劉艷茹，劉海波，楊衛(wèi)紅，張紅斌

(國網(wǎng)北京經(jīng)濟技術(shù)研究院，北京市100052)

0 引 言

配電自動化［1］是堅強智能電網(wǎng)建設(shè)的重要組成部分，是進一步改善配電網(wǎng)供電質(zhì)量，提高供電可靠性的關(guān)鍵手段;是優(yōu)化資源配置，提高設(shè)備利用率，進一步開發(fā)利用清潔能源的必要措施;是加強和完善配電網(wǎng)管理，提高管理效率的重要途徑。為有效支撐智能電網(wǎng)建設(shè)，積累實踐經(jīng)驗，探索推廣價值，國家電網(wǎng)公司確定北京城區(qū)、浙江杭州、福建廈門和寧夏銀川為第1 批配電自動化試點城市［2］。

基于配電自動化試點工程，開展配電自動化工程效益評估研究，對進一步總結(jié)國家電網(wǎng)公司配電自動化試點工程建設(shè)取得的經(jīng)驗和成效［3］，推進擴大配電網(wǎng)建設(shè)改造與管理提升工作具有重要意義。文獻［4-5］對配電自動化工程的經(jīng)濟和社會效益進行了定性分析，但未給出具體量化方法。本文運用全壽命周期管理理念，對第1 批配電自動化試點工程全壽命周期產(chǎn)生的經(jīng)濟效益和社會效益進行系統(tǒng)量化分析和評估，建立配電自動化工程效益評估模型，以客觀反映配電自動化建設(shè)項目的經(jīng)濟性，為今后擴大工程建設(shè)提供依據(jù)和參考。

1 配電自動化效益評估方法

為合理反映配電自動化建設(shè)帶來的經(jīng)濟效益，本文運用全壽命周期管理理論，采用投入產(chǎn)出比作為試點工程效益的評估指標(biāo)，并通過敏感性分析對配電自動化效益的影響因素進行分析。

1.1 全壽命周期成本

運用全壽命周期管理［6］理論，對配電自動化試點工程進行經(jīng)濟效益和社會效益評估。全壽命周期成本［7］分析是從設(shè)備/項目的長期經(jīng)濟效益出發(fā)，全面考慮設(shè)備/項目或系統(tǒng)的規(guī)劃、設(shè)計、制造、購置、安裝、運行、維修、改造、更新，直至報廢的全過程，使全壽命周期成本(life cycle cost，LCC)最小的一種分析理念和方法。其核心內(nèi)容是對設(shè)備/項目或系統(tǒng)的全壽命周期成本進行分析，并進行決策。

全壽命周期成本方法在工程管理中應(yīng)用的基礎(chǔ)模型框架為

式中:CI 為初次投入成本;CO 為運行成本;CF 為故障損失成本(懲罰成本);CD 為設(shè)備退役處置成本。其中，電腦、通信主站系統(tǒng)等電子式智能化設(shè)備的全壽命周期按8 ～10 a 考慮，主要一次設(shè)備按25 ～30 a 考慮。

1.2 投入產(chǎn)出分析

本文采用投入產(chǎn)出比［8］作為配電自動化試點工程效益評估指標(biāo)。投入產(chǎn)出比是指項目全部投資與運行壽命期內(nèi)產(chǎn)出的增加值總和之比。

為合理確定工程建設(shè)的投入及產(chǎn)出，借助全壽命周期管理理念確定項目的全壽命周期成本，即為投入;全壽命周期經(jīng)濟效益，即為產(chǎn)出;投入產(chǎn)出比計算公式為

式中:R 為投入產(chǎn)出比;K 為全壽命周期成本;IN 為全壽命周期經(jīng)濟效益。R 值越大，工程的經(jīng)濟性越好。

1.3 敏感性分析

敏感性分析是投資項目的經(jīng)濟評估中常用的一種研究不確定性的方法。按照所考慮因素的數(shù)目多少，敏感性分析［9］可分為單因素敏感性分析和多因素敏感性分析2 種，其中單因素敏感性分析方法的步驟如下。

1.3.1 確定分析指標(biāo)

敏感性分析的對象就是各個經(jīng)濟效益評估指標(biāo)，如投入產(chǎn)出比、凈現(xiàn)值、內(nèi)部收益率等。

1.3.2 選擇需要分析的不確定性因素

選擇影響項目效益評估指標(biāo)的主要影響因素，如項目總投資、建設(shè)年限、經(jīng)營成本、產(chǎn)品價格等。選擇因素時主要考慮以下2個方面:

