一种基于系统动力学的电网项目投资组合优化方法及系统

摘要

本发明公开了一种基于系统动力学的电网项目投资组合优化方法及系统。获取电网公司的年实际投资能力；采集各产业项目的电力参数；根据电力参数获取各产业项目的负荷计划增量、各产业项目的电量需求；根据电力需求获取总电量需求；根据负荷计划增量和期望容载比，获取各产业项目的计划投资容量、计划投资额、计划投资总额；根据计划投资总额和年实际投资能力，获取实际投资总额；对实际投资总额进行分配；采集各产业项目的指标参数，获取输配电价及输配电价变动；建立投资组合优化模型，根据年实际投资能力、电量需求、实际投资额、输配电价和投资组合优化模型，得到电网项目投资组合优化方案，实现对电网公司的投资项目进行组合优化。

说明书

技术领域

本发明涉及一种项目投资组合优化方法，具体而言，涉及一种基于系统动力学的电网项目投资组合优化方法及系统。

背景技术

长期以来，国内外许多专家学者关于电网项目投资规划进行了大量的研究。例如，在项目投资组合优化方面，建立了基于下半方差的项目投资组合模型；在输配电价定价方面，建立了基于标尺竞争的定价模型。

就基于下半方差的项目投资组合模型而言，其属于均值-风险类模型，以项目成果的均值来度量未来投资项目的成果水平，以方差、绝对偏差等指标来度量未来投资项目的风险水平。另外，基于下半方差的项目投资组合模型还证明了项目投资组合的下半方差是一个凸函数，且存在全局最优解。然而，方差仅仅描述了项目所获成果偏离期望值的程度，却没有描述偏离的方向，导致根据该模型获得的项目投资方案与现实不符。另外，由于投资项目具有周期长、参建方多等特点，该模型难以精确计算出多项指标，且项目的指标值难以用实数表示，因此需要综合考虑项目的协同关系和战略对项目进行不确定性分析。

就基于标尺竞争的定价模型而言，基于该模型的定价方法主要是采用性能管控的方式，其价格是根据成本而定的。在该管控方式的基础上，性能参数设置具有一定难度，导致企业会为了减少成本而忽略品质问题。

有鉴于此，特提出本申请。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：单一地运用基于下半方差的项目投资组合模型或基于标尺竞争的定价模型，不能实现对电网投资项目进行组合优化。目的在于提供一种基于系统动力学的电网项目投资组合优化方法及系统，将电网公司的项目投资能力与输配电价进行关联，建立基于系统动力学的电网项目投资组合优化模型，通过该模型实现对电网公司的投资项目进行组合优化。

本发明通过下述技术方案实现：

一方面，提供一种基于系统动力学的电网项目投资组合优化方法，包括以下步骤：

获取电网公司的年实际投资能力；

采集各产业项目的电力参数；根据电力参数获取各产业项目的负荷计划增量；根据负荷计划增量获取各产业项目的电量需求，根据各产业项目的电力需求获取总电量需求；

根据负荷计划增量和期望容载比，获取各产业项目对应的计划投资容量；根据计划投资容量和单位容量投资额，获取各产业项目对应的计划投资额；根据各产业项目的计划投资额获取计划投资总额；根据计划投资总额和年实际投资能力，获取实际投资总额；

对实际投资总额进行分配，得到各产业项目的实际投资额；

采集各产业项目的指标参数，根据指标参数获取各产业项目的输配电价及输配电价变动；

建立投资组合优化模型，根据电网公司的年实际投资能力、各产业项目的电量需求、各产业项目的实际投资额、各产业项目的输配电价和所述投资组合优化模型，得到电网项目投资组合优化方案。

进一步的，年实际投资能力＝上一年总利润+最大可贷款额；

上一年总利润的模型表达式为

π＝π

其中，π表示电网公司获得的总利润，π

最大可贷款额的模型表达式为

进一步的，电力参数包括第一产业项目的负荷存量和负荷增量，第二产业项目各电压等级的负荷存量、负荷增量、增量配电网竞争系数和最大负荷利用小时数，第三产业项目各电压等级的负荷存量、负荷增量、增量配电网竞争系数和最大负荷利用小时数，以及居民用电项目的负荷存量和负荷增量。

