基于增量分析法的配電網(wǎng)投資改造方案決策

顧韌 唐璜 姚維明 倪蕙

摘 要：針對配電網(wǎng)投資改造過程中存在的方案選擇問題，提出在量化方案投資成本與收益后，選擇適當?shù)目山邮芑貓舐?，利用增量分析法進行方案選擇，使配電網(wǎng)投資方案兼顧可靠性與經(jīng)濟性，為配電網(wǎng)投資與可靠性決策分析提供了一種可行的解決方法。最后通過實際案例，說明了該方法的有效性。

關鍵詞：配電網(wǎng)；投資方案；可靠性；停電損失；增量分析法

中圖分類號：TM732 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2019）01-0125-04

Abstract： In the light of the problem of scheme selection in the process of distribution network investment and reconstruction， this paper proposes that after quantifying the investment cost and income of the scheme， the appropriate acceptable rate of return should be selected， and the incremental analysis method be used to select the scheme. It makes the distribution network investment scheme take into account the reliability and economy， and provides a feasible solution to the distribution network investment and reliability decision analysis. Finally， the effectiveness of the method is illustrated by an example.

Keywords： distribution network； investment scheme； reliability； outage loss； increment analysis method

引言

為落實中央政府穩(wěn)定增長和防范風險相關安排，加快配電網(wǎng)建設改造和轉型升級工作，以達到服務經(jīng)濟社會發(fā)展的目標，國家能源局制定了《配電網(wǎng)建設改造行動計劃（2015-2020年）》。計劃中要求：到2020年，中心城市（區(qū)）和城區(qū)的配電網(wǎng)智能化建設和可靠性水平將大幅提高，供電可靠率將分別達到99.99%、99.88%；用戶年平均停電時間將分別不超過1小時和10小時，以保障地區(qū)經(jīng)濟社會快速發(fā)展；鄉(xiāng)村及偏遠地區(qū)將全面提升供電能力和供電可靠性水平，解決鄉(xiāng)村配電網(wǎng)的薄弱建設落后問題，有效保障民生。

隨著我國經(jīng)濟與工業(yè)社會的快速發(fā)展，對電能的需求量不斷增加，這就要求電力企業(yè)在安全、可靠、持續(xù)的供電方面能達到更高的要求。配電網(wǎng)是現(xiàn)代電力系統(tǒng)的重要組成部分，其基本任務是對電能進行合理的分配，并將電能輸送給各電力用戶。電力配網(wǎng)的可靠性一直都是電力部門對配電網(wǎng)進行改造升級的重點，也是廣大電力用戶關注的焦點。因此，評估配電網(wǎng)進可靠性、用合理地投資有針對的改善配電網(wǎng)的供電可靠性具有重要意義。

目前，對于配電網(wǎng)可靠性的理論研究相當完善；可靠性與經(jīng)濟性相匹配的配電網(wǎng)建設理論也在發(fā)展當中，文獻[1-4]對配電網(wǎng)的可靠性與經(jīng)濟性進行了深入的研究與闡釋。文獻[5]在國際標準的基礎上進行了可靠性與經(jīng)濟性的研究。文獻[6]進一步考慮了新能源電源系統(tǒng)的可靠性與經(jīng)濟性。文獻[7-10]則在實際案例的基礎上探討了配電網(wǎng)可靠性與經(jīng)濟性的協(xié)調研究。文獻[11]指出，盡管對配網(wǎng)工程的投資較為巨大，但是目前制約電網(wǎng)發(fā)展的主要原因仍然是資金不足，在未來的電力市場條件下更是如此，因此需要對配電網(wǎng)的投資和可靠性提升的關系進行研究，強化配網(wǎng)的投資分析，進一步提升電網(wǎng)的可靠性。文獻[12]提出了基于可靠性評估的配電網(wǎng)改造的方法及應用流程，以及最優(yōu)改造方案的確定方法，但沒有考慮到配電網(wǎng)投資的經(jīng)濟性。文獻[13]提出了以可靠性成本與可靠性效益相結合的目標函數(shù)，用以尋求配電網(wǎng)最優(yōu)投資策略，但在實際應用過程中有一定的局限性，且過于繁瑣。在考慮可靠性經(jīng)濟性時的配電網(wǎng)投資改造方案比選時，采用何種評估方法卻未見文獻報道。

