楊定立，聶明諫，秦 超

(1.國(guó)網(wǎng)陜西省電力公司，西安710048；2.華北電力大學(xué)，經(jīng)濟(jì)與管理學(xué)院，北京102206)

0 引 言

由于智能電網(wǎng)建設(shè)有可能帶來(lái)巨大的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益，包括中國(guó)在內(nèi)的許多國(guó)家目前已將智能電網(wǎng)作為未來(lái)電力系統(tǒng)的重點(diǎn)發(fā)展目標(biāo)之一，并積極推進(jìn)相關(guān)的技術(shù)革新和管理轉(zhuǎn)變[1,2]。智能電網(wǎng)綜合建設(shè)工程是指適應(yīng)經(jīng)濟(jì)開(kāi)發(fā)區(qū)、工業(yè)區(qū)、科技城、生態(tài)園區(qū)、智能家居/社區(qū)等不同類型城市局部區(qū)域建設(shè)要求，由政府、電力公司、社會(huì)力量共同參與，以電網(wǎng)靈活可控、高可靠性供電、優(yōu)質(zhì)電力園區(qū)、綠色清潔能源、雙向互動(dòng)用電等為主題，涉及電網(wǎng)多個(gè)領(lǐng)域的綜合性智能電網(wǎng)工程。智能電網(wǎng)綜合建設(shè)工程直接面向社會(huì)、面向政府、面向用戶，與區(qū)域經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展有機(jī)融合。智能電網(wǎng)綜合建設(shè)工程展現(xiàn)智能電網(wǎng)建設(shè)成果及效益，是社會(huì)各界感知和體驗(yàn)智能電網(wǎng)建設(shè)成果的有效途徑。

智能電網(wǎng)建設(shè)需要大量資金，建設(shè)周期長(zhǎng)且技術(shù)難度高[3]。近年來(lái)，國(guó)內(nèi)外已有一些組織和學(xué)者從不同角度對(duì)智能電網(wǎng)建設(shè)和發(fā)展能夠帶來(lái)的效益做了分析[4-9]。隨著智能電網(wǎng)全面建設(shè)工作的推進(jìn)，智能電網(wǎng)綜合建設(shè)工程將在較大范圍內(nèi)開(kāi)展實(shí)施。電網(wǎng)企業(yè)迫切需要對(duì)其建設(shè)和運(yùn)營(yíng)經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行總結(jié)，分析各個(gè)子工程的效益和貢獻(xiàn)情況，從而促進(jìn)智能電網(wǎng)綜合建設(shè)工程進(jìn)一步降低成本，加強(qiáng)技術(shù)投入，提升整體運(yùn)行效益，為后續(xù)工程的方案設(shè)計(jì)和子工程的設(shè)置等提供參考。文獻(xiàn)[10-14]對(duì)智能電網(wǎng)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系做出了研究，文獻(xiàn)[15-18]給出了智能電網(wǎng)評(píng)價(jià)的方法和模型。然而這些指標(biāo)體系和評(píng)價(jià)模型都難以適用于智能電網(wǎng)綜合建設(shè)工程的評(píng)價(jià)，不能給出各個(gè)子工程的效益和貢獻(xiàn)情況。

綜上所述，本文提出科學(xué)、規(guī)范、合理的智能電網(wǎng)綜合建設(shè)工程的貢獻(xiàn)度分析模型，分析評(píng)價(jià)結(jié)果可用于指導(dǎo)減少項(xiàng)目實(shí)施的盲目性和避免投資浪費(fèi)，實(shí)現(xiàn)綜合項(xiàng)目的整體效能的最大化和最優(yōu)化，有效地服務(wù)于區(qū)域戰(zhàn)略目標(biāo)，服務(wù)于經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展的要求，促進(jìn)電網(wǎng)與社會(huì)的和諧發(fā)展。

1 綜合建設(shè)工程的基本構(gòu)架

智能電網(wǎng)綜合建設(shè)工程在各經(jīng)濟(jì)開(kāi)發(fā)區(qū)、工業(yè)園區(qū)、科技城、生態(tài)園區(qū)等區(qū)域內(nèi)通過(guò)整體方案設(shè)計(jì)，可以為用戶提供更加方便快捷、環(huán)保、智能的生活方式，形成用清潔能源發(fā)電、配電自動(dòng)化、系統(tǒng)信息采集、電動(dòng)汽車充電樁、智能家居智能電網(wǎng)技術(shù)系統(tǒng)。典型的智能電網(wǎng)綜合建設(shè)工程主要包含的各系統(tǒng)如圖1所示。

