前言：尋找寫作靈感？中文期刊網(wǎng)用心挑選的風(fēng)電配套輸電線路投資研究分析，希望能為您的閱讀和創(chuàng)作帶來靈感，歡迎大家閱讀并分享。
目前，我國風(fēng)電配套輸電線路都是由當(dāng)?shù)仉娋W(wǎng)公司負(fù)責(zé)投資建設(shè)，由此帶來投資主體單一化、投資效益低、投資缺乏積極性等一系列問題。這使得風(fēng)電配套電網(wǎng)建設(shè)滯后，風(fēng)電電量難以及時(shí)外送到負(fù)荷中心消納，風(fēng)能資源富集區(qū)“棄風(fēng)”問題嚴(yán)重，從而極大地阻礙了風(fēng)能資源的規(guī)模化開發(fā)利用。然而，可以看到，電力工業(yè)市場化改革的推進(jìn)為解決這一難題提供了可能———電網(wǎng)投資運(yùn)營主體多元化。在市場環(huán)境下，任何相關(guān)利益主體(電網(wǎng)公司、潛在的風(fēng)力發(fā)電投資商、高電價(jià)區(qū)的電力用戶等)在有監(jiān)督機(jī)構(gòu)的管制下都能夠?qū)︼L(fēng)電配套輸電線路進(jìn)行投資，使得電網(wǎng)的投資運(yùn)營推向商業(yè)化。在市場環(huán)境下，雖然風(fēng)電配套輸電線路的投資決策可涉及多個(gè)利益主體，但是這些主體之間存在著緊密的利益關(guān)系。例如，潛在的風(fēng)力發(fā)電投資商不僅需要關(guān)心本地的電力價(jià)格及需求情況，還需要考慮高價(jià)區(qū)電價(jià)、電量的變化特點(diǎn)，而這兩個(gè)因素受到配套輸電線路投資者投資決策的影響;而配套輸電線路投資主體的投資成本、投資收益也要受到風(fēng)力發(fā)電投資者投資決策的影響。因此，由電網(wǎng)公司或是由風(fēng)力發(fā)電商來進(jìn)行風(fēng)電配套輸電線路投資將給各個(gè)市場主體帶來不盡相同的利益格局，從而影響各市場主體的行為策略，最終影響風(fēng)電配套輸電線路的投資效率。因此，采用非合作博弈方法來對各利益主體行為策略進(jìn)行描述，在此基礎(chǔ)上通過建立風(fēng)電配套輸電線路投資決策模型，對不同投資主體主導(dǎo)下，風(fēng)電配套輸電線路的投資容量進(jìn)行比較，是一項(xiàng)具有實(shí)際意義的研究內(nèi)容。
風(fēng)電配套輸電線路投資博弈
1.基本假設(shè)：博弈論是系統(tǒng)研究決策主體的行為發(fā)生直接相互作用情況下的決策均衡的理論。本文采用非合作博弈理論來研究風(fēng)電配套輸電線路投資決策問題，需要進(jìn)行以下假設(shè):(1)市場中各利益相關(guān)主體都是理性的，知道博弈的規(guī)則，以追求個(gè)體最大利益為目標(biāo);(2)本文研究以市場中各利益相關(guān)主體利益最大化為目標(biāo)，暫不考慮系統(tǒng)可靠性;(3)電力是一種商品，其價(jià)格受產(chǎn)量影響，是電量的一次線性函數(shù);(4)市場中各利益相關(guān)主體都可以成為風(fēng)電配套輸電線路的投資主體，本文目前僅研究由風(fēng)力發(fā)電商投資及由電網(wǎng)公司投資這兩種情況;(5)輸電線路建好以后，輸電容量始終能夠得到充分利用，且在不同區(qū)域之間輸電不存在線損;(6)風(fēng)力發(fā)電商的發(fā)電容量充分利用，所有發(fā)電商都可以根據(jù)市場需求靈活的調(diào)節(jié)自己的出力，無機(jī)組出力約束，且單位成本是固定的，所有發(fā)電商的邊際成本都為0;(7)參與配套輸電線路投資決策的主體沒有資金約束。
