疆電與河西風(fēng)電外送對西北電網(wǎng)網(wǎng)損影響

王燕，周鑫

（西北電網(wǎng)有限公司，陜西西安710048）

西北區(qū)域為我國能源資源的富集區(qū)和戰(zhàn)略儲備區(qū)，煤炭、水能、風(fēng)能和太陽能等資源儲藏豐富，是我國“西電東送”的重要源頭之一[1-3]。西北不同?。▍^(qū)）具有不同的能源分布優(yōu)勢，跨區(qū)外送及省間電能資源互補潛力巨大。目前，新疆與西北750 kV聯(lián)網(wǎng)工程、甘肅千萬kW級風(fēng)電一期外送工程建成投運，開辟了“疆電外送”和甘肅河西地區(qū)風(fēng)電外送的重要通道，促進了國家西部大開發(fā)戰(zhàn)略的實施，有力推動了新疆能源資源優(yōu)勢以及甘肅清潔能源優(yōu)勢的轉(zhuǎn)化利用[4-5]。同時，隨著西北750 kV電網(wǎng)骨干網(wǎng)架基本成型，330 kV電網(wǎng)將逐步解環(huán)運行，主要承擔省網(wǎng)內(nèi)部潮流分配和輸送的任務(wù)，750 kV電網(wǎng)必將承擔更多的跨區(qū)跨省功率交換任務(wù)。

當前西北電力市場的網(wǎng)損分攤方法雖然取得了較好的效果，但是電網(wǎng)結(jié)構(gòu)的快速變化、跨區(qū)跨省潮流交換規(guī)模的迅速增大以及電網(wǎng)資產(chǎn)的歸屬變更，都對西北電網(wǎng)的網(wǎng)損產(chǎn)生重大影響，給電網(wǎng)的網(wǎng)損管理帶來一系列新問題，分析研究各類交易情況下750 kV網(wǎng)損情況，形成符合最新市場特性的更加公平、合理的網(wǎng)損分攤機制，無論對提高整個西北電力系統(tǒng)的經(jīng)濟效率，還是對電網(wǎng)間用戶的公平開放，都有重大意義。

本文在西北750 kV電網(wǎng)初步成型、河西風(fēng)電大規(guī)模接入、跨區(qū)跨省交易大規(guī)模展開的背景下，研究了國內(nèi)外電力市場中的網(wǎng)損分攤方法，著重計算分析了“疆電外送”及河西風(fēng)電大規(guī)模上網(wǎng)等跨區(qū)跨省電能交易對西北網(wǎng)損的影響，提出了對西北電力市場現(xiàn)行網(wǎng)損分攤機制的補充方法，提高了市場效率與公平。

1 國內(nèi)外電力市場中的網(wǎng)損分攤

網(wǎng)損分攤目前有兩種思路，一種是利用邊際成本定價理論所得到的節(jié)點電價一攬子解決能量、損耗、阻塞等分攤問題[6]；一種是單獨對輸電損耗成本進行分攤，主要包括郵票法[7-8]、合同路徑法[9]、邊際類方法[10]、損耗增量法[11]、潮流追蹤法[12]等。由于目前對損耗分攤問題的研究仍處于探討、摸索階段，在國內(nèi)外電力市場中實際采用的損耗分攤方法也各不相同。英國電力市場采用的是一種基于平均網(wǎng)損的統(tǒng)一定價，即按照郵票法分攤損耗，此種方法計算簡單，結(jié)果相對穩(wěn)定，有利于維持電力交易的同一性和流暢性，但該方法沒有考慮位置因素，一方面造成缺乏長期和短期經(jīng)濟信號[13]，另一方面造成對市場成員的不公平。在北歐電力市場[14]網(wǎng)損被視為是TSO的“電能消耗”，要以雙邊合同的方式或在交易所中購買，購買輸電損耗的成本通過節(jié)點式電價機制的輸電費率進行分攤和回收，體現(xiàn)了市場成員的位置因素，但也與所發(fā)生的交易無關(guān)。澳大利亞國家電力市場[15]采用的是一種基于分區(qū)的邊際損耗系數(shù)方法，輸電損耗以邊際損耗系數(shù)的形式包含在節(jié)點電價中實現(xiàn)分攤，與北歐電力市場中的節(jié)點式輸電費率具有一定相似性，此外在澳大利亞國家電力市場中，各點的邊際網(wǎng)損系數(shù)不僅用于損耗的結(jié)算，還在發(fā)電與負荷參與競價時對其報價予以網(wǎng)損修正。美國PJM電力市場中采用節(jié)點電價機制，長期的運營實踐表明，忽略損耗的節(jié)點電價在經(jīng)濟運行、輸電權(quán)交易方面存在一些問題，因此PJM正在策劃摒棄目前所使用的平均網(wǎng)損系數(shù)法，而將邊際網(wǎng)損系數(shù)引入節(jié)點電價[16]，以考慮損耗對競價交易以及對節(jié)點電價的影響，事實上，在美國的紐約（NY）、新英格蘭（NEISO）、中西部電力系統(tǒng)運營（MISO）中均采用的是邊際損耗系數(shù)法。在我國國內(nèi)，不同區(qū)域市場根據(jù)其交易特點選取了不同的網(wǎng)損分攤方法，華東區(qū)域電力市場[17-18]選擇了符合邊際概念、經(jīng)濟信號較強的邊際損耗系數(shù)法；東北區(qū)域電力市場中[19-20]的發(fā)電報價網(wǎng)損修正采用了潮流追蹤算法；南方電力市場中的發(fā)電報價網(wǎng)損修正采用平均網(wǎng)損系數(shù)法[21]。

