金智博，李華強(qiáng)，李山山，鄧靖微，尹 碩，路 堯

（1. 四川大學(xué) 智能電網(wǎng)四川省重點實驗室，四川 成都 610065；2. 國網(wǎng)四川省電力公司經(jīng)濟(jì)技術(shù)研究院，四川 成都 610041；3. 國網(wǎng)河南省電力公司經(jīng)濟(jì)技術(shù)研究院，河南 鄭州 450052）

0 引言

隨著國民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，為應(yīng)對電力負(fù)荷需求的急速增長，電網(wǎng)的基礎(chǔ)建設(shè)工作十分重要。相應(yīng)地，對規(guī)劃項目庫中的各類項目進(jìn)行準(zhǔn)確客觀的評估并有選擇地進(jìn)行投資安排就顯得尤為關(guān)鍵。電網(wǎng)投資決策是一個持續(xù)滾動的階段性行為，投資效益的動態(tài)變化要符合電網(wǎng)企業(yè)的長期發(fā)展戰(zhàn)略。同時，電網(wǎng)投資決策是一個多目標(biāo)優(yōu)化問題，必須從多個方面衡量投資行為的綜合效益。新一輪電力體制改革使電網(wǎng)企業(yè)的營收方式發(fā)生了根本性的變化，電網(wǎng)企業(yè)的單位電量營收由銷售與上網(wǎng)價差轉(zhuǎn)變?yōu)楹硕ǖ妮斉潆妰r。因此在實際投資決策過程中，必須考慮投資行為對電網(wǎng)最大投資能力（簡稱投資能力）的反饋作用，還應(yīng)考慮項目投資時序?qū)傮w效益的影響?？茖W(xué)地開展電網(wǎng)規(guī)劃項目的優(yōu)選與投資時序安排工作，合理地對電網(wǎng)建設(shè)項目進(jìn)行整體分析綜合評價，對于減少電網(wǎng)建設(shè)過程中的盲目性和重復(fù)性、提高電網(wǎng)的可持續(xù)發(fā)展能力、保障投資回報水平以及提升電網(wǎng)建設(shè)的綜合效益有重要意義。

對電網(wǎng)企業(yè)投資決策的研究最初是針對單一規(guī)劃項目，其基本思想是通過項目得分排序來確定儲備項目的投資順序。在建立項目投資效益評估指標(biāo)時，早期研究大多重點關(guān)注投資項目的經(jīng)濟(jì)效益、可靠性［1］等單一指標(biāo)，缺乏對投資項目整體效益的評價，針對這一缺陷，有學(xué)者建立多維度的綜合評價指標(biāo)體系，從多個角度更全面地對電網(wǎng)投資項目的綜合效益進(jìn)行評價［2-3］，如文獻(xiàn)［4］提出一種電網(wǎng)基建項目輔助決策方法，從電網(wǎng)安全穩(wěn)定性、設(shè)備利用水平、供電可靠性、電能質(zhì)量、促進(jìn)電網(wǎng)協(xié)調(diào)發(fā)展和服務(wù)經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展6 個方面建立電網(wǎng)基建項目輔助決策指標(biāo)體系。在確定指標(biāo)權(quán)重方面，大多研究采用主客觀相結(jié)合的方法，包括層次分析法［5］、德爾菲法、熵權(quán)法等。該類方法對各項目的評分沒有明確的物理含義，評價指標(biāo)大多非線性且不具備可加性，因此該類方法只能適用于單個項目的效益評估而難以對多個投資項目的綜合效益進(jìn)行有效評估。

在單個項目投資效益評估的基礎(chǔ)上，已有文獻(xiàn)進(jìn)行了項目組合方案評估比選方面的研究。文獻(xiàn)［6］建立一種考慮負(fù)荷不確定性和差異化需求的混合多屬性評價優(yōu)選模型，可實現(xiàn)預(yù)設(shè)項目組合的優(yōu)選。文獻(xiàn)［7］以規(guī)劃項目組合的綜合效益最大為目標(biāo)建立組合優(yōu)選模型，并按照綜合評價得分從高到低安排選定項目的出庫時序，但由于存在2 套不同的指標(biāo)體系，當(dāng)評價結(jié)果出現(xiàn)矛盾時，仍需依賴于決策者的經(jīng)驗進(jìn)行選擇，缺乏統(tǒng)一客觀的標(biāo)準(zhǔn)，此外，安排項目出庫時序時忽視了項目效益的時間屬性，并且這種出庫時序的安排也難以處理不同項目間存在的關(guān)聯(lián)關(guān)系。針對該問題，文獻(xiàn)［8］在項目時序優(yōu)選模型中創(chuàng)新性地通過效益耦合特性矩陣定量考慮項目間的相互關(guān)系，提出一種處理不同項目間關(guān)系的嶄新思路，但該方法難以界定3 個及以上規(guī)劃項目之間的相互關(guān)系，存在一定的局限性。文獻(xiàn)［9］則分別將不同的規(guī)劃項目組合接入系統(tǒng)，通過核算系統(tǒng)全成本電價的變化來評估項目間的相互關(guān)系，但該方法計算量大，不適用于大量項目的評估。

