CN106786549A - 一种基于智能配电网成本效益模型的综合效益分析法 - Google Patents

一种基于智能配电网成本效益模型的综合效益分析法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种基于智能配电网成本效益模型的综合效益分析法，包括选择智能配电网设备资产的构成，匹配智能电网资产可实现的功能或作用；根据系统模块的内部运作机制和外部市场机制对智能配电网进行成本效益分析；采用经济评价方法对效益进行评价；结合对智能配电网各组成元素的功能和效益进行量化分析的基础上，全面考虑智能配电网的线性和隐形的投资效益，构建智能配电网的成本效益模型，建立基于智能配电网成本效益模型的综合效益分析评价方法。实施本发明，全面评估智能配电网的经济效益和环境效益，将成本效益全面量化，测算示范工程的投资收益率，为电网企业推广智能配电网工程提供重要的决策参考。

Description

一种基于智能配电网成本效益模型的综合效益分析法
技术领域
本发明涉及智能电网综合效益分析技术领域，尤其涉及一种基于智能配电网成本效益模型的综合效益分析法。
背景技术
作为智能电网项目可持续发展和商业化推广的现实基础，微电网、主动配电网和能源互联网等智能电网技术得到国家政策的大力支持，其技术和设备日趋成熟。然而，当前国内外围绕具有普适性的智能电网项目评估指标体系和效益评估方法缺少从智能电网经济效益方面、投资及成本分析或环境节能减排等综合效益的考虑，难以给出不同技术和设备构成各自对智能配电网项目整体效益的影响程度。
目前，国内外学者对智能电网项目评估指标体系和效益评估方法开展了广泛研究。针对智能电网的技术先进性以及发展效果的综合评估指标体系初步框架；从发电环节、电网环节、用电环节和其他经济效益对智能电网经济效益进行识别的评价指标体系；从投资、运行、维护成本和设备寿命等电网运营绩效，以及电力需求等两方面分析智能电网的投资建设对电网企业的影响等体系和方法先后被提出，但仅从可靠性、经济型等宏观指标评价智能配电网项目的效益，在理论研究方面存在不足，脱离工程实际。
发明内容
本发明实施例所要解决的技术问题在于，提供一种基于智能配电网成本效益模型的综合效益分析法，全面评估智能配电网的经济效益和环境效益，将成本效益全面量化，测算示范工程的投资收益率，为电网企业推广智能配电网工程提供重要的决策参考。
为了解决上述问题，本发明提供一种基于智能配电网成本效益模型的综合效益分析法，所述方法包括：
S1、选择智能配电网设备资产的构成，并对所选智能配电网设备资产的构成进行归类，得到至少一与所选智能配电网设备资产相匹配的智能系统模块，且进一步确定所述得到的每一个智能系统模块实现的功能或作用；
S2、根据所述确定的每一个智能系统模块实现的功能或作用，筛选出与每一智能系统模块相匹配的内部运作机制和外部市场机制，并根据所筛选的内部运作机制和外部市场机制，对智能配电网进行效益分析；
S3、采用预设的评价指标对所述效益分析后的智能配电网进行效益评价；
S4、结合对智能配电网各组成元素的功能和效益进行量化分析的基础上，全面考虑智能配电网的线性和隐形的投资效益，构建智能配电网的成本效益模型，建立基于智能配电网成本效益模型的综合效益分析评价方法。
其中，所述步骤S1中“智能配电网设备资产的构成”包括：智能配电一体化终端、OS2配网主站、负荷管理终端、光纤线路、线路局放检测终端、智能电表、采集器、集中器和计量自动化主站。
其中，所述步骤S1中“至少一与所选智能配电网设备资产相匹配的智能系统模块”包括：面对网架结构用于优化电网运行方式的配电网优化运行与故障自愈系统、面对分布式能源用于优化电源经济运行的分布式能源协调调度系统、面对用户用于精确测量以及需求侧响应的AMI系统和面对设备用于提高设备与系统运行可靠性的配电网运行状态感知系统。
