CN109272419A - 一种基于最优解的配电网方案投资比选方法 - Google Patents

Abstract

一种基于最优解的配电网方案投资比选方法，包括以下步骤：A、构建可以量化的配电网工程全寿命周期成本效益指标。B、确定各指标权重并TOPSIS方法最优解。C、利用灰色关联度与欧式距离计算各方案与最优解的贴近度以此选定最优配电网投资方案。本发明对配电网项目规划比选要求，建立适用的全寿命周期成本效益以及社会环境指标，能够全面反映配电网规划项目的优劣程度，并提出基于TOPSIS的灰色关联度综合评价模型，通过本方法对配电网投资规划项目进行综合评价，可以规范配电网规划技术经济优化比选工作，实现电网规划方案的量化分析比较，提升配电网规划的技术经济分析水平，提高配电网规划的科学性、合理性。

Description

一种基于最优解的配电网方案投资比选方法

技术领域

本发明涉及电力系统技术分析领域，更具体地说，特别涉及一种基于最优解的配电网方案投资比选方法。

背景技术

现阶段国家电网输电线路建设随着能源战略布局，国家东西部能源调整及一带一路全球能源互联互通的战略趋势，特高压电网建设和配电网建设投资逐年增加。配电网投资建设步伐日益加快，有效且全面的配电网规划项目比选方案，将会是电网规划建设的决策依据。但在电网投资建设决策方法，主要集中于电网的经济运营管理研究，电网运行安全性研究以及多目标的电网规划问题，缺少对于多个配电网规划项目的技术经济评价比选研究。

发明内容

本发明提出了一种基于最优解的配电网方案投资比选方法，克服了现阶段配电网投资规划指标不完善和指标测算难以量化的缺点，同时提出基于TOPSIS的灰色关联度评价方法。

为了实现此目的，本发明采取的技术方案如下：

一种基于最优解的配电网方案投资比选方法，包括下述步骤：

A、构建可以量化的配电网工程全寿命周期成本效益指标。

B、确定各指标权重并TOPSIS的灰色关联度评价方法最优解。

C、利用灰色关联度与欧式距离计算各方案与最优解的贴近度以此选定最优配电网投资方案。

步骤A中构建了可量化的配电网投资规划指标体系。

A1、采用全寿命周期理论构建可以量化的全寿命周期成本指标。

初始投资成本表示为IC_n＝C_I×(AP,r,n)，其中C_I项目投资总额，r、n分别为折现率、经济使用寿命。

运维成本表示为C_O＝C_PAH+C_PAM+C_INT+C_ASS，C_PAH为输电线路巡视人工费用；C_PAM为输电线路及其他维护费用；C_INT为项目融资带来的贷款利息；C_ASS为项目保险费。项目运维成本年值表示为OC_n＝C_O×(A/P,r,n)。

退役处置成本表示为其中C_R为线路在退役时候的清理成本；C_V为提前退役线路的价值损失，C_NS为回收的残值；ε为预计残值率，0≤ε≤1。退役处置成本年值表示为DC_n＝C_D×(A/P,r,n)。

运行损耗成本表示为其中Q表示线路的额定输送容量， l_N表示最高负载率，R表示输电线率的总电阻，p_A表示平均购电价。运行损耗成本年值表示为LC_n＝C_L×(A/P,r,n)。

A2、采用全寿命周期理论构建可以量化的效益指标：

增供电量效益，逐年度计算规划项目的增供电量效益，并按各电压等级电网成本占总成本的比例分摊增供电量效益，将计算结果折算为现值，并计算效益年值。PB_Pn＝PB_P×(A/P,a,n)，其中ΔR购售电价差，k_U增供电量效益分摊系数，m_U某电压层级固定资产总额、m_Σ区域电网固定资产总额。

可靠性效益，根据项目实施前后缺供电量减小值，乘以单位电量停电损失费用，计算可靠性效益值。PB_R＝k_r×VP_R，k_r单位电量停电损失费用，采用产电比取值，即地区GDP/地区供电量。可靠性效益年值计算，PB_Rn＝PB_R×(A/P,a,n)。

