电网基建项目精准投资评估体系及策略优化研究

杨 敏，赵 楠，芦 政，赵 敏，陈 丹，全璐瑶

(1.国网冀北电力有限公司经济技术研究院，北京 100070)(2.国网冀北电力有限公司张家口供电公司，河北 张家口 075000)

电网基建项目属于典型的国家基础建设项目，是服务国计民生的基建服务项目。而我国的国家基础建设项目采用民生需求驱动的投资战略方针，而非经济效益驱动的投资战略方针，因此传统的基于经济效益的投资评估体系在电网基建项目中难以得到有效应用[1]。但单纯评价社会效益无法保障投资执行阶段的企业化运作，因此在输电线路评价模型中引入复合评价模型，整合需求热力图法、需求矢量图法、带补贴的经济效益评价法等对电网基建项目精准投资评估体系进行优化研究，以求得到更贴近项目实际表现的评估体系[2]。

1 个案基本情况

某市为5县2区2开发区的行政布局，该市电网公司下辖500 kV变电站4座、220 kV变电站12座、110 kV变电站31座、35 kV变电站162座，10 kV回路已经完全实现了全拉手-环形回路布局，属于智能电网建设较先进的城市电网公司。2018年，该市农用电负荷占比约22.4%，工业电负荷占比约57.3%，当前该市电网公司正加大推进基于乡村振兴战略和新农村建设规划的电网农网建设。

2019年2月，该市拟在下辖某县乡镇中规划一座35 kV新建变电站，电源来自本县2座110 kV变电站和临县1座220 kV变电站的35 kV回路。含电源回路在内，该项目计划投资2.6亿元，服务面积内涵盖乡镇3个，覆盖人口12.4万人，基于民生视角下人均投资2 096.77元。该项目选址方案共有3个，分别位于该3个乡镇核心街道周边。

采用上述复合评价模型，分别采用需求热力图法、需求矢量图法、带补贴的经济效益评价法等3种方法对该项目作出投资评估，并比较评估结果[3]。

需求热力图法指将评价区域内的截面用电负荷进行数据投影，用电负荷最大的区域评价为1，用电负荷最小的区域评价为0，在时域区间内累加多个评价截面，最终得到不同区域的用电热度。需求热力图法可以直观反映出一个区域的实际用电负荷在考察区域内的实际占比。在投资评估过程中，并非热力图评价得分较低的区域才具有投资适应性，该结果需要与需求矢量图法联合使用才可以得到合理的适用结果,即在一个区域内热力图评价得分较低但矢量图指向性较强的区域，可以得到较高的投资评估结果[4]。

需求矢量法通过在评价区域内分析各条线路在评价截面内的负荷流量，按照时域区间上输电负荷矢量进行带矢量累加数据，从而评价评估区域内的用电矢量状态，进而判断该区域内是否存在用电不均衡现象[5]。

上述2种评价方法为基于民生需求和社会效益的评价方法。而带补贴的经济效益评价方法，是在传统经济效益评价方法的基础上，将基于民生的政府补贴单独计入收入项，从而得出补贴前后的经济效益差异。

2 需求热力图法评估过程及结果

首先，在一定时间周期内获得该区域的截面负荷数据，即在指定时间点上，观察相关区域的实际负荷P,Q值[6]。

在此基础上，对P,Q值分别取minmax结果，如式(1)所示：

(1)

式中：FPj(i)和FQj(i)分别为P值和Q值经过minmax线性重投影提取后的结果；Pi,Qi分别为时间截面上第i个考察区域内的有功负荷和无功负荷；Pmin,Qmin分别为该考察时间截面上所有考察区域内的有功负荷最小值和无功负荷最小值；Pmax,Qmax分别为该考察时间截面上所有考察区域内的有功负荷最大值和无功负荷最大值。

在该评估过程中，将辖区内所有10 kV变电所中10 kV线路的计量结果列为计量考察目标。假定每小时考察一次上述热力图截面数据分布情况，即每天考察24次截面数据，每周考察168次截面数据，每年考察8 760次截面数据。对一般用电区域的用电负荷波动周期来说，用电负荷波动周期分为伴随居民生活作息规律的日周期和周周期以及伴随季节驱动的用电负荷周期变化的年周期。季节驱动指数据沿时序周期性变化过程中，因变量变化周期与季节周期吻合度较高的数据，认为该数据受到季节相关因子驱动。与上述季节驱动概念相关的时序周期驱动概念，包括日驱动、周驱动、月驱动、年驱动等。对当日数据进行累加后，可以平衡日周期对电力负荷变动的影响，同理，也可以对周周期和年周期进行累加，以平衡相应的周期影响[7]。

其累加方式采用算数平均数法，以防止因为累加大量数据导致峰值过高的情况，详见公式(2)：

(2)

式中：F∑P(i,j)为第i个观察区域内所有与观察区域i相关的j时间点上的P值算数平均值；F∑Q(i,j)为第i个观察区域内所有与观察区域i相关的j时间点上的Q值算数平均值；N1为第i个观察区域的考察周期数，分别令N1=24、168、8 760，用于平衡不同用电周期对负荷评价结果的影响；N为所有N1的累加值；B为区域内需要考察的节点数。

因为上述计算方式，不同考察节点在不同上级区域内的热力值结果有较大差异，如乡镇A在所属全县、所属市乡镇区域、所属市全境等区域的热力值表达结果不同，所以对不同上级区域进行热力值综合统计，可得到相应结果。本文以该市电网整体架构为上级地区，考察3个被评估乡镇，得到的评价结果见表1。

