王海燕1，馬瑞光1，汪 偉1，魏 俊1，楊東園2，畢林貴

(1.國(guó)網(wǎng)四川省電力公司經(jīng)濟(jì)技術(shù)研究院，四川 成都 610041；2.國(guó)網(wǎng)四川省電力公司調(diào)控中心，四川 成都 610041；3.國(guó)網(wǎng)眉山供電公司，四川 眉山 620000)

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基于數(shù)據(jù)包絡(luò)分析的地區(qū)電網(wǎng)投入產(chǎn)出效率評(píng)價(jià)研究

王海燕1，馬瑞光1，汪 偉1，魏 俊1，楊東園2，畢林貴3

(1.國(guó)網(wǎng)四川省電力公司經(jīng)濟(jì)技術(shù)研究院，四川 成都 610041；2.國(guó)網(wǎng)四川省電力公司調(diào)控中心，四川 成都 610041；3.國(guó)網(wǎng)眉山供電公司，四川 眉山 620000)

針對(duì)地區(qū)電網(wǎng)發(fā)展特點(diǎn)，從電網(wǎng)投入產(chǎn)出角度出發(fā)，研究和探索了地區(qū)電網(wǎng)評(píng)估體系，利用數(shù)據(jù)包絡(luò)分析方法，以220 kV及110 kV電網(wǎng)、35 kV及以下電網(wǎng)分別作為研究對(duì)象構(gòu)建投入產(chǎn)出評(píng)價(jià)模型，通過(guò)綜合效率分析、投影分析，得到了基于投入與產(chǎn)出的電網(wǎng)效益值、非有效單元與目標(biāo)值的差距、投入要素的冗余等信息，系統(tǒng)全面地評(píng)價(jià)了地區(qū)電網(wǎng)的投入產(chǎn)出效率，為優(yōu)化資源配置，提高資源使用效率提供了科學(xué)的輔助決策依據(jù)，有利于促進(jìn)各級(jí)電網(wǎng)協(xié)調(diào)發(fā)展。實(shí)例計(jì)算結(jié)果證明了該方法的有效性。

數(shù)據(jù)包絡(luò)分析；投入產(chǎn)出效率；電網(wǎng)評(píng)價(jià)

0 引 言

地區(qū)電網(wǎng)作為省級(jí)(直轄市、自治區(qū))電網(wǎng)的下一級(jí)電網(wǎng)，是整個(gè)電力系統(tǒng)與用戶聯(lián)系、向用戶供應(yīng)和分配電能的重要環(huán)節(jié)[1]?！笆濉币詠?lái)，隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的持續(xù)快速發(fā)展和人民生活水平的提高，地區(qū)電網(wǎng)建設(shè)的力度在逐步加大，相應(yīng)投入的資金也會(huì)越來(lái)越多。如果投資規(guī)模過(guò)小或滯后，必然滿足不了經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展和負(fù)荷增長(zhǎng)的要求，還影響企業(yè)長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展，達(dá)不到預(yù)期的投資效益。但是如果投資規(guī)模過(guò)大或過(guò)于超前，必然造成資金浪費(fèi)和資源過(guò)剩，還會(huì)造成企業(yè)經(jīng)營(yíng)壓力。因此有必要對(duì)地區(qū)電網(wǎng)開(kāi)展投入產(chǎn)出效率評(píng)價(jià)研究，進(jìn)而判斷電網(wǎng)建設(shè)規(guī)模是否適度、投入與產(chǎn)出是否匹配等，對(duì)加強(qiáng)地區(qū)電網(wǎng)建設(shè)指導(dǎo)，實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)精準(zhǔn)投資，促使地區(qū)電網(wǎng)科學(xué)、合理、有序地發(fā)展，提升電網(wǎng)發(fā)展能力和企業(yè)發(fā)展效益具有重要意義。

