基于分層序列法的配電網項目優選研究

陸 野，何永秀，呂 媛，車怡然，張 巖

（華北電力大學經濟與管理學院，北京 102206）

0 引言

配電網項目數量眾多，實施目的多樣，不同項目之間的重要程度和投資效益存在較大差距。當前地市級電力公司的項目投資主要憑借規劃人員的主觀決策，項目的評價和比選缺乏明確的標準，導致部分配電網投資項目安排不合理，投資效率效益不高。因此，如何采用合理的方法優選出重要性高和效益性大的項目，最大限度提高資金利用效率，成為配電網投資亟須解決的重大問題［1-2］，有必要針對配電網項目投資效益評價和優選問題進行深入研究。

在電網投資效益評價的研究中，文獻［3］從不同類型電網的角度分別構建了電網投資效益評價指標體系。文獻［4］研究了直流輸電工程的成本分攤與回收機制。文獻［5］研究了技改類項目的投入效益，建立了效益評估指標體系。文獻［6］通過建立配電網投資效益評價模型和項目組合優化模型分別對配電網投資效益的總體和單項進行評價，在量化打分和綜合排序基礎上，以資金約束為條件，優化項目投資組合。文獻［7］按照兩級優先級排序，第一優先級為可靠性，第二優先級為經濟性，通過可靠性和經濟效益的綜合分析，得出項目的最優建設順序。

在電網項目排序優選的研究中，文獻［8］結合項目投資效益評價結果以及投資約束條件，建立了按項目功能分類的投資分配和項目優選模型。文獻［9］從安全性、可靠性、經濟性、靈活性、協調性和環境影響性6 個方面進行了10 kV 配電網投資分配的模糊綜合評價。文獻［10］通過投資組合理論建立電網項目投資組合的多目標決策模型，結合變權理論對目標的權重進行確定，并對模型進行求解。文獻［11］從緊迫性、重要性、政策性和可行性4 個方面構建了儲備項目綜合評價指標體系。

綜上所述，在已有的配電網項目投資決策研究中，沒有根據量化的社會效益進行項目優選，如何進一步科學考慮到不同項目的重要等級和分配次序需要深入研究。基于全壽命周期理論構建了配電網項目投資效益模型，基于分層序列法對配電網項目進行優選，旨在提高資金的產出效益。

1 配電網投資效益模型

1.1 經濟效益模型

全面考慮配電網項目的全壽命周期成本和收入，構建投資經濟效益模型，如圖1和式（1）所示。

圖1 配電網項目全壽命周期經濟效益構成

式中：Beco為配電網項目的經濟效益；Iincome為配電網項目的全壽命周期收入；CLLC為配電網項目的全壽命周期成本。

1）全壽命周期成本。

構建配電網全壽命周期成本模型，如式（2）所示。并分別對投資階段、運營階段及報廢階段的配電網成本進行計算，如式（3）—式（5）所示。

式中：Cinvest為配電網項目的投資階段成本；Coperation為配電網項目的運營階段成本；Cretirement為配電網項目的報廢階段成本；Cpurchase為設備購置費；Cinstallion為建筑工程費；Cland為土地成本；Creserve為基本預備費；Cother為投資階段其他費用支出；Cbuy，t為第t年配電網項目的購電成本；Cmain，t為第t年配電網項目的運維成本；r為折現率；T為配電網項目的使用壽命；Cdispose，T為配電網項目的退役除役成本；Cresidual，T為配電網項目的設備殘值費用。

2）全壽命周期收入。

配電網項目的全壽命周期收入為各年增供電收入的現值，如式（6）所示。各年的增供電收入是增供電量和銷售電價的乘積，如式（7）所示。

式中：Iadd，t為第t年增供電收入；i為電壓等級，取值為1～4，分別代表1 kV 及以下、10 kV、35 kV 和110 kV電壓等級；u為用戶類別，取值為1～4，分別代表大工業、一般工商業、居民和農業用戶；qi，u，t為供電單元在第t年第i電壓等級第u類用戶的增供電量；pi，u，t為第t年第i電壓等級第u類用戶的銷售電價；λ為配電網項目的固定資產原值占該供電單元總資產的比例。

