高弹性电网精准投资指数理论及其应用研究

黄沈海，杜 超，金 显，窦金月，张黛妮

（国网浙江省电力有限公司嘉兴供电公司经济技术研究所，浙江 嘉兴 314000）

0 引言

为贯彻国网公司建设“中国特色国际领先能源互联网企业”战略，浙江公司确立了“将浙江电网建设成能源互联网形态下多元融合的高弹性电网”目标。高弹性电网是智能电网的再升级，是能源互联网的核心载体，是海量资源被唤醒、源网荷储全交互、安全效率双提升的电网，具有高承载、高互动、高自愈、高效能四大核心能力。建设高弹性电网，需要研究如何发挥电网投资的最大效能，从传统的“保安全弱经济”转变为“安全经济并驾齐驱”。因此，全面系统地掌握现有电网投资的状况，不仅是电网建设投资管控精益化和提升投资决策水平的要求，也是建设高弹性电网的基础。

现行的电网建设投资评估主要是采用传统的工程项目后评估法[1-3]，评估结果具有一定的客观性和参考价值，但是主要存在以下不足和缺陷：

1）评价指标体系不全面。仅从电网投资的经济性角度出发，将成本和收益作为评估电网建设投资状况的主要指标，而与电网本身的架构、电网安全性和可靠性联系较少。而在实际电网运营过程中，电网建设投资是保证电网持续供电、安全运行的基础，而仅从财务角度无法全面客观地评价电网投资的有效性[4-7]。虽然田粤[8]在研究中考虑了输变电工程建设的经济、社会以及技术指标，但未考虑需求侧互动关系。

2）指标体系中关键特征量无法量化。如陈云峰等[9]在对主网输变电工程进行评价时，二级指标中的“建设效果”和“可持续情况”无法定量计算，需要通过专家打分法拟定，降低了方法的可操作性。

3）目前电网投资状况的评价主要停留在判断投资等级[10-12]。庞邦凯等[13]在研究中通过采用模糊综合评价法，将电网投资优劣程度分为“优秀、良好、一般、及格、差”。同样的，郭兆蕊等[14]将电网投资效益分为“好、较好、中、较差、差”等级，未对各等级进行量化释义。而赵鹏翔、范莹等[15]虽然对电网投资的等级进行量化，但其综合系统得分未能反应出电网投资的精准程度。综上所述，目前的文献研究缺少从整体上对电网投资精准程度的定量研究，而能从量化的投资精准等级上追根溯源，找到投资精准度差异原因的研究更是寥寥无几。

为了解决上述电网投资存在的难题，同时能够满足高弹性电网建设对于精准投资的要求，本文通过归纳总结国内外相关研究成果，对已有成本进行系统梳理和深入分析，初步探讨高弹性电网投资指数研究的问题，提出了高弹性电网投资指数的定义、等级划分标准以及计算模型，并通过实例分析验证，结合实例结果，分析投资差异原因，为推进电网转型发展奠定一定基础。

1 高弹性电网投资指数理论研究

1.1 投资指数定义

投资指数是对高弹性电网下投资情况的量化，是衡量和表征被研究对象投资情况的一个数值，通过研究对象的关键特征量，经过本文所提出的投资指数模型运算获得。投资指数具有逻辑性强、量化直观的特点，可用于判断地区在高弹性电网下电网投资的合理程度，以此确定在下一年度中调整和干预的方向。该投资指数是面向地区电网，综合表征地区电网投资状态。然而高弹性电网下的电网投资是一个复杂系统、多因素相互干扰的过程，如何能够全面综合、实用客观地评价电网投资状况是电网公司面临的难题，如何量化确定投资情况也没有统一的标准和方法。在新电改形势下，未来电力市场中的竞争主体将逐步增加，对于电网投资评价在可靠性和安全性的基础上，指标体系更加兼顾电网企业的经济效益和市场竞争力。因此，从经营业绩、电网安全、服务质量以及清洁高效4 个维度来描述高弹性电网下电网投资指数。

