摘 要：提出了基于物理路径上资金流跟踪的输电服务定价方法，对应于兆瓦-公里法，称其为资金流-资金路径法。方法中物理上的有功和无功均被转化成资金流，统一了有功和无功对输电资源占用的衡量标准，考虑了有功和无功的相互影响；用线路投资、运营费用取代线路长度描述物理线路；将输电服务费用分为更符合实际情况的线路费用和系统费用来考虑。在对所有电网用户平等的基础上，不仅实现投资和运营成本的回收，并能利用实时电价信息考虑电网用户对系统实时运行资源的占用。IEEE 30节点试验系统的算例表明：该方法计算结果合理，有利于同时优化输电系统的短期运行和长期发展。
关键词：输电费用；资金流；资金路径；潮流跟踪

1 引言

输电服务定价主要分为边际成本法和综合成本法两类[1,2]。短期边际成本法难以实现投资成本的回收；而长期边际成本法由于所依据的未来数据有很大的不确定性，其得到的价格难以令人信服。因此综合成本法是更为合理、可行的方法。已提出的综合成本法中最广为接受的是兆瓦-公里法[1,3]，它根据电网使用者对线路的实际使用情况收取费用，有利于促进最大限度地利用现有的系统[2,3]。兆瓦-公里法中计算潮流分布的方法主要有两种，一是广义分布因子法，它基于负荷和发电机对线路潮流的影响分配潮流，存在反向流和负输电费的问题；另一种是潮流跟踪法，它根据负荷和发电机在线路潮流中的占用份额确定输电费[3,4]，避免了负传输费问题，因而更能为广大用户和电网运营者接受。但是目前基于潮流跟踪的兆瓦-公里法还存在以下缺点（其中多数缺点也存在于其它输电服务定价方法中）：
（1）实时电价信息没有被利用或者在资金补偿法中被淹没，因此不能考虑交易对拥塞、系统安全和可靠性的影响，不能优化系统运行；
（2）只考虑了输电费用与距离的关系，而实际上输电费用与线路的具体建设、维护和运行成本等多种因素有关；
（3）对于输电费用，现有的方法或者将其全部折算到每条线路上，或者将其作为一个整体进行分配。然而，实际电网中有些系统范围的投资和运行费用，如与调度中心相关的费用等，是无法合理分摊到线路上的。而具体线路上发生的费用在整个电网用户范围内分摊也不合理；
（4）目前方法多数只考虑有功占用，有的虽考虑了有功和无功，但割裂了它们间的相互影响。跟踪实、虚电流的方法[5]存在电压参考节点不同，产生不同结果等问题。
此外，上述方法均是按照复功率或复电流幅值计算对输电资源的占用情况, 而单位有功和无功对输电资源的影响显然是不同的，有必要寻求更合理的衡量有功和无功对输电资源占用的比较指标。
针对上述问题，本文提出基于物理路径上资金流跟踪的输电服务定价方法，对应于兆瓦-公里法，称其为资金流-资金路径法，该方法将物理上的有功和无功功率流均转化为资金流，以线路投资、运营费用来描述物理线路。在遵从对所有电网用户平等原则的基础上，不仅实现回收投资和运营费用，并能利用实时电价信息优化输电系统运行。

2 输电服务费用组成

将输电服务费用分为线路费用Cline_ij和系统费用Csys。Cline_ij包括与线路ij（i和j为节点号）直接相关的所有投资费用和运行维护费用，应由直接使用线路的用户分摊。Csys包括所有不能具体到单条线路上的系统投资费用和运行维护费用以及电网运营者的合理赢利，例如调度中心、变电站的投资和运营费用、电网的管理费用、系统备用等辅助服务的购买费用等，Csys将由全部电网用户分摊。联络线的投资和运行维护费用通常计入Csys中。但若联络线上有经常运行的负荷，则应根据负荷占联络线容量的比例，将联络线的一部分费用归入Cline_ij。因此，输电网的总投资和运行维护费用为

式中 L为所有线路的集合。
虽然节点电价计算中不包含输电费用，但是，由于线路拥塞和网损会造成各节点电价的不一样，因此在电力库模式的市场中，电网运营者会得到如下的买卖电差价收益：

式中ρ为节点电价：d、g分别为负荷和发电，下标i为节点序号，下标P、Q分别为有功和无功，B为所有节点的集合。
Rcongest主要由拥塞造成，本文称其为输电系统拥塞收益。所以，电网应另外向电网用户（发电商和负荷）收取的总费用为