表1 热力图法评价结果表(F因子)

由表1可知，该市城乡用电负荷差距较大，且该县用电负荷热力占比在全市中仍未达到1.000以上，即其无法达到全市平均水平，而评估中3个乡镇的用电负荷量，不仅在该县中处于落后地位，同时还落后于全市的市属乡镇区域的用电负荷量。其中，落后程度最大的是乡镇B。由此可知，单纯使用热力图法进行评价时，乡镇B的农电建设需求更为强烈。

3 需求矢量图法评估过程及结果

需求矢量图主要用于考察用电负荷的整体走向。高压负荷以110 kV变电站输出电能为矢量，即35 kV变电站中来自110 kV变电站的输入矢量；低压负荷为35 kV变电站的输出矢量，指向所有相关的10 kV用电点。矢量方向为电力GIS(geographic information system for electric power system)中相关变电站的节点中心点坐标连线方向[8]。

110 kV输出的线路多为专线布局，即110 kV线路分别向多个35 kV变电站供电，而35 kV变电站的电源回路却是来自多个110 kV变电站的35 kV输出线路。因此对35 kV回路的矢量化相对简单，只需要将对应的35 kV回路对应到等效回路中即可。而10 kV线路一般采用拉手回路或者环形回路，即多个35 kV变电站同时向多个10 kV变电接入设备进行供电，此时需要根据多个回路的实际负荷进行加权分解。其绝对值部分如式(3)所示：

(3)

将考察区域内的35 kV回路矢量和10 kV回路矢量采用矢量相加法进行累加，可以得到区域内的35 kV回路总矢量和10 kV回路总矢量。根据新建线路的电源回路矢量的35 kV矢量和以及其规划10 kV用电回路总矢量，将其与建设前的对应矢量进行矢量加法运算，计算区域内10 kV回路总矢量和35 kV回路总矢量的偏移量，进而采用公式(4)对其进行需求矢量评价。

(4)

式中：Δθ,ΔF分别为矢量叠加后的方向偏差和绝对值偏差；A，B分别为角度偏差和绝对值偏差的评价权重参数；ε1为评价指标的最终截距调整系数。

3套方案的需求矢量图法最终评价结果见表2。

表2 矢量图法评价结果表(N因子)

表2中，选址在乡镇B的方案B的35 kV矢量影响略小于其他2套方案，10 kV矢量影响显著小于其他2套方案。根据前文分析可知，该指标为逆向分布非线性指标，指标越小，表示方案与用电负荷供电方向的差异越小。由此可知，方案B最符合当前的用电负荷供电方向需求。

4 经济评价法的评估过程及结果

经济评价法是最传统的投资评估方法，但在电力、铁路、通信等投资领域的应用较少。经济评价方法依赖于以项目造价和经济效益估计为载体的项目专项审计。因为电力基础设施的投资过程，将股权投资和项目投资转化为固定资产，在任何基建项目投资中均无本质差别，所以该评估的本质是基于现金流量的经济效益评估[9]。

受到篇幅限制，本文不进行具体审计方法相关公式的分析演算，单纯将相关政策补贴并入经营活动现金流量(方案A)产生的利润或将其剔除(方案B)产生的利润，计算该现金流量与电网公司在该县产生的总利润的比值S，计算公式如下：

(5)

(6)

式中：Pi为变电站供电的第i个用户的电能表读数；α为输电线路的平均每kW·h电能的输电收益；N4为变电站供应的所有用户数量。α有2种计量方式，其中方案A为实际输电收益与补贴输电利润之和，方案B为仅计算实际输电利润。

使用该方法对2套方案进行评价，结果见表3。

表3 经济评价法评价结果表(S因子)

表3中，虽然方案B中3套方案建成初期均可能拉低该电网公司在该县的利润，但其利润影响比例在逐年缩小；而方案A中，因为在10年补贴期内，公司依靠项目补贴可以获得一定利润，且补贴后的内部倾向性资金应用可以使该S因子大于1.000，但其最终评价结果与方案B基本类似。10年内该项目可能导致的局部利润下滑小于2%，在能获得上述社会效益的情况下，该投资结果可以被经济评价法认同；同时考察到2套方案的S因子仅有微弱差距，且乡镇B的方案略有优势，所以该评价方法也同样认为乡镇B的方案更有优势。

5 复合模型的评估过程及最终评价结果

对热力图法得到的F因子、矢量图法得到的NS因子和经济评价法得到的S因子，分别求取算数平均数，其中逆相关因子NS采用倒数法计入该模型，以累乘法得到最终评价因子W[10]，其计算公式如下：

(7)

式中：ζ为公式斜率修正因子；F为文中热力图法获得的因子；N5为文中考察范围内需求矢量图法得到的因子；ε2为公式截距修正因子。ζ与ε2等修正因子的作用是将比较方案的最大值修正为1.000，最小值修正为0.000，并将其他方案按照等比投影法则在该区间内进行投影。

最终3套方案的评价结果为[0.152,1.000,0.000]，选址在乡镇B的方案B最有投资优势。

6 结束语

传统的投资评估方式以经济效益评估为主，国家级基础设施建设投资评估方式则以社会效益评估为主，本文提出的评估模型充分兼顾经济效益评估和社会效益评估，使用包含社会效益评估以及经济评价法的加权累乘因子复合模型评估法，其方案筛选结果与单纯社会效益评估筛选结果一致。由此可知,本文提出的评估方案更适合同时兼顾经济效益和社会效益的电网基础设施投资评估需求。