陳政，謝文錦，張翔，荊朝霞，冷媛

(1.南方電網(wǎng)科學(xué)研究院，廣州市 510080；2.華南理工大學(xué)，廣州市 510640)

基于長(zhǎng)期邊際成本的輸配電定價(jià)方法及
在英國(guó)高壓配電定價(jià)中的應(yīng)用

陳政1，謝文錦2，張翔1，荊朝霞2，冷媛1

(1.南方電網(wǎng)科學(xué)研究院，廣州市 510080；2.華南理工大學(xué)，廣州市 510640)

輸配電定價(jià)是電力市場(chǎng)化改革的重要任務(wù)之一，該文對(duì)輸配電定價(jià)中的長(zhǎng)期邊際成本方法進(jìn)行了全面的總結(jié)和分析，給出了長(zhǎng)期輸配電邊際成本的定義，對(duì)其計(jì)算中的一些關(guān)鍵環(huán)節(jié)進(jìn)行了分析，包括邊際成本計(jì)算的數(shù)學(xué)方法、支路邊際成本的計(jì)算方法、基準(zhǔn)方式的選取、成本的分?jǐn)偧坝脩舻碾妰r(jià)結(jié)構(gòu)等。最后對(duì)長(zhǎng)期邊際成本法在配電定價(jià)中的實(shí)際應(yīng)用案例——英國(guó)特高壓配電定價(jià)方法進(jìn)行了介紹，結(jié)合簡(jiǎn)單算例對(duì)2種定價(jià)方法進(jìn)行了對(duì)比分析，并針對(duì)我國(guó)的具體情況提出了應(yīng)用的建議。

電力市場(chǎng)；配電定價(jià)；三部制電價(jià)；長(zhǎng)期邊際成本；成本核算

0 引 言

輸配電網(wǎng)的公平、無(wú)歧視開(kāi)放是電力市場(chǎng)公平競(jìng)爭(zhēng)和售電側(cè)市場(chǎng)開(kāi)放的基本條件，而獨(dú)立的輸配電定價(jià)機(jī)制是輸配電網(wǎng)無(wú)歧視開(kāi)放的重要前提之一[1-2]。2015年3月我國(guó)中共中央、國(guó)務(wù)院聯(lián)合下發(fā)了電力體制改革“9號(hào)文”，開(kāi)啟了我國(guó)新一輪的電力體制改革[3-4]，其中首要的任務(wù)就是輸配電定價(jià)核算?！对颇陷斉潆妰r(jià)改革試點(diǎn)方案》指出“輸配電價(jià)應(yīng)按準(zhǔn)許收益原則制定”[5]。輸配電定價(jià)涉及到總成本和準(zhǔn)許收入的核定以及成本的分?jǐn)?個(gè)方面。相關(guān)文件中給出了我國(guó)輸配電定價(jià)的一些基本思路，但側(cè)重在總準(zhǔn)許收入的核定，在成本的分?jǐn)偡矫嫔腥狈唧w的規(guī)定。

輸配電服務(wù)的自然壟斷屬性、電網(wǎng)潮流的不可跟蹤性、潮流方程的非線性等特性，造成了輸配電成本分?jǐn)偟睦щy。目前在實(shí)際應(yīng)用和理論研究中，有很多種輸配電定價(jià)方法，但沒(méi)有被一致認(rèn)可的，絕對(duì)“正確”，或“最好”的方法[6]。輸配電定價(jià)方法按其成本分?jǐn)傇?，可以分為邊際成本法和綜合成本法[7-8]。邊際成本法能夠提供有效的經(jīng)濟(jì)信息，在國(guó)外的輸配電定價(jià)中得到了廣泛的應(yīng)用，但不同國(guó)家和地區(qū)由于其電網(wǎng)、負(fù)荷特性等不同，在具體的實(shí)現(xiàn)方法上有較大的區(qū)別。對(duì)國(guó)際上現(xiàn)有的一些方法進(jìn)行深入的分析，了解不同方法的本質(zhì)區(qū)別、優(yōu)缺點(diǎn)及適用條件，對(duì)我國(guó)輸配電定價(jià)機(jī)制的研究尤為重要。

英國(guó)的電力市場(chǎng)已經(jīng)進(jìn)行二十多年，輸配電定價(jià)方法經(jīng)過(guò)多次改進(jìn)，在不同區(qū)域?qū)嵤┝瞬煌亩▋r(jià)方法[9-15]，但總體上都屬于長(zhǎng)期邊際成本方法，價(jià)格中包含有豐富的經(jīng)濟(jì)學(xué)信息，能夠?qū)﹄娋W(wǎng)的規(guī)劃和使用產(chǎn)生有效的激勵(lì)。文獻(xiàn)[9]對(duì)英國(guó)電力市場(chǎng)價(jià)格機(jī)制進(jìn)行了介紹；文獻(xiàn)[10-12]詳細(xì)分析了英國(guó)輸配電公司的過(guò)網(wǎng)費(fèi)和并網(wǎng)費(fèi)的定價(jià)機(jī)制；文獻(xiàn)[13-15]分別對(duì)英國(guó)2種高壓配電定價(jià)的模型進(jìn)行了介紹。上述文獻(xiàn)對(duì)英國(guó)電力市場(chǎng)定價(jià)機(jī)制的基本原理進(jìn)行了介紹，但并未深入對(duì)比討論各種定價(jià)方法之間的聯(lián)系與區(qū)別，對(duì)配網(wǎng)定價(jià)方法也討論較少。

