考慮設(shè)備利用效率和規(guī)劃執(zhí)行情況的配電網(wǎng)規(guī)劃投資分配模型

張 彥，高 華，劉金森，李麗娟

（1.貴州電網(wǎng)有限責(zé)任公司電網(wǎng)規(guī)劃研究中心，貴州貴陽 5500031；2.電力規(guī)劃設(shè)計(jì)總院，北京 100011）

由于具有基礎(chǔ)公益性和承擔(dān)社會責(zé)任，電網(wǎng)公司的規(guī)劃及實(shí)際投資水平不僅受自身投資能力的制約，同時受到社會宏觀經(jīng)濟(jì)形勢的影響，在規(guī)劃編制過程中，常常隨著外部邊界條件的變化而頻繁變化。因此，制定合理可行的基于總體投資水平的子區(qū)域配電網(wǎng)規(guī)劃投資分配模型，是及時響應(yīng)外部環(huán)境影響變化的科學(xué)方法，既是提高配電網(wǎng)規(guī)劃投資效率的根本途徑，也是高效編制各級配電網(wǎng)規(guī)劃的現(xiàn)實(shí)需要，具有重要意義。

國內(nèi)外對配電網(wǎng)投資分配做了大量研究。文獻(xiàn)［1-6］從投資效益和項(xiàng)目評價的角度，研究電網(wǎng)總體投資能力和基于規(guī)劃目標(biāo)的投資分配策略，通過模型綜合評分實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目優(yōu)選和排序。文獻(xiàn)［7-10］從電網(wǎng)現(xiàn)狀和指標(biāo)改進(jìn)的角度，結(jié)合總體投資能力，建立不同區(qū)域之間、不同投資類別、不同電壓層級、不同年份之間電網(wǎng)投資分配模型，提出投資決策建議。文獻(xiàn)［11-15］利用先進(jìn)的數(shù)學(xué)方法，結(jié)合電網(wǎng)指標(biāo)建立基于特定數(shù)學(xué)方法的投資分配和項(xiàng)目決策模型，以提高電網(wǎng)投資決策的客觀科學(xué)性。

總體而言，現(xiàn)有配電網(wǎng)投資分配模型對配電網(wǎng)設(shè)備利用效率的考量較少，考慮設(shè)備重過載的問題但是未考慮輕載問題和容載比取值不合理問題，并且沒有考慮規(guī)劃執(zhí)行情況的因素，不能兼顧規(guī)劃實(shí)施的外部因素和規(guī)劃主體執(zhí)行程度的影響。

本文在考慮負(fù)荷電量發(fā)展水平和主要供電指標(biāo)要求的基礎(chǔ)上，將設(shè)備利用效率、規(guī)劃執(zhí)行情況、供電對象特征、歷史投資水平納入配電網(wǎng)規(guī)劃投資分配的影響因素，結(jié)合德爾菲專家調(diào)查結(jié)果和層次分析理念，提出一級分配指標(biāo)和二級分配指標(biāo)，構(gòu)建基于容載比增量空間、負(fù)載率合理區(qū)間的分配參數(shù)修正函數(shù)，建立配電網(wǎng)規(guī)劃投資分配模型。最后，通過GZ配電網(wǎng)各區(qū)域往期規(guī)劃及實(shí)際投資數(shù)據(jù)，驗(yàn)證其有效性。

1 基于德爾菲法與層次分析理論的問券調(diào)查

影響配電網(wǎng)規(guī)劃投資需求的因素很多。為了全面分析影響配電網(wǎng)規(guī)劃投資分配的主要影響因素和影響程度，提高規(guī)劃投資分配模型的客觀性和科學(xué)性，本文基于德爾菲法與層次分析理論［16］進(jìn)行了問券調(diào)查。

調(diào)研分為兩個階段，均基于德爾菲法采用匿名函詢的方式進(jìn)行。第一階段共有13名長期從事配電網(wǎng)規(guī)劃工作的專家參與調(diào)查，首先通過調(diào)查確定了影響配電網(wǎng)規(guī)劃投資分配的主要因素，然后進(jìn)一步調(diào)查各因素影響權(quán)重，經(jīng)過反復(fù)征詢和歸納總結(jié)，形成一級分配指標(biāo)及權(quán)重。

