電網規劃中全生命周期投入產出效益評判方法

尹維波， 劉子明

(國網冀北電力有限公司唐山供電公司， 河北， 唐山 063000)

0 引言

電網規劃項目投資是國家基礎設施投資項目的重點，其投資規模較大[1-2]，因此對電網規劃項目實施有效性評判至關重要。電網規劃評判不但可以為未來新項目的決策和提高投資決策管理水平提出建議，也可為電網經營企業改進投資決策管理提供科學依據[3-5]，同時也能夠為以后評判項目運行中出現的問題提出改進建議[6]，達到提高投資效益的目的。目前，我國經濟發展速度加快，在經濟發展的同時社會對電力需求也逐步增大。為了滿足社會需求量，電力企業加大對電網規劃投資的規模[7-9]。因此，研究科學合理的電網規劃全生命周期投入產出效益評判方法是非常重要的。

本文構建投入產出效益指標體系分別介紹一級指標與二級指標的具體內容，具體介紹綜合評判方法，最后，通過實例分析表明本文方法操作性強，具有實際應用價值。

1 電網規劃中全生命周期投入產出效益評判方法

1.1 指標體系

電網規劃中投入產出效益應立足長遠發展，不能僅看短期的經濟效益，應從全社會的角度考慮電網規劃中投入產出效益[10]。為此從經濟效益、環境效益、技術效益等方面構建投入產出效益評判指標體系，如表1所示。

表1 投入產出效益指標體系

1.1.1 經濟效益指標

在電網規劃中經濟效益指標是最重要的一級指標，經濟效益指標分為建設投資、運行成本、故障成本、供電量提升比率以及電網建設投資。

電網運行成本的計算以式(1)描述，

C0=ΔPmaxλmaxCp

(1)

式中，ΔPmax表示利用最大負荷條件下潮流計算獲取的規劃方案的功率損耗，Cp、λmax分別表示躉入電價(元/kWh)和最大負荷損耗時，C0為運行成本。

故障停電對供電企業以及用戶造成的經濟損失是故障成本。故障停電損失分為停電直接成本、停電社會成本。故障成本屬于成本型指標，依據電網運行數據獲取。

供電量提升比率是評判供電量的效益指標。其計算如式(2)所示：

Q=Sn-Sn-1Sn-1×100%

(2)

式中，Sn、Sn-1、Q分別表示第n年的供電量、第n-1年的供電量、供電量提升比率。

電網規劃前后的年電網建設投資額的比值是電網建設投資延緩率。電網建設投資延緩率是經濟型指標，其反映電網規劃后的經濟效果。

1.1.2 技術效益指標

(1) 網損率

電網的技術效益主要受網損率影響。潮流計算法、等值電阻法、最大電流法是計算電網網損的方法。網損的計算如式(3)所示：

XL=∑ni=1 ∑nj=1ViVjGijcosθij

YL=∑ni=1 ∑nj=1ViVjBijcosθij

(3)

式中，Gij、Bij分別表示網絡導納陣對應元素分，XL為電網有功功率損失，YL為電網無功功率損失，θij為節點電壓Vi和Vj的相角θi與θj的差。

(2) 容載比

對應的供電總負荷(kW)和同一電壓級別下的主變壓器總容量(kVA)的比值是變電容載比。變電容載比是電網供電能力的重要技術指標，在宏觀上控制變電總容量。

(3) 最大負荷利用小時數

最大負荷利用小時數反映了系統供電能力的利用水平。最大負荷利用小時數的計算如式(4)所示：

T(n-1)max=PmaxSn-1cosφTmax

(4)

式中，Sn-1表示系統最大供電能力，cosφ表示系統平均功率因素，Tmax表示年最大負荷利用時長，T(n-1)為最大供電能力利用小時數，Pmax為系統年最大負荷。

(4) 用戶平均停電時間

在一定的統計時間里，供電用戶平均停電的小時數為用戶平均停電時間。

(5) 供電可靠率

供電可靠率為在一段時間里，實際供電時間與這段時間內全部用電時間的百分數描述。衡量電網持續供電的能力以供電可靠率，其計算過程如式(5)所示：

PSI=1-tT×100%

(5)

