王曉暉 溫衛(wèi)寧 王承民 盧艷超

（1.國網(wǎng)北京經(jīng)濟(jì)技術(shù)研究院，北京100000；2.上海交通大學(xué)，上海201100）

0 引言

電網(wǎng)的智能化發(fā)展，對電網(wǎng)穩(wěn)定性和電能質(zhì)量提出了更高的要求，無功補(bǔ)償在電力系統(tǒng)中地位日益突出。無功補(bǔ)償方式已由靜態(tài)補(bǔ)償轉(zhuǎn)向高效的動態(tài)補(bǔ)償，其裝備也由傳統(tǒng)的同步調(diào)相機(jī)、電容器和電抗器發(fā)展到靜止無功補(bǔ)償器（SVC）和靜止無功發(fā)生器（SVG）。動態(tài)無功補(bǔ)償?shù)闹饕饔茫涸陔娋W(wǎng)側(cè)體現(xiàn)為增強(qiáng)系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定性，提高高電壓線路的長距離輸電能力，提高功率因數(shù)，降低線損[1]；在用戶側(cè)體現(xiàn)為維持用戶端電壓，提高功率因數(shù)，抑制電壓波動和閃變，抑制三相不平衡，提高電能質(zhì)量。大容量的動態(tài)無功補(bǔ)償裝置（同步調(diào)相機(jī)、靜止無功補(bǔ)償器和靜止無功發(fā)生器）在高電壓等級的變電站和線路上得到了廣泛應(yīng)用，并在維護(hù)電網(wǎng)系統(tǒng)安全穩(wěn)定上發(fā)揮了關(guān)鍵的作用。然而，在現(xiàn)實應(yīng)用中，鮮有對不同無功補(bǔ)償裝置的經(jīng)濟(jì)性分析，以得出不同無功補(bǔ)償裝置的補(bǔ)償成本費(fèi)用；也鮮有針對加裝無功補(bǔ)償裝置對電網(wǎng)產(chǎn)生的效益的有效評估和衡量[2]。

本文采用成本效益增量比分析方法對不同補(bǔ)償裝置進(jìn)行經(jīng)濟(jì)性分析，用于指導(dǎo)動態(tài)無功補(bǔ)償裝置選型；收益增量/成本增量評估方法（iB/C法）是基于收益增量與成本增量比值的評估方法，為多屬性規(guī)劃[3]。與iB/C比值法相比較，傳統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性分析方法采用標(biāo)準(zhǔn)驅(qū)動、最小費(fèi)用、面向項目的評估和選擇過程，以確定各個項目的投資規(guī)模及相應(yīng)的分配方案。該方法雖有回收周期長和長期費(fèi)用最小化的優(yōu)點(diǎn)，但也存在以下缺點(diǎn)：不能從戰(zhàn)略的角度進(jìn)行綜合評估，無法滿足企業(yè)削減投資的要求，集中投資會導(dǎo)致負(fù)債率偏高，對設(shè)備的技術(shù)過時及債務(wù)非常敏感。為克服上述缺點(diǎn)，常采取修改資金時間價值因子或采用更短的評估周期等方法，不過這樣雖降低了長期不確定性問題的敏感性，但卻不能解決當(dāng)前急需的降低預(yù)算的問題[4]。除了傳統(tǒng)的改進(jìn)方法外，為了解決嚴(yán)重的費(fèi)用削減問題，也可采取使用增強(qiáng)可靠性專用費(fèi)用的方式，但這些方法大多成效不大。而iB/C比值法能夠在有限的資金范圍內(nèi)選擇在一定時間里價值最大的方案，從而為選擇最佳方案提供依據(jù)[5]。

本文在對動態(tài)無功補(bǔ)償裝置進(jìn)行經(jīng)濟(jì)性分析的基礎(chǔ)上，對其價格機(jī)制進(jìn)行深入的研究。針對無功補(bǔ)償裝置成本回收方法，結(jié)合不同電網(wǎng)設(shè)備的電價回收模式，提出了動態(tài)無功補(bǔ)償裝置的三種經(jīng)營模式：電網(wǎng)統(tǒng)一經(jīng)營、獨(dú)立經(jīng)營和租賃經(jīng)營。