1)預(yù)計這些因素在其可能的變化范圍內(nèi)對經(jīng)濟評價指標(biāo)的影響較大;

2)這些因素本身發(fā)生變化的可能性較大。

1.3.3 計算各不確定性因素對經(jīng)濟效果評價指標(biāo)的影響程度

對選定的需要進行分析的不確定性因素，按照一定的變化幅度(如5%、10%、20%等)改變其數(shù)值，計算各因素變動導(dǎo)致效益評估指標(biāo)變動的數(shù)量結(jié)果。

2 配電自動化投資分析

配電自動化投資主要包括主站系統(tǒng)及功能建設(shè)、現(xiàn)場自動化設(shè)備投資和通信網(wǎng)投資，不考慮一次網(wǎng)架及設(shè)備改造投資。配電自動化運行還有一定的運維費用，主要包括配電自動化主站、終端、通信等運維成本。綜上所述，配電自動化全壽命周期成本主要包括系統(tǒng)投資和運費，其計算公式為

式中:K投資為配電自動化建設(shè)投資;K運維為配電自動化年運維費用;Y 為配電自動化全壽命周期。

3 配電自動化經(jīng)濟效益分析

配電自動化企業(yè)經(jīng)濟效益主要包括節(jié)約企業(yè)成本和增加企業(yè)經(jīng)濟效益2個部分。

3.1 節(jié)約企業(yè)成本

3.1.1 降低運行維護成本

(1)節(jié)約日?，F(xiàn)場操作成本。

配電自動化的建設(shè)實現(xiàn)了配電網(wǎng)設(shè)備信息的采集與監(jiān)控，大部分負(fù)荷測量和開關(guān)倒閘操作等工作都不再依賴于現(xiàn)場進行，可以減少出車次數(shù)及相應(yīng)的車輛、工具等配備和開支。配電自動化年節(jié)約日常現(xiàn)場操作成本計算公式為

式中:M負(fù)荷量測為單條線路開展負(fù)荷量測的平均成本;N負(fù)荷量測為年開展負(fù)荷量測次數(shù);X 為配電自動化覆蓋線路條數(shù)。

(2)減少故障現(xiàn)場檢測成本。

試點工程開發(fā)饋線故障處理功能實現(xiàn)故障的快速定位與隔離，改變傳統(tǒng)的現(xiàn)場排查故障檢測模式，有效縮短故障檢測時間，減少人工故障檢測的車輛、工器具等支出。配電自動化年減少故障現(xiàn)場檢測成本計算公式為

式中:M故障檢測為每次故障檢測成本;N故障檢測為年配電自動化減少故障檢測次數(shù)。

(3)節(jié)省日常運維人力成本。

大部分負(fù)荷測量、開關(guān)倒閘操作、故障檢測等大量的現(xiàn)場工作可通過配電自動化系統(tǒng)完成，所需的現(xiàn)場一次設(shè)備運維人員可進一步精簡，減少相關(guān)運行操作人員的人力成本支出。配電自動化年節(jié)省日常運維人力成本計算公式為

式中:M運維為運維人員年人力成本;N實施前為配電自動化實施前運維人員數(shù)量;N實施后為配電自動化實施后運維人員數(shù)量。

綜上所述，配電自動化建設(shè)后降低運行維護成本主要包括節(jié)約日?，F(xiàn)場操作成本、減少故障現(xiàn)場檢測成本、節(jié)省日常運維人力成本，其計算公式為

3.1.2 降低線路損耗

實施配電自動化后，可以優(yōu)化運行方式，使線路損耗降至最低，通過配電自動化在線理論線損分析，結(jié)合與用戶集抄、需求側(cè)管理、營銷管理系統(tǒng)等信息交互，針對性解決高線損線路問題。且隨著配電自動化的實施，調(diào)控一體化模式的實踐，配電網(wǎng)運行管理效率提升，線損將逐步下降，電能損耗有效控制。同時，對線路進行實時監(jiān)測后，可以及時發(fā)現(xiàn)竊電行為，使竊電的可能性大大降低，提高線損管理水平，切實降低線損率。配電自動化年降損效益計算公式為

