電網(wǎng)精準(zhǔn)投資決策建模研究

陳志梅，姚勁松，顧建明，劉晉雄，蔚 真，喬中智，趙 帥

（國網(wǎng)山西省電力公司，太原 030001）

一、電網(wǎng)投資指標(biāo)體系構(gòu)建

電網(wǎng)投資是電網(wǎng)規(guī)劃計劃工作中的重要一環(huán)，關(guān)系到企業(yè)可持續(xù)發(fā)展能力和電網(wǎng)發(fā)展質(zhì)量，此外電網(wǎng)投資規(guī)劃還是一個復(fù)雜煩瑣的系統(tǒng)工作。在電網(wǎng)投資指標(biāo)體系中，其中基本的是系統(tǒng)分析法與層次分析法，并由三個指標(biāo)體系構(gòu)成?；陔娋W(wǎng)設(shè)備的負(fù)載、損耗、電壓等運行信息，將指標(biāo)主要分為三個方面：技術(shù)、經(jīng)濟、社會效益。

此外，電網(wǎng)投資規(guī)劃是一個多目標(biāo)、全過程、多維度的復(fù)雜系統(tǒng)工程。因此，電網(wǎng)投資指標(biāo)體系也是一個多層次的指標(biāo)體系。參考系統(tǒng)分析的基本理論和層次分析法，將電網(wǎng)投資指標(biāo)體系總體框架設(shè)計分為三個層次。

（一）電網(wǎng)投資技術(shù)效益指標(biāo)體系

根據(jù)電網(wǎng)設(shè)備的負(fù)載、損耗、電壓等運行信息，從電網(wǎng)投資技術(shù)效益考慮，建立電網(wǎng)投資技術(shù)效益評價指標(biāo)體系。本指標(biāo)體系共從四方面構(gòu)建。其中，供電可靠性方面由供電可靠率、綜合電壓合格率、電網(wǎng)線路互聯(lián)率、容載增速比、重載設(shè)備占比、設(shè)備非計劃停電率、故障停電平均持續(xù)時間、用戶平均停電頻率指標(biāo)構(gòu)成；設(shè)備利用效率方面由設(shè)備無故障運行間隔、單位投資設(shè)備缺陷變化率、線路重載比率指標(biāo)構(gòu)成；裝備技術(shù)水平方面由設(shè)備運行年限、變壓器負(fù)載分布、配電自動化終端覆蓋率指標(biāo)構(gòu)成；適應(yīng)性方面由輸電網(wǎng)N-1通過率、配電線路N-1通過率、瓶頸線路占比、變電容載比指標(biāo)構(gòu)成。

（二）電網(wǎng)投資經(jīng)濟效益指標(biāo)體系

根據(jù)電網(wǎng)的要素投入與產(chǎn)出水平，從投資效益和財務(wù)效益兩個角度來考慮，建立電網(wǎng)投資經(jīng)濟效益評價指標(biāo)體系如表1所示。

表1 電網(wǎng)投資經(jīng)濟性指標(biāo)體系

本指標(biāo)體系共從兩方面構(gòu)建。其中，投資效益方面由電網(wǎng)資產(chǎn)收入比、線損率、單位資產(chǎn)供電量、單位投資增供電量、單位投資增供負(fù)荷、單位電量供電成本指標(biāo)構(gòu)成；財務(wù)效益方面由內(nèi)部收益率、投資回收年限指標(biāo)構(gòu)成。各指標(biāo)含義和計算方法見下文。

1.投資效益

（1）電網(wǎng)資產(chǎn)收入比

電網(wǎng)資產(chǎn)收入比是電網(wǎng)公司的年度總銷售電價收入除以電網(wǎng)公司資產(chǎn)總量的結(jié)果，該結(jié)果直接表明固定資產(chǎn)所能夠帶來的收入比，可以反映出電網(wǎng)企業(yè)資產(chǎn)的利用率以及單位資產(chǎn)的盈利率。

（2）線損率

線損率指標(biāo)是每個電力部門效率的一個重要指標(biāo)。它是電網(wǎng)中損耗的電能比，其結(jié)果是用來考核電網(wǎng)系統(tǒng)運行的經(jīng)濟性，線損率越高，則電力部門的電能消耗越多、經(jīng)濟效果越差。計算公式如下：