第二階段，筆者首先基于層次分析理論對第一階段確定的主要因素進(jìn)行二級分解，分解過程中盡量減少二級指標(biāo)之間的關(guān)聯(lián)性。然后同樣采用匿名函詢的方式，對19名專家進(jìn)行了調(diào)研（其中只有8名專家參與了第一輪調(diào)研）。調(diào)研過程中，參與調(diào)研的專家可以對筆者提出的二級指標(biāo)提出優(yōu)化補(bǔ)充和調(diào)整建議，需要對各類二級指標(biāo)影響的權(quán)重進(jìn)行打分。

根據(jù)專家問券反饋情況，經(jīng)過歸納總結(jié)，確定配電網(wǎng)規(guī)劃投資各影響因素的二級指標(biāo)及其影響權(quán)重，進(jìn)而形成省級電網(wǎng)公司各區(qū)域配電網(wǎng)規(guī)劃投資分配模型。

2 配電網(wǎng)規(guī)劃投資分配的影響因素

如圖1所示，專家將影響配電網(wǎng)規(guī)劃投資的主要因素概括為區(qū)域負(fù)荷電量水平、供電指標(biāo)要求、設(shè)備利用效率、規(guī)劃執(zhí)行情況、供電對象特征和歷史投資水平等6個方面。

（1）負(fù)荷電量水平因素。負(fù)荷電量水平包括基準(zhǔn)年供電量、基準(zhǔn)年供電負(fù)荷、規(guī)劃期供電量增量、規(guī)劃期供電負(fù)荷增量。為減少特殊事件的影響，在考量歷史負(fù)荷電量時，可以考慮多年歷史電量負(fù)荷數(shù)據(jù)，以獲得更加全面的信息。

（2）供電指標(biāo)因素。供電指標(biāo)包括供電可靠率、綜合電壓合格率、中壓線路可轉(zhuǎn)供電率、高壓變電站鄉(xiāng)鎮(zhèn)覆蓋率等，量化為目標(biāo)值與現(xiàn)狀值的差值。電網(wǎng)發(fā)展不同時期、不同區(qū)域特點(diǎn)，重點(diǎn)關(guān)注的供電指標(biāo)可能不同，其中高壓變電站鄉(xiāng)鎮(zhèn)覆蓋率就是一個具有階段特征和縮短農(nóng)村地區(qū)中壓供電半徑導(dǎo)向的指標(biāo)。需要注意的是，部分指標(biāo)提升的投資需求具有典型的非線性特征，電網(wǎng)發(fā)展后期指標(biāo)提升的單位成本更高。

由于該類指標(biāo)取值是規(guī)劃目標(biāo)值與現(xiàn)狀值的差值，供電指標(biāo)目標(biāo)值一定要合理可行。實(shí)際上，當(dāng)配電網(wǎng)規(guī)劃投資能力不能支撐未來電網(wǎng)供電指標(biāo)要求時，需要適當(dāng)調(diào)低配電網(wǎng)規(guī)劃目標(biāo)并優(yōu)化配電網(wǎng)規(guī)劃方案，使之保持在投資能力可及范圍。

（3）設(shè)備利用率因素。設(shè)備利用率的量化指標(biāo)包括110 kV容載比、110 kV主變平均負(fù)載率、35 kV容載比、35 kV主變平均負(fù)載率、中壓線路平均負(fù)載率、公用配變平均負(fù)載率，容載比和負(fù)載率都應(yīng)遵循合理取值原則。對于容載比這個指標(biāo)，不僅要考慮現(xiàn)狀數(shù)值，還應(yīng)考慮規(guī)劃年的取值。特別是對于成熟配電網(wǎng)，線損率是非常重要的運(yùn)行指標(biāo)，但是由于準(zhǔn)確計(jì)算規(guī)劃年的線損率比較困難，暫不做考慮。此外，由于設(shè)備老化、受到破壞以及設(shè)備裝備水平提升等原因，殘舊設(shè)備改造在歷年配電網(wǎng)規(guī)劃中均占有相當(dāng)?shù)捏w量，在此一并考慮。

（4）規(guī)劃執(zhí)行情況因素。考慮規(guī)劃執(zhí)行情況的主要原因是要提高規(guī)劃投資使用效率，讓規(guī)劃投資流向規(guī)劃執(zhí)行率更高的區(qū)域。規(guī)劃執(zhí)行情況包括往期電量負(fù)荷達(dá)成率、規(guī)劃投資完成率、110 kV建設(shè)規(guī)模完成率、35 kV建設(shè)規(guī)模完成率、中壓配電網(wǎng)建設(shè)規(guī)模完成率，其中電量負(fù)荷達(dá)成率指當(dāng)前供電負(fù)荷、電量實(shí)際值占往期規(guī)劃負(fù)荷、電量預(yù)測值的比重，建設(shè)規(guī)模主要從變電容量和線路長度進(jìn)行考量。

