湯亞芳

（ 貴州大學 電氣工程學院， 貴州 貴陽 550003）

電力建設項目的投資決策是一個多階段、多狀態(tài)、多目標、多領域以及受到眾多不確定因素的影響的一個課題。 在當前電網(wǎng)投資增速逐年趨緩的大背景下，如何合理安排項目的投資建設，是電網(wǎng)公司非常關注的一個實際問題。

目前電力建設項目常用的投資決策方法主要分為2大類：第一類是評價決策法[1-3]，通過建立電力建設項目的評價指標體系， 利用層次分析法等多目標決策方法進行項目優(yōu)選；第二類是優(yōu)化決策法[4-6]，通過建立投資決策的優(yōu)化模型， 即建立優(yōu)化目標函數(shù)及約束條件，利用優(yōu)化算法求解最優(yōu)建設投資方案。

第一類方法實現(xiàn)簡單，適用于對項目數(shù)較少的輸電網(wǎng)進行投資決策，不適于對項目眾多的配電網(wǎng)進行投資決策，同時該方法受主觀因素影響很大；第二類方法尋優(yōu)效果好，但是由于配電網(wǎng)投資決策的多目標性以及約束條件的復雜性，需要考慮的因素較多，建立綜合考慮配電網(wǎng)技術性與經(jīng)濟性的投資決策優(yōu)化模型相對困難[7-10]。

本文綜合考慮配電網(wǎng)建設投資中的相關技術因素及經(jīng)濟因素，從盡可能挖掘電網(wǎng)的技術經(jīng)濟效益出發(fā)，建立分年度多目標建設投資決策優(yōu)化模型，利用該模型指導具體配電網(wǎng)分年度建設投資方案的制定。

1 配電網(wǎng)建設投資決策的特點

項目投資決策的目標就是以最小的資金投入獲得最大的收益。

在工程實際中均是用預期電費收益來衡量電網(wǎng)的投資收益的。 預期電費收益基于負荷預測的電量，由于負荷預測的不確定性，導致目前在評價電網(wǎng)建設投資的經(jīng)濟性時有一定的片面性。 因此在衡量配電網(wǎng)投資項目經(jīng)濟性時不能僅僅依賴于預測電量，還可從配電網(wǎng)建設項目本身體現(xiàn)出的經(jīng)濟效益來綜合考慮[11-14]。

配電網(wǎng)建設項目有如下特點：

1） 配電網(wǎng)建設項目來源于電網(wǎng)規(guī)劃項目庫，但規(guī)劃項目在具體實施時受到電網(wǎng)投資限額的影響，項目常常推遲。

2） 配電網(wǎng)建設項目屬典型的資金密集型項目，建設周期長。

3） 配電網(wǎng)建設項目目的是為提高配網(wǎng)的供電能力，除了體現(xiàn)在對負荷的供應能力增加之外，還體現(xiàn)在供電可靠性增強及線損下降等方面。

從配電網(wǎng)建設項目的特點可知，在考慮其投資決策時，需從全網(wǎng)的角度，考慮多類項目對電網(wǎng)技術經(jīng)濟性的貢獻程度；而技術經(jīng)濟滿足要求的建設項目是否能實施又取決于電網(wǎng)的投資限額。

電網(wǎng)最大預期收益是一個能綜合體現(xiàn)電網(wǎng)技術性與經(jīng)濟性之間關系的一個重要指標[15-18]，本文將其引入電網(wǎng)的投資決策模型中，將其作為決策的重要依據(jù)。

2 配電網(wǎng)投資決策優(yōu)化模型建立

2.1 電網(wǎng)年最大預期收益

配電網(wǎng)的年最大預期收益是指在不考慮負荷實際需求和負荷特性的情況下，根據(jù)電網(wǎng)建設規(guī)模可計算出來的配電網(wǎng)在1 a內可能產(chǎn)生的最大售電收益，可通過式（ 1）進行計算：