針對以上問題，本文提出適用于單個項目的投資效益評估指標(biāo)體系，在此基礎(chǔ)上，建立以規(guī)劃期內(nèi)綜合效益最大為目標(biāo)的電網(wǎng)規(guī)劃項目投資時序優(yōu)化模型，在模型中充分考慮項目投資效益的時間屬性與投資行為對未來電網(wǎng)投資能力的反饋作用。最后通過某省電網(wǎng)某批次規(guī)劃項目庫計算得到項目出庫方案，并與傳統(tǒng)順序出庫方法進(jìn)行比較，驗證了所建模型的可行性與有效性。

1 新形勢下電網(wǎng)投資影響要素分析

在輸配電價改革條件下，電網(wǎng)收益方式由原來的購售價差變?yōu)楹硕ǖ妮斉潆妰r［10］。由于電網(wǎng)的投資能力受營收能力的直接影響，這一轉(zhuǎn)變促使電網(wǎng)企業(yè)在投資決策時必須考慮以效益為導(dǎo)向的精準(zhǔn)投資。這意味著電網(wǎng)企業(yè)不但要重新對當(dāng)前的投資能力進(jìn)行測算，而且要對部分投資行為發(fā)生后未來一段時間的投資能力進(jìn)行預(yù)測。此外，由于電網(wǎng)企業(yè)實際輸配電收入與準(zhǔn)許收入通常會存在一定的差異，為使準(zhǔn)許收入能夠合理補(bǔ)償成本，在投資決策過程中必須考慮輸配電價因素的影響，以使預(yù)期的價格政策經(jīng)過不斷調(diào)整盡可能地反映實際的變化情況［11］。附錄A 圖A1 展示了輸配電價的動態(tài)調(diào)整機(jī)制［12］，該機(jī)制說明輸配電價調(diào)整將直接影響電網(wǎng)投資能力，是電網(wǎng)規(guī)劃項目投資決策過程中的一個重要影響因素。輸配電價調(diào)整的影響要素也將在后文項目投資價值成效測算、投資優(yōu)化模型搭建時進(jìn)行考慮，厘清輸配電價調(diào)整過程中各關(guān)鍵環(huán)節(jié)的關(guān)系也是優(yōu)化模型在應(yīng)用時必須進(jìn)行的前期工作。

1）投資需求預(yù)測。對未來一段時間的最大負(fù)荷進(jìn)行預(yù)測是電網(wǎng)投資決策的基礎(chǔ)，因此要對每年度各電壓等級的最大負(fù)荷進(jìn)行預(yù)測，將預(yù)測值與規(guī)劃水平年的負(fù)荷存量進(jìn)行比較，得出負(fù)荷計劃增量，并根據(jù)規(guī)劃容載比測算出當(dāng)年的新增變電容量需求。

2）投資能力測算。電網(wǎng)公司的投資能力與公司的營收情況息息相關(guān)，由貸款和自有資金組成。其中貸款主要受到資產(chǎn)負(fù)債率的影響，投資決策部門應(yīng)關(guān)注公司的財務(wù)狀況，對貸款額度進(jìn)行測算；而用于基礎(chǔ)項目建設(shè)的投資資金一方面受到公司凈利潤的影響，另一方面與公司其他事項開支密切相關(guān)。

3）投資決策。一般而言，電網(wǎng)規(guī)劃部門的項目庫中存在大量可滿足各年度新增投資需求的待選投資項目，需要對各項目進(jìn)行分析比選，對其中綜合效益最佳的項目進(jìn)行投資。另外，對于可能會出現(xiàn)的投資能力不能滿足全部投資需求的情況，也可以通過盡可能提高綜合效益、降低潛在損失的方式篩選出其中最具建設(shè)緊迫性與必要性的項目。

