電網(wǎng)規(guī)劃中全生命周期投入產(chǎn)出效益評(píng)判方法

尹維波， 劉子明

(國(guó)網(wǎng)冀北電力有限公司唐山供電公司， 河北， 唐山 063000)

0 引言

電網(wǎng)規(guī)劃項(xiàng)目投資是國(guó)家基礎(chǔ)設(shè)施投資項(xiàng)目的重點(diǎn)，其投資規(guī)模較大[1-2]，因此對(duì)電網(wǎng)規(guī)劃項(xiàng)目實(shí)施有效性評(píng)判至關(guān)重要。電網(wǎng)規(guī)劃評(píng)判不但可以為未來(lái)新項(xiàng)目的決策和提高投資決策管理水平提出建議，也可為電網(wǎng)經(jīng)營(yíng)企業(yè)改進(jìn)投資決策管理提供科學(xué)依據(jù)[3-5]，同時(shí)也能夠?yàn)橐院笤u(píng)判項(xiàng)目運(yùn)行中出現(xiàn)的問(wèn)題提出改進(jìn)建議[6]，達(dá)到提高投資效益的目的。目前，我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展速度加快，在經(jīng)濟(jì)發(fā)展的同時(shí)社會(huì)對(duì)電力需求也逐步增大。為了滿足社會(huì)需求量，電力企業(yè)加大對(duì)電網(wǎng)規(guī)劃投資的規(guī)模[7-9]。因此，研究科學(xué)合理的電網(wǎng)規(guī)劃全生命周期投入產(chǎn)出效益評(píng)判方法是非常重要的。

本文構(gòu)建投入產(chǎn)出效益指標(biāo)體系分別介紹一級(jí)指標(biāo)與二級(jí)指標(biāo)的具體內(nèi)容，具體介紹綜合評(píng)判方法，最后，通過(guò)實(shí)例分析表明本文方法操作性強(qiáng)，具有實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。

1 電網(wǎng)規(guī)劃中全生命周期投入產(chǎn)出效益評(píng)判方法

1.1 指標(biāo)體系

電網(wǎng)規(guī)劃中投入產(chǎn)出效益應(yīng)立足長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展，不能僅看短期的經(jīng)濟(jì)效益，應(yīng)從全社會(huì)的角度考慮電網(wǎng)規(guī)劃中投入產(chǎn)出效益[10]。為此從經(jīng)濟(jì)效益、環(huán)境效益、技術(shù)效益等方面構(gòu)建投入產(chǎn)出效益評(píng)判指標(biāo)體系，如表1所示。

表1 投入產(chǎn)出效益指標(biāo)體系

1.1.1 經(jīng)濟(jì)效益指標(biāo)

在電網(wǎng)規(guī)劃中經(jīng)濟(jì)效益指標(biāo)是最重要的一級(jí)指標(biāo)，經(jīng)濟(jì)效益指標(biāo)分為建設(shè)投資、運(yùn)行成本、故障成本、供電量提升比率以及電網(wǎng)建設(shè)投資。

電網(wǎng)運(yùn)行成本的計(jì)算以式(1)描述，

C0=ΔPmaxλmaxCp

(1)

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

故障停電對(duì)供電企業(yè)以及用戶造成的經(jīng)濟(jì)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(huì)成本。故障成本屬于成本型指標(biāo)，依據(jù)電網(wǎng)運(yùn)行數(shù)據(jù)獲取。

供電量提升比率是評(píng)判供電量的效益指標(biāo)。其計(jì)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(wǎng)規(guī)劃前后的年電網(wǎng)建設(shè)投資額的比值是電網(wǎng)建設(shè)投資延緩率。電網(wǎng)建設(shè)投資延緩率是經(jīng)濟(jì)型指標(biāo)，其反映電網(wǎng)規(guī)劃后的經(jīng)濟(jì)效果。

1.1.2 技術(shù)效益指標(biāo)

(1) 網(wǎng)損率

電網(wǎng)的技術(shù)效益主要受網(wǎng)損率影響。潮流計(jì)算法、等值電阻法、最大電流法是計(jì)算電網(wǎng)網(wǎng)損的方法。網(wǎng)損的計(jì)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(wǎng)絡(luò)導(dǎo)納陣對(duì)應(yīng)元素分，XL為電網(wǎng)有功功率損失，YL為電網(wǎng)無(wú)功功率損失，θij為節(jié)點(diǎn)電壓Vi和Vj的相角θi與θj的差。

