增量配電網差異化配電價格模型研究與應用

錢佳佳，陸曉芬，馮 昊，王慧芳

（1.浙江大學電氣工程學院，杭州 310027；2.浙江省電力有限公司經濟技術研究院，杭州 310008）

0 引言

隨著新一輪電力改革的推進，增量配電網逐步向社會資本放開，投資收益將是社會資本考慮的重要因素。增量配電網配電價格的制定直接影響投資收益大小，需重點研究。2017 年12 月，國家發改委發布《關于制定地方電網和增量配電網配電價格的指導意見》，要求省級價格主管部門制定并公布配電區域內電力用戶與配電網結算的分電壓等級、分用戶類別配電價格。配電網企業可結合負荷率等因素制定配電價格套餐，由電力用戶選擇執行，但其水平不得超過省級價格主管部門制定的該類用戶所在電壓等級的輸配電價。配電價格確定前，電力用戶與配電網結算的輸配電價暫按其接入電壓等級對應的現行省級電網輸配電價執行[1]。目前我國正在推行以準許成本加合理收益為定價原則的輸配電價改革，歷經試點破冰、擴圍提速到全面覆蓋，32 個省級電網輸配電價核定工作全部完成，但各省核定的輸配電價差距較大，且核定結果也不盡合理。若增量配電網配電價格統一按現行省級電網輸配電價執行，則無法實現不同負荷特性的用戶差異化電價，可能會降低用戶積極性。因此對于配電網企業，如何制定合理的配電價格模型，既能保證配電網企業的成本回收和合理收益，又能實現不同負荷特性的用戶差異化電價，成為目前亟待解決的問題。

針對增量配電網配電價格，目前研究多側重于定價機制和模式的探討，而對增量配電網配電價格進行建模和求解的文獻不多。如文獻[2-4]梳理了輸配電價改革與深化電力體制改革的關系，分析了我國輸配電價改革進程、特點以及面臨的機遇挑戰，對輸配電價核定提出了相關建議，但并未提出具體的電價模型；文獻[5]根據輸配電價改革的政策方案，建立了省級電網輸配電價的核算模型，但該模型適用于省級電網輸配電價核定，并不一定適用于配電網企業針對電力用戶制定的配電價格方案；文獻[6]提出了基于全壽命周期成本的增量配電價格測算方法，在成本核算時，綜合考慮設備投資成本、運行成本、故障成本和報廢成本以及系統的線損成本和缺電成本，真實反映了項目全壽命周期的成本，但該方法并未針對不同電力用戶的負荷特性制定差異化配電價格。

鑒于此，本文提出了一種可針對不同增量配電網項目以及不同負荷特性的電力用戶制定差異化配電價格的增量配電網配電價格制定模型，并利用全壽命周期成本理論和綜合權重計算方法對模型進行了求解，最后以某增量配電網項目作為算例進行了應用，并對不同網架方案下的配電價格核定結果進行了比較分析。

1 增量配電網差異化配電價格模型

根據《關于制定地方電網和增量配電網配電價格的指導意見》，增量配電網配電價格的制定和省級電網輸配電價核定方法總體相似，以“準許成本加合理收益”為原則，形成與新增投資、電量變化、供電可靠性和服務質量等因素掛鉤的浮動調價機制[7]。本文提出的增量配電網差異化配電價格模型，將配電價格分為基本配電價格和附加配電價格兩部分，模型如下：

式中：Ms為配電網企業向該增量配電網項目中負荷節點s 處用戶收取的配電價格，其值不得超過省級價格主管部門制定的該類用戶所在電壓等級的輸配電價格；Mb為基本配電價格，本文擬按照“準許成本加合理收益”原則，根據項目全壽命周期成本和基準收益進行核定；Msf為負荷節點s 處用戶的附加配電價格，根據不同電力用戶的負荷特性進行差異化制定。

本文選取負荷節點s 的負荷率ηs、供電可靠率ASAIs和平均用電量Qs作為負荷特性因素。對于高負荷率、低供電可靠率和大用電量用戶，制定較低的附加配電價格；而對于低負荷率、高供電可靠率和小用電量用戶，制定較高的附加配電價格，從而實現不同負荷特性的用戶差異化電價。由于3 個特性因素量綱不同，需對其進行標準化處理。設上述3 個特性因素作標準化處理后得到相應的歸一化變量ηs′，ASAIs′和Qs′；本文假設Msf與歸一化變量ηs′，ASAIs′和Qs′線性相關，Kf1，Kf2和Kf3分別為上述歸一化變量的綜合權重；Kf為附加配電價格系數，反映了附加配電價格在總配電價格中的占比。

