基于分层序列法的配电网项目优选研究

陆 野，何永秀，吕 媛，车怡然，张 岩

（华北电力大学经济与管理学院，北京 102206）

0 引言

配电网项目数量众多，实施目的多样，不同项目之间的重要程度和投资效益存在较大差距。当前地市级电力公司的项目投资主要凭借规划人员的主观决策，项目的评价和比选缺乏明确的标准，导致部分配电网投资项目安排不合理，投资效率效益不高。因此，如何采用合理的方法优选出重要性高和效益性大的项目，最大限度提高资金利用效率，成为配电网投资亟须解决的重大问题［1-2］，有必要针对配电网项目投资效益评价和优选问题进行深入研究。

在电网投资效益评价的研究中，文献［3］从不同类型电网的角度分别构建了电网投资效益评价指标体系。文献［4］研究了直流输电工程的成本分摊与回收机制。文献［5］研究了技改类项目的投入效益，建立了效益评估指标体系。文献［6］通过建立配电网投资效益评价模型和项目组合优化模型分别对配电网投资效益的总体和单项进行评价，在量化打分和综合排序基础上，以资金约束为条件，优化项目投资组合。文献［7］按照两级优先级排序，第一优先级为可靠性，第二优先级为经济性，通过可靠性和经济效益的综合分析，得出项目的最优建设顺序。

在电网项目排序优选的研究中，文献［8］结合项目投资效益评价结果以及投资约束条件，建立了按项目功能分类的投资分配和项目优选模型。文献［9］从安全性、可靠性、经济性、灵活性、协调性和环境影响性6 个方面进行了10 kV 配电网投资分配的模糊综合评价。文献［10］通过投资组合理论建立电网项目投资组合的多目标决策模型，结合变权理论对目标的权重进行确定，并对模型进行求解。文献［11］从紧迫性、重要性、政策性和可行性4 个方面构建了储备项目综合评价指标体系。

综上所述，在已有的配电网项目投资决策研究中，没有根据量化的社会效益进行项目优选，如何进一步科学考虑到不同项目的重要等级和分配次序需要深入研究。基于全寿命周期理论构建了配电网项目投资效益模型，基于分层序列法对配电网项目进行优选，旨在提高资金的产出效益。

1 配电网投资效益模型

1.1 经济效益模型

全面考虑配电网项目的全寿命周期成本和收入，构建投资经济效益模型，如图1和式（1）所示。

图1 配电网项目全寿命周期经济效益构成

式中：Beco为配电网项目的经济效益；Iincome为配电网项目的全寿命周期收入；CLLC为配电网项目的全寿命周期成本。

1）全寿命周期成本。

构建配电网全寿命周期成本模型，如式（2）所示。并分别对投资阶段、运营阶段及报废阶段的配电网成本进行计算，如式（3）—式（5）所示。

式中：Cinvest为配电网项目的投资阶段成本；Coperation为配电网项目的运营阶段成本；Cretirement为配电网项目的报废阶段成本；Cpurchase为设备购置费；Cinstallion为建筑工程费；Cland为土地成本；Creserve为基本预备费；Cother为投资阶段其他费用支出；Cbuy，t为第t年配电网项目的购电成本；Cmain，t为第t年配电网项目的运维成本；r为折现率；T为配电网项目的使用寿命；Cdispose，T为配电网项目的退役除役成本；Cresidual，T为配电网项目的设备残值费用。

2）全寿命周期收入。

配电网项目的全寿命周期收入为各年增供电收入的现值，如式（6）所示。各年的增供电收入是增供电量和销售电价的乘积，如式（7）所示。

式中：Iadd，t为第t年增供电收入；i为电压等级，取值为1～4，分别代表1 kV 及以下、10 kV、35 kV 和110 kV电压等级；u为用户类别，取值为1～4，分别代表大工业、一般工商业、居民和农业用户；qi，u，t为供电单元在第t年第i电压等级第u类用户的增供电量；pi，u，t为第t年第i电压等级第u类用户的销售电价；λ为配电网项目的固定资产原值占该供电单元总资产的比例。

1.2 社会效益模型

配电网的社会效益包括可靠性效益、环境效益、产业带动效益、光伏扶贫效益等方面［12-15］，如图2 和式（8）所示。

图2 配电网项目社会效益构成

式中：Bsocial为配电网项目投资的社会效益；Breliable，t为第t年的可靠性效益；Benvir，t为第t年的环境效益；Bpull为产业带动的效益；Battract，t为第t年招商引资的效益。

（2）直流输入，无备电：采取直流电源的直接供电方式。这种方式适合对网络质量要求不高，同时信号源为直流输入的场景。

1）可靠性效益。配电网的建设投资增加了供电可靠性，从而减小了由于缺电造成的社会效益损失。采用单位电量产生的地区生产总值作为社会效益的损失系数，对配电网项目投资带来的可靠性效益进行计算，如式（9）所示。

式中：Qtotal为配电地区的总用电量；R为项目建设后的配电地区供电可靠率；R0为项目建设前的配电地区供电可靠率；PGDP为单位电量产生的地区生产总值。

2）环境效益。配电网项目通过节能减排、电能替代和可再生能源上网及消纳等途径减少了环境污染，如式（10）所示，由此产生的环境效益为二氧化碳、二氧化硫和氮氧化物三者的治理费用之和，如式（11）所示。

式中：Qenvir，t为第t年节能减排电量；ΔQloss，t为第t年节省的线损电量；ΔQrenew，t为第t年新增可再生能源发电量；ΔQreplace，t为第t年新增电能替代电量；Bcarbon，t为第t年二氧化碳减排效益；Bsulfur，t为第t年二氧化硫减排效益；Bnitric，t为第t年氮氧化物减排效益。