为了使 Rcongest 在线路费用和系统费用间合理地分

3 电网用户物理潮流跟踪

线路和系统费用分配的前提是要计算出各发电商和负荷在电网各线路的潮流中所占的份额。由于有功和无功潮流的路径通常不同，因此进行分别跟踪。潮流跟踪法的基本原则是比例分配原则[2]。以有功为例，假设连接到 节点A的支路中有m条潮流Pin_i流入A，另外n条的潮流Pout_j流出A。由于电力是不可区分的，因此，认为流出支路的潮流由各注入支路的潮流按比例混合而成。这样可得到流出支路j中来自注入支路i的成分Pi®j是

由于线路存在有功、无功损耗以及线路电容产生的无功，因而线路首末端的有功和无功大小不同。当跟踪发电潮流时，是从线路潮流的流入端向流出端跟踪（有功与无功潮流的方向不一定相同），当得到发电机Gk在线路ij有功潮流始端所占比例为 后，认为在该线路上发生的有功损失有相同比例是由于Gk造成的，因此，在线路ij有功潮流的末端来自于Gk的潮流比例仍为 ，即Gk在整条线路ij的有功潮流中所占比例为 。同理，当跟踪发电机Gk的无功潮流时，认为在线路上发生的无功损耗或增加（线路电容引起）与Gk在线路ij的无功潮流始端所占比例 相同，整条线路上Gk对无功的占用为 。
跟踪负荷有功(无功)在线路中的占用时，首先确定在线路有功(无功)潮流的末端负荷Dl的占用比例 ( )，并认为在线路中的有功损耗（无功损耗和增加）中比例为 ( )的部分由负荷Dl造成，因此，在线路有功(无功)潮流的始端，Dl的占用比例仍为 ( )，Dl对整条线路的有功(无功)占用比例为 ( )。当线路中的无功完全是由线路电容产生时，如图1(c)所示，其在电网用户间的分配在下节论述。
若电网中存在环流，则先计算出环流的大小，然后从计算网络中去除环流，再进行潮流跟踪。
4 资金流的计算
对实际潮流的表达进行整理，使得线路的Pij≥0 。因而线路中有功和无功的实际流向将只有图1所示的3种情况，其中，图1(c)对应于线路中的无功全由线路电容产生的情况。对于图1所示的各情况，定义流进线路的资金流(a)为

流出线路的资金流(a)为

由式(8)~(14)可见, 资金流与功率和电价有关。电价表示节点单位功率的增加造成的整个系统运行费用的增加，反映了节点功率变化对系统运行状况的影响，也计入了有功和无功的相互影响。例如，无功电价中包含增加单位无功引起的有功网损增加所造成的费用。因此，虽然资金流法也是分别跟踪有功和无功，但是它利用节点电价信息考虑了有功和无功的相互影响以及电网用户对系统运行约束资源的占用情况。将有功和无功均转化成资金，也解决了如何以统一标准合理衡量有功、无功对输电资源的占用问题。

下面计算各电网用户的资金流。假设发电商k（或负荷l）在图1所示线路ij中的有功、无功占用率分别为。对应图1各情况发电商k流入输电线路ij的资金流(a)为

在计算发电商引起的流出线路的资金流时，对于图1(c)的情况，流出线路的无功并非直接来自于发电商，而是来自于线路电容，这部分无功潮流对线路资源的占用，按照发电商有功潮流在线路中的比例分配给各发电商, 则(a)为

将线路电容产生的无功分配给发电机，而不是归电网，简化了输电费用的分配。而对于负荷来说，其无功潮流可来自于图1(c)，因此，对应于图1的各情况，负荷l引起的流入线路ij的资金流(a)为

负荷l引起的流出线路ij的资金流(a)为

令Gij和Dij分别表示在线路ij引起有功或无功潮流的发电商和负荷的集合。对于线路ij有

5 输电费用的分配

输电线路的费用 是在所有实际使用了该线路的用户间按照由该线路传输的资金流多少来分摊的。系统费用 的分摊将按照受益多分摊多的原则在全部电网用户内分摊。受益多少由用户经由电网传输的资金流多少以及所占用的输电线路费用 决定。相对于资金流，称以费用表示的输电线路为资金路径。使用线路投资和运营成本 比使用线路长度更能反映用户对电网的使用情况。线路的建设、运行和维护成本越高，则使用该线路的电网用户承担的电网公共费用越多。
由于一条线路中的有功和无功在发电商潮流跟踪和负荷潮流跟踪中会被重复跟踪，线路的资金流也会被重复在发电商和负荷间分摊。目前的方法为把输电费用归发电商或归负荷。本文的方法是将输电费用在发电商和负荷间按比例bG、bD分摊，对于具体到线路的输电费用甚至可以对不同线路取不同的分摊系数bG_ij、bD_ij，它们满足