其中，所述配电网优化运行与故障自愈系统可实现网架经济化重构和不停电故障隔离功能，降低网损和减少缺供电量；所述分布式能源协调调度系统可实现电网并网经济运行优化管理功能，降低购电成本、节省输配电投资和减少污染物排放；所述AMI系统可实现低压集抄、需求侧响应和提前发现设备故障功能，降低运维费用、节省输配电投资和节省设备更换投资；所述配电网运行状态感知系统可实现提前发现设备故障功能，节省设备更换投资和降低运维费用。
其中，所述步骤S2中“对智能配电网进行效益分析”通过采用成本测算模型和/或效益测算模型来实现。
其中，所述效益测算模型由节省设备更换投资、降低运维费用、降低网损效益、减少缺供电量损失、降低购供电成本、节省输配电建设投资、环保效益之中其一种或多种组合形成。
其中，所述步骤S3中的“预设的评价指标”包括净现值、内部收益率和投资回收期。
实施本发明实施例，具有如下有益效果：
1、本发明智能电网综合效益评价方法在对智能配电网各组成元素的功能和效益进行量化分析的基础上，全面考虑了智能配电网的显性和隐性的投资收益。根据智能电网项目内采用的资产、功能和效益，以及相应的量化成本，对项目整体的综合效益成本进行评价；
2、本发明一方面根据智能电网项目的实际情况进行针对性评价，另一方面对不同收益方的成本效益分开核算，便于建立合理。克服了传统方法中由于采用固定的资产、功能和影响列表，而无法因特定项目的差异而进行针对性评价的不足。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的基于智能配电网成本效益模型的综合效益分析法的流程图；
图2为本发明实施例提供的基于智能配电网成本效益模型的综合效益分析法中智能配电网资产功能效益图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步地详细描述。
如图1所示，为本发明实施例中，提供的一种基于智能配电网成本效益模型的综合效益分析法，所述方法包括：
步骤S1、选择智能配电网设备资产的构成，并对所选智能配电网设备资产的构成进行归类，得到至少一与所选智能配电网设备资产相匹配的智能系统模块，且进一步确定所述得到的每一个智能系统模块实现的功能或作用；
具体过程为，如图2所示，智能配电网设备资产的构成包括智能配电一体化终端、OS2配网主站、负荷管理终端、光纤线路、线路局放检测终端、智能电表、采集器、集中器和计量自动化主站等。
选取智能配电网中的设备资产构成，并对其归类。相较于传统电网，所选智能配电网设备资产延展了以下全部或部分的智能系统模块：①面对网架结构用于优化电网运行方式的配电网优化运行与故障自愈系统；②面对分布式能源用于优化电源经济运行的分布式能源协调调度系统；③面对用户用于精确测量以及需求侧响应的AMI系统；④面对设备用于提高设备与系统运行可靠性的配电网运行状态感知系统。
上述智能系统模块匹配相应可实现的功能：①配电网优化运行与故障自愈系统可实现网架经济化重构和不停电故障隔离功能，降低网损和减少缺供电量；②分布式能源协调调度系统可实现电网并网经济运行优化管理功能，降低购电成本、节省输配电投资和减少污染物排放；③AMI系统可实现低压集抄、需求侧响应和提前发现设备故障功能，降低运维费用、节省输配电投资和节省设备更换投资；④配电网运行状态感知系统可实现提前发现设备故障功能，节省设备更换投资和降低运维费用。
步骤S2、根据所述确定的每一个智能系统模块实现的功能或作用，筛选出与每一智能系统模块相匹配的内部运作机制和外部市场机制，并根据所筛选的内部运作机制和外部市场机制，对智能配电网进行效益分析；
具体过程为，对智能配电网进行效益分析通过采用成本测算模型和/或效益测算模型来实现，具体如下：
1)成本测算模型
采用增量效益评价方法，对应的成本分析考虑智能配电网相对于传统配电网的增量投资部分，主要包括投资和运维费用。
式中，C表示智能配电网示范工程全生命周期内成本。TC表示智能配电网总投资，包括建安费，设备购置及软件购置费，其他费用。Im表示运维费费率，运维费包括材料费、修理费、工资福利费及其他费用。Is表示残值率，i0表示基准收益率。
