基于數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)的配電網(wǎng)精準(zhǔn)投資策略研究

黃宏和，吳 臻，琚 軍，章 斌，王雪峰，潘永賀，鄭 輝，趙仲夏

（國網(wǎng)浙江省電力有限公司衢州供電公司,浙江 衢州 324000）

0 引言

隨著社會經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展和人民生活水平的提高，日益增長的用電需求對電網(wǎng)企業(yè)提出了更高要求。深化落實(shí)投資精準(zhǔn)的要求，充分發(fā)揮資產(chǎn)、資金、管理等優(yōu)勢，增強(qiáng)企業(yè)經(jīng)營能力，對實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)企業(yè)建立“一強(qiáng)三優(yōu)”現(xiàn)代公司的發(fā)展戰(zhàn)略具有重大意義。

近年來，電網(wǎng)企業(yè)配電網(wǎng)投資大多還處于依靠經(jīng)驗(yàn)的投資階段，在落實(shí)配電網(wǎng)精準(zhǔn)投資方面仍缺乏有效手段，一方面由于用戶用電需求的剛性增長；另一方面由于配電網(wǎng)投資邊際效益降低，亟需形成配電網(wǎng)精準(zhǔn)投資策略，提升電網(wǎng)企業(yè)配電網(wǎng)精準(zhǔn)投資水平。在投資效益評估研究領(lǐng)域，投資效益評估均進(jìn)行項(xiàng)目前評估，提出用于評價投資效益的指標(biāo)體系、評分函數(shù)和得分公式，以評分的高低為導(dǎo)向來進(jìn)行投資資金分配比例計(jì)算[1]，部分研究將全壽命周期成本管理理論應(yīng)用于投資效益評估模型中[2]。在評價指標(biāo)體系的構(gòu)建方面，從實(shí)施過程、運(yùn)營效果、財(cái)務(wù)效果、社會效益和可持續(xù)性方面提出綜合指標(biāo)體系[3]，或通過技術(shù)效益指標(biāo)、經(jīng)濟(jì)效益指標(biāo)和社會效益指標(biāo)來提出架構(gòu)評價體系[4-5]，同時通過指標(biāo)賦權(quán)方法和綜合評價方法的比選篩選出熵權(quán)法、遺傳算法和灰色關(guān)聯(lián)分析范圍評價，提供具體的方法論[6-8]，部分研究根據(jù)指標(biāo)體系和評價模型建立綜合數(shù)據(jù)平臺進(jìn)行實(shí)證分析[9]。

本文在上述文獻(xiàn)研究的基礎(chǔ)上，以大數(shù)據(jù)應(yīng)用為手段，使現(xiàn)在數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)與配電網(wǎng)投資業(yè)務(wù)相結(jié)合，從電網(wǎng)運(yùn)營水平角度考慮構(gòu)建配電網(wǎng)評價指標(biāo)體系，運(yùn)用熵權(quán)法的指標(biāo)賦權(quán)方法開展配電網(wǎng)精準(zhǔn)投資策略研究，綜合投資前評估評價感知投資需求和后評估模型分析產(chǎn)出效益，以實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)投資效益最大化。

1 配電網(wǎng)精準(zhǔn)投資策略

基于數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)的配電網(wǎng)精準(zhǔn)投資策略包括建立項(xiàng)目投資前評估模型和投資后評估模型2部分（見圖 1）。

圖1 配電網(wǎng)精準(zhǔn)投資策略

建立投資前評估模型需要：

（1）預(yù)測電網(wǎng)未來可開放容量，檢驗(yàn)項(xiàng)目實(shí)施后容量是否滿足未來負(fù)荷的需求。

（2）進(jìn)行現(xiàn)狀和匹配度分析，將網(wǎng)格評價維度的評估指標(biāo)與行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行比較，判斷目前什么指標(biāo)處于薄弱狀態(tài)。

