考慮投入產(chǎn)出關聯(lián)關系的配網(wǎng)效益評價研究

周鵬程，吳南南，曾 鳴

（華北電力大學 經(jīng)濟與管理學院，北京 102206）

·電網(wǎng)技術·

考慮投入產(chǎn)出關聯(lián)關系的配網(wǎng)效益評價研究

周鵬程，吳南南，曾 鳴

（華北電力大學 經(jīng)濟與管理學院，北京 102206）

為提升電網(wǎng)企業(yè)在配網(wǎng)發(fā)展方面的資源優(yōu)化配置能力，明確投資方向和管理重點，提出一種考慮投入產(chǎn)出關聯(lián)關系的配電網(wǎng)效益評價指標體系模型。首先，考慮投入產(chǎn)出關聯(lián)關系，構建不同類別的配網(wǎng)投入產(chǎn)出評價指標體系。其次，通過配網(wǎng)項目關聯(lián)性分析，基于綜合賦權法建立了配網(wǎng)投入產(chǎn)出效益評價模型。在此基礎上，通過選取某省3個地市的配網(wǎng)投入產(chǎn)出基礎數(shù)據(jù)進行驗證，并針對各地市的評價類別進行敏感性分析。算例結果證明了所提方法的有效性，為電網(wǎng)企業(yè)科學合理地進行配電網(wǎng)投資提供借鑒。

投入產(chǎn)出效益；配網(wǎng)投資；評價指標體系；綜合賦權法；敏感性分析

0 引言

隨著我國新一輪電力體制改革的不斷深化，電網(wǎng)企業(yè)更加注重配網(wǎng)投資（Distribution Investment，DI）所帶來的經(jīng)濟效益和社會效益［1-2］。在配網(wǎng)發(fā)展規(guī)劃方面，為保障電網(wǎng)的運行穩(wěn)定，提供可靠的電力輸配和優(yōu)質的客戶服務，電網(wǎng)企業(yè)每年將投入大量的人力、物力、財力資源［3］；在配網(wǎng)生產(chǎn)運營方面，企業(yè)通過評價生產(chǎn)目標是否實現(xiàn)、管理人員績效考核、同業(yè)對標等方式對投資效益進行衡量。但這些考核機制并未全面反映配電網(wǎng)的資源投入轉化為產(chǎn)出結果的效益，也無法明確電網(wǎng)企業(yè)在配網(wǎng)方面的資源配置和利用能力。

國內外針對配網(wǎng)投資效益評價進行了一些相關研究。文獻［4］構建了配電網(wǎng)智能化建設效率與運營效率兩階段投入產(chǎn)出評價指標體系，建立了考慮非期望產(chǎn)出的超效率DEA的綜合評價模型。文獻［5］提出了考慮激勵監(jiān)管環(huán)境下多周期優(yōu)化潮流和監(jiān)管約束的網(wǎng)絡投資評價模型。文獻［6］綜合考慮協(xié)調電壓控制、需求側響應等影響因素，建立了新型配網(wǎng)投資決策的隨機優(yōu)化模型。文獻［7-8］基于系統(tǒng)動力學方法構建了投入產(chǎn)出評價指標體系，并建立了配網(wǎng)投資優(yōu)化仿真模型。文獻［9］建立了不同投融資模式下的并網(wǎng)配電網(wǎng)系統(tǒng)與光伏儲能的經(jīng)濟評價模型。此外，文獻［10］針對配電自動化系統(tǒng)在可靠性方面的成本和效益進行計算，建立了配電自動化系統(tǒng)成本效益綜合分析模型。上述研究雖對配網(wǎng)投入產(chǎn)出效益分析構建了不同的評價模型，但未能有效考慮系統(tǒng)運行過程中不確定因素對配網(wǎng)的影響，也未將配網(wǎng)的產(chǎn)出結果和投入狀況進行對比和關聯(lián)分析，不能體現(xiàn)出配網(wǎng)整體的投入產(chǎn)出效益。