目前，比較常見(jiàn)的效率分析法有參數(shù)法、隨機(jī)前沿分析(stochastic frontier analysis,SFA)、數(shù)據(jù)包絡(luò)分析(data envelopment analysis,DEA)法等等。參數(shù)法的局限性較大，且計(jì)算復(fù)雜，主要適用于單產(chǎn)出和多投入的相對(duì)效率測(cè)算[2]。文獻(xiàn)[3]基于SFA方法建立了隨機(jī)前沿知識(shí)生產(chǎn)函數(shù)模型，并對(duì)中國(guó)30個(gè)省市碳排放效率進(jìn)行了實(shí)例研究。DEA是在“相對(duì)效率評(píng)價(jià)”概念的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的一種評(píng)價(jià)具有相同類(lèi)型投入和產(chǎn)出的若干決策單元相對(duì)效率的非參數(shù)統(tǒng)計(jì)方法[4]，客觀性強(qiáng)、適用于多輸入-多輸出復(fù)雜系統(tǒng)，將其應(yīng)用于電網(wǎng)企業(yè)效率和投資效益評(píng)價(jià)分析，是近年來(lái)DEA方法應(yīng)用的一個(gè)新方向[5-9]。

從地區(qū)電網(wǎng)企業(yè)的實(shí)際情況出發(fā)，以220 kV及110 kV電網(wǎng)和35 kV及以下電網(wǎng)為研究對(duì)象分別構(gòu)建了基于數(shù)據(jù)包絡(luò)分析的電網(wǎng)投資效益評(píng)價(jià)模型，對(duì)各層級(jí)電網(wǎng)的投入和產(chǎn)出進(jìn)行量化分析，為減少資源無(wú)效投入提供了科學(xué)的輔助決策依據(jù)。

1 基于DEA的地區(qū)電網(wǎng)投入產(chǎn)出效益評(píng)價(jià)模型

1.1 數(shù)據(jù)包絡(luò)分析

DEA是運(yùn)籌學(xué)、管理科學(xué)和數(shù)理經(jīng)濟(jì)學(xué)交叉研究的一個(gè)新的領(lǐng)域，它是由Charnes和Cooper等人于1978年基于“相對(duì)效率評(píng)價(jià)”概念發(fā)展起來(lái)的一種系統(tǒng)分析方法，特別適合處理有多輸入和多輸出的復(fù)雜系統(tǒng)。

C2R模型是運(yùn)用最廣泛的DEA模型之一。帶有阿基米德無(wú)窮小量和松弛變量的數(shù)學(xué)模型為

(1)

1.2 評(píng)估指標(biāo)選取

通過(guò)對(duì)地區(qū)電網(wǎng)建設(shè)投資情況進(jìn)行調(diào)研；同時(shí)根據(jù)國(guó)內(nèi)外文獻(xiàn)研究?jī)?nèi)容及咨詢有關(guān)專(zhuān)家的意見(jiàn)，結(jié)合“普遍適用性原則”和“易獲取性原則”，最終選出了包括變壓器容量、線路長(zhǎng)度、容載比、綜合線損率、售電量、N-1通過(guò)率、電網(wǎng)利用效率等全面描述投資狀態(tài)的各項(xiàng)投入產(chǎn)出指標(biāo)。根據(jù)各類(lèi)投資的安全性、經(jīng)濟(jì)性效率作為目標(biāo)值，將直接衡量安全性、經(jīng)濟(jì)性的指標(biāo)作為輸出指標(biāo)，間接影響的指標(biāo)作為輸入指標(biāo)。

1)輸入指標(biāo)

變壓器容量/線路長(zhǎng)度：電網(wǎng)建設(shè)投入主要取決于變電站和線路的總投資費(fèi)用，與變電容量和線路長(zhǎng)度直接相關(guān)。

容載比：為變電容量與最高負(fù)荷之比，是衡量電網(wǎng)可靠性與經(jīng)濟(jì)性的重要評(píng)價(jià)指標(biāo)。容載比取值過(guò)大，容易造成投資浪費(fèi)，取值過(guò)小，又影響電網(wǎng)的安全可靠運(yùn)行，因此容載比屬于偏中間型指標(biāo)，位于導(dǎo)則范圍內(nèi)或與導(dǎo)則規(guī)定范圍越接近越好。對(duì)這類(lèi)指標(biāo)，處理方式是計(jì)算出其與理想值之差的絕對(duì)值作為輸入。

綜合線損率：指供電系統(tǒng)在傳輸電能的過(guò)程中在線路和變壓器中的損耗電量占總供電量的百分比，是供電企業(yè)的重要經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)，綜合反映了電網(wǎng)企業(yè)的經(jīng)營(yíng)管理水平。

2)輸出指標(biāo)

產(chǎn)出指標(biāo)則需要反映電網(wǎng)投入能夠最終轉(zhuǎn)化為直接經(jīng)濟(jì)效益以及最大程度滿足用電需求的能力。

售電量：電網(wǎng)公司產(chǎn)出的重要評(píng)價(jià)指標(biāo)，各級(jí)電網(wǎng)建設(shè)最基本的要求就是要最大程度地滿足當(dāng)?shù)赜秒娦枨蟆?/p>

