配电自动化试点工程效益评估

2014-02-14刘艳茹刘海波杨卫红张红斌

电力建设 2014年4期

刘艳茹，刘海波，杨卫红，张红斌

(国网北京经济技术研究院，北京市100052)

0 引言

配电自动化［1］是坚强智能电网建设的重要组成部分，是进一步改善配电网供电质量，提高供电可靠性的关键手段;是优化资源配置，提高设备利用率，进一步开发利用清洁能源的必要措施;是加强和完善配电网管理，提高管理效率的重要途径。为有效支撑智能电网建设，积累实践经验，探索推广价值，国家电网公司确定北京城区、浙江杭州、福建厦门和宁夏银川为第1 批配电自动化试点城市［2］。

基于配电自动化试点工程，开展配电自动化工程效益评估研究，对进一步总结国家电网公司配电自动化试点工程建设取得的经验和成效［3］，推进扩大配电网建设改造与管理提升工作具有重要意义。文献［4-5］对配电自动化工程的经济和社会效益进行了定性分析，但未给出具体量化方法。本文运用全寿命周期管理理念，对第1 批配电自动化试点工程全寿命周期产生的经济效益和社会效益进行系统量化分析和评估，建立配电自动化工程效益评估模型，以客观反映配电自动化建设项目的经济性，为今后扩大工程建设提供依据和参考。

1 配电自动化效益评估方法

为合理反映配电自动化建设带来的经济效益，本文运用全寿命周期管理理论，采用投入产出比作为试点工程效益的评估指标，并通过敏感性分析对配电自动化效益的影响因素进行分析。

1.1 全寿命周期成本

运用全寿命周期管理［6］理论，对配电自动化试点工程进行经济效益和社会效益评估。全寿命周期成本［7］分析是从设备/项目的长期经济效益出发，全面考虑设备/项目或系统的规划、设计、制造、购置、安装、运行、维修、改造、更新，直至报废的全过程，使全寿命周期成本(life cycle cost，LCC)最小的一种分析理念和方法。其核心内容是对设备/项目或系统的全寿命周期成本进行分析，并进行决策。

全寿命周期成本方法在工程管理中应用的基础模型框架为

式中:CI 为初次投入成本;CO 为运行成本;CF 为故障损失成本(惩罚成本);CD 为设备退役处置成本。其中，电脑、通信主站系统等电子式智能化设备的全寿命周期按8 ～10 a 考虑，主要一次设备按25 ～30 a 考虑。

1.2 投入产出分析

本文采用投入产出比［8］作为配电自动化试点工程效益评估指标。投入产出比是指项目全部投资与运行寿命期内产出的增加值总和之比。

为合理确定工程建设的投入及产出，借助全寿命周期管理理念确定项目的全寿命周期成本，即为投入;全寿命周期经济效益，即为产出;投入产出比计算公式为

式中:R 为投入产出比;K 为全寿命周期成本;IN 为全寿命周期经济效益。R 值越大，工程的经济性越好。

1.3 敏感性分析

敏感性分析是投资项目的经济评估中常用的一种研究不确定性的方法。按照所考虑因素的数目多少，敏感性分析［9］可分为单因素敏感性分析和多因素敏感性分析2 种，其中单因素敏感性分析方法的步骤如下。

1.3.1 确定分析指标

敏感性分析的对象就是各个经济效益评估指标，如投入产出比、净现值、内部收益率等。

1.3.2 选择需要分析的不确定性因素

选择影响项目效益评估指标的主要影响因素，如项目总投资、建设年限、经营成本、产品价格等。选择因素时主要考虑以下2个方面:

1)预计这些因素在其可能的变化范围内对经济评价指标的影响较大;

2)这些因素本身发生变化的可能性较大。

1.3.3 计算各不确定性因素对经济效果评价指标的影响程度

对选定的需要进行分析的不确定性因素，按照一定的变化幅度(如5%、10%、20%等)改变其数值，计算各因素变动导致效益评估指标变动的数量结果。

2 配电自动化投资分析

配电自动化投资主要包括主站系统及功能建设、现场自动化设备投资和通信网投资，不考虑一次网架及设备改造投资。配电自动化运行还有一定的运维费用，主要包括配电自动化主站、终端、通信等运维成本。综上所述，配电自动化全寿命周期成本主要包括系统投资和运费，其计算公式为

式中:K投资为配电自动化建设投资;K运维为配电自动化年运维费用;Y 为配电自动化全寿命周期。

3 配电自动化经济效益分析

配电自动化企业经济效益主要包括节约企业成本和增加企业经济效益2个部分。

3.1 节约企业成本

3.1.1 降低运行维护成本

(1)节约日常现场操作成本。

配电自动化的建设实现了配电网设备信息的采集与监控，大部分负荷测量和开关倒闸操作等工作都不再依赖于现场进行，可以减少出车次数及相应的车辆、工具等配备和开支。配电自动化年节约日常现场操作成本计算公式为

