技术领域
[0001] 本发明涉及电力技术领域，特别是涉及一种基于输电设备最大利用率的输 配电价核定方法及装置。
相关背景技术
[0002] 目前，输配电价核定普遍实行邮票法，按电压等级将输配电成本分摊至负 荷侧，然而，在该方法下难以反映不同位置、不同用电特性的负荷对电网资产 的使用程度，同时由于网络潮流具有非线性、不可追踪性等固有特性，难以确 定各负荷对电网资产的具体使用程度。
[0003]
[0004] 另外，在一些理论研究中，也提出了多种输配电价核定方法，包括兆瓦公 里法、合同路径法等，而在上述方法中均未考虑电网设备的利用率、用户的用 电特性以及所在节点的位置对网络资产的影响，难以反映不同位置用户对电网 使用程度以及存在输电设备的利用率不足等缺点。
具体实施方式
[0036] 以下通过特定的具体实例并结合附图说明本发明的实施方式，本领域技术 人员可由本说明书所揭示的内容轻易地了解本发明的其它优点与功效。本发明 亦可通过其它不同的具体实例加以施行或应用，本说明书中的各项细节亦可基 于不同观点与应用，在不背离本发明的精神下进行各种修饰与变更。
[0037] 图1为本发明一种基于输电设备最大利用率的输配电价核定方法的步骤流 程图。如图1所示，本发明一种基于输电设备最大利用率的输配电价核定方法， 包括如下步骤：
[0038] 步骤S1，选取各输电设备利用率最大时所对应的系统状态作为该输配电价 核定方法的系统状态，并基于各输电设备的最大利用率确定各输电设备的已利 用成本。
[0039] 在本发明具体实施例中，基于电网参数(各输电设备的电抗、额定容量) 及各输电设备利用率最大时对应的系统状态的发电、负荷参数(发电、负荷功 率)，确定各输电设备的利用率，选取各输电设备利用率最大时所对应的系统状 态作为用于输配电价核定时的系统状态。具体地，对于设备i，其最大利用率所 对应的状态为n，则输电设备i的最大利用率为：
[0040]
[0041] 其中，n为所选取的系统状态，N为所选取的系统状态集合，Pi为输电设备 的额定功率， 为输电设备在系统状态n下的线路潮流值。
[0042] 在本发明中，基于各输电设备的最大利用率将其成本分为已利用成本及未 利用成本，其中，各输电设备的已利用成本的计算公式如下：
[0043]
[0044] 其中，Ai为输电设备i的成本， 为输电设备i的已利用成本。
[0045] 步骤S2，基于直流潮流跟踪，根据各负荷对输电设备的最大潮流的贡献度 对各输电设备的已利用成本进行分摊。
[0046] 在本发明中，对各输电设备已利用成本的分摊方法基于直流潮流跟踪，根 据各负荷对该设备的最大潮流的贡献度进行分摊，同时为避免所选取的单个平 衡节点对分摊结果的影响，负荷对线路上潮流的贡献度采用广义负荷转移分布 因子，以网络中所有发电机组作为负荷侧不平衡功率的平衡节点，并等比例进 行调整。
[0047] 具体地，步骤S2进一步包括：
[0048] 步骤S201，计算各系统状态下的广义负荷转移分布因子，确定所选取的系 统状态下，各负荷对各线路潮流的贡献度。
[0049] 也就是说，于步骤S201中，计算各系统状态下的广义负荷转移分布因子， 以确定在各选取的状态下的负荷对线路的潮流影响。具体地，任意选取平衡节 点，并计算各节点的发电机组在本电网络中的发电转移分布因子，在本发明具 体实施例中，节点k对线路ij的发电转移分布因子的计算公式如下：
[0050]
[0051] Xik、Xjk分别为电抗矩阵第i行第k列及第j行第k列的元素，xij为线路ij 的阻抗。
[0052] 为消除所选取的单个平衡节点对任意节点增加单位功率对各线路潮流的影 响，以保障输电设备成本合理分摊，本发明采用广义负荷转移分布因子，用来 确定各负荷对线路的使用情况，其假设为负荷节点增加单位功率的不平衡量由 各发电机组按等比例调整进行功率平衡，即选取各发电机组为负荷侧的不平衡 功率的平衡节点，其具体计算公式如下：
