可靠性规划的项目评估体制

可靠性规划的项目评估体制

本文以《配电系统规划参考手册》第6章为依据,简要介绍了工程评估的根本状况,争论了几种主要评估方法的优缺点及应用范围。

1工程评估概述配电网规划的主要目标是,确定满意电力企业将来需求的投资工程,然后实施这些工程。规划过程的局部内容包括,对规划工程不同方案的指标进展评估,依据指标对方案进展比拟、排序,然后依据方案的排序结果选择投资工程。在对新建工程及其建立时机进展决策时,需要对多个备选方案进展评估,在这一决策过程中可选择不同的评估方法。本文争论的评估、优选、审批方法掩盖了电力企业现有方法的大局部内容。对工程的审批是指对特定工程进展批准、授权。评估、比拟及排序工作都是审批流程的一局部,其目的是承受满意要求的工程,拒绝不满意要求的工程。良好的工程审批系统可以全面支持电力企业战略目标,是最简洁和最经济的决策系统。因此,在完成工程评估后,可对工程进展比拟和优选,依据给定的阈值推断是否有足够的理由批准这些工程;或者依据这些工程的优点对其进展排序,以便在有限资金的范围内批准优点较大和花费较少的工程。通过整个评估—比拟—优选的过程,电力企业盼望能够保证在资金、人力和设备等资源的根底上做出良好的决策。1)评估过程必需满意制定决策的以下3个方面要求:(1)完整性。评估过程必需涵盖决策过程中全部重点事项。(2)精确性。评估过程必需供应精确的、满意决策需要的评估结果。(3)可比性。评估过程必需确保全部参加评估的方案具有可比性,并必需为各参加比拟的方案设定一个公正的评价平台。2)评估过程还必需满意以下2点原则:(1)评估必需高效、准时和经济。规划人员的目标是,在满意上述3个方面要求的同时,还应尽可能采纳最经济有效的评估方法,近似或忽视一些无关因素有时会简化评估过程。(2)评估过程必需是可追溯的。从输入数据(简单、清楚及属实)到最终的评价结果,都必需留下完整的文档。电力企业可用几种完全不同的评估方法来优选备选方案,并以此打算资源安排的方式。评估方法最重要的区分是对“最好”的定义。规划属性分为单属性规划和多属性规划。在单属性规划中,只能确定一个属性,如费用最小或牢靠性最大,无法同时考虑这两个属性的关系。而在多属性规划中,最终必需确定一个属性(如牢靠性)和另外一个属性(如费用)的价值关系。该关系可以用帕累托曲线表示,据此规划人员可对属性进展权衡。

2规划的主要评估方法

电力企业在规划工程的评价和审批过程中主要使用4种规划评估方法,即传统最小费用评估方法、收益/本钱(B/C)评估方法、收益增量/本钱增量(iB/C)评估方法和利润驱动评估方法。

2.1传统最小费用评估方法

传统最小费用评估方法(下称最小费用法)是一种采纳标准驱动、最小费用、面对工程的评估和选择过程,用以确定各个工程的投资规模及相应的安排方案,是单属性规划。针对工程与长期需求、节约费用的关系,这种方法采纳资金的时间价值方法调整初始投资,从而使长期费用最小化。这种方法认为资金来源是无限的,不管投资多大,其利润率是在固定的价值体系下确定的,因此无法应对定额预算的需求,只适用于传统电力企业的监管方法及财务构造。在20世纪90年月很多电力企业都采纳这种方法,由于这既可削减支出,也可仍旧采纳传统的工程审批方式。其根本计算过程如下。1)列出工程的各种备选方案,包括维持现状的方案。这些备选方案在处理将来负荷增长和现值的力量上应有所区分。2)对每种方案,给出初始投资本钱及总费用现值(包括投资本钱、运行维护费用、税收或扩建费用、故障费用等)。3)在全部工程中选出总费用现值最小的方案。最小费用法有2个缺点:①不能从战略的角度来对费用和支出决策进展评估、掌握及综合评价;②从长期的角度看会产生几方面的业务风险,并对过时的设备技术及债务特别敏感。