因节能减排而减少的二氧化碳、二氧化硫和氮氧化物排放量以煤电机组为计算标准，如式（12）—式（14）所示。

3）产业带动效益。配电网项目投资对产业的带动效益可以采用投入产出法进行计算。投入产出表是以矩阵形式描述国民经济各部门生产活动的投入来源和产出使用去向，揭示国民经济各部门之间相互依存关系。利用配电网项目投资在42 个国民经济各个部门中的分解系数和各个部门间的完全消耗系数，可以计算得出配电网项目建设投资对各个部门的带动系数，用矩阵Bn×1表示，如式（15）所示。

式中：Sn×n为n个部门间的完全消耗系数矩阵；Mn×1为配电网项目投资按n个部门的分解矩阵。

利用配电网项目建设投资对各部门的带动系数，计算配电网项目投资对经济的带动作用，如式（16）所示。

式中：Itotal为配电网项目总投资；n取值为1～42，代表42个国民经济部门；bn×1为配电网项目建设投资对各部门的带动系数。

4）招商引资效益。电力是重要的基础配套设施和公共服务部门，安全稳定、可靠廉价的电力供应对招商引资工作发挥了重大积极作用。利用新增报装电力的大工业用户和一般工商业用户的生产总值和电力引资拉动系数来衡量招商引资效益，如式（17）所示。

式中：ΔVindustry，t为新增报装电力的大工业用户产值；ΔVcommerce，t为新增报装电力的一般工商业用户产值；γ为电力引资拉动系数。

2 基于分层序列法的项目优选

配电网项目依据其实现目的的不同可分为政策类、安全类和效益类3 种类别，不同类别的项目存在轻重缓急之分。政策类项目服务于国家和人民，呈现出投资刚性；安全类项目需对严重程度进行评估，将存在较大安全隐患的问题尽快解决；最后将资金优化分配于剩余项目，提高资金的产出效益。

基于配电网项目这种优先层级特征，将分层序列法用于项目优选。分层序列法亦称优先级法，是一种求解多目标规划问题的方法，把多个目标按轻重缓急分成不同层次，每次都在前一目标最优解集内求下一个目标最优解，直到求出共同的最优解。基于分层序列法的配电网项目优选方法如图3所示。

图3 基于分层序列法的配电网项目优选方法

1）第1 层筛选条件为重大政策性和严重安全性项目。重大政策性工程项目指的是服务于民生或国家政策的刚性投资项目，严重安全性项目指的是为解决严重超出安全标准或多次发生安全故障的项目。

2）第2 层优选条件为综合考虑经济性和社会性的工程项目，经济效益和社会效益的权重系数分别为α1，α2，如式（18）所示。

式中：Beco为配电网投资项目的经济效益；Bsocial为配电网投资项目的社会效益。

3）第3 层补选条件为1～β倍资金范围的补选调整项目，用于根据实际情况对补选项目进行调入调出管理。

3 案例分析

1）备选项目库。

设N省某地市电网公司当年用于配电网总投资资金为3 亿元，备选项目库包含30 个配电网工程项目，全部投资需要资金40 209.5 万元。根据分层序列法进行项目优选，实现投资效益的最大化。备选项目库如表1所示。

表1 某地市配电网投资备选项目库

表1（续）

2）第1层筛选。

首先根据第1 层筛选条件确定刚性投资项目。项目性质为重大政策性投资的入选项目有3 号、8号、9号、15号、23号、24号、25号。项目目的为解决严重安全类问题的入选项目有11 号、17 号、21 号、26号。经汇总第1层筛选占用资金14 358万元。

3）备选项目效益测算。

基于配电网项目全寿命周期经济效益模型和社会效益模型，分别计算各备选项目预期的经济效益和社会效益，如表2所示。

表2 备选项目经济社会效益表

表2（续）

4）第2层优选。

排除第1 层已经筛选出的项目，对剩余项目进行第2 层优选，以综合效益最大化为目标。在经济效益和社会效益的权重分配上，应在保证电网公司可持续发展的基础上，尽可能为社会发展做出贡献。征求专家建议，本文中经济效益权重取0.6，社会效益权重取0.4，在资金量15 642 万元约束下，根据排序结果入选的项目有10 号、7 号、18 号、27 号、22 号、30 号、6 号、5 号、28 号。经汇总第2 层优选占用资金15 626.5万元，剩余15.5万元。

5）第3层补选。

当入选项目因突发状况终止或计划推迟时，由补选项目替补。第3 层补选条件为1～1.1 倍资金范围的补选调整项目，资金约束为3 015.5 万元，入选项目有14号、19号、12号、16号、20号。经汇总第3层补选占用资金2 983万元。配电网工程项目优选过程如表3所示。

表3 配电网工程项目优选过程

4 结语

提出一种配电网项目投资效益测算和项目优选的方法，一是建立了配电网项目全寿命周期经济效益和社会效益模型，用于地市配电网项目投资效益的评价与比选；二是基于分层序列法的配电网项目优选策略，在有限资金约束下，对备选项目库进行3层选取，分别考虑了刚性项目筛选、综合效益项目优选和部分项目补选的分层选取策略。所提方法兼顾了项目在政策和安全上的重要性和在经济和社会上的效益性，为地市电网公司提供了科学客观的项目优选指导。对某地市的30 个配电网项目进行实证分析，验证了模型的可行性。研究成果可用于配电网项目的管理与效益评价工作，提高地市电网公司项目优选的科学性，在满足政策和安全的前提下，提高配电网项目投资的经济效益和社会效益。