兼容需求側綜合資源的輸配電容量規劃項目評價研究

薛萬磊，趙龍，張杰，曾鳴，李春雪

(1.國網山東省電力公司經濟技術研究院，濟南市 250001； 2.華北電力大學經濟與管理學院，北京市 102206)

(1. Economic Research Institute of State Grid Shandong Electric Power Company, Jinan 250001, China;2. School of Economics and Management, North China Electric Power University, Beijing 102206, China)

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兼容需求側綜合資源的輸配電容量規劃項目評價研究

薛萬磊1，趙龍1，張杰1，曾鳴2，李春雪2

(1.國網山東省電力公司經濟技術研究院，濟南市 250001； 2.華北電力大學經濟與管理學院，北京市 102206)

為了使輸配電規劃容量與用戶實際用電負荷相符，提高電網設備利用率及輸配電容量規劃項目的科學性與合理性，首先構建了考慮需求側綜合資源的新型輸配電容量規劃項目評價指標體系，將需求側資源對用戶實際用電負荷的影響納入規劃項目評價范圍，從項目投資、項目規劃、需求側綜合資源3個方面對輸配電容量規劃項目進行分析評價。其次構建了基于灰色關聯度TOPSIS法的輸配電容量規劃項目評價模型。最后，將華北某省3個輸配電容量規劃項目實際數據，代入模型進行實證分析來證明模型的有效性，計算結果準確、科學，能夠為輸配電容量規劃項目提供數據支撐與決策支持。

需求側綜合資源；輸配電容量規劃；灰色關聯度；TOPSIS法

0 引 言

近年來，隨著用電需求的不斷增長，用戶用電行為不斷變化，我國傳統的輸配電容量規劃項目評價方法已經難以與新的內外部環境變化相兼容。一方面，客戶用電需求持續旺盛，報裝容量越來越大，但是有限的變電站建設資源難以滿足日益增長的輸配電擴容需求[1]。另一方面，對用戶進行輸配電擴容后，其實際負荷運行卻與報裝容量不符，這種情況降低了電網設備利用率，造成投資浪費。造成上述問題的主要原因是在規劃項目的評價階段未能充分考慮各類需求側資源對用戶用電需求及用電行為的影響，從而使輸配電擴容、規劃與用戶實際用電負荷不符[2]。因此將需求側資源與輸配電容量規劃相結合，提高規劃項目評價結果的科學性與合理性，已經成為近年來國內外相關領域的研究重點。

目前國內外相關研究中，將需求側資源與輸配電容量規劃相結合的文獻較少。文獻[3]基于指標選取原則分析了輸電項目對外部環境的影響要素，選取代表性指標并引入改進熵權逼近理想解的排序方法(TOPSIS)評價了輸電項目對外部環境的影響，為電網建設項目投資提供決策依據。文獻[4]考慮了輸電規劃分銷網絡的布局，提出一種混合整數非線性規劃的方法，并通過算例驗證了模型的有效性。文獻[5]針對分布式能源投資效益分別從社會、經濟和環境效益3方面構建了分布式電源投資效益綜合評價指標體系，結合TOPSIS法和灰色關聯度建立了分布式電源投資效益評價模型，通過對比相對貼近度評價項目的優劣。文獻[6]提出了考慮需求側響應的含風電場的輸電系統兩層規劃模型，采用粒子群算法和原對偶內點法相結合的混合算法對所構造的優化模型進行求解。文獻[7]將用戶用電需求的變化考慮進輸電系統規劃中，提出了一種基于多目標進化策略的輸電網規劃方法。文獻[8]綜合考慮了風電機組出力的不確定性，建立了風電出力估算模型，并在輸電規劃目標函數中引入需求側響應成本，建立了基于需求側響應機制的輸電規劃模型。文獻[9]對比分析了常規輸電網規劃方案與考慮緊急需求側響應的輸電網規劃方案，并采用熵權TOPSIS法求解各個評價指標的權重系數，對2種規劃方法得到的規劃方案進行計算分析。文獻[10]將電網運行可靠性評價、多種輸配電規劃的敏感影響因素納入到測算范圍中，提出了一種以帕累托最優為基礎的綜合輸電擴張規劃方法。文獻[11]提出了基于尖峰電價的需求響應模型，并以用戶的空調負荷為基礎進行實證分析，顯著地降低了用戶的用能成本。

從目前國內外相關研究來看，有關輸配電容量規劃項目評價方面的研究主要集中于技術研究、經濟效益分析等方面，并未充分考慮需求側資源對用戶用電行為與用電習慣的綜合影響，這是造成當前輸配電容量規劃與用戶實際用電負荷不符的主要原因之一。因此，本文將需求側綜合資源納入規劃項目評價范圍，首先將需求側資源對用戶用電負荷的影響納入評價指標體系中，從項目投資、項目規劃、綜合需求側資源3個方面構建輸配電容量規劃評價指標體系，其次構建基于灰色關聯度TOPSIS方法的評價模型，最后通過實證分析，在考慮需求側資源綜合影響的情況下，對華北某省的3個輸配電容量規劃項目進行分析評價，證明該模型的有效性與合理性，同時為輸配電容量規劃提供新的思路與方法。