2.2收益/本钱评估方法

通常,在需要削减电力企业和客户费用的状况下,电力企业需要评估、比拟和打算备选方案,在某种意义上,不需要工程的方案满意最低标准,而是要获得一些有价值的收益。收益/本钱评估法(下称B/C法),以收益与本钱两者的比值来确定工程的优点,为多属性规划,是通过一个有效的比值来评估可选工程的评估和选择过程。这些工程可以不在电力企业的供电义务范围内,不受标准的限制,而受收益(依据费用来衡量)的限制。工程的收益/本钱的值越高,意味着收益也越多,并能够通过审批。而收益少于投资的工程则不能通过审批。当需要评估特别的检修工程或需求侧治理(DSM)工程规划时,规划人员通常会采纳这种方法。其根本计算过程如下。1)列出工程的各种备选方案,其中包括维持现状的方案。2)对每种方案,给出总收益及总费用现值(包括投资本钱、运行维护费用、税收或扩建费用、故障费用等)。3)计算每种方案的收益/本钱的值。4)在收益/本钱的值大于1的工程中选出总收益最大的方案。但是,仅采纳收益/本钱的值对工程方案进展评估会产生错误的结论。由于在现实状况中,假如采纳收益/本钱的值来评估整个工程,工程或规划的某些方案收益很大时,则会掩盖其他方案的低收益。

2.3收益增量/本钱增量评估方法

收益增量/本钱增量评估方法(下称iB/C法)是基于收益增量与本钱增量比值的评估方法,为多属性规划,这个比值有时也称为B/C增量比、B/C边际比,其中收益增量是当前方案与相邻方案(比当前方案收益稍差的方案)间的收益差值,本钱增量是当前方案与相邻方案间的投资本钱差值。收益增量/本钱增量的值可以用来衡量方案决策的有效性,为选择一个合理的方案而不是一个更廉价的方案供应依据。iB/C法在进展工程评估和排序时,能够尽可能地将预算资金安排给备选方案。但是在评估中要使用2个属性比值来定义资金使用的效率,这两个属性都可以用金钱来衡量。最常见的例子,是将长期节约的费用作为收益,而将初始投资本钱作为本钱。规划人员都想使长期收益最大的同时支出费用最小。其根本计算过程如下。1)列出工程的各种备选方案,包括维持现状的方案。2)对每种方案,给出总收益及总费用现值(包括投资本钱、运行维护费用、税收或扩建费用、故障费用等)。3)计算每种方案与前一个方案的收益增量及本钱增量,计算收益增量/本钱增量的值。4)按收益增量/本钱增量的值从大到小的挨次对全部方案重新排列,再从上往下一个一个方案查找,直到消耗完预算额为止。iB/C法使得规划人员可以评估资金支出的效益,将各工程的不同方案分开,然后按增量比进展决策,这就避开了某些高回报决策的影响。

2.4利润驱动评估方法

利润驱动评估方法(下称利润驱动法)认为,投资时机是无限的。在任何一个时机中,投资超过某一个数量后利润率通常会降低,决策的重点是通过选择投资方向和投资对象来努力维持总利润率,一味寻求投资回报率最大化,为单属性规划。从某种意义上说,利润驱动法与传统最小费用法是决策方法的两个极端。最小费用法认为,资金来源是无限的。这种方法在不管投资多大,利润率(电力企业在监管下的利润率)是在固定的价值体系下确定的。利润驱动法不适用于受监管电力企业(电网公司)规划人员。

3牢靠性与费用的帕累托曲线

在多属性规划中可有多个属性,如牢靠性、费用等。帕累托(Pareto)优化曲线可显示多属性状况下的分析结果,例如,电力企业在对系统进展扩展或运行时,帕累托曲线可显示不同方案的费用与牢靠性之间的关系。因此,帕累托曲线可为电力企业供应选择,并且可对两个属性进展权衡,但是该曲线没有清晰地表示该做出哪个打算。以美国西部一个11万个用户的郊区配电网规划为例,该配电网规划的帕累托曲线如图1所示,给出了若干不同投资状况下提高牢靠性的最好方案。帕累托曲线上的每一个点都代表一个牢靠性和费用的最正确组合,也即任何一种牢靠性水平的获得最少要花费曲线上所表示的费用,例如假如盼望保持年系统平均停电持续时间(SAIDI)为105min时,则牢靠性投资至少为1250万美元;假如盼望能得到的预期SAIDI为80~160min,则牢靠性投资为100~2500万美元。历史上该供电区域的平均SAIDI为122min,这意味着至少得花费700万美元来维护用户的供电牢靠性。

