配电网投资纵横向分配策略及其校验

王 瑜，邱凌键，储学立，吴昌设，马显骏，罗时伟，吴 倩

（1.国网浙江省电力有限公司温州供电公司，浙江 温州 325000；2.国网浙江省电力有限公司，杭州 310007；3.国网浙江省电力有限公司平阳县供电公司，浙江 平阳 325401；4.天地电研（北京）科技有限公司杭州分公司，杭州 310012；5.天地电研（北京）科技有限公司，北京 102206）

0 引言

目前关于配电网投资分配的研究很多，但仍存在投资总规模不能准确确定、投资分配比例不能获得有效验证的盲点［1］。当前的研究成果大致可分为两类：第一类是在总投资额已知的情况下从不同角度进行投资优化比例分配。文献［2-4］建立了配电网规划项目评价指标和基于投资分配约束的分配方法；文献［5-6］从投资需求、经济性要求、电量增长需求角度建立了配电网投资分配的模型；文献［7-9］考虑不同因素对投资效益的影响，实现对投资额进行分配；文献［10-13］建立了地市级供电公司各地区中压配电网投资与指标综合评分的函数关系。第二类是在总投资额已知的情况下以实现某个或某类指标（例如可靠性）最大为目标开展投资分配。文献［14-15］建立了基于投资规模和投资方向的配电网投资分配模型，但在项目排序时未考虑项目间的约束关系；文献［16-17］给出了可靠性与经济性之比最高的项目优选方法，但优选后的项目无法合理覆盖所研究区域的问题。上述文献均假定配电网所有项目的总投资额不超过投资预算，未给出确定总投资额的方法；由于项目优选按照整个研究区域进行排序，导致部分供电网格投资过剩或不足，分配结果不够合理；所提方法均未实现对投资总额的准确估算。

针对上述不足，本文提出一种配电网投资纵横向分配及其校验方法，横向涵盖项目分类，纵向贯通市县网格。所提出的投资分配与项目优选模型既解决了投资分配问题，又解决了配电网投资总额如何准确确定的问题，并通过历史数据完成对投资比例分配的闭环校验。本文主要创新点如下：

1）在基于投资效果的投资分配方法中，综合考虑项目自身的重要性、改善程度的紧迫性和自身对整体效益的贡献，提出权重矫正系数，使之能根据项目实施后的效果自适应调整。

2）在项目优选模型中，以供电网格为范围考虑项目自身约束及项目间约束条件，避免项目过度集中于个别区域。

3）在完成配电网整体—不同投资方向分配—供电网格内“自上而下”的投资分配后，根据历史数据采用工程量统计法“自下而上”对所有优选项目的投资额进行汇总，并将“自上而下”的投资额与“自下而上”的投资额进行对比验证，实现了对配电网投资总额的准确估算。所提方法能够为供电企业合理确定配电网投资总规模、均衡分配投资方向、科学安排投资项目提供有效支撑。

1 投资分配模型及思路

本文所提配电网投资分配模型如图1所示，主要分为以下三部分：

图1 配电网投资决策模型Fig.1 The distribution network investment decision model

1）根据决策目标确定投资方向（即项目类型）；建立评价指标体系，分析投资方向与评价指标的对应关系，明确各投资方向的重要度。

2）从宏观层面提出配网规划总投资及不同投资方向的决策方法，得到配电网投资总额和不同投资方向的分配比例。

3）建立项目优选模型，得到优选项目。从微观层面分析历史项目的各部分工作量及综合单价，根据历史数据计算出目标年所有优选项目的项目投资额；按投资方向汇总以检验宏观层面得出的分配比例是否正确；全部汇总以估算出配电网总投资额。

2 指标体现及权重确定

2.1 评价指标的选取

按照Q/GDW 1738—2020《配电网规划设计技术导则》要求，结合W 市供电公司2017—2019年规划项目数据，选取如图2所示的配电网投资方向与评价指标。从源网荷储几方面将投资方向分为7个，共选取17项评价指标。