（5）供電對象特性因素。供電對象特征包括區(qū)域GDP、供電面積、供電人口、現(xiàn)狀及規(guī)劃期末城鎮(zhèn)化率、現(xiàn)狀及規(guī)劃期末建成區(qū)面積，其中后兩個指標(biāo)的目的是要體現(xiàn)投資向具有更高投資效益的城市電網(wǎng)傾斜。若兩者增量較大，則反映當(dāng)?shù)爻擎?zhèn)化建設(shè)發(fā)展較快；若兩者數(shù)值較大，則反映區(qū)域城鎮(zhèn)化水平較高。供電面積為有效供電面積，應(yīng)扣除高山、戈壁、荒漠、水域、森林等無效供電面積。

（6）歷史投資水平因素。歷史投資水平內(nèi)容包括往期實(shí)際完成投資和往期規(guī)劃投資。期限可以是某一個規(guī)劃期，也可以是對多個規(guī)劃期進(jìn)行加權(quán)處理，體現(xiàn)的是電網(wǎng)建設(shè)的延續(xù)性特征。

此外，部分專家認(rèn)為當(dāng)?shù)卣畬﹄娋W(wǎng)建設(shè)的支持力度、重大項(xiàng)目及產(chǎn)業(yè)政策動態(tài)也會對配電網(wǎng)投資需求造成較大影響，由于這類因素不易進(jìn)行量化，一般通過專家干預(yù)的方式加以處理，本文模型中暫不考慮。

3 配電網(wǎng)規(guī)劃投資分配模型

3.1 分配模型及指標(biāo)權(quán)重

將影響因素具體化確?？刹僮餍?，形成配電網(wǎng)規(guī)劃投資的一級分配指標(biāo)和二級分配指標(biāo)以及各類指標(biāo)的權(quán)重，構(gòu)成配電網(wǎng)規(guī)劃投資分配模型。增加對于變壓器、線路負(fù)載率和往期規(guī)劃執(zhí)行情況的量化考慮，讓規(guī)劃投資向設(shè)備利用水平高、規(guī)劃執(zhí)行情況好的區(qū)域傾斜，提高規(guī)劃資金利用效率。

指標(biāo)權(quán)重的設(shè)定是投資分配模型的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，常見方法有德爾菲法、層次分析法、熵權(quán)法［17］、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法、基尼系數(shù)法［18］、改進(jìn)離子群法、模糊分析法等。本文所采用德爾菲法和層次分析法相結(jié)合的方法完成指標(biāo)賦權(quán)，最后確定6個一級指標(biāo)，分別是負(fù)荷電量指標(biāo)、電網(wǎng)現(xiàn)狀指標(biāo)與目標(biāo)值差值、設(shè)備利用效率指標(biāo)、規(guī)劃執(zhí)行情況、供電對象特征和歷史投資水平，它們的權(quán)重分別為 0.28、0.23、0.16、0.13、0.10和0.10。

二級指標(biāo)共分為33項(xiàng)，其中屬于負(fù)荷電量一級指標(biāo)的有4項(xiàng)，屬于電網(wǎng)現(xiàn)狀指標(biāo)與目標(biāo)值差值一級指標(biāo)的有5項(xiàng)、屬于設(shè)備利用效率一級指標(biāo)的有7項(xiàng)、屬于規(guī)劃執(zhí)行情況一級指標(biāo)的有8項(xiàng)、屬于供電對象特征一級指標(biāo)的有7項(xiàng)，屬于歷史投資水平一級指標(biāo)的有2項(xiàng)，它們的權(quán)重取值如表1所示。

對區(qū)域城鎮(zhèn)化水平、往期規(guī)劃執(zhí)行情況的量化考慮和對容載比、負(fù)載率水平的合理取值思維是本模型相比于現(xiàn)有其它配電網(wǎng)規(guī)劃投資分配模型的顯著特征。

表1 投資分配模型及指標(biāo)權(quán)重Tab.1 Investment allocation model and indicator weights

3.2 分配指標(biāo)的計(jì)算方法

3.2.1 參數(shù)歸一化處理

為了實(shí)現(xiàn)投資在不同區(qū)域之間進(jìn)行分配，需要對分配指標(biāo)參數(shù)進(jìn)行歸一化處理。即：

式中：W2-（i，j）代表第 i個區(qū)域?qū)?yīng)第 j個二級指標(biāo)的歸一化分配參數(shù)，W（i，j）代表第 i個區(qū)域第 j個二級變量的實(shí)際值，N代表區(qū)域數(shù)量。

