電網精準投資決策建模研究

陳志梅，姚勁松，顧建明，劉晉雄，蔚 真，喬中智，趙 帥

（國網山西省電力公司，太原 030001）

一、電網投資指標體系構建

電網投資是電網規劃計劃工作中的重要一環，關系到企業可持續發展能力和電網發展質量，此外電網投資規劃還是一個復雜煩瑣的系統工作。在電網投資指標體系中，其中基本的是系統分析法與層次分析法，并由三個指標體系構成。基于電網設備的負載、損耗、電壓等運行信息，將指標主要分為三個方面：技術、經濟、社會效益。

此外，電網投資規劃是一個多目標、全過程、多維度的復雜系統工程。因此，電網投資指標體系也是一個多層次的指標體系。參考系統分析的基本理論和層次分析法，將電網投資指標體系總體框架設計分為三個層次。

（一）電網投資技術效益指標體系

根據電網設備的負載、損耗、電壓等運行信息，從電網投資技術效益考慮，建立電網投資技術效益評價指標體系。本指標體系共從四方面構建。其中，供電可靠性方面由供電可靠率、綜合電壓合格率、電網線路互聯率、容載增速比、重載設備占比、設備非計劃停電率、故障停電平均持續時間、用戶平均停電頻率指標構成；設備利用效率方面由設備無故障運行間隔、單位投資設備缺陷變化率、線路重載比率指標構成；裝備技術水平方面由設備運行年限、變壓器負載分布、配電自動化終端覆蓋率指標構成；適應性方面由輸電網N-1通過率、配電線路N-1通過率、瓶頸線路占比、變電容載比指標構成。

（二）電網投資經濟效益指標體系

根據電網的要素投入與產出水平，從投資效益和財務效益兩個角度來考慮，建立電網投資經濟效益評價指標體系如表1所示。

表1 電網投資經濟性指標體系

本指標體系共從兩方面構建。其中，投資效益方面由電網資產收入比、線損率、單位資產供電量、單位投資增供電量、單位投資增供負荷、單位電量供電成本指標構成；財務效益方面由內部收益率、投資回收年限指標構成。各指標含義和計算方法見下文。

1.投資效益

（1）電網資產收入比

電網資產收入比是電網公司的年度總銷售電價收入除以電網公司資產總量的結果，該結果直接表明固定資產所能夠帶來的收入比，可以反映出電網企業資產的利用率以及單位資產的盈利率。

（2）線損率

線損率指標是每個電力部門效率的一個重要指標。它是電網中損耗的電能比，其結果是用來考核電網系統運行的經濟性，線損率越高，則電力部門的電能消耗越多、經濟效果越差。計算公式如下：

（3）單位資產供電量

計算公式如下：

（4）單位投資增供電量

計算公式如下：

（5）單位投資增供負荷

計算公式如下：

（6）單位電量供電成本

單位電量供電成本是在一定時期內供電成本支出的比率，它會反映出每個供電單位需要花費的成本，比例越低，單位供電的成本支出越低，電網公司從投資中獲得收益的能力越高。

2.財務效益

（1）內部收益率

在財務學中，固定資產的投資回報率一般采用內部收益率（IRR）來評估，其含義是投資方案在建設和生產運行年限內各年凈現金流量的現值累計等于0時的折現率，是反映方案獲利能力的重要動態評價指標。IRR是指使方案在研究期內一系列收入和支出的現金流量凈現值為0時的折現率，即滿足下式的IRR：

式中各指標含義與凈現值公式中含義相同，IRR為所需求得的內含報酬率。

（2）投資回收時間

投資回收時間，又指投資返本時間，一般是項目的凈收益抵償全部投資（包括固定資產和流動資金）所需的時間。投資回收時間按年表示的表達是：

式中Pt為投資回收年限。

（三）電網投資社會效益指標體系

根據項目的社會效益與對社會的影響，既分析對社會的貢獻與影響，研究項目與社會的相互適應性，以揭示降低社會風險的途徑，并從項目的社會可行性方面為項目決策提供科學的分析依據。從電網投資社會效益考慮，建立電網投資社會效益評價指標體系如表2所示。

表2 電網投資社會效益指標體系

本指標體系共從三方面構建，其中投資項目先進性方面由項目示范作用、項目可持續性指標構成；對地區經濟的影響方面由是否促進經濟發展指標構成；用戶滿意度方面由政府滿意度、居民滿意度、用電企業滿意度指標構成。

二、電網投資效果評價及決策模型構建

為了達到把控電網投資節奏、合理配置電網、電網結構的完善提供決策依據的目的，本節構建了基于改進變權物元可拓模型的電網投資效果評估模型與電網投資決策模型。首先利用評估模型對已投資建設項目做出評估，從整體和長遠的角度客觀評估電網建設投資項目投資時序、投資的經濟性，并根據項目的經濟性因素進行優選；然后對所選項目群考慮風險因素，利用決策模型決定項目建設時序。

