基于數(shù)據(jù)包絡(luò)分析的配電網(wǎng)投資決策研究與應(yīng)用

唐冬來(lái) 田軍太 楊俏

摘? ?要：基于數(shù)據(jù)包絡(luò)分析技術(shù)和層次分析法，提出配電網(wǎng)投資決策研究與應(yīng)用，以大數(shù)據(jù)技術(shù)支撐配電網(wǎng)投資決策的精益化管理，充分調(diào)動(dòng)各項(xiàng)數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)配網(wǎng)運(yùn)行和資產(chǎn)數(shù)據(jù)的融合，以支撐電網(wǎng)業(yè)務(wù)活動(dòng)分析，提升電網(wǎng)企業(yè)配電網(wǎng)投資精準(zhǔn)度。本文首先簡(jiǎn)述了配電網(wǎng)投資決策由評(píng)價(jià)指標(biāo)的選取和投入產(chǎn)出模型的建立兩部分組成，評(píng)價(jià)指標(biāo)的選取充分反映電網(wǎng)公司管轄的各區(qū)域、各臺(tái)區(qū)配電網(wǎng)的發(fā)展目標(biāo)，投入產(chǎn)出模型基于數(shù)據(jù)包絡(luò)分析進(jìn)行客觀評(píng)價(jià)，并通過(guò)歷史數(shù)據(jù)分析，完善投入產(chǎn)出關(guān)聯(lián)計(jì)算方法，精確指導(dǎo)投資。其次，介紹了系統(tǒng)建設(shè)及應(yīng)用中的關(guān)鍵點(diǎn)，最后，展望系統(tǒng)擴(kuò)展對(duì)電網(wǎng)規(guī)劃業(yè)務(wù)的支撐，旨在探討基于數(shù)據(jù)包絡(luò)分析的配電網(wǎng)投資決策技術(shù)對(duì)配電網(wǎng)規(guī)劃支撐提供參考。

關(guān)鍵詞：戶線變關(guān)系自動(dòng)拓?fù)渥R(shí)別? 工頻脈沖? 小時(shí)電壓分布序列? 精準(zhǔn)校驗(yàn)

中圖分類號(hào)：TU 47? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號(hào)：1674-098X（2019）04（c）-0166-03

配電網(wǎng)是電力系統(tǒng)的重要組成部分，是國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展依賴的重要基礎(chǔ)設(shè)施，對(duì)電力系統(tǒng)的安全運(yùn)行和企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益的提高都起著至關(guān)重要的作用。配電網(wǎng)的建設(shè)管理水平直接影響著電網(wǎng)的安全運(yùn)行、經(jīng)濟(jì)效益及社會(huì)效益。由于制度的不完善和技術(shù)上的限制，一直以來(lái)配電網(wǎng)相關(guān)設(shè)備資產(chǎn)或多或少存在不匹配實(shí)際用電需求的情況。

“十三五”是中國(guó)全面建成小康社會(huì)的關(guān)鍵時(shí)期，各方聚焦配電網(wǎng)建設(shè)改造，高度重視規(guī)劃龍頭作用，但規(guī)劃編制與實(shí)施主體責(zé)任的變化、售電側(cè)改革的加快推進(jìn)以及分布式電源、多元化負(fù)荷的規(guī)?；尤耄瑢⑹沟门潆娋W(wǎng)規(guī)劃的實(shí)施面臨愈加復(fù)雜的問(wèn)題與挑戰(zhàn)。

在電力消費(fèi)轉(zhuǎn)型不斷加快的“十三五”時(shí)期，國(guó)家發(fā)布的多項(xiàng)政策要求配電網(wǎng)要保障分布式電源、電動(dòng)汽車充換電設(shè)施及其他多元負(fù)荷的無(wú)障礙接入，而未充分考慮配電網(wǎng)的接納能力，一味滿足大規(guī)模的接入需求將使得配電網(wǎng)建設(shè)改造工程量劇增，不利于整體資源的優(yōu)化配置。此外，分布式電源及多元負(fù)荷具有“散而多（分布分散、數(shù)量眾多）、快而變（容量及選址變化頻繁）”的特點(diǎn)，其大規(guī)模接入將給配電網(wǎng)規(guī)劃實(shí)施帶來(lái)更多挑戰(zhàn)。具體體現(xiàn)在分布式電源項(xiàng)目規(guī)劃裝機(jī)容量及選址頻繁變化，且前期工作流程相較電網(wǎng)工程簡(jiǎn)單、核準(zhǔn)周期短，配套電網(wǎng)規(guī)劃的實(shí)施常常跟不上分布式電源項(xiàng)目的變化節(jié)奏，給規(guī)劃的調(diào)整與實(shí)施帶來(lái)極大困難。電動(dòng)汽車的用電需求具有“時(shí)空”分布特性，規(guī)劃建設(shè)的充換電設(shè)施在不同時(shí)段的使用效率差異極大，配套電網(wǎng)規(guī)劃實(shí)施如不綜合考慮需求側(cè)能效管理對(duì)充電行為的引導(dǎo)，進(jìn)而優(yōu)化建設(shè)時(shí)序，將可能導(dǎo)致規(guī)劃實(shí)施過(guò)程中的供用電矛盾加劇或配電網(wǎng)設(shè)備、設(shè)施閑置等問(wèn)題的出現(xiàn)。

