考慮投入產(chǎn)出關(guān)聯(lián)關(guān)系的配網(wǎng)效益評(píng)價(jià)研究

周鵬程，吳南南，曾 鳴

（華北電力大學(xué) 經(jīng)濟(jì)與管理學(xué)院，北京 102206）

·電網(wǎng)技術(shù)·

考慮投入產(chǎn)出關(guān)聯(lián)關(guān)系的配網(wǎng)效益評(píng)價(jià)研究

周鵬程，吳南南，曾 鳴

（華北電力大學(xué) 經(jīng)濟(jì)與管理學(xué)院，北京 102206）

為提升電網(wǎng)企業(yè)在配網(wǎng)發(fā)展方面的資源優(yōu)化配置能力，明確投資方向和管理重點(diǎn)，提出一種考慮投入產(chǎn)出關(guān)聯(lián)關(guān)系的配電網(wǎng)效益評(píng)價(jià)指標(biāo)體系模型。首先，考慮投入產(chǎn)出關(guān)聯(lián)關(guān)系，構(gòu)建不同類別的配網(wǎng)投入產(chǎn)出評(píng)價(jià)指標(biāo)體系。其次，通過(guò)配網(wǎng)項(xiàng)目關(guān)聯(lián)性分析，基于綜合賦權(quán)法建立了配網(wǎng)投入產(chǎn)出效益評(píng)價(jià)模型。在此基礎(chǔ)上，通過(guò)選取某省3個(gè)地市的配網(wǎng)投入產(chǎn)出基礎(chǔ)數(shù)據(jù)進(jìn)行驗(yàn)證，并針對(duì)各地市的評(píng)價(jià)類別進(jìn)行敏感性分析。算例結(jié)果證明了所提方法的有效性，為電網(wǎng)企業(yè)科學(xué)合理地進(jìn)行配電網(wǎng)投資提供借鑒。

投入產(chǎn)出效益；配網(wǎng)投資；評(píng)價(jià)指標(biāo)體系；綜合賦權(quán)法；敏感性分析

0 引言

隨著我國(guó)新一輪電力體制改革的不斷深化，電網(wǎng)企業(yè)更加注重配網(wǎng)投資（Distribution Investment，DI）所帶來(lái)的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益［1-2］。在配網(wǎng)發(fā)展規(guī)劃方面，為保障電網(wǎng)的運(yùn)行穩(wěn)定，提供可靠的電力輸配和優(yōu)質(zhì)的客戶服務(wù)，電網(wǎng)企業(yè)每年將投入大量的人力、物力、財(cái)力資源［3］；在配網(wǎng)生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)方面，企業(yè)通過(guò)評(píng)價(jià)生產(chǎn)目標(biāo)是否實(shí)現(xiàn)、管理人員績(jī)效考核、同業(yè)對(duì)標(biāo)等方式對(duì)投資效益進(jìn)行衡量。但這些考核機(jī)制并未全面反映配電網(wǎng)的資源投入轉(zhuǎn)化為產(chǎn)出結(jié)果的效益，也無(wú)法明確電網(wǎng)企業(yè)在配網(wǎng)方面的資源配置和利用能力。

國(guó)內(nèi)外針對(duì)配網(wǎng)投資效益評(píng)價(jià)進(jìn)行了一些相關(guān)研究。文獻(xiàn)［4］構(gòu)建了配電網(wǎng)智能化建設(shè)效率與運(yùn)營(yíng)效率兩階段投入產(chǎn)出評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，建立了考慮非期望產(chǎn)出的超效率DEA的綜合評(píng)價(jià)模型。文獻(xiàn)［5］提出了考慮激勵(lì)監(jiān)管環(huán)境下多周期優(yōu)化潮流和監(jiān)管約束的網(wǎng)絡(luò)投資評(píng)價(jià)模型。文獻(xiàn)［6］綜合考慮協(xié)調(diào)電壓控制、需求側(cè)響應(yīng)等影響因素，建立了新型配網(wǎng)投資決策的隨機(jī)優(yōu)化模型。文獻(xiàn)［7-8］基于系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)方法構(gòu)建了投入產(chǎn)出評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，并建立了配網(wǎng)投資優(yōu)化仿真模型。文獻(xiàn)［9］建立了不同投融資模式下的并網(wǎng)配電網(wǎng)系統(tǒng)與光伏儲(chǔ)能的經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)模型。此外，文獻(xiàn)［10］針對(duì)配電自動(dòng)化系統(tǒng)在可靠性方面的成本和效益進(jìn)行計(jì)算，建立了配電自動(dòng)化系統(tǒng)成本效益綜合分析模型。上述研究雖對(duì)配網(wǎng)投入產(chǎn)出效益分析構(gòu)建了不同的評(píng)價(jià)模型，但未能有效考慮系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中不確定因素對(duì)配網(wǎng)的影響，也未將配網(wǎng)的產(chǎn)出結(jié)果和投入狀況進(jìn)行對(duì)比和關(guān)聯(lián)分析，不能體現(xiàn)出配網(wǎng)整體的投入產(chǎn)出效益。