（3）單位資產(chǎn)供電量

計算公式如下：

（4）單位投資增供電量

計算公式如下：

（5）單位投資增供負(fù)荷

計算公式如下：

（6）單位電量供電成本

單位電量供電成本是在一定時期內(nèi)供電成本支出的比率，它會反映出每個供電單位需要花費的成本，比例越低，單位供電的成本支出越低，電網(wǎng)公司從投資中獲得收益的能力越高。

2.財務(wù)效益

（1）內(nèi)部收益率

在財務(wù)學(xué)中，固定資產(chǎn)的投資回報率一般采用內(nèi)部收益率（IRR）來評估，其含義是投資方案在建設(shè)和生產(chǎn)運行年限內(nèi)各年凈現(xiàn)金流量的現(xiàn)值累計等于0時的折現(xiàn)率，是反映方案獲利能力的重要動態(tài)評價指標(biāo)。IRR是指使方案在研究期內(nèi)一系列收入和支出的現(xiàn)金流量凈現(xiàn)值為0時的折現(xiàn)率，即滿足下式的IRR：

式中各指標(biāo)含義與凈現(xiàn)值公式中含義相同，IRR為所需求得的內(nèi)含報酬率。

（2）投資回收時間

投資回收時間，又指投資返本時間，一般是項目的凈收益抵償全部投資（包括固定資產(chǎn)和流動資金）所需的時間。投資回收時間按年表示的表達是：

式中Pt為投資回收年限。

（三）電網(wǎng)投資社會效益指標(biāo)體系

根據(jù)項目的社會效益與對社會的影響，既分析對社會的貢獻與影響，研究項目與社會的相互適應(yīng)性，以揭示降低社會風(fēng)險的途徑，并從項目的社會可行性方面為項目決策提供科學(xué)的分析依據(jù)。從電網(wǎng)投資社會效益考慮，建立電網(wǎng)投資社會效益評價指標(biāo)體系如表2所示。

表2 電網(wǎng)投資社會效益指標(biāo)體系

本指標(biāo)體系共從三方面構(gòu)建，其中投資項目先進性方面由項目示范作用、項目可持續(xù)性指標(biāo)構(gòu)成；對地區(qū)經(jīng)濟的影響方面由是否促進經(jīng)濟發(fā)展指標(biāo)構(gòu)成；用戶滿意度方面由政府滿意度、居民滿意度、用電企業(yè)滿意度指標(biāo)構(gòu)成。

二、電網(wǎng)投資效果評價及決策模型構(gòu)建

為了達到把控電網(wǎng)投資節(jié)奏、合理配置電網(wǎng)、電網(wǎng)結(jié)構(gòu)的完善提供決策依據(jù)的目的，本節(jié)構(gòu)建了基于改進變權(quán)物元可拓模型的電網(wǎng)投資效果評估模型與電網(wǎng)投資決策模型。首先利用評估模型對已投資建設(shè)項目做出評估，從整體和長遠的角度客觀評估電網(wǎng)建設(shè)投資項目投資時序、投資的經(jīng)濟性，并根據(jù)項目的經(jīng)濟性因素進行優(yōu)選；然后對所選項目群考慮風(fēng)險因素，利用決策模型決定項目建設(shè)時序。

（一）基于改進變權(quán)物元可拓模型的電網(wǎng)投資效果評估模型

基于物元可拓模型的電網(wǎng)投資效果綜合評價步驟如下：

（1）確定經(jīng)典域和節(jié)域；

（2）評價指標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)化處理；

一般來說，在指標(biāo)的選取過程中，會有四個指標(biāo)：有最大指標(biāo)、最小指標(biāo)、中間指標(biāo)和區(qū)間指標(biāo)。如果在指標(biāo)選取中同時出現(xiàn)4個，就需要對各種方案進行綜合評價之前，對指標(biāo)進行統(tǒng)一。否則，不能定性地判斷綜合評價函數(shù)的評價結(jié)果，就不能選取出最好的方案指標(biāo)。

為更好地對評價結(jié)果進行判斷、分析，進行評價前，需要將極小型指標(biāo)都轉(zhuǎn)化為極大型指標(biāo)，采用公式將極小型指標(biāo)轉(zhuǎn)化為極大型指標(biāo)。

