（电力系统及其自动化专业论文）融合依赖性和安全性的输电固定成本分配.pdf

融合依赖悻和安伞悱的输l 乜同定成本分配 a b s t r a c t a tp r e s e n t ，m a n yc o u n t r i e sa r ec a r r y i n go u tl a r g e s c a l er e f o r mo ft h ee l e c t r i c i t y a n de x p l o r i n gt h er o a dt ob eh e a d i n gf o re l e c t r i c i t ym a r k e t s w i t ht h ef u r t h e rr e f o r mo f e l e c t r i c i t yi n d u s t r ya n dd e e p e n i n go fc o m p e t i t i o n ，t r a n s m i s s i o no p e na e e e s s ( t o a ) i s b e c o m i n gi n c r e a s i n g l yu r g e n t t h ed e e pd e v e l o p m e n t o ft o ar e q u i r e st h a tt h e t r a n s m i s s i o nr e s o u r c e sb ef a i r l ya n da n d i s c r i m i n a t o r i l yu s e db ym a r k e tp a r t i c i p a n t s t h e r e f o r e h o wt oa l l o c a t et h ef i x e dt r a n s m i s s i o nc o s ti so n eo ft h ee x t r a o r d i n a r i l y p r o b l e m si nt h ep r o c e s so ft o a a n dab a s i cr e q u i r e m e n to ff a i rp l a yi nt h ee l e c t r i c i t y m a r k e t s i nt h i st h e s i s ，b a s e do ne l e c t r i cc i r c u i ta n de c o n o m i e st h e o r y ，t h ef i x e d t 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 mi st h o r o u g h l ys t u d i e d t h eo v e r v i e wo fe l e c t r i c i t ym a r k e tr e f o r ma n dt h ep r e s e n tr e s e a r c hs t a t u sa th o m e a n da b r o a do ft r a n s m i s s i o np r i c i n gm e t h o d o l o g i e sa r ef i r s t l yi n t r o d u c e d t h e n ，t h e b a s i cp r i n c i p l e sa sw e l la sc h a r a c t e r i s t i c sa n da p p l i c a b i l i t yo fe a c hm e t h o da r e c a r e f u l l ya a a l y z e da n dd i s c u s s e d i na d d i t i o n ，s o m ei s s u e st h a ts h o u l d b ep a i da t t e n t i o n t oa r ea n a l y z e di nd e t a i l s an o v e lm e t h o df o ra l l o c a t i n gf i x e dt r a n s m i s s i o nc o s tb yf u s i n gd e p e n d e n c ea n d p o w e rs y s t e ms e c u r i t yi n f l u e n c eo ft r a n s a c t i o n si sp r o p o s e di na ne l e c t r i c i t ym a r k e t c o e x i s t i n gw i t hv a r i e dt r a n s a c t i o nm o d e s f i r s t l y ，ab a s i ct r a n s a c t i o nv e c t o ri sd e s i g n e d t od e s c r i b et h ep o o la