(2) 容載比

對(duì)應(yīng)的供電總負(fù)荷(kW)和同一電壓級(jí)別下的主變壓器總?cè)萘?kVA)的比值是變電容載比。變電容載比是電網(wǎng)供電能力的重要技術(shù)指標(biāo)，在宏觀上控制變電總?cè)萘俊?/p>

(3) 最大負(fù)荷利用小時(shí)數(shù)

最大負(fù)荷利用小時(shí)數(shù)反映了系統(tǒng)供電能力的利用水平。最大負(fù)荷利用小時(shí)數(shù)的計(jì)算如式(4)所示：

T(n-1)max=PmaxSn-1cosφTmax

(4)

式中，Sn-1表示系統(tǒng)最大供電能力，cosφ表示系統(tǒng)平均功率因素，Tmax表示年最大負(fù)荷利用時(shí)長(zhǎng)，T(n-1)為最大供電能力利用小時(shí)數(shù)，Pmax為系統(tǒng)年最大負(fù)荷。

(4) 用戶平均停電時(shí)間

在一定的統(tǒng)計(jì)時(shí)間里，供電用戶平均停電的小時(shí)數(shù)為用戶平均停電時(shí)間。

(5) 供電可靠率

供電可靠率為在一段時(shí)間里，實(shí)際供電時(shí)間與這段時(shí)間內(nèi)全部用電時(shí)間的百分?jǐn)?shù)描述。衡量電網(wǎng)持續(xù)供電的能力以供電可靠率，其計(jì)算過(guò)程如式(5)所示：

PSI=1-tT×100%

(5)

式中，T為統(tǒng)計(jì)期間時(shí)間，t為用戶平均停電時(shí)間、PSI為供電可靠率。

(6) 站間聯(lián)絡(luò)率

站間聯(lián)絡(luò)率為顯示網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的一個(gè)指標(biāo)。其計(jì)算過(guò)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(gè)變電站出線中與第j個(gè)變電站聯(lián)絡(luò)的線路數(shù)、第i個(gè)變電站的出線數(shù)，g表示站間聯(lián)絡(luò)率。

1.2 綜合評(píng)判方法

1.2.1 確定指標(biāo)權(quán)重

指標(biāo)權(quán)重的確定是使用專(zhuān)家打分法。全生命周期投入產(chǎn)出效益評(píng)判指標(biāo)中各項(xiàng)指標(biāo)的重要程度主要是通過(guò)選取70位專(zhuān)家使用問(wèn)卷調(diào)查的方法實(shí)施評(píng)判打分獲取。這70位專(zhuān)家均為電網(wǎng)投資領(lǐng)域、規(guī)劃與運(yùn)行領(lǐng)域的專(zhuān)家。

1.2.2 投入產(chǎn)出效益計(jì)算

在指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)化處理后指標(biāo)各自權(quán)重加權(quán)求和計(jì)算投入產(chǎn)出效益評(píng)判指標(biāo)。計(jì)算過(guò)程如式(7)所示：

Cben=∑Ni=1UIndexi·Mi

(7)

式中，指標(biāo)總個(gè)數(shù)、第i個(gè)指標(biāo)的權(quán)重、項(xiàng)目投入產(chǎn)出效益分別為N、Mi、Cben，UIndexi表示第i個(gè)指標(biāo)Index的標(biāo)準(zhǔn)值。

2 實(shí)例分析

為驗(yàn)證本文方法的實(shí)用性與可行性，選取某省某電網(wǎng)公司實(shí)際電網(wǎng)，構(gòu)建4種典型場(chǎng)景的電網(wǎng)規(guī)劃方案，開(kāi)展生產(chǎn)運(yùn)行模擬實(shí)例。4種典型場(chǎng)景構(gòu)建是按照具體項(xiàng)目的重要性劃分(剛性需求與彈性需求)。4類(lèi)場(chǎng)景規(guī)劃目標(biāo)年設(shè)置在2022年，預(yù)計(jì)總投資15億。具體場(chǎng)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(chǎng)景的要求，針對(duì)每個(gè)場(chǎng)景制定了2種方案。通過(guò)本文方法計(jì)算出各方案投入產(chǎn)出效益，具體的相關(guān)數(shù)據(jù)如表4所示。

