四川北部山區(qū)變電工程可研投資估算模型研究

甘靜 簡(jiǎn)遜 張?zhí)K華

摘 要：四川北部山區(qū)的變電工程具有獨(dú)特性。一種簡(jiǎn)潔有效的可研投資估算方法和模型在理論上和實(shí)際工作中都意義重大。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的非線性、自學(xué)習(xí)的特點(diǎn)，非常適合建立變電工程的投資估算模型。模型選取電壓等級(jí)、本期變電容量、電壓器臺(tái)數(shù)、終期變電容量等12個(gè)輸入變量，建立三層神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，用收集的訓(xùn)練樣本訓(xùn)練神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型，測(cè)試樣本測(cè)試模型。測(cè)試結(jié)果表明模型效果良好。模型使用者無(wú)需掌握過(guò)多技術(shù)細(xì)節(jié)，適合于投資發(fā)展部門估算，前景良好。

關(guān)鍵詞：變電工程；投資估算；神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)；可研；預(yù)測(cè)

變電工程投資金額龐大、建設(shè)周期長(zhǎng)，變電工程投資估算出現(xiàn)失誤，后果嚴(yán)重。投資估算是變電工程項(xiàng)目投資、概算、預(yù)算、結(jié)算、決算的基礎(chǔ)，投資估算的準(zhǔn)確性將直接影響到項(xiàng)目建設(shè)和投資經(jīng)濟(jì)效果。四川北部山區(qū)特殊的地形使得變電站的建設(shè)難度和工程造價(jià)大大增加，而山區(qū)電網(wǎng)建設(shè)對(duì)當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展具有現(xiàn)實(shí)的重要性和必要性，因此，四川北部山區(qū)變電站工程進(jìn)行可研投資估算模型研究，意義重大。國(guó)內(nèi)外對(duì)投資估算已有一些相應(yīng)的研究，比如采用成本估算的方法，建立工程成本的數(shù)據(jù)庫(kù)，根據(jù)歷史工程、類似工程的歷史資料，結(jié)合相應(yīng)的參考指標(biāo)手冊(cè)，用類比、回歸的方法確定擬建工程的投資情況；有利用典型工程建設(shè)經(jīng)驗(yàn)，將模糊數(shù)學(xué)引入工程造價(jià)進(jìn)行投資估計(jì)，提高計(jì)算速度，減少計(jì)算周期，但研究主觀性強(qiáng)，準(zhǔn)確性不夠高。這些方法都要求估算者對(duì)工程本身和相應(yīng)技術(shù)有較高的了解，但實(shí)際各地市電力公司的投資決策部門，多為經(jīng)濟(jì)和管理專業(yè)背景，因此，如果有一種簡(jiǎn)潔有效的方法和模型幫助進(jìn)行變電站工程可研投資估算，將對(duì)投資決策和規(guī)劃有很大幫助。

此篇論文，在收集對(duì)應(yīng)的變電工程估算的歷史數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上，采用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型和方法，建立四川山區(qū)變電站工程可研投資估算模型，能簡(jiǎn)便地進(jìn)行可研投資估算，結(jié)果準(zhǔn)確有效。

1 問(wèn)題提出和解決思路

位于四川北部山區(qū)的G地級(jí)市，市國(guó)網(wǎng)供電公司從實(shí)際工作需要和上級(jí)要求出發(fā)，希望其投資發(fā)展部門在無(wú)技經(jīng)和造價(jià)人員支持情況下，在編制可行性研究報(bào)告時(shí)能夠由投資發(fā)展部門獨(dú)立給出電力工程投資估算。為此，需要建立一無(wú)需掌握過(guò)多技術(shù)細(xì)節(jié)、輸入輸出變量易理解的估算模型，進(jìn)行變電工程的可研投資估算研究。

問(wèn)題的解決，關(guān)鍵是投資估算方法和模型的選取建立。

神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)是一種大規(guī)模并行的非線性動(dòng)力學(xué)系統(tǒng)。BP（Back Propagation，后向）神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)其層與層之間權(quán)重可自修正，并已經(jīng)證明在閉區(qū)間內(nèi)任何一個(gè)N維到M維的連續(xù)函數(shù)都可以用含有一個(gè)隱層的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)來(lái)實(shí)現(xiàn)任意精度的逼近。這種非線性、自學(xué)習(xí)自我更正的特點(diǎn)，非常適合變電工程的投資估算的科學(xué)預(yù)測(cè)。

2 變量選擇和輸入數(shù)據(jù)預(yù)處理

模型輸入因素的選擇，既要考慮其影響性質(zhì)和程度，又要考慮數(shù)據(jù)的可取得性，并要結(jié)合模型而取舍。具體選取的變量如表1所示。其中工程建設(shè)所在年的PPI、CPI、G市就業(yè)人員平均工資等動(dòng)態(tài)因素，體現(xiàn)變電工程建設(shè)投資額的動(dòng)態(tài)性。在進(jìn)行實(shí)驗(yàn)前，要對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)值化等預(yù)處理，使之能夠被神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型處理，具體如表1。