进一步的，负荷计划增量＝负荷增量×增量配电网竞争系数，产业项目的电量需求＝(负荷计划增量+负荷存量)×最大负荷利用小时数，总电量需求＝各产业项目的电量需求之和。

进一步的，计划投资容量＝负荷计划增量×期望容载比，产业项目的计划投资额＝计划投资容量×单位容量投资。

进一步的，对实际投资金额进行分配包括以下步骤：

对居民用电项目和第一产业项目进行全额投资；

获取其余各个产业项目的贡献度；

以整体投资效益最大化为目标，根据各个产业项目的贡献度将剩余投资额按比例分配给各个产业项目。

进一步的，各产业项目的指标参数包括折旧率、运行管理费率、固定资产形成率、增值税税率、企业所得税率、资产年退役比例、权益资本收益率、债务资本收益率、资产负债率、城市建设维护税、教育费附加、政府周期性监管和规划投资额。

进一步的，输配电价包括核定输配电价、核定含税输配电价和含税输配电价；所述输配电价变动包括输配电价调整和输配电价周期性调整。

进一步的，投资组合优化模型包括

目标函数MaxG＝MaxP

投资需求约束

投资能力约束

平衡账户盈亏结束

输配电价约束

非负及整数约束

另一方面，提供一种基于系统动力学的电网项目投资组合优化系统，包括

投资能力模块，用于计算获得电网公司的年实际投资能力；

电力需求模块，用于采集各产业项目的电力参数；根据电力参数获取各产业项目的负荷计划增量；根据负荷计划增量获取各产业项目的电量需求，根据各产业项目的电力需求获取总电量需求；

投资决策模块，用于根据负荷计划增量和期望容载比，获取各产业项目对应的计划投资容量；根据计划投资容量和单位容量投资额，获取各产业项目对应的计划投资额；根据各产业项目的计划投资额获取计划投资总额；根据计划投资总额和年实际投资能力，获取实际投资总额；对实际投资总额进行分配，得到各产业项目的实际投资额；

输配电价模块，用于采集各产业项目的指标参数，根据指标参数获取各产业项目的输配电价及输配电价变动；

结果输出模块，用于建立投资组合优化模型，根据电网公司的年实际投资能力、各产业项目的电量需求、各产业项目的实际投资额、各产业项目的输配电价和所述投资组合优化模型，得到电网项目投资组合优化方案。

本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：基于电网公司投资能力与输配电价的关联性，通过系统动力学的方法，分析电网投资能力与输配电价之间的动态反馈结构关系，预测电网投资能力，并基于此对投资组合进行优化。由于电网投资能力与输配电价之间存在复杂的因果关系，系统动力学的方式可以展现该系统的动态行为，对投资能力的预测更为准确。另外，构建基于系统动力学与投资能力组合的输配电价系统，有效克服了电网公司投资能力与输配电价预测单一方面研究的不足。

附图说明

为了更清楚地说明本发明示例性实施方式的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本发明实施例1提供的基于系统动力学的电网项目投资组合优化方法原理示意图；

图2为本发明实施例2提供的基于系统动力学的电网项目投资组合优化系统架构图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。

实施例1

如图1所示，本实施例提供一种基于系统动力学的电网项目投资组合优化方法，包括以下步骤：

步骤1：获取电网公司的年实际投资能力。

电力体制改革后，电网公司的利润由三部分组成：一是按照政府核定的输配电价收取的过网费；二是通过承担保底服务获得的利润；三是电网公司成立售电公司通过向用户售电获得的利润。

π＝π

其中，π表示电网公司获得的总利润，π

电网的投资能力可以简单理解为电网有多少资金可以用来投资，本实施例以资产负债率为电网投资能力的主要约束条件，其中电网企业的偿还贷款的金额由公司的偿还计划来确定，资产负债率可以表示为：资产负债率可以表示为