通過研究國內(nèi)外典型電力市場中所采用的損耗分攤方法，我們可以看出各電力市場因市場運營模式、市場對損耗分攤算法的要求等諸多因素的不同，選擇的損耗分攤方法也有所不同，但這些方法通常具有原理明確、計算簡單等特點。

2 西北電網(wǎng)網(wǎng)損管理及分攤現(xiàn)狀

2002年網(wǎng)省分離之后，在當時的跨省互供電管理辦法中規(guī)定，跨省聯(lián)絡(luò)線電量的計量按照“誰受電誰背線損”的原則確定，即從送出端計量。這樣在功率交換時，受電省承擔了聯(lián)絡(luò)線損耗。由于甘肅電網(wǎng)地處西北電網(wǎng)中部，承擔了各省網(wǎng)交換電量造成的轉(zhuǎn)運網(wǎng)損、聯(lián)絡(luò)線網(wǎng)損（含750 kV聯(lián)絡(luò)線）、原西北電網(wǎng)公司資產(chǎn)網(wǎng)損，西北電網(wǎng)公司在年末用現(xiàn)金形式，以全年交易電量作為基數(shù)對甘肅進行一次性聯(lián)絡(luò)線網(wǎng)損補償。

2007年后，對于跨省聯(lián)絡(luò)線計量一直沿用從送出端計量這一方式至今，750 kV跨省聯(lián)絡(luò)線投運后也是如此。

2008年西北電力交易中心先后制訂了一系列規(guī)范跨區(qū)跨省交易的管理辦法，其中針對轉(zhuǎn)運網(wǎng)損分攤專門制定了《西北電網(wǎng)跨地區(qū)電能交易轉(zhuǎn)運網(wǎng)損補償實施細則》，規(guī)定每一筆交易都由送出方用電量補償?shù)男问较蜣D(zhuǎn)運省提供轉(zhuǎn)運網(wǎng)損補償。此細則明確了轉(zhuǎn)運網(wǎng)損分攤原則、轉(zhuǎn)運網(wǎng)損補償率、轉(zhuǎn)運方以及轉(zhuǎn)運網(wǎng)損分攤方法。對于轉(zhuǎn)運網(wǎng)損補償率，根據(jù)目前西北電網(wǎng)的實際情況，如果采用節(jié)點電價法或者邊際成本法等方法來進行網(wǎng)損分攤，存在一些困難：目前，西北網(wǎng)調(diào)的SCADA系統(tǒng)只能夠采集到網(wǎng)調(diào)調(diào)管的750 kV及330 kV線路和機組的實時功率值，這些信息不足以支持在線進行潮流追蹤計算或者邊際成本計算的功能。所以，這兩種辦法雖然較為準確，但是在西北電網(wǎng)實際運行中用于電量結(jié)算，目前還不具備條件?，F(xiàn)有辦法是首先確定轉(zhuǎn)運網(wǎng)損補償率，然后以交易電量作為基數(shù)計算補償電量，其中補償率是按照前3 a轉(zhuǎn)運省主網(wǎng)架（330 kV及以上電壓等級電網(wǎng)）實際網(wǎng)損率的平均值計算得到的，這一計算辦法完全符合《關(guān)于促進跨地區(qū)交易的指導(dǎo)意見》（發(fā)改能源292號文件）的規(guī)定，并且已經(jīng)執(zhí)行將近4 a時間，該辦法公開透明且操作簡便，在西北網(wǎng)內(nèi)得到一致認可。但是該辦法并未突出補償電量是由轉(zhuǎn)運交易而額外產(chǎn)生的網(wǎng)損電量，因而有必要對轉(zhuǎn)運網(wǎng)損補償率的計算方法做進一步改進。

