新能源大規(guī)模接入背景下的電網(wǎng)企業(yè)規(guī)劃能力綜合評(píng)價(jià)

吳洛菲

華北電力大學(xué)經(jīng)濟(jì)與管理學(xué)院

0 引言

世界經(jīng)濟(jì)飛速增長(zhǎng)，全球氣候變暖、能源危機(jī)等多種環(huán)境問題的日益凸顯，新能源發(fā)電并網(wǎng)異軍突起，為解決這些世界性難題提供了方向。為了順應(yīng)社會(huì)發(fā)展的需要，我國加快推動(dòng)能源結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型，大力發(fā)展風(fēng)電、光伏等新能源，新能源大規(guī)模接入將成為未來電網(wǎng)發(fā)展的重要趨勢(shì)，電網(wǎng)企業(yè)作為電力供應(yīng)行業(yè)的重要支柱將在其中發(fā)揮重要作用。

新能源的快速發(fā)展為電網(wǎng)企業(yè)提供了新的利潤(rùn)增長(zhǎng)點(diǎn)，但新能源所具有的間歇性、波動(dòng)性的特點(diǎn)也為企業(yè)運(yùn)營規(guī)劃帶來了新的挑戰(zhàn)。安全穩(wěn)定的電力是保證國民經(jīng)濟(jì)穩(wěn)定發(fā)展的重要基礎(chǔ)，電網(wǎng)企業(yè)作為電力供應(yīng)行業(yè)的重要支柱，承擔(dān)著維護(hù)電力安全可靠的必然使命，這就要求電網(wǎng)企業(yè)做好電網(wǎng)規(guī)劃，提高新能源與電網(wǎng)的協(xié)調(diào)發(fā)展能力。因此，在新能源大規(guī)模接入背景下，電網(wǎng)企業(yè)如何加強(qiáng)提升自身規(guī)劃能力，保障電網(wǎng)穩(wěn)定運(yùn)行是不容忽視的重要問題。為應(yīng)對(duì)新能源大規(guī)模并網(wǎng)的行業(yè)趨勢(shì)，急需對(duì)電網(wǎng)企業(yè)的規(guī)劃能力進(jìn)行合理評(píng)估，以提升企業(yè)規(guī)劃管理水平，保障電網(wǎng)安全運(yùn)行。

目前，已有許多學(xué)者針對(duì)電網(wǎng)自身的規(guī)劃管理進(jìn)行了多種角度的評(píng)價(jià)研究，這些研究主要分為兩大類，一類是從運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性、供電可靠性、環(huán)境友好性等單一角度對(duì)電網(wǎng)進(jìn)行更細(xì)化的評(píng)價(jià)，另一類是考慮多種影響因素對(duì)電網(wǎng)規(guī)劃做出的綜合性評(píng)價(jià)。

在單一角度的電網(wǎng)規(guī)劃評(píng)價(jià)中，劉洋洋[1]等通過借鑒國外學(xué)者對(duì)電網(wǎng)規(guī)劃的研究經(jīng)驗(yàn)，在對(duì)國內(nèi)電網(wǎng)規(guī)劃進(jìn)行經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)時(shí)，將電網(wǎng)投資的風(fēng)險(xiǎn)情況納入考量范圍，使得電網(wǎng)規(guī)劃經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)更具有實(shí)際意義。金正軍[2]對(duì)電網(wǎng)規(guī)劃的環(huán)境影響評(píng)價(jià)進(jìn)行了較為系統(tǒng)的研究，提出了環(huán)境影響識(shí)別的方法，建立了考慮環(huán)境影響的基于全生命周期管理的電網(wǎng)規(guī)劃模型，并在實(shí)例分析中取得了良好的效果。