本文首先對(duì)輸配電定價(jià)中的邊際成本方法進(jìn)行梳理，分析不同方法的特點(diǎn)和差異，對(duì)邊際成本不同的計(jì)算方法進(jìn)行了詳細(xì)的討論。然后，對(duì)其在實(shí)際電力市場(chǎng)中的應(yīng)用——英國(guó)高壓配電網(wǎng)定價(jià)(the EHV distribution charging methodology，EDCM)模型進(jìn)行研究，重點(diǎn)對(duì)其中的長(zhǎng)期邊際成本計(jì)算方法和原理等進(jìn)行深入的介紹和分析。最后，討論英國(guó)配電定價(jià)方法對(duì)我國(guó)的啟示。

1 基于長(zhǎng)期邊際成本的輸配電定價(jià)

1.1 相關(guān)概念

1.1.1 長(zhǎng)期邊際成本

首先需要明確成本的概念。成本在不同的領(lǐng)域內(nèi)有不同的概念。在經(jīng)濟(jì)學(xué)中，成本是指生產(chǎn)一定產(chǎn)品的最低總費(fèi)用。由于規(guī)定了最低，因此所研究的成本是在一定技術(shù)水平下進(jìn)行最優(yōu)規(guī)劃、運(yùn)行下的成本。這對(duì)理解、制訂輸配電定價(jià)尤其重要。

邊際成本是經(jīng)濟(jì)學(xué)中的一個(gè)重要概念，根據(jù)經(jīng)濟(jì)學(xué)理論，產(chǎn)品按照邊際成本定價(jià)可以實(shí)現(xiàn)社會(huì)福利的最大化。其中，邊際成本是指生產(chǎn)企業(yè)增加單位產(chǎn)出時(shí)增加的成本。

企業(yè)的成本分為長(zhǎng)期成本和短期成本。經(jīng)濟(jì)學(xué)中，長(zhǎng)期是指所有生產(chǎn)要素都可變的時(shí)期，只要一種生產(chǎn)要素不可變，就是短期。因此，長(zhǎng)期邊際成本，就是在長(zhǎng)期，即生產(chǎn)企業(yè)的所有生產(chǎn)要素都可調(diào)的情況下增加單位產(chǎn)出增加的成本。

1.1.2 輸配電長(zhǎng)期邊際成本

把上述長(zhǎng)期邊際成本的概念應(yīng)用到輸配電定價(jià)領(lǐng)域，輸配電長(zhǎng)期邊際成本就是：在長(zhǎng)期(考慮電網(wǎng)的擴(kuò)建)，增加單位的輸配電量時(shí)，系統(tǒng)增加的成本。

(1)輸配電服務(wù)的用戶。發(fā)電機(jī)和負(fù)荷都需要通過(guò)輸配電網(wǎng)進(jìn)行電力傳送，因此發(fā)電機(jī)和負(fù)荷都是輸配電服務(wù)的用戶。在電力市場(chǎng)中，發(fā)電機(jī)和負(fù)荷可能以發(fā)電公司、供電公司等形式出現(xiàn)。

由于位于電網(wǎng)中不同位置的發(fā)電機(jī)和負(fù)荷對(duì)輸配電網(wǎng)的成本的影響不同，需要將在不同位置的發(fā)電機(jī)和負(fù)荷作為不同的用戶，分別計(jì)算其長(zhǎng)期邊際成本。

(2)基準(zhǔn)方式。在進(jìn)行輸配電定價(jià)中，需要根據(jù)系統(tǒng)的某個(gè)狀態(tài)進(jìn)行長(zhǎng)期邊際成本的計(jì)算，這里將輸配電定價(jià)中所依據(jù)的系統(tǒng)狀態(tài)稱為基準(zhǔn)方式?；鶞?zhǔn)方式可能是1個(gè)，也可能是多個(gè)，具體可以是系統(tǒng)峰荷、支路峰荷及若干方式的加權(quán)等。