4）準(zhǔn)許成本［13］。在輸配電價的核定中，準(zhǔn)許成本由折舊費(fèi)和運(yùn)行維護(hù)費(fèi)構(gòu)成。折舊費(fèi)與新增固定資產(chǎn)和定價折舊率直接相關(guān)，定價折舊率由新增固定資產(chǎn)的結(jié)構(gòu)和設(shè)備折舊年限決定。運(yùn)行維護(hù)費(fèi)主要包括材料費(fèi)、人工費(fèi)及其他費(fèi)用。

5）準(zhǔn)許收益。準(zhǔn)許收益取決于可計提收益的有效資產(chǎn)和準(zhǔn)許收益率?？捎嬏崾找娴挠行зY產(chǎn)是指由電網(wǎng)公司投資形成的與輸配電業(yè)務(wù)相關(guān)的資產(chǎn)。準(zhǔn)許收益率根據(jù)權(quán)益資本收益率、債務(wù)資本收益率以及資產(chǎn)負(fù)債率計算得到。

6）稅費(fèi)。輸配電項目需繳納的稅費(fèi)包括增值稅、企業(yè)所得稅、城市維護(hù)建設(shè)費(fèi)及教育費(fèi)附加稅。

7）輸配電價核定與調(diào)整。輸配電價核定通常以3 a 作為一個監(jiān)管周期，在監(jiān)管周期內(nèi)，省級電網(wǎng)各電壓等級的輸配電價為該電壓等級單位輸配電量對應(yīng)的準(zhǔn)許收入。某電壓等級總允許收入由該電壓等級準(zhǔn)許收入和上一電壓等級傳導(dǎo)的準(zhǔn)許收入構(gòu)成，以平衡賬戶為基礎(chǔ)進(jìn)行動態(tài)調(diào)整。在多個監(jiān)管周期內(nèi)，根據(jù)電網(wǎng)實際投資與發(fā)展情況進(jìn)行核準(zhǔn)調(diào)整［14］。

2 電網(wǎng)規(guī)劃項目投資價值成效測算

電網(wǎng)規(guī)劃項目投資價值成效是對電網(wǎng)公司的投資行為在一段經(jīng)營期內(nèi)的效果和收益的評價，是電網(wǎng)公司投資決策的重要參考指標(biāo)和依據(jù)［15］。

從電網(wǎng)公司投資的目的與應(yīng)承擔(dān)的社會責(zé)任出發(fā)，可將投資行為產(chǎn)生的效益分為以提高輸配電業(yè)務(wù)收入為代表的經(jīng)濟(jì)效益、以創(chuàng)建更加安全可靠的電網(wǎng)結(jié)構(gòu)為代表的可靠性效益以及以促進(jìn)新能源消納為代表的環(huán)境效益。因此，本文將從經(jīng)濟(jì)效益、可靠性效益、環(huán)境效益這3 個維度對電網(wǎng)規(guī)劃項目投資價值成效進(jìn)行測算，得到的測算值均為預(yù)測值。

2.1 經(jīng)濟(jì)效益指標(biāo)

一定時期內(nèi)投資帶來的利潤是衡量該時期內(nèi)投資行為經(jīng)濟(jì)效益的有效手段。新一輪電力體制改革重新定義了電網(wǎng)公司的盈利模式，規(guī)定電網(wǎng)公司輸配電方面的投資收益主要以輸配電價的形式進(jìn)行回收。政府監(jiān)管部門周期性調(diào)整和設(shè)立平衡賬戶的形式基本上確保了電網(wǎng)公司的準(zhǔn)許收入由準(zhǔn)許收益和準(zhǔn)許成本構(gòu)成，扣除相應(yīng)的稅費(fèi)后很容易得到電網(wǎng)公司在一段時間內(nèi)的利潤。

電網(wǎng)公司進(jìn)行投資后不同規(guī)劃項目按照不同的有效資產(chǎn)形成率對輸配電資產(chǎn)產(chǎn)生影響，從而對下一監(jiān)管周期的輸配電價和電網(wǎng)公司的輸配電收入產(chǎn)生影響，進(jìn)而影響企業(yè)后續(xù)的投資能力與投資行為。監(jiān)管部門以準(zhǔn)許成本和準(zhǔn)許收益為依據(jù)對輸配電價進(jìn)行周期性調(diào)整，因此各規(guī)劃項目可通過形成固定資產(chǎn)的方式產(chǎn)生一定的經(jīng)濟(jì)效益。