在電網(wǎng)規(guī)劃的綜合性評(píng)價(jià)中，當(dāng)前的研究已經(jīng)采用了諸多評(píng)價(jià)方法開展了深入研究。王瑞蓮[3]引入熵權(quán)法確定電網(wǎng)規(guī)劃評(píng)價(jià)指標(biāo)的權(quán)重，接著從模糊一致矩陣入手對(duì)經(jīng)典模糊優(yōu)選模型進(jìn)行優(yōu)化，克服了原有模型的缺陷，使計(jì)算更為簡(jiǎn)便。趙萬里[4]將灰色關(guān)聯(lián)分析與模糊綜合評(píng)價(jià)相結(jié)合，克服了主觀確定隸屬度函數(shù)所產(chǎn)生的誤差，提高了評(píng)價(jià)的科學(xué)性與精確性。綜合評(píng)價(jià)理論的發(fā)展，也有眾多學(xué)者利用智能算法優(yōu)化傳統(tǒng)評(píng)價(jià)模型以提高評(píng)價(jià)模型的應(yīng)用范圍以及技術(shù)速度，拓寬了綜合評(píng)價(jià)領(lǐng)域的研究。王楓[5]等以特高壓電網(wǎng)為研究對(duì)象，采用遺傳算法改進(jìn)支持向量機(jī)，提高了負(fù)荷預(yù)測(cè)的精度，為湖北省特高壓電網(wǎng)規(guī)劃提供參考依據(jù)。李曉彤[6]等應(yīng)用區(qū)間理論識(shí)別電網(wǎng)規(guī)劃評(píng)價(jià)問題中的不確定因素，引入灰靶決策構(gòu)建多指標(biāo)評(píng)價(jià)模型，實(shí)現(xiàn)規(guī)劃方案有效比選。

在近年來電網(wǎng)技術(shù)日益發(fā)展的趨勢(shì)下，學(xué)者們也將電網(wǎng)規(guī)劃的研究對(duì)象從電網(wǎng)更細(xì)致地劃分到配電網(wǎng)、輸電網(wǎng)等環(huán)節(jié)進(jìn)行更具針對(duì)性的評(píng)價(jià)。羌丁建[7]等建立了針對(duì)特高壓配電網(wǎng)規(guī)劃的指標(biāo)體系，采用方案判斷矩陣進(jìn)行評(píng)價(jià)。岳云力[8]等從技術(shù)和經(jīng)濟(jì)兩個(gè)角度對(duì)輸電網(wǎng)規(guī)劃構(gòu)建評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，并引入專家群體判斷法開展輸電網(wǎng)規(guī)劃評(píng)價(jià)。

從以上研究成果可知，當(dāng)前對(duì)電網(wǎng)規(guī)劃的綜合評(píng)價(jià)多集中于電網(wǎng)本身，針對(duì)電網(wǎng)企業(yè)的規(guī)劃能力綜合評(píng)價(jià)極少。電網(wǎng)企業(yè)作為電網(wǎng)的運(yùn)營主體，優(yōu)秀的電網(wǎng)規(guī)劃能力是企業(yè)可持續(xù)發(fā)展的基礎(chǔ)，特別是現(xiàn)在企業(yè)正面臨新能源大規(guī)模接入的趨勢(shì)，企業(yè)應(yīng)加速開展對(duì)自身規(guī)劃能力的綜合評(píng)價(jià)，以提高電網(wǎng)企業(yè)的規(guī)劃管理水平，為企業(yè)未來的長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展保駕護(hù)航。