1 指標體系構建

本文的指標體系主要包含3部分：傳統輸配電容量規劃項目評價所包含的項目投資、項目規劃指標與反映需求側資源對用戶用電行為、用電習慣影響程度的綜合需求側資源指標。

項目投資部分的指標主要包括變電工程總投資、輸電工程總投資、光通信工程總投資、財務凈現值、內部收益率、投資回收期。該部分指標主要由財務指標入手，從項目投資總額、投資效益方面對輸配電容量規劃項目進行評價。

項目規劃部分的指標主要包括線損率、每萬元電網資產運行維護成本、單位投資增供電量、單位變電容量供電量4個指標構成。該部分指標主要從項目的實施效果角度入手對規劃項目進行評價。

綜合需求側資源部分的指標主要包括容載比、平均日負荷率、能效類資源作用下最大負荷減少量、負荷類資源作用下最大負荷減少量4個指標構成。根據需求側資源對用戶用電行為的影響效果，將需求側資源分為能效類資源與負荷類資源2類。能效類資源是指通過提高用電效率從而達到降低用電量及負荷水平的需求側資源，其能夠降低用戶的用電量，使用戶負荷曲線整體降低。而負荷類資源是指用戶通過減少用電或者改變用電時間、用電習慣，從而實現系統最大負荷降低或者最大負荷時間轉移的需求側資源，該類資源將改變用戶負荷曲線的形狀。該部分指標主要反映各類綜合需求側資源對用戶實際用電負荷的影響，結合容載比增加值、平均日負荷率增加值指標，分析輸配電容量規劃項目與用戶實際用電負荷的貼合度。容載比增加值是指在項目實施一段時間后該地區容載比的增加值，容載比是某一供電區內變電設備總容量與供電區最大負荷之比，反映變電設備利用情況，平均日負荷率是平均負荷與最大負荷之比，其值越小，對輸配電擴容的需求就越高。本文所建的指標體系如表1所示。

2 灰色關聯度TOPSIS評價模型構建

2.1 指標標準化與指標權重確定

由于不同指標在輸配電項目評價中的作用不同，因此對評價結果的影響程度存在差異，因此本文將采用熵權法進行指標賦權，以得到更為精確，更為科學合理的評價結果。

表1 輸配電容量規劃項目評價指標

Table 1 Evaluation index for transmission and distribution capacity planning

(1)構建風險評價指標矩陣。設需要對m個項目進行風險投資評價，評價指標共有n個，則評價指標矩陣A如公式(1)所示。對指標進行分類，指標數值越大越好的指標為正向指標，指標數值越小越好的指標為負向指標。設負向指標為x，則取其倒數1/x折算為正向指標后計算。

(1)

(2)進行指標標準化。

(2)

(3)計算第i個項目下第j個評價指標的比重pij。

(3)

(4)計算指標j的熵值cj。

(4)

式中h=1/lnm。

(5)對于給定的cj越大，指標評價值的差異性就越小，則指標在風險評價中的作用就越小，因此定義差異系數為dj=1-cj，則當dj越大時，該指標越重要。

(6)因此可以求得指標j的熵權wj為

(5)

2.2 灰色關聯度TOPSIS評價模型的建立

針對輸配電容量規劃特點，根據項目評價要求，本文采用灰色關聯度TOPSIS風險評價模型進行輸配電容量規劃項目評價。

灰色關聯度方法屬于幾何處理方法的范疇，實質是反映各因素變化特性的數據序列進行的幾何比較，用于度量不同因素之間的關聯程度。TOPSIS方法是一種多目標決策方法。該方法的基本思路是定義決策問題的理想解和負理想解，然后在多個評價項目中找到一個與理想解距離最近的評價項目，即最佳項目。本文將兩者相結合，根據每個項目投資樣本與最優樣本點之間的距離來評價該項目的風險情況。

灰色關聯度TOPSIS風險評價步驟如下：

(1)構造經過熵權法加權的指標矩陣Z。

(6)

式中zij=wjfij。

(2)確定理想解與負理想解。理想解用z+表示，負理想解用z-表示，則有：

(7)

(8)

(3)計算每個項目綜合評價值到理想點之間的距離，用d表示。

(9)

(10)

(11)

(12)

(5)求各項目指標值到理想解與負理想解之間的最大差值與最小差值。

(13)

(14)

(6)計算各項目與理想解與負理想解之間的關聯度，分辨系數ρ一般取0.5。

(15)

則各項目數據與理想解之間的關聯度為

(16)

同理可得：

(17)

則各項目數據與負理想解之間的關聯度為

(18)