圖1 典型智能電網(wǎng)綜合建設(shè)工程系統(tǒng)構(gòu)架示意圖Fig.1 The system architecture of a typical construction project for smart grid

智能電網(wǎng)綜合建設(shè)工程建成后對(duì)電力系統(tǒng)的生產(chǎn)與運(yùn)行、用戶智能用電與節(jié)能以及環(huán)保減排等多個(gè)方面都會(huì)產(chǎn)生積極影響。典型智能電網(wǎng)綜合建設(shè)工程產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)社會(huì)環(huán)境效益及子工程的設(shè)置如圖2所示。

圖2 智能電網(wǎng)綜合建設(shè)工程的綜合社會(huì)效益及子工程設(shè)置Fig.2 Social comprehensive benefits and subprojects of the smart grid integrated construction project

總的來(lái)說(shuō)，智能電網(wǎng)綜合建設(shè)工程建成后將在綠色環(huán)保、服務(wù)民生、開(kāi)放互動(dòng)、商業(yè)模式、安全可靠、運(yùn)營(yíng)/運(yùn)行效率方面產(chǎn)生顯著效益。

2 貢獻(xiàn)度分析的總體思路

本節(jié)提出建立智能電網(wǎng)綜合建設(shè)工程的貢獻(xiàn)度模型的研究思路。貢獻(xiàn)度模型需要解決兩個(gè)問(wèn)題，一是研究實(shí)施智能電網(wǎng)綜合建設(shè)工程后，可以產(chǎn)生哪些具體效益，二是明確子工程對(duì)這些指標(biāo)的具體能“貢獻(xiàn)”多少效益，貢獻(xiàn)度的定義和計(jì)算方法。

(1)建立通用指標(biāo)體系。智能電網(wǎng)綜合建設(shè)工程效益通用指標(biāo)是一個(gè)復(fù)雜系統(tǒng)，需要由經(jīng)濟(jì)、技術(shù)、社會(huì)、環(huán)境多個(gè)方面具有聯(lián)系和區(qū)別的多項(xiàng)指標(biāo)按照一定的結(jié)構(gòu)層次組合在一起構(gòu)成指標(biāo)體系。根據(jù)智能電網(wǎng)綜合建設(shè)工程本身的特點(diǎn)以及綜合工程所產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)、技術(shù)、社會(huì)、環(huán)境等方面的影響特點(diǎn)，提出智能電網(wǎng)綜合建設(shè)工程貢獻(xiàn)度基本原則，在該基本原則的前提下，進(jìn)一步細(xì)化并明確具體指標(biāo)。由于智能電網(wǎng)綜合建設(shè)工程貢獻(xiàn)度是新的概念，而且智能電網(wǎng)技術(shù)也在不斷創(chuàng)新發(fā)展，所以指標(biāo)體系在建立后還應(yīng)當(dāng)根據(jù)實(shí)際情況不斷健全完善。

(2)確定各層指標(biāo)之間的權(quán)重。由于不同類型的智能電網(wǎng)綜合建設(shè)工程，其服務(wù)側(cè)重點(diǎn)不一致，因此在評(píng)價(jià)時(shí)的重點(diǎn)也應(yīng)有所區(qū)別，這種區(qū)別體現(xiàn)在確定指標(biāo)權(quán)重時(shí)，相同的指標(biāo)，在不同類型的綜合工程中，其分配得到的權(quán)重不同。由于智能電網(wǎng)綜合建設(shè)工程貢獻(xiàn)度模型及通用指標(biāo)體系尚沒(méi)有成熟的理論研究成果，既缺少足夠的歷史數(shù)據(jù)，又不能簡(jiǎn)單直接給出指標(biāo)間相對(duì)重要程度，所以常見(jiàn)的一些用來(lái)確定指標(biāo)權(quán)重的方法如主成分分析、因子分析、層次分析法等模型不再適用?？刹捎脜^(qū)間數(shù)-可能度矩陣方法確定指標(biāo)權(quán)重。區(qū)間數(shù)-可能度矩陣方法將指標(biāo)間相對(duì)重要程度用區(qū)間數(shù)來(lái)表示，利用可能度矩陣計(jì)算得出權(quán)重，不需要依賴于歷史數(shù)據(jù)，增強(qiáng)了實(shí)際應(yīng)用中的可信度。