式中：Fmax為配電網(wǎng)的年最大預期收益；Emax配電網(wǎng)最大供電電量；Pout為平均銷售電價；Pin為平均購入電價。

不考慮實際負荷需求以及負荷特性時，配電網(wǎng)一年中的最大供電電量Emax為：

式中：LSC為配電網(wǎng)最大負荷供應能力；ASSI為配電網(wǎng)供電可靠率；ΔA%為線損率。本文采用嘗試法[10]來求解LSC；采用最小割集法[11]評估配電網(wǎng)的供電可靠性，從而求解ASAI；采用前推回代法計算配電網(wǎng)的潮流，進而計算出相應的線損率。

從電網(wǎng)年最大預期收益的計算公式可以看出，該指標反映了電網(wǎng)因技術上的改善而帶來的經(jīng)濟效益，能綜合體現(xiàn)電網(wǎng)的技術性與經(jīng)濟性[19-21]。

2.2 配電網(wǎng)年綜合成本

若以年為時間單位，并認為電網(wǎng)的某些性能如負荷供應能力是電網(wǎng)的產(chǎn)品，則該年內電網(wǎng)產(chǎn)生該產(chǎn)品必然會伴隨有一定的成本和費用，這主要包括固定資產(chǎn)折舊、年運行維護費用、人員工資、配電網(wǎng)購電支出等多項成本。 式（ 3）給出了配電網(wǎng)年綜合成本CA的計算方法：

式中：DC為配電網(wǎng)的固定資產(chǎn)年折舊；OC配電網(wǎng)設備年運行費用；PC為購電費用；MC為包括人員工資在內的其他費用。

2.3 年預期益本比

建立年預期益本比EB指標來體現(xiàn)配電網(wǎng)建設項目年運行成本與年最大預期收益之間的關系，以此衡量電網(wǎng)建設項目投資效益：

在衡量年度新建項目對電網(wǎng)效益貢獻時， 應采用年預期益本比增量指標ΔEB：

式中：ΔFmax為年最大預期增量， 為相鄰2 a間最大預期收益差值；ΔC為年綜合成本增量，為相鄰2 a間年綜合成本差值。

3 配電網(wǎng)投資決策優(yōu)化模型及求解

以年預期益本比增量指標最大建立配電網(wǎng)投資決策的目標函數(shù)， 該指標能綜合體現(xiàn)電網(wǎng)建設項目對電網(wǎng)技術性能及電網(wǎng)潛在經(jīng)濟效益的影響：

式中：n為投資決策第n年；X（ n）為第n年建設項目的組合序列。

電網(wǎng)投資決策受眾多因素影響， 該模型需遵循如下約束條件。

3.1 財務效益約束

財

式中：IRR為配電網(wǎng)建設項目第n個組合方案的內部收益率，要求大于電力工業(yè)財務基準收益率（ 全部投資的8%）；i1、i2為采用內插法試算內部收益率所取的較低和較高折現(xiàn)率；NPV（ i1）、NPV（ i2）分別為對應于i1和i2時的凈現(xiàn)值。

3.2 負荷需求約束

3.3 資金約束

3.4 項目關系約束

所有建設項目均來源于電網(wǎng)建設規(guī)劃項目庫T，且?guī)熘胁糠猪椖恐g存在先后關系約束。

利用罰函數(shù)K1（ L）和K2（ In）考慮約束條件（ 2）和（ 3），目標函數(shù)最終體現(xiàn)為：

式中：ω1、ω2為第n年負荷需求約束、 資金約束的懲罰因子，為小于1的數(shù)值；而項目先后關系約束可以給項目加注時序下標來處理。

由于遺傳算法優(yōu)化效率高、能很快找到全局最優(yōu)解， 采用該算法來求解分年度投資的優(yōu)化模型，利用MATLAB軟件進行編程。

基于遺傳算法的配電網(wǎng)建設項目投資決策流程具體見圖1。

4 算例分析

以某市110 kV高壓配電網(wǎng)3 a規(guī)劃項目為例，將本文建立的分年度投資優(yōu)化模型應用于該電網(wǎng)，指導分年度的建設項目的制定。

圖1 基于遺傳算法的優(yōu)化模型求解流程圖Fig. 1 Solving flow sheet of the optimal model based on the genetic algorithm