2.多方非合作博弈風(fēng)電配套輸電線路投資模型：根據(jù)假設(shè)，市場中各利益相關(guān)主體都是理性的，在電力市場環(huán)境下，風(fēng)電配套輸電線路的投資決策問題是一個(gè)非合作博弈問題。設(shè)存在甲、乙兩個(gè)市場，兩個(gè)市場已有輸電容量為t的輸電線路連接，甲市場的發(fā)電成本及電價(jià)都高于乙市場。甲市場現(xiàn)由常規(guī)發(fā)電商A壟斷，其發(fā)電邊際成本為恒定值cA。乙市場現(xiàn)有常規(guī)發(fā)電商B，其發(fā)電邊際成本為恒定值cB，且乙市場風(fēng)能資源較為豐富，正準(zhǔn)備投建發(fā)電裝機(jī)容量為qW的風(fēng)電場W，建設(shè)風(fēng)電場W的單位容量投資成本為cW(以每度電攤銷的容量投資成本計(jì))，其發(fā)電邊際成本為0。假設(shè)甲市場和乙市場有相似的需求曲線，逆需求函數(shù)為(其中a、b為市場需求系數(shù))p=a－bQ(1)當(dāng)風(fēng)電場W建成運(yùn)行后，常規(guī)發(fā)電商B與風(fēng)力發(fā)電商W將在乙市場中進(jìn)行古諾競爭，確定自己的發(fā)電策略;通過投資新建輸電容量為x風(fēng)電配套輸電線路(單位輸電容量成本為cT，以每度電攤銷的容量投資成本計(jì))可以將廉價(jià)的風(fēng)電大規(guī)模地輸送到電價(jià)較高的甲市場，常規(guī)發(fā)電商A需要根據(jù)風(fēng)電的落地電價(jià)、輸送電量調(diào)整自己的發(fā)電策略，滿足其利益最大化;風(fēng)力發(fā)電商W不僅需要結(jié)合甲、乙兩個(gè)市場的市場狀況進(jìn)行發(fā)電決策，還可以參與風(fēng)電配套輸電線路投資，以實(shí)現(xiàn)其總體收益的最大化;此外，電網(wǎng)公司T可以投資建設(shè)風(fēng)電配套輸電線路，以利用兩區(qū)域市場電價(jià)之差，獲得相關(guān)投資收益。設(shè)甲、乙兩市場電價(jià)之差為η(η=p甲－p乙，其中p甲為甲市場電價(jià)，p乙為乙市場電價(jià))。由此可得風(fēng)電配套輸電線路投資的參與約束η－cT＞0(2)即當(dāng)甲、乙市場電價(jià)差滿足以上約束條件時(shí)，配套輸電線路投資主體才有利可圖，才能保證其投資積極性。從而，各利益相關(guān)主體的收益函數(shù)如下:首先，常規(guī)發(fā)電商A的收益函數(shù)為UA=(p甲－cA)q甲A(3)常規(guī)發(fā)電商B的收益函數(shù)UB=(p乙－cB)q乙B(4)式中q甲A———常規(guī)發(fā)電商A在甲市場的售電量;q乙B———常規(guī)發(fā)電商B在乙市場的售電量。風(fēng)力發(fā)電商W的收益函數(shù)Uw=r1(η－cT)x+(p乙－cw)qw(5)根據(jù)假設(shè)(6)，風(fēng)力發(fā)電商W的售電量可以用qW來表示;電網(wǎng)公司的T的收益函數(shù)UT=r2(η－cT)x(6)上述等式中r1、r2為0－1變量，分別表示由風(fēng)力發(fā)電商投資建設(shè)風(fēng)電配套輸電線路及由電網(wǎng)公司投資建設(shè)這兩種情況(r1+r2=1)。甲市場和乙市場有相似的逆向需求函數(shù)，其價(jià)格均由售電量確定，甲市場的售電量為常規(guī)發(fā)電商A的售電量與乙市場輸送到甲市場的電量之和，根據(jù)假設(shè)(5)可得甲市場的售電量Q甲=q甲A+(t+x)(7)乙市場的售電量為常規(guī)發(fā)電商B與風(fēng)力發(fā)電商W的發(fā)電量之和減去輸送到甲市場的電量，即Q乙=(q乙B+qw)－(t+x)(8)令gi=［gi1，gi2，…，gin］為電力企業(yè)i的一個(gè)純策略，G=［gA，gB，gW，gT］為所有電力企業(yè)的純策略組合。