1 動態(tài)無功補(bǔ)償裝置經(jīng)濟(jì)性分析

1.1 成本效益增量比評估方法

本文基于成本效益增量比分析方法進(jìn)行經(jīng)濟(jì)性分析，通過對新建調(diào)相機(jī)、改造調(diào)相機(jī)、SVC、STATCOM成本進(jìn)行核算，得出各種補(bǔ)償裝置的投資費(fèi)用、損耗費(fèi)用、運(yùn)維費(fèi)用值，計算出補(bǔ)償裝置的總費(fèi)用（即成本增量）；依據(jù)北京500 kV電網(wǎng)相應(yīng)短路故障點(diǎn)的負(fù)荷損失情況，計算出增加四種補(bǔ)償裝置前后減少的負(fù)荷損失值，并依據(jù)北京地區(qū)單位電量的經(jīng)濟(jì)價值，換算出對應(yīng)減少的負(fù)荷損失所增加的經(jīng)濟(jì)效益（即效益增量），并進(jìn)行成本效益增量比計算，結(jié)合比值大小進(jìn)行經(jīng)濟(jì)性分析[6]。

基本分析過程如下：

（1）列出新建調(diào)相機(jī)、改造調(diào)相機(jī)10年、改造調(diào)相機(jī)20年、加裝SVC、加裝STATCOM五種方案，基準(zhǔn)方案為不加裝任何動態(tài)無功補(bǔ)償裝置。

（2）計算出每種方案相對于基準(zhǔn)方案的成本增量（包括投資成本、運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用、損耗費(fèi)用）。

（3）計算每種方案加裝補(bǔ)償裝置后減少的負(fù)荷損失效益（即效益增量）。

（4）計算每種方案收益增量與總成本增量比值。

（5）依據(jù)收益增量/成本增量的比值對不同類型補(bǔ)償裝置進(jìn)行經(jīng)濟(jì)性分析。

1.2 動態(tài)無功補(bǔ)償裝置成本增量計算

本次研究的五個方案分別為新建調(diào)相機(jī)、改造調(diào)相機(jī)10年、改造調(diào)相機(jī)20年、加裝SVC和STATCOM，基準(zhǔn)方案為不加裝任何動態(tài)無功補(bǔ)償裝置，動態(tài)無功補(bǔ)償裝置的成本即為成本增量。動態(tài)無功補(bǔ)償裝置的成本主要包括投資成本、運(yùn)維成本、損耗成本，其中，投資成本主要包括設(shè)備費(fèi)、安裝費(fèi)、土建費(fèi)、建場費(fèi)及除建場費(fèi)外的其他費(fèi)用，損耗成本包括年折舊費(fèi)、年線損費(fèi)。

1.2.1 投資成本估算

本項目依據(jù)各地區(qū)的調(diào)研結(jié)果，估算出三種不同無功補(bǔ)償裝置的投資成本，詳細(xì)情況如表1所示。

由表1分析可知，STATCOM單位造價最高，為552～560元/kvar，新建調(diào)相機(jī)和改造調(diào)相機(jī)其次，分別為407～417元/kvar和304～314元/kvar，SVC單位造價最低，為188～213元/kvar。

表1 三種不同無功補(bǔ)償裝置的投資成本

結(jié)合調(diào)研的投資成本現(xiàn)值，按照各不同類型補(bǔ)償裝置使用年限，將補(bǔ)償裝置的投資成本現(xiàn)值折算成投資成本年值。

按新建調(diào)相機(jī)使用年限30年、改造調(diào)相機(jī)使用年限10年和20年、SVC和STATCOM使用年限15年，依據(jù)公式（1）計算得到不同補(bǔ)償裝置投資成本年值，計算結(jié)果如表2所示。

式中，A為投資費(fèi)用年值（萬元）；P為投資費(fèi)用現(xiàn)值（萬元）；i為折扣率（8%）；n為回收年限（年）。

表2 不同補(bǔ)償裝置投資成本年值

由于STATCOM投資總成本較高，使用壽命較短，導(dǎo)致STATCOM投資年值最高，為3 925.47萬元/年；改造調(diào)相機(jī)10年其次，為2 803.24萬元/年；新建調(diào)相機(jī)第三，為2 220.69萬元/年；改造調(diào)相機(jī)20年和SVC年值較低，分別為1 915.84萬元/年和1 495.42萬元/年。