（3）分析電網(wǎng)運(yùn)營水平，對電網(wǎng)建設(shè)項(xiàng)目建設(shè)前和建設(shè)后預(yù)計(jì)的運(yùn)行水平、轉(zhuǎn)供能力、電網(wǎng)結(jié)構(gòu)、設(shè)備水平和供電質(zhì)量等進(jìn)行對比分析。

（4）通過年收益率考核指標(biāo)體現(xiàn)項(xiàng)目經(jīng)濟(jì)效益。

建立項(xiàng)目投資后評估模型需要完成目標(biāo)實(shí)現(xiàn)情況評估、完成電網(wǎng)運(yùn)營水平評估和完成經(jīng)濟(jì)效益評估。

1.1 項(xiàng)目投資前評估方法

1.1.1 預(yù)測電網(wǎng)未來可開放容量

電網(wǎng)未來可開放容量的預(yù)測，是評估項(xiàng)目可行性的基礎(chǔ)，不僅能夠預(yù)測項(xiàng)目投資的合理性，還能反映電網(wǎng)的供電能力。若項(xiàng)目實(shí)施后未來可開放容量大于0，則項(xiàng)目可投資；若項(xiàng)目實(shí)施后未來可開放容量小于等于0，則項(xiàng)目應(yīng)停止投資。

電網(wǎng)中線路未來可開放容量由線路限定容量與線路最大負(fù)荷共同決定，未來可開放容量以H表示，其計(jì)算公式為：

式中：B為投資后線路容量；Imon為每月線路負(fù)荷。若H大于0，則項(xiàng)目實(shí)施后容量滿足未來負(fù)荷需求。

1.1.2 現(xiàn)狀和匹配度分析

對能反映電網(wǎng)運(yùn)行水平、轉(zhuǎn)供能力、電網(wǎng)結(jié)構(gòu)、設(shè)備水平和供電質(zhì)量的相關(guān)指標(biāo)進(jìn)行現(xiàn)狀分析，找出薄弱點(diǎn)，針對配電網(wǎng)投資工程，采用計(jì)算項(xiàng)目有效投資率與重復(fù)投資率的方法，能夠填補(bǔ)以往配電網(wǎng)項(xiàng)目投資效益預(yù)評估的空白，降低“拍腦袋決策”現(xiàn)象的發(fā)生率。

將現(xiàn)狀分析及未來可開放容量預(yù)測得到的結(jié)果與項(xiàng)目目標(biāo)進(jìn)行匹配。設(shè)定未來可開放容量具有“一票否決權(quán)”，將其記為C，若未來可開放容量大于0，C為1；若未來可開放容量小于等于0，則C為0。將有效投資率記為T，針對單體項(xiàng)目，其有效投資率為：

式中：k1為項(xiàng)目可改善的薄弱指標(biāo)數(shù)；k2為薄弱指標(biāo)總數(shù)。

若項(xiàng)目建設(shè)目標(biāo)與處在薄弱環(huán)節(jié)的指標(biāo)不匹配，即項(xiàng)目有效投資率未達(dá)到100%，則計(jì)算項(xiàng)目重復(fù)投資率，將重復(fù)投資率記為O，計(jì)算公式為：

式中：l為與薄弱環(huán)節(jié)不匹配的項(xiàng)目建設(shè)目標(biāo)數(shù)；n為項(xiàng)目目標(biāo)總數(shù)。

1.1.3 電網(wǎng)運(yùn)行水平評估

運(yùn)營水平主要對電網(wǎng)建設(shè)項(xiàng)目建設(shè)前和建設(shè)后預(yù)計(jì)的運(yùn)行水平、轉(zhuǎn)供能力、電網(wǎng)結(jié)構(gòu)、設(shè)備水平和供電質(zhì)量等進(jìn)行對比分析。運(yùn)營水平評價指標(biāo)應(yīng)從整個電網(wǎng)建設(shè)項(xiàng)目及其所涉及的影響范圍出發(fā)，凡是涉及到的方面、細(xì)節(jié)等，在前評價指標(biāo)體系中均予以考慮并體現(xiàn)出來，同時需要有目的地選擇具有意義的重要的指標(biāo)作為考察重點(diǎn)，使前評價指標(biāo)體系具有較強(qiáng)的目的性和針對性。

