（管理科学与工程专业论文）电网建设项目投资优化研究.pdf

摘要 电网建设关系着国民经济命脉，其建设项目正由以扩大规模为目标的粗放型 投资，向以提高电网质量及投资效益为目标的集约型投资转变。而电力企业在追 求自身发展建设，取得经济效益的同时，还肩负着极大的社会责任，必须保证居 民的正常用电，必须满足保证社会经济发展对电力需求。电网投资是一个投资量 大，周期长，效益回收慢的固定资产投资项目，对项目的分析研究工作以及投资 风险管理的深入和精细程度直接关系到项目的社会和经济效益，如何实现效益最 大化成为现代电力企业管理的关注重点。 目前国内各电网公司普遍存在较大的营运资金缺口，销售利润率偏低，缺乏 自我发展能力。本论文主要解决电网建设项目中，如何在满足社会供电需求的同 时，增强电网质量，提高投资效益的问题。 本论文充分考虑电网建设项目特点，主要应用了回归分析、灰理论等预测手 段，做出较为准确的负荷预测，为进一步的评价打下基础；以模糊数学和层次分 析法( a h p ) 为主体的评价体系，对电网建设项目从技术性、经济性和社会影响 等方面，进行全面分析；引入现代投资理论，优化项目组合，给出合理、有序的 电网建设参考方案。上述各理论和方法，均可实现软件化系统程序，方便技术成 果推广，必将在大规模的固定资产投资方面，减轻人工负担，给予电力企业实际 的指导和有力的帮助，有利于其优化电网建设方案，规避投资风险。 关键词：电网建设项目投资优化层次分析法负荷预测 a b s t r a c t 1 1 1 ec o n s t r u c t i o n so fp o w e r 鲥dr e l a t et ot h ec o u n t r y se c o n o m y ，t h em a i na i m o f t h ec o n s t r u c t i o n sh a sc h a n g e df r o me n l a r g i n gt h es i z et or i s i n gt h eq u a li t yo f t h e p o w e rg r i da n dg e t t i n gm o r eb e n e f i t f r o mt h ei n v e s t m e n t w h e np u r s u i n gt h e i ro w n d e v e i o p m e n ta n de a r n i n gm o n e y ，t h ee l e c t r i ce n t e r p r i s e sp u ts o c i a lr e s p o n s i b i l i t yo n t h e i rs h o u l d e r s ，t o o ，a st h e ys h o u l de n s u r et h ee l e c t r i cd e m a n d & c o m m o n r e s i d e n t s a n dm o r ed e m a n df r o mt h ee c o n o m y sd e v e l o p m e n t t h ei n v e s t m e n t si np o w e rg r i d b e l o n gt oc a p i t a la s s e t s i n v e s t m e n t s w h i c hc o s tal o to fm o n e ya n dn e e dl o n gt i m et o r e t u r nb a c k s ot h ea n a l y s i so nc o n s t r u c t i o n sa n dm a n a g e m e n to f t h ev e n t u r eh a v e d e e pi n f l u e n c eo nt h es o c i a la n de c o n o m i cb e n e f i t so f t h ei n v e s t m e n t ，a n dh o wt og a m t h eb e s tb e n e f i t si st h ef o c u so fm o d e mm a n a g e m e n ti ne l e c t r i ce n t e r p r i s e s n o w a d a y s t h ef o l l o w i n gp r o b l e m s a r ev e r yc o m m o ni nt h ee l e c t r i ce n t e r p r i s e so t o u rc o u n t r y , f o re x a m p l e ，t h el a c ko fm o n e y , t h e l o wp r o f i tm a r g i n ，a n dl i t t l ea b i l i t yt o p r o g r e s st h e m s e l v e s t h i sp a p e rm a i n l y s o l v e st h ep r o b l e m sw i t ho p t i m i z i n gt h e b e n e f i t sa n de n f o r c i n gt h eq u a l i t yo fp o w e rg r i do nt h eb a s i so fs a t i s f y i n gt h e e l e c t r i c d e m a n d c o n s i d e r i n gt h et r a i t so f t h ep o w e r 鲥dc o n s t r u c t i o n s ，t h i sp a