(3)由于經(jīng)濟(jì)開(kāi)發(fā)區(qū)、工業(yè)區(qū)、科技城、生態(tài)園區(qū)、智能家居/社區(qū)等不同類型的智能電網(wǎng)綜合工程需求不同，所實(shí)施的子工程也不盡相同。例如甲工程有3個(gè)子工程，乙工程有4個(gè)子工程。所以需要設(shè)立一個(gè)子工程備選庫(kù)，形成統(tǒng)一的辨識(shí)和篩選標(biāo)準(zhǔn)。研究某特定綜合工程的子工程貢獻(xiàn)度時(shí)，直接從該備選庫(kù)中選取子工程。

(4)為定義“貢獻(xiàn)度”概念，首先定義子工程直接貢獻(xiàn)值。直接貢獻(xiàn)值即實(shí)施子工程之前與實(shí)施該子工程之后的某項(xiàng)效益指標(biāo)的差值。則子工程對(duì)單項(xiàng)指標(biāo)貢獻(xiàn)度定義為該項(xiàng)子工程對(duì)單項(xiàng)指標(biāo)直接貢獻(xiàn)值占全部子工程對(duì)該單項(xiàng)指標(biāo)直接貢獻(xiàn)值的比例。

解決了貢獻(xiàn)度模型的兩個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題后，將子工程對(duì)單項(xiàng)指標(biāo)貢獻(xiàn)度與指標(biāo)權(quán)重做向量乘積(加權(quán)求和)，即求得子工程對(duì)綜合工程貢獻(xiàn)度。

3 貢獻(xiàn)度分析的指標(biāo)體系

本文根據(jù)智能電網(wǎng)綜合建設(shè)工程本身的特點(diǎn)以及綜合工程所產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)、技術(shù)、社會(huì)、環(huán)境等方面的影響特點(diǎn)，基于全面性、科學(xué)性、可操作性、系統(tǒng)性、動(dòng)態(tài)性和開(kāi)放性等原則，建立綠色環(huán)保、服務(wù)民生、開(kāi)放互動(dòng)、商業(yè)模式、安全可靠、運(yùn)營(yíng)/運(yùn)行效率6大方面貢獻(xiàn)度指標(biāo)體系。指標(biāo)體系總的分類和依據(jù)如表1所示。

細(xì)化指標(biāo)體系如表2所示。

4 貢獻(xiàn)度分析的計(jì)算模型

智能電網(wǎng)技術(shù)貫穿于整個(gè)電能生產(chǎn)、傳輸和使用全過(guò)程，智能電網(wǎng)綜合建設(shè)工程涉及清潔能源發(fā)電、智能輸變電設(shè)備、通信網(wǎng)絡(luò)、智能電表及其他監(jiān)測(cè)設(shè)備、電動(dòng)汽車充電樁等多個(gè)體系。為便于分析和計(jì)算，將綜合建設(shè)工程劃分為子工程1(清潔能源發(fā)電)，子工程2(智能輸變電工程)，子工程3(通信工程)，子工程4(智能電表及監(jiān)測(cè)設(shè)備工程)，子工程5(電動(dòng)汽車相關(guān)工程)。

表1 貢獻(xiàn)度指標(biāo)體系的分類和依據(jù)Tab.1 Classification and basis of contribution degree index system

表2 貢獻(xiàn)度細(xì)化指標(biāo)體系Tab.2 Detailed contribution degree index system

每個(gè)子工程的建設(shè)目標(biāo)和側(cè)重點(diǎn)都有所不同。其中，子工程1的主要目標(biāo)是促進(jìn)可再生能源發(fā)電的發(fā)展和節(jié)能減排；子工程2主要在于提高電能輸送效率，減少線路和設(shè)備損失電量；子工程3，子工程4則在保證優(yōu)質(zhì)可靠電力供應(yīng)的前提下降低用電成本，同時(shí)也實(shí)現(xiàn)了開(kāi)放互動(dòng)，促進(jìn)需求側(cè)響應(yīng)，達(dá)到節(jié)約能源，改善負(fù)荷曲線的目的。子工程5在節(jié)能減排、服務(wù)民生方面有顯著效益。