鑒于此，在前人工作的基礎(chǔ)上，對(duì)配網(wǎng)投入產(chǎn)出效益評(píng)價(jià)問(wèn)題展開進(jìn)一步研究。首先，綜合考慮配網(wǎng)投入產(chǎn)出關(guān)聯(lián)關(guān)系，從單位投資供電可靠性提升、單位投資電壓質(zhì)量提升等5個(gè)方面中選取了8項(xiàng)評(píng)價(jià)指標(biāo)，構(gòu)建了不同類別的配網(wǎng)投入產(chǎn)出評(píng)價(jià)指標(biāo)體系。其次，通過(guò)配網(wǎng)項(xiàng)目關(guān)聯(lián)性分析，運(yùn)用AHP法和熵權(quán)法建立了配網(wǎng)投入產(chǎn)出效益綜合賦權(quán)評(píng)價(jià)模型。在此基礎(chǔ)上，通過(guò)選取某省3個(gè)地市的配網(wǎng)投入產(chǎn)出基礎(chǔ)數(shù)據(jù)進(jìn)行了算例驗(yàn)證，并針對(duì)各地市的評(píng)價(jià)類別進(jìn)行敏感性分析。結(jié)果證明了所提方法的有效性，為電網(wǎng)企業(yè)科學(xué)合理地進(jìn)行配電網(wǎng)投資提供支撐與借鑒。

1 構(gòu)建評(píng)價(jià)指標(biāo)體系

1.1 指標(biāo)選取思路

構(gòu)建配網(wǎng)效益指標(biāo)體系應(yīng)明確投入類、產(chǎn)出類指標(biāo)的類型，并對(duì)兩者進(jìn)行關(guān)聯(lián)分析，總結(jié)投入產(chǎn)出的關(guān)鍵評(píng)價(jià)指標(biāo)。一般而言，投入類指標(biāo)主要是涉及各類配網(wǎng)項(xiàng)目投資，如線路技改和檢修投入、變電技改和檢修投入，滿足新增負(fù)荷供電要求投資等［11］；產(chǎn)出類指標(biāo)主要包括相關(guān)產(chǎn)出的數(shù)量、質(zhì)量、效率，分別對(duì)應(yīng)配網(wǎng)供電能力、供電質(zhì)量等屬性。此外，電網(wǎng)運(yùn)行水平、智能化水平等配網(wǎng)所屬的支撐性指標(biāo)也應(yīng)作為投入產(chǎn)出來(lái)考慮。因此，本文考慮投入產(chǎn)出關(guān)聯(lián)關(guān)系，選取單位投資供電可靠性提升、電壓質(zhì)量提升、配電自動(dòng)化水平提升等評(píng)價(jià)屬性構(gòu)建指標(biāo)體系。

1）單位投資供電可靠性提升。選取用戶年平均減少停電時(shí)間A11和用戶年平均減少停電次數(shù)A12作為衡量可靠性提升的評(píng)價(jià)指標(biāo)。

式中：T1為當(dāng)年用戶年平均停電時(shí)間；T0為上一年用戶年平均停電時(shí)間；C0為上一年用戶年平均停電次數(shù)；C1為當(dāng)年用戶年平均停電次數(shù)；I1為消除設(shè)備安全隱患投資；I2為加強(qiáng)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)投資；I3為配網(wǎng)技改投入；I4為配網(wǎng)檢修投入。

2）單位投資電壓質(zhì)量提升。選取解決供電端電壓越限問(wèn)題數(shù)A21和減少受電端 “低電壓”用戶數(shù)A22作為衡量電壓質(zhì)量提升的評(píng)價(jià)指標(biāo)。

式中：Z為當(dāng)年解決供電端電壓越限問(wèn)題數(shù)；D為當(dāng)年解決受電端“低電壓”用戶問(wèn)題數(shù)。

3）單位投資配電自動(dòng)化水平提升。選取提升配電自動(dòng)化覆蓋率A31和提升智能電表覆蓋率A32作為衡量配電自動(dòng)化水平提升的評(píng)價(jià)指標(biāo)。

