增量配電業務放開下基于不同投資主體的配電網規劃方法與流程

本發明公開了增量配電業務放開下基于不同投資主體的配電網規劃方法，屬于配電網規劃的技術領域。

背景技術：

隨著新電改9號文的出臺，增量配電業務放開成為關注的焦點。配電網銜接輸電網和用戶，是保障電力安全、穩定供應的關鍵環節，其規劃建設在物理上屬于自然壟斷環節。配電業務放開意味著配電網一改過去統一由電網公司規劃建設的局面，民間資本、社會團體均可投建配電網絡，這就給配電網絡的統一規劃和運營模式帶來很大改變。原有配電網絡的規劃和運營主體均為電網公司，而社會資本可以投資增量配電業務。對原有配電網絡和增量配電網絡共存的環境下不統一規劃部署配電網會導致機組出力不當，若機組出力不當，勢必造成資源浪費，甚至影響電力系統的運行質量和安全。

傳統情況下由電網公司統一規劃配電網的方法已經不再適應新電改情況下的配網規劃問題。對于增量配電業務的規劃方法亟待進行科學研究。

技術實現要素：

本發明的發明目的是針對上述背景技術的不足，充分考慮在配電業務放開情況下的配電網規劃場景，提供了增量配電業務放開下基于不同投資主體的配電網規劃方法，建立現有配電網絡和增量配電網絡的博弈模型，以投資主體為博弈的參與方，綜合比較不同場景下、不同投資主體存量配網和增量配網互為備用的經濟技術效果，使得不同投資主體所建配電網絡分別達到各自可靠性要求的投資成本最小，解決了由電網公司統一規劃配電網的方法已經不再適應有不同投資主體參與投建的配電網的規劃這一技術問題。

本發明為實現上述發明目的采用如下技術方案：

增量配電業務放開下基于不同投資主體的配電網規劃方法，建立電網公司所投建配電網絡和其它不同投資主體所投建增量配電網絡的優化模型，根據電網公司所投建配電網絡和其它不同投資主體所投建增量配電網絡的優化模型建立非合作博弈模型和合作博弈模型，在非合作博弈模型和合作博弈模型各自的約束條件下求解規劃結果，擇優選擇能夠滿足各投資主體所投建配電網絡優化模型要求的規劃結果作為增量配電業務放開情況下基于不同投資主體的配電網的規劃方案。

優選地，電網公司所投建配電網絡和其它不同投資主體所投建增量配電網絡的優化模型均以經濟性最優為目標函數并考慮了包含潮流約束、電壓約束、可靠性約束的約束條件，

目標函數：kw＝r(1+r)ⁿ/[(1+r)ⁿ-1]，

潮流約束：

電壓約束：vmin≤vp≤vmax，

可靠性約束：asaiw≥asaimin，

其中，上述優化模型在w＝1時表示電網公司所投建配電網絡的優化模型，上述優化模型在w的取值為任意大于1的整數時表示其它不同投資主體所投建增量配電網絡的優化模型，fw、kw、vw、kw'、vw'、nw、asaiw、lw分別為投資主體所投建配電網絡的成本、線路資金回收系數、線路固定運行費用占比、變壓器資金回收系數、變壓器運行費用占比、待選新建線路集合、待選變電站點的集合、節點總數、平均供電可用率、負荷節點總數，cj為支路j中新建一回線路的投資費用，hj為表示在支路j中新建一回線路與否的狀態變量，ci為節點i處新建一變電站的投資費用，hi為表示在節點i處新建一變電站與否的狀態變量，r為貼現率，n為工程經濟適用年限，分別為節點p處發電機發出的有功功率和負荷消耗的有功功率，分別為節點p處發電機發出的無功功率和負荷消耗的無功功率，vp、vq分別為節點p、節點q的電壓，gpq、bpq分別為節點p和節點q的互電導及互電納，θpq為節點p和節點q的電壓相角差，vmax、vmin分別為節點p電壓的最大、最小值，asaimin為平均供電可用率的最小值，nd為負荷節點d處的負荷總數，nb為負荷節點b故障時受影響的負荷數，ub為負荷節點b故障時受影響用戶的年平均停運時間。

優選地，針對電網公司所投建配電網絡和第一、第二投資主體所投建增量配電網絡的優化模型，建立如下合作博弈模型：

聯合規劃電網公司w1所投建配電網絡和第一投資主體w2所投建增量配電網絡、單獨規劃第二投資主體w3所投建增量配電網絡的合作博弈模型(w1,w2)+(w3)，電網公司w1所投建配電網絡和第一投資主體w2所投建增量配電網絡之間增設了一條聯絡線，