1）经营业绩指电网公司在高弹性电网下的投资效益和投资效率的能力，即电网公司投入一定资金来满足高弹性电网建设时，电力电量的提升和电网资金的落位情况，既要避免系统容量的浪费，又要防止出现“卡脖子”现象。

2）电网安全指高弹性电网抵御重大灾害的恢复能力和事故状态前的抗干扰能力，这些能力可以保证电网供电的持续性和可靠性。

3）服务质量指电网公司开展电网业务的情况，反映电网公司在电力市场开放的情况下，市场中的占有率和服务状态。

4）清洁高效指电力终端使用电能情况和电网协调用户侧负荷的能力情况，衡量的是地区电气化程度和源荷互动程度。

1.2 投资指数计算

传统的投资评价体系只针对电网建设投资等级的判断，并未对投资等级进行量化处理，因此本文提出的高弹性电网投资指数计算模型是投资指数理论研究的核心和关键。

高弹性电网投资指数的计算过程为输入需评价的某地市电网投资的关键特征量，通过本文所提出的评价方法和计算模型，计算出投资指数，并通过投资指数所属范围确定投资等级，如图1所示。确定投资指数确定的主要计算过程包括关键特征量的计算和投资指数的计算及建模。

图1 高弹性电网投资指数评价过程

1.2.1 关键特征量

根据建设高弹性电网的要求和导向分析结果，影响电网投资指数的因素可以划分为经济因素和技术因素。经济因素主要包括经济效益、资金分配等因素；技术因素包括电网安全性、可靠性等因素。如何从庞杂的影响因素中找到影响电网投资最典型的最少关键特征量集合，是计算高弹性电网投资指数的基础，如果将所有的影响因素都囊括到评价模型中，很可能造成指数计算模型复杂化，无法落实到具体工作中。

本文吸纳建设高弹性电网的核心思想，考虑电网用户侧管理，将源荷互动指标纳入电网投资指数体系，采用科学使用的原则，通过对历年电网公司的基建工程和配电网工程投资评价体系进行归纳总结，结合国内外相关科研成果，从层次性、目的性、全面性以及可操作性原则出发，提出了能够综合描述高弹性电网投资指数的关键特征量。

高弹性电网投资指数关键特征量的筛选过程避繁就简，将筛选过的11 项关键特征量映射到4个评价维度中（经营业绩、电网安全、服务质量、清洁高效），详见表1。其中：et，et-1分别表示当年和上一年度售电量；We=et+et-1+et-2表示统计年份电网投资总量；Δe/Δe*表示地市增售电量对本省增售电量的占比；C*/C 表示地市投资完成额对本省投资完成额的占比；merp表示基建投资入账金额；mg表示基建工程批准概算金额；t 表示电网供电时间；T 表示全年用电时间；Qi表示i，i={a，b，c，d，e}类监测点合格率；le表示地市总损失电量；Se表示地市总供电量；le′表示县区总损失电量；Se′表示县区总供电量；nλ表示满足N-1 原则的元件数量；N 表示总的元件数量；qα表示电网公司业务市场占有份额；Q 表示市场业务总份额；nβ表示10 000 件供电业务中质量投诉案件数量；e 表示终端用电量；Etotal表示终端能源消费总量；vt，vt-1分别表示当年可转移负荷占比和上一年可转移负荷占比。

表1 表征高弹性电网投资状况的关键特征量

1.2.2 计算模型与方法

高弹性电网投资指数采用自下而上、逐层分解的原理进行计算，采用融合了层次分析法[16]和物元可拓理论的高弹性电网投资指数模型。评估流程如图2 所示。

图2 高弹性电网投资指数方法流程

具体步骤如下：

1）确定待评物元。

物元分析法[17-19]是将所要评价事物本体P，事物特征C 以及特征值V 相结合，用物元R 来表示，表达式如下：

式中：p={p1，p2，…，pl}表示有l 个待评方案；c1，c2，…，cn表示有n 个不同特征；v1，v2，…，vn表示其对应的值。

2）确定经典域与节域。

将评价目标分为m 个评价等级，则经典物元矩阵可以公式（2）表示，即每个评价等级中特征Cj所对应的特征值vij的取值范围为[aij，bij]，所构成的Ri成为经典物元矩阵。