則多方非合作博弈風(fēng)電配套輸電線路投資模型的下標(biāo)準(zhǔn)純策略模型為:U={UA，UB，UW，UT;G}。如果存在唯一純策略納什均衡解G*，則該解滿足所有U*i≥Ui(9)如果不存在純策略納什均衡解或存在多個(gè)純策略納什均衡解，則需要進(jìn)一步求解混合策略納什均衡。設(shè)電力企業(yè)i有nm個(gè)純策略{gi1，…，gij，…，ginm}，并以概率分布(混合策略)λi=(λi1，…，λij，…，λinm)(∑nmj=1λij=1)隨機(jī)選擇第j個(gè)純策略，電力企業(yè)i在某混合策略組合(策略剖面)λ=(λ1，…，λi，…，λn)上的收益是該剖面上的所有可能純策略組合的收益期望值，即Ui(λ)=∑n1j1=1∑n2j2=1…∑nmjm=1giλi(10)在所有策略下，如果存在λ*使得Ui(λi，λ*－i)≤Ui(λ*i)(11)λ－i表示除電力企業(yè)i以外的其它電力企業(yè)的混合策略組合，則稱λ*是該博弈的混合策略納什均衡。#p#分頁標(biāo)題#e#
求解算法
混合策略納什均衡的求解是一個(gè)組合優(yōu)化問題，混合策略以概率的形式表現(xiàn)，要求算法有無限的搜索空間。禁忌搜索算法從一個(gè)初始可行解出發(fā)，選擇一系列的特定搜索方向作為試探，并且具有記憶功能，對已進(jìn)行的優(yōu)化過程進(jìn)行記錄和選擇，避免了搜索陷入局部最優(yōu)，能有效求取大規(guī)模組合優(yōu)化問題的最優(yōu)解或次優(yōu)解，但是對初始解具有較強(qiáng)的依賴性。本文借鑒文獻(xiàn)［9］提出的改進(jìn)禁忌搜索算法來求解混合策略納什均衡。改進(jìn)禁忌搜索算法以所有電力企業(yè)的混合策略收益與純策略收益之差最小為優(yōu)化目標(biāo)［9］，即mindfit=∑ni=1max［Ui(gij，λ*－i)－Ui(λ)］(12)式中dfit———個(gè)體適應(yīng)度。本文采用遍歷法結(jié)合改進(jìn)禁忌搜索算法對多方非合作博弈風(fēng)電配套輸電線路投資模型進(jìn)行求解。首先形成策略空間，并根據(jù)式(2)列出的約束條件剔除不可行策略。然后采用遍歷法根據(jù)式(9)求取純策略納什均衡。如果有且僅有一個(gè)純納什均衡解，則算法結(jié)束;否則通過改進(jìn)禁忌搜索算法求解混合策略納什均衡。
算例分析
在電力市場化的推進(jìn)下，隨著風(fēng)電裝機(jī)的迅速增長，有必要研究不同投資主體投資風(fēng)電配套輸電線路的決策問題。本文假設(shè)華北某電力需求較大的省份作為甲市場，內(nèi)蒙古東部某風(fēng)電裝機(jī)容量較大的省份作為乙市場，按照上述多方非合作博弈風(fēng)電配套輸電線路投資模型分別對電網(wǎng)企業(yè)及風(fēng)力發(fā)電商作為風(fēng)電配套輸電線路的投資主體的投資決策進(jìn)行算例分析。
1.電網(wǎng)企業(yè)投資風(fēng)電配套輸電線路：在此情況下，電網(wǎng)企業(yè)T首先需要決定輸電容量的投資量x，常規(guī)發(fā)電商B和風(fēng)力發(fā)電商W在乙市場進(jìn)行古諾競爭，常規(guī)發(fā)電商A決定壟斷收益最大化的發(fā)電量，電網(wǎng)企業(yè)T獲得甲乙兩市場的電價(jià)差。此時(shí)，r1=0、r2=1，式(5)、式(6)可分別簡化為UW=(p乙－cW)qW(13)UT=r2(η－cT)x(14)電網(wǎng)企業(yè)投資風(fēng)電配套輸電線路的情況下，涉及的利益主體有常規(guī)發(fā)電商A、常規(guī)發(fā)電商B、電網(wǎng)企業(yè)T以及風(fēng)力發(fā)電商W，其收益函數(shù)分別是(3)、(4)、(6)、(11)，是一個(gè)有4個(gè)博弈主體的多方非合作博弈風(fēng)電配套輸電線路投資模型。