電網(wǎng)公司輸配電資產(chǎn)的計算方式為：

式中：Ak為第k階段電網(wǎng)公司的輸配電資產(chǎn)；η為輸配電資產(chǎn)折舊率；Ik為第k階段投資項目的集合；γi、Ci分別為項目i的有效資產(chǎn)形成率與總成本。

電網(wǎng)公司的輸配電收入為該階段輸配電量與輸配電價的乘積，在受到監(jiān)管的情況下為準(zhǔn)許成本與準(zhǔn)許收益之和，即輸配電收入可表示為：

式中：ek為第k階段輸配電收入；λk、Ωk分別為第k階段的輸配電價和輸配電量；βcost、βrevenue、βtax分別為準(zhǔn)許成本率、準(zhǔn)許收益率和綜合稅率。本文認(rèn)為電網(wǎng)公司在每個監(jiān)管周期的第1 階段調(diào)整輸配電價并保持恒定，則各階段輸配電收入與輸配電量成正比。

值得說明的是，隨著電網(wǎng)公司發(fā)展階段的不同和相關(guān)政策環(huán)境的變化，企業(yè)的準(zhǔn)許成本、準(zhǔn)許收益和稅費(fèi)的測算方式都有可能發(fā)生變化，從而對各項目的經(jīng)濟(jì)效益產(chǎn)生影響。

2.2 可靠性效益指標(biāo)

缺電損失是電力系統(tǒng)可靠性評價中的一項重要參考指標(biāo)，是指因電力系統(tǒng)可靠性不足導(dǎo)致電力供應(yīng)中斷而對電力用戶造成的經(jīng)濟(jì)損失［16］。對一個地區(qū)而言，電網(wǎng)的安全可靠性越高，則由各類事故引發(fā)的缺電損失就越低。一般而言，隨著負(fù)荷水平逐年提高，地區(qū)的缺電損失也將逐年增加。電網(wǎng)項目的投資建設(shè)可提高電網(wǎng)的安全穩(wěn)定性水平，減少由供電能力不足或事故導(dǎo)致的用戶缺電損失，即產(chǎn)生可靠性效益。本文用產(chǎn)電比法計算缺電損失改善量rk，i，以表示基建項目的可靠性效益，并在測算過程中考慮用戶類別對缺電損失的影響，測算方法［17］為：

式中：ΔEi為項目i建設(shè)前后該地區(qū)的電量不足期望值EENS（Expected Energy Not Served）變化，單位為kW·h；δk1、δk2、δk3分別為第k階段該地區(qū)的第一產(chǎn)業(yè)、第二產(chǎn)業(yè)、第三產(chǎn)業(yè)的產(chǎn)電比，表示單位電量對應(yīng)的GDP 產(chǎn)值；ak1、ak2分別為第k階段該地區(qū)第一產(chǎn)業(yè)和第二產(chǎn)業(yè)的用電量所占的比例。

單個項目所改善的電量不足期望值ΔEi可根據(jù)預(yù)想事故集進(jìn)行計算，通過蒙特卡洛模擬法對待評估電網(wǎng)發(fā)生故障引起負(fù)荷削減的狀態(tài)進(jìn)行抽樣，可得到該地區(qū)的EENS：

式中：EEENS為該地區(qū)的EENS；S為預(yù)想事故集；ps為負(fù)荷削減狀態(tài)s發(fā)生的概率；Ts為狀態(tài)s的持續(xù)時間；ξs為狀態(tài)s的負(fù)荷削減量。

2.3 環(huán)境效益指標(biāo)

隨著能源危機(jī)、環(huán)境污染等問題日益受到全社會的廣泛關(guān)注，電網(wǎng)公司作為電能調(diào)配的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，關(guān)系到整個社會的環(huán)境改善。電網(wǎng)基建項目除了承擔(dān)常規(guī)能源電力的輸送實現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益和社會效益外，還承擔(dān)了綠色能源電源接入、低碳電力輸送的任務(wù)［18］。因此在電網(wǎng)的投資建設(shè)中，必須要保持對綠色環(huán)保的高度關(guān)注，項目的環(huán)境效益也是電網(wǎng)規(guī)劃項目投資價值成效的重要組成部分。

