不确定条件下输电投资经济学分析及决策规划方法研究

论文摘要

“十二五”期间及未来20年是我国工业化和城镇化快速发展的关键时期,也是我国能源实现战略转型、推进科学发展的关键时期。同时,随着国际社会对气候变化问题的日益关注,低碳经济发展模式与智能电网技术也备受瞩目。输电网作为连接电源和终端用户的核心环节,一方面,为电能的市场化交易提供了重要的物理平台,对可再生能源大规模并网以及支撑智能电网的建设发展具有重要作用；另一方面,不断变化的外部环境和技术革新给输电投资的决策与规划带来了众多新的问题和不确定因素。因此,研究不确定条件下的输电投资经济学原理和决策规划方法,对提高输电投资的经济性,实现大规模低碳电源接入、远距离送出以及高效率消纳,提升对智能电网建设的支撑作用,最终建立安全、可靠、经济、环保的电力系统具有重要意义。本文以提高市场效率、均衡各方利益为出发点,综合考虑市场环境与低碳经济发展模式下的政策影响、电源特性、负荷变化、相关主体行为等多方面的不确定因素,研究了输电投资的经济效率与决策方法,为输电投资决策提供更为可靠的判断依据；结合我国未来智能电网发展方向和可再生能源发电并网的客观要求,研究提出了适用于我国的低碳输电投资规划方法。首先,本文从输电投资模式的分析入手,结合国内外输电项目规划和投资框架,总结了不确定市场条件下的输电投资模式；辩证分析了“电力市场”这一经济关系产生的三个根本因素,研究了电力市场的发展趋势和低碳目标的客观要求对输电投资的主要影响；分析了管制型输电投资和经济型输电投资两种模式的概念、作用及其存在的不足；基于新形势下输电投资所面临的各种挑战以及两种投资模式的利弊分析,界定了本文所研究的输电投资的组织结构和参与主体,提出了输电投资经济学分析与决策规划方法研究的总体思路和框架。其次,应用微观经济学原理,建立了帕累托最优条件下的输电投资市场效率规范化表述体系和经济性评估指标体系,应用测试系统模拟分析了输电投资的市场效率。以社会福利最大化为目标函数,提出了三种投资决策模型；应用生产消费理论和市场均衡理论以及节点电价理论,推导出发电企业剩余及其改善程度、电力用户剩余及其改善程度、阻塞收益及其改善程度、全社会福利及其改善程度、阻塞指数及阻塞成本等10项输电投资经济评价指标；以两区域输电互联投资为例,全面分析了各自区域以及整体互联的输电投资短期收益,为输电投资经济学分析奠定了基础。第三,在短期输电投资决策模型经济学指标分析的基础上,进一步考虑了不同的投资模式对输电投资经济效益的影响问题。将输电投资模式划分为集中式投资模式、分散式投资模式以及含有输电权交易投资模式三类,分别构建了每种模式对应的长期输电投资决策模型；从经济学角度定量分析了各类模式条件下的最优投资水平及其相互关系；兼顾发电企业、输电企业以及电力用户（由监管机构代表）的综合利益,构建了多目标决策分析模型,并采用FMOPSO算法实现了模型求解。第四,应用实物期权理论,分别采用离散型和连续性随机变量建立了输电投资决策模型,研究了最优输电投资的理论判据。基于离散价格序列研究提出了输电投资决策期权评估的模糊二叉树模型；基于连续价格序列分析研究提出了基于模糊实物期权的输电项目投资决策模型；建立了含有柔性输电设备的输电投资决策模型,利用最小二乘蒙特卡罗法估算得到了投资策略的期权价值。第五,考虑当前低碳经济发展模式与我国节能减排工作的要求,从可再生能源发电并网的角度研究输电投资所具有的经济效益,研究提出了适应大规模可再生能源并网发电要求的输电投资的规划模型。分析了接入低碳电源的输电投资效益评估问题,建立了可再生能源发电接入输电投资的效益评估模型；建立了考虑风电容量接入的随机模糊最小最大机会约束输电规划模型,借鉴蜜蜂种群觅食及交配的行为,引入混沌量子计算方法,提出了混沌量子蜜蜂算法,用以求解上述输电系统投资规划问题；考虑了碳排放交易价格的波动情况,利用EGARCH（1,1）-t模型预测了碳排放价格,建立了基于动态碳排放交易价格的输电规划模型。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 选题背景及其意义
• 1.2 国内外研究动态
• 1.2.1 输电投资模式研究动态
• 1.2.2 输电投资经济效率分析研究动态
• 1.2.3 输电投资决策方法研究动态
• 1.2.4 输电投资规划研究动态
• 1.3 研究内容及创新点
• 1.3.1 研究总体思路
• 1.3.2 具体研究内容
• 1.3.2.1 不确定条件下输电投资面临的主要问题及研究框架
• 1.3.2.2 不确定条件下输电投资经济学分析基础
• 1.3.2.3 投资模式不确定条件下输电投资经济效率研究
• 1.3.2.4 阻塞收益不确定条件下输电投资决策方法研究
• 1.3.2.5 低碳发展不确定条件下输电投资效益与规划方法研究
• 1.3.3 研究难点
• 1.3.4 主要成果和创新点
• 第二章 不确定条件下输电投资面临的主要问题及研究框架
• 2.1 引言