“N-1”通過(guò)率：表征電網(wǎng)安全性水平的重要指標(biāo)。

電網(wǎng)利用效率：是電網(wǎng)運(yùn)行水平和現(xiàn)代電網(wǎng)企業(yè)運(yùn)營(yíng)效率的重要體現(xiàn)，與經(jīng)濟(jì)性密切相關(guān)，是企業(yè)關(guān)注的核心問(wèn)題。電網(wǎng)利用效率可以用最大負(fù)載率和等效平均負(fù)載率加以衡量。

1.3 基于DEA的地區(qū)電網(wǎng)投入產(chǎn)出評(píng)估模型

作為省網(wǎng)下一級(jí)的地區(qū)電網(wǎng)，其電壓等級(jí)主要由220kV及以下構(gòu)成。為全面細(xì)致衡量電網(wǎng)的投入產(chǎn)出效率，結(jié)合上述各類(lèi)指標(biāo)涵義，基于地區(qū)電網(wǎng)各層級(jí)電網(wǎng)發(fā)展特點(diǎn)和所處發(fā)展階段，將220kV及110kV電網(wǎng)和35kV及以下電網(wǎng)分別作為研究對(duì)象構(gòu)建投入產(chǎn)出評(píng)價(jià)模型，以便清晰反映各層級(jí)電網(wǎng)在投入產(chǎn)出方面存在的問(wèn)題或不足，有助于找準(zhǔn)對(duì)策，做出綜合決策?；贒EA的地區(qū)電網(wǎng)投入產(chǎn)出效益評(píng)估流程如圖1所示。

2 實(shí)例計(jì)算分析

2.1 DEA相對(duì)效率計(jì)算結(jié)果

以某省公司所轄的19個(gè)地區(qū)電網(wǎng)供電企業(yè)為研究決策單元，利用DEAP2.1軟件針對(duì)2014年各決策單元的220kV及110kV電網(wǎng)和35kV及以下電網(wǎng)分別計(jì)算其投入產(chǎn)出效率，運(yùn)用C2R模型測(cè)算各個(gè)決策單元的綜合效率，然后根據(jù)變動(dòng)規(guī)模報(bào)酬的BC2模型評(píng)價(jià)各單元的技術(shù)效率、規(guī)模效率以及規(guī)模報(bào)酬，計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表1、表2。

2.2 投入產(chǎn)出效率分析

由表1可知，在19個(gè)地區(qū)中，DMU1、DMU2、DMU5、DMU7、DMU9～DMU10、DMU13～DMU16和DMU19評(píng)價(jià)結(jié)果為DEA有效，表明以上11個(gè)地區(qū)的220kV及110kV電網(wǎng)建設(shè)投入與效益產(chǎn)出達(dá)到了較好的狀態(tài)，既保證了各投入要素得到充分利用，又能最大程度滿足當(dāng)?shù)赜秒娦枨?。剩?個(gè)決策單元均為DEA無(wú)效，說(shuō)明投入與產(chǎn)出之間的組合沒(méi)有達(dá)到最優(yōu)，存在輸入冗余或輸出虧空，其中DMU4、DMU6、DMU12和DMU17為DEA無(wú)效但技術(shù)有效，表明此4個(gè)地區(qū)在電網(wǎng)結(jié)構(gòu)、質(zhì)量上具有較好的擴(kuò)展性，導(dǎo)致其綜合效率低的原因是規(guī)模效率；地區(qū)DMU3、DMU8、DMU11和DMU18同時(shí)為DEA無(wú)效和技術(shù)無(wú)效，且不難發(fā)現(xiàn)技術(shù)效率低是此4個(gè)地區(qū)電網(wǎng)綜合效率低的主要原因。從規(guī)模報(bào)酬看，8個(gè)DEA無(wú)效的地區(qū)電網(wǎng)均為規(guī)模收益遞減的，表明此8個(gè)地區(qū)220kV及110kV電網(wǎng)建設(shè)規(guī)模已經(jīng)超前，繼續(xù)增加投入時(shí)，收益(產(chǎn)出)增加的效率已經(jīng)不高了，即沒(méi)有再繼續(xù)增加投資的積極性。