[0053]
[0054]
[0055] 其中， 为在平衡节点增加单位负荷对线路ij的贡献度；R为选取的平衡 节点；l为系统负荷节点数；Pl为负荷节点的功率； 为负荷节点增加单位功 率，发电节点等比例增加功率以满足功率平衡时，负荷节点l对线路ij的影响。
[0056] 步骤S202，根据各负荷功率对输电设备的峰荷的贡献度大小，将各输电设 备的已利用成本分摊至各负荷节点。
[0057] 于步骤S202中，根据各负荷功率对输电设备的峰荷的贡献度大小，采用邮 票法将各输电设备的已利用成本分摊至各负荷节点。具体地，对于输电设备i 的已利用成本 的计算公式如下：
[0058]
[0059] 其中，Ai为输电设备i的成本， 为输电设备i的已利用的成本。
[0060] 将输电设备i的已利用成本分摊至节点j的计算公式如下：
[0061]
[0062] 其中， 为系统在n状态下的广义负荷转移分布因子的第j行第i列的元 素，为负荷节点j在系统状态n下的用电功率。
[0063] 步骤S3，基于边际成本定价理论，采用差分方式，以各输电设备额定容量 为边界，并基于广义负荷转移分布因子计算各节点负荷增加功率对输电设备的 影响，在此基础上计算在新增负荷前后，输电设备从当前状态以一定负荷增长 率至设备额定容量所需时间，并通过净现值法将输电设备投资扩建时间的变化 转化为由负荷节点增加单位负荷引起电网投资扩建成本的变化，以分摊未利用 成本。
[0064] 具体地，步骤S3进一步包括：
[0065] 步骤S300，以各输电设备额定容量为边界，并基于广义负荷转移分布因子 计算各节点负荷增加功率对输电设备的影响，计算负荷节点增加功率前后的输 电设备的扩容时间。
[0066] 具体地，步骤S300进一步包括：
[0067] 步骤S300a，对于输电设备i，计算其潮流在n状态下以一定速率增长至额 定容量所需时间，具体过程可用如下公式表示：
[0068]
[0069] 其中， 为输电设备i的额定容量， 为输电设备i在n状态下的潮流 值，rj为节点j的负荷增长率，Ti为输电设备的潮流从当前状态增长至额定容量 所需时间，即扩容时间。
[0070] 根据上式可得在输电设备i从当前状态至额定容量所需电网扩建时间为：
[0071]
[0072] 步骤S300b，在负荷节点j增加负荷ΔPj后，计算由新增负荷导致的输电设 备i的潮流变化量 其计算公式如下：
[0073]
[0074] 步骤S300c，根据输电设备i的额定容量 输电设备i在n状态下的潮 流值以及新增负荷导致的输电设备i的潮流变化量 重新计算输电设备i 到达额定容量所需时间，即新的扩容时间Ti,new。
[0075]
[0076] 步骤S301，采用净现值的方法计算节点功率变化前后线路成本之差，以分 摊未利用成本。
[0077] 具体地，步骤S301进一步包括：
[0078] 步骤S301a，计算节点j新增负荷前的输电设备i的净现值：
[0079]
[0080] 其中，d为折现率，Mj为输电设备i的未使用成本分摊至负荷节点j的净现 值。
[0081] 步骤S301b，计算节点j新增负荷后的设备i的净现值：
[0082]
[0083] 步骤S301c，计算节点j新增负荷前后的设备i的净现值之差：
[0084] mj＝Mj,new-Mj
[0085] mj为输电设备i的未利用成本分摊至负荷节点j的费用。
[0086] 图2为本发明一种基于输电设备最大利用率的输配电价核定装置的系统架 构图。如图2所示，本发明一种基于输电设备最大利用率的输配电价核定装置， 包括：