本文以電網(wǎng)企業(yè)為研究對(duì)象，結(jié)合新能源大規(guī)模接入對(duì)電網(wǎng)企業(yè)規(guī)劃帶來的多方面影響，合理選取定量指標(biāo)，構(gòu)建電網(wǎng)企業(yè)規(guī)劃能力評(píng)價(jià)指標(biāo)體系。同時(shí)，本文以組合賦權(quán)法克服以往評(píng)價(jià)指標(biāo)賦權(quán)中主觀性過強(qiáng)的缺陷，并基于建立改進(jìn)物元可拓的電網(wǎng)企業(yè)規(guī)劃能力評(píng)價(jià)模型，運(yùn)用實(shí)際算例分析了模型的可行性。本文的研究擴(kuò)大了電力行業(yè)中規(guī)劃問題的研究范圍，科學(xué)提升電網(wǎng)企業(yè)在新能源大規(guī)模接入條件下的規(guī)劃能力，為企業(yè)的合理規(guī)劃提供了參考依據(jù)，幫助企業(yè)貫徹低碳電力，提高核心競(jìng)爭(zhēng)力，實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。

1 電網(wǎng)企業(yè)規(guī)劃能力評(píng)價(jià)指標(biāo)體系構(gòu)建

電網(wǎng)企業(yè)規(guī)劃能力是電網(wǎng)企業(yè)安全穩(wěn)定運(yùn)行不可或缺的重要條件，規(guī)劃水平低下的電網(wǎng)將會(huì)影響社會(huì)生產(chǎn)和人民生活，威脅社會(huì)穩(wěn)定。因此，電網(wǎng)企業(yè)需定期對(duì)自身規(guī)劃能力進(jìn)行衡量、評(píng)估，對(duì)自身規(guī)劃水平有實(shí)時(shí)的認(rèn)識(shí)，以便采取必要的措施防范潛在風(fēng)險(xiǎn)。建立電網(wǎng)企業(yè)規(guī)劃能力評(píng)價(jià)指標(biāo)體系是進(jìn)行系統(tǒng)、全面的規(guī)劃評(píng)價(jià)的有力手段。根據(jù)資料分析及調(diào)研，本文將從電網(wǎng)安全性、運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性、新能源協(xié)調(diào)性、發(fā)展可持續(xù)性四項(xiàng)一級(jí)指標(biāo)對(duì)電網(wǎng)企業(yè)規(guī)劃能力進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，并下設(shè)21個(gè)三級(jí)指標(biāo)進(jìn)行更詳細(xì)的分析。

1）電網(wǎng)安全性

保證電力供應(yīng)安全穩(wěn)定是電網(wǎng)企業(yè)電力系統(tǒng)正常運(yùn)行的基本條件。本文從供電可靠、輸電能力、運(yùn)行效率三個(gè)角度對(duì)電網(wǎng)安全性進(jìn)行充分反映，并設(shè)置三級(jí)指標(biāo)n-1通過率、綜合電壓合格率、供電可靠率、跨省（區(qū)）輸電能力、跨省（區(qū)）交換電量、清潔能源送出、線損率、配網(wǎng)自動(dòng)化覆蓋率、變電容載比共9個(gè)。

2）運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性

電網(wǎng)企業(yè)作為電力市場(chǎng)的交易主體之一，必須保證企業(yè)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性才能使企業(yè)有堅(jiān)實(shí)的經(jīng)濟(jì)基礎(chǔ)進(jìn)行電網(wǎng)項(xiàng)目的規(guī)劃和建設(shè)。本文綜合考慮企業(yè)自身的盈利情況和對(duì)國民經(jīng)濟(jì)的貢獻(xiàn)作用，選取產(chǎn)值效益和盈利能力兩方面作為二級(jí)評(píng)價(jià)指標(biāo)，并下設(shè)三級(jí)指標(biāo)為單位GDP 能耗、GDP 直接貢獻(xiàn)率、投資報(bào)酬率、銷售收入增長(zhǎng)率。

3）新能源協(xié)調(diào)性

新能源所具有的波動(dòng)性將會(huì)對(duì)電網(wǎng)的調(diào)度協(xié)調(diào)帶來不穩(wěn)定因素，同時(shí)新能源的大規(guī)模出力還會(huì)帶來消納困難的問題，需電網(wǎng)企業(yè)予以重視。本文將新能源協(xié)調(diào)性對(duì)電網(wǎng)企業(yè)規(guī)劃能力的影響分為消納能力和規(guī)劃協(xié)調(diào)兩部分，三級(jí)指標(biāo)分別為可再生能源消納量、可再生能源消納比重、變電容量與新能源的裝機(jī)比、電網(wǎng)與新能源電源規(guī)劃協(xié)調(diào)比。