圖1 地區(qū)電網(wǎng)投入產(chǎn)出效益評(píng)估流程圖

表1 各地區(qū)供電企業(yè)220 kV及110 kV電網(wǎng)的效率值

從35kV及以下電網(wǎng)來(lái)看，DEA有效單元總共10個(gè)，分別是DMU2～7、DMU11、DMU14、DMU15及DMU17。剩余9個(gè)均為DEA無(wú)效，且技術(shù)效率與規(guī)模效率值均較低，說(shuō)明投入與產(chǎn)出之間的組合沒(méi)有達(dá)到最優(yōu)，電網(wǎng)的投入和產(chǎn)出不成比例，效率值較低。與220kV、110kV電網(wǎng)不同的是，所有無(wú)效單元都是規(guī)模報(bào)酬遞增的，表示此9個(gè)地區(qū)有繼續(xù)增加電網(wǎng)建設(shè)投入的積極性，即繼續(xù)增加投入時(shí)，收益(產(chǎn)出)增加的效率會(huì)大于投入增加的效率。

綜合來(lái)看，19個(gè)地區(qū)220kV及110kV電網(wǎng)綜合效率、技術(shù)效率和規(guī)模效率值分別為0.934、0.964、0.970，均優(yōu)于35kV及以下電網(wǎng)的效率值0.804、0.888、0.884，這表明220kV、110kV電網(wǎng)總體效率較高，與“十二五”以來(lái)的地區(qū)電網(wǎng)主網(wǎng)架加快建設(shè)密不可分，也可從近幾年地區(qū)電網(wǎng)投資結(jié)構(gòu)(2011—2014年地區(qū)220kV、110kV電網(wǎng)投資占比52.6%、35kV及以下電網(wǎng)投資占比47.4%)得到印證。分地區(qū)看，220kV及110kV電網(wǎng)和35kV及以下電網(wǎng)投入產(chǎn)出均為DEA有效的僅5個(gè)地區(qū)，分別是DMU2、DMU5、DMU7、DMU14和DMU15。這在某種程度上反映出大部分地區(qū)各層級(jí)電網(wǎng)效率水平參差不齊，發(fā)展協(xié)調(diào)度不高，特別是決策單元8、12、18這3個(gè)DEA均無(wú)效的地區(qū)，亟待優(yōu)化電網(wǎng)布局，提升電網(wǎng)投入產(chǎn)出效益。對(duì)于其余11個(gè)地區(qū)，應(yīng)該有的放矢，如決策單元3、4、6、11和17，應(yīng)適度控制或減少220kV、110kV電網(wǎng)投入，充分發(fā)揮存量資產(chǎn)效率，提升電網(wǎng)投入產(chǎn)出綜合效率，而決策單元1、9、10、13、16和19應(yīng)該加大35kV及以下電網(wǎng)投入，提升電網(wǎng)發(fā)展質(zhì)量，改善其相對(duì)效率。

2.3 非有效決策單元的投影分析

表3 220 kV及110 kV電網(wǎng)非有效決策單元的松弛變量

表4 35 kV及以下電網(wǎng)非有效決策單元的松弛變量

表5 線損率和售電量指標(biāo)的最終目標(biāo)建議值

表6 地區(qū)電網(wǎng)各投入產(chǎn)出指標(biāo)的目標(biāo)值

表7 地區(qū)電網(wǎng)投入產(chǎn)出指標(biāo)的售電量目標(biāo)值

從表3、表4中可以看出，220kV、110kV電網(wǎng)投資效益值較差的地區(qū)普遍存在線路冗余過(guò)多和容載比相對(duì)偏高的問(wèn)題。結(jié)合某省電網(wǎng)實(shí)際情況可知，處于這種狀態(tài)的地區(qū)基本屬于水電資源富集地區(qū)，區(qū)域面積大且距離負(fù)荷中心較遠(yuǎn)，承擔(dān)了大量中小型水電匯集、上網(wǎng)和長(zhǎng)距離送電任務(wù)。而35kV及以下電網(wǎng)效率值低所反映出的問(wèn)題主要是線路冗余和線損率相對(duì)偏高，這與該省自然條件復(fù)雜、中低壓配網(wǎng)發(fā)展普遍滯后、負(fù)荷分布不均、供電半徑過(guò)長(zhǎng)有較大關(guān)系。這也反映出持續(xù)加大35kV及以下電網(wǎng)改造力度，著力解決中低壓配網(wǎng)薄弱的問(wèn)題是下一步地區(qū)電網(wǎng)發(fā)展的重中之重。

