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目前，我國風電配套輸電線路都是由當地電網公司負責投資建設，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。這使得風電配套電網建設滯后，風電電量難以及時外送到負荷中心消納，風能資源富集區“棄風”問題嚴重，從而極大地阻礙了風能資源的規?；_發利用。然而，可以看到，電力工業市場化改革的推進為解決這一難題提供了可能———電網投資運營主體多元化。在市場環境下，任何相關利益主體(電網公司、潛在的風力發電投資商、高電價區的電力用戶等)在有監督機構的管制下都能夠對風電配套輸電線路進行投資，使得電網的投資運營推向商業化。在市場環境下，雖然風電配套輸電線路的投資決策可涉及多個利益主體，但是這些主體之間存在著緊密的利益關系。例如，潛在的風力發電投資商不僅需要關心本地的電力價格及需求情況，還需要考慮高價區電價、電量的變化特點，而這兩個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力發電投資者投資決策的影響。因此，由電網公司或是由風力發電商來進行風電配套輸電線路投資將給各個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行描述，在此基礎上通過建立風電配套輸電線路投資決策模型，對不同投資主體主導下，風電配套輸電線路的投資容量進行比較，是一項具有實際意義的研究內容。
風電配套輸電線路投資博弈
1.基本假設：博弈論是系統研究決策主體的行為發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電配套輸電線路投資決策問題，需要進行以下假設:(1)市場中各利益相關主體都是理性的，知道博弈的規則，以追求個體最大利益為目標;(2)本文研究以市場中各利益相關主體利益最大化為目標，暫不考慮系統可靠性;(3)電力是一種商品，其價格受產量影響，是電量的一次線性函數;(4)市場中各利益相關主體都可以成為風電配套輸電線路的投資主體，本文目前僅研究由風力發電商投資及由電網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，且在不同區域之間輸電不存在線損;(6)風力發電商的發電容量充分利用，所有發電商都可以根據市場需求靈活的調節自己的出力，無機組出力約束，且單位成本是固定的，所有發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.多方非合作博弈風電配套輸電線路投資模型：根據假設，市場中各利益相關主體都是理性的，在電力市場環境下，風電配套輸電線路的投資決策問題是一個非合作博弈問題。設存在甲、乙兩個市場，兩個市場已有輸電容量為t的輸電線路連接，甲市場的發電成本及電價都高于乙市場。甲市場現由常規發電商A壟斷，其發電邊際成本為恒定值cA。乙市場現有常規發電商B，其發電邊際成本為恒定值cB，且乙市場風能資源較為豐富，正準備投建發電裝機容量為qW的風電場W，建設風電場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)，其發電邊際成本為0。假設甲市場和乙市場有相似的需求曲線，逆需求函數為(其中a、b為市場需求系數)p=a－bQ(1)當風電場W建成運行后，常規發電商B與風力發電商W將在乙市場中進行古諾競爭，確定自己的發電策略;通過投資新建輸電容量為x風電配套輸電線路(單位輸電容量成本為cT，以每度電攤銷的容量投資成本計)可以將廉價的風電大規模地輸送到電價較高的甲市場，常規發電商A需要根據風電的落地電價、輸送電量調整自己的發電策略，滿足其利益最大化;風力發電商W不僅需要結合甲、乙兩個市場的市場狀況進行發電決策，還可以參與風電配套輸電線路投資，以實現其總體收益的最大化;此外，電網公司T可以投資建設風電配套輸電線路，以利用兩區域市場電價之差，獲得相關投資收益。設甲、乙兩市場電價之差為η(η=p甲－p乙，其中p甲為甲市場電價，p乙為乙市場電價)。由此可得風電配套輸電線路投資的參與約束η－cT＞0(2)即當甲、乙市場電價差滿足以上約束條件時，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，各利益相關主體的收益函數如下:首先，常規發電商A的收益函數為UA=(p甲－cA)q甲A(3)常規發電商B的收益函數UB=(p乙－cB)q乙B(4)式中q甲A———常規發電商A在甲市場的售電量;q乙B———常規發電商B在乙市場的售電量。風力發電商W的收益函數Uw=r1(η－cT)x+(p乙－cw)qw(5)根據假設(6)，風力發電商W的售電量可以用qW來表示;電網公司的T的收益函數UT=r2(η－cT)x(6)上述等式中r1、r2為0－1變量，分別表示由風力發電商投資建設風電配套輸電線路及由電網公司投資建設這兩種情況(r1+r2=1)。甲市場和乙市場有相似的逆向需求函數，其價格均由售電量確定，甲市場的售電量為常規發電商A的售電量與乙市場輸送到甲市場的電量之和，根據假設(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發電商B與風力發電商W的發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i的一個純策略，G=［gA，gB，gW，gT］為所有電力企業的純策略組合。則多方非合作博弈風電配套輸電線路投資模型的下標準純策略模型為: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純策略納什均衡解，則需要進一步求解混合策略納什均衡。設電力企業i有nm個純策略{gi1，…，gij，…，ginm}，并以概率分布(混合策略)λi=(λi1，…，λij，…，λinm)(∑nmj=1λij=1)隨機選擇第j個純策略，電力企業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i以外的其它電力企業的混合策略組合，則稱λ*是該博弈的混合策略納什均衡。#p#分頁標題#e#