式中，T為統計期間時間，t為用戶平均停電時間、PSI為供電可靠率。

(6) 站間聯絡率

站間聯絡率為顯示網架結構的一個指標。其計算過程以式(6)描述：

g=∑ni,j=1,i≠jNij∑ni=1Ni∑ni,j=1,i≠jNij

(6)

其中，Nij、Ni分別表示第i個變電站出線中與第j個變電站聯絡的線路數、第i個變電站的出線數，g表示站間聯絡率。

1.2 綜合評判方法

1.2.1 確定指標權重

指標權重的確定是使用專家打分法。全生命周期投入產出效益評判指標中各項指標的重要程度主要是通過選取70位專家使用問卷調查的方法實施評判打分獲取。這70位專家均為電網投資領域、規劃與運行領域的專家。

1.2.2 投入產出效益計算

在指標標準化處理后指標各自權重加權求和計算投入產出效益評判指標。計算過程如式(7)所示：

Cben=∑Ni=1UIndexi·Mi

(7)

式中，指標總個數、第i個指標的權重、項目投入產出效益分別為N、Mi、Cben，UIndexi表示第i個指標Index的標準值。

2 實例分析

為驗證本文方法的實用性與可行性，選取某省某電網公司實際電網，構建4種典型場景的電網規劃方案，開展生產運行模擬實例。4種典型場景構建是按照具體項目的重要性劃分(剛性需求與彈性需求)。4類場景規劃目標年設置在2022年，預計總投資15億。具體場景及方案如表2、表3所示。

由表2、表3可知，為滿足4種不同場景的要求，針對每個場景制定了2種方案。通過本文方法計算出各方案投入產出效益，具體的相關數據如表4所示。

依據表4中各方案投入產出效益計算結果，評判出各場景的最優方案，如表5所示。

表2 該省2022年電網規劃模擬場景

表3 該省某電網規劃模擬4個場景的2種方案

表4 各場景可行方案投入產出效益

表5 各場景最優方案

在總投資15億元的約束條件下，依據剛性需求項目優先，彈性需求項目按投入產出效益水平從高到低的原則重新規劃，得到4種場景電網規劃投資安排結果，如表6所示。

表6 4種場景電網規劃投資安排結果

由表6可知，在總投資15億元的約束條件下，江蘇省某電網公司可對場景4、場景2中的電網項目優先建設，建設順序依據投入產出效益的高低排名實施電網項目規劃，場景4的投入產出效益(0.996)大于場景2投入產出效益(0.992)。因此，場景4優先場景2建設；場景1與場景3暫時先不建設，如后期有追加資金，可按其投入產出效益的高低排名，場景3投入產出效益(0.989)大于場景1投入產出效益(0.852)，因此場景3優先于場景1。該結果表明，通過本文方法對電網規劃的評判效果較好，具有較高實用性和可行性，實現電網投資的合理配置。

3 總結

利用本文方法對電網規劃作出分析評判，有助于提高電網建設水平，實現社會資源的優化配置。本文引入全生命周期理論，運用全生命周期理論開展電網規劃投入產出效益評判方法研究，包括指標體系研究，指標規范化處理方法和綜合評判方法研究。本文建立的電網規劃綜合評判方法通過相關指標的構建將全生命周期理論理念有機地融入到電網規劃綜合評判指標體系中，從各個層面綜合評判電網規劃方案。所提出的指標規范化處理方法降低了評判的主觀隨意性，提高了電網規劃方案評判的科學性和合理性。所提出的綜合評判方法操作性強，具有實際應用價值。

本文方法的研究是電網規劃綜合評判中的一種新思路，在這些研究基礎上，還需在以下幾方面做進一步的研究。

(1) 對綜合評判方法的進一步研究，例如灰色綜合評判、數據包絡分析法等。

(2) 周期成本的計算需要大量的統計數據，全生命周期成本的準備計算十分困難。因此，可以考慮將不確定性處理方法中的模糊建模，以及預測技術進而粗糙集數據挖掘技術等應用于全生命周期成本分析。

(3) 因為該評判指標體系本身不是固定不變、永不改變的定論，而是隨著電網發展需要逐步改進優化的過程，所以，指標體系需要隨著發展進一步優化完善。