1.2 輸配電長(zhǎng)期邊際成本計(jì)算步驟

某個(gè)節(jié)點(diǎn)的輸配電長(zhǎng)期邊際成本定義為：在輸配電網(wǎng)中某個(gè)節(jié)點(diǎn)，在當(dāng)前狀態(tài)(某個(gè)基準(zhǔn)方式)下增加單位功率的注入(對(duì)發(fā)電機(jī))或流出(對(duì)負(fù)荷)時(shí)，系統(tǒng)輸配電成本的增加量。計(jì)算某個(gè)節(jié)點(diǎn)的長(zhǎng)期輸配電邊際成本，需要進(jìn)行以下3個(gè)步驟：(1)電網(wǎng)使用程度的計(jì)算：即節(jié)點(diǎn)增加單位注入(流出)引起的每條支路的潮流變化；(2)電網(wǎng)中每條支路的邊際成本，即線路上傳輸?shù)墓β试黾訂挝恢禃r(shí)其成本的增加量；(3)計(jì)算節(jié)點(diǎn)的邊際成本。

比如，計(jì)算節(jié)點(diǎn)i對(duì)網(wǎng)絡(luò)中的支路k的長(zhǎng)期邊際輸配電成本。假設(shè)節(jié)點(diǎn)i的注入潮流為Pn,i，支路k的當(dāng)前潮流為Pb,k。假設(shè)通過(guò)計(jì)算得到，節(jié)點(diǎn)i的注入增加為△Pi，支路k增加的潮流為△Fki，支路k的成本為Cb,k，則節(jié)點(diǎn)i的注入功率對(duì)支路k的邊際成本為

(1)

式中：Pnb,i_k為節(jié)點(diǎn)i對(duì)支路k的使用程度，即節(jié)點(diǎn)i增加單位功率時(shí)支路k的潮流的增加；Cbm_k為支路k的邊際成本，即支路k上增加單位潮流引起的支路成本的增加。

把節(jié)點(diǎn)i對(duì)所有支路的邊際成本相加，就得到了該節(jié)點(diǎn)的總的邊際成本，即

(2)

1.3 邊際成本計(jì)算的數(shù)學(xué)方法

邊際成本在數(shù)學(xué)上是一個(gè)導(dǎo)數(shù)的概念，是總成本對(duì)產(chǎn)量的導(dǎo)數(shù)。從公式(2)看到，在計(jì)算輸配電長(zhǎng)期邊際成本的過(guò)程中，2個(gè)關(guān)鍵的步驟都需要用到導(dǎo)數(shù)的概念：電網(wǎng)使用程度的計(jì)算和每條支路的邊際成本的計(jì)算。嚴(yán)格意義上，導(dǎo)數(shù)的計(jì)算需要利用數(shù)學(xué)推導(dǎo)得到其嚴(yán)格的數(shù)學(xué)表達(dá)式。實(shí)際中，有時(shí)候?qū)?shù)的計(jì)算如果有困難，也可以進(jìn)行一些簡(jiǎn)化，采用差分成本法。

以函數(shù)為例說(shuō)明導(dǎo)數(shù)的2種計(jì)算方法。

C=f(P)=aP2+bP+c

(3)

式中：a,b,c為常數(shù)；C為P的函數(shù)，需要求C對(duì)P的導(dǎo)數(shù)。

(1)用嚴(yán)格導(dǎo)數(shù)方法計(jì)算。

用數(shù)學(xué)求導(dǎo)的方式得到導(dǎo)數(shù)的嚴(yán)格的數(shù)學(xué)表達(dá)式，用這個(gè)表達(dá)式計(jì)算導(dǎo)數(shù)：

(4)

比如，采用交流潮流，可以計(jì)算得到線路潮流對(duì)節(jié)點(diǎn)注入有功的靈敏度，這是與網(wǎng)絡(luò)參數(shù)及當(dāng)前各節(jié)點(diǎn)的狀態(tài)有關(guān)的一個(gè)函數(shù)。

(2)用線性化方法計(jì)算。

通過(guò)一些簡(jiǎn)化和假設(shè)，將2個(gè)變量之間的關(guān)系簡(jiǎn)化為線性關(guān)系，其導(dǎo)數(shù)變?yōu)橐粋€(gè)常數(shù)。

如上述式(3)的函數(shù)，如果a和(或)P很小，可以忽略第1項(xiàng)，簡(jiǎn)化為

C=f(P)=bP+c

(5)

其導(dǎo)數(shù)可以表示為

(6)

電力系統(tǒng)中的直流潮流方法就是一種常用的線性化方法。在輸配電長(zhǎng)期邊際成本的計(jì)算中，采用直流潮流，可以簡(jiǎn)化電網(wǎng)使用程度的計(jì)算，得到簡(jiǎn)單的表達(dá)式。

(3)用差分方法計(jì)算。

這種方法不進(jìn)行嚴(yán)格的數(shù)學(xué)推導(dǎo)，而是通過(guò)計(jì)算一個(gè)微小增量后函數(shù)值的變化來(lái)求取。

f(P+ΔP)=a(ΔP)2+b(ΔP)+c

(7)

f′(P+ΔP)≈[f(P+ΔP)-f(P)]/ΔP

(8)

