电网精准投资决策建模研究

陈志梅，姚劲松，顾建明，刘晋雄，蔚 真，乔中智，赵 帅

（国网山西省电力公司，太原 030001）

一、电网投资指标体系构建

电网投资是电网规划计划工作中的重要一环，关系到企业可持续发展能力和电网发展质量，此外电网投资规划还是一个复杂烦琐的系统工作。在电网投资指标体系中，其中基本的是系统分析法与层次分析法，并由三个指标体系构成。基于电网设备的负载、损耗、电压等运行信息，将指标主要分为三个方面：技术、经济、社会效益。

此外，电网投资规划是一个多目标、全过程、多维度的复杂系统工程。因此，电网投资指标体系也是一个多层次的指标体系。参考系统分析的基本理论和层次分析法，将电网投资指标体系总体框架设计分为三个层次。

（一）电网投资技术效益指标体系

根据电网设备的负载、损耗、电压等运行信息，从电网投资技术效益考虑，建立电网投资技术效益评价指标体系。本指标体系共从四方面构建。其中，供电可靠性方面由供电可靠率、综合电压合格率、电网线路互联率、容载增速比、重载设备占比、设备非计划停电率、故障停电平均持续时间、用户平均停电频率指标构成；设备利用效率方面由设备无故障运行间隔、单位投资设备缺陷变化率、线路重载比率指标构成；装备技术水平方面由设备运行年限、变压器负载分布、配电自动化终端覆盖率指标构成；适应性方面由输电网N-1通过率、配电线路N-1通过率、瓶颈线路占比、变电容载比指标构成。

（二）电网投资经济效益指标体系

根据电网的要素投入与产出水平，从投资效益和财务效益两个角度来考虑，建立电网投资经济效益评价指标体系如表1所示。

表1 电网投资经济性指标体系

本指标体系共从两方面构建。其中，投资效益方面由电网资产收入比、线损率、单位资产供电量、单位投资增供电量、单位投资增供负荷、单位电量供电成本指标构成；财务效益方面由内部收益率、投资回收年限指标构成。各指标含义和计算方法见下文。

1.投资效益

（1）电网资产收入比

电网资产收入比是电网公司的年度总销售电价收入除以电网公司资产总量的结果，该结果直接表明固定资产所能够带来的收入比，可以反映出电网企业资产的利用率以及单位资产的盈利率。

（2）线损率

线损率指标是每个电力部门效率的一个重要指标。它是电网中损耗的电能比，其结果是用来考核电网系统运行的经济性，线损率越高，则电力部门的电能消耗越多、经济效果越差。计算公式如下：

（3）单位资产供电量

计算公式如下：

（4）单位投资增供电量

计算公式如下：

（5）单位投资增供负荷

计算公式如下：

（6）单位电量供电成本

单位电量供电成本是在一定时期内供电成本支出的比率，它会反映出每个供电单位需要花费的成本，比例越低，单位供电的成本支出越低，电网公司从投资中获得收益的能力越高。

2.财务效益

（1）内部收益率

在财务学中，固定资产的投资回报率一般采用内部收益率（IRR）来评估，其含义是投资方案在建设和生产运行年限内各年净现金流量的现值累计等于0时的折现率，是反映方案获利能力的重要动态评价指标。IRR是指使方案在研究期内一系列收入和支出的现金流量净现值为0时的折现率，即满足下式的IRR：

式中各指标含义与净现值公式中含义相同，IRR为所需求得的内含报酬率。

（2）投资回收时间

投资回收时间，又指投资返本时间，一般是项目的净收益抵偿全部投资（包括固定资产和流动资金）所需的时间。投资回收时间按年表示的表达是：

式中Pt为投资回收年限。

（三）电网投资社会效益指标体系

根据项目的社会效益与对社会的影响，既分析对社会的贡献与影响，研究项目与社会的相互适应性，以揭示降低社会风险的途径，并从项目的社会可行性方面为项目决策提供科学的分析依据。从电网投资社会效益考虑，建立电网投资社会效益评价指标体系如表2所示。

表2 电网投资社会效益指标体系

本指标体系共从三方面构建，其中投资项目先进性方面由项目示范作用、项目可持续性指标构成；对地区经济的影响方面由是否促进经济发展指标构成；用户满意度方面由政府满意度、居民满意度、用电企业满意度指标构成。

二、电网投资效果评价及决策模型构建

为了达到把控电网投资节奏、合理配置电网、电网结构的完善提供决策依据的目的，本节构建了基于改进变权物元可拓模型的电网投资效果评估模型与电网投资决策模型。首先利用评估模型对已投资建设项目做出评估，从整体和长远的角度客观评估电网建设投资项目投资时序、投资的经济性，并根据项目的经济性因素进行优选；然后对所选项目群考虑风险因素，利用决策模型决定项目建设时序。

