基于历史投资成效的配电网投资分配方法及项目优选

李科　傅光辉　田春筝　于昊正　李成

摘   要：近年来，配电网投资逐年增加，省级电网公司项目库中配电网项目个数也随之大幅增长。由于缺少量化评判标准，为了解决省公司在投资分配时，容易造成投资分配与实际投资需求出现偏差的问题，参考省级电网公司在投资分配时的流程，提出了结合历史投资成效的配电网投资迭代分配模型。首先建立配电网投资成效评价指标体系，其次依据历年投资数据，计算投资效率指数，并结合单项目的优选排序方法设定迭代分配模型的初始分配方案以及投资分配方案下的获批项目集，最后由投资效率指数计算投资成效预测值和获批项目集综合投资成效，并根据两个成效的差值迭代调整分配方案;实例分析验证了研究成果的有效性。

关键词：配电网;投资分配;投资成效;项目优选

中图分类号：TP39                                                文献标识码：A

Abstract：In recent years，the distribution network investment has increased year by year，and the number of distribution network projects in the provincial project library has also increased significantly.It is easy to cause deviations between investment allocation and actual investment demand when the provincial grid company allocates investmentwithout quantitative evaluation criteria. Referring to the process of the provincial grid company in the allocation of investment，an iterative allocation model for distribution network investment combining historical investment results is proposed. Firstly，evaluation index system for distribution network investment effectiveness is constructed. Secondly，the initial allocation scheme of the iterative allocation model and the approved project set under the investment allocation scheme is set based on project optimal selection algorithm. Finally，the difference between the investment effectiveness of the approved project set and the forecast of investment effectiveness which is calculated according to the historical investment data is used to adjustment allocation scheme iteratively. The practicality and effectiveness of the proposed model and method is verified through the analysis of a practical example.

Key words：distribution network;investment allocation;investment effectiveness;project optimal selection

近年來，配电网投资规模逐年递增，其中中压配电网（10 kV及以下）占整个配电网投资的比重也在逐年增大。配电网规模庞大，设备众多，网络结构复杂，受历史发展的影响，针对配电网建设与改造项目的评价工作推广应用的时间比较短，评价体系尚不完善。省级电网公司在对配电网投资分配流程一般是先由各地市根据实际需求以项目形式向省级公司申报，项目库中配电网项目个数庞大（特别是10 kV及以下项目），整体所需资金远超年度投资总额，省级公司对规划项目审批时，缺少量化评判标准，管理上过于依赖个人经验，筛选过程简单粗暴，容易造成投资分配与实际需求出现偏差。如何最大限度提高投资效率、发挥投资效果，成为了供电企业各级决策和管理人员非常关注的问题。

随着配电网项目投资优化理论的发展，在投资评估决策中，引入了经济、技术和安全等多个方面的因素，尽可能全面地体现出配电网项目的特性。文献[1-2]从不同的角度提出了项目优选排序的方法，但都没有考虑投资限额约束。文献[3]提出了基于项目库的项目综合决策优化方法，能在投资额度受限的情况下得出项目优选结果;文献[4]提出了投资限额约束下的电网投资组合优化模型;但文献[3-4]中并未对如何确定投资限额展开研究。文献[5]建立了电网项目投资组合的多目标决策模型，确定出各领域的投资和项目，但并未对各下属电网公司的投资进行分配。文献[6]构建了配电网投资分配模型，提出单项目的综合排序方法，并给出地市配网建设项目优选方法;文献[7]进一步完善了单项目排序过程中权值的设置，但是[6-7]中结果的优劣都取决于专家给出的指标权重。文献[8]利用历年投资数据，从后评价角度对投资效率进行了研究，但并没利用投资效率指标来优化投资分配，文献[9-10]在不同的限定条件下研究了单目标的项目规划和优选化策略。