比如，在電網(wǎng)使用程度計(jì)算方法中的潮流比較方法，可以認(rèn)為是這種方法的應(yīng)用。在所研究的節(jié)點(diǎn)增加一個(gè)小的功率(可以根據(jù)實(shí)際情況取1，0.1 MW等)，重新計(jì)算潮流和電網(wǎng)的成本，以2個(gè)狀態(tài)下系統(tǒng)的成本差除以增加的功率的值，作為邊際成本。

1.4 電網(wǎng)使用程度計(jì)算

輸配電網(wǎng)中包括多種類型、數(shù)目繁多的元件。在電網(wǎng)中某個(gè)節(jié)點(diǎn)功率的變化，會(huì)引起電網(wǎng)中多個(gè)元件上潮流的變化。由于電網(wǎng)的潮流具有不可跟蹤性、非線性特性，因此，輸配電長(zhǎng)期邊際成本的計(jì)算需要首先確定一種電網(wǎng)用戶對(duì)電網(wǎng)使用程度的計(jì)算方法，如直流潮流法、基于比例共享的潮流跟蹤法、潮流比較法等。很多學(xué)者對(duì)這個(gè)問(wèn)題進(jìn)行了深入的研究。本文不做過(guò)多討論。

1.5 基準(zhǔn)方式的選取

計(jì)算長(zhǎng)期邊際輸配電成本時(shí)，需要注意2點(diǎn)：(1)經(jīng)濟(jì)學(xué)中的成本是指生產(chǎn)一定產(chǎn)品的最低總費(fèi)用；(2)長(zhǎng)期邊際輸配電成本需要考慮所有生產(chǎn)要素變動(dòng)的影響，包括輸配電網(wǎng)容量的變化。

一方面，長(zhǎng)期邊際輸配電成本的計(jì)算要考慮輸配電容量的變化，另一方面，需要考慮滿足一定需求的最低總費(fèi)用，因此長(zhǎng)期邊際成本的計(jì)算過(guò)程中需要密切考慮輸配電網(wǎng)規(guī)劃的方法。

由于電網(wǎng)的規(guī)劃主要是考慮系統(tǒng)的最大運(yùn)行方式，因此進(jìn)行計(jì)算長(zhǎng)期邊際輸配電成本的基準(zhǔn)方式也應(yīng)該主要考慮系統(tǒng)峰荷狀態(tài)。考慮到有些元件可能在系統(tǒng)谷荷時(shí)出現(xiàn)最大功率，也可以同時(shí)考慮系統(tǒng)谷荷狀態(tài)。

1.6 電網(wǎng)元件邊際成本的計(jì)算

對(duì)某個(gè)電網(wǎng)元件，在基準(zhǔn)方式下的潮流為P0，額定容量為Pe，成本為C，在其上增加單位潮流dP時(shí)其成本變化的計(jì)算有以下幾種方式。

(1)簡(jiǎn)單綜合成本法。認(rèn)為現(xiàn)有的元件完全是為了滿足現(xiàn)有的潮流P，增加的潮流需要進(jìn)行電網(wǎng)擴(kuò)建。dP的邊際成本為dPC/P0[8]。

(2)考慮n-1安全約束的綜合成本法。認(rèn)為現(xiàn)有的元件完全是為了滿足現(xiàn)有的潮流P，但考慮n-1安全約束對(duì)電網(wǎng)的要求[5]。

(3)基于凈現(xiàn)值法的方法。實(shí)際電網(wǎng)中，某個(gè)節(jié)點(diǎn)接入功率的變化不會(huì)立即造成系統(tǒng)容量的變化，但是會(huì)引起最佳的擴(kuò)建時(shí)間的變化?；趦衄F(xiàn)值的方法就是考慮最佳擴(kuò)建時(shí)間的變化，以節(jié)點(diǎn)功率變化后電網(wǎng)規(guī)劃投資凈現(xiàn)值的變化作為該節(jié)點(diǎn)的邊際成本[7]。

1.7 輸配電成本的分?jǐn)偧皟r(jià)格結(jié)構(gòu)

1.7.1 成本的分?jǐn)?/p>

按上述方法計(jì)算的輸配電長(zhǎng)期邊際成本進(jìn)行定價(jià)，很多情況下電網(wǎng)公司無(wú)法收回全部的成本。由于輸配電公司一般屬于受管制的壟斷企業(yè)，需要保證其能夠收回合理的成本，因此，對(duì)剩余的成本需要采用一些不同的方法進(jìn)行回收。比如，剩余成本根據(jù)容量按郵票法分?jǐn)?，剩余成本按照邊際成本的比例分?jǐn)偟取?/p>

1.7.2 輸配電價(jià)格結(jié)構(gòu)

輸配電可以采用一部制定價(jià)、兩部制定價(jià)及多部制定價(jià)。一般包括以下幾種價(jià)格之一或其組合。

(1)固定電價(jià)。這部分電價(jià)與實(shí)際的輸配電量及容量都沒(méi)有關(guān)系，對(duì)用戶按年、按月或按日收取。一般不同類型的用戶的固定電價(jià)會(huì)有所不同。