鑒于此，在前人工作的基礎上，對配網(wǎng)投入產(chǎn)出效益評價問題展開進一步研究。首先，綜合考慮配網(wǎng)投入產(chǎn)出關聯(lián)關系，從單位投資供電可靠性提升、單位投資電壓質量提升等5個方面中選取了8項評價指標，構建了不同類別的配網(wǎng)投入產(chǎn)出評價指標體系。其次，通過配網(wǎng)項目關聯(lián)性分析，運用AHP法和熵權法建立了配網(wǎng)投入產(chǎn)出效益綜合賦權評價模型。在此基礎上，通過選取某省3個地市的配網(wǎng)投入產(chǎn)出基礎數(shù)據(jù)進行了算例驗證，并針對各地市的評價類別進行敏感性分析。結果證明了所提方法的有效性，為電網(wǎng)企業(yè)科學合理地進行配電網(wǎng)投資提供支撐與借鑒。

1 構建評價指標體系

1.1 指標選取思路

構建配網(wǎng)效益指標體系應明確投入類、產(chǎn)出類指標的類型，并對兩者進行關聯(lián)分析，總結投入產(chǎn)出的關鍵評價指標。一般而言，投入類指標主要是涉及各類配網(wǎng)項目投資，如線路技改和檢修投入、變電技改和檢修投入，滿足新增負荷供電要求投資等［11］；產(chǎn)出類指標主要包括相關產(chǎn)出的數(shù)量、質量、效率，分別對應配網(wǎng)供電能力、供電質量等屬性。此外，電網(wǎng)運行水平、智能化水平等配網(wǎng)所屬的支撐性指標也應作為投入產(chǎn)出來考慮。因此，本文考慮投入產(chǎn)出關聯(lián)關系，選取單位投資供電可靠性提升、電壓質量提升、配電自動化水平提升等評價屬性構建指標體系。

1）單位投資供電可靠性提升。選取用戶年平均減少停電時間A11和用戶年平均減少停電次數(shù)A12作為衡量可靠性提升的評價指標。

式中：T1為當年用戶年平均停電時間；T0為上一年用戶年平均停電時間；C0為上一年用戶年平均停電次數(shù)；C1為當年用戶年平均停電次數(shù)；I1為消除設備安全隱患投資；I2為加強網(wǎng)架結構投資；I3為配網(wǎng)技改投入；I4為配網(wǎng)檢修投入。

2）單位投資電壓質量提升。選取解決供電端電壓越限問題數(shù)A21和減少受電端 “低電壓”用戶數(shù)A22作為衡量電壓質量提升的評價指標。

式中：Z為當年解決供電端電壓越限問題數(shù)；D為當年解決受電端“低電壓”用戶問題數(shù)。

3）單位投資配電自動化水平提升。選取提升配電自動化覆蓋率A31和提升智能電表覆蓋率A32作為衡量配電自動化水平提升的評價指標。

式中：P1為當年配電自動化覆蓋率；P0為上一年配電自動化覆蓋率；B1為當年智能電表覆蓋率；B0為上一年智能電表覆蓋率；J1為10 kV及以下智能化投資；J2為10 kV變電技改投資。

4）單位投資電網(wǎng)調度水平提升。選取解決關鍵一次設備風險數(shù)A41作為衡量電網(wǎng)調度水平提升的評價指標。式中：G為解決關鍵一次設備風險數(shù)；I5為解決設備重載、過載投資。

5）單位投資電網(wǎng)運檢水平提升。選取提升應檢設備檢修率A51作為衡量電網(wǎng)運檢水平提升的評價指標。式中：X1為當年應檢設備檢修率；X0為上一年生產(chǎn)應檢設備檢修率。

表1 考慮投入產(chǎn)出關聯(lián)關系的配網(wǎng)效益評價指標體系

1.2 指標體系設計

對配網(wǎng)投入類、產(chǎn)出類指標的關聯(lián)關系進行梳理，給出投入產(chǎn)出評價指標體系，如表1所示。

2 基于綜合賦權的投入產(chǎn)出效益模型

綜合AHP法和熵權法分別計算指標權重，建立基于組合賦權的配網(wǎng)投入產(chǎn)出效益評價模型。

2.1 AHP法

層次分析法 （Analytics Hierarchy Process，AHP）是美國運籌學家T.L.Saaty提出的一種層次權重決策分析方法。該方法將與決策有關的元素分解成目標、準則、方案等層次，既遵循了指標間的客觀關系，又包含了專家對指標重要性的判斷。AHP法的具體步驟如下。

