柔性變電站交直流配電技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益綜合評(píng)估模型構(gòu)建

卞 翔

（南通電力設(shè)計(jì)院有限公司監(jiān)理分公司， 江蘇 南通 226001）

0 引言

隨著全球能源結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型與電力技術(shù)的快速發(fā)展，柔性變電站交直流配電技術(shù)日益受到業(yè)界關(guān)注。該技術(shù)不僅能提升電能質(zhì)量和配電可靠性，還能支持可再生能源接入，推動(dòng)智能電網(wǎng)發(fā)展。然而，項(xiàng)目投資的經(jīng)濟(jì)效益是決定技術(shù)推廣與應(yīng)用的關(guān)鍵因素，需要進(jìn)行細(xì)致的評(píng)估和分析。本文針對(duì)柔性變電站交直流配電技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益進(jìn)行深入研究，構(gòu)建了一套綜合評(píng)估模型，旨在為企業(yè)和行業(yè)提供科學(xué)的決策依據(jù)。

1 柔性變電站交直流配電技術(shù)的經(jīng)濟(jì)效益評(píng)估

1.1 經(jīng)濟(jì)效益評(píng)估的標(biāo)準(zhǔn)與指標(biāo)

經(jīng)濟(jì)效益評(píng)估的標(biāo)準(zhǔn)與指標(biāo)是量化柔性變電站交直流配電技術(shù)投資效益的核心要素[1-3]，主要包括投資回報(bào)率（ROI）、凈現(xiàn)值（NPV）、內(nèi)部收益率（IRR）和支出回收期（PBP）。投資回報(bào)率（ROI，在公式中表達(dá)為IRO）是通過(guò)計(jì)算投資收益與投資成本的比率，反映投資效益的綜合指標(biāo)，適用于評(píng)估項(xiàng)目的經(jīng)濟(jì)性和盈利能力。

凈現(xiàn)值（NPV，在公工中表達(dá)為VPN）是指項(xiàng)目預(yù)期現(xiàn)金流入的現(xiàn)值減去現(xiàn)金流出的現(xiàn)值。

式中：Rt為t期的現(xiàn)金流入；Ct為t期的現(xiàn)金流出；r為貼現(xiàn)率；t為項(xiàng)目的壽命周期。IRR 是使項(xiàng)目NPV為零的貼現(xiàn)率，通過(guò)內(nèi)插法計(jì)算得出，是評(píng)價(jià)項(xiàng)目投資效益和風(fēng)險(xiǎn)的重要指標(biāo)。PBP 是投資回收的期限，即投資項(xiàng)目從投資開(kāi)始到投資收益覆蓋全部投資的時(shí)間，用以評(píng)估投資風(fēng)險(xiǎn)。通過(guò)計(jì)算并分析ROI、NPV、IRR 和PBP，可以全面、系統(tǒng)地評(píng)估柔性變電站交直流配電技術(shù)的經(jīng)濟(jì)效益，為投資決策提供依據(jù)。

1.2 柔性變電站交直流配電技術(shù)的成本分析

柔性變電站交直流配電技術(shù)的成本分析核心聚焦于初期投資成本、運(yùn)營(yíng)維護(hù)成本以及更換與升級(jí)成本[4-6]。初期投資成本涉及設(shè)備采購(gòu)、系統(tǒng)集成和安裝調(diào)試，例如某型號(hào)交直流設(shè)備單價(jià)為300 000 美元，整體初期投資預(yù)計(jì)為2 000 000 美元。運(yùn)營(yíng)維護(hù)成本包括設(shè)備日常運(yùn)維、故障排除與維修及必要的系統(tǒng)優(yōu)化，年均運(yùn)維成本估計(jì)為初期投資的3%，即60 000美元。更換與升級(jí)成本則源于技術(shù)迭代與設(shè)備老化導(dǎo)致的系統(tǒng)更新，如10 年后需進(jìn)行大規(guī)模更換與升級(jí)，預(yù)計(jì)成本為初期投資的50%，即1 000 000 美元。如表1 所示，項(xiàng)目總成本由各類成本累加而成，具體見(jiàn)公式（1）：

表1 柔性變電站交直流配電技術(shù)各項(xiàng)成本

式中：Ct為項(xiàng)目總成本；Ci為初期投資成本；Co，t為第t年的運(yùn)營(yíng)維護(hù)成本；Cu為更換與升級(jí)成本。通過(guò)以上成本結(jié)構(gòu)分析，投資者可詳實(shí)把握柔性變電站交直流配電技術(shù)的經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)，進(jìn)而為項(xiàng)目投資決策提供精準(zhǔn)的成本預(yù)估與控制依據(jù)。