聯合規劃電網公司w1所投建配電網絡和第二投資主體w3所投建增量配電網絡、單獨規劃第一投資主體w2所投建增量配電網絡的合作博弈模型(w1,w3)+(w2)，電網公司w1所投建配電網絡和第二投資主體w3所投建增量配電網絡之間增設了一條聯絡線，

單獨規劃電網公司w1所投建配電網絡、聯合規劃第一投資主體w2所投建增量配電網絡和第二投資主體w3所投建增量配電網絡的合作博弈模型(w1)+(w2,w3)，第一投資主體w2所投建增量配電網絡和第二投資主體w3所投建增量配電網絡之間增設了一條聯絡線，

聯合規劃電網公司w1所投建配電網絡和第一投資主體w2所投建增量配電網絡及第二投資主體w3所投建增量配電網絡的合作博弈模型(w1,w2,w3)，電網公司w1所投建配電網絡和第一投資主體w2所投建增量配電網絡及第二投資主體w3所投建增量配電網絡兩兩之間各增設了一條聯絡線。

優選地，合作博弈模型(w1,w2)+(w3)的目標函數f1'為：f1'＝f12+f3，

f12為聯合規劃電網公司w1所投建配電網絡和第一投資主體w2所投建增量配電網絡的目標函數，k12、v12、k12'、v12'分別為電網公司w1和第一投資主體w2聯合投建配電網絡時的線路資金回收系數、線路固定運行費用占比、變壓器資金回收系數、變壓器運行費用占比，聯合規劃在聯絡線斷開時滿足電網公司w1所投建配電網絡和第一投資主體w2所投建增量配電網絡各自優化模型的約束條件，聯合規劃在聯絡線連接時滿足聯合規劃模型(w1,w2)的約束條件：asai12≥asaimin，asai12為電網公司w1和第一投資主體w2聯合投建配電網絡的平均供電可用率，

f3為單獨規劃第二投資主體w3所投建增量配電網絡的目標函數，k3、v3、k3'、v3'分別為第二投資主體w3所投建增量配電網絡的線路資金回收系數、線路固定運行費用占比、變壓器資金回收系數、變壓器運行費用占比。

優選地，合作博弈模型(w1,w3)+(w2)的目標函數f2'為：f2'＝f13+f2，

f13為聯合規劃電網公司w1所投建配電網絡和第二投資主體w3所投建增量配電網絡的目標函數，k13、v13、k13'、v13'分別為電網公司w1和第二投資主體w3聯合投建配電網絡時的線路資金回收系數、線路固定運行費用占比、變壓器資金回收系數、變壓器運行費用占比，聯合規劃在聯絡線斷開時滿足電網公司w1所投建配電網絡和第二投資主體w3所投建增量配電網絡各自優化模型的約束條件，聯合規劃在聯絡線連接時滿足聯合規劃模型(w1,w3)的約束條件：asai13≥asaimin，asai13為電網公司w1和第二投資主體w3聯合投建配電網絡的平均供電可用率，

f2為單獨規劃第一投資主體w2所投建增量配電網絡的目標函數，k2、v2、k2'、v2'分別為第一投資主體w2所投建增量配電網絡的線路資金回收系數、線路固定運行費用占比、變壓器資金回收系數、變壓器運行費用占比。

優選地，合作博弈模型(w1)+(w2,w3)的目標函數f3'為：f3'＝f1+f23，

f1為單獨規劃電網公司w1所投建配電網絡的目標函數，k1、v1、k1'、v1'分別為電網公司w1所投建配電網絡的線路資金回收系數、線路固定運行費用占比、變壓器資金回收系數、變壓器運行費用占比，

f23為聯合規劃第一投資主體w2所投建增量配電網絡和第二投資主體w3所投建增量配電網絡的目標函數，k23、v23、k23'、v23'分別為第一投資主體w2和第二投資主體w3聯合投建配電網絡時的線路資金回收系數、線路固定運行費用占比、變壓器資金回收系數、變壓器運行費用占比，聯合規劃在聯絡線斷開時滿足第一投資主體w2所投建增量配電網絡和第二投資主體w3所投建增量配電網絡各自優化模型的約束條件，聯合規劃在聯絡線連接時滿足聯合規劃模型(w2,w3)的約束條件：asai23≥asaimin，asai23為第一投資主體w2和第二投資主體w3聯合投建配電網絡的平均供電可用率，

優選地，合作博弈模型(w1,w2,w3)的目標函數f123為：k123、v123、k123'、v123'分別為電網公司w1、第一投資主體w2、第二投資主體w3聯合投建配電網絡時的線路資金回收系數、線路固定運行費用占比、變壓器資金回收系數、變壓器運行費用占比，聯合規劃在聯絡線斷開時滿足電網公司w1所投建配電網絡和第一投資主體w2所投建增量配電網絡及第二投資主體w3所投建增量配電網絡各自優化模型的約束條件，聯合規劃在聯絡線連接時滿足聯合規劃模型(w1,w2,w3)的約束條件：asai123≥asaimin，asai123為電網公司w1、第一投資主體w2、第二投資主體w3聯合投建配電網絡的平均供電可用率，