根據(jù)上述需求，預(yù)評估電網(wǎng)運(yùn)營水平指標(biāo)體系[10-11]的建立如表1所示，該指標(biāo)體系同時應(yīng)用于進(jìn)行現(xiàn)狀和匹配度分析的分析指標(biāo)。

表1 預(yù)評估電網(wǎng)運(yùn)營水平指標(biāo)體系

把指標(biāo)的原始數(shù)據(jù)輸入模糊隸屬度函數(shù)，得到指標(biāo)的得分。指標(biāo)分為經(jīng)濟(jì)型（正指標(biāo)）、成本型（逆指標(biāo)）、區(qū)間型（適度指標(biāo)）3種類型，其中經(jīng)濟(jì)型指標(biāo)越大越好，成本型指標(biāo)越小越好，區(qū)間型指標(biāo)為某一固定范圍內(nèi)為好，具體見表2。

采用梯形分布線性隸屬函數(shù)來擬合，指標(biāo)的隸屬度確定則以指標(biāo)的類型，按以下函數(shù)計(jì)算[10]。

經(jīng)濟(jì)型指標(biāo)采用升半梯形分布函數(shù)：

表2 前評估指標(biāo)屬性類型

成本型指標(biāo)采用降半梯形分布函數(shù)：

區(qū)間型指標(biāo)采用梯形分布函數(shù)：

式（4）—（6）中： sup（f）和 inf（f）分別為這一指標(biāo)的上、下界（z隸屬度閥值）；[a，b]為區(qū)間型指標(biāo)的適度區(qū)間[10]；x為經(jīng)濟(jì)型指標(biāo)的每期記錄值。隸屬閥值可利用頻數(shù)分布法對歷史數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析來得到，適度區(qū)間的確定按照電力行業(yè)的相關(guān)規(guī)定或?qū)＜覍?shí)際經(jīng)驗(yàn)來得到。利用模糊隸屬度原理編寫隸屬度函數(shù)，計(jì)算二級指標(biāo)的得分值，實(shí)際上這是對指標(biāo)值的標(biāo)準(zhǔn)化處理。

通過德爾菲法估計(jì)指標(biāo)體系一級指標(biāo)的權(quán)重，運(yùn)用熵權(quán)法來確定級指標(biāo)層各評價指標(biāo)對一級指標(biāo)層的熵和熵權(quán)。熵權(quán)法是根據(jù)各指標(biāo)傳輸給決策者的信息量的大小來確定指標(biāo)權(quán)重的方法。

用熵權(quán)法確定指標(biāo)權(quán)重的步驟如下。

（3）計(jì)算第 j項(xiàng)指標(biāo)的差異系數(shù) gj=1-ej， gj越大，越應(yīng)重視該項(xiàng)指標(biāo)的作用。

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[12-13]。

1.1.4 經(jīng)濟(jì)效益評估

經(jīng)濟(jì)效益主要以年預(yù)期收益率來體現(xiàn)，年預(yù)期收益率通過計(jì)算項(xiàng)目預(yù)期年收益與項(xiàng)目投資金額之比來得到。配電網(wǎng)項(xiàng)目的預(yù)期投資收益主要體現(xiàn)在2個方面：一是通過提高電網(wǎng)的供電能力增加供電收益；二是通過優(yōu)化電網(wǎng)結(jié)構(gòu)降低線損，以減少供電成本。故以表3的指標(biāo)作為經(jīng)濟(jì)效益評估的依據(jù)。

表3 年收益率考核指標(biāo)

