张 彦，高 华，刘金森，李丽娟

（1.贵州电网有限责任公司电网规划研究中心，贵州贵阳 5500031；2.电力规划设计总院，北京 100011）

由于具有基础公益性和承担社会责任，电网公司的规划及实际投资水平不仅受自身投资能力的制约，同时受到社会宏观经济形势的影响，在规划编制过程中，常常随着外部边界条件的变化而频繁变化。因此，制定合理可行的基于总体投资水平的子区域配电网规划投资分配模型，是及时响应外部环境影响变化的科学方法，既是提高配电网规划投资效率的根本途径，也是高效编制各级配电网规划的现实需要，具有重要意义。

国内外对配电网投资分配做了大量研究。文献［1-6］从投资效益和项目评价的角度，研究电网总体投资能力和基于规划目标的投资分配策略，通过模型综合评分实现项目优选和排序。文献［7-10］从电网现状和指标改进的角度，结合总体投资能力，建立不同区域之间、不同投资类别、不同电压层级、不同年份之间电网投资分配模型，提出投资决策建议。文献［11-15］利用先进的数学方法，结合电网指标建立基于特定数学方法的投资分配和项目决策模型，以提高电网投资决策的客观科学性。

总体而言，现有配电网投资分配模型对配电网设备利用效率的考量较少，考虑设备重过载的问题但是未考虑轻载问题和容载比取值不合理问题，并且没有考虑规划执行情况的因素，不能兼顾规划实施的外部因素和规划主体执行程度的影响。

本文在考虑负荷电量发展水平和主要供电指标要求的基础上，将设备利用效率、规划执行情况、供电对象特征、历史投资水平纳入配电网规划投资分配的影响因素，结合德尔菲专家调查结果和层次分析理念，提出一级分配指标和二级分配指标，构建基于容载比增量空间、负载率合理区间的分配参数修正函数，建立配电网规划投资分配模型。最后，通过GZ配电网各区域往期规划及实际投资数据，验证其有效性。

1 基于德尔菲法与层次分析理论的问券调查

影响配电网规划投资需求的因素很多。为了全面分析影响配电网规划投资分配的主要影响因素和影响程度，提高规划投资分配模型的客观性和科学性，本文基于德尔菲法与层次分析理论［16］进行了问券调查。

调研分为两个阶段，均基于德尔菲法采用匿名函询的方式进行。第一阶段共有13名长期从事配电网规划工作的专家参与调查，首先通过调查确定了影响配电网规划投资分配的主要因素，然后进一步调查各因素影响权重，经过反复征询和归纳总结，形成一级分配指标及权重。

第二阶段，笔者首先基于层次分析理论对第一阶段确定的主要因素进行二级分解，分解过程中尽量减少二级指标之间的关联性。然后同样采用匿名函询的方式，对19名专家进行了调研（其中只有8名专家参与了第一轮调研）。调研过程中，参与调研的专家可以对笔者提出的二级指标提出优化补充和调整建议，需要对各类二级指标影响的权重进行打分。

根据专家问券反馈情况，经过归纳总结，确定配电网规划投资各影响因素的二级指标及其影响权重，进而形成省级电网公司各区域配电网规划投资分配模型。

2 配电网规划投资分配的影响因素

如图1所示，专家将影响配电网规划投资的主要因素概括为区域负荷电量水平、供电指标要求、设备利用效率、规划执行情况、供电对象特征和历史投资水平等6个方面。

（1）负荷电量水平因素。负荷电量水平包括基准年供电量、基准年供电负荷、规划期供电量增量、规划期供电负荷增量。为减少特殊事件的影响，在考量历史负荷电量时，可以考虑多年历史电量负荷数据，以获得更加全面的信息。

（2）供电指标因素。供电指标包括供电可靠率、综合电压合格率、中压线路可转供电率、高压变电站乡镇覆盖率等，量化为目标值与现状值的差值。电网发展不同时期、不同区域特点，重点关注的供电指标可能不同，其中高压变电站乡镇覆盖率就是一个具有阶段特征和缩短农村地区中压供电半径导向的指标。需要注意的是，部分指标提升的投资需求具有典型的非线性特征，电网发展后期指标提升的单位成本更高。

由于该类指标取值是规划目标值与现状值的差值，供电指标目标值一定要合理可行。实际上，当配电网规划投资能力不能支撑未来电网供电指标要求时，需要适当调低配电网规划目标并优化配电网规划方案，使之保持在投资能力可及范围。