式中:L 為配電自動化建設(shè)后降低的線損率;Q 為配電自動化試點工程覆蓋區(qū)域年供電電量;P 為銷售電價。

3.1.3 提高設(shè)備利用率

通過配電SCADA 功能實現(xiàn)電網(wǎng)設(shè)備溫度、絕緣水平、安全裕度等電網(wǎng)參數(shù)實時監(jiān)測，在保證安全的前提下可合理增加電網(wǎng)傳輸功率，提高系統(tǒng)容量利用率。通過試點工程的實施以及潮流計算、負(fù)荷轉(zhuǎn)供、經(jīng)濟運行等配電自動化高級功能的后續(xù)開發(fā)應(yīng)用，進一步優(yōu)化潮流分布和配變、線路負(fù)荷，將提高配變及線路負(fù)載率，一次設(shè)備利用率水平也將得到改善，有效減輕重、過載問題，壓縮備用容量，緩解電網(wǎng)投資建設(shè)的壓力。

3.2 增加企業(yè)經(jīng)濟效益

配電自動化試點工程的實施，一方面提升了配電網(wǎng)的綜合管理水平，加強停電管理，實現(xiàn)計劃停電安排的科學(xué)性和協(xié)調(diào)性，有效避免重復(fù)停電。另一方面，配電自動化改變了傳統(tǒng)的故障處理模式，減少故障處理時間。常規(guī)配電網(wǎng)中線路上任一處故障就可能導(dǎo)致整條線路跳閘。通過配電自動化試點工程的建設(shè)，實現(xiàn)饋線故障處理，可以迅速定位故障點，隔離非故障區(qū)域，有效控制故障范圍和時間。同時，配電自動化設(shè)備的使用將大大提高倒閘操作的效率，減少由于停送操作引起的無謂停電，提高供電可靠率。配電自動化年提高可靠性增收電量效益計算公式為

式中R 為配電自動化建設(shè)后提高的供電可靠率。

3.3 配電自動化經(jīng)濟效益

綜上所述，配電自動化全壽命周期效益主要包括降低配電網(wǎng)運行維護成本、提高配電網(wǎng)可靠性增售電量效益、降損效益和配電自動化設(shè)備殘值，其計算公式為

式中:IN殘值為配電自動化工程設(shè)備壽命周期后的剩余價值，一般取投資值的5%。

4 配電自動化社會效益分析

配電自動化社會效益主要包括提高供電質(zhì)量、拉動經(jīng)濟和節(jié)能減排。

4.1 提高供電質(zhì)量

配電自動化提高了對配網(wǎng)故障的反應(yīng)速度，可快速切除故障，并恢復(fù)非故障區(qū)域的供電;通過提高電網(wǎng)正常的施工、檢修和搶修工作效率，減少了故障機會及故障停電時間;通過對電網(wǎng)的實時監(jiān)視，及時發(fā)現(xiàn)、處理故障隱患，提高了設(shè)備運行的可靠性。通過試點工程的建設(shè)，進一步提高供電可靠率，減少停電時間，提高了政府和社會對供電企業(yè)的滿意率。

4.2 拉動經(jīng)濟

配電自動化試點區(qū)域一般位于市區(qū)中心，是商業(yè)、政治、經(jīng)濟活動的中心，重要負(fù)荷密集，故障停電對于高精儀器、電子芯片、銀行、醫(yī)院等重要用戶，可能造成重大經(jīng)濟損失，人身傷亡甚至重大政治影響。實現(xiàn)配電自動化后，可以提高供電可靠性，大大改善電能質(zhì)量和用電服務(wù)，避免了工商業(yè)用戶的損失，從而產(chǎn)生一定的經(jīng)濟效益。

可靠性和供電質(zhì)量的提高，促進了家用電器的發(fā)展，增加了全社會用電量和人均用電量，促進了人民生活水平提高和經(jīng)濟社會發(fā)展。

式中P度電產(chǎn)值為1 kW·h 電產(chǎn)生的經(jīng)濟效益。

4.3 節(jié)能減排

配電自動化的實施有助于實現(xiàn)分布式電源并網(wǎng)和利用，通過相關(guān)保護控制的自適應(yīng)和系統(tǒng)接口的標(biāo)準(zhǔn)化，實現(xiàn)分布式電源的即插即用和優(yōu)化調(diào)度，能夠最大限度地實現(xiàn)資源優(yōu)化配置，提高能源利用率。

