電力體制改革背景下的電力系統規劃設計思路

摘 要：2015年，中央辦公廳發布《關于進一步深化電力體制改革的若干意見》，新一輪電力體制改革正式啟動。本文分析新一輪電力改革相關政策、措施對電力系統規劃工作產生的影響，研究在此背景下電力系統規劃設計的工作思路調整需求。

關鍵詞：電力改革；系統規劃；思路

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.16.156

1 引言

中國經濟已步入新常態，電力體制要與其他領域改革一起不斷推進和深化，隨著2015年中央辦公廳印發《關于進一步深化電力體制改革的若干意見》（中發（2015）9號，下稱9號文），新一輪電力體制改革正式啟動。為保障“9號文”貫徹實施，國家已陸續發布一系列配套文件。

電力系統規劃制定了電力系統的總體發展方案，是電力工業發展的戰略指導，具有十分重要的作用。分析新一輪電改對電力系統規劃的影響，提出該背景下相關工作思路調整需求，利于從源頭保障電改有效實施和電力工業良好發展。

2 電力體制改革對系統規劃的影響

為提高能源利用效率和促進節能環保，本輪電改將重點推進電力交易市場化，促進并保障清潔能源的發展及消納，全面開放分布式能源的市場，加強需求側管理及其相關技術創新，積極推動跨省區電力交易的發展，鼓勵社會資本投資配售電業務等。相關政策、措施的實施，將會對電力系統規劃產生顯著影響，下面從幾方面簡要分析。

2.1 負荷發展

傳統的負荷預測方法是基于歷史統計數據以及對負荷變化有影響的各類因素，總結相關變化規律后建立預測模型得出。在電力市場環境下，電價彈性、需求側管理、宏觀產業結構調整、環保要求、經濟發展速度估計偏差等方面都是直接影響負荷預測的主要因素。引入實時電價制度后，需考慮電價彈性帶來的影響，建立各類負荷的電價彈性響應模型，進而修正和完善現有的負荷預測模型。

9號文及配套文件都明確提出要加強需求側管理，從而有利于削減或轉移高峰用電負荷、節約大量電源電網投資、提升電力應急保障能力、消納可再生能源發電、推動智能電網新技術的應用和發展、促進節能減排等。這將改變電力用戶的用電行為，從而改變電力負荷需求，影響電網側的經濟性、潮流分布、系統供電可靠性、電能質量、增進市場競爭性等。

2.2 電源開發

在電力市場中，電源上網電價預測和負荷預測是優化決策的兩個基本條件。電廠投資者根據上網電價預測結果選擇場址并評估盈利前景。電價預測比負荷預測更為困難，上網電價變化不具備增長性，而且受到供需變化、燃料價格波動、網絡阻塞等更多非確定性因素影響，這些因素很難檢測和量化，難以納入電價預測模型，進而加大電源開發決策難度。另外，風電及光伏等清潔能源大規模開發利用顯著增加了電力系統規劃難度。

集中式清潔能源發電的影響主要體現在電源側和電網側。電源側的風電及光伏隨機性和間歇性強烈，影響電量平衡計算與分析精度，增加電源規劃難度（特別是調峰、調頻電源規劃）；為了更好地消納，需要考慮上網變電設備的規劃，增加變電站規劃的工作內容；電源出力極易受氣候因素影響，對近區電網產生較大的潮流波動，大量電力電子器件帶來諧波，配套的無功補償設備可能和電網線路電抗諧振帶來諧波，從而影響電能質量。在電網側，隨著接入大規模清潔能源，電網的系統慣量、潮流分布、線路輸送功率都將改變，影響電網暫態穩定性，在規劃設計中需充分考慮機組選型、電網拓撲及運行方式等帶來的影響；如果送出線路較長，與高電壓等級電網電氣距離較大，可能還會造成動態穩定問題；清潔能源大規模開發利用，可能會降低某些變電設備利用率、增加電網調壓、調峰及調頻方面費用，影響電力系統經濟性。