計(jì)算公式為：

式中：M1為評估期內(nèi)增售電量收益；M2為評估期內(nèi)降損電量收益；c為項(xiàng)目投入金額。

1.2 項(xiàng)目投資后評估方法

1.2.1 目標(biāo)實(shí)現(xiàn)情況評估

針對電網(wǎng)建設(shè)項(xiàng)目各個目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)程度進(jìn)行分析，并與預(yù)評估的數(shù)據(jù)進(jìn)行對比，審查工程建設(shè)目標(biāo)、宏觀目標(biāo)等的實(shí)現(xiàn)情況，找出未實(shí)現(xiàn)或?qū)崿F(xiàn)程度較低的原因。項(xiàng)目目標(biāo)實(shí)現(xiàn)情況評估公式為：

式中：m為項(xiàng)目實(shí)際達(dá)成的目標(biāo)數(shù)。

1.2.2 電網(wǎng)運(yùn)營水平評估

運(yùn)營水平主要是對電網(wǎng)建設(shè)項(xiàng)目的目標(biāo)實(shí)現(xiàn)情況以及項(xiàng)目建成前后的電網(wǎng)運(yùn)行水平、轉(zhuǎn)供能力、電網(wǎng)結(jié)構(gòu)、設(shè)備水平和供電質(zhì)量等進(jìn)行分析，以評估電網(wǎng)建設(shè)項(xiàng)目自身建設(shè)目標(biāo)和宏觀目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)程度。

電網(wǎng)建設(shè)項(xiàng)目后評估的指標(biāo)體系內(nèi)容結(jié)構(gòu)和指標(biāo)權(quán)重，與項(xiàng)目前評估指標(biāo)體系的內(nèi)容結(jié)構(gòu)和權(quán)重保持一致，后評估指標(biāo)體系和權(quán)重與前評估的結(jié)果一致。通過收集項(xiàng)目建設(shè)前后各一時間段內(nèi)的指標(biāo)數(shù)據(jù)，計(jì)算項(xiàng)目建設(shè)后的指標(biāo)提升值或降低值，以相應(yīng)的權(quán)重對指標(biāo)的提升值或降低值進(jìn)行加權(quán)平均，計(jì)算得出項(xiàng)目實(shí)施前后運(yùn)行水平的改善程度。

1.2.3 經(jīng)濟(jì)效益評估

根據(jù)資源合理配置原則，從整體、長遠(yuǎn)、客觀的角度來分析和評價電力投資項(xiàng)目的經(jīng)濟(jì)性和合理性，使公司利益、地區(qū)利益和社會利益實(shí)現(xiàn)有機(jī)結(jié)合及平衡，這是配電網(wǎng)項(xiàng)目投資效益分析和評價的意義所在。評價配電網(wǎng)投資項(xiàng)目的經(jīng)濟(jì)效益需要科學(xué)地計(jì)算、分析和論證經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，將項(xiàng)目投資的有用成果與投資成本作比較，衡量它們的所得和費(fèi)用、投入與產(chǎn)出之間的經(jīng)濟(jì)合理性，得出全面的經(jīng)濟(jì)結(jié)論。通過計(jì)算項(xiàng)目建成后實(shí)際的增供電量收益和降損收益，并且和項(xiàng)目投入金額相比較，以確定經(jīng)濟(jì)效益好的項(xiàng)目是較為成功的項(xiàng)目。

2 配電網(wǎng)精準(zhǔn)投資策略應(yīng)用

應(yīng)用德爾菲法估計(jì)指標(biāo)體系一級指標(biāo)的權(quán)重向量（0.23， 0.25， 0.15， 0.17， 0.2）T， 它分別對應(yīng)運(yùn)行水平、轉(zhuǎn)供能力、電網(wǎng)結(jié)構(gòu)、設(shè)備水平和供電質(zhì)量的權(quán)重。

根據(jù)某市電力企業(yè)的配電網(wǎng)運(yùn)營水平指標(biāo)體系和收集到的各網(wǎng)格的實(shí)際資料，確定網(wǎng)格在不同時期的指標(biāo)值，將評價指標(biāo)值構(gòu)成的原始數(shù)據(jù)進(jìn)行打分即標(biāo)準(zhǔn)化，得到的數(shù)據(jù)如表4所示（表4中僅顯示了某一網(wǎng)格2016—2018年各季度標(biāo)準(zhǔn)化后的數(shù)據(jù)）。