式中：P1為當(dāng)年配電自動(dòng)化覆蓋率；P0為上一年配電自動(dòng)化覆蓋率；B1為當(dāng)年智能電表覆蓋率；B0為上一年智能電表覆蓋率；J1為10 kV及以下智能化投資；J2為10 kV變電技改投資。

4）單位投資電網(wǎng)調(diào)度水平提升。選取解決關(guān)鍵一次設(shè)備風(fēng)險(xiǎn)數(shù)A41作為衡量電網(wǎng)調(diào)度水平提升的評(píng)價(jià)指標(biāo)。式中：G為解決關(guān)鍵一次設(shè)備風(fēng)險(xiǎn)數(shù)；I5為解決設(shè)備重載、過(guò)載投資。

5）單位投資電網(wǎng)運(yùn)檢水平提升。選取提升應(yīng)檢設(shè)備檢修率A51作為衡量電網(wǎng)運(yùn)檢水平提升的評(píng)價(jià)指標(biāo)。式中：X1為當(dāng)年應(yīng)檢設(shè)備檢修率；X0為上一年生產(chǎn)應(yīng)檢設(shè)備檢修率。

表1 考慮投入產(chǎn)出關(guān)聯(lián)關(guān)系的配網(wǎng)效益評(píng)價(jià)指標(biāo)體系

1.2 指標(biāo)體系設(shè)計(jì)

對(duì)配網(wǎng)投入類、產(chǎn)出類指標(biāo)的關(guān)聯(lián)關(guān)系進(jìn)行梳理，給出投入產(chǎn)出評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，如表1所示。

2 基于綜合賦權(quán)的投入產(chǎn)出效益模型

綜合AHP法和熵權(quán)法分別計(jì)算指標(biāo)權(quán)重，建立基于組合賦權(quán)的配網(wǎng)投入產(chǎn)出效益評(píng)價(jià)模型。

2.1 AHP法

層次分析法 （Analytics Hierarchy Process，AHP）是美國(guó)運(yùn)籌學(xué)家T.L.Saaty提出的一種層次權(quán)重決策分析方法。該方法將與決策有關(guān)的元素分解成目標(biāo)、準(zhǔn)則、方案等層次，既遵循了指標(biāo)間的客觀關(guān)系，又包含了專家對(duì)指標(biāo)重要性的判斷。AHP法的具體步驟如下。

構(gòu)造判斷矩陣。對(duì)于每一個(gè)上層元素，考慮與它有邏輯關(guān)系連線的下層元素并在下層元素之間進(jìn)行兩兩判斷，準(zhǔn)則層對(duì)目標(biāo)層的判斷矩陣為

判斷矩陣正規(guī)化。通過(guò)對(duì)判斷矩陣進(jìn)行歸一化處理，計(jì)算出矩陣的特征值λmax及對(duì)應(yīng)的特征向量。

層次總排序。利用同一層次單排序的結(jié)果，從上到下逐層進(jìn)行排序。

2.2 熵權(quán)法

熵權(quán)法是根據(jù)各指標(biāo)傳輸給決策者信息量的大小來(lái)確定權(quán)重的方法［12］。某項(xiàng)指標(biāo)的差異越大，熵值越小，該指標(biāo)包含和傳輸?shù)男畔⒃蕉?，相?yīng)權(quán)重越大。熵權(quán)法計(jì)算權(quán)值的具體步驟如下。

1）假設(shè)用m個(gè)投資效益評(píng)價(jià)指標(biāo)對(duì)n個(gè)地區(qū)電網(wǎng)樣本進(jìn)行評(píng)價(jià)，xij是樣本 i（i≤n）相對(duì)于屬性 j（j≤m）的預(yù)定值，形成原始指標(biāo)數(shù)據(jù)矩陣 X=（xij）n×m。

3）對(duì) Dij進(jìn)行歸一化處理，得到矩陣 d=（dij）n×m。

4）計(jì)算評(píng)價(jià)指標(biāo) j的條件熵 Ej，用 Emax對(duì) Ej進(jìn)行歸一化處理，得到表示評(píng)價(jià)指標(biāo)j的重要性的熵值：

