电网规划中全生命周期投入产出效益评判方法

尹维波， 刘子明

(国网冀北电力有限公司唐山供电公司， 河北， 唐山 063000)

0 引言

电网规划项目投资是国家基础设施投资项目的重点，其投资规模较大[1-2]，因此对电网规划项目实施有效性评判至关重要。电网规划评判不但可以为未来新项目的决策和提高投资决策管理水平提出建议，也可为电网经营企业改进投资决策管理提供科学依据[3-5]，同时也能够为以后评判项目运行中出现的问题提出改进建议[6]，达到提高投资效益的目的。目前，我国经济发展速度加快，在经济发展的同时社会对电力需求也逐步增大。为了满足社会需求量，电力企业加大对电网规划投资的规模[7-9]。因此，研究科学合理的电网规划全生命周期投入产出效益评判方法是非常重要的。

本文构建投入产出效益指标体系分别介绍一级指标与二级指标的具体内容，具体介绍综合评判方法，最后，通过实例分析表明本文方法操作性强，具有实际应用价值。

1 电网规划中全生命周期投入产出效益评判方法

1.1 指标体系

电网规划中投入产出效益应立足长远发展，不能仅看短期的经济效益，应从全社会的角度考虑电网规划中投入产出效益[10]。为此从经济效益、环境效益、技术效益等方面构建投入产出效益评判指标体系，如表1所示。

表1 投入产出效益指标体系

1.1.1 经济效益指标

在电网规划中经济效益指标是最重要的一级指标，经济效益指标分为建设投资、运行成本、故障成本、供电量提升比率以及电网建设投资。

电网运行成本的计算以式(1)描述，

C0=ΔPmaxλmaxCp

(1)

式中，ΔPmax表示利用最大负荷条件下潮流计算获取的规划方案的功率损耗，Cp、λmax分别表示趸入电价(元/kWh)和最大负荷损耗时，C0为运行成本。

故障停电对供电企业以及用户造成的经济损失是故障成本。故障停电损失分为停电直接成本、停电社会成本。故障成本属于成本型指标，依据电网运行数据获取。

供电量提升比率是评判供电量的效益指标。其计算如式(2)所示：

Q=Sn-Sn-1Sn-1×100%

(2)

式中，Sn、Sn-1、Q分别表示第n年的供电量、第n-1年的供电量、供电量提升比率。

电网规划前后的年电网建设投资额的比值是电网建设投资延缓率。电网建设投资延缓率是经济型指标，其反映电网规划后的经济效果。

1.1.2 技术效益指标

(1) 网损率

电网的技术效益主要受网损率影响。潮流计算法、等值电阻法、最大电流法是计算电网网损的方法。网损的计算如式(3)所示：

XL=∑ni=1 ∑nj=1ViVjGijcosθij

YL=∑ni=1 ∑nj=1ViVjBijcosθij

(3)

式中，Gij、Bij分别表示网络导纳阵对应元素分，XL为电网有功功率损失，YL为电网无功功率损失，θij为节点电压Vi和Vj的相角θi与θj的差。

(2) 容载比

对应的供电总负荷(kW)和同一电压级别下的主变压器总容量(kVA)的比值是变电容载比。变电容载比是电网供电能力的重要技术指标，在宏观上控制变电总容量。

(3) 最大负荷利用小时数

最大负荷利用小时数反映了系统供电能力的利用水平。最大负荷利用小时数的计算如式(4)所示：

T(n-1)max=PmaxSn-1cosφTmax

(4)

式中，Sn-1表示系统最大供电能力，cosφ表示系统平均功率因素，Tmax表示年最大负荷利用时长，T(n-1)为最大供电能力利用小时数，Pmax为系统年最大负荷。

(4) 用户平均停电时间

在一定的统计时间里，供电用户平均停电的小时数为用户平均停电时间。

(5) 供电可靠率

供电可靠率为在一段时间里，实际供电时间与这段时间内全部用电时间的百分数描述。衡量电网持续供电的能力以供电可靠率，其计算过程如式(5)所示：

PSI=1-tT×100%

(5)