(2)電量電價(jià)。這部分電價(jià)與實(shí)際的輸配電量有關(guān)。可以是不分時(shí)段的，也可以分為若干個(gè)時(shí)段進(jìn)行收費(fèi)的，比如按照峰、谷、平分別確定不同的輸配電價(jià)。

(3)容量電價(jià)。這部分電價(jià)考慮用戶的某種輸配電功率值，與實(shí)際的輸配電量沒(méi)有關(guān)系。輸配電功率可以是合約最大輸配電功率、系統(tǒng)峰荷時(shí)的輸配電功率、元件峰荷時(shí)的輸配電功率等。

(4)其他類型輸配電價(jià)成本。還有一些其他類型的輸配電價(jià)成本，如無(wú)功價(jià)格、超合同功率價(jià)格等，不同國(guó)家和地區(qū)各有不同。

2 英國(guó)EDCM介紹

英國(guó)配電定價(jià)方法按照配網(wǎng)的電壓等級(jí)分為EDCM和一般配電定價(jià)法(the common distribution charging methodology，CDCM)。EDCM方法適用于連接在22 kV到132 kV的特高壓配網(wǎng)用戶的定價(jià)，CDCM方法適用于連接在22 kV以下的高壓配網(wǎng)和低壓配網(wǎng)用戶。EDCM基于長(zhǎng)期邊際成本方法，CDCM基于綜合成本定價(jià)法。本文主要對(duì)EDCM方法進(jìn)行分析。

英國(guó)EDCM方法又包括前向定價(jià)法(forward cost pricing，F(xiàn)CP)和長(zhǎng)期增量成本(long run incremental cost pricing，LRIC)2種模型，F(xiàn)CP應(yīng)用于英國(guó)14家配電公司其中的6家，LRIC模型應(yīng)用于其余8家。這2種模型的主要區(qū)別在于支路邊際成本的計(jì)算方法不同，而2個(gè)模型的其他部分基本相同。

2.1 成本構(gòu)成

EDCM中需要核算的成本包括輸電傳遞成本和本級(jí)電網(wǎng)成本。

輸電傳遞成本是指配電公司需要向輸電公司交納的輸電費(fèi)，這部分費(fèi)用也需要分?jǐn)偨o配網(wǎng)用戶。

本級(jí)電網(wǎng)成本按設(shè)備類型包括專用資產(chǎn)成本和公用資產(chǎn)成本。只有某一個(gè)用戶的用電或發(fā)電能影響潮流的那部分資產(chǎn)定義為該用戶的專用資產(chǎn)，這部分資產(chǎn)成本直接分配給相應(yīng)的用戶承擔(dān)即可。共用資產(chǎn)即由多個(gè)用戶共同使用的資產(chǎn)，需要按照電壓等級(jí)核算和分?jǐn)?。專用資產(chǎn)和共用資產(chǎn)都采用等值現(xiàn)值法計(jì)算。

電網(wǎng)成本按成本類型分為設(shè)備建設(shè)成本、直接運(yùn)營(yíng)成本、間接運(yùn)營(yíng)成本和網(wǎng)絡(luò)稅費(fèi)。其中，設(shè)備建設(shè)成本指配網(wǎng)設(shè)備的擴(kuò)建成本；直接運(yùn)營(yíng)成本指與配網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行直接相關(guān)的成本，如配網(wǎng)的檢查維護(hù)、砍樹(shù)費(fèi)用等；間接運(yùn)營(yíng)成本指與配網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行不直接相關(guān)的成本，如配網(wǎng)公司員工工資，公司宣傳費(fèi)等；網(wǎng)絡(luò)稅費(fèi)指配網(wǎng)公司需交納的稅費(fèi)。

2.2 用戶電費(fèi)結(jié)構(gòu)

EDCM的用戶電價(jià)屬于三部制電價(jià)，包括固定費(fèi)、容量費(fèi)和電量費(fèi)。

其中：固定費(fèi)以日計(jì)費(fèi)；容量費(fèi)包括普通容量費(fèi)和超額容量費(fèi)。通常用戶與配網(wǎng)公司約定了一個(gè)限定使用容量，用戶實(shí)際使用容量超過(guò)了限定使用容量，超過(guò)部分的容量使用需按照超額容量費(fèi)來(lái)收取。

在EDCM 中電量費(fèi)只按照峰時(shí)電量收取，即峰時(shí)電量電費(fèi)。

2.3 FCP方法

根據(jù)前面對(duì)長(zhǎng)期邊際成本計(jì)算方法的分類，F(xiàn)CP方法計(jì)算元件的長(zhǎng)期邊際成本時(shí)采用的是嚴(yán)格的導(dǎo)數(shù)的數(shù)學(xué)方法，而在計(jì)算對(duì)支路的影響時(shí)采用的是考慮n-2的潮流比較方法。這里重點(diǎn)對(duì)其計(jì)算元件長(zhǎng)期邊際成本的方法進(jìn)行介紹。