目前，西北電網(wǎng)沒有對省間調(diào)峰等原因造成的非交易的穿越電量進行分攤，原因是對于這部分電量難以確定責任方，因而也難以落實分攤主體。

3 疆電外送及河西風(fēng)電大規(guī)模上網(wǎng)對西北電網(wǎng)網(wǎng)損影響的計算及分析

圖1 2010年底西北電網(wǎng)省際間聯(lián)絡(luò)線示意圖

截至2010年底，西北電網(wǎng)的潮流控制斷面如圖1所示，根據(jù)這些潮流控制斷面我們定義5種典型的潮流交換方式分別為“西電東送”、“東電西送”、“北電南送”、“南電北送”、“新疆送出”?！拔麟姈|送”、“東電西送”是指經(jīng)陜甘斷面發(fā)生的電能交易方式。“北電南送”、“南電北送”是指經(jīng)750 kV黃白雙回線、330 kV迎石線、安白雙回線、固靖線和固西線組成的地理斷面發(fā)生的電能交易方式，與潮流控制斷面略有不同?！靶陆统觥敝感陆娋W(wǎng)經(jīng)750 kV哈安雙回線送出電能的交易方式。

圖2 河西地區(qū)電網(wǎng)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)圖

截至2010年底，酒泉風(fēng)電大規(guī)模上網(wǎng)后甘肅河西地區(qū)網(wǎng)架與西北主網(wǎng)結(jié)構(gòu)如圖2所示。

在上述網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上,為了考察新疆西北聯(lián)網(wǎng)及河西風(fēng)電大規(guī)模接入后,跨區(qū)跨省電力交易對西北電網(wǎng)網(wǎng)損的影響，我們選取新疆電力經(jīng)甘肅、寧夏送華北，新疆電力經(jīng)甘肅、陜西送華中，新疆電力經(jīng)甘肅送陜西，河西風(fēng)電經(jīng)寧夏送華北，河西風(fēng)電經(jīng)陜西送華中5種典型交易方式進行了計算。

表1 新疆電力送華北對西北4省網(wǎng)損影響 MW

3.1 疆電及河西風(fēng)電外送對西北4省網(wǎng)損的影響

為考察新疆接入西北主網(wǎng)后，新疆注入功率對西北主網(wǎng)網(wǎng)損的影響，本文以2010年冬大方式為基礎(chǔ)數(shù)據(jù)（后文計算同），首先通過潮流計算對新疆電力經(jīng)甘肅、寧夏送華北交易方式下西北4省的網(wǎng)損變化進行了分析，計算結(jié)果如表1所示。

由表1可見，這種情況下，受到影響的主要是甘肅、寧夏的網(wǎng)損。進一步分析西北4省的網(wǎng)損變化情況，如圖3所示。

圖3 新疆電力送華北對西北四省網(wǎng)損的影響圖

由圖3可以看出，在新疆電力經(jīng)甘肅、寧夏送華北時，甘肅電網(wǎng)網(wǎng)損增加較為明顯，寧夏網(wǎng)損有所增加，陜西、青海電網(wǎng)網(wǎng)損基本不變，主要因為在新疆送出功率增大時，僅南電北送斷面隨之增大，而令其他斷面基本保持不變，由于甘肅省自西向東跨度較大，因此，長距離的功率輸送必然會造成電網(wǎng)網(wǎng)損明顯增加。

為進一步考察新疆送入功率對西北電網(wǎng)網(wǎng)損的影響，對新疆電力經(jīng)甘肅送抵陜西,新疆電力經(jīng)甘肅、陜西送華中兩種典型交易方式進行計算，“疆電外送”對西北各省網(wǎng)損的影響如圖4、圖5所示。綜合圖3—圖5可以看出,新疆電力外送主要增大了甘肅電網(wǎng)網(wǎng)損，同時也增加了送抵省份或轉(zhuǎn)運省份網(wǎng)損，而對其他省份網(wǎng)損影響較小。