（一）基于改進變權物元可拓模型的電網投資效果評估模型

基于物元可拓模型的電網投資效果綜合評價步驟如下：

（1）確定經典域和節域；

（2）評價指標的標準化處理；

一般來說，在指標的選取過程中，會有四個指標：有最大指標、最小指標、中間指標和區間指標。如果在指標選取中同時出現4個，就需要對各種方案進行綜合評價之前，對指標進行統一。否則，不能定性地判斷綜合評價函數的評價結果，就不能選取出最好的方案指標。

為更好地對評價結果進行判斷、分析，進行評價前，需要將極小型指標都轉化為極大型指標，采用公式將極小型指標轉化為極大型指標。

（3）計算待評物元各指標與各評價等級的關聯度；

（4）通過改進變權理論確定各指標權重；

（5）計算綜合關聯度，輸出評價結果。

具體流程見圖1。

圖1 基于物元可拓模型的電網投資效果綜合評價步驟

（二）基于改進變權物元可拓模型

通過物元分析把繁瑣的問題抽象化建立模型，通過分析模型來研究出相應的應用方法。用物元分析法可以建立事物多指標性能參數的質量評價模型，可以表達評價結果，從而反映出事物綜合水平。該模型的構建分為以下步驟：

（1）確定經典域、節域和待評物元

在物元分析中所描述的事物R及其特征c和量值v組成物元 R=（N，c，v），同時把事物的名稱、特征和量值稱為物元三要素.將事物N0作為待評物元，該物元以n個特征c1，c2，Lcn及其相應的量值來 v1，v2，Lvn描述，則可以表示為：

由事物的特征及其標準量值范圍組成的物元矩陣稱為經典域，記為Rj。由經典物元加上可以轉化為經典物元的事物及其特征和此特征相應拓廣了的量值范圍組成的物元矩陣稱為節域，記為Rp。

式中，Nj表示所劃分的第j個評價等級；ci表示第i個評價指標；Xji分別為ci對應評價等級j的取值范圍，即經典域.Np表示評價等級的全體，Vpi為p關于ci的取值范圍，即p的節域，顯然Xji∈Xpi。

（2）計算待評物元關于各評價等級的關聯度

其中，

ρ（vi，Xji）、ρ（vi，Xpi）分別表示點vi與經典域區間Xji和節域區間Xpi的距.關聯度Kj（vi）實際上刻劃的是待評事物各指標關于各評價等級j的歸屬程度，相當于模糊數學中描述模糊集合的隸屬度，若Kj（vi）=maxKj（vi），j∈（1，2，K，m）則評定指標vi屬于等級j。

關聯度數值在實數軸上的大小表征了被評對象屬于某一級別的程度，物元模型的關聯度將邏輯值從模糊數學的[0，1]閉區間拓展到（-∞，+∞）實數軸后，比模糊數學的隸屬度所代表的內涵更為豐富，能揭示更多的分異信息.依據K（v）的不同取值范圍作為等級評定的依據見表3。

表3 關聯度的意義

（3）確定權重

變權理論基于因素空間提出了變權綜合模型，并給出了如下結論：設 X=（x1，x2，…xn）為因素狀態變量，W=（w1，w2，…wn）為因素常權變量，S（X）=（S1（X），S2（X），L，Sn（X））為狀態變權向量，則變權向量W（X）=（w1（X），w2（X），…，wn（X））可用W和S（X）的歸一化的阿達瑪乘積表示，即

（4）計算綜合關聯度及等級評定

待評事物關于等級j的綜合關聯度為：

式中：Kj（p）為待評事物關于各等級j的綜合關聯度，Kj（vi）為待評事物各指標對各等級的關聯度，wi為各評價指標的權系數。若Kj（p）=maxKj（p），j∈（1，2，K，m），則待評事物屬于等級j。

利用上述模型可以基于地區發展水平和電網發展水平指數、電網建設與電源協調性指標、電網建設與電力需求協調性指標、電網內部結構協調性指標、售電量增長率、資產負債率和售電量增長率情形得到電網發展與電源、電力需求、地區經濟發展之間的關系，上下電壓等級、同一電壓等級電網間的協調程度，為電網投資節奏把控、電網的合理配置、電網結構的完善提供決策依據并評估計劃投資規模的合理性。

三、電網投資決策模型構建

本報告先利用基于投資回報率的項目優化排序模型進行基于經濟性考慮的項目優選，再對所選項目群考慮風險因素，通過基于實物期權的投資決策模型決定項目建設時序。

（一）基于投資回報率的項目優化排序模型

通過計算單個項目內部收益率及單位投資，建立內部收益率和單位投資的線性分權決策模型。該模型評估已投資建設項目，從整體和長遠的角度客觀評估電網建設投資項目投資時序、投資的經濟性。

在所有的經濟評價指標中，內部收益率（IRR）是最重要的評價指標之一。投資項目各年現金流量的折現值之和為項目的凈現值，內部收益率，就是資金流入現值總額與資金流出現值總額相等、凈現值等于零時的折現率。它是一項投資渴望達到的報酬率，該指標越大越好。一般情況下，內部收益率大于等于基準收益率時，該項目是可行的。內部收益率的計算公式如下：