考虑到上述不足，并参考省级电网公司在投资分配时的流程，提出结合历史投资成效的配电网投资分配模型。首先建立配电网投资成效评价指标体系，其次依据历年投资数据，建立投资成效预测模型，并提出单项目的优选排序方法，然后构建包含迭代环节的配电网投资分配模型，最后展开实例

分析。

需要指出的是，所讨论的模型及算法适用于中压配电网，下文提及的配电网均特指中压配电网。

1   配电网投资成效的测算

配电网投资成效的测算是在规划项目属性分类与投资成效评价指标建立的基础上，依据各地市历史投资成效分析，解耦不同类型项目属性与投资成效评价指标间的多对多耦合关系，从而根据不同地区发展差异性，测算在一定发展时期内某一类属性项目对于某一投资成效评价指标的投资效率指数。最终结合效率指数并依据设定的投资分配额度从宏观上预测本年度各地市在该投资额度下应取得的成效。

1.1   配电网投资成效评价指标体系

根据评价指标分级原则，参照层次分析法的基本理论，指标体系总体框架设计由2个层级构成，配电网投资成效指标的筛选要考虑同时适合对配电网整体投资成效、某类项目的投资成效和单个项目投资成效进行评价，如表1所示。

1.2   评价指标的隶属度分析

为了使指标形成统一量纲以便于评价，将指标分为正指标、逆指标和适度指标，分别采用梯形模糊隶属度函数进行拟合，利用归一化系数对各指标进行无量纲化处理。指标计算方法具体如下：

通过三种方式的处理，所有指标对应的隶属度拥有统一量纲且都为正值，且都在[0，1]区间，具备可比性。

1.3   投资成效测算

配电网投资成效的测算是从宏观上对不同属性类型项目集的投资成效进行分析，进而得到整体投资成效。

1.3.1   项目属性分类

考虑项目在电网中发挥的作用分类，将中压配网规划方案分为新（扩）建工程、改造工程两大类。其中，新（扩）建工程包括六小项：无电地区供电;满足新增负荷供电要求;解决设备重载、过载;解决“低电压”台区;变电站配套送出;分布式电源接入工程;改造工程包括四小项：解决卡脖子;消除设备安全隐患;加强网架结构;改造高损配变工程。共计两大项、十小项工程。

1.3.2   投资权重计算

配电网项目属性与项目投资成效评价指标间存在着强耦合关系，某类规划属性项目会对多个评价指标产生影响，比如变电站配套送出项目就会对电网结构和装备水平等指标产生影响;同样某类指标也可能受到不同属性项目的影响，比如10 kV线路“N-1”通过率就会受到变电站配套送出，解决设备重载、过载以及加强网架结构等属性项目的影响。

列出历年各属性类型项目投资额度V、评价指标受不同类型项目投资影响权重w以及投资成效指标改善值E的关系，求取各类属性项目对各评價指标的影响权重。

其中，Vin表示第n个年度时第i类属性项目的投资额度，Ejn表示第j个评价指标在第n个年度的改善情况，wi j为第i类属性项目对第j个评价指标的投资权重，xj1表示第j类评价指标受第i类属性项目的影响权重，r1j表示第i类项目对第j类项目的投资敏感度。

基于项目属性与规划成效评价指标间的关联识别表，针对某个评价指标改善的历史数据，建立多维多阶投资敏感度测算矩阵，依据灰色关联度分析方法，求出评价指标受与不同类型项目投资额之间的关联关系wi j与xj1，并进行归一化。进一步即可求得各类属性项目对特定评价指标改善的投资敏感度r1j。

1.3.3   投资成效预测

在不同属性项目集投资额确定的情况下，不需要针对单个项目分析，结合历史数据，就可以对投资成效做出预测，流程如下：

1）依据配电网规划成效评价指标体系，取得测算地区配电网现状年之前逐年的指标历史数据;

2）根据项目属性分类归类配电网建设改造项

目，并取得现状年之前逐年的各类属性项目投资总额 ;

3）建立项目属性分类与规划成效评价指标间

关联识别关系;