图2 配电网投资方向与评价指标Fig.2 Distribution network investment directions and evaluation indicators

2.2 动态自适应权重的确定

2.2.1 改善程度法指标权重

配电网指标的提升幅度不仅与项目的实施效果有关，还与项目实施前的电网现状水平有关。为使项目的实施效果与电网现状解耦，将指标绝对变化程度与其可改善空间的比值定义为指标改善程度。一般来说，指标的现状值与理想值之间的差距能够反映该指标的改善紧迫程度——现状值与理想值的差距越大，表明改善紧迫程度越高，指标权重也相应越高。这同时也解决了不同指标具有不同的特性、量纲和数量级的问题。

表1 投资方向与评价指标的映射关系Table 1 The mapping relationship between investment directions and evaluation indicators

采用改善程度法求得的各指标相对重要度为：

随着项目的逐年实施，每年末对各指标重新评价，动态更新各指标权重的改善程度，因此改善程度法所得权重不会固定不变，而是会随着年份的变化不断调整，能够充分体现出不同时期指标的改善紧迫程度。但这种仅依靠指标改善紧迫程度的方法有一个缺陷——某些指标（如新增线路条数占比、分布式电源装机规模等需要与新增负荷或清洁能源电源容量相协调的区间类指标）与理想值的差值较小，但该类项目的实施紧迫度却很高时，不能准确反映此类项目的权重。为此，除采用上述改善程度法计算权重外，另外选择德尔菲法、熵权法共3种方法来确定权重。

2.2.2 组合权重

改善程度法反映了指标提升程度的需求；熵权法关注指标值的变异程度，其变异程度越大，提供的信息量越多，所能起到的作用也越大，其权重也就越大，反映了指标对整体的影响程度；德尔菲法则结合专家多年的经验，偏重于指标本身的重要程度。3种方法结合起来，既考虑了指标本身的重要性，又考虑了指标提升程度要求和单相指标对总体的贡献，能更好地反映项目的实际效果。指标i的组合权重ωi为：

式中：ωia为改善程度法指标权重；ωib为德尔菲法指标权重；ωic为熵权法指标权重；α、β、γ为权重系数，依据相关历史数据通过专家会议法确定。随着项目的实施，ωia将逐年更新。

2.2.3 权重矫正系数

用组合权重除以改善程度法权重，得到权重矫正系数ki：

2.3 指标得分计算

单项指标的得分采用百分制：

式中：si为单项指标得分；yi为单项指标评分。

综合评分计算公式为：

式中：S为综合评分。

3 投资分配计算

3.1 配电网单位投资改善效果

基于近J年的历史数据，按年份统计项目建设前后各指标实际值和配电网总投资，计算各年份的配电网整体单位投资的改善效果；然后将历史年单位投资配电网改善效果加权，作为目标年配电网单位投资改善效果。

式中：E为配电网单位投资改善效果；Sj为第j年配电网整体综合评分；Vj为第j年配电网投资总额；λj为年份权重系数，考虑到资金时间价值，所选年份距离参考年越近，权重越高；j′为历史年距离参考年的年数，例如参考年为2020年，则2017年对应的j′=3。

3.2 总投资规模的计算

根据配电网各指标的现状值和理想值，计算配电网整体综合评分。结合目标年的单位投资效果，可确定目标年配电网整体投资规模：

式中：V*为目标年配电网规划总投资需求；S*为目标年综合评分。

3.3 投资方向重要度的计算

相同投资方向的项目可改善多项指标，而同一项指标也可由多个不同投资方向的项目来改善，因此需要将投资方向与评价指标相关联，投资方向与评价指标的映射见表1。

投资方向重要度的计算公式为：

式中：cl为第l类投资方向重要度；nl为第l类投资方向的关联指标集合中的指标数量；ωl，h为第l类投资方向关联指标集合中第h项指标权重。

3.4 投资方向分配比例的计算

根据历史年各投资方向的改善效果，推算目标年各投资方向的投资额比例。第j年第l个投资方向的改善效果为：

式中：ej，l为第j年第l个投资方向的改善效果；sj，l，h为第j年第l个投资方向关联指标集合中第h项指标的评分；ωj，l，h为第j年第l个投资方向关联指标集合中第h项指标的权重。