n db i l a t e r a lt r a n s a c t i o nu n i f o r m l yi nt h ee l e c t r i c i t ym a r k e t s t h e t r a n s m i s s i o nl i n eu s a g eb ye a c ht r a n s a c t i o nw h i c hi sc o m p u t e db a s e do ni m p u t a t i o n c o m p o n e n t so f b r a n c hc a l o r i ep o w e ri sd e f i n e d t h e n t h ef i x e dt r a n s m i s s i o nc o s ti s d e c o m p o s e di n t ot w op o r t i o n si n c l u d i n gd e p e n d e n c ec o s ta n ds e c u r i t yc o s ta c c o r d i n g t ot h eg r i dd e p e n d e n c ea n ds e c u r i t yi n f l u e n c eo fe a c ht r a n s a c t i o nr e s p e c t i v e l y w h e r e d e p e n d e n c ec o s ti s a l l o c a t e db yp r or a t aa n ds e c u r i t yc o s ti sa l l o c a t e da c c o r d i n gt o l i n et h e r m a lc a p a c i t yu s a g eo fe a c ht r a n s a c t i o n t h ep r o p o s e dm e t h o dc o n s i d e r st h e c o u p l i n g b e t w e e na c t i v ea n dr e a c t i v e p o w e r s i t i s a p p l i c a b l e f o r a r b i t r a r y c o n f i g u r a t i o n so ft r a n s m i s s i o nn e t w o r k s s i m u l a t i o n sr e s u l t so ft h ei e e e 14 - b u ss y s t e m s h o wt h a tt h ep r o p o s e dm e t h o dn o to n l ys a t i s f i e st h ep h y s i c a lf e a t u r e so fn e t w o r k ，b u t a l s oc a np r o v i d ee f f e c t i v ee c o n o m i ci n c e n t i v e st oe a c ht r a n s a c t i o n k e yw o r d s ：t r a n s m i s s i o nn e t w o r k ；f i x e dc o s t ；a l l o c a t i o n ；d e p e n d e n c e ；s e c u r i t y ； c a l o r i cp o w e r ；p r i c i n g i l l 湖南大学 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。除了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：妥力咩 日期：卅年，月矿日 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。本人授权湖南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。 本学位论文属于 l 、保密口，在年解密后适用本授权书。 2 、不保密团。 ( 请在以上相应方框内打“ ) 作者签名：袭瑾辱 导师签名：榭 日期：州夕年月玢日 日期：刀7 年j l 月, j e t 硕士学位论文 第1 章绪论 1 1 选题背景及选题的意义 1 1 - 1 电力市场化改革 2 0 世纪8 0 年代以前，世界各国的电力工业普遍采用的是垄断经营模式。在这 种经营模式下，电力工业由国家垄断经营，电力发展的资金由政府筹措，电价由 政府确定，这种传统的自上而下的管理体制，对集中财力避免重复投资，促进电 力工业发展，提高电力系统安全可靠运行水平，稳定物价，保障人民生活的基本 供给无疑起了重要的作用。但随着经济的发展和科学技术水平的提高，用电负荷 急剧增大，电力系统的规模迅速扩展，电力工业的规模经济性日趋饱和。