準(zhǔn)確計算污染物的環(huán)境價值是很困難且沒有必要的，電力行業(yè)主要污染物的環(huán)境價值通常是基于治理成本來間接進(jìn)行評估的，因此，可根據(jù)污染物的減排量衡量規(guī)劃項目的環(huán)境效益，如式（5）所示。

式中：hi為項目i的環(huán)境效益；ΔΩcleari為項目i建成后促進(jìn)清潔能源的消納量；J為污染物的種類數(shù)；μj為單位電量產(chǎn)生的第j類污染物的治理成本。

本文主要以規(guī)劃項目通過促進(jìn)清潔能源消納而減少的煤炭耗費(fèi)來衡量各類污染物的減排量。在從電能生產(chǎn)到消費(fèi)的全過程中，除了發(fā)電側(cè)燃煤導(dǎo)致的污染物排放外，還應(yīng)考慮電能傳輸過程、原煤運(yùn)輸損失導(dǎo)致的污染物排放，具體計算公式見文獻(xiàn)［19］。

此外，除了污染物排放造成的間接環(huán)境效益外，各基建項目的建設(shè)還會對周邊環(huán)境產(chǎn)生直接環(huán)境效益，如電磁輻射、噪聲污染、生態(tài)污染等，然而目前還沒有形成統(tǒng)一的測算與價值衡量標(biāo)準(zhǔn)。本文認(rèn)為各基建項目的征地成本中已考慮項目產(chǎn)生的直接環(huán)境效益，因此不再另外進(jìn)行測算。

3 電網(wǎng)規(guī)劃項目投資時序優(yōu)化模型

3.1 狀態(tài)變量與決策變量

將規(guī)劃期內(nèi)的每一年作為一個階段，將整個規(guī)劃期分為M個階段，以m個階段為時間窗口長度進(jìn)行滾動優(yōu)化。將第k階段開始時項目庫內(nèi)所有規(guī)劃項目（項目總數(shù)為n）的建成投產(chǎn)情況作為狀態(tài)變量，記為Xk=[xk，1，xk，2，…，xk，i，…，xk，n]T，xk，i為布爾變量，其值為1 表示在第k階段初項目i已投產(chǎn)，為0 表示在第k階段初項目i未投產(chǎn)。以第k階段的項目投資情況為決策變量，記為Uk=[uk，1，uk，2，…，uk，i，…，uk，n]T，uk，i為布爾變量，其值為1 表示在第k階段項目i出庫，為0 表示第k階段項目i不出庫。由狀態(tài)變量與決策變量可得到狀態(tài)轉(zhuǎn)移方程為：

式中：wi為項目i的建設(shè)工期。

3.2 目標(biāo)函數(shù)

本文主要考慮我國電網(wǎng)公司所承擔(dān)的社會責(zé)任，以各階段投資行為產(chǎn)生的可靠性效益與環(huán)境效益之和為該階段的指標(biāo)函數(shù)，將指標(biāo)函數(shù)Vk(X，U)的最優(yōu)值定義為最優(yōu)值函數(shù)，記為Fk(X，U)，則：

式中：Vk(X，U)為從第k階段初到第k+m-1 階段終止?fàn)顟B(tài)下的指標(biāo)函數(shù)；vk(Xk，Uk)為第k階段的指標(biāo)函數(shù)，表示該階段投資狀態(tài)下的投資效益；Rk、Hk分別為第k階段投資狀態(tài)下的可靠性效益和環(huán)境效益；hk，i為第k階段項目i的環(huán)境效益；ρ為折現(xiàn)率，由于原始指標(biāo)值有明顯的時間屬性，在公式中加入ρ是為保持這種特性使計算結(jié)果更準(zhǔn)確。只有當(dāng)xk，i=1，即基建項目i在第k階段已完成投產(chǎn)時，基建項目i的各效益指標(biāo)才可以計提。