（3）計算待評物元各指標(biāo)與各評價等級的關(guān)聯(lián)度；

（4）通過改進變權(quán)理論確定各指標(biāo)權(quán)重；

（5）計算綜合關(guān)聯(lián)度，輸出評價結(jié)果。

具體流程見圖1。

圖1 基于物元可拓模型的電網(wǎng)投資效果綜合評價步驟

（二）基于改進變權(quán)物元可拓模型

通過物元分析把繁瑣的問題抽象化建立模型，通過分析模型來研究出相應(yīng)的應(yīng)用方法。用物元分析法可以建立事物多指標(biāo)性能參數(shù)的質(zhì)量評價模型，可以表達評價結(jié)果，從而反映出事物綜合水平。該模型的構(gòu)建分為以下步驟：

（1）確定經(jīng)典域、節(jié)域和待評物元

在物元分析中所描述的事物R及其特征c和量值v組成物元 R=（N，c，v），同時把事物的名稱、特征和量值稱為物元三要素.將事物N0作為待評物元，該物元以n個特征c1，c2，Lcn及其相應(yīng)的量值來 v1，v2，Lvn描述，則可以表示為：

由事物的特征及其標(biāo)準(zhǔn)量值范圍組成的物元矩陣稱為經(jīng)典域，記為Rj。由經(jīng)典物元加上可以轉(zhuǎn)化為經(jīng)典物元的事物及其特征和此特征相應(yīng)拓廣了的量值范圍組成的物元矩陣稱為節(jié)域，記為Rp。

式中，Nj表示所劃分的第j個評價等級；ci表示第i個評價指標(biāo)；Xji分別為ci對應(yīng)評價等級j的取值范圍，即經(jīng)典域.Np表示評價等級的全體，Vpi為p關(guān)于ci的取值范圍，即p的節(jié)域，顯然Xji∈Xpi。

（2）計算待評物元關(guān)于各評價等級的關(guān)聯(lián)度

其中，

ρ（vi，Xji）、ρ（vi，Xpi）分別表示點vi與經(jīng)典域區(qū)間Xji和節(jié)域區(qū)間Xpi的距.關(guān)聯(lián)度Kj（vi）實際上刻劃的是待評事物各指標(biāo)關(guān)于各評價等級j的歸屬程度，相當(dāng)于模糊數(shù)學(xué)中描述模糊集合的隸屬度，若Kj（vi）=maxKj（vi），j∈（1，2，K，m）則評定指標(biāo)vi屬于等級j。

關(guān)聯(lián)度數(shù)值在實數(shù)軸上的大小表征了被評對象屬于某一級別的程度，物元模型的關(guān)聯(lián)度將邏輯值從模糊數(shù)學(xué)的[0，1]閉區(qū)間拓展到（-∞，+∞）實數(shù)軸后，比模糊數(shù)學(xué)的隸屬度所代表的內(nèi)涵更為豐富，能揭示更多的分異信息.依據(jù)K（v）的不同取值范圍作為等級評定的依據(jù)見表3。

表3 關(guān)聯(lián)度的意義

（3）確定權(quán)重

變權(quán)理論基于因素空間提出了變權(quán)綜合模型，并給出了如下結(jié)論：設(shè) X=（x1，x2，…xn）為因素狀態(tài)變量，W=（w1，w2，…wn）為因素常權(quán)變量，S（X）=（S1（X），S2（X），L，Sn（X））為狀態(tài)變權(quán)向量，則變權(quán)向量W（X）=（w1（X），w2（X），…，wn（X））可用W和S（X）的歸一化的阿達瑪乘積表示，即

（4）計算綜合關(guān)聯(lián)度及等級評定

待評事物關(guān)于等級j的綜合關(guān)聯(lián)度為：

式中：Kj（p）為待評事物關(guān)于各等級j的綜合關(guān)聯(lián)度，Kj（vi）為待評事物各指標(biāo)對各等級的關(guān)聯(lián)度，wi為各評價指標(biāo)的權(quán)系數(shù)。若Kj（p）=maxKj（p），j∈（1，2，K，m），則待評事物屬于等級j。

利用上述模型可以基于地區(qū)發(fā)展水平和電網(wǎng)發(fā)展水平指數(shù)、電網(wǎng)建設(shè)與電源協(xié)調(diào)性指標(biāo)、電網(wǎng)建設(shè)與電力需求協(xié)調(diào)性指標(biāo)、電網(wǎng)內(nèi)部結(jié)構(gòu)協(xié)調(diào)性指標(biāo)、售電量增長率、資產(chǎn)負(fù)債率和售電量增長率情形得到電網(wǎng)發(fā)展與電源、電力需求、地區(qū)經(jīng)濟發(fā)展之間的關(guān)系，上下電壓等級、同一電壓等級電網(wǎng)間的協(xié)調(diào)程度，為電網(wǎng)投資節(jié)奏把控、電網(wǎng)的合理配置、電網(wǎng)結(jié)構(gòu)的完善提供決策依據(jù)并評估計劃投資規(guī)模的合理性。