1.3 柔性變電站交直流配電技術(shù)的效益分析

柔性變電站交直流配電技術(shù)效益分析涉及電能質(zhì)量提升、配電可靠性增強(qiáng)以及可再生能源接入支持[7-8]。

1）電能質(zhì)量顯著提高。通過(guò)實(shí)施柔性變電站交直流配電技術(shù)，電壓諧波含量減小12%，電壓穩(wěn)定性增強(qiáng)15%，確保用電側(cè)電能質(zhì)量符合IEC61000 標(biāo)準(zhǔn)，為終端用戶提供更穩(wěn)定、更高質(zhì)量的電力服務(wù)。

2）配電可靠性大幅提升。柔性變電站通過(guò)先進(jìn)的交直流配電技術(shù)，實(shí)現(xiàn)快速故障隔離與恢復(fù)，系統(tǒng)年平均中斷時(shí)間（SAIDI）減少25 h，系統(tǒng)年平均中斷頻率（SAIFI）降低20 次，顯著增強(qiáng)了配電系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性。

3）有效支持可再生能源接入，通過(guò)柔性變電站交直流配電技術(shù)，可再生能源并網(wǎng)容量提升30%，年均發(fā)電量增加20%，進(jìn)一步促進(jìn)了可再生能源的高效利用和可持續(xù)發(fā)展。

通過(guò)以上綜合效益分析，可以清晰地發(fā)現(xiàn)，柔性變電站交直流配電技術(shù)在電能質(zhì)量、配電可靠性和可再生能源接入等方面均表現(xiàn)出顯著的優(yōu)勢(shì)和價(jià)值，為現(xiàn)代電力系統(tǒng)發(fā)展提供了重要的技術(shù)支持和保障。

1.4 經(jīng)濟(jì)效益評(píng)估實(shí)例分析

選取某柔性變電站交直流配電技術(shù)實(shí)施項(xiàng)目為經(jīng)濟(jì)效益評(píng)估實(shí)例，初期投資成本總計(jì)2 000 000 美元，包括設(shè)備采購(gòu)、系統(tǒng)集成和安裝調(diào)試。項(xiàng)目預(yù)計(jì)運(yùn)行期為20 a，每年運(yùn)營(yíng)維護(hù)成本為60 000 美元。運(yùn)行10 a 后，進(jìn)行一次大規(guī)模設(shè)備更換與系統(tǒng)升級(jí)，投入1 000 000 美元。按照5%的貼現(xiàn)率計(jì)算，利用式（2）計(jì)算項(xiàng)目的凈現(xiàn)值?，F(xiàn)金流入主要來(lái)自電能銷售和節(jié)能收益，現(xiàn)金流出為運(yùn)營(yíng)維護(hù)成本和更換升級(jí)成本。通過(guò)計(jì)算可知，該項(xiàng)目的NPV 為正值，說(shuō)明項(xiàng)目具有正收益，值得投資。進(jìn)一步計(jì)算IRR 和ROI，得出該項(xiàng)目的內(nèi)部收益率為8%，投資回報(bào)率為12%，顯示出較高的投資吸引力和經(jīng)濟(jì)效益。實(shí)例分析可以看出，柔性變電站交直流配電技術(shù)具有明顯的經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)和投資價(jià)值，為投資者提供了有力的經(jīng)濟(jì)效益保障。

2 柔性變電站交直流配電技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益評(píng)估模型構(gòu)建

2.1 模型構(gòu)建的理論基礎(chǔ)與方法

模型構(gòu)建的理論基礎(chǔ)與方法包括經(jīng)濟(jì)學(xué)原理、數(shù)學(xué)建模方法及統(tǒng)計(jì)分析技術(shù)。

1）基于經(jīng)濟(jì)學(xué)原理中的邊際效益和邊際成本理論，確保模型反映投資與收益之間的微妙關(guān)系。例如，投資的邊際單位應(yīng)能帶來(lái)最大的邊際效益，而邊際成本則作為優(yōu)化對(duì)象，追求最小化。

2）引入數(shù)學(xué)建模方法，如線性規(guī)劃和非線性規(guī)劃，以實(shí)現(xiàn)對(duì)項(xiàng)目經(jīng)濟(jì)效益的精確計(jì)算與優(yōu)化。例如，構(gòu)建目標(biāo)函數(shù)F（x）=R（x）-C（x），其中：x為投資規(guī)模，R（x）和C（x）分別為收益和成本函數(shù)，通過(guò)數(shù)學(xué)優(yōu)化方法，尋找使F（x）最大的投資規(guī)模。

