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。输电网扩展规划的目的是满足负荷增长的需求，保障电力系统长期安全经济运行。随着电力工业的放松管制，发电、配用电环节逐步引入市场竞争，但输电环节由于其经济、政治、技术等方面的因素制约，依然保有自然垄断的属性。传统输电网扩展规划的理念是先预测需求，然后选择满足需求且成本最低的规划方案。在电力市场环境下，输电网络拥有者或输电线路投资者往往更关注如何最大化自身利益，因此需要选择新的规划目标，满足新的挑战。
关键词:输电网；扩展规划；有效输电成本
引言:迫切需要研究考虑线路利用程度的有效输电成本甄别和准许收益核算方法，通过后评估的制度，按照有效输电成本给予输电企业合理收益，消除信息不对称，使电网企业投资趋于理性。迫切需要建立基于有效输电成本甄别以及“准许成本加合理收益”为输电成本回收原则的新型输电网扩展规划模型，并提出一体化高效求解方法，以研究在这一机制下电网企业的规划行为，为电力监管提供依据。
一、基于有效输电成本回收的新型输电网扩展规划模型
结构化的有效输电成本可以被划分为4部分：常规运行方式下的输电成本；N1安全行方式下的输电成本；应对未来负荷增长的输电成本；无效输电成本。
本节将建立基于有效输电成本回收的输电网扩展规划模型。随着电力体制逐步改革，输电收益将按照准许成本加合理收益的模式核算，传统最小化输电投资成本的模型不能真实反映输电投资者的投资冲动，由于输电资产拥有者的逐利特性，其将以自身收益最大化为原则开展输电网扩展规划，结合本文提出的有效输电成本回收概念，只有甄别为有效输电成本的部分才能纳入输配电价的核算。
基于上述原则，建立新型输电网扩展规划模型的目标如下：
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t为我国高水平输电建设规划年;lj,t为输电线路j在时段t的投资建设运行0-1变量;cjt为输电线路j在时段j的有效投资建设准许成本等年值;rjt为输电线路j在时段j的有效投资建设运行准许成本收益等年值;dr为准许收益折现率;rj,t为本文设计的有效投资建设准许成本回收率。目标成本计算函数中,第1项为输电系统投资建设成本;第2项为按照本文所述项目提成本回收核算机制准许成本核算的投资准许成本收益;第3项为火力发电系统运行投资建设成本。
二、基于有效输电成本回收的输电网扩展规划模型转换方法
本文模型目标函数中包含的rjt变量，该变量计算表达式中的cjtf为包含最大值和绝对值项的非线性变量，而模型其他部分均是混合整数线性变量和参数，因此，如果能用混合整数线性目标和约束描述变量,cjtf，就可以将模型转化为混合整数线性规划模型，转化后的模型可以使用众多成熟的数学优化求解器(如CPLEX)直接高效求解，且可以保证解的最优性。目标函数式中，非线性项为第二项：
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模型目标函数的另外两项及约束条件与该非线性项中需要转化的变量没有耦合关系，时间索引t不影响推导过程，因此为了简化推导过程，在简化模型中取t?1，同时(1?dr)t为常数项，不影响混合整数线性化的推导过程。则模型需要消除非线性的部分简化模型表示如下：
目标函数：
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只要消除此简化模型的非线性，即可将原模型转化为混合整数线性规划模型：
三、算例分析
本文对比了3种规划方案：
M1：传统以最小化输电投资建设成本为目标的规划方案；
M2：以最大化输电网投资者的收益为目标，投资者的收益采用固定回报率核算的规划方案；
M3：以最大化输电网投资者收益为目标且基于线路有效利用率回收的规划方案，即本文方法。
方案M1目标是最小化输电投资成本，是理想化模型，拥有最小的输电投资成本；但由于A-J效应，信息不对称将导致被管制企业倾向于过度投资以获取高额利益。方案M2体现了这一点，在该方案中不考虑输电线路有效利用率，而是按照固定投资回报率给予收益，导致了投资冲动，输电投资建设成本最高；本文提出基于线路利用率的输电线路准许回收率，在这种机制设计下，线路的投资回报与其利用程度紧密相关。方案M3的结果表明，即使输电投资者依然追求收益最大，其实际成本依然接近理想化的方案M1，远好于方案M2。
方案M1以最小化输电投资建设成本为目标，给出了满足N?1安全约束的线路投资成本最小的规划方案，在10个水平规划年陆续投建了6条待选线路。方案M2由于没有激励相容的成本回收机制，引发A-J效应，造成输电投资者的投资冲动，规划方案选择在第1个水平规划年投建了全部9条待选线路；方案M3选择在10个水平规划年投建了7条待选线路，结合图3表明本文方案在投建成本上远远优于方案M2，在输电投资者以自身利益最大化为目标的基础上，得到的规划方案与理想的输电成本最小得到的方案M1接近，表明本文所提方法有较好的激励相容效果。
由于M1和M3方案在线路投建顺序上区别出现在第10个水平规划年中，因此，只取第10规划年的线路利用率进行对比分析。从图4可以看出，方案M2由于产生了过度投资，线路利用率相对其他2种方案较为低下，线路利用程度不高，出现投资浪费；方案M3在线路平均利用率上与M1较为接近，放大第4条线路的线路利用率可以看出，M1的线路利用率略高于M3的线路利用率，其他线路也有类似的结果。在方案M3多投建1条输电线路的情况下，方案M1的线路利用情况整体略优于方案M3。
本文模型试图说明，在不同的成本回收后评估机制下，当输电网投资商以自身利益最大化为目标时，本文的机制设计能够使投资商理性投资，方案M2和M3作为对比方案体现本文机制的优势，方案M1目标是最小化输电成本，作为理想的成本最优方案对比体现本文机制设计的优势。
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。从方案M3和M2的对比可以看出，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N1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，提升了资源优化配置的水平。
四、结束语
本文基于准许成本加合理收益"的有效输配电价准许成本核定的原则,结合输电网结构化有效输电准许成本的概念,设计了有效输电的准许成本加合理回收率和输配电价准许成本收益率综合核定的计算方法,根据基态与n1状态下的输电线路投资利用率综合核定该状态下线路准许成本投资的有效准许成本收益率。在此方法的基础上,提出了基于有效输电的准许成本加合理回收的新型有效输电网结构化的扩展成本规划计算模型和高效的一体化输电成本求解计算方法。
本文提出的输电成本准许回报率在核算输电收益时能够充分合理体现输电线路的利用情况，改善由于固定收益率可能引发的过度投资，提高输电资产的投资效率；电网投资者在实现自身利益最大化的同时，也较好地实现了资源优化配置的社会目标，体现了激励相容的特性。
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