2)效益测算模型，且该效益测算模型由节省设备更换投资、降低运维费用、降低网损效益、减少缺供电量损失、降低购供电成本、节省输配电建设投资、环保效益之中其一种或多种组合形成。
(1)节省设备更换投资
智能电网一方面在合理规划电网的基础上，利用先进的信息化集成平台，实现设备状态的在线监测，并适时引入状态检修，从而优化设备运行模式，延长设备寿命。另一方面通过配电网运行状态感知系统，可有效减少设备的故障发生率，减少故障设备的更换投资。
式中，RAC表示年度节省的设备更换投资，TACj表示j类设备总投资，t0表示系统优化前设备使用年限，t1表示优化后设备使用年限。ΔP(s)为第s类设备预计出现故障的概率降低值，为发现隐患的第s类设备的数量，为第s类设备的更换成本。
(2)降低运维费用
一方面，智能电网AMI的低压集抄系统可实现智能抄表，能有效降低人力，车辆，耗材等人工抄表的成本，另一方面，配电网状态感知系统可利用智能配电一体化终端提前发现运行隐患，减少检修人员费用，降低设备的故障发生率，减少故障设备的维修费。
式中，RMR为年度降低运维费用，ΔQy为减少第y类抄表和检修消耗的资源数量，Cy为第y类资源的单位成本。消耗资源包括人力，车辆，耗材等；ΔP(s)为第s类设备预计出现故障的概率降低值，为发现隐患的第s类设备的数量，为第s类设备的维修成本。
(3)降低网损效益
智能电网中配电网优化运行与故障自愈系统中利用OS2主站进行网架的经济化重构，能有效降低网损。
RL＝pbuy×Qbuy×ΔLoss (4)
式中，RL为降低网损效益，pbuy为平均购电价格，Qbuy为购电量，ΔLoss为网损率降低值。
(4)减少缺供电量损失
智能电网利用断路器实现不停电的故障隔离，能有效减少停电时间及停电次数。减少缺供电损失可分为减少社会停电损失和电网停电损失。
a)减少社会停电损失
社会停电损失即包括停电导致生产中断引发的损失，也包括停电后重新启动期间不能生产出来的部分正常产值，在计算停电损失时需设置一定的惩罚系数以更加真实的反映停电损失。
式中，RS为年度减少社会停电损失，ω为设定的倍数，ΔQ为预计减少的年度缺供电量，EPU为单位GDP电耗。
b)减少电网停电损失
式中，RG为年度减少电网停电损失，ΔQ为预计减少的年度缺供电量，ptrans为输配电价，δ为线损率，ploss为线损电价。
(5)降低购供电成本
由于智能电网中可再生能源可就近并网，由于可再生能源上网补贴，购电价相比常规火电存在差异，可能节省供购电成本。
式中，RB为降低购供电成本，为智能电网建设前第i类电源购电价格，为智能电网建设前第i类电源购电量，为智能电网建设后第j类电源购电价格，为智能电网建设后第j类电源购电量。
(6)节省输配电建设投资类
智能电网节省设备更换投资包括以下两方面：一、通过可再生能源就近并网，延缓变电站的投资建设，二、利用AMI系统通过需求侧响应削峰填谷，平滑负荷曲线，有效延缓配网网的建设投资。
RT＝[(ΔLoadre+ΔLoadde)×RCL]×Ctrans (8)
式中，RT为年度节省输变电投资，ΔLoadre可再生能源就近并网装机带来负荷降低值,ΔLoadde为需求侧响应带来的最大负荷降低值，RCL为供电区域容载比，Ctrans为单位负荷成本。
(7)环保效益
智能配电网中可再生能源就近并网发电，能减少煤炭使用和污染物排放，可根据污染物的环境价值以及可再生能源的发电量估算项目环保效益。
式中，分别为CO2、SOX、NOX和颗粒物(TSP)的环保效益，Qclean为智能电网协调调度的风电、太阳能光伏等清洁能源并网电量，V为污染物的排放价值。分别为传统煤电CO2、SOX、NOX和颗粒物(TSP)的排放率。
步骤S3、采用预设的评价指标对所述效益分析后的智能配电网进行效益评价；