1.2.2 運(yùn)維費(fèi)用

調(diào)相機(jī)的年運(yùn)維費(fèi)用按照投資成本現(xiàn)值的5%考慮，SVC和STATCOM的年運(yùn)維費(fèi)用按2.2%考慮。新建調(diào)相機(jī)的年運(yùn)維費(fèi)用為1 250萬元，改造調(diào)相機(jī)年運(yùn)維費(fèi)用為941萬元，SVC為282萬元，STATCOM為739萬元。

1.2.3 損耗費(fèi)用

補(bǔ)償裝置的損耗費(fèi)用主要為年線損費(fèi)用，計算方式如下[7]：

年線損費(fèi)用=年線損電量（MW·h）×電量單價（元/MW·h）

年線損電量=年傳輸電量（MW·h）×損耗率

年傳輸電量=各類型補(bǔ)償裝置容量×年最大利用小時數(shù)

其中，調(diào)相機(jī)、SVC和STATCOM的損耗率分別按1.5%、0.8%和1.0%考慮，電量電價按0.4元/kW·h考慮。則新建調(diào)相機(jī)年損耗費(fèi)用為792萬元，改造調(diào)相機(jī)為792萬元，SVC為422萬元，STATCOM為528萬元。

1.2.4 成本增量

根據(jù)投資成本年值、年運(yùn)維費(fèi)用、年損耗費(fèi)用的計算結(jié)果，得到各類補(bǔ)償裝置的成本增量。其中新建調(diào)相機(jī)為4 262.69萬元/年，改造調(diào)相機(jī)10年為4 536.24萬元/年，改造調(diào)相機(jī)20年為3 648.84萬元/年，SVC為2 199.42萬元/年，STATCOM為5 192.47萬元/年，詳細(xì)情況如圖1所示。

圖1 各類補(bǔ)償裝置成本增量圖圖1 變速器模型

1.3 動態(tài)無功補(bǔ)償裝置效益增量計算

1.3.1 計算方法及邊界條件

結(jié)合負(fù)荷損失計算結(jié)果，計算出增加補(bǔ)償裝置后減少的負(fù)荷損失效益，計算方法如下[7]：

負(fù)荷損失效益（萬元）=損失負(fù)荷×故障概率×全年小時數(shù)×

1 000×單位電量經(jīng)濟(jì)價值/10 000

計算邊界條件為：2020年北京地區(qū)目標(biāo)規(guī)劃網(wǎng)架計算負(fù)荷27 500 MW、裝機(jī)規(guī)模12 500 MW；考慮風(fēng)電大發(fā)腰荷、南部開機(jī)方式，其中腰荷按峰荷的80%考慮，負(fù)荷水平22 000 MW；壓減北京北部機(jī)組、開北京南部機(jī)組，開機(jī)規(guī)模5 460 MW（占比24.8%），實際出力5 110 MW（占比23.2%）；北京負(fù)荷模型為60%馬達(dá)+40%恒阻抗；在此基礎(chǔ)上，昌平—順義500 kV線路發(fā)生“N-2”故障。

故障概率：基于中電聯(lián)統(tǒng)計的全年“N-2”故障概率6.418×10-6。

單位電量經(jīng)濟(jì)價值：GDP總量/全社會用電量。

全年小時數(shù)：4 500 h。

1.3.2 計算結(jié)果

依據(jù)極端運(yùn)行方式下的故障損失負(fù)荷計算方法，計算出未加裝動態(tài)無功補(bǔ)償裝置時，發(fā)生“N-2”故障損失負(fù)荷為300 MW；當(dāng)加裝調(diào)相機(jī)后，10 s內(nèi)電壓恢復(fù)到0.8 p.u.及以上，無負(fù)荷損失；加裝SVC后損失負(fù)荷為150 MW，加裝STATCOM后無負(fù)荷損失。