1? 研究背景

目前我國(guó)城市配電系統(tǒng)可靠率水平與發(fā)達(dá)國(guó)家差距較大，而線損率也一直與國(guó)際先進(jìn)水平存在差距，配電網(wǎng)的整體水平有待提高。而配電網(wǎng)整體水平的提高則依賴于配網(wǎng)建設(shè)與管理水平的提高，在配電網(wǎng)方面的投資則是其中重要的一環(huán)。

目前，營(yíng)銷部門(mén)按照用戶、臺(tái)區(qū)等管理電量信息，調(diào)度部門(mén)按照線路、配變等管理負(fù)荷等運(yùn)行信息，運(yùn)檢部門(mén)按照設(shè)備管理故障、電能質(zhì)量等信息，財(cái)務(wù)部門(mén)按照資產(chǎn)卡片管理資產(chǎn)購(gòu)建價(jià)值信息，但各種信息之間并未實(shí)現(xiàn)有效集成和充分利用。

在配輸電價(jià)改革“成本加效益”的監(jiān)管模式下，未來(lái)電網(wǎng)投資將受到政府更加嚴(yán)格的監(jiān)管，客觀要求公司強(qiáng)化字串績(jī)效、資產(chǎn)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估，優(yōu)化基建、技改、大修投資策略，實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)投資。建設(shè)配網(wǎng)投資決策模型是實(shí)現(xiàn)主動(dòng)投資的先決條件，也是電改強(qiáng)化資產(chǎn)績(jī)效管理的需要。

2? 系統(tǒng)概述

建立配電網(wǎng)資產(chǎn)投入產(chǎn)出評(píng)價(jià)體系，充分調(diào)動(dòng)各項(xiàng)數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)配網(wǎng)運(yùn)行和資產(chǎn)數(shù)據(jù)的融合，以支撐電網(wǎng)業(yè)務(wù)活動(dòng)分析，并貫通價(jià)值流、業(yè)務(wù)流、能量流，打通資產(chǎn)全壽命、能量全過(guò)程的數(shù)據(jù)鏈路。并可在此基礎(chǔ)上客觀量化評(píng)價(jià)各配電網(wǎng)投資的必要性、合理性，對(duì)投資能夠帶來(lái)的收益有一個(gè)合理預(yù)估，實(shí)現(xiàn)配電網(wǎng)設(shè)備的精準(zhǔn)投資，提高電網(wǎng)投資的效益。

2.1 評(píng)價(jià)指標(biāo)的選取

在配電網(wǎng)投入產(chǎn)出評(píng)價(jià)體系中，評(píng)價(jià)指標(biāo)分為投入指標(biāo)和產(chǎn)出指標(biāo)，其選取必須充分反映電網(wǎng)公司管轄的各區(qū)域、各臺(tái)區(qū)配電網(wǎng)的發(fā)展目標(biāo)，且同體系內(nèi)各具體指標(biāo)的方向應(yīng)一致，彼此間不可相互沖突。同時(shí)，需要為去除由經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平、電網(wǎng)規(guī)模、預(yù)期收益、用電總量等因素造成的差異，應(yīng)以成本投入為例，按照不同區(qū)域的負(fù)荷情況進(jìn)行比例化，在選取評(píng)價(jià)指標(biāo)時(shí)通常擇和設(shè)計(jì)比率性指標(biāo)，使得各指標(biāo)在橫向比較上具有相同的比較基礎(chǔ)。最后，指標(biāo)體系不應(yīng)遺漏任一重要指標(biāo)，需要能全面、系統(tǒng)地再現(xiàn)和反映客體的發(fā)展和管理目標(biāo)。體系內(nèi)的各條指標(biāo)又必須是彼此獨(dú)立且不重疊的，選擇的指標(biāo)如圖1所示。

2.2 投入產(chǎn)出軟件設(shè)計(jì)