式中Ψij-G-k 为发电商k在线路ij的资金流中的比例。
发电商k承担的系统运行和投资费用为

所有发电商承担的输电费用为

式中 Yij_D_l为买电者l在线路ij的资金流中的比例。
买电者l应承担的系统运行和投资费用为

所有买电者承担的输电费用为

6 算例分析

算例系统为图2所示的IEEE 30节点系统，发电商费用参数见文献[6]，输电网总投资和运行维护费用Ctotal为1000 $/h，其中，系统费用Csys为400 $/h，所有线路费用之和SCline_ij为600 $/h，由文献[3]提供的线路费用占总费用(本文指SCline_ij)的百分比见表1, 由此可得到每条线路的费用Cline_ij。总负荷为有功283.4 MW，无功126.2 Mvar。采用最优潮流程序得到发电出力、系统潮流以及节点电价见表2。从而可以得到输电系统拥塞收益Rcongest为32.16 $/h，因此，应另外向电网用户收取的总费用Rreconcile为967.84 $/h，费用调节系数l为0.968。
采用本文的潮流跟踪法得到所有发电商和负荷在每条线路中的有功和无功分布，然后算出在相应线路中的资金流，就可计算出发电或负荷承担的线路费用和系统费用，最终得到所有电网用户承担的输电费用。在表3中给出了节点2上发电商Gen2的一部分以及节点30、节点8上负荷Load30、Load8的全部潮流、资金流跟踪结果（包括对线路的有功、无功、资金流占用百分比η、μ、ψ以及承担的线路费用CLN）、所承担的总线路费用Rline、系统费用 或 百分比ξ、系统费用Rsys和总费用Rtotal，还给出了各用户送出或接收的总资金流Cuser以及传输单位资金流的费用Fr，以便进行传输费用的比较。线路8-28是图1(c)的情况，因此, 表中负荷的无功占用率有2个，由左至右分别为h8.28_D_l_28和h8.28_D_l_28。所有输电费用由发电商和负荷均摊，即

由表3的计算结果可见：发电商Gen2在线路27-30、29-30、27-29、28-27、27-25的有功和无功占用比例相同，可是，由于线路两端的实时电价不同，因而导致资金流的占用不同，即实时节点电价体现在了输电电价中，有利于引导系统优化运行。发电商Gen2在线路27-29的资金占用率略大于在线路27-30的资金占用率，但后者的Cline-ij大于前者很多，因此，发电商Gen2为线路27-29支付的使用费小于为线路27-30支付的使用费。负荷Load30所在区域的节点电价高，所经过的线路的费用高，因此，传输Load30的单位资金所需的费用Fr也很高。而负荷Load8的全部有功和大部分无功由本节点的发电商提供，所以几乎不占用网络资源，故其支付的输电服务费也非常小。
由计算结果可以看出：电网用户承担的输电费用与所经过区域的节点电价、线路费用、资金流大小以及所分摊线路费用和系统费用的比例相关，有利于有效利用系统输电资源，实现同时优化输电系统的短期运行和长期发展的目的。

7 结论

基于资金流-资金路径法的输电服务定价不仅能够实现输电系统投资、运行、维护和发展成本的收支平衡，而且在以下几方面比现有的综合成本法优越：
（1）将物理流转化为资金流，在资金流中充分利用实时电价信息考虑电网用户对系统实时运行资源（运行约束）的占用，利用经济信号优化电网运行资源(运行约束)的占用,利用经济信号优化电网运行;
（2）利用电价为桥梁，考虑了有功和无功的相互影响，确定并统一了它们对输电资源占用的衡量指标，避免了复数流所造成的资源分摊困难；
（3）将费用分为线路费用和系统费用，更符合实际情况；
（4）用线路投资和运营成本取代了线路长度来描述线路，更能体现电网用户对系统的使用情况；
（5）可以将输电费用在负荷和发电商间灵活分摊。
本文方法只有代数计算，计算量小，理论简明、直观，易于理解和应用。
应指出的是：本文对输电费用分配遵循直接相关原则，即输电费用由直接造成该费用的电网用户承担，但是对电网通过买卖电直接获得的输电费用，即拥塞收益以及辅助服务费用, 没有完全按照该原则进行分配。前者是按照统一比例系数进行分配；后者被计入系统费用中在全网范围内进行分配，没有考虑具体电网用户对辅助服务的不同影响。是否有必要以及如何将这两部分输电费用按照直接相关原则进行详细分配是有待进一步研究的问题。

参考文献

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