北京地區(qū)2015年GDP總量為22 968.6億元，全社會用電量983.85億kW·h，計算出單位電量的經(jīng)濟(jì)價值23.35元/kW·h；依據(jù)中電聯(lián)統(tǒng)計的“N-2”全年故障概率6.418×10-6，結(jié)合減少的負(fù)荷損失及單位電量的經(jīng)濟(jì)價值，換算出加裝不同無功補(bǔ)償裝置后減少的負(fù)荷損失，即效益增量，如表3所示。其中加裝調(diào)相機(jī)減少的損失效益增量為20.43萬元/年，加裝SVC減少的損失效益增量為10.21萬元/年，加裝STATCOM減少的損失效益增量為20.43萬元/年。

表3 不同無功補(bǔ)償裝置效益增量計算表

計算結(jié)果顯示，調(diào)相機(jī)和STATCOM的效益增量較高，SVC次之。原因在于，調(diào)相機(jī)和STATCOM在響應(yīng)速度、調(diào)節(jié)性能方面優(yōu)于SVC，在故障發(fā)生時能夠盡可能避免負(fù)荷損失。

1.4 成本效益增量比計算

根據(jù)上節(jié)計算得到的不同補(bǔ)償裝置的成本增量以及加裝補(bǔ)償裝置后的效益增量，計算各類補(bǔ)償裝置的成本收益增量比，如表4所示。

表4 動態(tài)無功補(bǔ)償裝置成本效益增量比

計算結(jié)果顯示，SVC成本效益增量比最高，為5.15；改造調(diào)相機(jī)20年次之，為3.17；新建調(diào)相機(jī)第三，為2.71；改造調(diào)相機(jī)10年、STATCOM最小，分別為2.55和2.18。即，五種動態(tài)無功補(bǔ)償方案的經(jīng)濟(jì)性由優(yōu)至劣依次為：SVC、改造調(diào)相機(jī)20年、新建調(diào)相機(jī)、改造調(diào)相機(jī)10年和STATCOM。

成本效益增量比綜合考慮了各種補(bǔ)償裝置的成本及其效益。綜合來看，SVC的成本效益增量比最高，經(jīng)濟(jì)性最優(yōu)；而新建調(diào)相機(jī)及改造調(diào)相機(jī)的成本效益增量比低于SVC，經(jīng)濟(jì)性適中；STATCOM的成本效益增量比最低，經(jīng)濟(jì)性最差。

2 動態(tài)無功補(bǔ)償裝置價格機(jī)制研究

2.1 現(xiàn)階段電價模式概述

現(xiàn)階段電價模式分為兩部制電價和單一電量階梯電價兩種。兩部制電價由基本電價（容量電價）和電量電價（電度電價）組成，基本電價以客戶用電容量或最大需量進(jìn)行計算，而電量電價以客戶每月實際用電量進(jìn)行計算。兩種電價分別計算后的電費(fèi)相加，經(jīng)功率因數(shù)調(diào)整電費(fèi)后，即為客戶應(yīng)付的全部費(fèi)用。單一電量階梯電價將城鄉(xiāng)居民每月用電量劃分為幾檔，電價實行分檔遞增[8]。

2.2 動態(tài)無功補(bǔ)償裝置的經(jīng)營模式

針對無功補(bǔ)償裝置成本回收方法，結(jié)合不同電網(wǎng)設(shè)備的電價回收模式，提出無功補(bǔ)償裝置可以按以下三種方式進(jìn)行成本回收[9]。

2.2.1 電網(wǎng)統(tǒng)一經(jīng)營

即動態(tài)無功補(bǔ)償裝置不作為獨(dú)立實體，其資產(chǎn)所有權(quán)和經(jīng)營權(quán)都屬于電網(wǎng)公司，由電網(wǎng)統(tǒng)一負(fù)擔(dān)無功補(bǔ)償裝置的成本、還本付息、利潤和稅收等開支，統(tǒng)一調(diào)度、統(tǒng)一經(jīng)營。在此運(yùn)營模式下，動態(tài)無功補(bǔ)償裝置的成本通過納入輸配電價來進(jìn)行回收[10]。