式中，T为统计期间时间，t为用户平均停电时间、PSI为供电可靠率。

(6) 站间联络率

站间联络率为显示网架结构的一个指标。其计算过程以式(6)描述：

g=∑ni,j=1,i≠jNij∑ni=1Ni∑ni,j=1,i≠jNij

(6)

其中，Nij、Ni分别表示第i个变电站出线中与第j个变电站联络的线路数、第i个变电站的出线数，g表示站间联络率。

1.2 综合评判方法

1.2.1 确定指标权重

指标权重的确定是使用专家打分法。全生命周期投入产出效益评判指标中各项指标的重要程度主要是通过选取70位专家使用问卷调查的方法实施评判打分获取。这70位专家均为电网投资领域、规划与运行领域的专家。

1.2.2 投入产出效益计算

在指标标准化处理后指标各自权重加权求和计算投入产出效益评判指标。计算过程如式(7)所示：

Cben=∑Ni=1UIndexi·Mi

(7)

式中，指标总个数、第i个指标的权重、项目投入产出效益分别为N、Mi、Cben，UIndexi表示第i个指标Index的标准值。

2 实例分析

为验证本文方法的实用性与可行性，选取某省某电网公司实际电网，构建4种典型场景的电网规划方案，开展生产运行模拟实例。4种典型场景构建是按照具体项目的重要性划分(刚性需求与弹性需求)。4类场景规划目标年设置在2022年，预计总投资15亿。具体场景及方案如表2、表3所示。

由表2、表3可知，为满足4种不同场景的要求，针对每个场景制定了2种方案。通过本文方法计算出各方案投入产出效益，具体的相关数据如表4所示。

依据表4中各方案投入产出效益计算结果，评判出各场景的最优方案，如表5所示。

表2 该省2022年电网规划模拟场景

表3 该省某电网规划模拟4个场景的2种方案

表4 各场景可行方案投入产出效益

表5 各场景最优方案

在总投资15亿元的约束条件下，依据刚性需求项目优先，弹性需求项目按投入产出效益水平从高到低的原则重新规划，得到4种场景电网规划投资安排结果，如表6所示。

表6 4种场景电网规划投资安排结果

由表6可知，在总投资15亿元的约束条件下，江苏省某电网公司可对场景4、场景2中的电网项目优先建设，建设顺序依据投入产出效益的高低排名实施电网项目规划，场景4的投入产出效益(0.996)大于场景2投入产出效益(0.992)。因此，场景4优先场景2建设；场景1与场景3暂时先不建设，如后期有追加资金，可按其投入产出效益的高低排名，场景3投入产出效益(0.989)大于场景1投入产出效益(0.852)，因此场景3优先于场景1。该结果表明，通过本文方法对电网规划的评判效果较好，具有较高实用性和可行性，实现电网投资的合理配置。

3 总结

利用本文方法对电网规划作出分析评判，有助于提高电网建设水平，实现社会资源的优化配置。本文引入全生命周期理论，运用全生命周期理论开展电网规划投入产出效益评判方法研究，包括指标体系研究，指标规范化处理方法和综合评判方法研究。本文建立的电网规划综合评判方法通过相关指标的构建将全生命周期理论理念有机地融入到电网规划综合评判指标体系中，从各个层面综合评判电网规划方案。所提出的指标规范化处理方法降低了评判的主观随意性，提高了电网规划方案评判的科学性和合理性。所提出的综合评判方法操作性强，具有实际应用价值。

本文方法的研究是电网规划综合评判中的一种新思路，在这些研究基础上，还需在以下几方面做进一步的研究。

(1) 对综合评判方法的进一步研究，例如灰色综合评判、数据包络分析法等。

(2) 周期成本的计算需要大量的统计数据，全生命周期成本的准备计算十分困难。因此，可以考虑将不确定性处理方法中的模糊建模，以及预测技术进而粗糙集数据挖掘技术等应用于全生命周期成本分析。

(3) 因为该评判指标体系本身不是固定不变、永不改变的定论，而是随着电网发展需要逐步改进优化的过程，所以，指标体系需要随着发展进一步优化完善。