A3、引入工程建设对社会环境的影响计算其社会效益。

土地面积效益率，配电网项目投资运营对土地的合理使用情况，其中土地占用面积按杆塔等永久性设备占用面积计算。η_LA＝PB/LA，η_LA土地效益率，单位占用土地面积带来的效益值，PB项目全寿命周期效益总值：PB＝PB_P+PB_R，LA土地占用面积。就业增长比率，配电网项目投资运营后对当地就业率的影响η_EP＝ΔEP/C_I，η_EP——单位投资所带来的就业人口增加量，ΔEP项目投建后新增就业人口。

步骤B中采用熵权法计算各指标权重，并基于TOPSIS的灰色关联度评价方法确定最优理想解。熵的概念源于热力学，是系统微观混乱程度的度量，或是无序的度量。熵值越小表示系统不确定性越弱，现采用熵权法计算各指标权重。熵值为：

则各指标熵权w表示为：

W＝(w₁,w₂,L,w_n)^T

步骤C利用灰色关联度与欧式距离计算各方案与最优解的贴近度以此选定最优配电网投资方案。

C1、以初值化指标矩阵Y为基础计算第i个样本与正理想样本关于第j个指标的灰色关联系数。

其中可以计算出第i个样本与正理想解的灰色关联度为：

第i个样本负正理想解的灰色关联度为：

C2、计算样本到正理想解和负理想解的欧氏距离，样本i到正理想解和负理想解之间的欧氏距离分别为：

C3、计算相对贴近度并进行样本比选，用来表示无量纲化后的灰色关联度和欧式距离，且越大表明样本越接近正理想解，越大表明样本越接近负理想解，偏离正理想解。综合考虑欧氏距离与灰色关联度的影响，计算 相对贴近度计算利用相对贴近度δ_i反映了样本在决策者偏好下与正理想解的接近程。并以此选择最优方案。

本发明对配电网项目规划比选要求，建立适用的全寿命周期成本效益以及社会环境指标，能够全面反映配电网规划项目的优劣程度，并提出基于TOPSIS的灰色关联度综合评价模型，通过本方法对配电网投资规划项目进行综合评价，可以规范配电网规划技术经济优化比选工作，实现电网规划方案的量化分析比较，提升配电网规划的技术经济分析水平，提高配电网规划的科学性、合理性。

附图说明

图1为本发明实施流程图，图2为本发明实施过程中的评价指标体系。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。以下公开详细的示范实施例。然而，此处公开的具体结构和功能细节仅仅是出于描述示范实施例的目的。

如图1所示本发明提出了一种基于最优解的配电网方案投资比选方法[0036]具体实施方式如下。

一种基于最优解的配电网方案投资比选方法，包括下述步骤：

A、构建可以量化的配电网工程全寿命周期成本效益指标。

B、确定各指标权重并TOPSIS方法最优解。

C、利用灰色关联度与欧式距离计算各方案与最优解的贴近度以此选定最优配电网投资方案.

步骤A中构建了可量化的配电网投资规划指标体系。

A1、采用全寿命周期理论构建可以量化的全寿命周期成本指标。

初始投资成本表示为IC_n＝C_I×(AP,r,n)，其中C_I项目投资总额r、n——折现率、经济使用寿命。

运维成本表示为C_O＝C_PAH+C_PAM+C_INT+C_ASS，其中C_PAH为输电线路巡视人工费用；C_PAM为输电线路及其他维护费用；C_INT为项目融资带来的贷款利息；C_ASS为项目保险费。项目运维成本年值表示为OC_n＝C_O×(A/P,r,n)。

退役处置成本表示其中C_R为线路在退役时候的清理成本；C_V为提前退役线路的价值损失，C_NS回收的残值；ε为预计残值率，0≤ε≤1。退役处置成本年值表示为DC_n＝C_D×(AP,r,n)。

运行损耗成本Q表示线路的额定输送容量，l_N表示最高负载率，R表示输电线率的总电阻，p_A表示平均购电价。运行损耗成本年值 LC_n＝C_L×(A/P,r,n)。

A2、采用全寿命周期理论构建可以量化的效益指标：

增供电量效益，逐年度计算规划项目的增供电量效益，并按各电压等级电网成本占总成本的比例分摊增供电量效益，将计算结果折算为现值，并计算效益年值。PB_Pn＝PB_P×(A/P,a,n)，其中ΔR购售电价差，k_U增供电量效益分摊系数，m_U某电压层级固定资产总额、m_Σ区域电网固定资产总额。