該電網(wǎng)基準年電網(wǎng)結構如圖2（ a）所示，最終規(guī)劃年電網(wǎng)結構如圖2（ b）所示。

電網(wǎng)規(guī)劃項目庫中擬定了15個建設項目，如表1所示。

根據(jù)逐年負荷的需求，電網(wǎng)規(guī)劃中已初步安排了各項目的建設計劃，如表2所示。

電網(wǎng)公司在下達建設計劃時，給出了每年的投資限額均為4 000萬元，比規(guī)劃投資估算縮減不少，此時原有規(guī)劃中項目實施方案將會發(fā)生變化。

利用文本提出的分年度投資決策優(yōu)化模型對3 a的投資建設計劃進行決策：

取電價Pout=0.667元/kW·h，Pin=0.412元/kW·h，懲罰因子ω1=ω2=0.5； 設定電力行業(yè)的基準利率為6.33%，項目壽命25 a，價差預備年上漲率為3%，建設期貸款年利率為6.12%，投資資金中20%為本金，80%為貸款，運行維護費為總投資的2.5%，每投資1億元，增加人員50人，年人均工資4萬元，員工福利費為員工工資的50%，材料保險及其他為固定資產(chǎn)的5%，新增增值稅率為17%，新增進項稅率為10%，城市維護建設稅率為7%，教育費附加率為3%，所得稅率為33%，殘值率為5%。

圖2 某城市110 kV配電網(wǎng)結構示意圖Fig. 2 The 110 kV distribution grid schematic diagram of a city

選取種群規(guī)模為Size=100，最大迭代次數(shù)為Gen=200，為了減少優(yōu)良個體被破壞的可能性，在交叉及變異計算過程中，自適應地減小交叉及變異概率：設定迭代初期的交叉概率值Pc0=0.95，迭代后期較小的交叉概率值Pcmin=0.45；設定迭代初期的變異概率取值Pm0=0.01， 迭代后期較小的變異概率Pmmin=0.001。

表1 電網(wǎng)規(guī)劃項目庫Tab. 1 Projects collection of the power grid planning

表2 規(guī)劃庫項目建設計劃Tab. 2 The implementation of the planning projects

算例對3 a的建設項目進行了優(yōu)化投資決策，每年進行100次仿真迭代，圖3給出了優(yōu)化過程中的迭代曲線。

圖3 優(yōu)化投資決策的迭代曲線Fig. 3 Iteration curve of the optimal investment decision

從迭代的過程來看，大概在50次迭代左右目標函數(shù)趨向于最優(yōu)值，遺傳算法在求解該優(yōu)化模型時有較好的收斂性。

將最終的優(yōu)化結果整理如表3所示。

表3 項目投資建設計劃優(yōu)化前后結果對比Tab. 3 The optimal results contrast of projects investment implement

表3將優(yōu)化后的投資方案與規(guī)劃中的投資方案進行了比較：在給定的投資限額下，優(yōu)化模型優(yōu)選出每年需投運的項目，這些項目組合不僅滿足財務評價要求（ IRR>8%），還滿足負荷需求，而在電網(wǎng)益本比指標上，優(yōu)化方案比規(guī)劃方案明顯占優(yōu)。

從優(yōu)化結果還可以看出，以較小的成本能較大程度的改善電網(wǎng)技術性能的項目優(yōu)先被選擇，如中東II回線的建成能同時提高電網(wǎng)的供電可靠性及降低電網(wǎng)的線損，則該項目在第一年將進行投資建設。

5 結語

文中建立的電網(wǎng)建設項目優(yōu)化模型基于電網(wǎng)的最大預期收益，在評價項目經(jīng)濟性時受負荷預測不確定影響較小，可以全面而客觀的評價配電網(wǎng)建設投資項目對配電網(wǎng)特性的改善及電網(wǎng)效益的提升，對配電企業(yè)合理安排項目的實施能起到有效的指導作用。

配電網(wǎng)建設項目投資決策除了受資金、 負荷、電網(wǎng)技術性等因素影響外，還有受電價、環(huán)境、政策等因素的影響，該優(yōu)化模型在具體使用時還需要進一步完善。

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