2 模型求解

2.1 基本配電價格核定

按照“準許成本加合理收益”原則，對基本配電價格進行核定。其中準許成本考慮增量配電網項目全壽命周期成本；合理收益考慮配電網企業對投資項目的基準收益率[8]，即可接受的投資項目最低標準的收益水平。

對于增量配電網全壽命周期成本，可按如下公式計算：

式中：LCC 為增量配電網全壽命周期成本；IC 為建設成本；OC 為運維成本；FC 為故障成本；DC為報廢成本。

（1）建設成本。指增量配電網所付出的初始投資成本。該成本發生在壽命周期初期，屬于一次性投入成本，主要包括設備購置費、建筑工程費、安裝調試費等。

（2）運維成本。包含增量配電網日常運行維護所需要的材料費、檢修費、人工費等以及運行損耗成本。運維成本貫穿于整個壽命周期，每年均會發生。年度日常運行維護費用可按一定的運維費用率估算；年度運行損耗成本可通過估算增量配電網年平均運行損耗電量得到。

（3）故障成本。指由于設備故障中斷供電所造成的停電損失成本。故障成本亦貫穿于整個壽命周期，每年均會發生。年度故障成本可通過估算年平均缺失電量總和以及單位缺電成本而得到。各負荷節點的年平均缺失電量可采用故障元件枚舉法[9]，根據配電網元件故障導致用戶的停電時間來估算。

（4）報廢成本。發生在全壽命周期的最后一年年末，主要包括設備報廢處理費用和設備殘值，分別按設備報廢處理費用率和設備殘值率估算。

對于配電網企業，增量配電網運營的主要收益是配電服務費用。另外，隨著技術持續進步、政策不斷完善、成本顯著降低，分布式發電規模日益增大，與傳統大容量集中式發電一起向各類用戶提供電能。2017 年10 月，國家發改委發布《關于開展分布式發電市場化交易試點的通知》，鼓勵分布式發電項目與電力用戶進行電力直接交易，同時向電網企業支付“過網費”。過網費核定前，暫按電力用戶接入電壓等級對應的省級電網公共網絡輸配電價（含政策性交叉補貼）扣減分布式發電市場化交易所涉最高電壓等級的輸配電價格收取[10]。因此配電網企業收益由兩部分組成，一部分為用戶使用由配電網供電的電量所產生的配電服務費，另一部分為用戶使用分布式電源所交的過網費，設Rt為配電網企業年度收益，計算公式如下：

式中：T 為項目壽命周期；Xt為第t 年項目凈現金流量；LCCt為LCC 中第t 年的成本。將全壽命周期成本計算公式（3）和企業年度效益計算公式（4）—（6）分別代入公式（8）中的LCCt和Rt，再將公式（8）代入公式（7），最終可得該增量配電網項目的基本配電價格。若核定得到的基本配電價格高于省級價格主管部門制定的該類用戶所在電壓等級的輸配電價，說明此項目無法收獲基準收益，需調整項目投資規劃方案，重新進行核定。

2.2 附加配電價格計算

按照附加配電價格制定原則，用戶的負荷率越高、供電可靠性要求越低、用電量越高，制定的附加配電價格應該越低，因此負荷率和用電量為逆序變量，而供電可靠率為正序變量。

由公式（2）可知，計算附加配電價格首先要對負荷特征因素ηs，ASAIs和Qs進行標準化處理，得到歸一化變量ηs′，ASAIs′和Qs′，計算公式如下：

式中：Rpdt為配電網企業向用戶收取的年度配電服務費；Rgwt為配電網企業向用戶收取的年度過網費；Qst為第t 年負荷節點s 的用電量；QDGst為第t 年負荷節點s 處用戶使用的分布式電源電量；Mgw為交易單位分布式電源電量所收取的過網費，暫按電力用戶接入電壓等級對應的輸配電價減去分布式發電市場化交易所涉最高電壓等級輸配電價之差收取；Mgr為配電網向上級電網購入電價。核定基本配電價格時，不考慮附加配電價格的額外收益，即認為公式（5）中Ms=Mb。

按照“準許成本加合理收益”原則核定基本配電價格，使增量配電網項目在全壽命周期內的收益水平達到基準收益率。設基準收益率為a，滿足如下公式：

式中：min（ASAIs）和max（ASAIs）分別為各負荷節點供電可靠率的最小值和最大值；min（ηs）和max（ηs）分別為各負荷節點負荷率的最小值和最大值；min（Qs）和max（Qs）分別為各負荷節點年平均用電量的最小值和最大值。