式(9)是計(jì)算某個(gè)元件上流過(guò)的功率增加時(shí)的邊際成本的公式：

(9)

(10)

式中：Cbm為年增容費(fèi)；i為折現(xiàn)率；Aj為10年期間線路總的增容成本；DY為線路j需要擴(kuò)容的那一年的網(wǎng)絡(luò)最大總負(fù)荷；D1為第1年的網(wǎng)絡(luò)最大總負(fù)荷；g為年平均負(fù)荷增長(zhǎng)率；Y為線路j是在第Y年進(jìn)行擴(kuò)容的。

下面詳細(xì)分析式(9)的推導(dǎo)過(guò)程。

(1)假設(shè)一個(gè)網(wǎng)絡(luò)元件的負(fù)荷D隨時(shí)間t變化的公式為

D(t)=Degt

(11)

(2)假設(shè)當(dāng)負(fù)荷增長(zhǎng)到DY時(shí)，即D(t)=DY時(shí)，該元件需要進(jìn)行擴(kuò)容，則求得元件需要進(jìn)行擴(kuò)容的時(shí)間為

(12)

(3)假設(shè)折現(xiàn)率為i，該網(wǎng)絡(luò)元件進(jìn)行擴(kuò)容的成本為A，則擴(kuò)容成本的凈現(xiàn)值為

CNPV=Ae-it

(13)

(4)用微分方法可得單位負(fù)荷增長(zhǎng)引起的成本：

(14)

(5)若需求得年增容費(fèi)用，上式還需要進(jìn)一步轉(zhuǎn)化，轉(zhuǎn)化方法是用上式乘年金因子。假設(shè)這些擴(kuò)容成本需要在T年期間進(jìn)行分?jǐn)?，則年金因子為

(15)

可以得到年邊際成本為

(16)

FCP中設(shè)定回收期為10年，可算得該網(wǎng)絡(luò)元件10年的回收金為

(17)

(6)為了保證網(wǎng)絡(luò)元件10年回收金與該元件的擴(kuò)容成本相等，即式(17)的值應(yīng)等于A，則需要對(duì)原年邊際成本公式進(jìn)行修正，乘一個(gè)修正系數(shù)，即gT/(1-e-10i)，可得最終的邊際成本公式：

(18)

2.4 LRIC方法

根據(jù)上文的邊際成本法的總結(jié)，LRIC方法采用的是差分的數(shù)學(xué)方法，基于凈現(xiàn)值來(lái)計(jì)算線路元件成本。LRIC法的計(jì)算結(jié)果是節(jié)點(diǎn)增容費(fèi)，向用戶收取節(jié)點(diǎn)增容成本的目的同樣是為了收回22 kV到132 kV配網(wǎng)增容擴(kuò)建成本。LRIC的計(jì)算方法如下。

(1)確定計(jì)算的網(wǎng)絡(luò)，對(duì)該網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行正常運(yùn)行情況下的潮流計(jì)算。

(2)計(jì)算在正常情況下以及在某一節(jié)點(diǎn)增加0.1 MW的負(fù)荷情況下，線路j多少年后需要進(jìn)行擴(kuò)容：

(19)

(20)

式中：Ybase,j和Yins,j分別為正常情況下和某一節(jié)點(diǎn)增加0.1 MW的負(fù)荷情況下，線路j需擴(kuò)容年距現(xiàn)在的年數(shù)；Pj為線路j的容量， MVA；Pbase,j和Pins,j分別為正常情況下和某一節(jié)點(diǎn)增加0.1 MW的負(fù)荷情況下，線路j需要擴(kuò)容的這一年計(jì)算出的線路j上的潮流，MVA；g為負(fù)荷增長(zhǎng)率，通常將其設(shè)定為一個(gè)相對(duì)合理的常數(shù)。

(3)計(jì)算在正常情況下以及在某一節(jié)點(diǎn)增加0.1 MW的負(fù)荷情況下，線路j擴(kuò)容成本的凈現(xiàn)值：

(21)

(22)

式中：CNPVbase,j和CNPVins,j分別為正常情況下和某一節(jié)點(diǎn)增加0.1 MW的負(fù)荷情況下，線路j擴(kuò)容成本的凈現(xiàn)值；CMEAV,j為線路j擴(kuò)容成本的現(xiàn)時(shí)等效資產(chǎn)值。

(4)計(jì)算線路增容成本：

ΔCj=(CNPVins,j-CNPVbase,j)p

(23)

(24)