圖4 新疆電力送陜西對西北4省網(wǎng)損的影響圖

對于河西地區(qū)風(fēng)電，選取河西風(fēng)電經(jīng)甘肅、寧夏送華北方式，河西風(fēng)電經(jīng)甘肅、陜西送華中兩種典型交易方式進行計算，對西北各省網(wǎng)損的影響如圖6、圖7所示。由圖6、圖7可以看出，河西風(fēng)電外送在典型交易方式下對西北各省網(wǎng)損的影響與新疆電力外送類似，原因在于河西風(fēng)電上網(wǎng)地理位置與新疆電力外送出口位置接近。

圖5 新疆電力送華中對西北四省網(wǎng)損的影響圖

圖6 河西風(fēng)電送華北對西北四省網(wǎng)損的影響圖

圖7 河西風(fēng)電送華中對西北4省網(wǎng)損的影響圖

3.2 電力轉(zhuǎn)運對電網(wǎng)網(wǎng)損的影響分析

新疆電力及河西風(fēng)電的外送，大多要經(jīng)過甘肅等相關(guān)省份的轉(zhuǎn)運，由圖3～圖7可以看出，電力的轉(zhuǎn)運主要增加了途經(jīng)省份的網(wǎng)損，對其他省份網(wǎng)損影響不大。為理清電力轉(zhuǎn)運對各相關(guān)省份影響的不同，以便形成合理的網(wǎng)損分攤機制，體現(xiàn)市場公平，借鑒國內(nèi)外電力市場網(wǎng)損分攤的先進經(jīng)驗，本文提出交易功率的額外平均網(wǎng)損系數(shù)，其定義如下。

式中，wi為系統(tǒng)轉(zhuǎn)運功率為Pi時的網(wǎng)損；N為計算的運行方式數(shù)。

此時，對于新疆電力經(jīng)甘肅、寧夏送抵華北的典型交易方式，由上節(jié)的計算結(jié)果，甘肅的額外平均網(wǎng)損系數(shù)為3.75%，而寧夏的額外平均網(wǎng)損系數(shù)為0.44%。也就是說，在轉(zhuǎn)運過程中應(yīng)該分別將轉(zhuǎn)運電量的3.75%和0.44%作為甘肅和寧夏的網(wǎng)損補償。寧夏的網(wǎng)損系數(shù)相對較小是因為轉(zhuǎn)運的大部分功率直接通過750 kV或者330 kV線路，且輸電距離較短。

同時，為對甘肅電網(wǎng)的網(wǎng)損組成進行詳細分析，將安西—酒泉—金昌—武勝750 kV線路作為河西輸電走廊單獨統(tǒng)計網(wǎng)損，根據(jù)新疆電力經(jīng)甘肅、寧夏送抵華北的典型交易方式，可得甘肅內(nèi)部網(wǎng)損分布如表2所示。

表2 新疆電力轉(zhuǎn)送華北對甘肅電網(wǎng)網(wǎng)損影響 MW

從表2可以看出，當新疆電力經(jīng)甘肅、寧夏送抵華北時，隨著轉(zhuǎn)運功率的增加，甘肅總網(wǎng)損雖然顯著增大，但這些新增的網(wǎng)損大部分消耗在河西地區(qū)（約占80%），甘肅其他部分電網(wǎng)的網(wǎng)損增加并不大，額外平均網(wǎng)損系數(shù)僅為0.66%，遠遠小于甘肅全省3.75%的額外平均網(wǎng)損系數(shù)。

對圖3～圖6所對應(yīng)的典型交易方式進行計算，得到各種交易方式下，甘肅全省及河西輸電走廊網(wǎng)損額外平均網(wǎng)損系數(shù)計算結(jié)果，如表3所示。綜合表2及表3計算結(jié)果，可以看出在轉(zhuǎn)運過程中甘肅總網(wǎng)損新增的大部分消耗在河西地區(qū)。

表3 各交易方式下甘肅及河西網(wǎng)損額外平均網(wǎng)損系數(shù) %

4 西北電網(wǎng)網(wǎng)損分攤機制改進

實踐表明，西北電網(wǎng)目前執(zhí)行的轉(zhuǎn)運網(wǎng)損分攤辦法基本上是公平合理的。但隨著新疆與主網(wǎng)的交流互聯(lián)，河西風(fēng)電大規(guī)模接入以及華中、華北外送功率的進一步增大，使得轉(zhuǎn)運網(wǎng)損問題成為有關(guān)各方關(guān)注的焦點。