標準化處理后，本文擬采用層次分析法和熵權法相組合的綜合權重計算方式[11]獲得各變量的綜合權重。首先利用層次分析法[12]，通過建立遞階層次結構模型、利用T.L.Saaty1-9 比率標度法[13]構造各層次的所有判斷矩陣、計算層次單排序的權值和一致性檢驗、計算層次總排序的權值和一致性檢驗，得到各變量的主觀權重U；然后采用熵權法[14]得到各變量的客觀權重V，熵權法具體步驟如下：

（1）構建各變量的標準化數據矩陣C

（2）計算各變量信息熵E

（3）計算各變量客觀權重V

式中：υj為第j 個變量的客觀權重。

最后按以下公式計算得到綜合權重：

式中：uj為第j 個變量的主觀權重；Kfj為第j 個變量的綜合權重。

綜上所述，將負荷特性因素的標準化處理和綜合權重計算結果代入公式（2）中，可得到不同負荷節點的附加配電價格。最終計算得到該增量配電網項目中各負荷節點的差異化配電價格。若核定的基本配電價格低于輸配電價，但加上附加配電價格后，出現某負荷節點核定的配電價格高于輸配電價格，則對該負荷按輸配電價收取費用。

3 算例分析

3.1 算例參數

設某配電網企業計劃投資一個增量配電網項目，該項目為工業園區，區域內擬投建6 個工業集群區，項目規劃壽命周期T 為25 年。經綜合分析，該項目擬采用單環網方案，使用電纜供電，由110 kV 變電站A 和變電站B 引出，電纜線路電壓等級為10 kV，如圖1 所示。該地區用戶均以10 kV 電壓等級接入配電網。表1 為6 個工業集群區的平均負荷容量和平均負荷率，表2 為線路參數，表3 為經濟和技術參數，表4 為配電網元件可靠性參數，上述參數的設定參考了相關文獻和實際工程數據。設該增量配電網項目中，各工業集群區使用的分布式電源容量占用電量比例約為15%。

表1 各工業集群區的平均負荷容量和平均負荷率

表2 線路參數

3.2 計算結果及分析

（1）基本配電價格核定

表4 配電網元件可靠性參數

首先對增量配電網項目全壽命周期成本進行估算，估算結果為：建設成本IC=3 231.2 萬元；年度運維成本OCt=369.9 萬元； 年度故障成本FCt≈0 萬元；報廢成本DC=-161.6 萬元。由計算結果可知，增量配電網項目初始建設成本較高，年度運維成本和報廢成本相比建設成本較小，但全壽命周期內累積的總運維成本較高。由于本項目采用單環網方案，在主電源、變電站或電纜線路故障時可實現負荷轉供，且轉供操作時間很短，可忽略不計，因此用戶停電損失可視為零，即年度故障成本為零。

然后根據公式（4）—（8），可計算得到基準收益率為25%時，該增量配電網項目核定的基本配電價格Mb=0.415 2 元/kWh＜0.425 0 元/kWh，即基本配電價格低于該區域核定的10 kV 電壓等級輸配電價格，說明該項目在此規劃方案下能獲得基準收益。

（2）附加配電價格計算

首先根據常用的配電網可靠性計算方法[15]得到各負荷點的供電可靠率，計算結果為：節點1，ASAI1=0.999 18；節點2，ASAI2=0.999 09；節點3，ASAI3=0.999 02；節點4，ASAI4=0.999 03；節點5，ASAI5=0.999 10；節點6，ASAI6=0.999 22。 至此，各負荷的負荷率、供電可靠率和平均用電量的原始數據均已獲得。

然后利用T.L.Saaty1-9 比率標度法構造3 個負荷特性變量的判斷矩陣A：

建立判斷矩陣后，利用層次分析法得到各變量的主觀權重U。采用熵權法，根據公式（9）—（13）得到各變量的客觀權重V，最終根據公式（14）得到綜合權重，如表5 所示。