3.3 約束條件

1）最大投資額約束。第k階段的建設(shè)投資不應(yīng)超過該階段的最大允許投資額，即：

式中：Ck，i為第k階段項目i的投資費(fèi)用，其值根據(jù)項目的建設(shè)周期與資金投入進(jìn)度確定；Ck，Σ為第k階段最大允許投資額。

為了體現(xiàn)新形勢對電網(wǎng)投資能力的影響，即電網(wǎng)的最大投資能力隨運(yùn)營狀況的變化，Ck，Σ滿足：

式中：bk為第k階段電網(wǎng)公司基建項目投資比例，其值根據(jù)電網(wǎng)發(fā)展階段綜合確定；Dk為第k階段電網(wǎng)投資總資金；ΔCk-1為第k-1 階段專項投資資金結(jié)余，如式（10）所示。

由于電網(wǎng)總資產(chǎn)直接受到投資行為的影響，輸配電價改革實施后電網(wǎng)經(jīng)營的經(jīng)濟(jì)效益又與電網(wǎng)總資產(chǎn)直接關(guān)聯(lián)，因此電網(wǎng)的投資效益將通過電網(wǎng)總資產(chǎn)對投資能力產(chǎn)生反饋，該過程中考慮了電網(wǎng)公司每個階段投資行為所產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)效益，反映了電網(wǎng)公司在擴(kuò)大生產(chǎn)規(guī)模時對經(jīng)濟(jì)效益的合理追求。具體形式如下：

式中：Qk為第k階段電網(wǎng)公司其他收支與貸款總額之和，其值通過對電網(wǎng)公司其他收支（如售電公司收入、人員工資、償還債務(wù)等）狀況及公司的財務(wù)狀況進(jìn)行預(yù)測得到。

當(dāng)設(shè)定電網(wǎng)公司的最大資產(chǎn)負(fù)債率為Wa時，電網(wǎng)公司可獲得的最大貸款額為：

式中：lk、Pk分別為第k階段電網(wǎng)公司可獲得的最大貸款額與應(yīng)償還的貸款額；Lk-1為第k-1階段電網(wǎng)公司的負(fù)債總額。

2）強(qiáng)制建設(shè)項目與投產(chǎn)時間約束。強(qiáng)制建設(shè)項目約束是指在單純的效益分析下某些項目相較于其他項目可能并沒有明顯的優(yōu)勢，但對于區(qū)域網(wǎng)架結(jié)構(gòu)而言，該項目的投產(chǎn)對電網(wǎng)的安全可靠性有著至關(guān)重要的作用，則該項目就屬于強(qiáng)制建設(shè)的項目。這類項目的建設(shè)具有強(qiáng)制性，即具備出庫建設(shè)的最高優(yōu)先級。另外，部分項目可能在當(dāng)前并不具有建設(shè)的必要性，但由于園區(qū)規(guī)劃、緊急用電需求等原因，要求該項目必須在第k階段之前完成投產(chǎn)，則：

3）從屬關(guān)系與緊后關(guān)系約束。在投資過程中，2個項目間可能出現(xiàn)從屬關(guān)系，如由于技術(shù)、土地、人員配置等原因，基建項目j的投資時間只能安排在項目i之后，則：

且這種從屬關(guān)系還可能表現(xiàn)為緊前緊后關(guān)系，即一旦項目i投產(chǎn)，項目j需立即開始投資建設(shè)，則：

4）互斥項目約束。由于待選規(guī)劃項目中不乏建設(shè)目的和主要功能相同的項目，為了避免投資的重復(fù)性、節(jié)省投資成本以及提升投資水平，這類項目不必同時建設(shè)。如項目i與項目j間存在互斥關(guān)系，則：

5）同時性項目約束。對于一些需要互相配合才可實現(xiàn)其功能的規(guī)劃項目，如某座變電站的投入運(yùn)行需要某條線路接入，而該線路的運(yùn)行也需要變電站的投運(yùn)，這種類型的項目必須要同時建設(shè)或不建設(shè)，如項目i和項目j必須同時建設(shè)或不建設(shè)，則：

3.4 滾動求解策略

由上述狀態(tài)、決策、指標(biāo)函數(shù)的描述可以得出最優(yōu)值函數(shù)的遞推關(guān)系，通過逐級遞推分析可以對每個階段的最優(yōu)決策做出合理判斷，并在每個階段決策后計入新入庫的基建項目，擴(kuò)充對應(yīng)的狀態(tài)變量、決策變量及相應(yīng)的約束，以a為尺度進(jìn)行滾動優(yōu)化。

