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摘要：输电网扩展规划是满足未来负荷增长、保障电力系统长期安全经济运行的基础.然而,线路收益按照固定投资回报率核算的模式下可能引发阿弗奇–约翰逊效应.导致电网企业投资冲动。我国新一轮电改提出输配电价核算按照“准许成本加合理收益”的原则。基于结构化有效输电成本辨识的方法,设计基于有效输电成本的准许成本回收率与准许收益核算方法。根据基态与N-1状态下的线路利用率核定该线路投资的准许收益率体现激励相容原理。在此基础上,建立新型的输电网扩展规划模型,针对这一复杂的非线性混合整数规划问题,提出模型转换方法,将其转化为线性混合整数规划问题,可采用成熟的商业求解器高效鲁棒求解,基于Garver’s6节点系统的算例分析表明所提机制和模型能够根据线路的利用程度合理确定其准许收益率,从而抑制电网企业过度投资,提升电力资源优化配置的水平。
关键词：有效输电成本；输电网扩展规划；激励相容；资源优化配置
引言
当前，国家在不断推进可再生能源开发和利用的大形势下，新能源发电的并网比重逐年提升，但大规模新能源的集中接入会给输电网规划建设带来重大挑战.近年来储能技术得到了飞速的发展。储能系统可以为电力系统提供调频和备用等辅助服务，与光伏电站联合运行时还可以平抑光伏功率波动，改善系统运行的安全性和经济性。光伏电站和储能系统联合运行已成为一种受推崇的运行模式。因此，线路的资产持有者在未来的输电网规划中应考虑光储联合系统的接入。实际上，单一的光伏系统是光储联合系统中当储能为零时的特殊形式。
1输电网灵活性特征需求分析
输电网中的灵活性特征需要体现在由于其自身的不确定性导致的电力系统功率发生的变化。功率的变化集中在电源侧的出动波动上以及负荷上。并且其变化规律是不可预测的。电源侧的灵活性特征需求主要来自于可再生能源的出力波动。而可再生能源的出力波动又可分为预测值和预测误差值。其公式表示为：
P(t)=PF(t)+PE(t)（1）
其中，P(t)表示为在t时刻可再生能源的出力；PF(t)表示为可再生能源出力的预测值；PE(t)表示为可再生能源出力的预测误差值。预测值将预测步长设为采样周期进行滚动预测所获取的数值，如果采样周期为定指且预测方法恒定，认为预测值的平均绝对百分误差F为固定不变的数值，再以F为基础。计算各个时刻可再生能源对输电网灵活性特征需求。其表达式为：
PE,AVE=±F•PF（2）
E(t,τ)=PE(t)（3）
其中，PE,AVE代表可再生能源的处理预测平均误差值；τ代表预测步长；E(t,τ)表示为在某一时刻t至下一时刻t+τ输电网的灵活性特征需求量。输电网的运行状态受其失负荷情况的影响。当输电网发生运行故障时。就会失去部分电荷。则其灵活性需求分析表达式为：
PL(t)=PLOAD-PL,E(t)（4）
PL,E(t)=PLOADLOLP（5）
Edown(t,τ)=PL,E(t)（6）
其中，PL(t)表示为电力系统的负荷；PLOAD表示为电力系统的总负荷；PL,F(t)表示为在某一时刻t由于电力系统故障造成的失负荷量；Edown(t,τ)表示为向下的灵活性特征需求；LOLP表示为失负荷概率。其数值与电力系统的运行状态有关。
1.2输电网运行灵活性指标构建
电力系统的灵活性指标可以体现电力系统对于不确定因素的耐受程度。而在输电网中。电路的负载率越均匀。网络结构中对于不确定因素的承载能力越强。因此发生输电网故障的概率越低。基于对电力系统指标进行构建可以提出对输电网运行灵活性的指标构建：
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其中。F1表示为输电网中所有输电线路负载率的标准差；F2表示为输电网中所有输电线路负载率的极差；fi表示为线路i的负载率；fave表示为线路i的负载率平均值；l表示为输电网当中输电线路的总数。其中。F1和F2为该输电网中电网均匀性指标。上述输电网灵活性指标能够反映出输电网的最大均匀度。也能从侧面体现其所能承受的最大干扰能力。
2系统弱连接线路实施解列可行性
电力系统失稳时弱连接线路作为解列待选线路的可行性的核心问题包括：一是在弱连接处实施解列能否有效隔离故障，二是稳态时得到的弱连接线路在系统受扰后还能否有效应用。当系统受扰后主要会出现两种暂态失稳现象，一种是单机失步，一种是异步机群失稳。由于解列控制的主要目标是系统受扰后物理隔离异步机群，尽可能的形成功率平衡的孤岛，防止故障的进一步扩大，因此本文主要考虑系统可能出现的异步机群失稳现象。由于弱连接线路是分布在各个慢模式区域之间的线路，因此通过切断弱连接线路可以有效隔离各区域，避免故障蔓延。电网的拓扑结构、运行方式、机组参数和受到的扰动都在不同程度上影响发电机的同调分群，其中电网拓扑结构、稳态时的潮流分布和机组参数决定了系统内在的振荡模式，系统受到的扰动只是激发系统固有的振荡模式中的一种或几种，所以可以独立于故障地点和故障类型确定机组的振荡模式和各模式之间的弱连接线路，这是本文重要的研究基础。系统发生的故障主要分为两种，一种是可清除故障，一种是永久性故障。当系统发生可清除故障时，由于系统拓扑结构未发生改变，因此稳态时得到的弱连接线路在系统受扰时仍可以使用；当系统发生永久故障时，需要切除该部分故障线路，但由于只是改变了某个慢模式区域内部的部分线路，其他慢模式区域并未受到较大影响，因此对于其他区域而言，仍可以在稳态时得到的弱连接线路处实施解列，及时隔离发生故障的区域，防止振荡模式发生更复杂变化。
3输电网供需平衡规划设计
下层规划模型的设计可以对上层规划模型设计的起到验证作用，在下层规划模型中，利用输电网供需平衡灵活性评估指标对上层决策进行优化，基于灵活性机组的构建以及各灵活性资源的调用，对灵活性指标的供需进行优化，以此保证输电网平稳运行的过程中在保证网源平衡的同时。减少对灵活性资源的调用，再将其返回到上层规划模型中，完成对上层决策的优化。
结语
本文提出的基于有效输电成本的输电网扩展规划模式体现了激励相容的原则，输电投资者以自身利益最大化为目标，同时也使整体的线路投资建设成本与最小化输电建设成本的方案接近。如果按照有效输电利用率核定输电回收成本，A-J效应将导致电网企业投资冲动，输电线路过度投资，使资源优化配置效率降低。而本章所提方法甄别电网的无效投资，提出了基于基态和N-1安全状态的线路利用率的有效输电成本回收率概念，准许收益不考虑线路投资的无效成本，从机制设计上使电网企业注重投资效率，抑制过度投资，提升了资源优化配置的水平。
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