(7)對TOPSIS方法計算結果與灰色關聯度方法計算結果進行無量綱化處理：

(19)

(20)

(21)

式中：e1，e2的取值按決策者的偏好設定，e1+e2=1，這里設定為e1=e2=0.5。

(9)則該項目的綜合貼近度為

(22)

U的值越小，則項目與理想解越遠，越靠近負理想解，則項目與用戶實際用電負荷偏差較大，項目實施效果就越差；U取值越大，則項目與理想解越貼近，與負理想解越遠，項目與用戶實際用電負荷就越貼近，項目實施效果就越好。

3 實證分析

本文以我國華北某省的3個輸配電容量規劃項目為評價對象，將項目實施的具體數據代入模型進行測算，根據測算結果分析各項目效益的高低。3個輸配電容量規劃項目的實證數據如表2所示。

表2 輸配電容量規劃項目實證數據

Table 2 Data of transmission and distribution capacity planning projects

通過指標標準化與指標權重計算后，可得各指標權重為：wj=(0.085，0.084，0.083, 0.052，0.064，0.067，0.073，0.084，0.065，0.072，0.064，0.081，0.062，0.064 )，將權重代入標準化后的指標矩陣，可得指標數據，如表3所示。

表3 標準化賦權后指標數據

Table 3 Index data after normalization and weight calculation

根據TOPSIS方法與灰色關聯度方法計算所得各項目綜合指標評價值與正理想點與負理想點之間的距離如表4所示。

表4 計算結果

Table 4 Calculation results

對計算結果進行無量綱化處理，并由公式(20)和公式(21)計算可得3個規劃項目與正理想點與負理想點之間的距離，如表5所示。

表5 規劃項目與正理想點與負理想點之間的距離

Table 5 Distance between planning scheme and positive points, negative points

由公式(22)可求得，項目A、B、C的綜合指標評價值為0.551 1，0.512 7，0.434 1，從綜合距離上看項目C與正理想點距離最小、負理想點最遠，因此與3個項目各個指標的最優點最靠近，是綜合最優的方案。A與正理想點距離最大、與負理想點最小，這說明A項目與各指標最優點最遠，反而離最差點較近，因此A項目綜合效益最差。綜上所述，項目C最佳，B次之，項目A最差。

4 結 論

(1)本文構建了兼容需求側綜合資源的輸配電容量規劃項目評價指標體系，與傳統評價指標體系相比，該指標體系能充分反映需求側綜合資源對用戶用電負荷的影響，從而使規劃項目與用戶實際用電負荷更為貼近。

(2)本文構建了基于灰色關聯度TOPSIS方法的輸配電容量規劃項目評價模型，通過實證分析證明了該模型的科學性與合理性，能夠指導輸配電容量規劃評價得出客觀、符合實際的評價結論。

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(編輯:張小飛)

Evaluation of Transmission and Distribution Capacity Planning with Considering Comprehensive Demand-Side Resources

XUE Wanlei1, ZHAO Long1, ZHANG Jie1, ZENG Ming2, LI Chunxue2

To match users’ actual electricity load with transmission and distribution capacity planning, and improve the utilization efficiency of grid equipments as well as the scientific nature and rationality of transmission and distribution capacity planning projects, this paper first built the evaluation index system for new transmission and distribution capacity planning projects with considering the comprehensive demand-side resources. The impact of demand-side integrated resources on users’ actual electrical load was included in the evaluation system of planning projects in order to evaluate the planning projects from three aspects: project investment, project planning and comprehensive demand-side resources. Second, this paper built the evaluation model for transmission and distribution capacity planning projects based on gray correlation and TOPSIS method. Finally, the effectiveness of this model was verified through the actual data of three transmission and distribution capacity planning projects in a province of North China. The results show that the calculation of this model is accurate and scientific, which can provide data support and decision suggestion for transmission and distribution capacity planning projects.

comprehensive demand-side resource; transmission and distribution capacity planning; gray correlation degree; TOPSIS method

國家自然科學基金項目(71271082)。

(1. Economic Research Institute of State Grid Shandong Electric Power Company, Jinan 250001, China;2. School of Economics and Management, North China Electric Power University, Beijing 102206, China)

TM 744

A

1000-7229(2015)04-0016-05

10.3969/j.issn.1000-7229.2015.04.003

2014-10-25

2015-01-10

薛萬磊(1978)，男，高級工程師，主要從事能源電力經濟研究工作；

趙龍(1977)，男，高級工程師，主要從事電力系統規劃研究工作；

張杰(1982)，男，高級工程師，主要從事電力系統規劃究工作；

曾鳴(1957)，男，教授，博士生導師，主要從事電力市場與技術經濟研究工作；

李春雪(1991)，女，碩士研究生，研究方向為電力技術經濟。

Project Supported by National Natural Science Foundation of China(NSFC)(71271082).