[0087] 系统状态确定单元201，用于选取各输电设备利用率最大时所对应的系统状 态作为用于输配电价核定时的系统状态，并基于各输电设备的利用率确定各输 电设备的已利用成本。
[0088] 在本发明具体实施例中，系统状态确定单元201基于电网参数及各选取状 态的发电、负荷参数，确定各输电设备的利用率，选取各输电设备利用率最大 时所对应的系统状态作为用于输配电价核定时的系统状态。具体地，对于设备i， 其最大利用率所对应的状态为n，则输电设备i的最大利用率为：
[0089] n∈N
[0090] 其中，n为所选取的系统状态，N为所选取的系统状态集合，Pi为输电设备 的额定功率， 为输电设备在系统状态n下的线路潮流值。
[0091] 在本发明中，系统状态确定单元201还基于各输电设备的最大利用率将其 成本分为已利用成本及未利用成本，其中，各输电设备的已利用成本的计算公 式如下：
[0092]
[0093] 其中，Ai为输电设备i的成本， 为输电设备i的已利用成本。
[0094] 已利用成本分摊单元202，基于直流潮流跟踪，根据各负荷对输电设备的最 大潮流的贡献度对各输电设备的已利用成本进行分摊。
[0095] 在本发明中，对各输电设备已利用成本的分摊方法基于直流潮流跟踪，根 据各负荷对该设备的最大潮流的贡献度进行分摊，同时为避免所选取的单个平 衡节点对分摊结果的影响，负荷对线路上潮流的贡献度采用广义负荷转移分布 因子，以网络中所有发电机组作为负荷侧不平衡功率的平衡节点，并等比例进 行调整。
[0096] 具体地，已利用成本分摊单元202进一步包括
[0097] 广义负荷转移分布因子计算模块，用于计算各系统状态下的广义负荷转移 分布因子，确定所选取的系统状态下，各负荷对各线路潮流的贡献度。
[0098] 也就是说，广义负荷转移分布因子计算模块计算各系统状态下的广义负荷 转移分布因子，以确定在各选取的状态下的负荷对线路的潮流影响。具体地， 任意选取平衡节点，并计算该网络的发电转移分布因子，在本发明具体实施例 中，节点k对线路ij的发电转移分布因子的计算公式如下：
[0099]
[0100] Xik、Xjk分别为电抗矩阵第i行第k列及第j行第k列的元素，xij为线路ij 的阻抗。
[0101] 为消除所选取的单个平衡节点对任意节点增加单位功率对各线路潮流的影 响，以保障输电设备成本合理分摊，本发明采用广义负荷转移分布因子，用来 确定各负荷对线路的使用情况，其假设为负荷节点增加单位功率的不平衡量由 各发电机组按等比例调整进行功率平衡，即选取各发电机组为负荷侧的不平衡 功率的平衡节点，其具体计算公式如下：
[0102]
[0103]
[0104] 其中， 为在平衡节点增加单位负荷对线路ij的贡献度；R为选取的平衡 节点；l为系统负荷节点数；Pl为负荷节点的功率； 为负荷节点增加单位功 率，发电节点等比例增加功率以满足功率平衡时，负荷节点l对线路ij的影响。
[0105] 已利用成本分摊模块，用于根据各负荷功率对输电设备的峰荷的贡献度大 小，将各输电设备的已利用成本分摊至各负荷节点。
[0106] 具体地，已利用成本分摊模块根据各负荷功率对输电设备的峰荷的贡献度 大小，采用邮票法将各输电设备的已利用成本分摊至各负荷节点。具体地，对 于输电设备i的已利用成本 的计算公式如下：
[0107]
[0108] 其中，Ai为输电设备i的成本， 为输电设备i的已利用的成本。
[0109] 将输电设备i的已利用成本分摊至节点j的计算公式如下：
[0110]
[0111] 其中， 为系统在n状态下的广义负荷转移分布因子的第j行第i列的元 素，为负荷节点j在系统状态n下的用电功率。