（一）基于改进变权物元可拓模型的电网投资效果评估模型

基于物元可拓模型的电网投资效果综合评价步骤如下：

（1）确定经典域和节域；

（2）评价指标的标准化处理；

一般来说，在指标的选取过程中，会有四个指标：有最大指标、最小指标、中间指标和区间指标。如果在指标选取中同时出现4个，就需要对各种方案进行综合评价之前，对指标进行统一。否则，不能定性地判断综合评价函数的评价结果，就不能选取出最好的方案指标。

为更好地对评价结果进行判断、分析，进行评价前，需要将极小型指标都转化为极大型指标，采用公式将极小型指标转化为极大型指标。

（3）计算待评物元各指标与各评价等级的关联度；

（4）通过改进变权理论确定各指标权重；

（5）计算综合关联度，输出评价结果。

具体流程见图1。

图1 基于物元可拓模型的电网投资效果综合评价步骤

（二）基于改进变权物元可拓模型

通过物元分析把繁琐的问题抽象化建立模型，通过分析模型来研究出相应的应用方法。用物元分析法可以建立事物多指标性能参数的质量评价模型，可以表达评价结果，从而反映出事物综合水平。该模型的构建分为以下步骤：

（1）确定经典域、节域和待评物元

在物元分析中所描述的事物R及其特征c和量值v组成物元 R=（N，c，v），同时把事物的名称、特征和量值称为物元三要素.将事物N0作为待评物元，该物元以n个特征c1，c2，Lcn及其相应的量值来 v1，v2，Lvn描述，则可以表示为：

由事物的特征及其标准量值范围组成的物元矩阵称为经典域，记为Rj。由经典物元加上可以转化为经典物元的事物及其特征和此特征相应拓广了的量值范围组成的物元矩阵称为节域，记为Rp。

式中，Nj表示所划分的第j个评价等级；ci表示第i个评价指标；Xji分别为ci对应评价等级j的取值范围，即经典域.Np表示评价等级的全体，Vpi为p关于ci的取值范围，即p的节域，显然Xji∈Xpi。

（2）计算待评物元关于各评价等级的关联度

其中，

ρ（vi，Xji）、ρ（vi，Xpi）分别表示点vi与经典域区间Xji和节域区间Xpi的距.关联度Kj（vi）实际上刻划的是待评事物各指标关于各评价等级j的归属程度，相当于模糊数学中描述模糊集合的隶属度，若Kj（vi）=maxKj（vi），j∈（1，2，K，m）则评定指标vi属于等级j。

关联度数值在实数轴上的大小表征了被评对象属于某一级别的程度，物元模型的关联度将逻辑值从模糊数学的[0，1]闭区间拓展到（-∞，+∞）实数轴后，比模糊数学的隶属度所代表的内涵更为丰富，能揭示更多的分异信息.依据K（v）的不同取值范围作为等级评定的依据见表3。

表3 关联度的意义

（3）确定权重

变权理论基于因素空间提出了变权综合模型，并给出了如下结论：设 X=（x1，x2，…xn）为因素状态变量，W=（w1，w2，…wn）为因素常权变量，S（X）=（S1（X），S2（X），L，Sn（X））为状态变权向量，则变权向量W（X）=（w1（X），w2（X），…，wn（X））可用W和S（X）的归一化的阿达玛乘积表示，即

（4）计算综合关联度及等级评定

待评事物关于等级j的综合关联度为：

式中：Kj（p）为待评事物关于各等级j的综合关联度，Kj（vi）为待评事物各指标对各等级的关联度，wi为各评价指标的权系数。若Kj（p）=maxKj（p），j∈（1，2，K，m），则待评事物属于等级j。

利用上述模型可以基于地区发展水平和电网发展水平指数、电网建设与电源协调性指标、电网建设与电力需求协调性指标、电网内部结构协调性指标、售电量增长率、资产负债率和售电量增长率情形得到电网发展与电源、电力需求、地区经济发展之间的关系，上下电压等级、同一电压等级电网间的协调程度，为电网投资节奏把控、电网的合理配置、电网结构的完善提供决策依据并评估计划投资规模的合理性。

三、电网投资决策模型构建

本报告先利用基于投资回报率的项目优化排序模型进行基于经济性考虑的项目优选，再对所选项目群考虑风险因素，通过基于实物期权的投资决策模型决定项目建设时序。

（一）基于投资回报率的项目优化排序模型

通过计算单个项目内部收益率及单位投资，建立内部收益率和单位投资的线性分权决策模型。该模型评估已投资建设项目，从整体和长远的角度客观评估电网建设投资项目投资时序、投资的经济性。

在所有的经济评价指标中，内部收益率（IRR）是最重要的评价指标之一。投资项目各年现金流量的折现值之和为项目的净现值，内部收益率，就是资金流入现值总额与资金流出现值总额相等、净现值等于零时的折现率。它是一项投资渴望达到的报酬率，该指标越大越好。一般情况下，内部收益率大于等于基准收益率时，该项目是可行的。内部收益率的计算公式如下：

