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［1-6］從投資效益和項目評價的角度，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現(xiàn)項目優(yōu)選和排序。文獻［7-10］從電網(wǎng)現(xiàn)狀和指標(biāo)改進的角度，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［11-15］利用先進的數(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)劃及實際投資數(shù)據(jù)，驗證其有效性。

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)化補充和調(diào)整建議，需要對各類二級指標(biāo)影響的權(quán)重進行打分。

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）負荷電量水平因素。負荷電量水平包括基準(zhǔn)年供電量、基準(zhǔn)年供電負荷、規(guī)劃期供電量增量、規(guī)劃期供電負荷增量。為減少特殊事件的影響，在考量歷史負荷電量時，可以考慮多年歷史電量負荷數(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，重點關(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主變平均負載率、35 kV容載比、35 kV主變平均負載率、中壓線路平均負載率、公用配變平均負載率，容載比和負載率都應(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行指標(biāo)，但是由于準(zhǔn)確計算規(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?？紤]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荷達成率、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，其中電量負荷達成率指當(dāng)前供電負荷、電量實際值占往期規(guī)劃負荷、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，部分專家認為當(dāng)?shù)卣畬﹄娋W(wǎng)建設(shè)的支持力度、重大項目及產(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，其中屬于負荷電量一級指標(biāo)的有4項，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、屬于設(shè)備利用效率一級指標(biāo)的有7項、屬于規(guī)劃執(zhí)行情況一級指標(biāo)的有8項、屬于供電對象特征一級指標(biāo)的有7項，屬于歷史投資水平一級指標(biāo)的有2項，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)的計算方法

3.2.1 參數(shù)歸一化處理

為了實現(xiàn)投資在不同區(qū)域之間進行分配，需要對分配指標(biāo)參數(shù)進行歸一化處理。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)重進行乘積運算求得，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)重進行乘積運算求得。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)不能直接進行歸一化處理，需要進行預(yù)處理，如配電網(wǎng)規(guī)劃建設(shè)的目標(biāo)是使容載比、負載率處于合理范圍，以達到電網(wǎng)安全、高效運行的目的。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)定負載率指標(biāo)的投資策略是：負載率合理區(qū)間為40%至60%、負載率處于20%至40%屬于較輕運行狀態(tài)應(yīng)合理控制投資、負載率處于20%以下屬于輕載運行狀態(tài)應(yīng)限制投資、負載率處于60%至80%屬于預(yù)重載狀態(tài)應(yīng)適當(dāng)鼓勵投資、負載率超過80%屬于重過載運行狀態(tài)應(yīng)加快優(yōu)先保障投資，構(gòu)建基于負載率合理區(qū)間的修正函數(shù)Fβ。

式中：β0代表基準(zhǔn)年負載率數(shù)值。

4 模型驗證

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)劃投資和實際完成投資為例，驗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)劃投資分配驗證Tab.2 Verification of planning investment allocation

事實上，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 實際投資分配驗證

根據(jù)2016-2019年實際完成投資情況和2020年固定資產(chǎn)投資計劃，“十三五”期間，GZ配電網(wǎng)基建預(yù)計完成投資351.1億元，所屬9個供電區(qū)域的實際完成投資最高為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%。

事實上，在電網(wǎng)實施過程中，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)項目推進更加順暢，驗證了專家對于投資分配影響因素的判斷。

表3 實際完成投資分配驗證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)劃投資分配重點考量負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”期實際完成投資為基準(zhǔn)，將規(guī)劃投資總額調(diào)整至實際完成投資規(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際投資完成情況。

由此可見，模型分配投資與實際規(guī)劃投資和實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)投資分配模型進行了改進，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)劃投資和實際完成投資構(gòu)成對模型進行驗證，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。