分布式發電的電源數量多、安裝位置分散且靠近用戶側，分布式電源選址、容量、與電網的連接方式及故障處理方法影響電力系統負荷預測精度、配電網供電質量和供電可靠性。在電源側，分布式發電增加電源出力預測的不確定性，加大電源規劃的難度（特別調峰調頻機組計劃安排），也增加負荷預測的不確定性，影響電量平衡分析的精確度。在電網側，配電網接入分布式電源后，系統結構由放射型變為多電源型，潮流隨之發生變化，短路電流水平也增加，潮流預測及控制更為困難，影響電網損耗；配電網電壓波動頻繁，加大無功電壓規劃難度。由于更靠近負荷側，裝機容量較大的分布式電源啟停可能會造成用戶電壓閃變；大量非線性負載還會引起諧波污染。

2.3 系統潮流變化

電力市場環境下，電網調度將依照電廠報價高低來確定成交電價、成交量及優先調度次序，這造成系統潮流不確定性；各電廠按實現利潤最大化安排生產，競價策略不斷調整，市場平衡點因此會不斷變化；用戶將自主選擇電力供應商，電力供求關系變化會更為頻繁，很可能產生大規模、遠距離的輸電交易，電網不僅需要盡可能利用現有網絡傳輸足夠的區域容量，而且需要建設新的輸電線路減少潮流動態變化造成的輸電網絡阻塞。

電力市場改革把經濟性提到了一個新高度，未來OPF（最優潮流優化）應該積極尋找提高系統運營效率和經濟效益的規律和方法，追求系統運行總成本最低或者基于交易規則使整個市場購電費用最低。

2.4 系統安全可靠性

傳統電網系統中，可靠性高于經濟性；而在電力市場中，可靠性服務于經濟性，市場參與者對經濟利益的追求是維持電網安全可靠運行的主要動力，安全性將融于經濟性，電網運行決策將由安全性、可靠性和經濟性共同決定。

電網公司為了獲得更大的經濟利益，將根據靜態穩定儲備所能帶來的經濟利益確定儲備系數大小，由經濟效益決定備用容量、確定N-1標準是否執行及執行到什么程度；提高系統安全可靠性的除了改善網絡結構，還可能通過切機、切負荷等措施；暫態穩定計算時，將綜合考慮各類故障概率、可能的負荷損失、面向暫態穩定性提高需要的投入及維護費用等，確定最有利的網絡方案。

系統中的設備分屬不同公司時，某公司的設備故障可能使其他公司設備被切除；與傳統系統相比，電力系統規劃設計、運行中對繼電保護配置需要采用不同的方案；由于各市場主體相互獨立，電網公司也需要事先與其他各方達成協議，明確切機、切負荷、解列等賠償原則，以便在運行穩定性受威脅時按協議采取措施。

2.5 輸電網規劃

電力市場環境下，輸電網規劃將面臨負荷、電源、潮流、設備投退、競爭關系、政策、社會經濟、商業模式、投資收益等方面更多的不確定性因素。輸電網規劃過程中需要充分考慮并客觀合理地描述這些不確定因素，建立更恰當的輸電網規劃模型，有效提高規劃靈活性及適應性，避免投資和安全運行風險。

2.6 配售電側規劃

隨著增量配電投資業務的有序開放，納入配電網規劃需要考慮的主體變得多元化；配電網規劃將面臨更多個性化要求，輸電、售電環節也應在規劃中考慮，規劃內容由此變得更加多樣化；在規劃中需要全面細致考慮伴隨分布式能源的復雜性以及不確定性，使配電網靈活性更高；配電網規劃指導思想轉變為電力綜合資源優化，政府對電力規劃的統籌監管職能進一步強化，更加注重有效合理地協調各級、各類規劃間的關系，更謹慎地審批配電網規劃。

售電側的改革將打破售電市場及增量配電網市場的壟斷、降低電價、促進清潔能源發展、提高能源利用效率。配售電新進市場主體為保障自身設備充分利用、獲取更多投資收益，將會在用戶側廣泛開展需求側管理，影響用戶負荷特性；同時還將會大力推廣電能替代技術，豐富電力系統負荷類型，增加用電量。在電源側，配售電新進市場主體為促進資本利益最大化，將會積極利用分布式發電及儲能技術，增加電源規劃及出力預測難度。在電網側，配售電新進市場主體為降低運營成本，滿足用戶差異化供電需求，給用戶提供更優質的電力服務，將會對上級輸配電網安全、可靠、靈活供電提出更為苛刻的要求。