表5 各變量的權重計算結果

將歸一化后的各變量ηs′，ASAIs′和Qs′代入公式（2）中，得到各負荷節點的附加配電價格，加上基本配電價格后最終得到各負荷節點的配電價格，如表6 所示。

表6 各負荷節點的附加配電價格和總配電價格

由表6 可知，由于各個負荷節點的負荷特性不同，最終計算得到的附加配電價格和配電價格亦不同。如負荷節點6 的負荷率最低、用電量最少且供電可靠率最高，則向其收取的附加配電價格和配電價格在6 個節點中最高。另外，由于各負荷節點配電價格不得超過省級價格主管部門制定的該類用戶所在電壓等級的輸配電價格，而各負荷節點中只有負荷節點6 的配電價格高于0.425 0 元/kWh，因此負荷節點6 按照0.425 0元/kWh 收取配電費，其余負荷節點按照模型核定的配電價格收取配電費。

（3）不同網架方案配電價格的比較

由增量配電網差異化配電價格模型可知，基本配電價格根據項目全壽命周期成本和基準收益核定，而附加配電價格根據電力用戶的負荷特性差異化制定。對于同一個增量配電網項目，采用不同的網架方案將直接影響全壽命周期成本；且不同網架方案下負荷點的供電可靠性不同，亦會導致附加配電價格的差異。基于算例，本文對不同網架方案的配電價格進行了比較分析。在其他條件不變的情況下，對單電源雙回線方案和雙環網方案進行配電價格核定。2 個方案的網架結構分別如圖2 和圖3 所示。

同理，對單電源雙回路方案和雙環網方案進行全壽命周期成本計算和可靠性計算，結果如表7 和表8 所示。由表7 可知，對比單環網方案，單電源雙回路方案電纜溝等敷設總長略微變小，但所需電纜長度增長較多；雙環網方案電纜溝等敷設總長不變，但所需電纜長度翻倍，最終兩者建設成本均高于單環網方案，相應后期的運維成本以及末期的報廢成本隨之提高。由于單電源雙回路方案采用單電源供電，當電源故障時會造成全部負荷失電，產生停電損失；而雙環網方案同單環網一樣，設備故障時可實現負荷轉供，且轉供操作時間很短，可忽略不計，因此用戶停電損失可視為零，即年度故障成本為零。由表8 可知，對比單環網方案，單電源雙回路方案的供電可靠率低于單環網方案，而雙環網方案的供電可靠率高于單環網方案。

表7 全壽命周期成本

計算得到基準收益率同為25%時，單電源雙回路方案和雙環網方案核定的基本配電價格分別為0.418 9 元/kWh 和0.419 5 元/kWh，兩者均小于0.425 0 元/kWh。相比于單環網方案，單電源雙回路方案和雙環網方案的基本電價分別提高了0.003 7 元/kWh 和0.004 3 元/kWh。最后，通過原始數據歸一化處理和綜合權重計算，可得到單電源雙回路方案和雙環網方案的附加配電價格，加上基本配電價格后，得到最終的配電價格，結果如表9 所示。

表8 可靠性計算結果

表9 配電價格核定結果

由表9 可知，單電源雙回路方案和雙環網方案最終核定的各個負荷節點配電價格均高于單環網方案。且單電源雙回路方案中負荷節點1，2 和6 的配電價格高于該電壓等級輸配電價，應按照該電壓等級輸配電價格0.425 0 元/kWh 收取配電費；同理，雙環網方案中負荷節點2，4 和6 亦按照0.425 0 元/kWh 收取配電費。對比3 種網架方案的計算結果可知，不同網架方案的配電價格核定結果不同，增量配電網網架結構對配電價格核定結果有較大影響。對于此增量配電網項目，單環網方案的供電可靠性相比單電源雙回路方案有明顯提升，但略低于雙環網方案；而單環網方案的各負荷節點配電價格均低于單電源雙回路方案和雙環網方案，更能被用戶接受。綜合考慮可靠性和經濟性，此項目應優選單環網方案。

圖2 單電源雙回路方案

圖3 雙環網方案

4 結語

為了保證配電網企業的成本回收和合理收益，同時實現不同負荷特性用戶的差異化電價，本文提出了一種增量配電網配電價格制定模型，將配電價格分為基本配電價格和附加配電價格。基本配電價格按照“準許成本加合理收益”原則，根據項目全壽命周期成本和基準收益進行核定，基本配電價格保證了配電網企業的成本回收和合理收益；附加配電價格根據不同用戶的負荷特性差異化制定，實現了不同負荷特性用戶的差異化電價。然后利用全壽命周期成本理論和綜合權重計算方法對模型進行求解。最后以某增量配電網項目作為算例進行應用，并比較分析了不同網架方案下配電價格核定結果的差異。算例結果驗證了所提模型的有效性。增量配電網配電價格制定模型的建立，提高了配電網企業投資優化能力，使其在未來增量配電網市場具有更大競爭力。