由于各個(gè)子工程的建設(shè)目標(biāo)和側(cè)重點(diǎn)有所不同，子工程對(duì)智能電網(wǎng)建設(shè)綜合工程的各指標(biāo)效益貢獻(xiàn)有所不同。各個(gè)子工程對(duì)各指標(biāo)效益貢獻(xiàn)如何計(jì)量如何區(qū)分，子工程對(duì)各單項(xiàng)指標(biāo)的“貢獻(xiàn)度”如何定義，成為研究智能電網(wǎng)建設(shè)綜合工程貢獻(xiàn)度模型的關(guān)鍵問(wèn)題。

本文提出各個(gè)子工程對(duì)各指標(biāo)效益直接貢獻(xiàn)值的定義及計(jì)算方法，直接貢獻(xiàn)值即實(shí)施該子工程之前與實(shí)施該子工程之后的直接效益差值。貢獻(xiàn)度定義為該項(xiàng)子工程對(duì)單項(xiàng)指標(biāo)直接貢獻(xiàn)值占全部子項(xiàng)目對(duì)該單項(xiàng)指標(biāo)貢獻(xiàn)值的比例。

4.1 模型建立

根據(jù)上述研究思路，提出智能電網(wǎng)綜合建設(shè)工程貢獻(xiàn)度模型如圖3所示。

圖3 智能電網(wǎng)綜合建設(shè)工程貢獻(xiàn)度模型Fig.3 Contibution degree model of the smart grid integrated construction project 注：εi為評(píng)價(jià)智能電網(wǎng)綜合工程的一級(jí)指標(biāo)；αi為一級(jí)指標(biāo)εi分得的權(quán)重；ε(i,j)為一級(jí)指標(biāo)εi下的屬性指標(biāo)；α(i,j)為屬性指標(biāo)ε(i,j)分得的權(quán)重；βk(i,j)子工程k對(duì)屬性指標(biāo)ε(i,j)的貢獻(xiàn)度

4.2 方法步驟

4.2.1利用區(qū)間數(shù)-可能度矩陣法計(jì)算各級(jí)指標(biāo)權(quán)重

(1)建立區(qū)間數(shù)互補(bǔ)判斷矩陣。根據(jù)指標(biāo)劃分，專家采用九標(biāo)度法對(duì)指標(biāo)兩兩比較，建立區(qū)間數(shù)互補(bǔ)判斷矩陣Q：

Q=(qij)n×n

(1)

qij=[q-ij,q+ij],q-ij+q+ij=q-ji+q+ij=1,i,j∈n

(2)求解區(qū)間數(shù)權(quán)重向量。計(jì)算互補(bǔ)判斷矩陣Q的行和，并做歸一化處理，得到區(qū)間數(shù)權(quán)重向量。

w=(w1,w2,w3,…,wn)T

(2)

利用可能度公式對(duì)權(quán)重向量?jī)蓛杀容^，建立可能度矩陣P：

P=(pij)n×n

(4)

其中L(a)=a+-a-，L(b)=b+-b-。

(3)將可能度矩陣P行和歸一化，便可得到權(quán)重向量。

w=(w1,w2,w3,…,wn)T

(6)

4.2.2計(jì)算各子工程對(duì)二級(jí)指標(biāo)的貢獻(xiàn)度

子工程對(duì)各個(gè)指標(biāo)的直接貢獻(xiàn)值表征含義差異很大，計(jì)量單位不相同，貢獻(xiàn)度的定義則很好地解決了直接貢獻(xiàn)值不同表征含義和不同單位的歸一化問(wèn)題。貢獻(xiàn)度為比例數(shù)，無(wú)單位，各子工程對(duì)同一指標(biāo)的貢獻(xiàn)度和為1。

4.2.3求解子工程k對(duì)綜合工程的貢獻(xiàn)度

子工程k對(duì)綜合工程的貢獻(xiàn)度為：

(7)