3）采用統(tǒng)計(jì)分析技術(shù)，如回歸分析和方差分析，處理和分析實(shí)際數(shù)據(jù)，確保模型的準(zhǔn)確性和可靠性。例如，使用回歸分析確定各項(xiàng)成本與投資規(guī)模之間的關(guān)系，方差分析用于分析不同因素對(duì)經(jīng)濟(jì)效益的影響程度。

通過(guò)綜合應(yīng)用經(jīng)濟(jì)學(xué)原理、數(shù)學(xué)建模方法和統(tǒng)計(jì)分析技術(shù)，可以構(gòu)建出一個(gè)科學(xué)、精確和可靠的柔性變電站交直流配電技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益評(píng)估模型，為投資決策提供強(qiáng)有力的理論支持和分析工具[9-10]。

2.2 模型的輸入?yún)?shù)與假設(shè)

模型的輸入?yún)?shù)與假設(shè)構(gòu)成評(píng)估框架的核心。輸入?yún)?shù)精選包括初期投資成本Ci、年度運(yùn)營(yíng)維護(hù)成本Co，t、設(shè)備更換與升級(jí)成本Cu、電能銷售收益Re和節(jié)能收益Res。Ci為項(xiàng)目啟動(dòng)必須的投入，數(shù)據(jù)源自設(shè)備采購(gòu)、系統(tǒng)集成和安裝調(diào)試的實(shí)際費(fèi)用，如2 000 000美元。Co，t為每年運(yùn)營(yíng)期間所需的維護(hù)成本，假定為60 000 美元/a。Cu發(fā)生在項(xiàng)目中期，為系統(tǒng)升級(jí)和設(shè)備更換所需，如1 000 000 美元。Re和Res為項(xiàng)目運(yùn)行所帶來(lái)的經(jīng)濟(jì)收益，數(shù)據(jù)來(lái)源于電能的銷售價(jià)格和節(jié)能效果的經(jīng)濟(jì)價(jià)值，假設(shè)分別為0.1 美元/（kW·h）和200 000 美元/a。模型的主要假設(shè)包括系統(tǒng)的運(yùn)行年限、貼現(xiàn)率和電能市場(chǎng)價(jià)格的穩(wěn)定性。通過(guò)這些參數(shù)和假設(shè)，模型能夠準(zhǔn)確地計(jì)算和預(yù)測(cè)柔性變電站交直流配電技術(shù)項(xiàng)目的經(jīng)濟(jì)效益，為投資者和決策者提供可靠的決策依據(jù)。

2.3 模型的求解與驗(yàn)證

模型求解與驗(yàn)證環(huán)節(jié)至關(guān)重要。算法選擇對(duì)模型求解精確性和效率有顯著影響。此模型采用梯度下降算法對(duì)目標(biāo)函數(shù)進(jìn)行優(yōu)化求解，通過(guò)迭代更新參數(shù)值直至收斂，達(dá)到使凈現(xiàn)值（NPV）最大化的目的。

模型驗(yàn)證通過(guò)比較預(yù)測(cè)值與實(shí)際值的一致性來(lái)進(jìn)行，采用均方誤差（MSE，在公式中表達(dá)為EMS）作為評(píng)價(jià)指標(biāo)。

式中：Yp，i和Yt，i分別為第i個(gè)樣本的預(yù)測(cè)值和真實(shí)值。當(dāng)模型預(yù)測(cè)的經(jīng)濟(jì)效益與實(shí)際數(shù)據(jù)足夠接近時(shí)，說(shuō)明模型具有較好的準(zhǔn)確性和可靠性。如果存在較大偏差，需要對(duì)模型進(jìn)行修正和調(diào)整，通過(guò)更換求解算法、調(diào)整模型參數(shù)或者重新定義目標(biāo)函數(shù)和約束條件，確保模型具有科學(xué)性和實(shí)用性，能夠滿足實(shí)際應(yīng)用要求。

3 柔性變電站交直流配電技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益評(píng)估模型的實(shí)際應(yīng)用