式中：△Cj為線路j的線路增容成本；p為資金回收系數(shù)；n為資金回收年數(shù)，取40，代表電網(wǎng)資產(chǎn)的普遍使用壽命。

3 算例及分析

3.1 算例基本情況

關(guān)于電網(wǎng)使用程度的計(jì)算已經(jīng)有文獻(xiàn)進(jìn)行詳細(xì)討論，這里主要對(duì)電網(wǎng)元件邊際成本計(jì)算的2種方法進(jìn)行算例對(duì)比分析。為了容易理解，這里以一個(gè)簡(jiǎn)單的單線路系統(tǒng)為例進(jìn)行說(shuō)明。如圖1所示，線路L是需要進(jìn)行成本分?jǐn)偟木€路，線路兩端分別是上級(jí)電源點(diǎn)和下級(jí)的負(fù)荷點(diǎn)。這種情況下，節(jié)點(diǎn)負(fù)荷的增長(zhǎng)也就是線路負(fù)荷的增長(zhǎng)。

圖1 單線路算例圖Fig.1 Example of single line system

(25)

(26)

3.2 FCP方法算例

(1)實(shí)際負(fù)荷按指數(shù)增長(zhǎng)。根據(jù)式(26)，可計(jì)算得到指數(shù)增長(zhǎng)下的擴(kuò)容年限為第4年，此時(shí)系統(tǒng)負(fù)荷為45.1 MW。由于負(fù)荷按指數(shù)增長(zhǎng)，年平均負(fù)荷增長(zhǎng)率g=0.03。將A，C，D，i，g代入式(18)可計(jì)算得到邊際成本為0.333 8萬(wàn)元/(kVA·a)。

(2)實(shí)際負(fù)荷按等比增長(zhǎng)。類似地，根據(jù)式(25)可計(jì)算得到等比例增長(zhǎng)下線路擴(kuò)容年限為第5年，此時(shí)系統(tǒng)負(fù)荷為45.02 MW；根據(jù)式(10)計(jì)算年平均負(fù)荷增長(zhǎng)率g：

(27)

同樣根據(jù)式(18)計(jì)算得到負(fù)荷等比增長(zhǎng)下線路邊際成本為0.298 4萬(wàn)元/(kVA·a)。

3.3 LRIC方法算例

3.3.1 實(shí)際負(fù)荷按指數(shù)增長(zhǎng)

根據(jù)式(19)可計(jì)算得到基準(zhǔn)負(fù)荷情況下的擴(kuò)容時(shí)間為3.92 a。類似地，根據(jù)式(20)可以計(jì)算得到微增負(fù)荷分別為1，0.1，0.01 MW下的擴(kuò)容時(shí)間：6.71，7.46，7.54 a。

根據(jù)式(21)可計(jì)算得到基準(zhǔn)負(fù)荷情況下的線路擴(kuò)容成本凈現(xiàn)值：129.225 9萬(wàn)元，其中取CMEAV,j=A=160萬(wàn)元。

同樣，根據(jù)式(22)可計(jì)算得到微增負(fù)荷分別為1，0.1，0.01 MW下線路的擴(kuò)容成本凈現(xiàn)值分別為：135.144 5，129.812 4，129.284 5萬(wàn)元。

根據(jù)式(24)計(jì)算得到資金回收系數(shù)為p=0.063 1。根據(jù)式(23)可計(jì)算得到微增功率為1，0.1，0.01 MW下的線路邊際成本：0.359 7，0.356 3，0.356 0萬(wàn)元/(kVA·a)。

3.3.2 實(shí)際負(fù)荷按等比增長(zhǎng)。

類似的，按照上述計(jì)算步驟，可得實(shí)際負(fù)荷按等比增長(zhǎng)情況下，微增功率分別為1，0.1，0.01 MW下的線路邊際成本：0.359 7，0.356 3，0.356 0萬(wàn)元/(kVA·a)。

3.4 結(jié)果分析

表1和表2分別為負(fù)荷在等比增長(zhǎng)和指數(shù)增長(zhǎng)的情況下，用LRIC方法和FCP方法計(jì)算得到的線路擴(kuò)容成本。從表1—2可知，隨著LRIC方法中節(jié)點(diǎn)微增功率的減小，2種方法的計(jì)算結(jié)果之間的差距逐漸減小。同時(shí)對(duì)比表1和表2的結(jié)果可以發(fā)現(xiàn)，與負(fù)荷等比增長(zhǎng)方式相比，當(dāng)負(fù)荷以指數(shù)方式增長(zhǎng)時(shí)，2種方法的計(jì)算結(jié)果更為接近。算例結(jié)果表明，2種方法在計(jì)算線路長(zhǎng)期邊際成本時(shí)受不同因素的影響。LRIC方法受節(jié)點(diǎn)微增功率的影響，理論上，節(jié)點(diǎn)微增功率越小，計(jì)算結(jié)果越接近實(shí)際值。FCP方法計(jì)算結(jié)果受負(fù)荷增長(zhǎng)方式影響，實(shí)際負(fù)荷增長(zhǎng)曲線越接近指數(shù)函數(shù)曲線，F(xiàn)CP方法的計(jì)算結(jié)果更準(zhǔn)確。