[0112] 未利用成本分摊单元203，基于边际成本定价理论，采用差分方式，以各输 电设备额定容量为边界，并基于广义负荷转移分布因子计算各节点负荷增加功 率对输电设备的影响，在此基础上计算在新增负荷前后，输电设备从当前状态 以一定负荷增长率至设备额定容量所需时间，并通过净现值法将输电设备投资 扩建时间的变化转化为由负荷节点增加单位负荷引起电网投资扩建成本的变 化，以分摊未利用成本。
[0113] 具体地，未利用成本分摊单元203进一步包括：
[0114] 扩容时间计算模块，用于以各输电设备额定容量为边界，并基于广义负荷 转移分布因子计算各节点负荷增加功率对输电设备的影响，计算负荷节点增加 功率前后的输电设备的扩容时间。
[0115] 具体地，扩容时间计算模块具体用于：
[0116] 对于输电设备i，计算其潮流在n状态下以一定速率增长至额定容量所需时 间，具体过程可用如下公式表示：
[0117]
[0118] 其中， 为输电设备i的额定容量， 为输电设备i在n状态下的潮流 值，rj为节点j的负荷增长率，Ti为输电设备的潮流从当前状态增长至额定容量 所需时间，即扩容时间。
[0119] 根据上式可得在输电设备i从当前状态至额定容量所需电网扩建时间为：
[0120]
[0121] 在负荷节点j增加负荷ΔPj后，计算由新增负荷导致的输电设备i的潮流变化 量其计算公式如下：
[0122]
[0123] 根据输电设备i的额定容量 输电设备i在n状态下的潮流值 以及 新增负荷导致的输电设备i的潮流变化量 重新计算输电设备i到达额定容量 所需时间，即新的扩容时间Ti,new。
[0124]
[0125] 未利用成本分摊模块，用于采用净现值的方法计算节点功率变化前后线路 成本之差，以分摊未利用成本。
[0126] 所述未利用成本分摊模块具体用于：
[0127] 计算节点j新增负荷前的输电设备i的净现值：
[0128]
[0129] 其中，d为折现率，Mj为输电设备i的未使用成本分摊至负荷节点j的净现 值。
[0130] 计算节点j新增负荷后的设备i的净现值：
[0131]
[0132] 计算节点j新增负荷前后的设备i的净现值之差：
[0133] mj＝Mj,new-Mj
[0134] mj为输电设备i的未利用成本分摊至负荷节点j的费用。
[0135] 实施例
[0136] 如图3所示，于本实施例中，一种基于输电设备最大利用率的输电定价方 法，其包括以下步骤：
[0137] (1)获取发电、负荷及网络参数，本实施例网络系统图如图3所示，电网 参数和负荷数据如下表所示(基准值：SB＝100MVA，VB＝110kV)，并计算各输 电线路的利用率，计算公式如下：
[0138]
[0139] 其中，n为输电设备i利用率最大时所对应的系统状态，本实施例仅选取一 种状态，Pi为输电设备的额定功率， 为输电设备在系统状态n下的线路潮流 值。
[0140] 表1三节点实例数据
[0141]
[0142] (2)假设各线路成本均为100万元，基于各输电设备的利用率确定各输电 设备的已利用成本，计算公式如下：
[0143]
[0144] 其中，Ai为输电设备i的成本， 为输电设备i的已利用的成本。可得L1、 L2、L3线路的已利用成本依次为50万元、62.5万元、12.5万元。
[0145] 3)计算各负荷节点的广义负荷转移分布因子：
[0146]
[0147]
[0148]
[0149] 其中，Xik、Xjk分别为电抗矩阵第i行第k列及第j行第k列的元素，xij为 线路ij的阻抗， 为在平衡节点增加单位负荷对线路ij的贡献度；R为选取 的平衡节点；l为系统负荷节点数；Pl为负荷节点的功率； 为负荷节点的广 义负荷转移分布因子。得到BUS1节点负荷对L1、L2、L3的广义负荷转移分布 因子依次为2/3、1/3、1/3；BUS2节点负荷对L1、L2、L3的广义负荷转移分布 因子依次为1/3、1/3、2/3。
[0150] (4)基于各负荷节点对输电设备峰荷的贡献度分摊其已利用成本，计算公 式如下：