每类投资方向的单位投资改善效果为：

式中：el为第l个投资方向的单位投资改善效果；vj，l为第j年第l个投资方向的总投资额。

结合投资方向重要度决定投资分配占比：

4 项目优选

项目优选的流程如图3所示。项目优选的目标函数为各个供电网格内所选项目的得分值之和最大。约束条件分为资金约束和项目约束两大类，资金约束为该供电网格的投资分配约束，项目约束分为单个项目约束条件和项目间约束条件。

图3 项目优选流程Fig.3 The project selection process

4.1 项目优选目标函数

优选模型目标函数为：

式中：Fk为供电网格k的项目优选目标函数；s(pk-l-m)为供电网格k第l类投资方向第m个规划项目pk-l-m的综合评分；L为投资方向数量；Ml为第l类投资方向规划项目数量。

4.2 投资范围约束条件

本文以供电网格为范围开展项目优选。以网格k为例，网格k第l个投资方向的投资额vk-l为：

供电网格k的总投资额vk为：

式中：Lk为供电网格k中投资方向的总数量。

4.3 项目约束条件

4.3.1 单个项目约束条件

单个项目约束为：

式中：Pk为供电网格k所有项目方案的集合；v(pk-l-m)为项目pk-l-m的投资额。

4.3.2 项目间约束条件

若供电网格k中的项目a（pk-a）为强制性项目，则投资额约束为：

式中：v(pk-a)为项目pk-a的投资额。

若项目pk-a与pk-b为互斥关系，则投资额约束为：

若项目pk-a与pk-b为共生关系，则投资额约束为：

若pk-a与pk-b为从属关系，则投资额约束为：

5 投资分配校验

5.1 项目的工程量分解

配电网项目建设过程中，需要购买设备，占用人力及施工设施。这些项目工程量、设施综合单价、施工单价等数据都有相应的造价规范文件为依据，也有项目竣工验收报告和项目决算文件为支撑。

根据获得的优选项目，从历史完工项目库中找出供电网格k中所有类似的完工项目，并将各项目量化为人、机、物及其对应的工程量：

式中：Lline为所需建设的架空线路长度，Uline为架空线路单位长度综合单价；Lcable为所需建设的电缆线路长度，Ucable为电缆线路单位长度综合单价；Ntrans为所需增加的配电变压器容量，Utrans为配电变压器单位容量综合单价；Nswitch为所需的开关台数，Uswitch为单台开关综合单价；Nconstruct为所需的某项施工工程量，Uconstruct为该项施工综合单价；Nequip为所需的工器具数量，Uequip为该项工器具综合单价；Nhuman为所需人力资源数量，Uhuman为人力资源单价；Nother为其他工程量，Uother为其他工程量综合单价；vfix为固定费用。对于式（25）中不同完工年份的项目，其相同项的综合单价需要考虑资金时间价值。

目标年各项目工程量的估算方法为：架空、电缆线路按长度估算；配电变压器按户均配电变压器容量估算；施工工程量依据建设规模估算。

5.2 投资校验及总投资额确定

先汇总所有优选项目的投资额，得到投资总额，再与式（12）的计算结果对比。考虑到项目优选的约束条件，优选后的项目投资额的汇总结果应小于式（12）的计算结果。

按式（25）估算出目标年优选项目的投资额后，按投资方向将项目投资额分类汇总，得到不同方向的投资额比例；然后与依据式（16）计算的投资方向分配比例对比，若某些投资方向的投资额差别较大（例如投资占比相差超过10%），需分析影响较大的因素，找出问题所在。