4.4 配電自動化全社會效益

通過分析配電自動化建設(shè)帶來的社會效益和企業(yè)效益，就可得到配電自動化帶來的全社會經(jīng)濟效益，其計算公式如下

5 全壽命投入產(chǎn)出分析

根據(jù)上述配電自動化效益模型的分析，本文以北京、杭州、廈門、銀川4個配電自動化試點工程為例，進行經(jīng)濟和社會效益評估，計算各試點工程企業(yè)投入產(chǎn)出比和社會投入產(chǎn)出比，并進行敏感性分析。

5.1 企業(yè)投入產(chǎn)出分析

配電自動化試點工程主站系統(tǒng)及終端、二次設(shè)備主要構(gòu)成是電子產(chǎn)品，其全壽命周期Y 按10 a 考慮。根據(jù)式(3)可以估算4個試點工程的全壽命周期成本如表1 所示。

表1 試點工程全壽命周期成本Tab.1 Life cycle costs of pilot projects 萬元

結(jié)合式(10)配電自動化經(jīng)濟效益計算方法，根據(jù)式(4)、(5)、(6)、(8)、(9)、(11)計算各項效益，4個試點工程的全壽命周期效益計算結(jié)果如表2 所示。

表2 試點工程全壽命周期效益Tab.2 Life-cycle benefits of pilot projects 萬元

根據(jù)全壽命周期成本和效益，結(jié)合式(2)計算，配電自動化試點工程的投入產(chǎn)出比如表3 所示。

表3 試點工程企業(yè)投入產(chǎn)出比分析Tab.3 Input-output ratio of pilot projects

可見，僅考慮試點單位的經(jīng)濟效益，廈門試點工程投入產(chǎn)出比最高，為0.56;其次是北京，為0.44;銀川和杭州投入產(chǎn)出比較低，分別為0.39 和0.28。廈門和北京試點配電網(wǎng)規(guī)模較大，配電自動化實施對減員增效的預(yù)期效果顯著，降損產(chǎn)生的經(jīng)濟效益也比較明顯，因此投入產(chǎn)出比較高。銀川和杭州試點區(qū)域公用網(wǎng)規(guī)模較小，配電自動化對于提高可靠性增售電量和節(jié)省損耗的經(jīng)濟效益相對一般，因此投入產(chǎn)出比偏低。

5.2 全社會投入產(chǎn)出分析

綜合配電自動化拉動經(jīng)濟增長產(chǎn)生的社會效益，根據(jù)式(13)計算全社會效益，其全社會投入產(chǎn)出比如表4 所示。

表4 試點工程全社會投入產(chǎn)出比分析Tab.4 Whole society input-output ratio of pilot projects

可見，若考慮試點工程提高供電可靠率對社會的貢獻，則試點工程效益顯著，除了杭州，其他試點工程投入產(chǎn)出比均大于1.0。

5.3 敏感性分析

5.3.1 設(shè)備價格

配電自動化系統(tǒng)全面推廣后，模塊化開發(fā)技術(shù)提高，系統(tǒng)研發(fā)成本得到分?jǐn)?，主站價格將適當(dāng)下降。預(yù)測隨著技術(shù)的成熟和生產(chǎn)技術(shù)水平的提高，批量生產(chǎn)后，設(shè)備生產(chǎn)成本將下降5% ～10%。按配電自動化投資下降10%考慮，計算配電自動化的全壽命周期成本及投入產(chǎn)出比如表5 所示。

由表5 可見，隨著生產(chǎn)成本降低，設(shè)備價格下降，自動化設(shè)備終端投資減少，試點工程的企業(yè)投入產(chǎn)出比都隨之提高，配電自動化的經(jīng)濟性日益顯現(xiàn)。

表5 設(shè)備價格波動對投入產(chǎn)出比的影響Tab.5 Influence of equipment price fluctuations on input-output ratio

5.3.2 一次電網(wǎng)建設(shè)投資

配電自動化可以優(yōu)化經(jīng)濟運行水平，改善輕載、重載情況，提高設(shè)備利用效率，節(jié)省一次電網(wǎng)建設(shè)投資。韓國實踐經(jīng)驗表明，配電自動化可將線路最大負(fù)載率平均值從60%提高到80%。