• 2.2 不确定性及其对输电投资提出的挑战
• 2.2.1 不确定性及其在输电投资中的"描述"
• 2.2.2 价格信号及其扭曲的原因
• 2.2.3 投资收益及其不足
• 2.2.4 阻塞与输电投资决策
• 2.2.5 低碳经济发展模式输电投资规划的新要求
• 2.3 输电投资模式分析
• 2.3.1 管制型输电投资模式
• 2.3.2 经济型输电投资模式
• 2.4 输电投资经济学分析与决策方法研究框架
• 2.4.1 输电投资的组织结构与参与主体
• 2.4.2 输电投资经济学分析与决策规划方法研究的总体思路与分析框架
• 2.5 本章小结
• 第三章 不确定条件下输电投资经济学分析基础
• 3.1 引言
• 3.2 输电投资市场效率的经济学表述与评估指标
• 3.2.1 帕累托效率与社会总福利
• 3.2.2 输电投资决策分析模型
• 3.2.3 输电投资经济评估指标
• 3.3 短期输电投资收益的经济学分析
• 3.3.1 输电投资的过程分析
• 3.3.2 短期社会收益最大化的输电投资收益分析
• 3.3.3 短期输电企业收益最大化的输电投资收益分析
• 3.3.4 综合收益分析
• 3.4 不同市场主体输电投资效益计算模型
• 3.4.1 不同市场主体输电投资效益计算模型
• 3.4.2 算例分析
• 3.5 本章小结
• 第四章 投资模式不确定条件下输电投资经济效率研究
• 4.1 引言
• 4.2 输电投资阻塞边际价值
• 4.3 投资模式不确定条件下输电投资模型
• 4.3.1 集中决策模式下输电投资模型
• 4.3.2 分散决策模式下的最优输电投资模型
• 4.3.3 含有输电权交易模式下的最优输电投资模型
• 4.4 投资模式不确定条件下输电投资经济效率分析
• 4.4.1 集中决策输电投资经济效率
• 4.4.2 分散决策输电投资经济效率
• 4.4.3 含有输电权交易的输电投资经济效率
• 4.5 兼顾各方利益的输电投资多目标决策模型
• 4.5.1 输电投资多目标决策模型
• 4.5.2 算例分析
• 4.6 本章小结
• 第五章 阻塞收益不确定条件下输电投资决策方法研究
• 5.1 引言
• 5.2 实物期权理论在输电投资决策的应用原理
• 5.2.1 实物期权方法在投资决策中的应用原理
• 5.2.2 输电投资项目的实物期权表现
• 5.3 基于离散价格序列的输电投资决策方法研究
• 5.3.1 离散型价格序列的输电投资决策实物期权分析步骤
• 5.3.2 基于模糊二叉树模型的输电投资决策
• 5.3.3 算例分析
• 5.4 基于连续价格序列的输电投资决策方法研究
• 5.4.1 输电增量投资决策
• 5.4.2 输电连续投资决策
• 5.4.3 基于模糊实物期权的输电投资决策模型
• 5.4.4 算例分析
• 5.5 基于实物期权理论的输电系统柔性设备投资决策方法研究
• 5.5.1 最小二乘蒙特卡罗法估值
• 5.5.2 输电系统柔性投设备资决策模型的建立
• 5.5.2.1 参数模型
• 5.5.2.2 决策模型
• 5.5.2.3 输电系统柔性投资决策期权价值
• 5.5.3 算例分析
• 5.5.3.1 Garver-6节点系统分析
• 5.5.3.2 IEEE-24节点系统分析
• 5.6 本章小结
• 第六章 低碳发展不确定条件下输电投资效益与规划方法研究
• 6.1 引言
• 6.2 低碳发展不确定条件下输电投资的技术经济与环境问题
• 6.2.1 低碳发展模式下的输电系统
• 6.2.2 低碳输电系统的经济影响分析
• 6.2.3 低碳输电系统的环境影响分析
• 6.3 可再生能源发电并网效益分析
• 6.3.1 RG并网的线损效益模型
• 6.3.2 RG并网的电价效益模型
• 6.3.3 RG并网的环境效益模型
• 6.3.4 算例分析
• 6.4 考虑风电接入的输电投资随机模糊机会约束规划研究
• 6.4.1 问题的提出
• 6.4.2 考虑风电容量接入的随机模糊输电机会约束规划
• 6.4.2.1 风电场随机出力模型
• 6.4.2.2 随机模糊机会约束输电系统规划模型
• 6.4.2.3 随机模糊模拟
• 6.4.3 混沌量子蜜蜂算法
• 6.4.4 基于混沌量子蜜蜂算法的输电系统规划问题求解
• 6.4.4.1 求解算法
• 6.4.4.2 收敛性证明
• 6.4.5 算例分析
• 6.5 基于动态碳排放价格的输电规划模型与分析
• 6.5.1 碳排放价格及碳排放量的确定
• 6.5.1.1 碳排放价格预测模型
• 6.5.1.2 碳排放量计算模型
• 6.5.2 基于动态碳排放价格的输电规划模型
• 6.5.3 算例分析
• 6.5.3.1 碳排放价格模拟
• 6.5.3.2 基于动态碳排放价格的输电规划分析
• 6.6 本章小结
• 第七章 结论
• 参考文献
• 攻读博士学位期间发表的论文及其它成果
• 攻读博士学位期间参加的科研工作
• 致谢
• 作者简介
• 后记