具体过程为，根据上述步骤对智能配电网的成本和收益的量化方法，具体分析智能电网所要投入的资金成本，以及这部分资金的投入对终端用户、电网公司和售电商等利益相关方带来的总体效益，评价智能电网项目的综合效益情况。评价指标主要采用净现值、内部收益率和投资回收期三个主要指标。
(1)内部收益率(IRR)，指评价时点以前实际发生的年净现金流量和评价时点以后预测的寿命期内各年净现金流量累计现值为零时的折现率，是反映项目实际盈利能力的主要动态指标。
式中，CI为现金流入，CO为现金流出，(CI-CO)t表示第t年的净现金流量，n为计算期。IRR>基准收益率，则项目达到预期收益。
(2)净现值(NPV)，指按基准收益率作为折现率计算的项目寿命期内净现金流量的现值之和，是反映项目实际盈利能力的动态指标。
式中，CI为现金流入，CO为现金流出，n为计算期，ic表示设定的折现率(基准收益率)。NPV≥0,则项目达到预期收益；
(3)投资回收期(Pt)，指以项目净收益抵偿全部建设费用所需要的时间，是反映项目投资回收能力的重要指标。投资回收期分为静态投资回收期和动态投资回收期两种，为简化计算量，本项目选取静态投资回收期计算。
(累计净现金流量开始出现正值的年份-1)+上年累计净现金流量绝对值/当年净现金流量，静态投资回收期≤行业基准投资回收期，项目可行。
步骤S4、结合对智能配电网各组成元素的功能和效益进行量化分析的基础上，全面考虑智能配电网的线性和隐形的投资效益，构建智能配电网的成本效益模型，建立基于智能配电网成本效益模型的综合效益分析评价方法。
以某智能配电网第二期示范工程投资为例，对本发明的基于智能配电网成本效益模型的综合效益分析评价方法的具体流程进行说明：
实施例的示范工程负荷20MW，年供电量为72000MWh，2014-2015年深圳湾二期智能电网示范工程建设的固定资产投资共1044万元。智能电网建成后，预计线损率由2.87％下降到2.21％，达到某区十三五末预测值，停电时间由48分钟/户下降至2.4分钟/户；增加低压集抄600户，光伏年发电量260.939MWh，其余投资测算参数见下表1。
表1
第一步、选择智能配电网设备资产的构成，示范工程包含以下系统软件及平台：标准化智能配电房及一体化终端一套、配电网设备全维度监测系统1套、智能巡检移动化应用平台1套、全资源协调优化调度系统1套、云平台的用户能效服务系统、多功能智能配网终端2套以及用户智能交互终端及智能配用电双向互动平台软件1套。将其匹配智能电网资产可实现的功能或作用的智能系统模块；
第二步、根据系统模块的内部运作机制和外部市场机制对智能配电网进行成本效益分析：
利用式(1)-(9)统计深圳湾智能电网年度效益值，具体如下表2所示，由表中数据可知，智能配电网项目能显著节省配电网投资和设备更换投资，网损的降低效益也较显著。
表2
单位：万元
根据7％的电力行业基准参数，综合考虑环保效益，减少停电损失等社会效益，示范工程的全投资内部收益率为7.62％，基本达到基准收益率水平。剔除环保效益和社会效益，以电网公司为评价主体，项目的内部收益率仅为5.59％。示范工程中智能电网投资均为电网公司承担，电网公司部分经济效益转移至环保效益和社会效益。
第三步、采用经济评价方法对效益进行评价：利用式(10)和式(11)，以及投资回收期的计算方法，求解深圳湾二期智能电网项目的内部收益率(IRR)，净现值(NPV)和投资回收期(Pt)，具体如下表3所示。
表3
该智能电网项目投资主要为设备购置以及软件费用，随着示范工程的推广，设备价格存在进一步下降的预期，后续推广工程投资将进一步压缩，项目效益将进一步提升。由于智能电网可平滑负荷曲线，减少停电时间，因此负荷规模越大，延缓电网投资以及停电损失的效益较显著。随着用电负荷的加大，项目效益也将进一步提升。
第四步、结合对智能配电网各组成元素的功能和效益进行量化分析的基础上，全面考虑智能配电网的线性和隐形的投资效益，构建智能配电网的成本效益模型，建立基于智能配电网成本效益模型的综合效益分析评价方法。
实施本发明实施例，具有如下有益效果：