解决方法是：以从完工项目库中抽取出的历史年实际数据为基准，先检查项目的工程量有无漏项、综合单价有无考虑资金时间价值，再根据近几年经济走势进一步校核折现率，重新计算。按不超过2%的步长调整式（5）中权重α、β、γ，再次按式（1）—（16）的顺序计算调整计算后的投资总额、分配比例。由于数据来源为同源历史数据，一般迭代2～3次即可满足要求。

校验合格后，汇总优选项目的投资额，可得到最终的配电网总投资额。按投资方向汇总，可得到最终的不同投资方向的投资额分配。将优选项目按供电网格汇总，可得到各个供电网格的投资额。

6 案例应用

以Z 省W 市Y 区配电网为例，开展2020年配电网投资决策分析。

1）基础数据。该地区配电网现状年（2018年）和目标年（2020年）的各指标值如表2所示，共含93个供电网格。表3为采用3种方法得到的权重系数和初始权重矫正系数。初始权重计算时，取α=0.333，β=0.333，γ=0.333。

表2 某地区配电网现状值与目标值Table 2 Current and target values of distribution networks in a region

表3 评价指标权重的确定Table 3 Determination of weights of evaluation indicators

2）投资方向重要度计算。各类投资方向重要度计算结果见表4。

表4 投资方向重要度与投额分配额Table 4 Importance of investment directions and investment allocation amounts

3）总投资及投资分配计算。根据2013—2017年数据，计算各年配电网整体单位投资改善效果，见表5。

表5 历史年整体单位投额改善效果Table 5 Overall unit investment improvement effect in historical years

目标年的单位投资配电网改善效果加权值为0.693 分/亿元。根据式（12）计算出2020年的配电网规划项目预计投资规模为43.89 亿元；根据式（16）计算得到各投资方向的分配比例和投资限额，见表4。

4）供电网格项目优选。W市Y 区2020年共上报609个中压配电网项目，以供电网格A为例，各项目的综合评分、排名及优选结果如表6所示。得到整个区域优选结果后形成W市Y区2020年的优选项目库，共包括511个项目，项目实际投资规模为38.7亿元。

表6 供电网格A项目综合评分Table 6 Comprehensive scores of items of power supply grid A

5）供电网格投资计算。以供电网格A—K 这10 个网格为例，计算得到7 个投资方向的投资分配额，见表7。

6）投资校验。架空线路单位长度综合造价取60 万元/km；智能终端和相应通信设备的综合造价取11 万元/套；电缆线路单位长度综合造价取120 万元/km；配电变压器单位容量综合造价取0.038万元/kVA；固定费用取1万元。

得到网格A—K 的投资额计算结果见表8。为进行对比，同时列出另两种常规投资分配方法（方法1 和方法2）的计算结果。可以看出，本文所提经过校验的分配算法得到的结果误差更小，且能对总投资额进行比较准确的估计。

表8 网格A—K 2020年计算投资额Table 8 Calculated investment amounts of grid A to grid K in 2020

7 结语

本文提出了一种配电网投资额全流程估算分配及闭环校验方法。在配电网规划投资总体规模和各个投资方向的分配限额确定的基础上构建了项目优选模型，以供电网格为限实现了考虑项目间关联关系的项目优选，充分利用供电网格间的空间独立性，避免了项目不能合理覆盖所研究配电网区域的问题。另一方面，以进入优选项目库的项目为参照，利用完工数据库历史数据，通过对相似工作量和综合单价数据的评估，实现了目标年优选项目投资额的估算。最后，对不同投资方向配额进行了校验，且准确估算出投资总额。

本文所提方法流程清晰，能够应用于电网公司配电网投资管理工作中，可为配电网投资的合理估算提供决策参考。