因此，电网企业的年实际投资能力为C＝π+L

步骤1的输入变量、中间变量及输出变量参考表1-表3。

表1

表2

表3

步骤2：采集各产业项目的电力参数；根据电力参数获取各产业项目的负荷计划增量；根据负荷计划增量获取各产业项目的电量需求，根据各产业项目的电力需求获取总电量需求。

其中，电力参数包括第一产业项目的负荷存量和负荷增量，第二产业项目各电压等级的负荷存量、负荷增量、增量配电网竞争系数和最大负荷利用小时数，第三产业项目各电压等级的负荷存量、负荷增量、增量配电网竞争系数和最大负荷利用小时数，以及居民用电项目的负荷存量和负荷增量。

每一产业项目的电量可以由两部分组成，一部分为存量电量，另一部分为增量电量。

根据负荷计划增量＝负荷增量×增量配电网竞争系数，可计算得到每一产业项目对应的负荷计划增量；根据产业项目的电量需求＝(负荷计划增量+负荷存量)×最大负荷利用小时数，可计算得到每一产业项目对应的电量需求量；总电量需求＝各产业项目的电量需求之和。例如，二产10kV负荷计划增量＝二产10kV负荷增量×10kV增量配电网竞争系数，则(二产10kV负荷计划增量+二产10kV负荷存量)×10kV最大负荷利用小时数，一产电量＝(一产负荷增量+一产负荷存量)×10kV最大负荷利用小时数，总电量＝一产电量+二产电量+三产电量+居民电量。

上述第一产业项目、第一产业项目、第一产业项目和居民用电项目的电力参数、中间变量，以及最终获得的总电量如表4、表5所示。

表4

表5

其中，核心指标为二产10kV负荷计划增量、二产35kV负荷计划增量、二产110kV负荷计划增量、二产220kV及以上负荷计划增量、三产10kV负荷计划增量、三产35kV及以上负荷计划增量，即考虑了电力体制改革中增量配电网放开对于未来电网公司配电网建设增长情况的影响。以上指标将作为下一模块的输入变量进行进一步推算。

步骤3：根据负荷计划增量和期望容载比，获取各产业项目对应的计划投资容量；根据计划投资容量和单位容量投资额，获取各产业项目对应的计划投资额；根据各产业项目的计划投资额获取计划投资总额；根据计划投资总额和年实际投资能力，获取实际投资总额；对实际投资总额进行分配，得到各产业项目的实际投资额。

本步骤将社会性原则作为首要原则，优先满足居民和第一产业项目投资；针对余下的投资额，综合考虑整体最优和效益最大化的原则，依据投资项目类型分类，确定不同类别项目对于电网发展的贡献度，合理分配投资资金。

其中，计划投资容量＝负荷计划增量×期望容载比，产业项目的计划投资额＝计划投资容量×单位容量投资。

对实际投资金额进行分配包括以下步骤：对居民用电项目和第一产业项目进行全额投资；获取其余各个产业项目的贡献度；以整体投资效益最大化为目标，根据各个产业项目的贡献度将剩余投资额按比例分配给各个产业项目。

同样，步骤3的输入变量、过程变量和输出变量可参考表6至表8。

表6

/>

表7

表8

步骤4：采集各产业项目的指标参数，根据指标参数获取各产业项目的输配电价及输配电价变动。

其中，各产业项目的指标参数包括折旧率、运行管理费率、固定资产形成率、增值税税率、企业所得税率、资产年退役比例、权益资本收益率、债务资本收益率、资产负债率、城市建设维护税、教育费附加、政府周期性监管和规划投资额。

依据输配电价核定办法，本模块分10kV，35kV，110kV和220kV及以上四个电压等级进行测算。由于不同电压等级模型整体结构基本相同，本实施例以10kV为例进行说明。

步骤4的输入变量、过程变量和输出变量可参考表9至表11。

表9

表10

表11

其中，核心指标为10kV输配电价调整、10kV核定输配电价、10kV输配电价周期性调整、10kV输配电价、10kV核定含税输配电价、10kV含税输配电价，即考虑增量配电网放开情况下，电网公司未来的10kV输配电价水平及其变动情况；同时考虑政府管制下的10kV输配电价水平及其变动情况。

步骤6：建立投资组合优化模型，根据电网公司的年实际投资能力、各产业项目的电量需求、各产业项目的实际投资额、各产业项目的输配电价和所述投资组合优化模型，得到电网项目投资组合优化方案。