輸出變量1個(gè)，為可研批復(fù)中的工程投資值，單位萬(wàn)元。

收集到的所有有效樣本為81個(gè)。

將所有樣本分為訓(xùn)練樣本集和測(cè)試樣本集，從35kV、110kV、220kV變電工程中各選新建、擴(kuò)建1個(gè)共6個(gè)樣本為測(cè)試樣本集，其余75個(gè)樣本為訓(xùn)練樣本集。

訓(xùn)練樣本集用于訓(xùn)練神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，測(cè)試樣本集用于模擬實(shí)際情況測(cè)試模型。

3 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型結(jié)構(gòu)

選用 MATLAB 7.1為開發(fā)工具。

神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)如圖1所示，選擇三層BP網(wǎng)絡(luò)，分別為輸入層、隱單元層、輸出層。

隱單元層采用logsig函數(shù)，輸出層用purelin函數(shù)。網(wǎng)絡(luò)初始權(quán)值在權(quán)值范圍[-1，1]內(nèi)隨機(jī)產(chǎn)生網(wǎng)絡(luò)初始權(quán)值。

輸入層節(jié)點(diǎn)I=（I1，I2，I3... ...，I13），共13個(gè)，其中12個(gè)節(jié)點(diǎn)（I1，I2，I3... ...，I12）對(duì)應(yīng)表2中12個(gè)變量，另外一個(gè)節(jié)點(diǎn)對(duì)應(yīng)閾值。輸入變量值在作為網(wǎng)絡(luò)輸入時(shí)進(jìn)行規(guī)一化處理成[0，1]范圍內(nèi)值。

規(guī)一化公式為，max{Ij}、min{Ij}是第j項(xiàng)變量Ij在81個(gè)樣本中的最大值、最小值。

隱單元層中的節(jié)點(diǎn)個(gè)數(shù)選擇5個(gè)，其中4個(gè)節(jié)點(diǎn)接受輸入層的結(jié)果，另外一個(gè)節(jié)點(diǎn)對(duì)應(yīng)隱單元的閾值。

輸出層節(jié)點(diǎn)數(shù)為1，對(duì)應(yīng)唯一的輸出變量——工程投資。

4 模型訓(xùn)練

為提高訓(xùn)練效率，選用批處理訓(xùn)練，訓(xùn)練算法選用Matlab里的trainlm方法（即Levenberg - Marquardt方法），性能函數(shù)選用MSE（mean squared error，均方誤差）。

用預(yù)處理并規(guī)范化了的75條訓(xùn)練樣本進(jìn)行批處理訓(xùn)練，結(jié)果顯示，在90周期后基本收斂穩(wěn)定，性能函數(shù)MSE已經(jīng)非常小。如圖2所示。

至此，模型訓(xùn)練完成。

5 模型測(cè)試

以此訓(xùn)練后的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型對(duì)測(cè)試樣本集的6條數(shù)據(jù)進(jìn)行檢驗(yàn)。測(cè)試得到每條樣本數(shù)據(jù)預(yù)測(cè)投資值和批復(fù)投資值（皆為規(guī)一化的數(shù)據(jù)）見下表2。6個(gè)樣本誤差百分比的平均值為2.89%。可見預(yù)測(cè)效果很好。

6 結(jié)論及展望

神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的非線性、自學(xué)習(xí)的特點(diǎn)，適合變電工程的投資估算預(yù)測(cè)。用此建立的這個(gè)模型，適合于國(guó)網(wǎng)供電公司投資發(fā)展部（或有些地方叫投資決策部）在編制可行性研究報(bào)告時(shí)獨(dú)立地較準(zhǔn)確給出變電工程投資估算，而無(wú)需掌握過(guò)多技術(shù)細(xì)節(jié)、無(wú)需技經(jīng)和造價(jià)人員支持。由于模型采用G地級(jí)市電網(wǎng)數(shù)據(jù)訓(xùn)練，論文所建立的模型適合于G地級(jí)市以及四川北部山區(qū)的國(guó)網(wǎng)變電工程。這種方法可以推廣應(yīng)用到其他地區(qū)和其他工程的投資估算。

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本文系2015年國(guó)網(wǎng)廣元供電公司科技項(xiàng)目“四川北部山區(qū)輸變電工程可研投資概算模型研究 ”的研究成果之一。

作者簡(jiǎn)介：

甘靜（1986-），四川眉山人，工程師，研究方向：電力系統(tǒng)；簡(jiǎn)遜（1984-），四川廣元人，工程師，研究方向：電力系統(tǒng)；張?zhí)K華（1984-），四川綿陽(yáng)人，統(tǒng)計(jì)師，研究方向：電力系統(tǒng)。