采用基于數(shù)據(jù)包絡(luò)分析（Data Envelopment Analysis， DEA）的投入產(chǎn)出模型在評(píng)價(jià)指標(biāo)的選取上相對(duì)自由，并非拘于價(jià)值一點(diǎn)，而投入產(chǎn)出表均基于價(jià)值流動(dòng)。數(shù)據(jù)包絡(luò)分析采用數(shù)學(xué)規(guī)劃方法，以相對(duì)效率概念為基礎(chǔ)，利用觀察到的數(shù)據(jù)樣本資料，把每一個(gè)被評(píng)價(jià)單位作為一個(gè)決策單元（Decision Making Units，DMU），再由眾多DMU構(gòu)成被評(píng)價(jià)群體，通過(guò)對(duì)投入和產(chǎn)出比率的綜合分析，以DMU的各個(gè)投入和產(chǎn)出指標(biāo)的權(quán)重為變量進(jìn)行評(píng)價(jià)運(yùn)算，確定有效生產(chǎn)前沿面，并根據(jù)各DMU與有效生產(chǎn)前沿面的距離狀況，確定各DMU是否DEA有效，同時(shí)還可用投影方法指出非DEA有效或弱DEA有效的原因及應(yīng)改進(jìn)的方向和程度，從而得到最佳的配電網(wǎng)投資決策模型，投入產(chǎn)出軟件架構(gòu)如圖2所示。

DEA部分則僅根據(jù)知識(shí)庫(kù)的邏輯，根據(jù)輸入的各個(gè)數(shù)據(jù)計(jì)算得到結(jié)果并將其輸出，不承擔(dān)除算法之外的工作。

綜合分析部分則是整套系統(tǒng)的中心部分，承擔(dān)了所有的數(shù)據(jù)邏輯和后臺(tái)交互。其將可視化展示、管理界面與數(shù)據(jù)庫(kù)、算法連接起來(lái)，構(gòu)成有機(jī)整體;同時(shí)保證各模塊的獨(dú)立性和純凈性，避免功能修改導(dǎo)致各部分均有大量變動(dòng)。

綜合分析部分由數(shù)據(jù)訪問(wèn)、數(shù)據(jù)預(yù)處理、結(jié)論生成和控制單元等部分構(gòu)成。數(shù)據(jù)訪問(wèn)承擔(dān)從數(shù)據(jù)庫(kù)中取得所需的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和知識(shí)數(shù)據(jù)的功能，為DEA提供輸入數(shù)據(jù)，同時(shí)也為結(jié)論生成提供邏輯和自然語(yǔ)言表達(dá)相關(guān)的數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)預(yù)處理則接受從數(shù)據(jù)訪問(wèn)部分傳遞的原始數(shù)據(jù)，并將其分解為數(shù)據(jù)和邏輯兩部分，同時(shí)承擔(dān)根據(jù)邏輯將非量化數(shù)據(jù)進(jìn)行量化的工作。結(jié)論生成則根據(jù)知識(shí)庫(kù)中提供的邏輯和自然語(yǔ)言模板，將DEA計(jì)算得到的結(jié)果數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為自然語(yǔ)言，作為可視化展示的基礎(chǔ)之一。而控制單元?jiǎng)t起到連接各部分功能的作用。綜合分析部分的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖3所示。

可視化展示部分則負(fù)責(zé)將DEA計(jì)算的結(jié)果和綜合分析部分得到的結(jié)論進(jìn)行可視化展示，同時(shí)承擔(dān)前臺(tái)交互工作，使整個(gè)系統(tǒng)對(duì)用戶友好?？梢暬故静糠挚膳c數(shù)據(jù)庫(kù)管理部分實(shí)現(xiàn)有機(jī)結(jié)合甚至部分整合，但應(yīng)做好權(quán)限管理工作，防止對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)的惡意操作。

3? 系統(tǒng)研究關(guān)鍵點(diǎn)

3.1 基于人工智能的數(shù)據(jù)包絡(luò)分析配網(wǎng)投資決策分析，動(dòng)態(tài)修訂指標(biāo)屬性

在評(píng)價(jià)指標(biāo)的選取之上，雖然已有相關(guān)研究作為基礎(chǔ)，但并不一定完全滿足項(xiàng)目所需，需要采用人工智能技術(shù)進(jìn)行不斷地修改和驗(yàn)證。通過(guò)數(shù)據(jù)包絡(luò)分析不僅在于客觀驗(yàn)證其有效性，也結(jié)合相關(guān)的政策、專家?guī)斓囊庖?jiàn)和建議，相關(guān)聯(lián)的相關(guān)聯(lián)系已有數(shù)據(jù)的實(shí)際，將指標(biāo)修改到既符合使用需求，又保證功能有效，且不偏離系統(tǒng)實(shí)際。