在这种 情况下，垄断经营模式本身所固有的负面效应也日益显现出来，主要表现为：在 垄断经营条件下，发电企业之间无竞争，供电企业外部无压力，导致整个电力行 业生产效率低下，非生产性成本比重日益增加；同时，在这种垂直型管理的垄断 模式下，国家还要负担沉重的电力建设资金。 为了消除传统的垄断经营模式带来的弊端，2 0 世纪9 0 年代以来，世界上许多 国家都在进行大规模的电力工业改革，即引入竞争，放松管制，打破垄断，重组 结构，探索走向电力市场的道路川。实行电力市场，可促使电力企业从市场竞争中 寻找契机，吸引投资，推进技术改造，提高生产效率，从而弱化政府行为，减经 国家的财政负担；可促使电力企业优化资源配置，降低能耗，减少成本，节约资 源，为广大客户提供低价、优质、高效的用电服务。在电力行业内部引入竞争机 制后，人、财、物将形成优化结构，使电力工业成为机会平等、环境优良、投资 回报率高的良好投资场所，并广泛吸纳国内外资金，为电力工业的发展和国民经 济的腾飞创造条件。 电力市场实质上就是电力的买方和卖方相互作用以决定其电价和电量的过 程。具体地讲是采用经济手段，本着公平竞争、自愿互利的原则，对电力系统中 发电、输电、配电、用户等各成员组织协调运行的管理机制和执行系统的总和。 电力市场建设的总体目标是引入竞争机制、优化资源配置、提供优质服务、促使 电价合理化、促进电力工业的可持续发展【2 】。电力工业改革的目标是在电力工业中 引入竞争机制，提高电力生产效率，使电价机制合理化，提供安全、高质量的电 力产品，促进电力工业的良性发展，以取得更好的经济效益和社会效益。在一个 充满竞争的电力市场中，所有参与者都是平等的、竞争的。在保证电力系统安全 可靠运行的前提下，通过各环节的公平竞争来达到高效、有序、互利的目的。 融合依赖性和安全性的输电同定成本分配 竞争性电力市场的发展可以分为三个阶段：发电侧竞争型、批发竞争型和零 售竞争型。( 1 ) 发电侧竞争型是竞争性电力市场的最初级模式，仅在发电侧竞争， 电网公司作为单一买方，输电、配电环节仍然保持垄断。( 2 ) 批发竞争型是发电环 节竞争、输电网开放、多个购买者模式，配电商、大用户与发电商自由交易，配 电公司仍垄断其专营区用户的供电权。批发竞争型电力市场是一种过渡型模式。 ( 3 ) 零售竞争模式下所有用户获得了选择权，发电环节和零售环节都开展竞争，发 电、零售与输配电领域完全独立，配电网和输电网均向用户开放。以上三种类型 的电力市场其市场开放程度逐渐扩大，竞争水平不断提高。其中，零售竞争型是 电力市场发展的最终形式，是电力市场的目标模式。 国外电力市场建设己经走过了2 0 多年的历程，改革的脚步遍及五大洲，先后 有5 0 多个国家确定了建设竞争性电力市场的改革目标。实行电力市场化改革的既 有发达国家，也有发展中国家。英国和美国是电力市场的开拓者，巴西、挪威、 阿根廷、日本等国也在电力市场化改革方面积极探索，积累了丰富的经验。在这 股席卷全球的电力工业市场化改革的浪潮中，我国于1 9 9 8 年开始“厂网分开，竞 价上网 试点，己相继成立了两大电网公司和五大发电集团公司，探索形成了适 合各省实际情况的几种有效的竞价模式；同时成立了电力监管机构，按国家授权 行使电力监管职能，对全国电力市场实行集中统一监管。按照2 0 0 2 年国务院5 号 文件的规定，中国电力体制改革将首先进行厂网分开，接下来则分别是主辅分开 和输配分开。发、输、配一体化的传统电力工业垄断结构将逐渐被市场化运营机 制取代。实行厂网分开，竞价上网，打破垄断，引入竞争对于促进我国电力工业 发展，有效形成成本约束，推动政府管电体制的转变必将产生深远的影响。但是 由于电力市场的形成涉及到电力工业的规划、建设、运行、管理等各方面，并且 受到我国长期计划经济的影响，市场机制非常不完善、不成熟，还存在很多问题 需要继续研究和解决。 1 1 2 电力市场中的输电固定成本分配 输电网由于其地理、经济和技术上的原因而保持垄断状态。这是因为：首先， 输电网具有典型的规模经济效应，使得输电市场呈现出不同于一般商品市场的特 性。由于电能传输的特殊性，要求输电网形成规模，才能把由于巨额固定资产投 资所形成的固定成本分配到更大的电能传输上，从而降低单位电量传输的固定成 本，进而降低电能传输价格。其次，从经济性方面考虑，不可能出现由市场成员 各自建立自己的电能传输线路。输电网典型的规模经济性促使高电压等级、大容 量输电线路成为电力传输的发展方向。连接两地的输电线路不会有很多条，这就 使得输电网出现了自然垄断的经济特性。 随着电力工业的市场化改革，输电网的自然垄断性逐渐被打破。市场竞争的 开放性要求形成开放、高效的输电网。输电网作为连接发电方和用户方( 包括在大 硕上学位论文 用户和配电公司) 的中间机构，不仅保证安全、可靠的电力传输，更成为一个转运 服务的实体，逐渐由统一或联合调度的角色变成电力交换的工具和市场。输电网 开放是电力工业市场化的主要内容之一，其最终的目的是使开放后的输电网能够 依据竞争的市场规律，向电能的各级用户( 市场成员) 提供可利用的输电框架。与发 电和配电网不同，输电网由于其自然垄断性，它不但承担着把电能从各个发电厂 传送到各用户的输电任务，而且还需要提供一些辅助服务，例如自动发电控制 ( a g c ) 、无功电压控制、系统备用、恢复及黑启动、阻塞调度和负荷频率控制等服 务。