可靠性效益，根据项目实施前后缺供电量减小值，乘以单位电量停电损失费用，计算可靠性效益值。PB_R＝k_r×VP_R，k_r单位电量停电损失费用，采用产电比取值，即地区GDP/地区供电量。可靠性效益年值计算，PB_Rn＝PB_R×(A/P,a,n)。

A3、引入工程建设对社会环境的影响计算其社会效益。

土地面积效益率，配电网项目投资运营对土地的合理使用情况，其中土地占用面积按杆塔等永久性设备占用面积计算。η_LA＝PB/LA，η_LA土地效益率，单位占用土地面积带来的效益值，PB项目全寿命周期效益总值：PB＝PB_P+PB_R，LA土地占用面积。就业增长比率，配电网项目投资运营后对当地就业率的影响η_EP＝ΔEP/C_I，η_EP——单位投资所带来的就业人口增加量，ΔEP项目投建后新增就业人口。

步骤B中采用熵权法计算各指标权重，并基于TOPSIS法确定最优理想解。

熵的概念源于热力学，是系统微观混乱程度的度量，或是无序的度量。熵值越小表示系统不确定性越弱，现采用熵权法计算各指标权重。熵值为：

则各指标熵权w表示为：

W＝(w₁,w₂,L,w_n)^T

步骤C利用灰色关联度与欧式距离计算各方案与最优解的贴近度以此选定最优配电网投资方案。

C1、以初值化指标矩阵Y为基础计算第i个样本与正理想样本关于第j个指标的灰色关联系数。

其中可以计算出第i个样本与正理想解的灰色关联度为：

第i个样本负正理想解的灰色关联度为：

C2、计算样本到正理想解和负理想解的欧氏距离，样本i到正理想解和负理想解之间的欧氏距离分别为：

C3、计算相对贴近度并进行样本比选，用来表示无量纲化后的灰色关联度和欧式距离，且越大表明样本越接近正理想解，越大表明样本越接近负理想解，偏离正理想解。综合考虑欧氏距离与灰色关联度的影响，计算 相对贴近度计算利用相对贴近度δ_i反映了样本在决策者偏好下与正理想解的接近程。并以此选择最优方案。

下面结合更加具体的实例对本发明做进一步说明。

步骤一：依据某地区电网公司2016年投资规划项目评审时的3个配电网建设项目为例，进行指标计算和综合评价。项目A总投资230万元，使用年限20年；项目B 总投资310万元，使用年限30年；项目C总投资280万元，使用年限20年。根据各项目规划资料和调研数据得到各项目指标基础数据计算各指标，见表1。

表1项目指标明细

步骤二、利用熵权法确定各指标权重，得到指标权重向量W。

W＝(0.01138 0.37778 0.14238 0.05792 0.17670 0.19600 0.02698 0.01085)

步骤三：利用灰色关联度与欧式距离计算各方案与最优解的贴近度以此选定最优配电网投资方案。

计算各样本间的灰色关联度和理想解解欧氏距离。

以全寿命周期效益指标和社会环境指标作为正向指标，以全寿命周期成本指标作为负向指标，根据加权标准化矩阵确定正理想解F⁺负理想解F^-。

F⁺＝(0.05583 0.07692 0.05741 0.02467 0.14252 0.15176 0.01695 0.00686)

F^-＝(0.00710 0.31644 0.11145 0.03906 0.07216 0.06061 0.01273 0.00564)

确定各样本到正理想解的灰色关联度V⁺及其到负理想解的灰色关联度V^-。

V⁺＝(0.871345 0.824926 0.827383)

V^-＝(0.865914 0.854243 0.847271)

确定各样本距正理想解的欧氏距离D⁺及其距负理想解的欧氏距离D^-

D⁺＝(0.050155 0.148648 0.078333)

D^-＝(0.148627 0.050045 0.081454)

计算贴近度并进行样本比选

将灰色关联度值与欧式距离进行无量纲化处理，得到v⁺,v^-,d⁺,d^-

取α₁＝α₂＝0.5计算并最终得出相对正理想解的相对贴近度δ

δ_A＝0.599268,δ_B＝0.392494,δ_C＝0.498693

经本发明方法测算比较三个样本的贴近度可以看出δ_A＞δ_C＞δ_B，且相对贴近度越大样本约优，可以看出项目A的各方面效益最优，项目B的效益最低。表明在投资额度及投资计划有限的情况下应优先考虑项目A的电网规划。