3.2 基于大數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)包絡(luò)分析配電網(wǎng)投資決策模型，提供配電網(wǎng)投資決策準(zhǔn)確率

DEA模型的建立，精準(zhǔn)而健壯性好的算法是保證整個(gè)系統(tǒng)有效性的核心。建模過(guò)程中應(yīng)對(duì)建立的DEA模型進(jìn)行多次驗(yàn)證、修改和優(yōu)化，保證其實(shí)際應(yīng)用中能起到正確的指導(dǎo)作用。同時(shí)作為DEA模型的邏輯基礎(chǔ)的知識(shí)庫(kù)，也應(yīng)保證其靈活性，實(shí)現(xiàn)需求變更時(shí)無(wú)需更新程序，降低后續(xù)維護(hù)成本，保證系統(tǒng)的可操作、可修改性。

綜合考慮上述問(wèn)題，選擇合理的評(píng)價(jià)指標(biāo)和配電網(wǎng)投資決策模型，能實(shí)現(xiàn)快速準(zhǔn)確的分析判斷，解決投資決策準(zhǔn)確率較低薄弱環(huán)節(jié)。

4? 系統(tǒng)應(yīng)用展望

基于數(shù)據(jù)包絡(luò)分析的配電網(wǎng)投資決策模型，填補(bǔ)了指導(dǎo)配電網(wǎng)投資精準(zhǔn)投資系統(tǒng)的空白，實(shí)現(xiàn)配網(wǎng)運(yùn)行和資產(chǎn)數(shù)據(jù)的融合，以支撐電網(wǎng)業(yè)務(wù)活動(dòng)分析，并貫通價(jià)值流、業(yè)務(wù)流、能量流，打通資產(chǎn)全壽命、能量全過(guò)程的數(shù)據(jù)鏈路。并可在此基礎(chǔ)上客觀量化評(píng)價(jià)各臺(tái)區(qū)投資的必要性、合理性，對(duì)投資能夠帶來(lái)的收益有一個(gè)合理預(yù)估，實(shí)現(xiàn)配電網(wǎng)設(shè)備的精準(zhǔn)投資，提高電網(wǎng)投資的效益。

5? 結(jié)語(yǔ)

基于數(shù)據(jù)包絡(luò)分析的配電網(wǎng)投資決策模型是落實(shí)供電企業(yè)精益化管理的重要舉措，是配電網(wǎng)投資模式從被動(dòng)向主動(dòng)轉(zhuǎn)變的重要?jiǎng)?chuàng)新。配電網(wǎng)投資決策模型需根據(jù)經(jīng)濟(jì)發(fā)展、配電網(wǎng)架特性不斷完善，結(jié)合大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)、人工智能技術(shù)的應(yīng)用，轉(zhuǎn)變工作方式，優(yōu)化管理流程，達(dá)到提高工作效率的目的，進(jìn)一步加強(qiáng)智能化對(duì)配電網(wǎng)投資決策的支撐。

參考文獻(xiàn)

[1] 楊楠，董邦天，黃禹，等.考慮不確定性和多主體博弈的增量配電網(wǎng)源網(wǎng)荷協(xié)同規(guī)劃方法[EB/OL].中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào)：1-14[2019-04-09].https：//doi.org/10.13334/j.0258-8013.pcsee.181409.

[2] 葉彬，劉敦楠，楊娜，等.基于實(shí)物期權(quán)的增量配電網(wǎng)投資決策[J].電力系統(tǒng)自動(dòng)化，2018，42（21）：178-185.

[3] 李陽(yáng)，劉友波，黃媛，等.配電網(wǎng)中長(zhǎng)期動(dòng)態(tài)規(guī)劃投資的標(biāo)尺激勵(lì)評(píng)價(jià)方法[J].電力自動(dòng)化設(shè)備，2018，38（6）：95-102.

[4] 王國(guó)權(quán)，喬琨，侯榮均，等.配電網(wǎng)投資效益評(píng)價(jià)及投資項(xiàng)目的優(yōu)選[J].電力系統(tǒng)及其自動(dòng)化學(xué)報(bào)，2017，29（12）：146-150.

[5] 吳哲慧，王光增，鐘偉，等.配電網(wǎng)發(fā)展與投資決策動(dòng)態(tài)評(píng)估方法[J].廣東電力，2017，30（4）：10-14，49.