电网规划中的可靠性成本—效益分析研究张　焰摘　要　通过定义可靠性边际成本与可靠性边际效益概念，阐明电网规划中的可靠性成本—效益分析问题。以用户缺电成本大小衡量可靠性效益高低，将规划的可靠性成本与可靠性效益统一在对电网的经济性评估上；通过构造缺电损失评价率给出缺电成本计算方法。最后通过计算缺电损失评价率以及相应的缺电成本，说明了所提方法的可行性。
关键词　电网规划　可靠性成本　可靠性效益　缺电成本
分类号　TM715RESEARCHONCOST-BENEFITANALYSISOFELECTRIC
POWERNETWORKRELIABILITYPLANNINGZhangYan
(ShanghaiJiaotongUniversity,200030,Shanghai,China)Abstract　Thispaperdescribescost-benefitanalysisofelectricpowernetworkreliabilityplanningbydefiningtheconceptsofmarginalcostandmarginalbenefit.Bytheunservedenergycostquantifyingthereliabilitybenefitsofalternatives,costsandbenefitsaboutelectricpowernetworkreliabilityplanningcanbeevaluatedonaconsistentandeconomicbasis.Thealgorithmofunservedenergycostispresentedbyconstructinganassessmentrateofinterruptedenergywhosefeaturesareshownbyanexample.Theexampleshowsthattheproposedalgorithmisfeasible.
Keywords　electricpowernetworkplanning　reliabilitycost　reliabilitybenefit　unservedenergycost0　引言
　　由于电力事故造成系统供电不足的损失有时非常巨大，进行电网规划时必须考虑将来电网供电的可靠性。此外，在当今电力市场逐步形成和发展的形势下，电网规划也不应脱离电力市场这个大环境。用户在购买电力的同时也购买了电力的一个重要品质属性——一定的供电可靠性，由于供电可靠性问题而给用户造成的经济损失必将成为今后制订电价时所要考虑的重要因素。因此，在电力市场机制下不难理解，电网供电总成本不应再仅包括电网扩展建设的投资成本、运行成本，还应包括由于电网电力供给不足或中断所造成的用户缺电损失，亦即需求侧的缺电成本^［1］。后者是供电可靠性水平高低的直接经济体现。显然，高可靠性与低投资成本是一对矛盾，协调解决这一问题需要通过可靠性成本—效益分析来进行电网的可靠性优化，确定在什么样的投资下才能获得供电总成本最低的最佳可靠性水平。1　利用边际成本与边际效益概念进行可靠性成本—效益分析
　　电网可靠性成本可定义为供电部门为使电网达到一定供电可靠性水平而需增加的投资成本(也包括运行成本)；可靠性效益可定义为因电网达到一定供电可靠性水平而使用户获得的效益。由于某一供电可靠性水平下的社会、经济效益较难估算，因此过去对可靠性效益只作间接的定性评估，这样将难以进行可靠性优化。为便于衡量和计算，本文将可靠性效益用缺电成本，亦即由于电力供给不足或中断引起用户缺电、停电而造成的经济损失来表示。显然，在单位缺电成本不变的情况下，缺电成本越低，可靠性效益越高。这样，就可以把可靠性成本与可靠性效益统一在电网的经济性上衡量，它将给通过可靠性成本—效益分析进行电网规划带来方便。
　　可靠性成本—效益分析可用边际成本与边际效益概念来说明。可靠性边际成本定义为增加一个单位可靠性水平而需增加的投资成本；可靠性边际效益定义为因增加了一个单位可靠性水平而获得的效益或因此而减少的缺电成本，故也可称为边际缺电成本。可靠性成本—效益分析曲线见图1。图1　可靠性成本-效益分析曲线
Fig.1　Reliabilitycost-benefitcurvesU_c可靠性边际成本曲线；T_c边际供电总成本曲线
C_c可靠性边际效益曲线或边际缺电成本曲线　　通过分析可知，当可靠性边际成本等于可靠性边际效益，即曲线U_c与C_c相交时，边际供电总成本最低，为图1中T_cm，这时所对应的可靠性水平R_m为最佳可靠性水平。如果电网投资不足，设可靠性成本对应于曲线U_c上的A点，则相应的供电可靠性水平R_l低于R_m，结果导致边际供电总成本T_cl高于T_cm；若电网投资过高，设可靠性成本对应U_c上的B点，虽然相应的供电可靠性水平R_h高于R_m，但边际供电总成本T_ch仍然高于T_cm。因此，只有当每增加一个单位供电可靠性水平所需的投资成本等于用户因该可靠性提高而获得的效益(或由此减少的缺电成本)，也即，当满足式(1)时，电网的边际供电总成本最低，这时的电网可靠性水平才是最合理的。这也就是电网规划的可靠性优化准则。
　　　　　　　　　　　　　　(1)
式中　B为用户获得的效益；R为可靠性水平；C为投资成本。2　缺电成本计算方法
　　可靠性成本计算相对来说比较容易，它就是电网的投资成本计算，在计及运行成本情况下，也包括运行成本计算。而用于衡量可靠性效益高低的缺电成本计算却要困难得多，这是因为用户缺电成本与多种因素有关^［2］，其中包括缺电发生的时间、缺电量、缺电持续时间、缺电频率及用户类型等。为方便而又不失一般性地反映缺电影响，本文通过构造缺电损失评价率(interruptedenergyassessmentrate)R_IEA把用户单位缺电功率或缺电量下的平均缺电成本作为停电时间函数，而其它一些影响因素在R_IEA的构造中得以反映。R_IEA定义为由于电网供电中断造成用户因得不到单位电量而引起的经济损失。利用R_IEA，研究期间内的缺电成本(unservedenergycost)C_UE可按式(2)计算：
　　　　　　　　　　　　　　　(2)
式中　n为电网的负荷节点数；R_IEAi为节点i的缺电损失评价率；E_ENSi为研究期间内节点i的电量不足期望值(expectedenergynotsupplied)，可通过系统可靠性计算得到。
　　R_IEA可以利用向用户调查所得到的基础资料及系统可靠性计算结果来构造，其主要步骤为：
　　a.对供电区内用户进行调查，获取不同缺电时段内各类用户的缺电损失情况。根据可靠性成本—效益分析及电力市场经济观点，售电电价应由供电方与需求方相互配合共同决定，以期能对缺电损失作出符合事实的客观评价。至于用户提供的信息可能不真实，可通过电价及补偿量设定协调解决。对用户来讲，选择最高电价总是不如选择最小电费补偿更容易接受。因此，在今后电力市场机制逐步形成和完善下，这一步的操作也会随之变得方便、容易。
　　b.将所得资料进行汇编整理，并以此建立供电区内各类用户缺电损失函数(sectorcustomerdamagefunction)F_SCD，以表征各类用户缺电损失与缺电时间的关系。
　　c.根据建立的F_SCD及各类用户年峰荷或年电能消耗量，求出以节点为单位的用户综合缺电损失函数(compositecustomerdamagefunction)F_CCD，以说明用户综合缺电损失与停电时间的关系：
　　　　　　　　　　　　　　(3)
或　　　　　　　　　　　　　(4)
式中　N为节点i上的用户分类数；F_SCDj(t)为第j类用户停电t时的损失；P_j,E_j分别为第j类用户的年峰荷值及电能消耗量。
　　d.求出各节点缺电损失评价率R_IEAi。在综合考虑缺电量、缺电持续时间、缺电频率及用户综合缺电损失影响下，单位缺电成本期望值R_IEAi可用式(5)计算：
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