2.2.2 獨(dú)立經(jīng)營

即無功補(bǔ)償裝置作為獨(dú)立實體，其資產(chǎn)所有權(quán)和經(jīng)營權(quán)都屬于動態(tài)無功補(bǔ)償裝置公司，并由該公司統(tǒng)一負(fù)擔(dān)無功補(bǔ)償電站的成本、付息、利潤和稅收等開支，統(tǒng)一調(diào)度、統(tǒng)一經(jīng)營。電網(wǎng)公司通過購買無功服務(wù)向其支付費(fèi)用，運(yùn)維費(fèi)用可由電網(wǎng)公司支付的無功服務(wù)費(fèi)用進(jìn)行回收。在此運(yùn)營模式下，動態(tài)無功補(bǔ)償裝置通過單一電量電價和兩部制電價兩種模式進(jìn)行成本回收[11]。

2.2.2.1 單一電量電價模式

政府主管部門核定動態(tài)無功補(bǔ)償裝置的上網(wǎng)電價，由電網(wǎng)公司統(tǒng)一支付其成本和利潤，并負(fù)責(zé)還本付息，電站僅負(fù)責(zé)按電網(wǎng)調(diào)度要求運(yùn)行，電站經(jīng)營收益通過電量電費(fèi)實現(xiàn)[12]。

2.2.2.2 兩部制電價模式

傳統(tǒng)的電價制定主要是按照平均成本定價的方式，采取兩部制電價，即固定成本+可變成本。動態(tài)無功補(bǔ)償裝置的價格機(jī)制可采取兩部制定價模式：無功補(bǔ)償電價=平均成本定價（容量電價）+邊際成本定價（電量電價），兩者的關(guān)系為：x=x0+Δx。

2.2.3 租賃經(jīng)營

租賃經(jīng)營方式，即組建的動態(tài)無功補(bǔ)償裝置運(yùn)營公司把設(shè)備租賃給電網(wǎng)公司或其他經(jīng)營實體經(jīng)營，以收取租賃費(fèi)保證自身的還本付息及適當(dāng)盈利的經(jīng)營管理模式[13]。

此模式下通常是電網(wǎng)公司租賃，租賃方與動態(tài)無功補(bǔ)償裝置運(yùn)營公司可以靈活確立租賃方式。舉例如下：

（1）可以直接將經(jīng)營權(quán)轉(zhuǎn)讓給電網(wǎng)公司，電網(wǎng)公司負(fù)責(zé)其全部的生產(chǎn)經(jīng)營活動并承擔(dān)運(yùn)營風(fēng)險，租賃期內(nèi)的收益全部歸電網(wǎng)公司獲得，運(yùn)營公司僅以租賃費(fèi)用實現(xiàn)其還本付息并適當(dāng)盈利。

（2）可以只轉(zhuǎn)讓容量支配權(quán)，在租賃期間，電網(wǎng)公司全權(quán)進(jìn)行調(diào)配，運(yùn)行過程中發(fā)電帶來的收益，由雙方協(xié)商分配。在此運(yùn)營模式下，動態(tài)無功補(bǔ)償裝置通過租賃費(fèi)的價格機(jī)制實現(xiàn)成本回收[14]。

表5簡要總結(jié)了電網(wǎng)統(tǒng)一經(jīng)營、獨(dú)立經(jīng)營、租賃經(jīng)營三種經(jīng)營模式的優(yōu)缺點(diǎn)。

2.3 動態(tài)無功補(bǔ)償裝置對終端電價的影響

2.3.1 電網(wǎng)統(tǒng)一經(jīng)營

投資回收年限：新建調(diào)相機(jī)為30年；調(diào)相機(jī)改造1為10年；調(diào)相機(jī)改造2為20年；SVC為15年；STATCOM為15年。補(bǔ)償裝置容量：600 Mvar/臺。電價水平：0.4元/kW·h。

根據(jù)以上測算參數(shù)的確定對動態(tài)無功補(bǔ)償裝置的全部供電成本、運(yùn)維損耗費(fèi)用進(jìn)行計算，得出其測算的電價。