更優地，針對根據電網公司所投建配電網絡和其它不同投資主體所投建增量配電網絡優化模型建立的非合作博弈模型，獨立求解各配電網絡的優化模型以獲取非合作博弈模型的規劃結果。

本發明采用上述技術方案，具有以下有益效果：從配電網的全局規劃出發，考慮不同投資主體所投建配電網的可靠性以及投建的利益，建立現有配電網絡和增量配電網絡的博弈模型，使得各自網絡分別達到可靠性要求的投資成本達到最小，給相關部門或團體的后續實際應用提供解決方案，實現規劃成本和電力安全的最優化。

附圖說明

圖1為本發明配電網規劃方法的總流程圖；

圖2為3個配電網系統的聯絡示意圖。

具體實施方式

下面結合附圖對發明的技術方案進行詳細說明。

如圖1所示為在增量配電業務放開下基于不同配電網投資主體的配電網規劃方法流程圖，下面就各個步驟加以具體說明。

步驟一：對于配電網1、配電網2和配電網3各自單獨進行配電網優化，其優化目標為滿足規定的可靠性要求和約束條件下的規劃成本最小。

由電網公司w1投建的配電網絡的目標函數f1為：

式(1)中，k1為電網公司w1所投建配電網絡的線路資金回收系數；v1為電網公司w1所投建配電網絡的線路固定運行費用占比(％)；cj為支路j中新建一回線路的投資費用(萬元)；hj為為表示在支路j中新建一回線路與否的狀態變量，取值為0或1；為電網公司w1所投建配電網絡的待選新建線路集合；k1'為電網公司w1所投建配電網絡的變壓器資金回收系數；v1'為電網公司w1所投建配電網絡的變壓器運行費用占比(％)；ci為節點i處新建一座變電站投資費用；hi為表示在節點i處新建一變電站與否的狀態變量，取值為0或1，為電網公司w1所投建配電網絡的待選變電站點的集合。

由第一投資主體w2投建的增量配電網絡的目標函數f2為：

式(2)中，k2為第一投資主體w2所投建增量配電網絡的線路資金回收系數；v2為第一投資主體w2所投建增量配電網絡的線路固定運行費用占比(％)；為第一投資主體w2所投建增量配電網絡的待選新建線路集合；k2'為第一投資主體w2所投建增量配電網絡的變壓器資金回收系數；v2'為第一投資主體w2所投建增量配電網絡的變壓器運行費用占比(％)；為第一投資主體w2所投建增量配電網絡的待選變電站點的集合。

由第二投資主體w3投建的增量配電網絡的目標函數f3為：

式(3)中，k3為第二投資主體w3所投建增量配電網絡的線路資金回收系數；v3為第二投資主體w3所投建增量配電網絡的線路固定運行費用占比(％)；k3'為第二投資主體w3所投建增量配電網絡的變壓器資金回收系數，v3'為第二投資主體w3所投建增量配電網絡的變壓器運行費用占比(％)；為第二投資主體w3所投建增量配電網絡的待選變電站點的集合。

該模式下的目標函數f0'為：

f0'＝f1+f2+f3(4)，

式(1)、(2)、(3)中的k1、k2、k3和k1'、k2'和k3'遵循式(4),把不同的工程使用年限帶入即可。

kw＝r(1+r)ⁿ/[(1+r)ⁿ-1],w＝1,2,3(5)，

式(5)中，r為貼現率，n為工程經濟適用年限。

式(1)、式(2)和式(3)均要滿足潮流約束：

式(6)、式(7)中，分別為節點p處發電機發出的有功功率和負荷消耗的有功功率，分別為節點p處發電機發出的無功功率和負荷消耗的無功功率，vp、vq分別為節點p、節點q的電壓，gpq、bpq分別為節點p和節點q的互電導及互電納，θpq為節點p和節點q的電壓相角差。

式(1)、式(2)和式(3)均要滿足電壓上下限約束：

vmin≤vi≤vmax(8)，

式(8)中，vmax、vmin分別為節點p電壓的最大、最小值。

由w1、w2和w3分別規劃的配電網絡的可靠性由平均供電可用率(averageserviceavailabilityindex，asai)衡量：

式(9)中，lw為投資主體所投建配電網絡的負荷節點總數，nd為負荷節點d處的負荷總數，nb為負荷節點b故障時受影響的負荷數，ub為負荷節點b故障時受影響用戶的年平均停運時間。