4）参考方程组（4），建立不同类型项目对历年指标改善的指标的方程，并利用灰色关联度分析法求解投资权重wi j，影响权重xj1和投资敏感度r1j。

5）依据本年度各属性项目集的计划投资额，计算各指标投资成效的预测值。

2   项目优选排序模型

省级公司参考各地市申报项目进行资金分配，需要对单个项目进行评价，从配电网投资成效指标体系中选择适合对单个项目进行评价的指标，然后对指标进行计算和评价，最后依据评价结果对项目进行优选排序。

2.1   单个项目的配电网投资成效评价指标体系

单个项目分析投资成效时，投资成效主要体现在对配电网运行状态改善的一些指标上，表1的某些指标并不合适，比如很难定量评价某个项目对综合电压合格率的影响，在表1中选取适合描述电网运行状态的指标，并综合专家意见，利用德尔菲法，给出指标权重，如表2所示。

表2单个项目投资成效评价指标体系

[一级指标 指标名称 权重 电网结构0.35 10 kv线路供电半径超限率 0.12 10 kv线路联络率 0.22 10 kv线路N-1通过率 0.22 10 kv网络接线典型化率 0.19 低压线路长度超限率 0.10 装备水平

0.28 10 kv线路电缆化率 0.41 10 kv线路架空绝缘化率 0.39 高损配变占比 0.20 供电能力

0.37 10 kV重载线路占比 0.24 10 kV过载线路占比 0.26 10 kV重载配变占比 0.24 10 kV过载配变占比 0.26 ]

2.2   优选排序方法[6]

基于单个项目投资成效评价体系，计算单个项目取得成效对应的所有指标隶属度，结合指标权重，获得评价该项目成效综合评价指数E，结合项目投资额I，得到单项目优选决策值F，将F取值排序，最后将投资限额作为约束，优先选择F值大的项目进行投资，得到项目优选结果。

其中，m和n分别对应一级指标和二级指标的个数，pj表示第j个二级指标的权重，qi表示第i个一级指标的权重，yi表示项目取得成效对应的第j个二级指标隶属度。

优选排序在省公司层面，可以在全省投资额度约束下，对省公司项目库进行排序，在额度范围内选取排序靠前的项目作为优选项目;在地市公司層面，各地市获取投资分配额度以后，也可以在地市分配额度限制下，对地市项目进行排序。地市项目集的成效综合评价指数可以由优选项目集里所有项目的成效得到。

3   配电网投资分配迭代模型

进行配电网投资分配时，考虑配电网的投资成效、配网规模、供电水平以及盈利能力，并结合地市投资成效历史数据和投资成效预测值，建立带反馈环节的配电网投资分配迭代模型，计算地市公司投资分配比例。图1给出了迭代模型的流程图，其中投资额度调整依赖于地市投资成效预测值和项目集成效测算值是否匹配。

3.1   投资分配迭代模型起点设置

投资分配迭代模型的起点设置就是要给出一个相对合理的各地市投资初步分配比例。省级电网公司对地市级电网公司投资分配比例的确定，主要考虑地市配电网发展投资需求和地市电网公司盈利能力。地市配电网的投资需求首先体现在各地市在申报项目时对申报项目成效的评价，有显著成效的项目往往对应着迫切的需求，另外配网规模（中压线路长度、配变容量）、供电水平（电网增售电量、电网增供电荷）也体现了投资需求，会对投资分配产生影响。

各地市申报项目的投资成效需要在省公司项目库进行优选排序后，转换为各地市初选项目集的成效综合评价指数作为影响因素。配电网增售电量占比、配电网增供负荷占比取下年度的预测值，中压线路长度占比和配变容量占比取本年度的现状值，占比大小由地市级供电公司对应因素取值占所有地市级供电公司取值之和的百分比，盈利能力则用净资产回报率来表征。应用德尔菲法确定各影响因素的权重，如图2。