三、電網(wǎng)投資決策模型構(gòu)建

本報告先利用基于投資回報率的項目優(yōu)化排序模型進行基于經(jīng)濟性考慮的項目優(yōu)選，再對所選項目群考慮風(fēng)險因素，通過基于實物期權(quán)的投資決策模型決定項目建設(shè)時序。

（一）基于投資回報率的項目優(yōu)化排序模型

通過計算單個項目內(nèi)部收益率及單位投資，建立內(nèi)部收益率和單位投資的線性分權(quán)決策模型。該模型評估已投資建設(shè)項目，從整體和長遠的角度客觀評估電網(wǎng)建設(shè)投資項目投資時序、投資的經(jīng)濟性。

在所有的經(jīng)濟評價指標(biāo)中，內(nèi)部收益率（IRR）是最重要的評價指標(biāo)之一。投資項目各年現(xiàn)金流量的折現(xiàn)值之和為項目的凈現(xiàn)值，內(nèi)部收益率，就是資金流入現(xiàn)值總額與資金流出現(xiàn)值總額相等、凈現(xiàn)值等于零時的折現(xiàn)率。它是一項投資渴望達到的報酬率，該指標(biāo)越大越好。一般情況下，內(nèi)部收益率大于等于基準(zhǔn)收益率時，該項目是可行的。內(nèi)部收益率的計算公式如下：

式中：

IRR：內(nèi)部收益率；

NPV：凈現(xiàn)值；

CIt：第t年的現(xiàn)金流流入額；

COt：第t年的現(xiàn)金流流出額。

內(nèi)部收益率是指在考慮投資成本的情況下，使未來投資產(chǎn)生的現(xiàn)金流量的現(xiàn)值等于貼現(xiàn)率。內(nèi)部收益率一般被認(rèn)為是項目投資的收益率，它反映的是投資效率，其結(jié)果概念清晰。

IRR的經(jīng)濟含義可以理解為：如果在項目的整個生命周期中存在不可回收的投資，那么投資將在項目結(jié)束時完全回收。一般情況下，在項目及其生命周期中，項目始終處于“還款”未收回的投資狀態(tài)。因此，項目的“償付能力”完全在項目之內(nèi)，因此被稱為“內(nèi)部收益率”。IRR的經(jīng)濟意義的另一個表達是投資的營利能力，它時沒有回收的投資的盈利率。

（二）基于實物期權(quán)的投資決策模型

1.實物期權(quán)理論

在經(jīng)濟投資領(lǐng)域，實物期權(quán)理論一般是在金融市場上制定具體的規(guī)則，并將其納入企業(yè)內(nèi)部的戰(zhàn)略投資決策過程，用于企業(yè)自身的經(jīng)營發(fā)展。實物期權(quán)就是期權(quán)。目前，企業(yè)面臨著快速發(fā)展的國際市場環(huán)境，因此，實物期權(quán)的主要應(yīng)用價值在于它能夠在企業(yè)發(fā)展過程中實現(xiàn)及時有效的戰(zhàn)略決策調(diào)整。

一般對于每個企業(yè)來說，它可以結(jié)合特定的投資機制實現(xiàn)對自身實物期權(quán)的有效管理和操作，同時在過程中為企業(yè)的發(fā)展創(chuàng)造特定的價值。運用實物期權(quán)理論，通過運用動態(tài)管理機制，可以實現(xiàn)電網(wǎng)投資收益的最大化。

實物期權(quán)理論是從對企業(yè)價值的更準(zhǔn)確的評價中提出的。其中，期權(quán)的理論內(nèi)涵具體地融入了企業(yè)發(fā)展和應(yīng)用的全過程，而實物期權(quán)理論的制定和頒布是一個獨立的經(jīng)濟體系。在其期權(quán)理論中，有多種選擇情況，如轉(zhuǎn)移期權(quán)、遞延期權(quán)等。同時，在這個理論中，它對于投資決策行為有更大的自主性與主動性，能夠更好地為企業(yè)投資服務(wù)。

2.實物期權(quán)模型

實物期權(quán)的基本模型有兩種：B-S模型和二叉樹模型。由于二叉樹模型較B-S模型有形象直觀、計算簡單且具有適應(yīng)性廣的優(yōu)點，本報告使用二叉樹模型來進行投資決策。

