来发起基于管制的输电投资外，还可以以经济原因发起基于管制的投资来解决无 法避免的输电阻塞【23 1 。在加州，i s o 负责评估所有可能要由加州付费者提供资金 的潜在输电扩展项目的必要性，包括提高经济效率和维持系统可靠性的输电项目， 且有权强迫p t 0 建造提高经济效率或维持系统可靠性的输电项目【2 ”。此外，一 些输电项目的属性并不容易界定，很难简单地归类为提供可靠性的项目还是商业 项目。这将引发投资责任的问题，这些输电项目的成本分摊将会很有争议。 ( 2 ) 在为新的发电厂和未来的负荷的合理选址提供激励以期作为兴建新的输 电线路的替代方案方面，r t o 应该扮演什么角色? r t 0 是否应仅提供信息以供参 考，抑或还需在资金上提供帮助? ( 3 ) 考虑到对输电容量的长远需求，r t o 或投资者是否应该投资就短期而 言超额而从长远来看可降低每m w 公里新输电容量所需的金融成本和土地成本 的输电项目? 应该如何平衡短期过投资可能带来的长期收益和更大的金融风险? 5 输电扩展规划的准则 在解除管制的环境下，输电扩展规划应能在满足电力系统可靠性要求的同时 尽可能经济地为竞争者提供一个非歧视的环境，并能提高经济效率和社会福利。 大多数专家和研究者都认为传统的、基于成本最小化的输电扩展规划准则在放松 第一章绪论 管制的电力工业环境中已不再适用了【25 ，”】。新的规划准则应考虑输电投资促进能 量市场竞争所带来的收益，即来自更广阔地理范围的电力市场的收益和减少发电 商行使市场力机会的收益。在一些电力市场中，投资者可以根据他们自己的评估 独立地进行输电投资决策。那么，今后的输电扩展规划至少在一定程度上将是分 散化的。不同的市场参与者在输电扩展中有不同的利益，新的规划准则应能协调 不同人的利益，特别是公众利益( 即社会福利) 和投资者利益。一个问题是输电 扩展所带来一些收益和效应是难于量化的，如可靠性收益、环境效应和其它社会 效应，如何评估这些收益和效应? 如何把它们包含在扩展的准则中? 一个曾引起广泛争论的问题是：市场机制的引入对电力系统运行的可靠