宋伶俐，楊 軍，周博文，吳耀文，胡子修，李 俊，鄧長虹，孫元章

（1.武漢大學 電氣工程學院，湖北 武漢 430072；2.湖北省電力公司，湖北 武漢 430077）

0 引言

一直以來電網企業(yè)為社會發(fā)展提供著優(yōu)質的電力供應，承擔著重大的政治責任、經濟責任和社會責任。電網基建項目是電網建設的重要組成部分，隨著經濟社會的快速發(fā)展，電網建設投入日趨加大，電網基建項目也逐漸增多。堅持可持續(xù)發(fā)展、堅持技術經濟優(yōu)先、堅持服務經濟社會發(fā)展是合理規(guī)劃電網基建項目、避免電網企業(yè)亂投資、實現國有資產保值增值的重要原則。

目前國內外專家學者已經對電網基建項目決策開展了一些研究。文獻[1-4]提出了輸變電項目、水電建設項目、發(fā)電機組項目、風力發(fā)電項目的決策指標，但這些指標偏于工程管理與監(jiān)理方面，沒有描述電網基建項目對電網安全的影響，并且指標定義模糊、不便于量化實現。文獻[5]提出了以供電可靠性、電能質量、經濟性為規(guī)則指標的饋線迫切度改善目標函數，以總項目投資額為約束條件，建立了配電網改造優(yōu)化模型，并運用窮舉法、分支定界法等求解。文獻[6-7]以凈現值、費用現值等為評價指標，用動態(tài)規(guī)劃法求解電網建設項目投資決策模型。文獻[8-9]以機組類型、投產進度和規(guī)模以及融資結構作為決策變量，分別建立了火電廠投資風險決策模型和可再生能源建設項目的投資決策模型。文獻[10]提出的基于區(qū)間層次分析法和區(qū)間規(guī)劃的電網規(guī)劃項目綜合評判決策方法，綜合考慮項目效益、項目成本和資金預算與項目間的邏輯關系，在考慮可靠性、用戶滿意度、經濟性的前提下求解最優(yōu)項目組合。總體而言，上述基建項目決策方法都是以某些電網運行指標為決策目標，通過調整投資方案、融資結構、投產時間手段來實現收益最大。

從保證社會經濟快速發(fā)展和促進電網協(xié)調發(fā)展大局出發(fā)，電網企業(yè)基建項目的實質是為全面提升電網運行能力服務的。因此，以全面提高電網運營效率為目標，建立科學、全面的電網基建項目決策指標體系及相應的輔助決策模型具有重要意義。本文從全面提升電網運營效率的目的出發(fā)，提出了一種電網基建項目輔助決策方法，在電網基建項目輔助決策指標體系的基礎上，建立并求解項目分值排序、單位投資分值排序和綜合尋優(yōu)等3種電網基建項目輔助決策模型，可在有限資金約束下合理安排基建項目的次序，有效、全面提升電網運行能力。

1 電網基建項目輔助決策指標體系

以全面提升電網運營效率為目的，考慮國家電網公司文件《國家電網公司電網發(fā)展項目管理規(guī)定》和《國家電網公司電網基建儲備項目評價標準細則》[11-12]，從電網安全穩(wěn)定性、設備利用水平、供電可靠性、電能質量、促進電網協(xié)調發(fā)展和服務經濟社會發(fā)展等6個方面出發(fā)，建立電網基建項目輔助決策指標體系（如表1所示），對電網基建項目進行科學決策。

表1 中，P111、P112、P113、P131、P151分 別對應 能夠定量計算的潮流分布指標、暫態(tài)穩(wěn)定指標、短路電流指標、系統(tǒng)可靠性指標和靜態(tài)電壓指標。表中所有指標均為正向指標，即取值越大越好，取值范圍為0～100。

2 電網基建項目輔助決策模型

在電網基建項目輔助決策指標體系的基礎上，考慮電網基建項目特性與電網企業(yè)基建項目決策實際，建立了電網基建項目輔助決策打分表。輔助決策打分表內容如下。

a.所評價項目的基本信息。包括項目編號、項目名稱、電壓等級、地點、投產時間和投資額。

b.評價內容、分值及權重。

評價內容除表1中所示3級指標外，還包括項目絕對優(yōu)先級與否決級（又分為服務電網發(fā)展與經濟社會發(fā)展方面需有限建設的項目和對電網安全可靠性影響嚴重致使其指標過低、外部建設環(huán)境較差的項目）。