結(jié)合試點工程線路負(fù)載分布情況，考慮在滿足安全運行要求下合理提高設(shè)備利用率，將線路平均負(fù)載率提高3個百分點的情況下，分析配電自動化節(jié)省一次電網(wǎng)建設(shè)投資效益。

式中:ξ 為節(jié)省投資系數(shù);K總為試點區(qū)域整體一次電網(wǎng)建設(shè)投資。其中，以節(jié)省投資系數(shù)可用提高負(fù)載率后節(jié)省的新增電網(wǎng)容量比來計算，計算公式為

式中:μ1為目前負(fù)載率情況下新增電網(wǎng)容量;μ2為負(fù)載率提高后新增電網(wǎng)容量。

以北京試點區(qū)域為例，目前負(fù)載率為37%，設(shè)負(fù)荷年均增速為6%，當(dāng)前電網(wǎng)容量為1，若維持目前負(fù)載率不變，按照一次設(shè)備折舊年限30 a 計算，滿足30 a 負(fù)荷增長需求的電網(wǎng)容量應(yīng)達到5.74，新增電網(wǎng)容量μ1為4.74;若負(fù)載率提高3個百分點，即負(fù)載率為40%，則滿足30 a 負(fù)荷增長需求的電網(wǎng)容量應(yīng)達到5.31，新增電網(wǎng)容量μ2為4.31。則根據(jù)式(15)可以得出節(jié)省投資系數(shù)ξ 為0.091。

根據(jù)各試點區(qū)域平均每年1次配電網(wǎng)新擴建投資情況，在配電自動化系統(tǒng)全壽命周期10 a 中，延緩電網(wǎng)建設(shè)累計節(jié)省投資情況如表6 所示。

表6 考慮設(shè)備利用率提高對投入產(chǎn)出比的影響Tab.6 Influence of improvement of equipment utilization fluctuations on input-output ratio

由表6 可以看出，若配電自動化將線路平均負(fù)載率提高3個百分點，則試點工程的投入產(chǎn)出比大幅度提高?？梢姡潆娮詣踊谔岣咴O(shè)備利用率、節(jié)省一次電網(wǎng)建設(shè)投資方面具有較好的效益。

表7 投入產(chǎn)出比敏感性分析Tab.7 Sensitivity analysis of input-output ratio

表7 為投入產(chǎn)出比敏感性分析。由表7 可以看出，同時考慮設(shè)備價格下降和負(fù)載率提高2個因素，配電自動化試點工程投入產(chǎn)出比有明顯提高。隨著配電自動化推廣和系統(tǒng)經(jīng)濟運行功能的完全發(fā)揮，設(shè)備價格下降，網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的完善以及相應(yīng)調(diào)控模式的成熟運用，配電自動化提高設(shè)備利用率，推遲一次電網(wǎng)建設(shè)的效益將逐步體現(xiàn)，配電自動化的經(jīng)濟性將日益顯著。

6 結(jié) 論

本文詳細(xì)分析了配電自動化工程的經(jīng)濟效益和社會效益，基于全壽命周期理念，構(gòu)建了配電自動化工程效益評估模型，并選取北京、杭州、廈門、銀川4家試點單位，對其配電自動化工程經(jīng)濟性進行了量化分析和評估，可以得出以下結(jié)論:

(1)配電自動化試點規(guī)模較大的工程其經(jīng)濟性相對較好，但由于各工程仍處于試點階段，其經(jīng)濟效益并不顯著，但隨著配電自動化應(yīng)用范圍的進一步擴大，將產(chǎn)生一定的規(guī)模效益;

(2)考慮試點工程提高供電可靠率對社會的貢獻，配電自動化試點工程的全社會效益顯著提高;

(3)隨著配電自動化設(shè)備的生產(chǎn)成本降低，設(shè)備價格下降，終端投資漸漸降低，配電自動化的經(jīng)濟性將日益顯現(xiàn);

(4)配電自動化節(jié)省一次電網(wǎng)建設(shè)投資效益是配電自動化產(chǎn)生效益的重要方面;

(5)隨著配電自動化推廣和系統(tǒng)經(jīng)濟運行功能的完全發(fā)揮，設(shè)備價格下降，網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的完善以及相應(yīng)調(diào)控模式的成熟運用，配電自動化的效益將逐步體現(xiàn)，配電自動化的經(jīng)濟性將日益顯著。

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