5 算例分析

以鄭州高新技術(shù)開(kāi)發(fā)區(qū)智能電網(wǎng)綜合建設(shè)工程原始測(cè)評(píng)數(shù)據(jù)，結(jié)合專家對(duì)本工程的評(píng)估意見(jiàn)，由區(qū)間數(shù)-可能度矩陣方法計(jì)算得到各指標(biāo)權(quán)重如表3等所示。

表3 各指標(biāo)權(quán)重Tab.3 Every index weight

根據(jù)歷史統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)、專家評(píng)估數(shù)據(jù)、調(diào)查問(wèn)卷等計(jì)算得到各子工程對(duì)于各二級(jí)指標(biāo)貢獻(xiàn)度。將各二級(jí)指標(biāo)貢獻(xiàn)度與單項(xiàng)指標(biāo)做矩陣乘積，可得各子工程對(duì)各一級(jí)指標(biāo)貢獻(xiàn)度，如表4所示。

表4 子工程對(duì)一級(jí)指標(biāo)貢獻(xiàn)度Tab.4 Contribution degree of sub-projects to first grade indexes

以表4中數(shù)據(jù)與各一級(jí)指標(biāo)做矩陣乘積，得各子工程對(duì)綜合工程貢獻(xiàn)度，如表5所示。

表5 子工程對(duì)綜合工程貢獻(xiàn)度Tab.5 Contribution degree of sub-projects to the comprehensive project

由表5可得子工程2，子工程3，子工程4對(duì)智能電網(wǎng)綜合工程貢獻(xiàn)度大，其中子工程4貢獻(xiàn)度最大，子工程2貢獻(xiàn)度次之，并與工程4貢獻(xiàn)度非常接近，說(shuō)明智能電表及監(jiān)測(cè)設(shè)備工程和智能輸變電工程是智能電網(wǎng)中的核心工程，一方面說(shuō)明實(shí)施智能電表及監(jiān)測(cè)設(shè)備工程和智能輸變電工程可以獲得較高的經(jīng)濟(jì)社會(huì)價(jià)值，另一方面也說(shuō)明應(yīng)繼續(xù)高度重視智能輸變電系統(tǒng)的科技研發(fā)，資金投入和建設(shè)質(zhì)量，才能確保智能電網(wǎng)綜合建設(shè)工程發(fā)揮出應(yīng)有的整體效益。子工程1和子工程5對(duì)智能電網(wǎng)綜合工程貢獻(xiàn)度較小，以電動(dòng)汽車工程為最弱。這符合當(dāng)前電動(dòng)汽車使用量少，發(fā)展緩慢的現(xiàn)實(shí)背景。應(yīng)繼續(xù)關(guān)注電動(dòng)汽車發(fā)展情況，當(dāng)電動(dòng)汽車進(jìn)入快速發(fā)展的階段后，智能電網(wǎng)綜合工程應(yīng)加大對(duì)電動(dòng)汽車工程的投入。

6 結(jié) 語(yǔ)

本文提出智能電網(wǎng)綜合建設(shè)工程效益通用指標(biāo)體系，提出各子工程對(duì)通用指標(biāo)體系中底層指標(biāo)的直接貢獻(xiàn)值和貢獻(xiàn)度定義及其計(jì)算方法，設(shè)計(jì)出子工程對(duì)整個(gè)建設(shè)工程的綜合貢獻(xiàn)度模型，算例結(jié)果表明模型科學(xué)有效。模型結(jié)果表明智能電表及監(jiān)測(cè)設(shè)備工程和智能輸變電工程對(duì)智能電網(wǎng)綜合建設(shè)工程至關(guān)重要，需要高度重視，同時(shí)應(yīng)繼續(xù)關(guān)注電動(dòng)汽車發(fā)展情況，當(dāng)電動(dòng)汽車進(jìn)入快速發(fā)展的階段后，智能電網(wǎng)綜合工程應(yīng)加大對(duì)電動(dòng)汽車工程的投入。本文設(shè)計(jì)的貢獻(xiàn)度模型可以每半年測(cè)算一次，以貢獻(xiàn)度動(dòng)態(tài)趨勢(shì)反映智能電網(wǎng)發(fā)展中的變化情況。子工程對(duì)單項(xiàng)指標(biāo)的直接貢獻(xiàn)值的計(jì)算方法和原始數(shù)據(jù)取數(shù)途徑需要進(jìn)一步細(xì)化研究并規(guī)范。

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