式中:M负荷量测为单条线路开展负荷量测的平均成本;N负荷量测为年开展负荷量测次数;X 为配电自动化覆盖线路条数。

(2)减少故障现场检测成本。

试点工程开发馈线故障处理功能实现故障的快速定位与隔离，改变传统的现场排查故障检测模式，有效缩短故障检测时间，减少人工故障检测的车辆、工器具等支出。配电自动化年减少故障现场检测成本计算公式为

式中:M故障检测为每次故障检测成本;N故障检测为年配电自动化减少故障检测次数。

(3)节省日常运维人力成本。

大部分负荷测量、开关倒闸操作、故障检测等大量的现场工作可通过配电自动化系统完成，所需的现场一次设备运维人员可进一步精简，减少相关运行操作人员的人力成本支出。配电自动化年节省日常运维人力成本计算公式为

式中:M运维为运维人员年人力成本;N实施前为配电自动化实施前运维人员数量;N实施后为配电自动化实施后运维人员数量。

综上所述，配电自动化建设后降低运行维护成本主要包括节约日常现场操作成本、减少故障现场检测成本、节省日常运维人力成本，其计算公式为

3.1.2 降低线路损耗

实施配电自动化后，可以优化运行方式，使线路损耗降至最低，通过配电自动化在线理论线损分析，结合与用户集抄、需求侧管理、营销管理系统等信息交互，针对性解决高线损线路问题。且随着配电自动化的实施，调控一体化模式的实践，配电网运行管理效率提升，线损将逐步下降，电能损耗有效控制。同时，对线路进行实时监测后，可以及时发现窃电行为，使窃电的可能性大大降低，提高线损管理水平，切实降低线损率。配电自动化年降损效益计算公式为

式中:L 为配电自动化建设后降低的线损率;Q 为配电自动化试点工程覆盖区域年供电电量;P 为销售电价。

3.1.3 提高设备利用率

通过配电SCADA 功能实现电网设备温度、绝缘水平、安全裕度等电网参数实时监测，在保证安全的前提下可合理增加电网传输功率，提高系统容量利用率。通过试点工程的实施以及潮流计算、负荷转供、经济运行等配电自动化高级功能的后续开发应用，进一步优化潮流分布和配变、线路负荷，将提高配变及线路负载率，一次设备利用率水平也将得到改善，有效减轻重、过载问题，压缩备用容量，缓解电网投资建设的压力。

3.2 增加企业经济效益

配电自动化试点工程的实施，一方面提升了配电网的综合管理水平，加强停电管理，实现计划停电安排的科学性和协调性，有效避免重复停电。另一方面，配电自动化改变了传统的故障处理模式，减少故障处理时间。常规配电网中线路上任一处故障就可能导致整条线路跳闸。通过配电自动化试点工程的建设，实现馈线故障处理，可以迅速定位故障点，隔离非故障区域，有效控制故障范围和时间。同时，配电自动化设备的使用将大大提高倒闸操作的效率，减少由于停送操作引起的无谓停电，提高供电可靠率。配电自动化年提高可靠性增收电量效益计算公式为

式中R 为配电自动化建设后提高的供电可靠率。

3.3 配电自动化经济效益

综上所述，配电自动化全寿命周期效益主要包括降低配电网运行维护成本、提高配电网可靠性增售电量效益、降损效益和配电自动化设备残值，其计算公式为

式中:IN残值为配电自动化工程设备寿命周期后的剩余价值，一般取投资值的5%。

4 配电自动化社会效益分析

配电自动化社会效益主要包括提高供电质量、拉动经济和节能减排。

4.1 提高供电质量

配电自动化提高了对配网故障的反应速度，可快速切除故障，并恢复非故障区域的供电;通过提高电网正常的施工、检修和抢修工作效率，减少了故障机会及故障停电时间;通过对电网的实时监视，及时发现、处理故障隐患，提高了设备运行的可靠性。通过试点工程的建设，进一步提高供电可靠率，减少停电时间，提高了政府和社会对供电企业的满意率。

4.2 拉动经济

配电自动化试点区域一般位于市区中心，是商业、政治、经济活动的中心，重要负荷密集，故障停电对于高精仪器、电子芯片、银行、医院等重要用户，可能造成重大经济损失，人身伤亡甚至重大政治影响。实现配电自动化后，可以提高供电可靠性，大大改善电能质量和用电服务，避免了工商业用户的损失，从而产生一定的经济效益。

可靠性和供电质量的提高，促进了家用电器的发展，增加了全社会用电量和人均用电量，促进了人民生活水平提高和经济社会发展。

式中P度电产值为1 kW·h 电产生的经济效益。

4.3 节能减排

配电自动化的实施有助于实现分布式电源并网和利用，通过相关保护控制的自适应和系统接口的标准化，实现分布式电源的即插即用和优化调度，能够最大限度地实现资源优化配置，提高能源利用率。