通過第3節(jié)的計算，我們可以看出新疆電力的送出以及河西風(fēng)電的大規(guī)模上網(wǎng)將對西北主網(wǎng)網(wǎng)損產(chǎn)生較大的影響。而甘肅作為直接與新疆相連的省份，在新疆及河西電力外送過程中受到的影響最大。進一步人為的將河西地區(qū)劃分為一個單獨的網(wǎng)絡(luò)，對其750 kV網(wǎng)損進行統(tǒng)計得到，河西地區(qū)網(wǎng)損的增加量占甘肅電網(wǎng)總網(wǎng)損增加量的比例最高，達到了約80%，最低時也達到了約50%。因而本文認為，作為當前網(wǎng)損分攤機制的一個補充，有必要對河西地區(qū)的轉(zhuǎn)運電量進行統(tǒng)計，根據(jù)電價確定每kW·h合適的補償價格，對河西地區(qū)電網(wǎng)轉(zhuǎn)運網(wǎng)損進行單獨補償。

同時，通過第3節(jié)的計算，我們也可以看出，式（1）提出的交易功率的額外平均網(wǎng)損系數(shù)在計算的過程中始終將增加的網(wǎng)損與交易功率一一對應(yīng)，能夠更加直觀的體現(xiàn)補償電量是由于轉(zhuǎn)運電量造成的，概念更為明確，計算結(jié)果也更為精確。同時，該系數(shù)的計算也較為簡便，只需對各種典型交易方式下的不同功率交換水平進行潮流計算，就能夠得到轉(zhuǎn)運電網(wǎng)交易功率的額外平均網(wǎng)損系數(shù)。由于該系數(shù)的計算反映了各種功率交換水平下的平均網(wǎng)損，建議在西北電力市場電量結(jié)算時，可以直接用交易電量乘以該系數(shù)，得到轉(zhuǎn)運電網(wǎng)的補償電量。

最后，針對第2節(jié)最后所提出的現(xiàn)有跨省交易日清模式下，對非交易的穿越電量難以明確責任主體，網(wǎng)損難以分攤的問題，建議首先繼續(xù)縮小跨區(qū)跨省交易結(jié)算周期，將目前的日結(jié)算細化為每日峰、平、谷3段結(jié)算或每日24點結(jié)算，這樣省間交換電量將基本轉(zhuǎn)化為交易電量，按現(xiàn)有轉(zhuǎn)運網(wǎng)損分攤辦法，甘肅、陜西將得到本省網(wǎng)完全轉(zhuǎn)運網(wǎng)損補償。其次，進一步深入研究各省峰谷差及調(diào)峰問題，制定辦法解決非交易網(wǎng)損在各省間的分攤問題。

5 結(jié)語

本文對西北電網(wǎng)的跨區(qū)跨省交易情況，輸電損耗問題的復(fù)雜性、研究的必要性等問題進行了歸納。介紹了國內(nèi)外電力市場及西北電網(wǎng)的網(wǎng)損管理現(xiàn)狀，通過分析指出西北電網(wǎng)目前的轉(zhuǎn)運網(wǎng)損分攤辦法是較為合理的。在計算分析的基礎(chǔ)上，明確了“疆電外送”和河西大規(guī)模風(fēng)電大規(guī)模上網(wǎng)對西北電網(wǎng)網(wǎng)損的影響，提出了對西北電網(wǎng)網(wǎng)損管理所面臨新問題的合理補充辦法。本文提出的交易功率的額外平均網(wǎng)損系數(shù)理清了各轉(zhuǎn)運省份及局部電網(wǎng)的網(wǎng)損補償量，原理明確、計算簡單，體現(xiàn)了市場公平的原則。

近年來，西北網(wǎng)內(nèi)網(wǎng)省公司均開展了多項網(wǎng)損問題的理論研究，但不同的結(jié)算辦法得到的結(jié)果千差萬別，至今沒有非常權(quán)威的計算辦法。鑒于國家近期正在積極推動輸配電價改革，且西北750 kV電網(wǎng)的投資建設(shè)主體較為復(fù)雜，在西北網(wǎng)內(nèi)網(wǎng)省公司電網(wǎng)資產(chǎn)管理運行模式以及跨區(qū)跨省交易格局不斷變化的情況下，建議對網(wǎng)損分攤辦法暫時維持現(xiàn)狀，進一步加強研究，并隨著國家輸配電價改革逐步推進做相應(yīng)調(diào)整。

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