表1 負(fù)荷等比增長(zhǎng)計(jì)算結(jié)果
Table 1 Calculation results of load geometric growth

表2 負(fù)荷指數(shù)增長(zhǎng)計(jì)算結(jié)果Table 2 Calculation results of load exponential growth

4 結(jié) 論

基于長(zhǎng)期邊際成本的輸配電定價(jià)方法可以為電力市場(chǎng)的相關(guān)成員提供良好的經(jīng)濟(jì)信號(hào)，引導(dǎo)對(duì)電網(wǎng)合理、有效的使用，已經(jīng)在國(guó)際上得到了廣泛的應(yīng)用。目前大多數(shù)國(guó)家和地區(qū)的輸配電定價(jià)都是基于長(zhǎng)期邊際成本的方法。

本文給出了基于長(zhǎng)期邊際成本的輸配電定價(jià)方法的定義，對(duì)其計(jì)算步驟、一些關(guān)鍵問(wèn)題的處理方法及關(guān)鍵參數(shù)的計(jì)算方法進(jìn)行了總結(jié)。提出了邊際成本計(jì)算的3種數(shù)學(xué)方法：導(dǎo)數(shù)方法、線性化方法及差分方法。

不同的輸配電定價(jià)方法各有優(yōu)缺點(diǎn)，并沒(méi)有絕對(duì)“正確”或“最佳”的方法，必須根據(jù)實(shí)際電網(wǎng)的情況確定。我國(guó)在制訂輸配電定價(jià)方案時(shí)，需要認(rèn)真學(xué)習(xí)其他國(guó)家，了解其方法背后的原理，結(jié)合我國(guó)的特點(diǎn)制訂合適的定價(jià)方法。

目前英國(guó)的高壓配電網(wǎng)定價(jià)中，支路邊際成本采用了基于凈現(xiàn)值的方法，F(xiàn)CP方法和LRIC方法對(duì)邊際成本分別采用微分和差分的方法。該方法充分地反映了經(jīng)濟(jì)學(xué)信息，能夠?qū)﹄娋W(wǎng)的規(guī)劃和使用產(chǎn)生有效的激勵(lì)。本文對(duì)這2種方法的數(shù)學(xué)模型進(jìn)行了詳細(xì)的介紹，并通過(guò)算例說(shuō)明其優(yōu)缺點(diǎn)，為我國(guó)制定相關(guān)定價(jià)政策提供了參考。

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[14]The DCUSA panel of the UK. EDCM FCP model version F203 [EB/OL]. 2013-02-28[2015-06-30] https://www.dcusa.co.uk/Documents/EDCM-FCP+r6798_1%20April%202015%20vF202.xlsx .

[15]The DCUSA panel of the UK. EDCM LRIC model version 7.1 [EB/OL]. 2013-02-28[2015-06-30] https://www.dcusa.co.uk/Documents/EDCM-LRIC+r6797_1%20April%202015%20vL202.xlsx .

(編輯 張媛媛)

Transmission and Distribution Pricing Method Based on Long-Run Marginal Cost and Its Application in UK HP Distribution Pricing

CHEN Zheng1, XIE Wenjin2, ZHANG Xiang1, JING Zhaoxia2, LENG Yuan1

(1.Southern Power Grid Research Institute, Guangzhou 510080, China;2. South China University of Science and Technology, Guangzhou 510641, China)

Transmission and distribution pricing is one of the important tasks of electricity market reform. This paper systematically summarizes and analyzes the long run marginal cost method in the transmission and distribution pricing, presents the definition of the long run marginal cost in the transmission and distribution pricing, and analyzes the key links in the calculation, including the mathematical method of marginal cost calculation, the calculation method of branch marginal cost, the selection of base operation mode, the cost allocation method, the tariff structure of users, etc. Finally, this paper introduces the actual application case of long run marginal cost method in distribution pricing- the EHV Distribution Pricing in UK, analyzes and compares the two pricing methods with using simple calculation principle, and proposes some suggestions for the application in China based on the specific condition of our country.

electricity market; distribution pricing; three-part electricity price; long run marginal cost; cost accounting

南方電網(wǎng)公司科技項(xiàng)目(WYKJQQ20143033)

TM 743，F(xiàn) 426.61

A

1000-7229(2016)07-0064-07

10.3969/j.issn.1000-7229.2016.07.009

2016-02-17

陳政(1977)，男，高級(jí)工程師，碩士，研究方向?yàn)殡娏ο到y(tǒng)規(guī)劃、能源經(jīng)濟(jì)；

謝文錦(1995)，男，碩士研究生，研究方向?yàn)殡娏κ袌?chǎng)；

張翔(1988)，男，工程師，碩士，研究方向?yàn)槟茉唇?jīng)濟(jì)、電力系統(tǒng)規(guī)劃；

荊朝霞(1975)，女，博士，教授，研究方向?yàn)殡娏κ袌?chǎng)、電力系統(tǒng)規(guī)劃、綜合能源系統(tǒng)等。