求解算法
混合策略納什均衡的求解是一個組合優化問題，混合策略以概率的形式表現，要求算法有無限的搜索空間。禁忌搜索算法從一個初始可行解出發，選擇一系列的特定搜索方向作為試探，并且具有記憶功能，對已進行的優化過程進行記錄和選擇，避免了搜索陷入局部最優，能有效求取大規模組合優化問題的最優解或次優解，但是對初始解具有較強的依賴性。本文借鑒文獻［9］提出的改進禁忌搜索算法來求解混合策略納什均衡。改進禁忌搜索算法以所有電力企業的混合策略收益與純策略收益之差最小為優化目標［9］，即mindfit=∑ni=1max［Ui(gij，λ*－i)－Ui(λ)］(12)式中dfit———個體適應度。本文采用遍歷法結合改進禁忌搜索算法對多方非合作博弈風電配套輸電線路投資模型進行求解。首先形成策略空間，并根據式(2)列出的約束條件剔除不可行策略。然后采用遍歷法根據式(9)求取純策略納什均衡。如果有且僅有一個純納什均衡解，則算法結束;否則通過改進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下，隨著風電裝機的迅速增長，有必要研究不同投資主體投資風電配套輸電線路的決策問題。本文假設華北某電力需求較大的省份作為甲市場，內蒙古東部某風電裝機容量較大的省份作為乙市場，按照上述多方非合作博弈風電配套輸電線路投資模型分別對電網企業及風力發電商作為風電配套輸電線路的投資主體的投資決策進行算例分析。
1.電網企業投資風電配套輸電線路：在此情況下，電網企業T首先需要決定輸電容量的投資量x，常規發電商B和風力發電商W在乙市場進行古諾競爭，常規發電商A決定壟斷收益最大化的發電量，電網企業T獲得甲乙兩市場的電價差。此時，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)電網企業投資風電配套輸電線路的情況下，涉及的利益主體有常規發電商A、常規發電商B、電網企業T以及風力發電商W，其收益函數分別是(3)、(4)、(6)、(11)，是一個有4個博弈主體的多方非合作博弈風電配套輸電線路投資模型。參照本文第3節所描述的算法，采用枚舉法搜尋純策略納什均衡解，枚舉個數為500。如果沒有找到純策略納什均衡解，則通過改進禁忌搜索算法求解混合策略納什均衡，取最大迭代次數為5000，最優值保留迭代次數為50，搜索長度為50，領域解數量為12，禁忌表和頻率表長度均為8。電力企業的相關參數及市場需求參數如下: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。不妨設投資時間維度為1小時。使用Matlab7．0軟件計算出電網企業投資風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.風力發電商投資風電配套輸電線路：在這種情況下，風力發電商W承擔配套輸電線路的投資，同樣常規發電商B和風力發電商W在乙市場進行古諾競爭，常規發電商A決定壟斷收益最大化的發電量，風力發電商獲得甲乙兩市場的電價差。同時，風力發電商決定為甲市場輸送多少電量來滿足其發電和配電網投資的聯合收益最大化。此時式(5)及式(6)中的r1=1、r2=0，式(5)簡化為:UW=(η－cT)x+(p乙－cW)qW(12)風力發電商投資風電配套輸電線路的情況下，涉及的利益主體有常規發電商A、常規發電商B以及風力發電商W，其收益函數分別為式(3)、式(4)、式(12)，是一個有三個博弈主體的多方非合作博弈風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，由風力發電商投資風電配套輸電線路提高了市場效率。由風力發電商W投資建設風電配套輸電線路的輸電容量是電網企業T投資的1．4倍，即由風力發電商投資建設風電配套輸電線路會帶來更大的投資量。發電成本較高的常規發電商A的售電量下降，取得的收益也下降了許多;發電成本較低的常規發電商B的售電量上升，收益增加;作為清潔能源發電商的風力發電商W的售電量增加，收益增加。風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，增加清潔能源發電商的收益，也有利于發電成本低的常規發電商獲得更多的收益，促進發電成本較高的常規發電商技術改進，降低發電成本。
結語
研究表明:相比電網企業投資建設風電配套輸電線路，風力發電商自己投資建設其配套輸電線路將帶來更大的輸電線路容量，這有利于解決風電配套電網發展滯后的問題，進而促進風電的大規模開發利用。
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 能源與電力經濟研究咨詢中心 北京許繼新能源科技有限責任公司