因此，输电网开放面临着一系列亟待解决的技术问题，需要单独对其进行研 究。电力工业的市场化和输电网开放的深入发展要求各市场参与者能公平和无歧 视地使用输电资源。输电价格成为市场中决定资源分配和系统扩建，促进整个电 力市场运营效率的有效经济信号。因此，输电定价是输电网开放过程中面1 临的重 要课题之一。 输电成本分配是输电定价的主要内容。输电成本的分配过程可以看作是在考 虑了输电公司的收支平衡和适当的盈利情况下，输电成本在使用输电线路的发电 厂或负荷之间的分配问题。电力系统的输电成本一般由两部分构成：一部分是反 映输电网的运行费用，也称为可变成本，主要包括电能的损耗成本、阻塞成本与 机会成本等：另一部分是反映输电线路的投资建设费用，又称为固定成本，包括 修建输电线路、购买设备的费用、运行管理和维护费、折旧费以及投资成本的回 报率等p j 。由于输电网的固定成本在输电成本中占有很大比例，因此如何公平合理 分配输电固定成本显得尤为重要。但是，由于输电网潮流方程的非线性、反向潮 流和未用容量的存在等因素，要提出一种适合不同市场结构、公正合理的输电固 定分配方法是很难的。所以迄今为止没有一种公认的输电固定成本分配方法。 输电固定成本具体的分配方法由电力法和电力市场运营的规约确定，在不同 的场合或为达到不同的运行目的，可以实行不同的分配方法。但无论采用哪种方 法都应满足以下的基本要求：( 1 ) 能够保证输电公司的年收支平衡。为满足增长的 负荷和输电网不断地扩展，输电收费还应包括新建输电网的投资回报和扩建资金 的筹资。( 2 ) 提供丰富的经济学信息，引导有限的输电网资源充分利用和最优使用。 ( 3 ) 提供尽可能低的输电价格，削弱市场进口壁垒，从而增加电力市场的竞争性。 输电价格越高，市场进口壁垒越高，越不利于发电进入市场竞争，过高的输电价 格甚至将部分发电机排斥在某些市场之外。( 4 ) 提供正确的需求信号，促使输电网 的良性发展。例如提供电网瓶颈、发电厂和负荷的选址指导等。 1 2 国内外研究现状 目前，国内外提出了很多输电定价方法。综合起来，最基本的方法有2 种： 边际成本法( m a r g i n a lc o s tm e t h o d ) 和综合成本法( e m b e d d e dc o s tm e t h o d ) 。另外， 融合依赖性和安伞性的输电同定成奉分配 合作博弈法( c o o p e r a t i v eg a m em e t h o d ) 也是近年来研究的热点之一。其中，边际成 本法又可分为长期边际成本( 1 0 n gr u nm a r g i n a lc o s t ，l r m c ) 法和短期边际成本 ( s h o r tr u nm a r g i n a lc o s t ，s r m c ) 法。长期边际成本法计算的是长期边际容量成本和 长期边际运行成本，而短期边际成本法计算的是短期边际运行成本。综合成本法依 据会计学原理计算平均容量成本和平均运行成本。综合成本法主要包括邮票法 ( p o s t a g es t a m pm e t h o d ) 、合同路径法( c o n t r a c tp a t hm e t h o d ) 、边界潮流法( b o u n d a r y f l o wm e t h o d ) 、兆瓦英里法( m w - m i l em e t h o d ) 、分布系数法( d i s t r i b u t i o nf a c t o r s m e t h o d ) 、潮流追踪法( p o w e rf l o wt r a c i n gm e t h o d ) 等。合作博弈法将输电网的用户 看作是合作博弈的局中人，成本分配结果满足每个用户分担的成本不比其在任何 一个子联盟中分配的成本多。 文献【4 】对4 种综合成本法和2 种长期边际成本法的计算流程及所需数据进行 了详细介绍和总结。但要精确计算长期边际成本就必须求解输电网规划问题，十 分复杂，实际应用中一般要对其进行一些简化处理【5 矧。文献【7 】对短期边际成本和 长期边际成本进行了分析和比较，并指出严格意义上的长期边际成本包含长期边 际投资成本和长期边际运行成本两部分，在分配输电固定成本时长期边际成本一 般仅指长期边际投资成本l 们。文献【8 】提出了考虑无功的短期边际成本，并对有功 和无功的短期边际成本分别单独进行计算，从而使得无功定价更加通俗易懂。文 献【9 】对边际成本定价法进行了深入分析，指出由于电网投资的不连续性、成本参 量的离散性、电网的规模经济性、可靠性的限制，以及一些其它投资方面的局限 性，短期边际成本法只能回收全部的输电可变成本和一部分输电固定成本。由于 短期边际成本法不能保证成本的完全回收，故必须对其进行修正。主要的修正方 法是基于乘法的修正方法i l o 】和基于加法的修正方法【】，但由于输电固定成本较大， 这些修正项也就比较大，因此，修正项通常会淹没短期边际成本方法中的经济信 息。针对边际成本法存在收支不平衡的状况，h r u d n i c k 提出了采用基于直流潮流 的分布系数对边际成本法未能考虑的缺额成本进行分配【3 ，i2 1 。