構造判斷矩陣。對于每一個上層元素，考慮與它有邏輯關系連線的下層元素并在下層元素之間進行兩兩判斷，準則層對目標層的判斷矩陣為

判斷矩陣正規(guī)化。通過對判斷矩陣進行歸一化處理，計算出矩陣的特征值λmax及對應的特征向量。

層次總排序。利用同一層次單排序的結果，從上到下逐層進行排序。

2.2 熵權法

熵權法是根據(jù)各指標傳輸給決策者信息量的大小來確定權重的方法［12］。某項指標的差異越大，熵值越小，該指標包含和傳輸?shù)男畔⒃蕉啵鄳獧嘀卦酱蟆ｌ貦喾ㄓ嬎銠嘀档木唧w步驟如下。

1）假設用m個投資效益評價指標對n個地區(qū)電網(wǎng)樣本進行評價，xij是樣本 i（i≤n）相對于屬性 j（j≤m）的預定值，形成原始指標數(shù)據(jù)矩陣 X=（xij）n×m。

3）對 Dij進行歸一化處理，得到矩陣 d=（dij）n×m。

4）計算評價指標 j的條件熵 Ej，用 Emax對 Ej進行歸一化處理，得到表示評價指標j的重要性的熵值：

2.3 求解流程

依托構建的配網(wǎng)投入產(chǎn)出效益評價指標體系和評價模型，借助于大量歷史數(shù)據(jù)，對指標間的量化關系進行分析和確定。首先對指標進行標準化和無量綱化處理；在此基礎上，通過AHP法和熵權法分別計算指標權重，并采用簡單算法進行綜合賦權；最后，基于地市級進行配網(wǎng)投入產(chǎn)出綜合評價，并進行效益敏感性分析。求解流程如下。

1）對評價指標進行一致化處理。對于極小型指標x，令x*=M-x，其中M為指標x的一個允許上界。

2）評價指標的無量綱化。由于指標各自的單位和數(shù)量級不同，因此存在不可公度性，需要對其進行無量綱化處理，本文采用了標準化處理法。

3）確定指標的評價隸屬度函數(shù)類型。為得到兩個變量間的函數(shù)關系，可采用二次、三次、對數(shù)等函數(shù)形式對變量之間的關系進行擬合。其中，三次函數(shù)的擬合程度最高，二次函數(shù)與三次函數(shù)的擬合程度相近。考慮到單位電網(wǎng)投資與其投入產(chǎn)出評分關系較為復雜，采用二次函數(shù)作為投入產(chǎn)出評分與評價指標間的關系函數(shù)，即y=ax2+bx+c，其中，y為評價得分，x為評價指標值，a、b分別為二次、一次項系數(shù)，c為隨機誤差項。

4）確定各評價函數(shù)的二次函數(shù)曲線，并根據(jù)評分函數(shù)對投入產(chǎn)出指標進行打分，以此加權出每級評價指標得分。按照配網(wǎng)投入產(chǎn)出評價指標權重，得出供電區(qū)域內整體投入產(chǎn)出評價得分。

3 算例分析

3.1 基礎數(shù)據(jù)

為驗證所提模型的實用性，選取2015年某省的3個地市的實際配電網(wǎng)作為研究對象，對各地市的實際配電網(wǎng)投入、產(chǎn)出數(shù)據(jù)進行綜合評價分析。為便于比較，表2給出各地市投入的10 kV配網(wǎng)投入相關數(shù)據(jù)。

表2 10 kV配電投入指標基礎數(shù)據(jù) 萬元

3.2 算例求解與結果分析

基于已構建的投入產(chǎn)出指標體系，運用AHP法和熵權法確定各指標的權重及綜合權重，計算結果如表3所示。

表3 綜合指標權重計算結果

在綜合考慮一、二級指標的情況下，用戶年平均減少停電時間、解決關鍵一次設備風險數(shù)、提升應檢設備檢修率、供電端電壓越限問題數(shù)這4個指標的權重較大。

按照式 （1）～（8）確定各評價指標投入產(chǎn)出效益，并進行無量綱化處理，確定二次評分函數(shù)曲線y=ax2+bx+c的系數(shù)，最終求得投入產(chǎn)出指標得分，評價結果如表4所示。