4.4 配电自动化全社会效益

通过分析配电自动化建设带来的社会效益和企业效益，就可得到配电自动化带来的全社会经济效益，其计算公式如下

5 全寿命投入产出分析

根据上述配电自动化效益模型的分析，本文以北京、杭州、厦门、银川4个配电自动化试点工程为例，进行经济和社会效益评估，计算各试点工程企业投入产出比和社会投入产出比，并进行敏感性分析。

5.1 企业投入产出分析

配电自动化试点工程主站系统及终端、二次设备主要构成是电子产品，其全寿命周期Y 按10 a 考虑。根据式(3)可以估算4个试点工程的全寿命周期成本如表1 所示。

表1 试点工程全寿命周期成本Tab.1 Life cycle costs of pilot projects 万元

结合式(10)配电自动化经济效益计算方法，根据式(4)、(5)、(6)、(8)、(9)、(11)计算各项效益，4个试点工程的全寿命周期效益计算结果如表2 所示。

表2 试点工程全寿命周期效益Tab.2 Life-cycle benefits of pilot projects 万元

根据全寿命周期成本和效益，结合式(2)计算，配电自动化试点工程的投入产出比如表3 所示。

表3 试点工程企业投入产出比分析Tab.3 Input-output ratio of pilot projects

可见，仅考虑试点单位的经济效益，厦门试点工程投入产出比最高，为0.56;其次是北京，为0.44;银川和杭州投入产出比较低，分别为0.39 和0.28。厦门和北京试点配电网规模较大，配电自动化实施对减员增效的预期效果显著，降损产生的经济效益也比较明显，因此投入产出比较高。银川和杭州试点区域公用网规模较小，配电自动化对于提高可靠性增售电量和节省损耗的经济效益相对一般，因此投入产出比偏低。

5.2 全社会投入产出分析

综合配电自动化拉动经济增长产生的社会效益，根据式(13)计算全社会效益，其全社会投入产出比如表4 所示。

表4 试点工程全社会投入产出比分析Tab.4 Whole society input-output ratio of pilot projects

可见，若考虑试点工程提高供电可靠率对社会的贡献，则试点工程效益显著，除了杭州，其他试点工程投入产出比均大于1.0。

5.3 敏感性分析

5.3.1 设备价格

配电自动化系统全面推广后，模块化开发技术提高，系统研发成本得到分摊，主站价格将适当下降。预测随着技术的成熟和生产技术水平的提高，批量生产后，设备生产成本将下降5% ～10%。按配电自动化投资下降10%考虑，计算配电自动化的全寿命周期成本及投入产出比如表5 所示。

由表5 可见，随着生产成本降低，设备价格下降，自动化设备终端投资减少，试点工程的企业投入产出比都随之提高，配电自动化的经济性日益显现。

表5 设备价格波动对投入产出比的影响Tab.5 Influence of equipment price fluctuations on input-output ratio

5.3.2 一次电网建设投资

配电自动化可以优化经济运行水平，改善轻载、重载情况，提高设备利用效率，节省一次电网建设投资。韩国实践经验表明，配电自动化可将线路最大负载率平均值从60%提高到80%。

结合试点工程线路负载分布情况，考虑在满足安全运行要求下合理提高设备利用率，将线路平均负载率提高3个百分点的情况下，分析配电自动化节省一次电网建设投资效益。

式中:ξ 为节省投资系数;K总为试点区域整体一次电网建设投资。其中，以节省投资系数可用提高负载率后节省的新增电网容量比来计算，计算公式为

式中:μ1为目前负载率情况下新增电网容量;μ2为负载率提高后新增电网容量。

以北京试点区域为例，目前负载率为37%，设负荷年均增速为6%，当前电网容量为1，若维持目前负载率不变，按照一次设备折旧年限30 a 计算，满足30 a 负荷增长需求的电网容量应达到5.74，新增电网容量μ1为4.74;若负载率提高3个百分点，即负载率为40%，则满足30 a 负荷增长需求的电网容量应达到5.31，新增电网容量μ2为4.31。则根据式(15)可以得出节省投资系数ξ 为0.091。

根据各试点区域平均每年1次配电网新扩建投资情况，在配电自动化系统全寿命周期10 a 中，延缓电网建设累计节省投资情况如表6 所示。

表6 考虑设备利用率提高对投入产出比的影响Tab.6 Influence of improvement of equipment utilization fluctuations on input-output ratio

由表6 可以看出，若配电自动化将线路平均负载率提高3个百分点，则试点工程的投入产出比大幅度提高。可见，配电自动化在提高设备利用率、节省一次电网建设投资方面具有较好的效益。

表7 投入产出比敏感性分析Tab.7 Sensitivity analysis of input-output ratio

表7 为投入产出比敏感性分析。由表7 可以看出，同时考虑设备价格下降和负载率提高2个因素，配电自动化试点工程投入产出比有明显提高。随着配电自动化推广和系统经济运行功能的完全发挥，设备价格下降，网架结构的完善以及相应调控模式的成熟运用，配电自动化提高设备利用率，推迟一次电网建设的效益将逐步体现，配电自动化的经济性将日益显著。