文献 1 3 】将输电投资 成本和运行成本结合在一起，提出了网嵌入边际成本法的数学模型，可以计及输 电服务的可变成本和部分固定成本，它克服了传统边际成本法及其修正追加法的 缺陷，但仍然无法回收所有输电服务成本。 可见，纯粹的经济学的边际成本定价方法尽管可以提供有用的经济学信息， 但是由于输电网具有明显的规模经济特性，边际成本远小于年收支平衡一致的平 均成本，使得依赖边际成本定价的输电收入远远不能满足输电固定成本的年收支 平衡，对投资者不能给予充分回报【9 j 。在边际成本法不能完全适用输电网的情况下， 以m w m i l e 法为起源的一系列方法得到了研究发展。 d s h i r m o h a m m a d i 于19 8 9 年提出了m w - m i l e 的成本分配方法，即按照各输 电业务的输送功率、输送线路长度及使用设备类型来分配电网的容量成本【l4 1 。这 硕上学位论文 种方法比邮票法能更好地反映每个交易对输电设备的使用程度。h h h a p p 在总结 前人的基础上，提出了一套比较完善的输电定价方法 4 1 。于尔铿在文献【1 5 】中以设 备使用费为研究对象，对目前国际上应用最多的几种输电费用分配方法进行了介 绍，并分析比较了它们的优缺点。这些方法在国内外得到了广泛应用，但在实际 应用中总存在或多或少不足之处。文献 1 6 1 总结了4 中基于潮流的分配方法，指出 m w - m i l e 方缺乏经济理论背景，而且由于是采用支路容量来进行计算的，通常难 以完全回收成本，并对模数法( m o d u l u sm e t h o d ) 、零反向潮流法( z e r oc o u n t e rf l o w m e t h o d ) 和主导潮流法( d o m i n a n tf l o wm e t h o d ) 进行了介绍和分析。最后就输送容量 的变化，送电方的相互协调及不连续投资对以上4 种分配方法的影响作了分析比 较。文献【1 7 1 基于系统潮流提出了改进后的基于嵌入成本、长期微增成本、边际成 本的分配方法，并对它们进行了比较和讨论。文献【1 8 】基于用户使用度，对各种输 电成本分配方法进行了详细分析和讨论，同时对m w - m i l e 法进行改进，采用交流 潮流模型计算和分配输电成本。文献【1 9 1 对目前输电固定成本分配的3 种方法( 压 入法、潮流法和微增法) 进行了介绍，并对这些方法的优缺点进行了比较，继而提 出提出了基于实时电价的微增法和基于潮流追踪的分流法。文献 2 0 】以功率距离方 法为基础，将输电固定成本按电量分配给用户，提出一种改进的功率距离法。该 方法考虑了用户对输电设备使用的时间效应，但未能计及无功的影响。文献 2 1 】 提出了用m v a m i l e 法来分配输电固定成本，以考虑无功功率的影响。文献【2 2 】 根据合同交易功率分摊理论，提出了m v a 时间积分分摊法以及用组合分摊法来 进行各种输电设备的固定成本分摊。文献 2 3 1 将输配电价分为由发电公司支付的基 础费和由负荷用户支付的网络使用费两部分，提出了一种基于邮票法和针对输配 电使用程度的输配电服务定价方法。针对多种交易模式( 联营交易、双边交易、多 边交易) 共存的电力市场，文献 2 4 】以电流分解为基础，按与复电流分量模成比例 将固定成本先分配给用电流表示的交易，然后再对联营交易( 或多边交易) 进一步分 配给参与该交易的发电机和负荷。文献 2 5 ，2 6 1 对现有的输电固定成本分配方法进 行了全面、系统的总结，并对各种方法进行了比较和讨论。文献【3 】分析了国内外 常用的几种输电费算法和在各国电力市场中的应用经验，并对我国在电力市场改 革中应采用哪些算法提出了建议。 为了更加准确、公平分配输电成本，需要在电网中追踪由某一个发电机到某 条线路和某个负荷的功率流动。潮流追踪法很好地解决了这个问题，其核心基础 是比例共享原则。j w b i a l e k 在文献 2 7 1 推导了发电机、负荷对电网中各支路潮流 贡献的计算公式，对无功功率进行追踪时在支路中间加入了一个虚拟节点来处理 线路无功损耗。在此基础上，文献 2 8 1 提出了确定各发电机、负荷注入对输电网的 使用程度的方法，并据此分配输电固定成本。进而文献【2 9 】提出用邮票法分配未用 容量成本。总成本在支路有功、无功之间按照其平方的比例分配，然后对有功和 融合依赖住和安全性的输i 乜同定成本分配 无功分别进行追踪后将成本分配给各个用户。k i r s c h e nd 在文献【3 0 】也提出了一种 类似的潮流追踪方法。根据该方法，文献 3 l 】提出了一种输电使用成本的分配新方 法。对于某一支路的成本的分配，在考虑各种运行状态和所有可能的预想事故的 情况下，以该支路潮流最大状态下的潮流为基础确定发电机或负荷对该支路的使 用程度。在这基础上，文献【3 2 】将注入功率用电流表示，提出对有功、无功电流分 别进行追踪的算法，解决了有功和无功潮流之间的非线性耦合问题。另外，文献 【3 3 ，3 4 针对常规解耦潮流追踪不能计及p q 间交叉耦合且需要构造无损网络的缺 点，提出并证明了复功率电源对线路复潮流和复损耗贡献的计算方法。