表1 電網基建項目輔助決策指標體系Tab.1 Index system of assistant decision making for construction projects of electric power network

分值和權重包括參考值來源、參考值、計算值和范圍4個部分。其中，各指標相對前一年增長時，分值的參考值為各指標相對前一年增長的百分比，將其歸一化后乘以100%，轉化為百分制；各指標相對前一年減少時，分值的參考值為0；但是，如果所評價的內容沒有參考值來源，則其分值的參考值需要電網項目決策分析人員根據項目工程意義及項目實際情況決定。權重的參考值均已確定，無需分析人員另行計算。

下面以“評價內容，參考值來源，分值范圍”的形式列出各項評價內容的分值參考值來源和分值范圍。

提高電網安全穩(wěn)定性方面P11：解決線路輸電瓶頸問題的項目，潮流分布指標，0～100；滿足線路N-1安全供電準則的項目，暫態(tài)穩(wěn)定指標，0～100；解決短路電流超標問題的項目，短路電流指標，0～100；解決系統(tǒng)阻尼比較低問題的項目，無，0～100；滿足線路N-2供電要求的項目，無，0～100；形成主干網或目標網架的新建線路工程，無，0～100；滿足同一電壓等級同塔雙回輸電線路N-2供電要求的項目，無，0～100；解決電磁環(huán)網問題的項目，無，0～100。

提高電網設備利用水平方面P12：解決線路過載問題的項目，無，0～100。

提高電網供電可靠性方面P13：解決設備運行年限長、故障率高，影響電網安全穩(wěn)定性和供電可靠性的項目，系統(tǒng)可靠性，0～100。

提高電網電能質量方面P14：解決電網電能質量較低問題的項目，無，0～100。

促進電網發(fā)展協(xié)調性方面P15：滿足負荷發(fā)展需求的新建變電項目，靜態(tài)電壓指標，0～100；變電站過載且無法實現負荷就近轉移的擴建項目，無，0～100；滿足電氣化鐵路、基礎設施等特殊負荷供電需求的配套項目，無，0～100；電源送出線路工程項目，無，0～100；特高壓及跨區(qū)直流項目，無，0～100；實現資源優(yōu)化配置的220～750 kV跨區(qū)、跨省輸變電項目，無，0～100。

服務經濟社會發(fā)展方面P16：已列入電網規(guī)劃、公司戰(zhàn)略性布點或有特殊政策支持的項目，無，0～100；根據電網規(guī)劃、結合經濟發(fā)展和地方建設進度、同步預留站點或走廊的項目，無，0～100。

絕對優(yōu)先級與否決級：服務電網發(fā)展與經濟社會發(fā)展方面需優(yōu)先建設的項目，無，0或1；對電網安全可靠性影響嚴重致使其指標過低、外部建設環(huán)境較差的項目，無，0或1。

下面以“評價內容，參考值來源，參考值，分值范圍”的形式列出各項評價內容的權重參考值來源和權重范圍。

提高電網安全穩(wěn)定性方面P11：解決線路輸電瓶頸問題的項目，中間值，0.9，0.8～1；滿足線路 N-1安全供電準則的項目，中間值，0.9，0.8～1；解決短路電流超標問題的項目，中間值，0.9，0.8～1；解決系統(tǒng)阻尼比較低問題的項目，中間值，0.8，0.6～1；滿足線路 N-2 供電要求的項目，中間值，0.5，0.4～0.6；形成主干網或目標網架的新建線路工程，中間值，0.9，0.8～1；滿足同一電壓等級同塔雙回輸電線路N-2 供電要求的項目，中間值，0.7，0.6～0.8；解決電磁環(huán)網問題的項目，中間值，0.9，0.8～1。