本发明不局限于上述实施方式，任何人在本发明的启示下都可以得出其他各种形式的产品。凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属于本发明的涵盖范围。

Claims (4)

1.一种基于最优解的配电网方案投资比选方法，其特征在于，包括下述步骤：

A、构建可以量化的配电网工程全寿命周期成本效益指标；

B、确定各指标权重并TOPSIS的灰色关联度评价方法最优解；

C、利用灰色关联度与欧式距离计算各方案与最优解的贴近度以此选定最优配电网投资方案。

2.根据权利要求1所述的一种基于最优解的配电网方案投资比选方法，其特征在于：步骤A中构建了可量化的配电网投资规划指标体系，

A1、采用全寿命周期理论构建可以量化的全寿命周期成本指标：

初始投资成本表示为IC_n＝C_I×(A/P,r,n)，其中C_I项目投资总额，r、n分别为折现率、经济使用寿命；

运维成本表示为C_O＝C_PAH+C_PAM+C_INT+C_ASS，C_PAH为输电线路巡视人工费用；C_PAM为输电线路及其他维护费用；C_INT为项目融资带来的贷款利息；C_ASS为项目保险费。项目运维成本年值表示为OC_n＝C_O×(A/P,r,n)；

退役处置成本表示为其中C_R为线路在退役时候的清理成本；C_V为提前退役线路的价值损失，C_NS为回收的残值；ε为预计残值率，0≤ε≤1。退役处置成本年值表示为DC_n＝C_D×(A/P,r,n)；

运行损耗成本表示为其中Q表示线路的额定输送容量，l_N表示最高负载率，R表示输电线率的总电阻，p_A表示平均购电价。运行损耗成本年值表示为LC_n＝C_L×(A/P，r，n)；

A2、采用全寿命周期理论构建可以量化的效益指标：

增供电量效益，逐年度计算规划项目的增供电量效益，并按各电压等级电网成本占总成本的比例分摊增供电量效益，将计算结果折算为现值，并计算效益年值；PB_Pn＝PB_P×(A/P,a,n)，其中ΔR购售电价差，k_U增供电量效益分摊系数，m_U某电压层级固定资产总额、m_Σ区域电网固定资产总额；

可靠性效益，根据项目实施前后缺供电量减小值，乘以单位电量停电损失费用，计算可靠性效益值；PB_R＝k_r×VP_R，k_r单位电量停电损失费用，采用产电比取值，即地区GDP/地区供电量。可靠性效益年值计算，PB_Rn＝PB_R×(A/P,a,n)；

A3、引入工程建设对社会环境的影响计算其社会效益：

土地面积效益率，配电网项目投资运营对土地的合理使用情况，其中土地占用面积按杆塔等永久性设备占用面积计算；η_LA＝PB/LA，η_LA土地效益率，单位占用土地面积带来的效益值，PB项目全寿命周期效益总值：PB＝PB_P+PB_R，LA土地占用面积；就业增长比率，配电网项目投资运营后对当地就业率的影响η_EP＝ΔEP/C_I，η_EP——单位投资所带来的就业人口增加量，ΔEP项目投建后新增就业人口。

3.根据权利要求1所述的一种基于最优解的配电网方案投资比选方法，其特征在于：步骤B中采用熵权法计算各指标权重，并基于TOPSIS的灰色关联度评价方法确定最优理想解，熵值为：

则各指标熵权w表示为：

W＝(w₁,w₂,L,w_n)^T。

4.根据权利要求1所述的一种基于最优解的配电网方案投资比选方法，其特征在于：步骤C利用灰色关联度与欧式距离计算各方案与最优解的贴近度以此选定最优配电网投资方案：

C1、以初值化指标矩阵Y为基础计算第i个样本与正理想样本关于第j个指标的灰色关联系数；

其中可以计算出第i个样本与正理想解的灰色关联度为：

第i个样本负正理想解的灰色关联度为：

C2、计算样本到正理想解和负理想解的欧氏距离，样本i到正理想解和负理想解之间的欧氏距离分别为：

C3、计算相对贴近度并进行样本比选，用来表示无量纲化后的灰色关联度和欧式距离，且越大表明样本越接近正理想解，越大表明样本越接近负理想解，偏离正理想解。综合考虑欧氏距离与灰色关联度的影响，计算 相对贴近度计算利用相对贴近度δ_i反映了样本在决策者偏好下与正理想解的接近程。并以此选择最优方案。