4）發(fā)展可持續(xù)性

可持續(xù)發(fā)展是電網(wǎng)企業(yè)進(jìn)行電網(wǎng)規(guī)劃的重要目標(biāo)之一，電網(wǎng)企業(yè)可通過加大科技創(chuàng)新能力、重視環(huán)保意識(shí)來提升規(guī)劃管理的水平，實(shí)現(xiàn)自身可持續(xù)發(fā)展。本文從環(huán)境友好和創(chuàng)新能力兩方面衡量電網(wǎng)企業(yè)的規(guī)劃能力，三級(jí)指標(biāo)分別為減排CO2、減排SO2、技術(shù)創(chuàng)新投入度、技術(shù)創(chuàng)新成果轉(zhuǎn)換率。

本文最終構(gòu)建電網(wǎng)企業(yè)規(guī)劃能力的三級(jí)指標(biāo)評(píng)價(jià)體系，如表1-1所示。

表1-1 電網(wǎng)企業(yè)規(guī)劃能力三級(jí)指標(biāo)評(píng)價(jià)體系

2 基于組合賦權(quán)法和改進(jìn)物元可拓的電網(wǎng)企業(yè)規(guī)劃能力評(píng)價(jià)模型

2.1 數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化處理

為減少由于指標(biāo)在計(jì)量單位、經(jīng)濟(jì)含義等方面存在的差異所產(chǎn)生的影響，需按以下公式對(duì)評(píng)價(jià)指標(biāo)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理。

對(duì)于正向指標(biāo)，標(biāo)準(zhǔn)化處理公式為

對(duì)于逆向指標(biāo)，標(biāo)準(zhǔn)化處理公式為

2.2 基于組合賦權(quán)法的指標(biāo)權(quán)重確定

本文以序關(guān)系法確定主觀權(quán)重、熵權(quán)法確定客觀權(quán)重的組合賦權(quán)方法，對(duì)電網(wǎng)企業(yè)規(guī)劃能力的各項(xiàng)指標(biāo)賦權(quán)，以減少偶然性，消除指標(biāo)權(quán)重的主觀性，更利于體現(xiàn)數(shù)據(jù)信息的有序性。

2.2.1 確定主觀權(quán)重

序關(guān)系法是一種評(píng)價(jià)計(jì)算量較低的主觀賦權(quán)法。該方法通過征詢專家意見，實(shí)現(xiàn)對(duì)電網(wǎng)企業(yè)規(guī)劃能力評(píng)價(jià)指標(biāo)進(jìn)行定性排序和定量賦值。序關(guān)系法確定主觀權(quán)重的過程如下。

1）專家排序建立序關(guān)系。邀請(qǐng)電網(wǎng)企業(yè)規(guī)劃相關(guān)領(lǐng)域的專家，根據(jù)各評(píng)價(jià)指標(biāo)重要度，對(duì)評(píng)價(jià)指標(biāo)集中的指標(biāo)進(jìn)行主觀評(píng)價(jià)，并確定評(píng)價(jià)指標(biāo)序關(guān)系：

3）評(píng)價(jià)指標(biāo)重要程度的理性賦值。根據(jù)上述確定的序關(guān)系計(jì)算出相鄰評(píng)價(jià)指標(biāo)間的重要度，并參考表2-1對(duì)進(jìn)行理性賦值。