本文基于增量分析法，提出了一種綜合考慮配電網(wǎng)投資的經(jīng)濟性與可靠性提升的方案比選方法。

1 配電網(wǎng)的可靠性與經(jīng)濟性

配電網(wǎng)供電可靠性的價值就是其持續(xù)供電的價值，如果可靠性低則會造成缺供和停電，這將會給電力用戶和社會帶來相應的經(jīng)濟損失，這就要求我們要努力提升配電網(wǎng)的供電可靠性；然而，可靠性的提高是以增加配電網(wǎng)投資金額為成本的，一味的提高供電的可靠性而忽略經(jīng)濟性這一市場化原則，勢必會使配電網(wǎng)投資金額大幅增加，從電力企業(yè)經(jīng)濟效益角度以及整個社會的長期發(fā)展來看，這種做法并不可取?？偠灾?，合理的配電網(wǎng)供電可靠性水平是與經(jīng)濟性以及社會發(fā)展水平相適應的，配電系統(tǒng)的可靠性和經(jīng)濟性，既相互矛盾，又相互協(xié)調。這就要求我們在對配電網(wǎng)的供電可靠性進行升級改造時必須要考慮經(jīng)濟性的因素，在可靠性提升和可靠性投入之間尋求某種平衡[14]。

目前，用于評價配電網(wǎng)可靠性投資的方式主要有以下幾種[15]：

（1）絕對可靠性評估法

該方法主要是按照統(tǒng)一標準進行評估，只有可靠性指標符合標準的才被認可。該方法主要是為了降低資金成本，具有一定的可行性。

（2）可靠性程度排列法

對每一種方案進行可靠性評估后，按照其評估結果進行排序，選出可靠性最佳的方案。該方案只是單純的強調方案的可靠性，對于其經(jīng)濟性評價較少。

（3）可靠性比較分析法

對每一種方案進行可靠性評估后，并計算出其可靠性與經(jīng)濟性潛量，進行綜合比較，從而確定最優(yōu)方案。

（4）成本效益分析法

按照一定的標準去計算不同方案的成本與收益關系模型，從而在可靠性與經(jīng)濟性之間尋求一種平衡，得到最佳的實施方案。

本文采用增量分析法的評估方法本質上屬于成本效益分析法。選取合適的成本與收益，進行成本效益分析，從而得到最佳方案。

2 增量分析法[16]

2.1 增量分析法簡介

增量分析法是指對被比較方案在成本、收益等方面的差額部分進行分析，進而對方案進行比較、選優(yōu)的方法，可以定義為方案間不同之處的對比。

式中：B表示第二種方案相比于第一種方案的收益的增量，？駐C表示第二種方案相比于第一種方案的成本的增量，二者的量綱單位相同，MARR表示最低可接受報酬率。

然后我們利用增量分析法對提出的方案進行具體分析。分析過程的核心方法是剔除法：對提出的所有滿足條件的備選方案兩兩進行比較，依次剔除次優(yōu)方案，最終選擇出滿足可接受盈利指數(shù)下的最具經(jīng)濟性的方案。

具體分析過程如下：

首先，我們對提出的所有方案進行供電可靠性評估，對供電可靠性沒有達到要求的方案直接剔除，剩余方案作為可行的備選方案，并對這些備選方案進行成本與收益的量化評估，并按成本大小進行排列。