[0151]
[0152] 其中，Ai为输电设备i的成本， 为输电设备i的已利用的成本； 为广 义负荷转移分布因子的第j行第i列的元素， 为负荷节点j在系统状态n下的 用电功率。得到BUS1的负荷需分摊输电设备L1、L2、L3的已利用成本为25 万、12.5万、4.17万，最终得到BUS1的与已利用成本相关的费率为 (25+12.5+4.17)/15＝2.778万元/MW；同理可计算BUS2的与已利用成本相关 的费率为2.776万元/MW。
[0153] (5)假设负荷存在一定的增长率，设为10％，计算输电设备的潮流从当前 状态增长至额定容量所需时间：
[0154]
[0155]
[0156] 其中， 为输电设备i的额定容量， 为输电设备i在n状态下的潮流 值，rj为节点j的负荷增长率，Ti为输电设备的潮流从当前状态增长至额定容量 所需时间，即扩容时间。可得输电设备L1、L2、L3的扩容时间为7.3年、5年、 21.9年。
[0157] 在负荷节点j增加负荷ΔPj，取ΔPj＝1，计算由新增负荷导致的输电设备i 的潮流变化量 并在此基础上重新计算输电设备i到达额定容量所需时间， 即新的扩容时间Ti,new。
[0158]
[0159]
[0160] 在BUS1增加负荷，得到输电设备L1、L2、L3的新扩容时间为6.9年、4.8 年、22.5年；在BUS2增加负荷，得到输电设备L1、L2、L3的新扩容时间为 7.1年、4.6年、21.1年。
[0161] (6)计算节点j新增负荷前后导致设备i的净现值，增加负荷前后的净现 值的差值为节点j的回收输电设备i的未利用部分成本的费用。
[0162]
[0163]
[0164] mj＝Mj,new-Mj
[0165] 式中，d为折现率，取为5％，Mj为负荷节点j在当前状态下的分摊成本的 净现值，Mj,new为在负荷节点i增加负荷ΔPi后的分摊成本的净现值，mj为负荷增 加前后，输电设备i分摊至节点j的净现值之差。可得BUS1增加负荷前后L1、 L2、L3的净现值之差为0.69万元、0.58万元、-0.87万元；BUS2增加负荷前后 L1、L2、L3的净现值之差为0.34万元、1.16万元、
1.2万元。BUS1的与未利 用成本的费率为0.4万元/MW；BUS2的与未利用成本的费率为2.7万元/MW。
[0166] 综上所述，本发明一种基于输电设备最大利用率的输配电价核定方法及装 置基于负荷对输电设备的峰荷的贡献度分摊已利用成本，基于负荷节点的新增 对输电设备的未使用容量的使用程度并采用边际成本定价思想分摊未利用成 本，克服了现有输配电价核定方法难以反映不同位置用户对电网使用程度、输 电设备的利用率不足。
[0167] 与现有技术相比，本发明具有如下优点：
[0168] 1、本发明考虑各系统状态下的各输电设备的最大利用率，通过各节点负荷 对各输电设备的峰荷的贡献度，将输电设备的已利用成本更为精确的分摊至相 应负荷。
[0169] 2、本发明在确定各负荷节点对各线路的贡献度时，选取多个平衡节点，减 少选取不同的单个平衡节点对输电设备的已利用成本的分摊结果的影响，使得 分摊结果更为合理。
[0170] 3、本发明对输电设备的未利用成本的分摊，考虑了各节点负荷增加用电功 率对输电设备的利用率的影响，采用边际成本定价的思想分摊未利用成本，可 有效评估不同节点的新增负荷对各设备的未利用成本的影响。
[0171] 上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。 任何本领域技术人员均可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行 修饰与改变。因此，本发明的权利保护范围，应如权利要求书所列。