表4 某網(wǎng)格指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)化后的結(jié)果

根據(jù)熵權(quán)法公式計(jì)算出二級指標(biāo)層各評價指標(biāo)對一級指標(biāo)層的熵和熵權(quán)，以供電質(zhì)量和其二級指標(biāo)供電可靠率和電壓合格率為例，計(jì)算熵值和熵權(quán)。

供電可靠率的標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)據(jù)比重分別是P11=

供電可靠率的熵值：

同理，電壓合格率的熵值e2=0.995 2。

則供電可靠率的差異系數(shù)g1=0.008 8；電壓合格率的差異系數(shù)g2=0.004 8。

供電可靠率的熵權(quán)：

電壓合格率的熵權(quán)W2=0.352 94。

配電網(wǎng)運(yùn)營水平評價指標(biāo)體系以及二級指標(biāo)的熵和熵權(quán)如表5所示。

用表5指標(biāo)體系對某市電力企業(yè)的3個改造項(xiàng)目進(jìn)行預(yù)評估，評估的時間點(diǎn)是項(xiàng)目開工前。這3個項(xiàng)目的具體情況如表6所示。

首先通過計(jì)算投資后線路未來可開放容量C：

C1=11 195×80%-7 252>0 ，

C2=12 280×80%-8 214>0 ，

C3=19 825×80%-8 540>0 ，

得到所有線路未來可開放容量均大于0。

A網(wǎng)格的主要薄弱點(diǎn)是公變超重載、局部存在低電壓和局部供電可靠性較低。項(xiàng)目1針對所有的問題，因此有效投資率T=3/3=100%；項(xiàng)目2主要針對網(wǎng)格供電可靠性較低的問題，因此有效投資率T=1/3=33.3%。B網(wǎng)格的薄弱環(huán)節(jié)是公變超重載、負(fù)荷不平衡、低電壓和供電可靠性較低。項(xiàng)目3試圖補(bǔ)強(qiáng)網(wǎng)格的所有薄弱環(huán)節(jié)，因此有效投資率T=4/4=100%。

表5 配電網(wǎng)運(yùn)營水平評價指標(biāo)體系以及二級指標(biāo)的熵和熵權(quán)

應(yīng)用表5所示的指標(biāo)體系和權(quán)重，通過項(xiàng)目完工前和項(xiàng)目完工后的指標(biāo)值、權(quán)重的乘積結(jié)果作為評分來評估表6中的3個配電網(wǎng)項(xiàng)目。

項(xiàng)目1開工前的配電網(wǎng)運(yùn)營水平評分是0.359，項(xiàng)目完工后的預(yù)計(jì)評分是0.415，網(wǎng)格運(yùn)營水平預(yù)計(jì)增長0.056。項(xiàng)目2開工前的評分是0.664，完工后的預(yù)計(jì)評分是0.7，增長0.036。A網(wǎng)格的儲備項(xiàng)目，項(xiàng)目1比項(xiàng)目2預(yù)期獲得的運(yùn)營水平收益更大。項(xiàng)目3開工前的運(yùn)營水平得分是0.355，預(yù)期完工后的運(yùn)營水平得分是0.429，兩者差值是0.074。

從經(jīng)濟(jì)效益來看，預(yù)計(jì)項(xiàng)目1的日均增供和降損電量為1 072 kWh，每年可增供降損391 280 kWh，售電電價是0.5元/kWh，項(xiàng)目投資額是2 286 549元，年收益率：×100%=8.56%；預(yù)計(jì)項(xiàng)目2的日均增供和降損電量為1 950 kWh，項(xiàng)目投資額是4 399 022元，年收益率R2為8.09%；預(yù)計(jì)項(xiàng)目3的日增供和降損電量為2 100 kWh，項(xiàng)目投資額是4 792 327，年收益率R3為8.00%。