表2-1 理性重要度的賦值參考

表2-1 理性重要度的賦值參考

rj 1.0 1.2 1.4 1.6 1.8評(píng)價(jià)指標(biāo)重要度指標(biāo)images/BZ_32_1858_1231_1940_1312.png與指標(biāo)images/BZ_32_2034_1231_2087_1312.png相同重要指標(biāo)images/BZ_32_1858_1318_1940_1399.png與指標(biāo)images/BZ_32_2034_1318_2087_1399.png稍微重要指標(biāo)images/BZ_32_1858_1404_1940_1486.png與指標(biāo)images/BZ_32_2034_1404_2087_1486.png明顯重要指標(biāo)images/BZ_32_1858_1491_1940_1573.png與指標(biāo)images/BZ_32_2034_1491_2087_1573.png特別重要指標(biāo)images/BZ_32_1858_1578_1940_1659.png與指標(biāo)images/BZ_32_2034_1578_2087_1659.png極端重要

4）評(píng)價(jià)指標(biāo)主觀賦權(quán)。當(dāng)決策者給出滿足上述條件的理性重要度時(shí)，則確定指標(biāo)的權(quán)重如下：

2.2.2 確定客觀權(quán)重

本文引入熵權(quán)法確定電網(wǎng)企業(yè)規(guī)劃能力評(píng)價(jià)指標(biāo)的客觀權(quán)重，以減少主觀賦權(quán)產(chǎn)生的偏差。熵權(quán)法是一種利用指標(biāo)變異性大小確定權(quán)重的方法。信息熵是對(duì)系統(tǒng)的無序性度量，熵值與指標(biāo)變異程度呈負(fù)相關(guān)。在決策矩陣中，表示第個(gè)方案在第個(gè)指標(biāo)屬性下的指標(biāo)值。表示第個(gè)方案在第個(gè)指標(biāo)屬性下發(fā)生的概率。

2.2.3 確定組合權(quán)重

將序關(guān)系法和熵值法分別確定的主觀及客觀權(quán)重，按如下公式計(jì)算得到組合權(quán)重，以提升各指標(biāo)權(quán)重的辨識(shí)度。

2.3 基于改進(jìn)物元可拓的電網(wǎng)企業(yè)規(guī)劃能力評(píng)價(jià)模型

物元可拓模型是物元理論與可拓理論的有機(jī)融合所形成的建模方法，對(duì)事物實(shí)現(xiàn)定性和定量的分析。該模型通過建立的維基本物元，確立各指標(biāo)的經(jīng)典域、值域和評(píng)價(jià)等級(jí)，計(jì)算各指標(biāo)的關(guān)聯(lián)度和關(guān)聯(lián)函數(shù)，最終確定評(píng)價(jià)對(duì)象所處等級(jí)。經(jīng)典物元模型在應(yīng)用中易出現(xiàn)關(guān)聯(lián)函數(shù)無意義、距離函數(shù)受指標(biāo)相對(duì)位置影響較大等缺陷，進(jìn)而影響評(píng)價(jià)結(jié)果的精確性。本文通過量化經(jīng)典域和待評(píng)物元，并計(jì)算新的距離函數(shù)和關(guān)聯(lián)度，建立改進(jìn)物元組合賦權(quán)模型，以實(shí)現(xiàn)對(duì)電網(wǎng)企業(yè)規(guī)劃能力的精準(zhǔn)評(píng)價(jià)。對(duì)組合賦權(quán)物元模型改進(jìn)過程如下。

1）確定指標(biāo)的經(jīng)典域物元Rj

4）標(biāo)準(zhǔn)化處理每個(gè)經(jīng)典域

5）標(biāo)準(zhǔn)化處理待評(píng)物元量值

8）確定電網(wǎng)企業(yè)規(guī)劃能力評(píng)價(jià)等級(jí)

得待評(píng)物元偏向相鄰等級(jí)的程度j*：

3 算例分析

本文選取A、B、C、D、E 五個(gè)省份的電網(wǎng)企業(yè)，收集規(guī)劃能力評(píng)價(jià)指標(biāo)體系中的相關(guān)資料及數(shù)據(jù)，進(jìn)行算例分析。