2.3 求解流程

依托構(gòu)建的配網(wǎng)投入產(chǎn)出效益評(píng)價(jià)指標(biāo)體系和評(píng)價(jià)模型，借助于大量歷史數(shù)據(jù)，對(duì)指標(biāo)間的量化關(guān)系進(jìn)行分析和確定。首先對(duì)指標(biāo)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化和無(wú)量綱化處理；在此基礎(chǔ)上，通過(guò)AHP法和熵權(quán)法分別計(jì)算指標(biāo)權(quán)重，并采用簡(jiǎn)單算法進(jìn)行綜合賦權(quán)；最后，基于地市級(jí)進(jìn)行配網(wǎng)投入產(chǎn)出綜合評(píng)價(jià)，并進(jìn)行效益敏感性分析。求解流程如下。

1）對(duì)評(píng)價(jià)指標(biāo)進(jìn)行一致化處理。對(duì)于極小型指標(biāo)x，令x*=M-x，其中M為指標(biāo)x的一個(gè)允許上界。

2）評(píng)價(jià)指標(biāo)的無(wú)量綱化。由于指標(biāo)各自的單位和數(shù)量級(jí)不同，因此存在不可公度性，需要對(duì)其進(jìn)行無(wú)量綱化處理，本文采用了標(biāo)準(zhǔn)化處理法。

3）確定指標(biāo)的評(píng)價(jià)隸屬度函數(shù)類型。為得到兩個(gè)變量間的函數(shù)關(guān)系，可采用二次、三次、對(duì)數(shù)等函數(shù)形式對(duì)變量之間的關(guān)系進(jìn)行擬合。其中，三次函數(shù)的擬合程度最高，二次函數(shù)與三次函數(shù)的擬合程度相近。考慮到單位電網(wǎng)投資與其投入產(chǎn)出評(píng)分關(guān)系較為復(fù)雜，采用二次函數(shù)作為投入產(chǎn)出評(píng)分與評(píng)價(jià)指標(biāo)間的關(guān)系函數(shù)，即y=ax2+bx+c，其中，y為評(píng)價(jià)得分，x為評(píng)價(jià)指標(biāo)值，a、b分別為二次、一次項(xiàng)系數(shù)，c為隨機(jī)誤差項(xiàng)。

4）確定各評(píng)價(jià)函數(shù)的二次函數(shù)曲線，并根據(jù)評(píng)分函數(shù)對(duì)投入產(chǎn)出指標(biāo)進(jìn)行打分，以此加權(quán)出每級(jí)評(píng)價(jià)指標(biāo)得分。按照配網(wǎng)投入產(chǎn)出評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重，得出供電區(qū)域內(nèi)整體投入產(chǎn)出評(píng)價(jià)得分。

3 算例分析

3.1 基礎(chǔ)數(shù)據(jù)

為驗(yàn)證所提模型的實(shí)用性，選取2015年某省的3個(gè)地市的實(shí)際配電網(wǎng)作為研究對(duì)象，對(duì)各地市的實(shí)際配電網(wǎng)投入、產(chǎn)出數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)分析。為便于比較，表2給出各地市投入的10 kV配網(wǎng)投入相關(guān)數(shù)據(jù)。

表2 10 kV配電投入指標(biāo)基礎(chǔ)數(shù)據(jù) 萬(wàn)元

3.2 算例求解與結(jié)果分析

基于已構(gòu)建的投入產(chǎn)出指標(biāo)體系，運(yùn)用AHP法和熵權(quán)法確定各指標(biāo)的權(quán)重及綜合權(quán)重，計(jì)算結(jié)果如表3所示。

表3 綜合指標(biāo)權(quán)重計(jì)算結(jié)果

在綜合考慮一、二級(jí)指標(biāo)的情況下，用戶年平均減少停電時(shí)間、解決關(guān)鍵一次設(shè)備風(fēng)險(xiǎn)數(shù)、提升應(yīng)檢設(shè)備檢修率、供電端電壓越限問(wèn)題數(shù)這4個(gè)指標(biāo)的權(quán)重較大。

按照式 （1）～（8）確定各評(píng)價(jià)指標(biāo)投入產(chǎn)出效益，并進(jìn)行無(wú)量綱化處理，確定二次評(píng)分函數(shù)曲線y=ax2+bx+c的系數(shù)，最終求得投入產(chǎn)出指標(biāo)得分，評(píng)價(jià)結(jié)果如表4所示。