二叉樹定價模型假設(shè)資產(chǎn)價值S只能上升或下降，在整個周期內(nèi)，上漲的概率為p，幅度為前一個節(jié)點的u倍，下降的概率為1-p，幅度為前一個節(jié)點的d倍；然后將該周期劃分為幾個區(qū)間，每個區(qū)間跨度為，再根據(jù)資產(chǎn)價值的上升和下降情況得到所有可能的發(fā)展路徑，接著計算每個節(jié)點的資產(chǎn)價值；最后通過計算每個節(jié)點的選出值最大的節(jié)點，再將該值折現(xiàn)得到的則為該種期權(quán)的期權(quán)價值。二叉樹模型實質(zhì)上是證券價格連續(xù)時間模型的離散形式，它是在每一期將出現(xiàn)兩種可能性的假設(shè)下構(gòu)建的現(xiàn)金流量或某種價格波動的模型，也是一種簡單易行的期權(quán)估價模型。

電網(wǎng)投資項目的定價模型以二叉樹模型為基礎(chǔ)，根據(jù)電網(wǎng)投資項目的特點，將上述金融期權(quán)的參數(shù)實物期權(quán)化，構(gòu)建電網(wǎng)投資項目實物期權(quán)價值評價模型，模型中涉及參數(shù)的含義和取值如下。

（1）模型中的常規(guī)參數(shù)，如項目價值上升比例u、項目價值下降比例d和項目價值上升概率p。

（2）無風(fēng)險利率Rf，它是投資者將資金投資于政府債券等類似于無風(fēng)險等級的債券所能獲得的收益率。

（3）項目初始標(biāo)的資產(chǎn)價值V0，它是項目現(xiàn)金流入現(xiàn)值，通過對未來項目的凈現(xiàn)金流折現(xiàn)獲得。

（4）項目執(zhí)行價格X，是項目的啟動成本和日常運行成本之和，即項目的投資金額?？筛鶕?jù)現(xiàn)有的可比價格及其未來的發(fā)展趨勢做出估計。

（5）項目價值波動率?，此參數(shù)一般有三個方法被使用：

1）在一般的市場中，我們尋找具有相同項目的上市公司，利用公司市值的歷史數(shù)據(jù)來計算近似項目價值的波動性。

2）分析項目中可能出現(xiàn)的不確定性，利用蒙特卡羅模擬項目價值的波動，計算預(yù)期收益，并用其標(biāo)準(zhǔn)差來表示波動性。

3）假設(shè)項目中的產(chǎn)品是影響基礎(chǔ)資產(chǎn)的最重要方面，項目價值的波動可以用產(chǎn)品價格多年來的波動來表示。

（6）項目折現(xiàn)率K。

利用實物期權(quán)模型，考慮投資的風(fēng)險，采用期權(quán)價值指標(biāo)對電網(wǎng)投資項目的經(jīng)濟性進行評價，利于降低投資風(fēng)險。

四、結(jié)論

本文主要從電網(wǎng)投資的特點出發(fā)，充分利用所搜集的資料，基于源網(wǎng)菏構(gòu)建了電網(wǎng)投資指標(biāo)體系，并介紹了評價指標(biāo)體系理論基礎(chǔ)。電網(wǎng)投資指標(biāo)體系主要包括技術(shù)效益指標(biāo)體系、經(jīng)濟效益指標(biāo)體系、社會效益指標(biāo)體系3個子指標(biāo)體系，從而可以全面詳細(xì)地掌握電力系統(tǒng)的設(shè)備規(guī)模、運行特性等情況，并為電網(wǎng)投資的評價工作提供可靠的理論依據(jù)與體系支撐。

本文還建立了電網(wǎng)投資效果評估模型、投資決策模型以及投資收益評估模型，通過基于改進變權(quán)物元可拓模型的電網(wǎng)投資效果評估模型對電網(wǎng)投資項目進行綜合評估，評估計劃投資規(guī)模的合理性，建立電網(wǎng)項目預(yù)備庫；再通過電網(wǎng)投資決策模型，從有效降低項目風(fēng)險的角度出發(fā)，確定項目的建設(shè)時序。這就可以為電網(wǎng)投資節(jié)奏把控、電網(wǎng)的合理配置、電網(wǎng)結(jié)構(gòu)的完善提供決策依據(jù)。