节域指的是评价等级区间的全体集合，节域物元是经典域的一种特殊形式，可以表示为：

各个待评物元p 的特征值用vp1，vp2，…，vpn的取值范围为[apj，bpj]，其中，j=1，2，…，n，即为节域。

3）确定特征值权重。

采用层次分析法确定各个关键特征量的权重，ω=[ω1，ω2，…，ωn]T，其中ωi=1 且ωi≥0。

4）确定待评方案关于各投资等级的关联度。

可拓集合的核心思想是把事物之间的关系定量地表达出来，而不只是“有”和“无”，而这种定量的关系主要借助的是关联函数[13]。

关联函数是对“有”和“无”之间变化过程的定量描述，反应的是事物量变和质变的过程，其中关联函数的值域为全体实数（-∞，+∞），用关联函数表示待评事物特征关于每个等级的隶属度，用Ki（vj）表示，如公式（4）所示：

5）计算待评方案p 的关联指数η。

式中：M 表示投资等级对应的数字等级{5，4，3，2，1}；η 表示待评方案关于投资等级的隶属程度，即本文所提出的高弹性电网投资指数。

1.3 投资等级划分

高弹性电网投资指数量化了高弹性电网投资情况，不同的数值对应投资不同的等级。本文将高弹性电网投资指数的取值范围确定为（0，5]，指数值越大，所代表的投资情况越优。结合目前对电网投资的研究和各地市应用情况，提出将高弹性电网投资等级划分为精准投资、合理投资、基本合理、不当投资和缺陷投资5 个等级，并规定了每个投资等级所对应的投资指数得分区间。

1）精准投资。精准投资指数得分区间为[4，5），该等级的高弹性电网建设投资能够高效、准确地落实到高经营业绩、电网安全、服务质量和清洁高效等4 个维度，且其对应的关键特征量均能达到高标准。

2）合理投资。精准投资指数得分区间为[3，4），该等级的高弹性电网建设投资能够较为高效、较为准确地落实到高经营业绩、电网安全、服务质量和清洁高效等4 个维度，且其对应的关键特征量均能达到较高标准，虽然全部指标都达标，但部分指标出现有低于标准的趋势。

3）基本合理。精准投资指数得分区间为[2，3），该等级的高弹性电网建设投资能够较为有效地落实到高经营业绩、电网安全、服务质量和清洁高效等4 个维度，且其对应的关键特征量均能达到标准，但是部分关键特征量已接近标准限值，虽然部分指标无法满足标准要求，但对工程项目整体投资效率而言影响程度较小。

4）不当投资。精准投资指数得分区间为[1，2），该等级的高弹性电网建设投资总体上能落实到经营业绩、电网安全、服务质量和清洁高效等4 个维度，但是其对应的关键特征量值有部分不达标，对工程项目整体投资效率而言影响程度较大。

5）缺陷投资。精准投资指数得分区间为[0，1），该等级的高弹性电网的建设投资已经无法落实到经营业绩、电网安全、服务质量和清洁高效等4个维度，其对应的关键特征量严重不达标，无论是电网经济和安全都无法满足电网建设要求，综合影响程度巨大。

2 实例分析

本文分别将某省A，B，C，D，E 5 个地市的经营业绩、电网安全、服务质量、清洁低碳作为研究对象，对这4 个评价维度的关键特征量进行计算汇总，并通过本文提出的高弹性电网投资指数计算模型，计算各市所对应的投资指数，以验证投资指数计算模型的合理性和有效性。5 个地市的关键特征量如表2 所示。

表2 不同地市评价维度的关键特征值统计

2.1 数据处理

由于表征投资状态的关键特征量较多，且各个关键特征量的数量级不同，量纲差异大，直接将数据带入模型会存在较大的误差，且这些关键特征量存在效益型指标和成本型指标，为了避免由此造成的评估等级不匹配，用以下公式对统计数据进行标准化处理。