1.2 社會效益模型

配電網的社會效益包括可靠性效益、環境效益、產業帶動效益、光伏扶貧效益等方面［12-15］，如圖2 和式（8）所示。

圖2 配電網項目社會效益構成

式中：Bsocial為配電網項目投資的社會效益；Breliable，t為第t年的可靠性效益；Benvir，t為第t年的環境效益；Bpull為產業帶動的效益；Battract，t為第t年招商引資的效益。

（2）直流輸入，無備電：采取直流電源的直接供電方式。這種方式適合對網絡質量要求不高，同時信號源為直流輸入的場景。

1）可靠性效益。配電網的建設投資增加了供電可靠性，從而減小了由于缺電造成的社會效益損失。采用單位電量產生的地區生產總值作為社會效益的損失系數，對配電網項目投資帶來的可靠性效益進行計算，如式（9）所示。

式中：Qtotal為配電地區的總用電量；R為項目建設后的配電地區供電可靠率；R0為項目建設前的配電地區供電可靠率；PGDP為單位電量產生的地區生產總值。

2）環境效益。配電網項目通過節能減排、電能替代和可再生能源上網及消納等途徑減少了環境污染，如式（10）所示，由此產生的環境效益為二氧化碳、二氧化硫和氮氧化物三者的治理費用之和，如式（11）所示。

式中：Qenvir，t為第t年節能減排電量；ΔQloss，t為第t年節省的線損電量；ΔQrenew，t為第t年新增可再生能源發電量；ΔQreplace，t為第t年新增電能替代電量；Bcarbon，t為第t年二氧化碳減排效益；Bsulfur，t為第t年二氧化硫減排效益；Bnitric，t為第t年氮氧化物減排效益。

因節能減排而減少的二氧化碳、二氧化硫和氮氧化物排放量以煤電機組為計算標準，如式（12）—式（14）所示。

3）產業帶動效益。配電網項目投資對產業的帶動效益可以采用投入產出法進行計算。投入產出表是以矩陣形式描述國民經濟各部門生產活動的投入來源和產出使用去向，揭示國民經濟各部門之間相互依存關系。利用配電網項目投資在42 個國民經濟各個部門中的分解系數和各個部門間的完全消耗系數，可以計算得出配電網項目建設投資對各個部門的帶動系數，用矩陣Bn×1表示，如式（15）所示。

式中：Sn×n為n個部門間的完全消耗系數矩陣；Mn×1為配電網項目投資按n個部門的分解矩陣。

利用配電網項目建設投資對各部門的帶動系數，計算配電網項目投資對經濟的帶動作用，如式（16）所示。

式中：Itotal為配電網項目總投資；n取值為1～42，代表42個國民經濟部門；bn×1為配電網項目建設投資對各部門的帶動系數。

4）招商引資效益。電力是重要的基礎配套設施和公共服務部門，安全穩定、可靠廉價的電力供應對招商引資工作發揮了重大積極作用。利用新增報裝電力的大工業用戶和一般工商業用戶的生產總值和電力引資拉動系數來衡量招商引資效益，如式（17）所示。

式中：ΔVindustry，t為新增報裝電力的大工業用戶產值；ΔVcommerce，t為新增報裝電力的一般工商業用戶產值；γ為電力引資拉動系數。

2 基于分層序列法的項目優選

配電網項目依據其實現目的的不同可分為政策類、安全類和效益類3 種類別，不同類別的項目存在輕重緩急之分。政策類項目服務于國家和人民，呈現出投資剛性；安全類項目需對嚴重程度進行評估，將存在較大安全隱患的問題盡快解決；最后將資金優化分配于剩余項目，提高資金的產出效益。

