不确定环境下的电力系统投资规划与定价策略

摘要

电力系统作为大能源系统和社会经济系统中的一个重要环节，与外部各环节密切关联。近年来，全球气候的变化，导致各种极端自然灾害频繁发生;分布式电源的广泛应用，将电力系统与天然气网络联系得更加紧密;电力市场的推进，使得电力负荷和购电价格的波动不可忽视;季节性水电来水情况的不确定性，导致西电东送输电工程的设计输电量难以保证。随着电力系统所处的社会、经济以及自然等不确定环境的曰益复杂、多变，电力系统的投资规划与定价问题面临着新的挑战。在此背景下，本文将着重研究在广泛不确定决策环境下，配电系统的投资规划以及输变电工程的成本定价和管控。具体研究内容主要包括:
　　1)提出抗灾型韧性配电系统和配气网络的联合扩展规划模型。该模型为两阶段鲁棒优化模型:第一阶段问题以正常运行状况下的年投资和运行成本之和最小为目标;第二阶段问题则校验投资方案在自然灾害状况下的可行性，即约束最坏自然灾害场景下的最小切负荷成本小于某指定水平。该模型通过优化配电线路和天然气管道的加强和差异化扩展投资策略以及分布式电源的选址定容，构建满足任一韧性水平的互联配电系统和配气网络。所提出的模型为混合整数二阶锥规划问题，之后发展了基于C&CG算法的求解方法。最后，通过某互联配网的算例分析说明了所提出的模型和求解方法的有效性。
　　2)提出确定配电系统中分布式电源最优投资策略的实物期权方法。在电力市场环境下，电力负荷和购电价格的波动通过随机过程模拟，之后建立了DG投资的成本和效益模型，其中效益定义为与不投资DG的场景相比所减少的成本，包括运行成本节省效益和扩容投资推迟效益。候选的DG投资方案为多个互斥的实物期权，采用基于最小二乘蒙特卡洛的期权价值评估方法得到不确定环境下的管理灵活价值，进而确定最优的DG投资策略，包含投资位置、容量和投资时机。最后，通过不同情形下未来投资概率分布和当前投资阈值水平的算例分析，说明了所提出的模型方法的基本特征。
　　3)提出不完全信息情形下确定两部制输电价格的风险谈判模型。首先，根据经营期方法确定跨省区输电工程的年准许收入，进而分析在实际输电量不确定的情况下，给定不同容量费用比例时输电公司和受电方的期望收益以及用条件风险价值(CVaR)所度量的风险损失。之后，构建了不完全信息情形下确定两部制输电价格中容量费用比例的风险谈判模型，谈判双方以保留收益率为约束，以自身面临的风险损失最小为目标，通过估计对方的风险承受能力和谈判策略来确定自身的最优谈判策略。最后，以南方区域西电东送实际输电工程为例说明了所构造模型的基本特征。
　　4)提出基于综合z-估计挣值法的输变电工程成本进度管理方法。输变电工程进度数据的度量具有模糊不确定性，首先邀请多位输变电工程相关的专家给出对工程进度的Z-估计;之后采用基于语言量词的OWA算子将多位专家给出的Z-估计进行综合，得到更为全面、准确的输变电工程进度估计。在此基础上，发展了基于综合Z-估计的模糊挣值评价和预测方法，并通过重心法将模糊结果进行清晰化。最后通过某输变电工程的算例分析说明了所提出方法的基本特征。
　　本文所提出的方法策略将为广泛不确定环境下多能源系统的联合韧性规划、分布式电源的投资规划以及输变电工程的成本定价和管控提供技术支撑，并将进一步丰富与完善不确定环境下电力系统投资规划与定价层面上现有的理论体系和应用框架。

目录

声明

论文说明

摘要

缩略词清单

插图清单

附表清单

1 绪论

1．1 选题的背景和意义

1．2 韧性电力系统及分布式电源的规划研究概述

1．2．1 韧性电力系统规划研究

1．2．2 分布式电源的投资规划研究

1．2．3 电力系统与天然气网络的联合规划研究

1．3 跨省区输电工程成本定价研究概述

1．3．1 跨省区输电工程定价模型框架

1．3．2 跨省区输电价格管制模型与关键参数

1．4 项目成本进度管理研究概述

1．4．1 项目成本绩效管理方法

1．4．2 项目进度绩效管理方法

1．4．3 项目成本-进度联合管理的挣值法

1．5 本文研究工作

2 抗灾型韧性配电系统和配气网络的联合扩展规划

2．1 引言

2．2 联合扩展规划的鲁棒优化模型

2．2．1 互联配电系统和配气网络的交互

2．2．2 联合扩展规划模型建模

2．2．3 紧凑模型

2．3 求解方法

2．3．1 子问题求解方法

2．3．2 主问题求解方法

2．3．3 求解流程图

2．4 算例分析

2．4．1 测试系统

2．4．2 联合扩展优化结果

2．4．3 可转换负荷及DG的影响

2．5 本章小结

3 确定配电系统中分布式电源最优投资策略的实物期权方法

3．1 引言

3．2 评估灵活性价值的实物期权模型

3．2．1 基于LSM方法的单个实物期权价值评估

3．2．2 多个实物期权的价值估计

3．3 电力市场环境下DG投资的成本和效益

3．3．1 电力负荷建模及其长期不确定性

3．3．2 购电价格和天然气价格建模

3．3．3 DG投资收益建模

3．4 DG的最优投资决策框架

3．5 算例分析

3．5．1 最佳投资方案和投资时间的分布

3．5．2 最优初始投资策略

3．5．3 未来投资策略的模拟

3．6 本章小结

4 不完全信息情形下确定两部制输电价格的风险谈判模型

4．1 引言

4．2 谈判双方收益分析

4．2．1 年准许收入的确定

4．2．2 输电公司收益分析

4．2．3 受电方收益分析

4．3 谈判双方风险分析

4．3．1 CVaR风险度量指标

4．3．2 输电公司风险分析

4．3．3 受电方风险分析

4．4 风险谈判模型

4．4．1 保留收益率的要求

4．4．2 风险承受能力的确定

4．4．3 谈判模型

4．4．4 均衡分析

4．5 算例分析

4．5．１ 谈判过程和谈判结果

4．5．2 参数灵敏度分析

4．6 本章小结

5 基于综合Z-估计挣值法的输变电工程成本进度管理

5．1 引言

5．2 输变电工程挣值法管理的适用性

5．3 模糊理论与z-模糊数

5．3．1 模糊集合及模糊数的基本概念

5．3．2 Z-模糊数

5．3．3 Z-模糊数转化为经典模糊数

5．4 综合多个Z-估计的综合评估方法

5．4．1 权重的确定

5．4．2 Z-模糊数的排序

5．5 基于综合Z-估计的模糊挣值法

5．5．1 模糊挣值成本和进度绩效指数

5．5．2 模糊完工成本和时间估计方法

5．5．3 模糊挣值评价和预测指标的分析

5．6 算例分析

5．6．1 基于综合Z-估计的模糊挣值

5．6．2 讨论与参数灵敏度分析

5．7 本章小结

6 结论与展望

6．1 全文工作总结

6．2 研究工作展望

参考文献

附录

作者简历及攻读博士学位期间发表的学术论文

致谢