43种评估方法的应用实例

4.1被评估的规划工程概况

本文采纳美国密西西比河谷地区一家电力企业的实际规划案例中的两个配电工程,来说明以上3种评估方法的应用。工程1(新建馈线)是在新区新建一条馈线为新客户供电,工程2(改造老化馈线)是在旧区改造一条馈线(在已运行50a的电网中的主要配电馈线),以提高牢靠性、降低长期运行和治理费用。1)工程1给出了12个不同的方案:方案0(维持现状);方案1(大主干截面为4/0);方案2(相应的分支线截面为4/0-4/0);方案3(相应的分支线截面为336-4/0);方案4(大主干截面为336);方案5(大主干截面为636);方案6(大主干截面为795);方案7(相应的分支线截面为636-336);方案8(相应的分支线截面为795-336);方案9(相应的分支线截面为795-636);方案10(大主干截面为1113);方案11(相应的分支线截面为1113-633)。每个方案都比其前一个方案有更高的投资本钱,以具备充分的供电容量,这意味着在将来负荷增长的一个较长时期内,馈线能够发挥作用而无需改造,同时也意味着损消耗用较少且牢靠性可能较高。2)工程2给出了6个不同的方案:方案0(维持现状);方案1(只改造严峻的);方案2(重建规划A);方案3(重建规划B);方案4(重建规划C);方案5(全部重建)。由于设备老化及负荷缓慢的增长(人均每年增长0.3%),该区域渐渐消失了用户容量裕度较低、故障率较高和年度停电时间较长的状况,但现有的馈线系统仍旧能满意电力企业的全部标准。以满意电力企业设计标准的观点看,工程2所列的方案都不是必要的方案。因此,对于工程2不宜采纳常规的规划流程,即不是由于不符合技术标准而对该馈线进展改造。

4.2最小费用法的应用

采纳最小费用法评估工程1和工程2的局部方案分别见表1、表2。表中现值计算时所采纳的折扣率均为11%。采纳最小费用法,在表1中选出工程1的方案7,在表2中选出工程2的方案4。这2个工程的最小费用现值对应的初始投资本钱分别为360万美元和105万美元,因此两个工程的最小费用现值对应的总初始投资本钱为465万美元。但是,假设预算额度只有372万美元,则费用需削减20%,规划人员该如何选择呢?对于工程1,传统电力企业规划人员会选择方案7(360万美元)作为首选方案,由于必需履行为客户供电的义务,而且费用现值最小。对于工程2,可能不会实施,也可能会用剩下的12万美元来做些较小的工程。这样做的结果就是,大量的资金用于新建工程,而对旧区的改造关注得比拟少,这样新、旧区域的供电牢靠性就产生了差异。在某些系统中,新旧供电区域的停电频率和停电持续时间相差了1倍。这种不全都的供电质量问题困扰着很多电力企业,使他们无法摆脱这样的事实:不得不将大局部投资花费在新客户上,而同时也不得不削减支出。