提高電網設備利用水平方面P12：解決線路過載問題的項目，中間值，0.9，0.8～1。

提高電網供電可靠性方面P13：解決設備運行年限長、故障率高，影響電網安全穩(wěn)定性和供電可靠性的項目，系統(tǒng)可靠性，中間值，0.8，0.6～1。

提高電網電能質量方面P14：解決電網電能質量較低問題的項目，中間值，0.9，0.8～1。

促進電網發(fā)展協(xié)調性方面P15：滿足負荷發(fā)展需求的新建變電項目，中間值，0.9，0.8～1；變電站過載且無法實現負荷就近轉移的擴建項目，中間值，0.7，0.6～0.8；滿足電氣化鐵路、基礎設施等特殊負荷供電需求的配套項目，中間值，0.9，0.8～1；電源送出線路工程項目，中間值，0.9，0.8～1；特高壓及跨區(qū)直流項目，中間值，0.9，0.8～1；實現資源優(yōu)化配置的 220～750 kV 跨區(qū)、跨省輸變電項目，中間值，0.9，0.8～1。

服務經濟社會發(fā)展方面P16：已列入電網規(guī)劃、公司戰(zhàn)略性布點或有特殊政策支持的項目，中間值，0.9，0.8～1；根據電網規(guī)劃、結合經濟發(fā)展和地方建設進度、同步預留站點或走廊的項目，中間值，0.7，0.6～0.8。

絕對優(yōu)先級與否決級：服務電網發(fā)展與經濟社會發(fā)展方面需優(yōu)先建設的項目，無，1；對電網安全可靠性影響嚴重致使其指標過低、外部建設環(huán)境較差的項目，無，1。

c.所評價項目的項目分值、單位投資分值和優(yōu)先級與否決級信息。

從項目分值、單位投資分值及綜合尋優(yōu)3個方面建立電網基建項目輔助模型。以各基建項目投入后電網運營的變化為參考，對各個基建項目打分，最終確定項目決策方案以提高電網運營效率。

2.1 按項目分值排序模型

按加權和的思想，求出每個項目指標與指標對應權重乘積的和作為項目分值，考慮項目的絕對優(yōu)先級與絕對否決級，按項目分值從大到小給出排序結果，其中絕對優(yōu)先的項目排名最前，絕對否決的項目不參與排序。該方法可在上報國家電網公司基建項目儲備庫排序時或電網企業(yè)投資充裕時使用。按項目分值排序模型計算公式如式（1）所示。

其中，uj為第 j個項目，vij為第j個項目的第 i個指標，共有m個項目、n個指標；U為所有項目的集合，U*為不計絕對否決的項目集合即決策輸出結果，U+、U-分別為絕對優(yōu)先和絕對否決的項目集合；Pa（uj）為第 j個項目分值，Pa（vij）為第 j個項目的第 i個指標的分值，wi為第i個指標的權重，ki為第i個指標的計算系數。

計算系數ki的取值為1或0，取1時表示項目分值計算中考慮該指標，取0時表示項目分值計算中不考慮該指標。引入計算系數可以在決策模型中更為全面、多樣地考察每個項目的屬性。如僅將P111～P118這8個指標的計算系數取1，其他指標的計算系數取0，則得到提高電網安全穩(wěn)定性方面的項目分值，排序模型給出的決策結果也是按電網安全穩(wěn)定性分值的排序。

2.2 按單位投資分值排序模型

在項目分值的基礎上，考慮每個項目的投資額，求出每個項目分值與投資額的商作為單位投資分值，考慮項目的絕對優(yōu)先級與絕對否決級，按單位投資分值從大到小給出排序結果，其中絕對優(yōu)先的項目排名最前，絕對否決的項目不參與排序。該方法可在電網企業(yè)投資能力有限時使用。按單位投資分值排序模型如式（2）所示。

其中，Pb（uj）為第 j個項目的單位投資分值，M（uj）為第j個項目的投資額。

2.3 綜合尋優(yōu)模型

考慮到僅用分值排序和單位分值排序有時不能得到在有限投資額情況下的最優(yōu)項目組合，因此可建立項目分值和最大、總投資額最小2個目標的多目標綜合尋優(yōu)模型，采用現代智能算法求解模型得到決策結果。

2.3.1 尋優(yōu)模型

尋優(yōu)模型的目標函數同時考慮項目分值和最大以及項目總投資額最小。約束條件中，考慮項目離散特性約束、絕對優(yōu)先級與絕對否決級約束及項目總投資額約束。由于電網穩(wěn)態(tài)、動態(tài)及穩(wěn)定等約束在綜合評價指標中已考慮，此處略去。該方法可在電網企業(yè)追求項目分值最大、投資最小的多目標情況下使用。上述尋優(yōu)模型如式（3）所示。