然后，我們分析前兩種方案。將第二種方案與第一種方案進行比較，并計算盈利能力指數(shù)，如果盈利能力指數(shù)滿足我們確定的判定準則-最低可接受報酬率（MARR），我們就認為從第二種方案中得到的收益增量大于成本增量，那么我們接受投資第二小的方案并拒絕投資最小的方案，否則我們接受投資最小的方案。

如果我們接受了第二種方案，那么接著重復上述步驟，比選第三種方案與第二種方案，計算盈利能力指數(shù)，如果滿足條件則接受第三種方案，否則接受第二種方案。不斷重復此步驟，直到選擇出滿足可接受回報率下的最優(yōu)投資方案，可以使得累計利潤最大化。

2.2 成本和收益

配電網(wǎng)供電可靠性提升的成本指供電企業(yè)為使配電網(wǎng)供電可靠性水平提升到一定水平而投入的資金，本文中，我們將配電網(wǎng)的改造投資金額作為成本。配電網(wǎng)可靠性的收益指因配電網(wǎng)供電可靠性提高，而是用戶及供電部門獲得的收益，主要體現(xiàn)在停電損失的減少。本文中，我們將因可靠性提高而降低的停電損失作為收益。即：

目前，停電損失的估算方法[17-18]主要是：通過統(tǒng)計數(shù)據(jù)，計算出不同類型的電力用戶或不同地區(qū)的電力用戶在不同停電時間下的平均停電損失，用平均停電損失去估算區(qū)域電網(wǎng)的停電損失。本文采用的停電損失估算參數(shù)如下表：

其中，短時停電為停電時間小于3min的停電事件，長時停電為停電時間大于3min的停電事件。

3 應用案例

為了驗證該方案在配電網(wǎng)投資與可靠性決策中的實際應用效果，選取了某地區(qū)配電網(wǎng)改造工程為試點。所選區(qū)域為C類供電區(qū)域，區(qū)域內共有35kV變電站2座，35kV線路兩條，10kV饋線9條，10kV聯(lián)絡線路5條，配電公用臺區(qū)154個，專變用戶243個，居民用戶25946個，年供電量7500萬kWh。為了提升該區(qū)域內的供電可靠性水平，針對區(qū)域內的2個變電站所屬的6條10kV饋線進行改造。

選取典型可靠性參數(shù)，對該現(xiàn)狀配電網(wǎng)及各方案進行可靠性評估及停電損失估算，并按投資金額排序，計算結果如表2。

下面對上述案例進行分析，C類供電區(qū)域要求供電可靠性達到99.897%，上述四種方案均滿足此要求。

當選擇可接受回報率為0.4時，最優(yōu)方案為方案1。

當選擇可接受回報率為0.3時，最優(yōu)方案為方案2。

當選擇可接受回報率為0.1時，最優(yōu)方案為方案3。

由上述分析結果可知：隨著我們可接受回報率的降低，最優(yōu)方案的選擇是不同的，因此可接受回報率的適當選取，直接影響著方案的選擇，供電部門應在進行充分的調研與論證后，給出可接受回報率的取值。

4 結束語

本文針對配電網(wǎng)投資改造過程中的方案選擇問題，在研究配電網(wǎng)改造投資的經(jīng)濟性與可靠性的基礎上，對配電網(wǎng)投資的收益進行量化，采用增量分析法進行方案的選擇。參考相關文獻，進行舉例驗證，結構證明該方案可以合理的評估配電網(wǎng)投資改造方案，并選擇出可接受的最佳方案，這對于我國現(xiàn)階段的配電網(wǎng)改造工程的進行具有重要意義。

本文提出的評價方法簡單實用，適合應用于實際的工程應用中，為電力市場條件下電力系統(tǒng)的可靠性問題提供了一定的參考價值。在該模型中，可接受回報率的取值直接影響著方案的最終選擇結果，因此對于可接受回報率的取值要相當慎重，不同地區(qū)可以根據(jù)實際情況確定適合本地區(qū)的取值。

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