在此基础 上，文献 3 5 1 提出了一种发电机和负荷对元件的使用份额新定义，并将输电费用同 时分配给各个发电机和负荷。而文献【3 6 】提出了一种新的基于潮流追踪的输电设备 利用份额计算方法，并以此进行输电费用分配。文献【3 7 】对潮流追踪法和直流灵敏 度系数法进行了比较，指出了采用潮流追踪法分配输电固定成本具有物理概念清 晰且成本分配结果与平衡机节点位置的选择无关的优点。文献【3 8 】先根据基于直流 潮流的发电转移分布系数( g s d f ) 计算各个交易分担的输电使用费，然后用潮流追 踪法将使用费分配给参与该交易的各个发电机和负荷。 电力市场的建立为博弈论的应用提供了一个很好的舞台。国内外不少学者利 用合作博弈论来研究电力市场问题。由于输电网中反向潮流的存在、负荷最大值 的不同时性、输电网的规模经济效应等特点，使得输电网用户具有自然的合作属 性。这就为合作博弈论在输电成本分配中的应用提供了条件。文献【3 9 】最早应用合 作博弈解的概念分配输电固定成本。它以m w m i l e 法为基础，描述了电力市场环 境下按与输电网投资额成比例的关系分配转运费的方法，并用合作博弈论中的核 仁( n u c l e o l u s ) 方法处理利益分配问题，以保证分配方案的唯一性和稳定性。文献 4 0 】 从用户的责任度出发，给出了用核- i = i , ( c o r e ) 、核仁和s h a p e l y 值分配输电成本的结果。 文献 4 1 1 分析了输电线路的使用模式恒定和变化两种模式下输电成本的分配结果， 其中当输电线路的使用模式是变化时采用了合作博弈解的概念分配输电成本。文 献【4 2 】给出了合作博弈论在联营和双边交易市场下的应用，并分别用核心和 s h a p e l y 值进行求解，指出了合作博弈求解的方式与市场交易模式有关。文献 4 3 】 建立了大电网中转运业务合作的数学模型，分别采用核心、核仁和s h a p e l y 值等分 配方式对各转运业务因合作而带来的效益进行分配。文献【4 4 】采用s h a p e l y 值对输 电费用进行分配。它既能保证输电费用完全回收，又具有很好的经济信号。文献 【4 5 根据非线性互补方法和s h a p e l y 值，提出了一种输电固定成本分配方法。这种 方法为用户提供了合适的经济信号，以促进对传输设备利用的优化。文献【4 6 1 利用 基于输电网用户对线路的容量使用度的分配方法，例如邮票法、m w m i l e 法等得 到的一组分配结果，按照一组非负的权值加权求和，求出一个属于核心或者接近 核心的分配，解决了基于使用度的方法在各交易间产生交叉补贴的问题，同时也 硕士学位论文 避免了核心求解为空集的情况。文献【4 7 】将双边交易转换成等效的联营交易，再运 用核仁先将固定成本预分配给各负荷联营交易，然后根据潮流追踪法确定该预分 配成本在该负荷和向它供电的所有电源之间的分配。在这基础上，文献 4 8 1 针对电 力市场环境下多区域互联电网，提出了一种考虑输电阻塞的输电网固定成本分配 新方法。 1 3 本文主要研究内容 输电固定成本分配是电力市场理论研究的主要内容之一。到目前为止，还没 有一种方法能够被广大用户所接受。本文在当前已有的研究工作和实践经验的基 础上，从电路理论和经济学成本分配原理出发，对电力市场下如何公平、公正和 合理地分配输电固定成本进行了研究。论文的主要工作如下： 第一章为绪论，主要介绍课题的研究背景和意义，阐述输电定价方法的国内 外研究现状以及本文所做的工作。 第二章分别按照边际成本法、综合成本法和合作博弈法对现有的输电固定成 本分配方法进行全面介绍和总结，并分析了这些方法的优缺点及它们的实用性。 第三章对输电固定成本分配中应考虑的几个问题进行了详细讨论。这些问题 包括：成本分配原则、分配对象、交易次序、系统状态、反向潮流、无功功率、 分配负成本、未用容量的分配以及交易对电网的依赖性和电网的安全性等。 第四章提出了一种融合交易对电网依赖性和电网安全性影响的输电固定成本 分配新方法。首先设计了一种适用联营和双边交易的通用基本交易向量，给出交 易对输电线路使用度的定义和算法；然后将待分配给各交易的输电线路固定成本 分解成依赖固定成本和安全固定成本两部分；再分别按比例分配法和交易对线路 热容量的使用度将这两部分成本分配给各交易。 第五章用i e e e l 4 节点系统对本文所提出的输电固定成本分配方法进行了仿 真分析，并与其它几种分配方法进行了分析和比较。结果验证了本文方法的合理 性和有效性。 最后对本文的研究工作进行了简要的总结，提出了有待进一步研究的问题。 融合依赖性和安伞住的输电同定成奉分配 第2 章输电固定成本分配的常用方法 电力工业市场化的一个前提条件是输电网开放。输电网开放的深入发展要求 发电公司和用户能自由、公平和无歧视地使用输电资源。输电价格成为市场中决 定资源分配和系统扩建、促进整个电力市场运营效率的有效经济信号。有效的输 电定价机制应该通过合理地在输电网用户之间分配成本来回收输电成本。因此， 在投资建设输电网的成本确定以后，如何将输电固定成本公平合理的分配给各个 电力市场参与者是输电网开放面临的主要课题之一。