依據(jù)表4中各方案投入產(chǎn)出效益計(jì)算結(jié)果，評(píng)判出各場(chǎng)景的最優(yōu)方案，如表5所示。

表2 該省2022年電網(wǎng)規(guī)劃模擬場(chǎng)景

表3 該省某電網(wǎng)規(guī)劃模擬4個(gè)場(chǎng)景的2種方案

表4 各場(chǎng)景可行方案投入產(chǎn)出效益

表5 各場(chǎng)景最優(yōu)方案

在總投資15億元的約束條件下，依據(jù)剛性需求項(xiàng)目?jī)?yōu)先，彈性需求項(xiàng)目按投入產(chǎn)出效益水平從高到低的原則重新規(guī)劃，得到4種場(chǎng)景電網(wǎng)規(guī)劃投資安排結(jié)果，如表6所示。

表6 4種場(chǎng)景電網(wǎng)規(guī)劃投資安排結(jié)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(wǎng)公司可對(duì)場(chǎng)景4、場(chǎng)景2中的電網(wǎng)項(xiàng)目?jī)?yōu)先建設(shè)，建設(shè)順序依據(jù)投入產(chǎn)出效益的高低排名實(shí)施電網(wǎng)項(xiàng)目規(guī)劃，場(chǎng)景4的投入產(chǎn)出效益(0.996)大于場(chǎng)景2投入產(chǎn)出效益(0.992)。因此，場(chǎng)景4優(yōu)先場(chǎng)景2建設(shè)；場(chǎng)景1與場(chǎng)景3暫時(shí)先不建設(shè)，如后期有追加資金，可按其投入產(chǎn)出效益的高低排名，場(chǎng)景3投入產(chǎn)出效益(0.989)大于場(chǎng)景1投入產(chǎn)出效益(0.852)，因此場(chǎng)景3優(yōu)先于場(chǎng)景1。該結(jié)果表明，通過(guò)本文方法對(duì)電網(wǎng)規(guī)劃的評(píng)判效果較好，具有較高實(shí)用性和可行性，實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)投資的合理配置。

3 總結(jié)

利用本文方法對(duì)電網(wǎng)規(guī)劃作出分析評(píng)判，有助于提高電網(wǎng)建設(shè)水平，實(shí)現(xiàn)社會(huì)資源的優(yōu)化配置。本文引入全生命周期理論，運(yùn)用全生命周期理論開(kāi)展電網(wǎng)規(guī)劃投入產(chǎn)出效益評(píng)判方法研究，包括指標(biāo)體系研究，指標(biāo)規(guī)范化處理方法和綜合評(píng)判方法研究。本文建立的電網(wǎng)規(guī)劃綜合評(píng)判方法通過(guò)相關(guān)指標(biāo)的構(gòu)建將全生命周期理論理念有機(jī)地融入到電網(wǎng)規(guī)劃綜合評(píng)判指標(biāo)體系中，從各個(gè)層面綜合評(píng)判電網(wǎng)規(guī)劃方案。所提出的指標(biāo)規(guī)范化處理方法降低了評(píng)判的主觀隨意性，提高了電網(wǎng)規(guī)劃方案評(píng)判的科學(xué)性和合理性。所提出的綜合評(píng)判方法操作性強(qiáng)，具有實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。

本文方法的研究是電網(wǎng)規(guī)劃綜合評(píng)判中的一種新思路，在這些研究基礎(chǔ)上，還需在以下幾方面做進(jìn)一步的研究。

(1) 對(duì)綜合評(píng)判方法的進(jìn)一步研究，例如灰色綜合評(píng)判、數(shù)據(jù)包絡(luò)分析法等。

(2) 周期成本的計(jì)算需要大量的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，全生命周期成本的準(zhǔn)備計(jì)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(yù)測(cè)技術(shù)進(jìn)而粗糙集數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)等應(yīng)用于全生命周期成本分析。

(3) 因?yàn)樵撛u(píng)判指標(biāo)體系本身不是固定不變、永不改變的定論，而是隨著電網(wǎng)發(fā)展需要逐步改進(jìn)優(yōu)化的過(guò)程，所以，指標(biāo)體系需要隨著發(fā)展進(jìn)一步優(yōu)化完善。