3.2.2 綜合權(quán)重及投資分配

一級分配指標(biāo)的分配參數(shù)可以通過二級指標(biāo)的分配矩陣與二級指標(biāo)的分配權(quán)重進(jìn)行乘積運(yùn)算求得，綜合分配指標(biāo)可以通過一級分配指標(biāo)矩陣與一級指標(biāo)權(quán)重進(jìn)行乘積運(yùn)算求得。即：

式中：Wi代表第i個區(qū)域的綜合分配權(quán)重，W1-j代表第 j個一級指標(biāo)的權(quán)重，W1-（i，k）代表第 i個區(qū)域第k個一級指標(biāo)的分配參數(shù)，M2代表二級指標(biāo)數(shù)量，M1代表一級指標(biāo)數(shù)量。

若經(jīng)測算某配電網(wǎng)的總體投資能力為IC，則第i個區(qū)域的分配投資為Wi×IC。

3.2.3 分配參數(shù)修正函數(shù)

部分二級分配指標(biāo)不能直接進(jìn)行歸一化處理，需要進(jìn)行預(yù)處理，如配電網(wǎng)規(guī)劃建設(shè)的目標(biāo)是使容載比、負(fù)載率處于合理范圍，以達(dá)到電網(wǎng)安全、高效運(yùn)行的目的。對于容載比低于合理范圍下限的，電網(wǎng)供電能力相對不足，應(yīng)采用增加投資策略鼓勵提升供電能力；對于容載比高于合理范圍上限的，應(yīng)采用約束投資策略優(yōu)先盤活存量供電能力。

設(shè)定容載比指標(biāo)的投資策略是：容載比合理區(qū)間為1.8至2.2、低于1.6應(yīng)該優(yōu)先重點(diǎn)提升供電能力、在1.6至1.8區(qū)間應(yīng)著力提升供電能力、在2.2至2.4區(qū)間可適當(dāng)加強(qiáng)供電能力保障提升，在2.4至2.6區(qū)間可局部優(yōu)化改善結(jié)構(gòu)性供電能力不足問題、超過2.6的區(qū)域禁止新增變電容量投資，構(gòu)建基于容載比增量空間的修正函數(shù)FRs。

式中：Rs0代表基準(zhǔn)年容載比數(shù)值，r1、r2、r3、r4、r5分別代表對應(yīng)區(qū)間的修正系數(shù)。r3通常取值為1，且r1＜r2＜r3＜r4＜r5。

同理，負(fù)載率低于合理范圍下限，說明設(shè)備利用效率較低，應(yīng)采用約束投資策略優(yōu)先提升現(xiàn)有設(shè)備利用效率；負(fù)載率高于合理范圍上限，說明設(shè)備符合較重，應(yīng)采用增加投資策略減少設(shè)備重過載和預(yù)重載問題。

設(shè)定負(fù)載率指標(biāo)的投資策略是：負(fù)載率合理區(qū)間為40%至60%、負(fù)載率處于20%至40%屬于較輕運(yùn)行狀態(tài)應(yīng)合理控制投資、負(fù)載率處于20%以下屬于輕載運(yùn)行狀態(tài)應(yīng)限制投資、負(fù)載率處于60%至80%屬于預(yù)重載狀態(tài)應(yīng)適當(dāng)鼓勵投資、負(fù)載率超過80%屬于重過載運(yùn)行狀態(tài)應(yīng)加快優(yōu)先保障投資，構(gòu)建基于負(fù)載率合理區(qū)間的修正函數(shù)Fβ。

式中：β0代表基準(zhǔn)年負(fù)載率數(shù)值。

4 模型驗(yàn)證

以GZ省及其9個地市級區(qū)域電網(wǎng)“十三五”期配電網(wǎng)規(guī)劃投資和實(shí)際完成投資為例，驗(yàn)證投資分配模型的有效性和適應(yīng)性。

4.1 規(guī)劃投資分配驗(yàn)證

“十三五”期間，GZ配電網(wǎng)規(guī)劃投資407.8億元，所屬9個供電區(qū)域的規(guī)劃投資最高為71.31億元、最低為25.35億元，采用模型分配投資最高為66.51億元、最低為28.09億元，在總投資一致的情況下，9個區(qū)域模型分配投資與實(shí)際規(guī)劃投資的最大相對誤差為9.8%，平均相對誤差為6.0%。