由于输电网中固定成本在总 成本中所占的比例很大，且输电网的投建具有显著的规模经济特性，因此合理地 分配输电固定成本具有重要的意义。 本章分别按照边际成本法、综合成本法和合作博弈法对现有的输电固定成本 分配方法进行全面介绍和总结，并分析了这些方法的优缺点及它们的实用性。 2 1 边际成本法 在电力市场中，边际成本为输电成本对单位交易电能变化的增量值，它随着 系统情况的变化而改变，是动态的，可以为系统的运行提供有效的经济信息。边 际成本法包括短期边际成本法和长期边际成本法两种【5 l 。 2 1 1 短期边际成本法 短期边际成本法适合于短期功率交换时输电成本的分配。输电网在提供输电 业务时的边际成本变化可通过求解下面优化问题获得【m l ： m i nc o s = q 圪+ f ， ( 2 1 ) s t 圪，+ ，= 屹 ( 2 2 ) 掣“圪，守( 2 3 ) ，最，( 2 4 ) 异“a t ；( + ，一匕) 另m 瓤 ( 2 5 ) 其中，约束条件( 2 2 ) - ( 2 5 ) 分别表示系统的有功平衡、发电约束、发电缺额约 束、基于直流灵敏度系数的线路潮流约束，略为与输电有关的优化问题的目标函 数，圪，为节点f 的发电输出，q 表示对应的发电成本，置，为节点f 的负荷，。为 节点f 有功缺额，f 是对此未发有功的惩罚，露“、学分别表示发电机出力的上 下限，毋一、曰m i “分别表示线路，有功潮流上下限，表示线路，有功对节点理e 入 有功的直流灵敏度系数。 则节点f 的短期边际成本风。为： 硕士学位论文 妒m 等一朋嚣+ q ( 2 6 ) 风27 + 厂百一乙朋菇+ q ( 乙6 ) 式中，y 为与系统有功平衡有关的拉格朗日乘子，l o s s 为系统有功网损，朋为 与线路，有功潮流约束有关的拉格朗日乘子，q 表示与节点f 的有功缺额约束有关 的拉格朗日乘子。 由于输电网具有规模经济效应，短期边际成本法并不能完全回收所有的输电 固定成本。为此，必须对其加以修正，以达到完全回收输电固定成本的目的。已 经提出的两种主要的修正方法为基于乘法的方法【1 0 1 和基于加法的方法l 。 p s = ( 1 + m , ) p s j ( 2 7 ) 触，f = p s 。f + q ( 2 8 ) 式中，p s 是根据短期边际成本法求得的节点i 的负荷应付的输电价格；风。，是 乘法修正后的输电价格，嵋为乘法修正的修正系数：触j 是加法修正后相应的输 电价格，仉为加法修正的修正项。 由于输电固定成本较大，修正项也就比较大，这样修正项往往会覆盖短期边 际成本法所提供的经济信息。此外，短期边际成本法是基于实时电价理论的，它 要求不断进行实时最优潮流计算，因而在实际应用中对计算机速度要求很高。 2 1 2 长期边际成本法 长期边际成本( l r m c ) 法根据输电网的长期边际成本来分配固定成本，适用于 长期市场输电费用的计算。采用长期边际成本法计算输电成本时必须求解非常复 杂的输电网规划问题，实际中一般作一些简化处理【6 1 。简化后l r m c 的计算可以表 示为求解输电网的m w m i l e 对输送功率的灵敏度。该方法的数学模型如下【1 0 】： m i n 吃= j ：f ，m ( 2 9 ) o 一v lv i 、。， s t 弓= 霉 ( 2 1 0 ) 基于直流潮流模型，上述优化问题可表示为： m i n 魄= 乇挚卜g l ( 2 i i ) s t - 专包吲2 嚣 ( 2 1 2 ) 式中，吼为与输电有关的优化问题的目标函数，只为节点f 的总功率，为 系统基准功率，2 ：f ，、弓分别表示线路扩的长度和输送功率，气为线路驴的电抗值， b 、秒，分别为节点f 、，的电压相角。 以上两个优化问题的解为节点珀勺长期边际成本所对应的拉格朗日乘子及： 五= 等 ( 2 1 3 ) 融合依赖性和安全性的输电同定成奉分配 其中，为最优结构网络的投资，此拉格朗日乘子表示最优网络的建设成本 ( 用m w m i l e 表示) 对节点f 有功负荷的灵敏度，则节点，的长期边际成本见，为： 见j = 万 ( 2 1 4 ) 其中，万是成本常数，表示单位长度单位容量的线路的固定成本。 长期边际成本法提供了一种较为简单的计算边际成本的算法，具有丰富的经 济学信号，但是它所面对的内容仍是将来时间的，不仅需要进行负荷预测，而且 在实践中由于电网发展的长期不确定性，使得这一方法难以应用。 2 2 综合成本法 这类方法首先计算输电网在提供输电服务时的总成本，然后根据电网向用户 提供的是点对点的服务还是网络的服务，将总输电成本分配给各个输电业务或各 个用户。常用的综合成本法主要有邮票法、合同路径法、边界潮流法、m w - m i l e 法、分布系数法和潮流追踪法等。 2 2 1 邮票法 邮票法是一种最简单的输电成本分配方法。该方法首先计算输电网总的固定 成本，然后根据交易功率的大小按比例将输电固定成本分配给各个交易。它不考 虑用户( 发电机或负荷) 所在的节点和用户对电网的实际影响。该方法的计算公式如 下： 印袁c ( 2 1 5 ) i ，r 式中，q 为交易瓦承担的输电固定成本，忍为交易互的幅值，脚为输电网的 交易总数，c 为输电网总固定成本。 