（3）设备利用率因素。设备利用率的量化指标包括110 kV容载比、110 kV主变平均负载率、35 kV容载比、35 kV主变平均负载率、中压线路平均负载率、公用配变平均负载率，容载比和负载率都应遵循合理取值原则。对于容载比这个指标，不仅要考虑现状数值，还应考虑规划年的取值。特别是对于成熟配电网，线损率是非常重要的运行指标，但是由于准确计算规划年的线损率比较困难，暂不做考虑。此外，由于设备老化、受到破坏以及设备装备水平提升等原因，残旧设备改造在历年配电网规划中均占有相当的体量，在此一并考虑。

（4）规划执行情况因素。考虑规划执行情况的主要原因是要提高规划投资使用效率，让规划投资流向规划执行率更高的区域。规划执行情况包括往期电量负荷达成率、规划投资完成率、110 kV建设规模完成率、35 kV建设规模完成率、中压配电网建设规模完成率，其中电量负荷达成率指当前供电负荷、电量实际值占往期规划负荷、电量预测值的比重，建设规模主要从变电容量和线路长度进行考量。

（5）供电对象特性因素。供电对象特征包括区域GDP、供电面积、供电人口、现状及规划期末城镇化率、现状及规划期末建成区面积，其中后两个指标的目的是要体现投资向具有更高投资效益的城市电网倾斜。若两者增量较大，则反映当地城镇化建设发展较快；若两者数值较大，则反映区域城镇化水平较高。供电面积为有效供电面积，应扣除高山、戈壁、荒漠、水域、森林等无效供电面积。

（6）历史投资水平因素。历史投资水平内容包括往期实际完成投资和往期规划投资。期限可以是某一个规划期，也可以是对多个规划期进行加权处理，体现的是电网建设的延续性特征。

此外，部分专家认为当地政府对电网建设的支持力度、重大项目及产业政策动态也会对配电网投资需求造成较大影响，由于这类因素不易进行量化，一般通过专家干预的方式加以处理，本文模型中暂不考虑。

3 配电网规划投资分配模型

3.1 分配模型及指标权重

将影响因素具体化确保可操作性，形成配电网规划投资的一级分配指标和二级分配指标以及各类指标的权重，构成配电网规划投资分配模型。增加对于变压器、线路负载率和往期规划执行情况的量化考虑，让规划投资向设备利用水平高、规划执行情况好的区域倾斜，提高规划资金利用效率。

指标权重的设定是投资分配模型的关键环节，常见方法有德尔菲法、层次分析法、熵权法［17］、人工神经网络法、基尼系数法［18］、改进离子群法、模糊分析法等。本文所采用德尔菲法和层次分析法相结合的方法完成指标赋权，最后确定6个一级指标，分别是负荷电量指标、电网现状指标与目标值差值、设备利用效率指标、规划执行情况、供电对象特征和历史投资水平，它们的权重分别为 0.28、0.23、0.16、0.13、0.10和0.10。

二级指标共分为33项，其中属于负荷电量一级指标的有4项，属于电网现状指标与目标值差值一级指标的有5项、属于设备利用效率一级指标的有7项、属于规划执行情况一级指标的有8项、属于供电对象特征一级指标的有7项，属于历史投资水平一级指标的有2项，它们的权重取值如表1所示。

对区域城镇化水平、往期规划执行情况的量化考虑和对容载比、负载率水平的合理取值思维是本模型相比于现有其它配电网规划投资分配模型的显著特征。

表1 投资分配模型及指标权重Tab.1 Investment allocation model and indicator weights

3.2 分配指标的计算方法

3.2.1 参数归一化处理

为了实现投资在不同区域之间进行分配，需要对分配指标参数进行归一化处理。即：

式中：W2-（i，j）代表第 i个区域对应第 j个二级指标的归一化分配参数，W（i，j）代表第 i个区域第 j个二级变量的实际值，N代表区域数量。

3.2.2 综合权重及投资分配

一级分配指标的分配参数可以通过二级指标的分配矩阵与二级指标的分配权重进行乘积运算求得，综合分配指标可以通过一级分配指标矩阵与一级指标权重进行乘积运算求得。即：

式中：Wi代表第i个区域的综合分配权重，W1-j代表第 j个一级指标的权重，W1-（i，k）代表第 i个区域第k个一级指标的分配参数，M2代表二级指标数量，M1代表一级指标数量。

若经测算某配电网的总体投资能力为IC，则第i个区域的分配投资为Wi×IC。

3.2.3 分配参数修正函数

部分二级分配指标不能直接进行归一化处理，需要进行预处理，如配电网规划建设的目标是使容载比、负载率处于合理范围，以达到电网安全、高效运行的目的。对于容载比低于合理范围下限的，电网供电能力相对不足，应采用增加投资策略鼓励提升供电能力；对于容载比高于合理范围上限的，应采用约束投资策略优先盘活存量供电能力。