2.7 電力市場技術支持系統

不同階段的電力市場技術支撐平臺構建要求取決于市場運營模式。在電力市場環境下，市場模式由原來的發電側單邊市場變為發電側、用電側聯動的雙邊市場；因而技術支撐平臺的業務融合度更高，與調度、營銷、財務、計量等系統需要高度融合，及時交互電網運行、電能計量、電能結算等大量信息；技術支撐平臺應至少包括EMS、電能計量、負荷和電價預報、自適應性評估管理、合同管理、期貨交易管理、調度決策支持、即時信息、結算、發電公司競價管理、配電公司及大用戶數據申報等系統，支持系統服務對象劇增也使得系統計算的復雜性和實時性要求更高。

3 工作思路及對策

3.1 規劃思路轉變

電力市場環境下，電網規劃的最終目標仍然需要面向社會效益，但各方的直接目的將由成本最小化變為利潤最大化，幫助電網投資者實現利潤最大化是電網規劃的重要目標，主要問題是如何較好地實現投資回收。為了滿足電力需求及安全運行需要，電力系統的規劃目標、方式、方法等需要做很大調整。電網規劃的關鍵步驟是基于發電、輸電、和負荷規律，量化各方面風險，同時從經濟角度和工程多角度評估各類規劃方案，有效降低風險。

3.2 輸電網規劃

隨著發電和輸電環節的分離，輸電網規劃目標不再單以社會利益最大化，同時還要追求利益最大化，規劃方案需要綜合考慮經濟性和可靠性。需求側管理使人們重新認識供電可靠性，用戶為了更高的供電可靠性愿意支付相應費用，電價需要對此有所考慮；電網規劃建設除了投資成本、運行成本，還應考慮由于缺電帶來的需求側缺電損失成本。

電力市場環境下，輸電網規劃面臨的首要問題是充分認識和量化所面臨的大量不確定性因素，使規劃方案更加合理，隨機規劃、灰色規劃、模糊規劃、盲數規劃、集對理論規劃、聯系數理論規劃、多場景分析等方法都有比較好的實際借鑒意義。另外，電網運行要保證充分滿足用戶的用電需求，順利實現各方之間的電力交易，還需積極應用阻塞管理的輸電網規劃方法。

3.3 配網規劃

電力負荷預測的準確性會直接影響配電網規劃質量。除了傳統負荷，電力市場環境下的負荷預測還要考慮電動汽車等新型負荷，這些新型負荷增加給規劃帶來更多關于隨機性和間歇性的新難題。配電網規劃中，需要積極創新研究基于不確定性負荷預測方法及規劃方法，靈活設計網架結構，在保證可靠性前提下，幫助減小建設成本。

4 結論

新一輪電力體制改革使得電力系統規劃工作面臨市場主體多元化、規劃內容多樣化、規劃需求更嚴格、不確定性更突出等典型挑戰，電網規劃者需要深入研究行業發生的深刻變化，主動變革規劃設計的指導思想適應時代要求，積極思考各方利益訴求，合理統籌技術經濟、需求側、環境、社會、經濟等需求，尤其需要認真分析各類不確定因素，主動管理相關風險，從而制定輸出具有良好適應性、和靈活性規劃方案，才能更好地保證優化綜合資源利用，實現良好的經濟、環境和社會效益。

參考文獻：

[1]沈紅宇，陳晉，歸三榮等.新一輪電力改革對電網企業配電網規劃的影響與對策.電力建設，2016.

[2]李昉.市場機制下電網規劃研究.天津大學博士論文，2008.

[3]《關于進一步深化電力體制改革的若干意見》（中發[2015]9號）[S].

[4]《關于完善電力應急機制做好電力需求側管理城市綜合試點工作的通知》（發改運行[2015]703號）[S].

作者簡介：李榮昌（1982-），男，云南大理人，工程師，主要研究方向：電力系統自動化及行業解決方案等。