表6 用于評估的3個配電網(wǎng)項(xiàng)目

對3個項(xiàng)目的實(shí)現(xiàn)情況進(jìn)行評估，方法與預(yù)評估方法一致，項(xiàng)目1的目標(biāo)實(shí)現(xiàn)率是100%，項(xiàng)目2的目標(biāo)實(shí)現(xiàn)率是33.3%，而項(xiàng)目3的目標(biāo)實(shí)現(xiàn)率是100%。

應(yīng)用表5所示的指標(biāo)體系和權(quán)重作為電網(wǎng)運(yùn)營水平后評估指標(biāo)體系和權(quán)重，計(jì)算3個項(xiàng)目在開工前和完成后的運(yùn)營水平提升度，從而比較3個項(xiàng)目的投資效率。項(xiàng)目1開工前的運(yùn)營水平是0.359，項(xiàng)目完工后的水平是0.422，提升0.063；項(xiàng)目2開工前的網(wǎng)格運(yùn)營水平是0.664，項(xiàng)目完工后的水平是0.698，提升0.034；項(xiàng)目3開工前的網(wǎng)格運(yùn)營水平是0.355，完工后的水平是0.62，提升0.265。項(xiàng)目1和項(xiàng)目2雖然屬于同一網(wǎng)格，但項(xiàng)目1帶來的電網(wǎng)運(yùn)營水平提升較大，故建議對A網(wǎng)格進(jìn)行項(xiàng)目1的投資。

3 實(shí)例驗(yàn)證

本策略在配電網(wǎng)項(xiàng)目歷史信息的基礎(chǔ)上，創(chuàng)新運(yùn)用數(shù)據(jù)挖掘分析方法，綜合投資前評估感知投資需求和后評估模型分析產(chǎn)出效益，通過項(xiàng)目投資前決策評價和項(xiàng)目后的目標(biāo)實(shí)現(xiàn)、電網(wǎng)運(yùn)營水平提升和經(jīng)濟(jì)效益評估來指導(dǎo)配電網(wǎng)精準(zhǔn)投資。

通過對試點(diǎn)區(qū)塊進(jìn)行小范圍驗(yàn)證，基于數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)的配電網(wǎng)精準(zhǔn)投資策略，從提交的120個配電網(wǎng)項(xiàng)目清單中剔除無效、低效項(xiàng)目8個，同時將9個急需解決的項(xiàng)目納入投資方案，通過削減投資、提高收益，比原方案增加610.6萬元的經(jīng)濟(jì)效益。按浙江公司每年下達(dá)5 000個配電網(wǎng)項(xiàng)目計(jì)劃預(yù)估，僅項(xiàng)目優(yōu)選這一項(xiàng)，每年就可實(shí)現(xiàn)2.5億元以上的經(jīng)濟(jì)效益。

4 結(jié)語

經(jīng)項(xiàng)目投資前評估來感知公司投資需求，強(qiáng)化項(xiàng)目儲備，科學(xué)測算投資能力，界定投資范圍、統(tǒng)籌需求和投資能力，進(jìn)行項(xiàng)目投資甄選，避免或減少配電網(wǎng)項(xiàng)目決策的失誤，做好配電網(wǎng)項(xiàng)目精益化管理的起始環(huán)節(jié)；針對投運(yùn)項(xiàng)目進(jìn)行配電網(wǎng)投資整體評估，建立投資后評估模型，從電網(wǎng)規(guī)模、電網(wǎng)安全、運(yùn)營效益和運(yùn)行效率等方面構(gòu)建評價指標(biāo)體系，分析產(chǎn)出效益，可以定位電網(wǎng)在投入產(chǎn)出效率效益方面存在的不足，為未來的配電網(wǎng)精準(zhǔn)投資提出指導(dǎo)性意見，從而實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)效益最大化。