基于配電網項目這種優先層級特征，將分層序列法用于項目優選。分層序列法亦稱優先級法，是一種求解多目標規劃問題的方法，把多個目標按輕重緩急分成不同層次，每次都在前一目標最優解集內求下一個目標最優解，直到求出共同的最優解。基于分層序列法的配電網項目優選方法如圖3所示。

圖3 基于分層序列法的配電網項目優選方法

1）第1 層篩選條件為重大政策性和嚴重安全性項目。重大政策性工程項目指的是服務于民生或國家政策的剛性投資項目，嚴重安全性項目指的是為解決嚴重超出安全標準或多次發生安全故障的項目。

2）第2 層優選條件為綜合考慮經濟性和社會性的工程項目，經濟效益和社會效益的權重系數分別為α1，α2，如式（18）所示。

式中：Beco為配電網投資項目的經濟效益；Bsocial為配電網投資項目的社會效益。

3）第3 層補選條件為1～β倍資金范圍的補選調整項目，用于根據實際情況對補選項目進行調入調出管理。

3 案例分析

1）備選項目庫。

設N省某地市電網公司當年用于配電網總投資資金為3 億元，備選項目庫包含30 個配電網工程項目，全部投資需要資金40 209.5 萬元。根據分層序列法進行項目優選，實現投資效益的最大化。備選項目庫如表1所示。

表1 某地市配電網投資備選項目庫

表1（續）

2）第1層篩選。

首先根據第1 層篩選條件確定剛性投資項目。項目性質為重大政策性投資的入選項目有3 號、8號、9號、15號、23號、24號、25號。項目目的為解決嚴重安全類問題的入選項目有11 號、17 號、21 號、26號。經匯總第1層篩選占用資金14 358萬元。

3）備選項目效益測算。

基于配電網項目全壽命周期經濟效益模型和社會效益模型，分別計算各備選項目預期的經濟效益和社會效益，如表2所示。

表2 備選項目經濟社會效益表

表2（續）

4）第2層優選。

排除第1 層已經篩選出的項目，對剩余項目進行第2 層優選，以綜合效益最大化為目標。在經濟效益和社會效益的權重分配上，應在保證電網公司可持續發展的基礎上，盡可能為社會發展做出貢獻。征求專家建議，本文中經濟效益權重取0.6，社會效益權重取0.4，在資金量15 642 萬元約束下，根據排序結果入選的項目有10 號、7 號、18 號、27 號、22 號、30 號、6 號、5 號、28 號。經匯總第2 層優選占用資金15 626.5萬元，剩余15.5萬元。

5）第3層補選。

當入選項目因突發狀況終止或計劃推遲時，由補選項目替補。第3 層補選條件為1～1.1 倍資金范圍的補選調整項目，資金約束為3 015.5 萬元，入選項目有14號、19號、12號、16號、20號。經匯總第3層補選占用資金2 983萬元。配電網工程項目優選過程如表3所示。

表3 配電網工程項目優選過程

4 結語

提出一種配電網項目投資效益測算和項目優選的方法，一是建立了配電網項目全壽命周期經濟效益和社會效益模型，用于地市配電網項目投資效益的評價與比選；二是基于分層序列法的配電網項目優選策略，在有限資金約束下，對備選項目庫進行3層選取，分別考慮了剛性項目篩選、綜合效益項目優選和部分項目補選的分層選取策略。所提方法兼顧了項目在政策和安全上的重要性和在經濟和社會上的效益性，為地市電網公司提供了科學客觀的項目優選指導。對某地市的30 個配電網項目進行實證分析，驗證了模型的可行性。研究成果可用于配電網項目的管理與效益評價工作，提高地市電網公司項目優選的科學性，在滿足政策和安全的前提下，提高配電網項目投資的經濟效益和社會效益。