3.2   迭代环节

各地市投资成效是由获批项目集实施得到的，期望取得的成效与投资分配往往并不完全匹配，结合各地市历年投资分配以及成效数据，在迭代过程

中预测各地市按本次分配比例在下年度应当取得的成效，并与对应分配资金约束下的申报项目里获批项目集的成效评价指数比对，根据设定的阈值，当某地市获批项目集的成效评价指数低于预测成效时，降低该地市的分配比例，反之则提高。迭代过程可以引导资金向单位投资成效高的项目集倾斜，另一方面，历年投资较多并维持投资成效较高的地市，在电网建设趋于饱和时，必然导致获批项目集不能匹配历史投资成效，从而引导资金分配，避免“马太效应”。

1）获批项目集成效计算

每进行一次迭代，都能得到各地市的投资分配比例，由投资分配比例可以计算出各地市投资额度，在投资额度约束下，通过项目的优选排序，得到获批项目集，最终参考单个项目成效评价指标体系，计算得到获批项目集综合成效指数。

2）期望成效计算

将某地市获批项目集中的项目按属性类型分类，得到该地市不同属性类型项目集的投资额度 ，根据不同属性类型项目对成效指标的提升的投资权重，预测各成效指标的提升值。由于需要与获批项目集的成效进行比较，所以期望成效的计算过程中采用的指标与单个项目成效评价指标相同。第j个指标的改善效果如下：

计算得到所有指标的改善效果，然后参照单个项目成效指数计算方法得到期望成效。

3）迭代过程

设定取值[0，1]的阈值ε，当某地市获批项目集成效（E）比期望成效（F）小，而且差值比例超过阈值范围时，减小该市的投资额度，直到差值比例进入阈值范围，当所有地市的差值比例都满足阈值要求时迭代结束。

每一次迭代都要完成一次投资额度的重新调整，调整额度的大小可根据E和F的相对差值并结合各地市投资额度计算。获批项目集的投资成效达不到预测成效时减少投资，反之增加。（1 - ε）Fi -Ei ≥ 0时，资金调整额度的参考上限由下式确定

U = ci  （7）

其中U为每次迭代调整的投资总额，m为需要降低投资地市的总数，Fi为第i个地市的期望成效，Ei为第i个地市的获批项目集成效，Ci为第i个地市的获批投资额。k为设定的步长，为避免调整过于剧烈，k不宜取得过小。U由超过期望成效的地市按地市投资额比例进行分配，分配方式由下式确定

Vi = U  （8）

其中Vi为第i个增加投资的地市获得的投资， Ci为第i个地市前次分配时的投资额，n为超过期望成效地市的个数。

当达不到期望成效的地市都满足阈值要求时迭代结束，阈值要求可根据实际需求选择，大的阈值会将投资E的变化趋势放大，但同时可能会降低单位投资效益。

4   实例分析

选取H省应用配电网投资分配迭代模型开展2019年的配电网投资分配。H省有17个地级市，2019年配电网城网计划投资金额35亿，各地市上报需求82.9亿。

4.1   初始投资分配

以X市为例，计算X市迭代模型的初始投资分配比例。

根据投资实施前后成效指标值，以及指标特征选择合适的隶属度计算函数，计算指标改善效果，结果见表3。

参照表2给出的权重指标计算X市投资成效评价指数，参照图2，计算X市的配网投资成效、配网规模、供电水平以及盈利能力评价指数，并计算投资分配比例，见表4。

4.2   项目优选排序

以X市为例，共上报项目158项，申报项目总额度为3.45亿元，初始分配额度为1.15亿元。参考表2，结合单个项目的申报额度，按照公式（5）计算所有158个项目的单项目优选决策值F，依据决策值排序结果选出94个项目，投资额度为1.149亿元。