參照本文第3節(jié)所描述的算法，采用枚舉法搜尋純策略納什均衡解，枚舉個(gè)數(shù)為500。如果沒有找到純策略納什均衡解，則通過改進(jìn)禁忌搜索算法求解混合策略納什均衡，取最大迭代次數(shù)為5000，最優(yōu)值保留迭代次數(shù)為50，搜索長度為50，領(lǐng)域解數(shù)量為12，禁忌表和頻率表長度均為8。電力企業(yè)的相關(guān)參數(shù)及市場需求參數(shù)如下:a=950，b=0．1，cW=400元/(MW•h)，cA=250元/(MW•h)，cB=210元/(MW•h)，cT=100元/(MW•h)，t=1100MW。不妨設(shè)投資時(shí)間維度為1小時(shí)。使用Matlab7．0軟件計(jì)算出電網(wǎng)企業(yè)投資風(fēng)電配套輸電線路的情況下各利益主體的策略，見表1（表略）。
2.風(fēng)力發(fā)電商投資風(fēng)電配套輸電線路：在這種情況下，風(fēng)力發(fā)電商W承擔(dān)配套輸電線路的投資，同樣常規(guī)發(fā)電商B和風(fēng)力發(fā)電商W在乙市場進(jìn)行古諾競爭，常規(guī)發(fā)電商A決定壟斷收益最大化的發(fā)電量，風(fēng)力發(fā)電商獲得甲乙兩市場的電價(jià)差。同時(shí)，風(fēng)力發(fā)電商決定為甲市場輸送多少電量來滿足其發(fā)電和配電網(wǎng)投資的聯(lián)合收益最大化。此時(shí)式(5)及式(6)中的r1=1、r2=0，式(5)簡化為:UW=(η－cT)x+(p乙－cW)qW(12)風(fēng)力發(fā)電商投資風(fēng)電配套輸電線路的情況下，涉及的利益主體有常規(guī)發(fā)電商A、常規(guī)發(fā)電商B以及風(fēng)力發(fā)電商W，其收益函數(shù)分別為式(3)、式(4)、式(12)，是一個(gè)有三個(gè)博弈主體的多方非合作博弈風(fēng)電配套輸電線路投資模型。
3.分析：從表1及表2（表略）的對比中可以明顯看出，由風(fēng)力發(fā)電商投資風(fēng)電配套輸電線路提高了市場效率。由風(fēng)力發(fā)電商W投資建設(shè)風(fēng)電配套輸電線路的輸電容量是電網(wǎng)企業(yè)T投資的1．4倍，即由風(fēng)力發(fā)電商投資建設(shè)風(fēng)電配套輸電線路會(huì)帶來更大的投資量。發(fā)電成本較高的常規(guī)發(fā)電商A的售電量下降，取得的收益也下降了許多;發(fā)電成本較低的常規(guī)發(fā)電商B的售電量上升，收益增加;作為清潔能源發(fā)電商的風(fēng)力發(fā)電商W的售電量增加，收益增加。風(fēng)電配套輸電線路輸電容量的增大有利于清潔能源的輸出、消納，增加清潔能源發(fā)電商的收益，也有利于發(fā)電成本低的常規(guī)發(fā)電商獲得更多的收益，促進(jìn)發(fā)電成本較高的常規(guī)發(fā)電商技術(shù)改進(jìn)，降低發(fā)電成本。
結(jié)語
研究表明:相比電網(wǎng)企業(yè)投資建設(shè)風(fēng)電配套輸電線路，風(fēng)力發(fā)電商自己投資建設(shè)其配套輸電線路將帶來更大的輸電線路容量，這有利于解決風(fēng)電配套電網(wǎng)發(fā)展滯后的問題，進(jìn)而促進(jìn)風(fēng)電的大規(guī)模開發(fā)利用。
本文作者：李晨 王致杰 馬明娟 趙志浩 曾鳴 單位：北京華北電力大學(xué) 能源與電力經(jīng)濟(jì)研究咨詢中心 北京許繼新能源科技有限責(zé)任公司