3.1 原始指標(biāo)預(yù)處理

根據(jù)公式（2-1）-（2-3），對(duì)指標(biāo)體系的原始數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理，結(jié)果如表3-1所示。

3.2 指標(biāo)組合權(quán)重確定

序關(guān)系法和熵權(quán)法確定運(yùn)營效益評(píng)價(jià)指標(biāo)的主、客觀權(quán)重，由公式（2-3）-（2-8）計(jì)算得規(guī)劃能力評(píng)價(jià)指標(biāo)組合權(quán)重結(jié)果如表3-2所示。

3.3 基于組合賦權(quán)法的改進(jìn)物元可拓模型

3.3.1 經(jīng)典域、節(jié)域和待評(píng)物元的確立及規(guī)格化處理

1）劃分評(píng)價(jià)等級(jí)

本文參考各省電網(wǎng)公司的指標(biāo)規(guī)范以及文獻(xiàn)，將所提出的21個(gè)指標(biāo)分為五個(gè)評(píng)價(jià)等級(jí)，分別為優(yōu)秀、良好、中等、合格、差，見表3-3。

2）確定經(jīng)典域

依據(jù)所列公式（2-9），確定電網(wǎng)企業(yè)規(guī)劃能力指標(biāo)評(píng)價(jià)等級(jí)的經(jīng)典域物元如下。 式中分別表示電網(wǎng)企業(yè)規(guī)劃能力的優(yōu)、良、中、合格、差5個(gè)等級(jí)。

3）確定節(jié)域和待評(píng)物元

表3-1 評(píng)價(jià)指標(biāo)預(yù)處理結(jié)果

表3-2 評(píng)價(jià)指標(biāo)賦權(quán)結(jié)果

表3-3 規(guī)劃能力指標(biāo)等級(jí)

4）標(biāo)準(zhǔn)化處理經(jīng)典域

利用公式（2-12）對(duì)經(jīng)典域進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理。標(biāo)準(zhǔn)化處理后的結(jié)果如下：

3.3.2 貼近度計(jì)算及評(píng)價(jià)等級(jí)的確定

1）關(guān)聯(lián)度的計(jì)算

表3-4 各待評(píng)物元對(duì)評(píng)價(jià)等級(jí)距離的計(jì)算結(jié)果

2）評(píng)價(jià)等級(jí)的確定

根據(jù)公式可確定五家電網(wǎng)企業(yè)的評(píng)價(jià)等級(jí)，如表3-5所示。

表3-5 改進(jìn)物元可拓綜合評(píng)價(jià)模型關(guān)聯(lián)度結(jié)果

由上表可知，五家電網(wǎng)企業(yè)中僅有一家企業(yè)的電網(wǎng)規(guī)劃能力達(dá)到優(yōu)秀水平，A、B兩家電網(wǎng)企業(yè)的評(píng)價(jià)等級(jí)為合格，但偏向相鄰等級(jí)的程度較大，因此偏向良好的程度更大。

4 結(jié)論

本文為了幫助電網(wǎng)企業(yè)提高新能源大規(guī)模接入條件下的企業(yè)規(guī)劃能力，從電網(wǎng)安全性、運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性、新能源協(xié)調(diào)性、發(fā)展可持續(xù)性四個(gè)方面構(gòu)建電網(wǎng)企業(yè)規(guī)劃能力評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，同時(shí)以組合賦權(quán)法實(shí)現(xiàn)指標(biāo)賦權(quán)。本文還通過物元標(biāo)準(zhǔn)化和計(jì)算新的關(guān)聯(lián)度兩種途徑對(duì)經(jīng)典物元模型進(jìn)行優(yōu)化，并利用所得到的改進(jìn)物元可拓模型對(duì)電網(wǎng)企業(yè)規(guī)劃能力進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，最后實(shí)際算例驗(yàn)證了該方法在實(shí)際應(yīng)用中的可行性。