4.3   迭代环节

迭代环节需要根据X市的历史投资数据算出各类型项目集的投资敏感度，现采用4年的历史数据如表5。

参考公式（4），根据灰色关联度分析并对多维多阶矩阵解耦各指标间多对多关系，可求得投资敏感度 ，其中i = 1，2，3，对应3类投资属性类别，r1 = 3.24，r2 = 2.73，r3 = 1.75。结果表明加强网架结构类规划项目对改善该项指标作用最为显著，其次是变电站送出和解决重过载类型的项目。

根据X市初始分配后优选排序选出的94个项目，统计其中解决重过载、变电站送出以及加强网架结构的项目投资额度，分别为0.062亿元，0.39亿元，0.67亿元。按照式（6）计算可得在此投资额度下“N-1”通过率可提升到0.783。与表3中对应指标比较，可以发现通过项目集计算的“N-1”通过率将提升到0.90，高于预测值，说明本年度地市上报项目的整体成效好于历史成效。

重复以上过程，首先计算出17个地市的初始投资分配额度以及在此额度下的优选项目集，并将优选项目集的投资额度按项目属性分类，并根据以往4年的历史数据预测初始投资分配下每个投资成效指标的提升额度，同时计算各地市优选项目集对各个投资成效指标的提升额度。

设定阈值ε = 10%，计算每个地市获批项目集成效（Ei）和期望成效（Fi），i取值为1…17，在17个地市中N市满足条件（1 - ε）Fi - Ei > 0，其中Fi为1.082，Ei为0.937，表现为期望成效远大于获批项目集成效，说明本年度N市上报项目成效不如历史成效，可以考虑降低投资额度。N市初始获批投资额度为3.36亿元，迭代过程的步长设为10，即每次迭代N市的分配额度降低0.114亿元，通过3次迭代N市满足了阈值条件，迭代终止。迭代过程让N市投资额度降低到3.01亿元，X市增加了投资达到1.16亿，优选项目集从94个增加到了96个。

5   结  论

提出了一种结合历史投资成效的配电网投资分配模型，主要包括2方面工作，（1）结合历史投资数据，给出了在已知各属性类别项目投资额度时对投资成效评价的测算方法;（2）建立了投资分配的迭代模型，最终得到各地市投资分配结果以及优选项目集。该研究工作以省电网公司在投资分配时的工作流程为出发点，一方面以较小的粒度对单个项目的进行投资成效评价，做到精细化管理;另一方面，以不同属性类别项目这种大粒度分析，发现各地市投资成效趋势的变化，实现地市间投资的再分配。

参考文献

[1]    宋伶俐，杨军，周博文，等. 一种电网基建项目辅助决策方法[J]. 电力自动化设备，2013，33（6）：64—69.

[2]    彭定武，中山电网投资优化模型及应用研究[D]. 广州：华南理工大学，2013.

[3]    葛少云，徐东星，刘洪，等.基于项目库的两阶段项目综合决策优化[J]. 电力系统保护与控制，2012，40（22）：118—128.

[4]    于滢.供电企业电网建设投资优化方法与实施方案研究[D]. 北京：华北电力大学，2009.

[5]    罗毅，李昱龙. 基于熵权法和灰色关联分析法的输电网规划方案综合决策[J]. 电网技术，2013，37（1）：77—81.

[6]    崔文婷，劉洪，杨卫红，等. 配电网投资分配及项目优选研究[J]. 中国电力，2015，48（11）：149—156.

[7]    王国权，乔琨，侯荣均，等. 配电网投资效益评价及投资项目的优选[J]，电力系统及其自动化学报，2017，29（12）：146—150.

[8]    吴争，崔文婷，龙禹，等. 配电网投资效益后评价及投资合理性分析[J]. 电力系统及其自动化学报，2016，28（12）：96—102.

[9]    周晓敏，张全，杨卫红，等. 基于可靠性边际效益的中压配电网项目优选[J]. 电网与清洁能源，2017，33（5）：24—31.

[10]  金翼，陈磊，朱明嘉，等. 考虑阶梯投资的配电网建设改造策略优选[J].电力系统及其自动化学报，2013，25（4）：133—129.