1、本发明智能电网综合效益评价方法在对智能配电网各组成元素的功能和效益进行量化分析的基础上，全面考虑了智能配电网的显性和隐性的投资收益。根据智能电网项目内采用的资产、功能和效益，以及相应的量化成本，对项目整体的综合效益成本进行评价；
2、本发明一方面根据智能电网项目的实际情况进行针对性评价，另一方面对不同收益方的成本效益分开核算，便于建立合理。克服了传统方法中由于采用固定的资产、功能和影响列表，而无法因特定项目的差异而进行针对性评价的不足。
本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可以存储于一计算机可读取存储介质中，所述的存储介质，如ROM/RAM、磁盘、光盘等。
以上所揭露的仅为本发明一种较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明权利要求所作的等同变化，仍属本发明所涵盖的范围。

Claims (7)

1.一种基于智能配电网成本效益模型的综合效益分析法，其特征在于，所述方法包括：
S1、选择智能配电网设备资产的构成，并对所选智能配电网设备资产的构成进行归类，得到至少一与所选智能配电网设备资产相匹配的智能系统模块，且进一步确定所述得到的每一个智能系统模块实现的功能或作用；
S2、根据所述确定的每一个智能系统模块实现的功能或作用，筛选出与每一智能系统模块相匹配的内部运作机制和外部市场机制，并根据所筛选的内部运作机制和外部市场机制，对智能配电网进行效益分析；
S3、采用预设的评价指标对所述效益分析后的智能配电网进行效益评价；
S4、结合对智能配电网各组成元素的功能和效益进行量化分析的基础上，全面考虑智能配电网的线性和隐形的投资效益，构建智能配电网的成本效益模型，建立基于智能配电网成本效益模型的综合效益分析评价方法。
2.如权利要求1所述的基于智能配电网成本效益模型的综合效益分析法，其特征在于，所述步骤S1中“智能配电网设备资产的构成”包括：智能配电一体化终端、OS2配网主站、负荷管理终端、光纤线路、线路局放检测终端、智能电表、采集器、集中器和计量自动化主站。
3.如权利要求2所述的基于智能配电网成本效益模型的综合效益分析法，其特征在于，所述步骤S1中“至少一与所选智能配电网设备资产相匹配的智能系统模块”包括：面对网架结构用于优化电网运行方式的配电网优化运行与故障自愈系统、面对分布式能源用于优化电源经济运行的分布式能源协调调度系统、面对用户用于精确测量以及需求侧响应的AMI系统和面对设备用于提高设备与系统运行可靠性的配电网运行状态感知系统。
4.如权利要求3所述的基于智能配电网成本效益模型的综合效益分析法，其特征在于，所述配电网优化运行与故障自愈系统可实现网架经济化重构和不停电故障隔离功能，降低网损和减少缺供电量；所述分布式能源协调调度系统可实现电网并网经济运行优化管理功能，降低购电成本、节省输配电投资和减少污染物排放；所述AMI系统可实现低压集抄、需求侧响应和提前发现设备故障功能，降低运维费用、节省输配电投资和节省设备更换投资；所述配电网运行状态感知系统可实现提前发现设备故障功能，节省设备更换投资和降低运维费用。
5.如权利要求1所述的基于智能配电网成本效益模型的综合效益分析法，其特征在于，所述步骤S2中“对智能配电网进行效益分析”通过采用成本测算模型和/或效益测算模型来实现。
6.如权利要求5所述的基于智能配电网成本效益模型的综合效益分析法，其特征在于，所述效益测算模型由节省设备更换投资、降低运维费用、降低网损效益、减少缺供电量损失、降低购供电成本、节省输配电建设投资、环保效益之中其一种或多种组合形成。
7.如权利要求1所述的基于智能配电网成本效益模型的综合效益分析法，其特征在于，所述步骤S3中的“预设的评价指标”包括净现值、内部收益率和投资回收期。
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