式(1)、式(2)和式(3)均要滿足配網可靠性約束：

asaiw≥asaimin(10)，

式(10)中，asaimin為平均供電可用率的最小值。

具體的，在進行配電網規劃時，每一種規劃都應滿足asaimin這個指標，若不滿足則增加備用線路或與相鄰網絡增加聯絡線。

具體的，w1、w2和w3各自進行自己區域的配電網規劃，并不進行互聯，各自以自己的目標函數最小，但同時要滿足可靠性的指標約束。

步驟二：對w1、w2和w3組成合作博弈模型(w1,w2)+(w3)、(w1,w3)+(w2)、(w1)+(w2，w3)和(w1，w2，w3)4種，分別對這4種模式進行配電網規劃。

(w1,w2)+(w3)形式，即w1和w2組成合作聯盟進行聯合規劃，且之間增設一條聯絡線；w3單獨進行規劃，(w1,w2)+(w3)形式其目標函數分別為：

式(11)中多加了一條待選線路即為圖2中的l12且為必選線路，

f1'＝f12+f3(13)，

式(11)、式(12)、式(13)中，k12、v12、k12'、v12'分別為電網公司w1和第一投資主體w2聯合投建配電網絡時的線路資金回收系數、線路固定運行費用占比、變壓器資金回收系數、變壓器運行費用占比，

聯合規劃在聯絡線斷開時滿足電網公司w1所投建配電網絡和第一投資主體w2所投建增量配電網絡各自優化模型的約束條件，聯合規劃在聯絡線連接時滿足聯合規劃模型(w1,w2)的約束條件：asai12≥asaimin，asai12為電網公司w1和第一投資主體w2聯合投建配電網絡的平均供電可用率，

(w1,w3)+(w2)形式，即w1和w3組成合作聯盟進行聯合規劃，且之間增設一條聯絡線；w2單獨進行規劃，(w1,w3)+(w2)形式其目標函數分別為：

式(14)中多加了一條待選線路即為圖2中的l13且為必選線路，

f2'＝f13+f2(16)，

式(14)、式(15)、式(16)中，k13、v13、k13'、v13'分別為電網公司w1和第二投資主體w3聯合投建配電網絡時的線路資金回收系數、線路固定運行費用占比、變壓器資金回收系數、變壓器運行費用占比，

聯合規劃在聯絡線斷開時滿足電網公司w1所投建配電網絡和第二投資主體w3所投建增量配電網絡各自優化模型的約束條件，聯合規劃在聯絡線連接時滿足聯合規劃模型(w1,w3)的約束條件：asai13≥asaimin，asai13為電網公司w1和第二投資主體w3聯合投建配電網絡的平均供電可用率，

(w1)+(w2,w3)形式，即w2和w3組成合作聯盟進行聯合規劃，且之間增設一條聯絡線；w1單獨進行規劃，(w1)+(w2,w3)形式其目標函數分別為：

式(18)中多加了一條待選線路即為圖2中的l23且為必選線路。

f3'＝f1+f23(19)，

式(17)、式(18)、式(19)中，k23、v23、k23'、v23'分別為第一投資主體w2和第二投資主體w3聯合投建配電網絡時的線路資金回收系數、線路固定運行費用占比、變壓器資金回收系數、變壓器運行費用占比，

聯合規劃在聯絡線斷開時滿足第一投資主體w2所投建增量配電網絡和第二投資主體w3所投建增量配電網絡各自優化模型的約束條件，聯合規劃在聯絡線連接時滿足聯合規劃模型(w2,w3)的約束條件：asai23≥asaimin，asai23為第一投資主體w2和第二投資主體w3聯合投建配電網絡的平均供電可用率，

(w1，w2，w3)形式，即w1、w2和w3組成合作聯盟進行聯合規劃，且兩兩之間各增設一條聯絡線，共增設三條聯絡線路；其目標函數為：

式(20)中多加了三條待選線路即為圖2中的l12、l13和l23且為必選線路，k123、v123、k123'、v123'分別為電網公司w1、第一投資主體w2、第二投資主體w3聯合投建配電網絡時的線路資金回收系數、線路固定運行費用占比、變壓器資金回收系數、變壓器運行費用占比，聯合規劃在聯絡線斷開時滿足電網公司w1所投建配電網絡和第一投資主體w2所投建增量配電網絡及第二投資主體w3所投建增量配電網絡各自優化模型的約束條件，聯合規劃在聯絡線連接時滿足聯合規劃模型(w1,w2,w3)的約束條件：asai123≥asaimin，asai123為電網公司w1、第一投資主體w2、第二投資主體w3聯合投建配電網絡的平均供電可用率，

步驟三：分析比較5種規劃模式

比較式(13)、式(16)、式(19)和式(20)的大小，且與(4)進行比較。分析這5種規劃模式的結果，w1，w2，w3針對自身情況選出最佳規劃模式。

以上所述僅是本發明的優選實施方式，應當指出：對于本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應視為本發明的保護范圍。