对于效益型指标无量纲化：

对于成本型指标无量纲化：

式中：vj表示归一化之后的关键特征值；表示原始关键特征值。

本文利用层次分析法确定高弹性电网下投资指数体系下各个指标的权重，通过判断一致性指标CR<0.1 确定权重矩阵的有效性，如表3、表4所示。

表3 三级指标对于二级指标的权重

表4 二级指标对于对象集的权重

表3 表示的是第三级指标对于二级指标的权重大小，经过CR 校验都符合要求，因此改组权重的判断矩阵都是符合要求的。

表4 表示的第二级指标对于对象集的权重大小，经过CR 校验都符合要求，因此该组权重的判断矩阵都是符合要求的。

该高弹性电网精准投资指数相较于现有评估方法仅判断投资优劣程度而言，不仅能更加直观地确定电网投资精准程度，同时能够定量比较相同投资等级方案的优劣差异，增加了电网投资管理的操作性和针对性。

从表5 的计算结果看，地市A 和B 投资指数分别为2.211 5 和2.516 6，均属于电网投资等级“基本合理”，虽然地市A 和B 处于相同投资等级，但ηA＜ηB，由此可以判断地市A 高弹性电网投资精准度劣于地市B。同理可知，由于ηE＜ηC＜ηD，地市D 电网投资最优，地市C 次之，而地市E 在该3 个“合理投资”地市中最次。高弹性电网投资指数评价体系下，“电网安全”依然是电网投资建设的核心，而地市A 和B 在该维度的总体指标处在较低水平，因此其高弹性电网投资指数明显小于其他3 组地市方案。另外，由于该评价体系下市场参与者与电网互动效率也占有较大比重，而地市D 在关键特征量“可转移负荷占比”具有较大优势，故在C，D，E 3 市比较中，地市D总体高弹性电网投资指数较大。

表5 各市投资指数和投资等级计算

3 投资指数应用

高弹性电网投资指数理论研究是对电网投资状况的量化描述，对电网规划、经营分析和投资策略等方面起到了借鉴和参考作用，进而高效推动高弹性电网建设和发展。

1）在电网规划方面，由于高弹性电网投资指数综合了经济指标和电网安全指标，有助于通过投资指数判断电网安全及可靠性情况，电网规划从单一目标对话转变为多远目标规划，并充分考虑用户侧负荷协调能力，提升需求侧参与电网活动的积极性，结合源荷互动指标，为接下来可能大量接入的分布式新能源提供量化的参考。再次，根据电网目前的安全情况，在预测未来电网规划时能够大大提高其可靠性和包容性。

2）在经营分析方面，依托高弹性电网精准投资指数理论，通过建立高弹性电网投资评估平台，提升电网投资指标和数据的深度和广度，不仅可以深度挖掘用户侧负荷数据，还能优化营商环境，提升用户电力获得感。电网经营管理是结合经验与专业的知识密集型工作，以高弹性电网精准投资指数理论为依据的电网经营风险管控。结合了大量的专业指标和专家经验，能够充分考虑电网投入产出情况，为电网的运行、检修提供可靠支撑，降低电网经营风险。

3）在投资策略方面，结合电网投资指数，统筹优化各项能力和需求，合理安排电网建设投资，同时充分唤醒用户侧资源，减轻电网公司投资压力，以此推动各级电网协调发展，服务能源消费优化和能源安全。在新形势下，电网投资建设已经由“高速”转变为“高质量”，而随着新能源革命的深化发展，需要将更多的目光放到配电网建设。从电力投资趋势来看，我国电网整体水平已经满足需求，但是在新能源消纳、调峰调频能力方面依然存在较大缺口。

4 结语

本文较为系统地研究了高弹性电网投资指数理论，提出了高弹性电网下电网投资指数定义、等级划分、关键特征量及高弹性电网投资指数的计算模型，通过实例分析可知，该投资指数能够对复杂的电网投资，从经营业绩、电网安全、服务质量和清洁高效多维度反映复杂电网投资情况及其投资等级，并且能量化反映电网投资的有效性，对电网规划、经营分析及投资策略具有参考价值。