圖1 為滾動優(yōu)化示意圖。有限時域滾動優(yōu)化中N為滾動優(yōu)化階段總數(shù)，其值根據(jù)外部環(huán)境與項目庫信息的變化進(jìn)行合理確定，M=N+m-1，滾動窗口每次向后移動1 個階段。每次滾動優(yōu)化結(jié)束后，滾動窗口下第1階段決策變量值為1的項目完成出庫，而其他階段決策變量值為1 的項目則進(jìn)入“預(yù)出庫”狀態(tài)，“預(yù)出庫”項目并不實際出庫，而只作為后續(xù)規(guī)劃、評估工作的參考，其物理意義為：在當(dāng)前掌握的全部信息條件下，預(yù)期可實現(xiàn)最大投資收益的方案?！邦A(yù)出庫”項目根據(jù)后續(xù)的決策結(jié)果，可能會如期出庫、延期出庫或者不出庫。

圖1 滾動優(yōu)化示意圖Fig.1 Schematic diagram of rolling optimization

在滾動規(guī)劃的過程中，根據(jù)外部環(huán)境與電網(wǎng)自身結(jié)構(gòu)的不斷變化，各項目在不同規(guī)劃階段的效益與成本也不盡相同。各項目的效益與成本可根據(jù)影響參數(shù)（如地區(qū)產(chǎn)電比、碳交易價格等）的變化趨勢進(jìn)行預(yù)測并在滾動過程中不斷修正。

4 算例分析

以某省級公司某批次投資計劃為例驗證本文模型的有效性。對項目庫內(nèi)的19 個輸電網(wǎng)規(guī)劃項目進(jìn)行投資價值成效測算與投資時序優(yōu)化，得出投資決策結(jié)果，并與傳統(tǒng)投資決策方法（即按照項目評分從高到低順序出庫［3］）的結(jié)果進(jìn)行對比。由于傳統(tǒng)投資決策方法不考慮項目投資成效隨時間的變化，為了保證對比的客觀公平，算例中各項目的各類投資效益與成本均為項目入庫年份測算值，實際應(yīng)用時可隨預(yù)測值變動。為體現(xiàn)滾動求解機(jī)制對項目庫實時更新的適應(yīng)能力，對項目入庫年份進(jìn)行合理假設(shè)。優(yōu)化模型為典型的整數(shù)線性優(yōu)化模型，采用商業(yè)求解器CPLEX 12.8進(jìn)行求解。

4.1 項目概況

根據(jù)各項目可行性報告中包含的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)及地區(qū)相關(guān)數(shù)據(jù)對待建設(shè)項目進(jìn)行投資價值成效評估，得到如附錄B 表B1 所示的各項目基本情況。不失一般性，假定多年期項目各年份投資額（歸算至入庫年份）平均分配。

對2021—2025年進(jìn)行實際投資決策，優(yōu)化窗口設(shè)置為5 a，決策期間共產(chǎn)生5 a 的項目出庫方案及4 a（2026—2029 年）的項目“預(yù)出庫”方案。投資決策期間資金的折現(xiàn)率ρ=8%，電網(wǎng)基建項目的資金分配比例bk固定為35%，輸配電資產(chǎn)年折舊率η=0.01。假設(shè)電網(wǎng)公司初始輸配電資產(chǎn)為100億元，負(fù)債50億元，且最大資產(chǎn)負(fù)債率為0.5。企業(yè)第1年輸配電收入為5 億元，輸配電價為301 元／（MW·h），且后續(xù)每年度輸配電量較上一年度增長4%。

4.2 投資時序優(yōu)化方案分析

按照本文提出的電網(wǎng)規(guī)劃項目投資時序優(yōu)化模型，經(jīng)過不斷更新項目庫信息對項目庫的待出庫項目進(jìn)行滾動時序優(yōu)化，得到優(yōu)化后的項目出庫方案（記為方案1），如表1所示。方案1歸算至2021年的總投資為199 185 萬元，總收益為45 796 萬元。根據(jù)對項目進(jìn)行出庫優(yōu)先級排序的思想，將項目庫內(nèi)的各項目按年產(chǎn)出比（階段綜合效益與項目總成本的比值）從高到低的順序進(jìn)行排序，并制定項目出庫優(yōu)先順序表［3］，如附錄B 表B2 所示。以決策期間的綜合效益最高為目標(biāo)進(jìn)行優(yōu)化，各項目間的關(guān)聯(lián)關(guān)系及其他約束條件保持不變，根據(jù)傳統(tǒng)投資決策方法制定的項目出庫方案（記為方案2）如附錄B 表B3所示，方案2 歸算至2021 年的總投資為231 184 萬元，總收益為44 223 萬元。對比2 種投資方案容易發(fā)現(xiàn)，根據(jù)本文所提模型制定的方案1 在考察期內(nèi)總投資更低，卻獲得了更高的綜合效益。