在19個(gè)地區(qū)中，220kV、110kV和35kV及以下電網(wǎng)投資效益值最低，排名最差的分別是DMU11和DMU13。由表3中松弛變量可知如果DMU11線路長(zhǎng)度減少425km，110kV電網(wǎng)容載比與理想值的差距減小為0.23，或110kV變壓器、線路N-1通過(guò)率分別提高30.2%、14.0%，220kV變壓器最大負(fù)載率、等效平均負(fù)載率提高15.3%、5.3%，110kV變壓器最大負(fù)載率提高12.6%，同時(shí)所有投入數(shù)據(jù)等比例下降到67.1%的情況下，該地區(qū)220kV、110kV電網(wǎng)的投資效益才能達(dá)到DEA有效。同樣，對(duì)于地區(qū)13，由表4計(jì)算結(jié)果可知，要使其達(dá)到DEA相對(duì)有效，應(yīng)該使其35kV及以下變電容量減少3.6×104kV·A，線路長(zhǎng)度減少2 300km，容載比與理想值之間的差距縮小到0.09，或35kV變壓器N-1通過(guò)率、10kV線路N-1通過(guò)率分別提升0.5%、3.4%，同時(shí)所有投入數(shù)據(jù)等比例下降到28.9%。

同時(shí)，應(yīng)該注意到，DEA方法是純粹的從數(shù)據(jù)出發(fā)進(jìn)行評(píng)估的方法，因此上述模型所給出的改進(jìn)方向、冗余或產(chǎn)出不足量只是從數(shù)據(jù)出發(fā)，在相關(guān)部門(mén)將投入冗余或產(chǎn)出不足量的大小作為制定投資措施的參考指標(biāo)時(shí)，還應(yīng)該結(jié)合當(dāng)?shù)仉娋W(wǎng)的實(shí)際情況和指標(biāo)本身綜合考慮。如表6、表7所示，通過(guò)DEA模型計(jì)算得到的DMU4的110kV變壓器N-1通過(guò)率和110kV線路N-1通過(guò)率指標(biāo)目標(biāo)值均已超過(guò)100%，這與實(shí)際不符，應(yīng)將目標(biāo)調(diào)整為100%。DMU8、DMU11和DMU18也存在同樣的問(wèn)題，其處理方式類(lèi)似。

3 結(jié) 論

針對(duì)特性各異的地區(qū)電網(wǎng)，考慮到各層級(jí)電網(wǎng)建設(shè)特點(diǎn)和發(fā)展階段，對(duì)220kV、110kV電網(wǎng) 和35kV及以下電網(wǎng)分別建立基于DEA的電網(wǎng)投入產(chǎn)出效益評(píng)估模型，得到包括綜合效率、非有效決策單元與其理想狀況的差距、投入要素冗余或產(chǎn)出不足以及技術(shù)、規(guī)模有效性分布等管理信息，可以為相關(guān)部門(mén)制定提高電網(wǎng)效益的措施、制定電網(wǎng)投資規(guī)劃和計(jì)劃方案提供參考依據(jù)。

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According to the characteristics of the development of regional power grid, the regional power grid evaluation system is studied and explored as viewed from the power grid input-output. Using data envelopment analysis method and taking the power grids with 220 kV～110 kV and 35 kV and below as objective respectively, the input-output evaluation model is established. Through the comprehensive efficiency analysis and projection analysis, the grid efficiency value based on the inputs and outputs, the gap between non-effective unit and the target value and other information elements are obtained, which comprehensively evaluates the input-output efficiency of the regional power grid. It provides a scientific decision support for optimizing the allocation of resources and improving the efficient use of resources, which is conducive to promoting the coordinated development of power grids at all levels. The results of calculation examples demonstrate the effectiveness of the proposed method.

data envelopment analysis; input-output efficiency; power grid evaluation

TM71 <文獻(xiàn)標(biāo)志碼：a class="emphasis_bold"> 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1003-6954(2016)06-0078-07文獻(xiàn)標(biāo)志碼：a

1003-6954(2016)06-0078-07

A 文章編號(hào)：1003-6954(2016)06-0078-07

2016-07-27)

王海燕(1983)，碩士研究生、工程師，研究方向?yàn)殡娋W(wǎng)投資分析、電網(wǎng)發(fā)展評(píng)價(jià)等。