设定容载比指标的投资策略是：容载比合理区间为1.8至2.2、低于1.6应该优先重点提升供电能力、在1.6至1.8区间应着力提升供电能力、在2.2至2.4区间可适当加强供电能力保障提升，在2.4至2.6区间可局部优化改善结构性供电能力不足问题、超过2.6的区域禁止新增变电容量投资，构建基于容载比增量空间的修正函数FRs。

式中：Rs0代表基准年容载比数值，r1、r2、r3、r4、r5分别代表对应区间的修正系数。r3通常取值为1，且r1＜r2＜r3＜r4＜r5。

同理，负载率低于合理范围下限，说明设备利用效率较低，应采用约束投资策略优先提升现有设备利用效率；负载率高于合理范围上限，说明设备符合较重，应采用增加投资策略减少设备重过载和预重载问题。

设定负载率指标的投资策略是：负载率合理区间为40%至60%、负载率处于20%至40%属于较轻运行状态应合理控制投资、负载率处于20%以下属于轻载运行状态应限制投资、负载率处于60%至80%属于预重载状态应适当鼓励投资、负载率超过80%属于重过载运行状态应加快优先保障投资，构建基于负载率合理区间的修正函数Fβ。

式中：β0代表基准年负载率数值。

4 模型验证

以GZ省及其9个地市级区域电网“十三五”期配电网规划投资和实际完成投资为例，验证投资分配模型的有效性和适应性。

4.1 规划投资分配验证

“十三五”期间，GZ配电网规划投资407.8亿元，所属9个供电区域的规划投资最高为71.31亿元、最低为25.35亿元，采用模型分配投资最高为66.51亿元、最低为28.09亿元，在总投资一致的情况下，9个区域模型分配投资与实际规划投资的最大相对误差为9.8%，平均相对误差为6.0%。

表2 规划投资分配验证Tab.2 Verification of planning investment allocation

事实上，受基于新一轮农村电网改造升级工程的政策性影响，在“十三五”配电网规划过程中，投资有向区域B、区域C、区域H倾斜的策略导向，导致这些区域的规划投资较模型分配投资多。

4.2 实际投资分配验证

根据2016-2019年实际完成投资情况和2020年固定资产投资计划，“十三五”期间，GZ配电网基建预计完成投资351.1亿元，所属9个供电区域的实际完成投资最高为54.35亿元、最低为24.07亿元。在保持总投资一致的情况下，9个区域采用模型分配投资与实际完成投资的最大相对误差为7.1%，平均相对误差为4.8%。

事实上，在电网实施过程中，区域C、区域H、区域I的地方政府对电网建设的支持力度较大，电网项目推进更加顺畅，验证了专家对于投资分配影响因素的判断。

表3 实际完成投资分配验证Tab.3 Verification of actual completed investment allocation

4.3 与原规划投资分配方法的比较

传统规划投资分配重点考量负荷电量水平和重过载、低电压等现状供电问题，缺乏对轻载问题、城镇化发展、规划执行情况等方面的量化考量，主要根据专家经验和上下级电网、区域电网之间博弈结果而确定。本模型试图将相关问题或参数进行量化处理，保持宏观性和可操作性，以提高分配方法的客观有效性。

以GZ“十三五”期实际完成投资为基准，将规划投资总额调整至实际完成投资规模，采用同比原理，原方案分配投资的最大相对误差为12.8%，平均相对误差为6.6%，模型分配方案的最大相对误差、平均相对误差分别为7.1%、4.8%，模型分配投资整体上更接近实际投资完成情况。

由此可见，模型分配投资与实际规划投资和实际完成投资的相对误差都比较小，满足电网规划阶段投资估算要求，整体上比原规划投资分配方案更接近实际投资完成情况，该投资分配模型具有适应有效性和工程实用价值。

5 结论

本文采用德尔菲法和层次分析法，分析总结影响配电网规划投资分配的主要因素并形成相应的分配指标权重，提出基于总体投资能力的区域配电网规划投资分配模型。

该模型考虑设备利用效率、规划执行情况和城镇化因素，对已有配电网投资分配模型进行了改进，包括6类一级分配指标和33类二级分配指标，构建基于容载比增量空间、负载率合理区间的分配参数修正函数，能够更加全面有效地进行投资分配，模型具有宏观全面性和良好的操作性。

表4 与原规划投资分配方案的比较Tab.4 Comparison with the original planning investment allocation

通过GZ“十三五”配电网规划投资和实际完成投资构成对模型进行验证，模型分配投资满足配电网规划阶段投资估算要求，具有适应有效性和工程实用价值。该模型同样可以为其它级别电网的区域规划投资分配提供参考。