表4 投入產(chǎn)出評價指標得分

在求出評價得分的基礎上，分析比較各市投入產(chǎn)出效益指標間的差異，如圖1所示。

圖1 各市投入產(chǎn)出效益評價得分

在配網(wǎng)投入水平基礎相同的情況下，B市的產(chǎn)出效益更高，且各項產(chǎn)出效益較為均衡。A市的解決關鍵一次設備風險數(shù)、提升應檢設備檢修率兩項指標得分值相對較高，表明供電區(qū)域內的單位投資電網(wǎng)調度水平提升等貢獻率更高。C市在解決供電端電壓越限數(shù)、提升配電自動化覆蓋率方面的投入最低，但產(chǎn)出效益最高，這說明配網(wǎng)投資相對更加有效。此外，三個地市各指標評分值的變化幅度較大，表明了A、B、C市在配電網(wǎng)投入方面擁有各自的著重點。

3.3 敏感性分析

選取單位投資供電可靠性提升和單位投資電壓質量提升兩項關鍵產(chǎn)出指標與產(chǎn)出效益關系進行敏感性分析，分別以5%、10%、15%的比例變動，量化分析各地市配網(wǎng)投入產(chǎn)出效益的合理性，結果如圖2、圖3所示。

C市的供電可靠性提升和供電質量提升指標的投入產(chǎn)出敏感性明顯高于其他地市，未來可進一步加大相關投資，提高產(chǎn)出效益。A市的兩項指標的投入產(chǎn)出敏感性低，未來亟需優(yōu)化投資策略，改善投資結果，促進產(chǎn)出效益的提升。

圖2 供電可靠性提升投入-產(chǎn)出敏感性分析

圖3 供電質量提升投入-產(chǎn)出敏感性分析

4 結語

針對配網(wǎng)投入產(chǎn)出效益評價的問題，提出了一種基于綜合賦權法的投入產(chǎn)出效益評價模型。該模型綜合考慮了單位投資供電可靠性提升等5個方面，從中選取了用戶年平均減少停電時間、用戶年平均減少停電次數(shù)等8項指標構建了評價指標體系。通過算例實證發(fā)現(xiàn)，各地市在相同投入類別的投資情況相差不大的情況下，其產(chǎn)出卻有著較為明顯的差異。效益敏感性分析的 結果也驗證了所提出方法的有效性，為電網(wǎng)企業(yè)更好地進行配電網(wǎng)投資決策提供支撐與借鑒。

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Research on Benefit Evaluation Distribution Network Considering Incidence Relation of Input-output

ZHOU Pengcheng，WU Nannan，ZENG Ming
（School of Economics and Management，North China Electric Power University，Beijing 102206，China）

In order to improve the ability of resource optimization configuration in the development of distribution network，and clarify the investment direction and management focus，an evaluation index system model of distribution network benefit considering input-output relationship is put forward.Firstly，with the consideration of the input-output relationship，an inputoutput evaluation index system for a series categories of different distribution networks is built.Secondly，through the relevance analysis of the distribution project，an input-output benefit evaluation model of the distribution network is established based on the comprehensive empowerment method.On this basis，the basic input-output data of the distribution network in the three cities of a province is selected to verify the example，and the sensitivity analysis is carried out for the evaluation categories of the cities.The results prove the effectiveness of the proposed method，and provide guidance for the grid enterprises to properly allocate the investment of distribution network.

input-output benefit；distribution network investment；evaluation index system；comprehensive weight method；sensitivity analysis

F426.61；F223

A

1007－9904（2017）12－0001－05

國家自然科學基金（51507061）；北京市社會科學基金項目（15JDJGA089）

2017-09-20

周鵬程（1991），男，碩士研究生，主要研究電力物流技術經(jīng)濟、綜合能源系統(tǒng)、能源互聯(lián)網(wǎng)；

吳南南（1994），女，碩士研究生，主要研究技術經(jīng)濟評價、電力市場、工業(yè)工程及管理；

曾 鳴（1957），男，教授，博士生導師，主要研究電力市場、能源互聯(lián)網(wǎng)、綜合能源系統(tǒng)。