表4 投入產(chǎn)出評(píng)價(jià)指標(biāo)得分

在求出評(píng)價(jià)得分的基礎(chǔ)上，分析比較各市投入產(chǎn)出效益指標(biāo)間的差異，如圖1所示。

圖1 各市投入產(chǎn)出效益評(píng)價(jià)得分

在配網(wǎng)投入水平基礎(chǔ)相同的情況下，B市的產(chǎn)出效益更高，且各項(xiàng)產(chǎn)出效益較為均衡。A市的解決關(guān)鍵一次設(shè)備風(fēng)險(xiǎn)數(shù)、提升應(yīng)檢設(shè)備檢修率兩項(xiàng)指標(biāo)得分值相對(duì)較高，表明供電區(qū)域內(nèi)的單位投資電網(wǎng)調(diào)度水平提升等貢獻(xiàn)率更高。C市在解決供電端電壓越限數(shù)、提升配電自動(dòng)化覆蓋率方面的投入最低，但產(chǎn)出效益最高，這說(shuō)明配網(wǎng)投資相對(duì)更加有效。此外，三個(gè)地市各指標(biāo)評(píng)分值的變化幅度較大，表明了A、B、C市在配電網(wǎng)投入方面擁有各自的著重點(diǎn)。

3.3 敏感性分析

選取單位投資供電可靠性提升和單位投資電壓質(zhì)量提升兩項(xiàng)關(guān)鍵產(chǎn)出指標(biāo)與產(chǎn)出效益關(guān)系進(jìn)行敏感性分析，分別以5%、10%、15%的比例變動(dòng)，量化分析各地市配網(wǎng)投入產(chǎn)出效益的合理性，結(jié)果如圖2、圖3所示。

C市的供電可靠性提升和供電質(zhì)量提升指標(biāo)的投入產(chǎn)出敏感性明顯高于其他地市，未來(lái)可進(jìn)一步加大相關(guān)投資，提高產(chǎn)出效益。A市的兩項(xiàng)指標(biāo)的投入產(chǎn)出敏感性低，未來(lái)亟需優(yōu)化投資策略，改善投資結(jié)果，促進(jìn)產(chǎn)出效益的提升。

圖2 供電可靠性提升投入-產(chǎn)出敏感性分析

圖3 供電質(zhì)量提升投入-產(chǎn)出敏感性分析

4 結(jié)語(yǔ)

針對(duì)配網(wǎng)投入產(chǎn)出效益評(píng)價(jià)的問(wèn)題，提出了一種基于綜合賦權(quán)法的投入產(chǎn)出效益評(píng)價(jià)模型。該模型綜合考慮了單位投資供電可靠性提升等5個(gè)方面，從中選取了用戶年平均減少停電時(shí)間、用戶年平均減少停電次數(shù)等8項(xiàng)指標(biāo)構(gòu)建了評(píng)價(jià)指標(biāo)體系。通過(guò)算例實(shí)證發(fā)現(xiàn)，各地市在相同投入類別的投資情況相差不大的情況下，其產(chǎn)出卻有著較為明顯的差異。效益敏感性分析的 結(jié)果也驗(yàn)證了所提出方法的有效性，為電網(wǎng)企業(yè)更好地進(jìn)行配電網(wǎng)投資決策提供支撐與借鑒。

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Research on Benefit Evaluation Distribution Network Considering Incidence Relation of Input-output

ZHOU Pengcheng，WU Nannan，ZENG Ming
（School of Economics and Management，North China Electric Power University，Beijing 102206，China）

In order to improve the ability of resource optimization configuration in the development of distribution network，and clarify the investment direction and management focus，an evaluation index system model of distribution network benefit considering input-output relationship is put forward.Firstly，with the consideration of the input-output relationship，an inputoutput evaluation index system for a series categories of different distribution networks is built.Secondly，through the relevance analysis of the distribution project，an input-output benefit evaluation model of the distribution network is established based on the comprehensive empowerment method.On this basis，the basic input-output data of the distribution network in the three cities of a province is selected to verify the example，and the sensitivity analysis is carried out for the evaluation categories of the cities.The results prove the effectiveness of the proposed method，and provide guidance for the grid enterprises to properly allocate the investment of distribution network.

input-output benefit；distribution network investment；evaluation index system；comprehensive weight method；sensitivity analysis

F426.61；F223

A

1007－9904（2017）12－0001－05

國(guó)家自然科學(xué)基金（51507061）；北京市社會(huì)科學(xué)基金項(xiàng)目（15JDJGA089）

2017-09-20

周鵬程（1991），男，碩士研究生，主要研究電力物流技術(shù)經(jīng)濟(jì)、綜合能源系統(tǒng)、能源互聯(lián)網(wǎng)；

吳南南（1994），女，碩士研究生，主要研究技術(shù)經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)、電力市場(chǎng)、工業(yè)工程及管理；

曾 鳴（1957），男，教授，博士生導(dǎo)師，主要研究電力市場(chǎng)、能源互聯(lián)網(wǎng)、綜合能源系統(tǒng)。