表1 投資時序優(yōu)化方案（方案1）Table 1 Optimization scheme of investment time series（Scheme 1）

圖2給出了2種方案形成的投資效益演變趨勢。與傳統(tǒng)投資決策方法過分追求綜合效益快速提升不同，本文提出的投資時序優(yōu)化方法在投資期的前期舍棄了總體效益最好的項目，轉(zhuǎn)而投資經(jīng)濟(jì)效益比較好但建設(shè)工期較長的項目。

圖2 2種方案投資效益演變趨勢對比Fig.2 Comparison of evolution trend of investment benefit between two schemes

由于考慮了投資行為對投資能力的反饋作用，在方案1 中，決策中期電網(wǎng)公司將獲得較強(qiáng)的投資能力，隨著投資能力的增強(qiáng)，投資效益很快反超傳統(tǒng)投資決策方法。因此可以得出結(jié)論：應(yīng)用本文所提方法進(jìn)行項目投資安排，電網(wǎng)公司不僅在考察期內(nèi)獲得了更佳的綜合效益，未來也將會持續(xù)受益。

輸配電價改革給電網(wǎng)投資帶來的最大影響是電網(wǎng)公司的收入受到了合理的監(jiān)管，輸配電收入直接用于投資成本的回收。由于我國電網(wǎng)企業(yè)并非盈利性企業(yè)，因此本文所提模型將電網(wǎng)公司投資決策中為擴(kuò)大再生產(chǎn)的經(jīng)濟(jì)效益與反映企業(yè)社會責(zé)任的可靠性效益、環(huán)境效益解耦，以經(jīng)濟(jì)效益作為后續(xù)投資的反饋，實現(xiàn)可靠性效益與環(huán)境效益的綜合最優(yōu)，并通過優(yōu)化投資時序的方式實現(xiàn)電網(wǎng)公司良性發(fā)展。

另外需要指出的是，隨著所在地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展逐步飽和，電網(wǎng)投資需求逐漸降低，電網(wǎng)公司應(yīng)當(dāng)調(diào)整投資策略，減少基建項目投資占比，將更多的資金用于其他方面。

盡管以上方案對比的前提是項目的投資價值成效與成本保持為恒定值，但本文所提電網(wǎng)規(guī)劃項目投資時序優(yōu)化模型同樣適用于項目投資價值成效與成本發(fā)生變動的應(yīng)用場景，這也是本文方法相較于傳統(tǒng)靜態(tài)評估排序方法的優(yōu)勢所在。

5 結(jié)論

本文在分析輸配電價改革對電網(wǎng)規(guī)劃項目投資能力影響的基礎(chǔ)上，提出考慮投資能力反饋的電網(wǎng)規(guī)劃項目投資時序優(yōu)化模型，所提模型有以下特點：

1）基于單個規(guī)劃項目的投資價值成效，通過項目間的關(guān)聯(lián)關(guān)系宏觀分析投資組合方案對電網(wǎng)公司長期發(fā)展的影響；

2）充分考慮規(guī)劃項目投資價值成效的時間屬性，突出處于不同發(fā)展階段下電網(wǎng)公司投資重心變化帶來的影響；

3）考慮電網(wǎng)投資行為對投資能力的反饋作用，體現(xiàn)投資時序?qū)ν顿Y項目組合的影響。

綜上，本文所提模型可有效適應(yīng)新形勢下電網(wǎng)公司精益化投資的需要，適用于不同發(fā)展階段下省級電網(wǎng)公司的投資決策。

此外，本文提出的電網(wǎng)投資決策方法較為宏觀，對各項目自身投資價值成效方面的評估大多采用現(xiàn)有文獻(xiàn)中的研究結(jié)論，對各項目間的相互關(guān)系也僅進(jìn)行了定性考慮。因此，如何考慮多種投資價值成效的有機(jī)組合，使投資價值成效更好地為投資決策提供數(shù)據(jù)支撐，還有待進(jìn)一步研究。

附錄見本刊網(wǎng)絡(luò)版（http：//www.epae.cn）。