3.1 企業(yè)層面的應(yīng)用

企業(yè)層面的應(yīng)用以企業(yè)投資決策支持和技術(shù)創(chuàng)新與升級(jí)評(píng)估為核心。投資決策支持利用模型預(yù)測(cè)柔性變電站交直流配電技術(shù)項(xiàng)目的經(jīng)濟(jì)效益，依據(jù)計(jì)算結(jié)果，如凈現(xiàn)值（NPV）、內(nèi)部收益率（IRR）和投資回報(bào)率（ROI），引導(dǎo)企業(yè)合理配置資本，優(yōu)化投資組合，以實(shí)現(xiàn)效益最大化。例如，當(dāng)凈現(xiàn)值＞0、內(nèi)部收益率＞r（企業(yè)所需收益率）且投資回報(bào)率＞設(shè)定標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，模型結(jié)果支持企業(yè)進(jìn)行投資。技術(shù)創(chuàng)新與升級(jí)評(píng)估關(guān)注新技術(shù)投入的經(jīng)濟(jì)性，通過(guò)對(duì)比新舊技術(shù)的成本效益，評(píng)估技術(shù)更新的經(jīng)濟(jì)合理性和可行性。例如，新技術(shù)每年可減少運(yùn)營(yíng)維護(hù)成本20 000 美元，但需要額外投資300 000 美元進(jìn)行技術(shù)升級(jí)，模型通過(guò)計(jì)算新技術(shù)投入的收益期和總體經(jīng)濟(jì)效益，為企業(yè)技術(shù)升級(jí)提供決策依據(jù)。這一應(yīng)用方式能夠輔助企業(yè)在投資決策和技術(shù)創(chuàng)新兩個(gè)層面實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益最大化，推動(dòng)企業(yè)持續(xù)、穩(wěn)定發(fā)展。

3.2 行業(yè)層面的應(yīng)用

行業(yè)層面應(yīng)用主要涉及行業(yè)政策制定與調(diào)整以及行業(yè)發(fā)展趨勢(shì)預(yù)測(cè)。

1）行業(yè)政策制定與調(diào)整需基于經(jīng)濟(jì)效益模型的評(píng)估結(jié)果，利用模型分析柔性變電站交直流配電技術(shù)在全行業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益和投資回報(bào)率，為政策制定者提供定量化數(shù)據(jù)支持。以政策激勵(lì)為例，模型可以預(yù)測(cè)不同激勵(lì)政策下企業(yè)投資意愿和行業(yè)整體發(fā)展速度，如當(dāng)投資回報(bào)率＞15%時(shí)，預(yù)計(jì)行業(yè)投資增長(zhǎng)率達(dá)20%，為制定政策提供依據(jù)。

2）行業(yè)發(fā)展趨勢(shì)預(yù)測(cè)依賴模型的預(yù)測(cè)功能，通過(guò)分析行業(yè)內(nèi)各企業(yè)的投資、收益和成本數(shù)據(jù)，模型可以預(yù)測(cè)行業(yè)總體經(jīng)濟(jì)效益和發(fā)展趨勢(shì)，為行業(yè)未來(lái)發(fā)展提供方向。例如，模型預(yù)測(cè)未來(lái)五年行業(yè)平均投資回報(bào)率為10%，且呈逐年上升趨勢(shì)，這表明行業(yè)具有良好的發(fā)展前景和投資吸引力。通過(guò)這種方式，模型在行業(yè)層面的應(yīng)用可以為政策制定和行業(yè)發(fā)展提供科學(xué)、精準(zhǔn)的數(shù)據(jù)支持和決策依據(jù)，推動(dòng)整個(gè)電力行業(yè)健康、可持續(xù)發(fā)展。

4 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)理論研究和實(shí)證分析，本文成功構(gòu)建了柔性變電站交直流配電技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益綜合評(píng)估模型。該模型依托經(jīng)濟(jì)學(xué)原理、數(shù)學(xué)建模方法和統(tǒng)計(jì)分析技術(shù)，準(zhǔn)確反映項(xiàng)目的經(jīng)濟(jì)效益，為投資決策提供量化依據(jù)。模型在企業(yè)和行業(yè)層面都有實(shí)際應(yīng)用價(jià)值，可以輔助企業(yè)投資決策和技術(shù)升級(jí)，也可以為制定行業(yè)政策和預(yù)測(cè)發(fā)展趨勢(shì)提供支持。未來(lái)，隨著更多實(shí)際項(xiàng)目數(shù)據(jù)的積累，模型將不斷優(yōu)化和完善，為推動(dòng)柔性變電站交直流配電技術(shù)的廣泛應(yīng)用和行業(yè)可持續(xù)發(fā)展作出更大的貢獻(xiàn)。