式中：

IRR：内部收益率；

NPV：净现值；

CIt：第t年的现金流流入额；

COt：第t年的现金流流出额。

内部收益率是指在考虑投资成本的情况下，使未来投资产生的现金流量的现值等于贴现率。内部收益率一般被认为是项目投资的收益率，它反映的是投资效率，其结果概念清晰。

IRR的经济含义可以理解为：如果在项目的整个生命周期中存在不可回收的投资，那么投资将在项目结束时完全回收。一般情况下，在项目及其生命周期中，项目始终处于“还款”未收回的投资状态。因此，项目的“偿付能力”完全在项目之内，因此被称为“内部收益率”。IRR的经济意义的另一个表达是投资的营利能力，它时没有回收的投资的盈利率。

（二）基于实物期权的投资决策模型

1.实物期权理论

在经济投资领域，实物期权理论一般是在金融市场上制定具体的规则，并将其纳入企业内部的战略投资决策过程，用于企业自身的经营发展。实物期权就是期权。目前，企业面临着快速发展的国际市场环境，因此，实物期权的主要应用价值在于它能够在企业发展过程中实现及时有效的战略决策调整。

一般对于每个企业来说，它可以结合特定的投资机制实现对自身实物期权的有效管理和操作，同时在过程中为企业的发展创造特定的价值。运用实物期权理论，通过运用动态管理机制，可以实现电网投资收益的最大化。

实物期权理论是从对企业价值的更准确的评价中提出的。其中，期权的理论内涵具体地融入了企业发展和应用的全过程，而实物期权理论的制定和颁布是一个独立的经济体系。在其期权理论中，有多种选择情况，如转移期权、递延期权等。同时，在这个理论中，它对于投资决策行为有更大的自主性与主动性，能够更好地为企业投资服务。

2.实物期权模型

实物期权的基本模型有两种：B-S模型和二叉树模型。由于二叉树模型较B-S模型有形象直观、计算简单且具有适应性广的优点，本报告使用二叉树模型来进行投资决策。

二叉树定价模型假设资产价值S只能上升或下降，在整个周期内，上涨的概率为p，幅度为前一个节点的u倍，下降的概率为1-p，幅度为前一个节点的d倍；然后将该周期划分为几个区间，每个区间跨度为，再根据资产价值的上升和下降情况得到所有可能的发展路径，接着计算每个节点的资产价值；最后通过计算每个节点的选出值最大的节点，再将该值折现得到的则为该种期权的期权价值。二叉树模型实质上是证券价格连续时间模型的离散形式，它是在每一期将出现两种可能性的假设下构建的现金流量或某种价格波动的模型，也是一种简单易行的期权估价模型。

电网投资项目的定价模型以二叉树模型为基础，根据电网投资项目的特点，将上述金融期权的参数实物期权化，构建电网投资项目实物期权价值评价模型，模型中涉及参数的含义和取值如下。

（1）模型中的常规参数，如项目价值上升比例u、项目价值下降比例d和项目价值上升概率p。

（2）无风险利率Rf，它是投资者将资金投资于政府债券等类似于无风险等级的债券所能获得的收益率。

（3）项目初始标的资产价值V0，它是项目现金流入现值，通过对未来项目的净现金流折现获得。

（4）项目执行价格X，是项目的启动成本和日常运行成本之和，即项目的投资金额。可根据现有的可比价格及其未来的发展趋势做出估计。

（5）项目价值波动率∂，此参数一般有三个方法被使用：

1）在一般的市场中，我们寻找具有相同项目的上市公司，利用公司市值的历史数据来计算近似项目价值的波动性。

2）分析项目中可能出现的不确定性，利用蒙特卡罗模拟项目价值的波动，计算预期收益，并用其标准差来表示波动性。

3）假设项目中的产品是影响基础资产的最重要方面，项目价值的波动可以用产品价格多年来的波动来表示。

（6）项目折现率K。

利用实物期权模型，考虑投资的风险，采用期权价值指标对电网投资项目的经济性进行评价，利于降低投资风险。

四、结论

本文主要从电网投资的特点出发，充分利用所搜集的资料，基于源网菏构建了电网投资指标体系，并介绍了评价指标体系理论基础。电网投资指标体系主要包括技术效益指标体系、经济效益指标体系、社会效益指标体系3个子指标体系，从而可以全面详细地掌握电力系统的设备规模、运行特性等情况，并为电网投资的评价工作提供可靠的理论依据与体系支撑。

本文还建立了电网投资效果评估模型、投资决策模型以及投资收益评估模型，通过基于改进变权物元可拓模型的电网投资效果评估模型对电网投资项目进行综合评估，评估计划投资规模的合理性，建立电网项目预备库；再通过电网投资决策模型，从有效降低项目风险的角度出发，确定项目的建设时序。这就可以为电网投资节奏把控、电网的合理配置、电网结构的完善提供决策依据。