该方法简单直观、容易实现且能保证收支平衡。它适用于网络结构简单、输 电距离不长的输电网，但存在明显的用户之间交叉补贴现象和缺乏有效的经济信 号。 2 2 2 合同路径法 合同路径法在邮票法的基础上，考虑输电业务交易路径的影响。它假定输电 业务实际发生时，其电力潮流只能通过合同规定的路径流动，电网中合同路径以 外部分则认为没有影响，然后根据此路径确定各交易应该承担的成本。此时固定 成本只分配给指定路径上的交易。其基本计算式如下： 印翻c ( 2 1 6 ) k e n t l e h 式中，为交易瓦在线路，上引起的潮流值，日为合同规定的交易路径。 硕j ：学位论文 实际上合同路径不同于潮流的物理路径，电力在电网中的流动遵循物理规律， 因此该方法忽略了电网实际潮流分布。合同路径法一般仅用于不同电力公司间进 行转运业务时的简化计算，它适用于规模较小、系统结构较简单的电网。 2 2 3 边界潮流法 边界潮流法【4 9 】一般用于系统间转运交易的费用分配。它在年的最大负荷下 计算有转运交易和无转运交易的两次潮流，于是得出一条或者一组联络线上的净 潮流变化值。用边界潮流法计算得到的输电成本是按照各交易最大功率的比例原 则分配给各用户的。该方法的基本计算式为： ( 厂兄训) q = 丛瓦赢磊 c ( 2 1 7 ) 式中，为存在交易瓦时的联络线，上的潮流：圪删，为不存在瓦交易时的 联络线，上的潮流；l o a d l e v e l 为输电网可以选择的负荷峰值、交易幅值或其它合适 的负荷水平。 该方法可以弥补合同路径法中没有考虑旁路潮流的缺点，适合于系统中双边 合同较少或系统间联络线较为明确的情况。但它并没有计及线路上实际流过的潮 流对用户的影响，也没有考虑输电距离( 发电厂与负荷之间的距离) 的远近。 2 2 4m w - m i l e 法 1 基于距离的m w - m i l e 法 这种方法以交易流经线路的电力潮流与线路长度的乘积作为衡量交易对输电 网使用程度的指标。计算公式为： i p , k l l , 印赫( 2 1 8 ) k e n t i e h 式中，厶为线路珀勺长度。 该方法在邮票法的基础上既考虑了输电功率的大小，又考虑了输电距离。但 由于输电线路的走向、类型等不同导致输电距离与实际成本之间并不存在固定的 关系，故这是一种近似的方法。 2 基于潮流的m w - m i l e 法( 逐线计算法) 该方法考虑到对输电设备的使用程度不仅与流经线路的潮流有关，而且与线 路长度相联系。它与基于距离的m w - m i l e 法相比，添加了系统实际潮流运行的情 况，即根据各交易对电网中各线路的使用程度来分配成本。其分配公式为： 融合依赖性和安全性的输电同定成本分配 g = y g 掣( 2 1 9 ) “箭弓 、 。 式中，露为线路，的容量，g 为线路，的固定成本，霄为全体线路集合。 这种方法比较直观，它考虑了网络中实际潮流和输电距离，能反映每个交易 对输电设备的使用情况。但是由于线路上的潮流一般小于线路容量，所以其计算 过程中得到的是基本容量成本，并未包括未用容量成本。因此，该方法不能保证 输电成本的完全回收。 由于逐线计算法不能保证输电成本分配的收支平衡，因此文献【1 6 】对该方法进 行改进，提出了模数法、零反向潮流法和主导潮流法。其中： ( 1 ) 模数法针对逐线计算法的缺点，用每个交易在某条线路上的实际潮流的绝 对值之和代替逐线计算法中的线路容量亏。该方法可以保证对固定成本的完全回 收并同时保持了逐线计算法的优点。但它不能促使提供反向潮流( e o u m e rf l o w ) 的 用户降低线路负载改善电网运行状况和延缓电网投资。 ( 2 ) 零反向流法在逐线计算法的基础上将正向潮流( p o s i t i v ef l o w ) 和反向潮流 区别对待，它认为反向潮流对系统是有贡献的，即对于那些在相应线路上引起与 线路净潮流方向相反潮流的业务免收相应的费用。但该方法往往会在线路挣潮流 ( n e tf l o w ) 方向改变时，造成电价的不连续性，对轻载线路尤其如此。 ( 3 ) 主导潮流法是模数法和零反向潮流法的综合。它将输电成本分为基本容量 成本和未用容量成本两部分，其中基本容量成本与实际被使用的容量有关，未用 容量成本与线路未被使用的容量有关。这两部分成本分别按模数法和零反向潮流 法分配给各个用户。 2 2 5 分布系数法 常用基于直流潮流( d c ) 的分布系数( d i s t r i b u t i o nf a c t o r s ，d f ) f 5 0 】有三种：发电 转移分布系数( g e n e r a t i o ns h i f td f ，g s d f ) t 1 2 , 1 4 、广义发电分布系( g e n e r a l i z e d g e n e r a t i o nd f ，g g d f ) 署 1 1 广义负荷分布系数( g e n e r a l i z e dl o a dd f ，g l d f ) 。 1 g s d f g s d f 又称a 系数，它表示当除参考节点外的任意节点的注入功率发生变化 时引起的任意线路上潮流的增量变化。用4 表示当节点h 的注入功率变化为皑 时，在某