4.3B/C法的应用

采纳B/C法评估工程1和工程2的局部方案见表3,其中30a的折扣率为11%。表3在表1和表2数据的根底上增加了以下新数据和新计算结果。1)方案的预期SAIDI值:依据设备使用年限、运行条件和运行历史猜测设备故障率,再采纳概率分析方法(见本系列的第五讲)计算出供电牢靠性。2)方案的故障费用(表1中没有、表2中有):在牢靠性规划和评估中,故障费用是一个“罚值”或负值,表示电力企业必需为全部客户供电的义务,停电就要受到惩处。停电惩处函数考虑了为全部客户供电这样一个约束条件。停电惩处金额的计算公式为当SAIDI1.0时,惩处金额(美元)=2美元/kW×考虑同时率的客户平均峰荷×客户数×(SAIDI-1)×9.57当SAIDI≤1.0时,惩处金额=0。式中:9.57为标量,可使将来30a内的年固定费用以0.9的现值系数转换为现值(9.57=1+0.9+0.92+0.93+0.94……+0.929)。在惩处金额计算式中,考虑同时率的峰荷为5.0kW/户。工程1有1400个用户,而工程2有1800个用户。2美元/kW的罚值是比拟高的,但并不是最高的。大多数罚值使用0.5~5美元/kW。3)方案的总收益:为方案0的故障费用11.7亿美元减去该方案的故障费用与运行治理税收费用之和。4)方案的B/C:其中B为总收益,C为初始投资本钱。但是在这种状况下,B/C的值对评估没有多大的帮忙。工程1各种方案的B/C值根本上是工程2中各种方案的B/C值的100倍。由于工程1为新建馈线,维持现状会导致工程1的停电时间为8760h,而工程2为改造老化馈线,维持现状只会导致停电时间仅为9.8h。应用B/C所供应信息的方法是,查找收益最大化的工程,就是将全部可用的预算投资在工程1上,从而就选择出工程1方案7。B/C法得出的结果与最小费用法得出的结果是一样的。综上所述,工程1全部方案的B/C值都很好。这是由于每个方案都包括了能够牵强满意供电义务的方案1,即隐含了其他方案的投资,使得每一种方案都显得收益很高,这实际上掩盖了其他方案的低收益。这种掩盖支出低效率的状况是普遍存在的,不仅消失在基于牢靠性规划的本算例中,而且也存在于其他类似的新建馈线的方案中。

4.4iB/C法的应用

采纳iB/C法评估工程1和工程2的局部方案见表4,根据工程各方案的收益增量/本钱增量的值从大到小进展了排列。收益增量/本钱增量可以用来衡量方案决策的有效性,为选择一个适宜的方案而不是一个更廉价的方案供应依据。依据工程不同方案的iB/C值结果自上而下作图见图2。图2显示了这个例子的帕累托曲线,说明了电力企业的规划人员可以采纳效益最正确的方案,曲线上的点是按累计费用与累计收益的比值绘制的。两点之间的曲线斜率可用收益增量/本钱增量的值来近似。在这个例子中,为了最优使用仅有的372万美元,规划人员仅需要在表4中依次从上往下选,直到下一个方案的累积本钱超过了这个预算额为止。预算的最优安排过程概要表达如下。1)选择工程1的方案1,每花费1美元平均获得513美元收益,资金使用效率在整个表中是最高的。现在累计本钱为225万美元,总收益为1155097万美元。2)再依次选择不同方案进展投资比拟。在选择工程1的方案5和工程2的方案2后,现在的累计本钱为3715万美元,总收益为1172127万美元,这时的总投资略小于372万美元的预算额。到了这一步,若再投资升级为列表中的下一个方案(工程1方案6),则总投资将大大超过372万美元的预算额。因此,规划方案的选择过程完毕。投资方案的最终决策如下。对于工程1,选择方案5,投资本钱为311.5万美元,所供应的收益为117065万美元。对于工程2,选择方案2,投资本钱为60万美元,所供应的收益为147.7万美元。总计,这两个工程的总投资本钱为371.5万美元,总收益为117212.7万美元,平均B/C值为315.51。在最实际的含义上,这就是本规划问题的最优解。首先,这个决策满意了向新负荷供电的义务,新建了一条馈线向负荷增长区域供电。同样重要的是,该决策的总收益最大,提高了牢靠性而降低了运行治理费用。在可选的工程方案中,没有任何一种小于或等于372万美元的资金安排方案能够取得同等收益或同等高iB/C值。该决策获得的总收益为117212.7万美元,不仅比工程1方案7获得的收益(117139.2万美元)大,而且比在工程1上投入任意数量的资金所能获得的收益还要多。综上所述,为什么iB/C法比B/C法评估表现得更精彩?虽然工程1的全部方案