式中：

IRR：內部收益率；

NPV：凈現值；

CIt：第t年的現金流流入額；

COt：第t年的現金流流出額。

內部收益率是指在考慮投資成本的情況下，使未來投資產生的現金流量的現值等于貼現率。內部收益率一般被認為是項目投資的收益率，它反映的是投資效率，其結果概念清晰。

IRR的經濟含義可以理解為：如果在項目的整個生命周期中存在不可回收的投資，那么投資將在項目結束時完全回收。一般情況下，在項目及其生命周期中，項目始終處于“還款”未收回的投資狀態。因此，項目的“償付能力”完全在項目之內，因此被稱為“內部收益率”。IRR的經濟意義的另一個表達是投資的營利能力，它時沒有回收的投資的盈利率。

（二）基于實物期權的投資決策模型

1.實物期權理論

在經濟投資領域，實物期權理論一般是在金融市場上制定具體的規則，并將其納入企業內部的戰略投資決策過程，用于企業自身的經營發展。實物期權就是期權。目前，企業面臨著快速發展的國際市場環境，因此，實物期權的主要應用價值在于它能夠在企業發展過程中實現及時有效的戰略決策調整。

一般對于每個企業來說，它可以結合特定的投資機制實現對自身實物期權的有效管理和操作，同時在過程中為企業的發展創造特定的價值。運用實物期權理論，通過運用動態管理機制，可以實現電網投資收益的最大化。

實物期權理論是從對企業價值的更準確的評價中提出的。其中，期權的理論內涵具體地融入了企業發展和應用的全過程，而實物期權理論的制定和頒布是一個獨立的經濟體系。在其期權理論中，有多種選擇情況，如轉移期權、遞延期權等。同時，在這個理論中，它對于投資決策行為有更大的自主性與主動性，能夠更好地為企業投資服務。

2.實物期權模型

實物期權的基本模型有兩種：B-S模型和二叉樹模型。由于二叉樹模型較B-S模型有形象直觀、計算簡單且具有適應性廣的優點，本報告使用二叉樹模型來進行投資決策。

二叉樹定價模型假設資產價值S只能上升或下降，在整個周期內，上漲的概率為p，幅度為前一個節點的u倍，下降的概率為1-p，幅度為前一個節點的d倍；然后將該周期劃分為幾個區間，每個區間跨度為，再根據資產價值的上升和下降情況得到所有可能的發展路徑，接著計算每個節點的資產價值；最后通過計算每個節點的選出值最大的節點，再將該值折現得到的則為該種期權的期權價值。二叉樹模型實質上是證券價格連續時間模型的離散形式，它是在每一期將出現兩種可能性的假設下構建的現金流量或某種價格波動的模型，也是一種簡單易行的期權估價模型。

電網投資項目的定價模型以二叉樹模型為基礎，根據電網投資項目的特點，將上述金融期權的參數實物期權化，構建電網投資項目實物期權價值評價模型，模型中涉及參數的含義和取值如下。

（1）模型中的常規參數，如項目價值上升比例u、項目價值下降比例d和項目價值上升概率p。

（2）無風險利率Rf，它是投資者將資金投資于政府債券等類似于無風險等級的債券所能獲得的收益率。

（3）項目初始標的資產價值V0，它是項目現金流入現值，通過對未來項目的凈現金流折現獲得。

（4）項目執行價格X，是項目的啟動成本和日常運行成本之和，即項目的投資金額。可根據現有的可比價格及其未來的發展趨勢做出估計。

（5）項目價值波動率?，此參數一般有三個方法被使用：

1）在一般的市場中，我們尋找具有相同項目的上市公司，利用公司市值的歷史數據來計算近似項目價值的波動性。

2）分析項目中可能出現的不確定性，利用蒙特卡羅模擬項目價值的波動，計算預期收益，并用其標準差來表示波動性。

3）假設項目中的產品是影響基礎資產的最重要方面，項目價值的波動可以用產品價格多年來的波動來表示。

（6）項目折現率K。

利用實物期權模型，考慮投資的風險，采用期權價值指標對電網投資項目的經濟性進行評價，利于降低投資風險。

四、結論

本文主要從電網投資的特點出發，充分利用所搜集的資料，基于源網菏構建了電網投資指標體系，并介紹了評價指標體系理論基礎。電網投資指標體系主要包括技術效益指標體系、經濟效益指標體系、社會效益指標體系3個子指標體系，從而可以全面詳細地掌握電力系統的設備規模、運行特性等情況，并為電網投資的評價工作提供可靠的理論依據與體系支撐。

本文還建立了電網投資效果評估模型、投資決策模型以及投資收益評估模型，通過基于改進變權物元可拓模型的電網投資效果評估模型對電網投資項目進行綜合評估，評估計劃投資規模的合理性，建立電網項目預備庫；再通過電網投資決策模型，從有效降低項目風險的角度出發，確定項目的建設時序。這就可以為電網投資節奏把控、電網的合理配置、電網結構的完善提供決策依據。