2.3.2 獨(dú)立經(jīng)營

2.3.2.1 單一電價

為改變發(fā)電側(cè)成本無約束、價格無控制的狀況，1998年，國家適時出臺了“經(jīng)營期電價”政策取代“還本付息電價”政策。經(jīng)營期電價的含義就是在整個經(jīng)濟(jì)壽命期內(nèi)（火電20年，水電30年）保證投資者合理回報的均衡電價。經(jīng)營期電價測算方法的主要理論基礎(chǔ)是資金的時間價值理論，而資金的時間價值就體現(xiàn)在IRR（內(nèi)部收益率）上。測算時，通過調(diào)整電價水平，直到下式中的IRR滿足約定水平[15]。

表5 動態(tài)無功補(bǔ)償電站經(jīng)營模式利弊對比

∑[（現(xiàn)金流入-現(xiàn)金流出）/（1+IRR）n]=0 （2）

本文按經(jīng)營期上網(wǎng)電價的測算辦法對動態(tài)無功補(bǔ)償裝置的上網(wǎng)電價進(jìn)行測算。

2.3.2.2 兩部制電價

成本核算：逐項目核算供電成本，求和得到固定電力成本（固定投資）和可變電量成本（運(yùn)維費(fèi)用）[16-18]。

（1）容量電價：

1）投資利潤的計算：

投資利潤（稅前）=總投資×資金利潤率

2）容量費(fèi)用的計算：

銷售稅金附加=增值稅×（城市建設(shè)維護(hù)稅率+教育附加稅率）=容量費(fèi)用×增值稅率×（城市建設(shè)維護(hù)稅率+教育附加稅率）

容量費(fèi)用=投資利潤+固定成本+附加稅

聯(lián)立上述兩個方程組得到容量費(fèi)用。

3）容量價格的計算

容量價格=容量費(fèi)用/設(shè)計上網(wǎng)容量

（2）電量電價：

電量費(fèi)用包括可變經(jīng)營成本及可變稅金。

1）可變經(jīng)營成本包括損耗費(fèi)用、運(yùn)維費(fèi)用等成本。

2）可變稅金：

銷售稅金附加=電量費(fèi)用×增值稅率×附加稅率

電量費(fèi)用=可變經(jīng)營成本+銷售稅金附加

3）電量價格：

電量價格=電量費(fèi)用/設(shè)計電站上網(wǎng)電量

2.3.3 租賃經(jīng)營

租賃費(fèi)的測算與經(jīng)營期電價測算方法相類似，主要理論基礎(chǔ)是資金的時間價值理論，而資金的時間價值就體現(xiàn)在IRR（內(nèi)部收益率）上[19-20]。

2.3.4 電價計算結(jié)果

計算結(jié)果如表6所示。

3 結(jié)論

（1）本文采用成本效益增量比（iB/C）方法對動態(tài)無功補(bǔ)償裝置的經(jīng)濟(jì)性進(jìn)行分析，為補(bǔ)償裝置的設(shè)備選型提供參考。綜合考慮補(bǔ)償裝置的運(yùn)行特性，根據(jù)計算得到的不同補(bǔ)償裝置的成本增量以及加裝補(bǔ)償裝置后的效益增量，計算各類補(bǔ)償裝置的成本收益增量比，計算結(jié)果顯示：SVC的值最大，其次是調(diào)相機(jī)改造20年，第三是新建調(diào)相機(jī)，第四為調(diào)相機(jī)改造10年，最后為STATCOM。即SVC的成本效益增量比最高，經(jīng)濟(jì)性最優(yōu)；而新建調(diào)相機(jī)及改造調(diào)相機(jī)的成本效益增量比低于SVC，經(jīng)濟(jì)性適中；STATCOM的成本效益增量比最低，經(jīng)濟(jì)性最差。

表6 電網(wǎng)統(tǒng)一經(jīng)營、獨(dú)立經(jīng)營和租賃經(jīng)營的電價匯總（元/kvarh）

（2）本文針對無功補(bǔ)償裝置成本回收方法，結(jié)合不同電網(wǎng)設(shè)備的電價回收模式，提出三種無功補(bǔ)償裝置的經(jīng)營模式：電網(wǎng)統(tǒng)一經(jīng)營、獨(dú)立經(jīng)營、租賃經(jīng)營；并結(jié)合不同回收模式的邊界條件，計算出了每種經(jīng)營模式下的固定成本、運(yùn)維費(fèi)用、損耗費(fèi)用等對電網(wǎng)企業(yè)終端電價的影響。

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