其中，Popt和Mopt分別為項目分值和與項目總投資額，M+為絕對優(yōu)先的項目的總投資，M0為項目投資給定值。

引入計算系數，Popt也可表示表1中二級指標的某一個指標分值和或某幾個指標分值和。此時，該模型可以實現提高電網安全穩(wěn)定性方面分值和最大、總投資最小或提高電網安全穩(wěn)定性方面分值和與提高電網設備利用水平方面分值和同時最大、總投資最小等多種多目標尋優(yōu)組合，為電網基建項目輔助決策提供了更加靈活、多樣的決策參考。

電網運營需在保證電網安全穩(wěn)定的基礎上追求更高的經濟效益，電網基建項目輔助決策中項目本身屬性的重要程度稍高于其投資額，因此采用層次分析法（AHP）中SATTY標度的方法，取kp和km分別為3和1（kp和km分別為項目分值和與項目總投資額的系數），將式（3）所示的多目標變?yōu)閱文繕??？紤]項目分值Popt為效益型指標，項目總投資額Mopt為成本型指標，利用線性變換的方法對2個指標進行歸一化，去掉量綱。效益型指標和成本型指標的線性變換方法分別如式（4）、（5）所示，尋優(yōu)模型如式（6）所示。

2.3.2 求解算法

電網基建項目決策為大規(guī)模、非線性、離散整數尋優(yōu)問題，而細菌趨藥性[14-15]BC（Bacterial Chemotaxis）算法是利用細菌在化學引誘劑環(huán)境中的運動行為來進行優(yōu)化求解，具有計算過程簡單、魯棒性強的特點[16-17]，可求解離散整數優(yōu)化問題，因此綜合尋優(yōu)的求解算法采用BC算法。

設細菌個數為e，細菌坐標變量的位數由項目數決定記為A；隨機初始化矩陣為e×A階，元素為1或0，分別表示項目選中或未選中；由項目數表征細菌移動尋優(yōu)時的空間位置，總F值為目標監(jiān)視量，即細菌在A維空間上遵循上述尋優(yōu)步驟；尋優(yōu)過程中考慮項目離散特性和總投資約束。優(yōu)化流程見圖1。

3 算例分析

本文選取湖北電網“里程碑計劃”中2012年投產的基建項目作為決策對象，各項目基本信息見表 2。其中，3個500 kV項目絕對優(yōu)先，無絕對否決的項目。

圖1 BC算法求解電網基建項目輔助決策流程Fig.1 Flowchart of BC algorithm

表2 待決策項目基本信息Tab.2 Basic information of project

根據前文所述的3種決策模型，分別對表2中的19個項目進行決策，設定2012年總投資額為150000萬元（項目投資合計214973萬元），各指標計算系數均為1，指標權重取權重范圍的中間值，BC算法中選取細菌個數為19個，決策結果如表3所示。表中陰影部分表示未選中的項目。

由表3可知，按項目分值排序時，投產的項目數為11，總投資額為142153萬元；按單位投資分值排序時，投產的項目數為13，總投資額為142023萬元；綜合尋優(yōu)時，投產的項目數為14，總投資額為149779萬元。3種決策模型的決策結果差別較大，個別項目的巨大投資額對排序結果影響明顯。

在電網企業(yè)的電網基建項目輔助決策中，應充分考慮3種決策結果，結合企業(yè)實際投資能力及具體工程與電網需求，確定最終決策方案。

表3 輔助決策結果Tab.3 Results of assistant decision making

4 結論

電網基礎設施建設是保證經濟社會快速發(fā)展和電網協(xié)調進步的重要依托，合理決策電網基建項目對于提升電網運營效率有著重要意義。本文提出了一種電網基建項目輔助決策方法，從電網安全穩(wěn)定性、設備利用水平、供電可靠性、電能質量、促進電網協(xié)調發(fā)展和服務經濟社會發(fā)展等6個方面建立了電網基建項目輔助決策指標體系，以全面提升電網運營效率為目的，運用優(yōu)化算法，進而得出了相應的電網基建項目輔助決策策略。在湖北電網基建項目里程碑計劃管理中的應用算例表明，該方法能夠為電網基建項目科學決策提供參考依據，有效服務于電網安全、高效、經濟運行，為電網進一步提高運營效率奠定了堅實的基礎。