表2 規(guī)劃投資分配驗(yàn)證Tab.2 Verification of planning investment allocation

事實(shí)上，受基于新一輪農(nóng)村電網(wǎng)改造升級工程的政策性影響，在“十三五”配電網(wǎng)規(guī)劃過程中，投資有向區(qū)域B、區(qū)域C、區(qū)域H傾斜的策略導(dǎo)向，導(dǎo)致這些區(qū)域的規(guī)劃投資較模型分配投資多。

4.2 實(shí)際投資分配驗(yàn)證

根據(jù)2016-2019年實(shí)際完成投資情況和2020年固定資產(chǎn)投資計(jì)劃，“十三五”期間，GZ配電網(wǎng)基建預(yù)計(jì)完成投資351.1億元，所屬9個供電區(qū)域的實(shí)際完成投資最高為54.35億元、最低為24.07億元。在保持總投資一致的情況下，9個區(qū)域采用模型分配投資與實(shí)際完成投資的最大相對誤差為7.1%，平均相對誤差為4.8%。

事實(shí)上，在電網(wǎng)實(shí)施過程中，區(qū)域C、區(qū)域H、區(qū)域I的地方政府對電網(wǎng)建設(shè)的支持力度較大，電網(wǎng)項(xiàng)目推進(jìn)更加順暢，驗(yàn)證了專家對于投資分配影響因素的判斷。

表3 實(shí)際完成投資分配驗(yàn)證Tab.3 Verification of actual completed investment allocation

4.3 與原規(guī)劃投資分配方法的比較

傳統(tǒng)規(guī)劃投資分配重點(diǎn)考量負(fù)荷電量水平和重過載、低電壓等現(xiàn)狀供電問題，缺乏對輕載問題、城鎮(zhèn)化發(fā)展、規(guī)劃執(zhí)行情況等方面的量化考量，主要根據(jù)專家經(jīng)驗(yàn)和上下級電網(wǎng)、區(qū)域電網(wǎng)之間博弈結(jié)果而確定。本模型試圖將相關(guān)問題或參數(shù)進(jìn)行量化處理，保持宏觀性和可操作性，以提高分配方法的客觀有效性。

以GZ“十三五”期實(shí)際完成投資為基準(zhǔn)，將規(guī)劃投資總額調(diào)整至實(shí)際完成投資規(guī)模，采用同比原理，原方案分配投資的最大相對誤差為12.8%，平均相對誤差為6.6%，模型分配方案的最大相對誤差、平均相對誤差分別為7.1%、4.8%，模型分配投資整體上更接近實(shí)際投資完成情況。

由此可見，模型分配投資與實(shí)際規(guī)劃投資和實(shí)際完成投資的相對誤差都比較小，滿足電網(wǎng)規(guī)劃階段投資估算要求，整體上比原規(guī)劃投資分配方案更接近實(shí)際投資完成情況，該投資分配模型具有適應(yīng)有效性和工程實(shí)用價值。

5 結(jié)論

本文采用德爾菲法和層次分析法，分析總結(jié)影響配電網(wǎng)規(guī)劃投資分配的主要因素并形成相應(yīng)的分配指標(biāo)權(quán)重，提出基于總體投資能力的區(qū)域配電網(wǎng)規(guī)劃投資分配模型。

該模型考慮設(shè)備利用效率、規(guī)劃執(zhí)行情況和城鎮(zhèn)化因素，對已有配電網(wǎng)投資分配模型進(jìn)行了改進(jìn)，包括6類一級分配指標(biāo)和33類二級分配指標(biāo)，構(gòu)建基于容載比增量空間、負(fù)載率合理區(qū)間的分配參數(shù)修正函數(shù)，能夠更加全面有效地進(jìn)行投資分配，模型具有宏觀全面性和良好的操作性。

表4 與原規(guī)劃投資分配方案的比較Tab.4 Comparison with the original planning investment allocation

通過GZ“十三五”配電網(wǎng)規(guī)劃投資和實(shí)際完成投資構(gòu)成對模型進(jìn)行驗(yàn)證，模型分配投資滿足配電網(wǎng)規(guī)劃階段投資估算要求，具有適應(yīng)有效性和工程實(shí)用價值。該模型同樣可以為其它級別電網(wǎng)的區(qū)域規(guī)劃投資分配提供參考。