电力体制改革后，电网公司的总利润可以由三部分构成：一是输配电利润，电网不再作为电力交易主体，而是以输配电服务商的角色出现，只收取“过网费；二是保底利润，电网需要承担其供电营业区的保底供电服务，主要针对一产农业和居民用户；三是成立售电公司后的售电利润，新形势下，部分电量会由于竞争被其他售电主体抢走，电网公司成立的售电公司可以与发电厂直接协商购电价，售电侧多家售电公司进入，售电公司拥有了自主定价权，其售电价可以根据自身经营状况和竞争对手的电价水平来确定。

电网公司上一年度的实际投资情况，其影响主要分为两部分：其一，通过转为固定资产影响输配电价；其二，通过满足和提升供电能力影响转运电量。通过两部分的影响进而最终影响本年度利润。而本年度利润的实现情况则对于下一年度的投资计划产生约束影响。

每年的实际投资通过转为固定资产，影响电网公司核定准许收益；而通过固定资产折旧影响核定准许成本，进而影响输配电价。由此可以看出，每年投资最终通过电网输配电利润进行回收。然而电力体制改革的重心在于严格控制电网利润，因此考虑到政府的管控行为，电网公司的实际投资并不能反映到每一年的输配电价当中；而是通过一定监管周期的积累，逐步反映到下一个监管周期当中。因此其投资的回收也呈现一定的周期性延迟。

电网企业核心问题是如何合理安排电网投资，从而使得电网企业的准入收入最大；在此基础上，立足于当前输配电价改革的背景，以三年一个输配电价监管周期内电网企业的总收益最大为目标，以不同电压等级投资需求、电网企业投资能力、平衡账户盈亏等作为约束，构建电网企业投资组合优化模型，实现电网企业投资决策最优化。

(一)模型目标函数

输配电价改革下，电网企业准许收入主要由准入成本、准许收益和价内税金三部分组成，则电网企业投资组合优化模型的目标函数为：MaxG＝MaxP

(二)模型约束条件

输配电价改革下，电网企业投资决策不仅要考虑不同电压等级的投资需求约束和电网投资能力约束，还要考虑不同电压等级输配电价稳定性约束和平衡账户盈亏约束。

1、不同电压等级投资需求约束

对于500KV电压等级，电网项目投资应当满足：

2、投资能力约束

不同地区、不同电压等级和不同类型电网项目投资额之和应当不超过升级电网企业的最大投资能力。

3、平衡账户盈亏结束

为保障电网合理收益，平衡账户亏损应该小于准许收益。并且在一个输配电价监管周期内，总的平衡账户额应该不低于零，即：

4、不同电压等级输配电价约束

不同电压等级输配电价在不同监管周期的变化波动范围应在合理范围之内。

其中，/>

5、非负及整数约束

由于模型变量为不同地区、不同电压等级和不同类型的电网投资项目和数量，电网投资项目还应当为非负整数：

式中，/>

实施例2

与实施例1对应的，本实施例提供一种基于系统动力学的电网项目投资组合优化系统，本系统的架构如图2所示，包括

投资能力模块，用于计算获得电网公司的年实际投资能力；

电力需求模块，用于采集各产业项目的电力参数；根据电力参数获取各产业项目的负荷计划增量；根据负荷计划增量获取各产业项目的电量需求，根据各产业项目的电力需求获取总电量需求；

投资决策模块，用于根据负荷计划增量和期望容载比，获取各产业项目对应的计划投资容量；根据计划投资容量和单位容量投资额，获取各产业项目对应的计划投资额；根据各产业项目的计划投资额获取计划投资总额；根据计划投资总额和年实际投资能力，获取实际投资总额；对实际投资总额进行分配，得到各产业项目的实际投资额；

输配电价模块，用于采集各产业项目的指标参数，根据指标参数获取各产业项目的输配电价及输配电价变动；

结果输出模块，用于建立投资组合优化模型，根据电网公司的年实际投资能力、各产业项目的电量需求、各产业项目的实际投资额、各产业项目的输配电价和所述投资组合优化模型，得到电网项目投资组合优化方案。

以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。