p e rm o s t l yu s e s r e g r e s s i o na n a l y z i n g ，g r e yt h e o r ya n d o t h e rm e t h o d st of o r e c a s tt h el o a df o r e c a s t i n g ， w h i c hi st h ef o 帅d a t i o nf o rf u r t h e re s t i m a t i o n ；u s e st h ee v a l u a t i o ns y s t e mw h i c hb a s e d o nt h ef u z z ys e t sa n da h p t os t u d yt h ep o w e r 鲥dc o n s t r u c t i o nf r o mt e c h n o l o g y ， e c o n o m ya n de f f e c t so nt h es o c i e t y , a n du s e st h em o d e m i n v e s t m e n tt h e o r i e st o o p t i m i z et h ec o m b i n a t i o no fp r o j e c t sa n df i n a l l yg i v e s t h ec o n s u l t i n gs c h e m e t h e t h e o r ya n dm e t h o d s m e n t i o n e da b o v ec o u l dt u mt op r o g r a mi nc o m p u t e r a n dl i g h t e n t h eb u r d e no fl a b o r g i v i n gu s e f u ld i r e c t i o na n dp o w e r f u lh e l p ，t h e yw i l l d oal o tt o o p t i m i z et h ep o w e r 鲥di n v e s t m e n ta n d l o w e rt h ei n v e s t m e n tr i s k k e yw o r d s ：p o w e rg r i d ，i n v e s t m e n to p t i m i z a t i o n ，a h p , l o a df o r e c a s t i n g 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的 研究成果，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发表 或撰写过的研究成果，也不包含为获得墨鲞盘鲎或其他教育机构的学位或证 书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中 作了明确的说明并表示了谢意。 学位论文作者签名： 敞 签字日期：年。月日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解苤鲞盘鲎有关保留、使用学位论文的规定。 特授权苤盗盘堂可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检 索，并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学校 向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权说明) 学位论文作者签名： 屯板 导师签名： 签字日期：年月日签字日期： 问刚 年月日 第一章绪论 1 1 论文的研究背景 第一章绪论 1 1 1 我国电网建设项目概况 作为国民经济的基础性支柱产业，电力工业的重要性不言而喻。而电力工业 与其他产业相比，在交易方式中具有明显的区别。由于现代电力工业尚未达到电 能大规模储存的技术水平，因此电力生产、传输、使用的连续性是其最大的特点。 纵观国内外电力工业发展的历史，可以发现这样的规律： 1 有电力工业就有电网，有了电网，必然会形成大电网； 2 在国民经济建设中，电力应先行，在电力工业建设中，网络应当先行； 3 国民经济的高速发展及规模扩大和现代化，要求电力供应的高度可靠， 电能质量的高度合格。 可见，电网建设项目在整个电力行业中，占据重要地位。它不仅直接关系着 居民正常的生产生活，还影响着区域经济的进程，对整个社会持续、健康、快速 的发展有着重要和深远的意义。对于一个投资项目，尤其是对于一个像电网建设 项目这样大型的、将产生广泛社会影响的基础设施型投资项目，对其从技术和经 济等方面进行全方位的评价，运用科学方法，保证资金的有效投放是很有必要的。 电网投资是一个投资量大，周期长，效益回收慢的固定资产投资项目。我国 电网建设项目的计算期通常在2 0 年左右，且投资额巨大，一个项目动辄几千万， 甚至上亿元。根据国家统计局官方网站2 0 0 2 年的数据，我国全社会固定资产投 资达3 万多亿元，其中电力建设投资就达1 4 万亿元，接近总投资的5 0 。电力 的高速增长，不断推动电网建设的步伐。面对庞大的投资和迅猛的增长势头，对 电网建设项目投资的可行性研究工作的深入和精细程度直接关系到项目的效益。 目前，国家虽然出台了建设项目经济评价方法与参数等一系列文件，但 电网在建设项目投资管理方面开展得仍然不够理想。以福建省为例，福建省电力 有限公司直至2 0 0 5 年1 1 月，才以闽电计 2 0 0 5 1 7 7 2 号文的形式，要求开展电网 建设项目的可行性研究。而福建省内各地的开展情况普遍都不理想，可行性研究 的深度不够，可行性研究报告一般只是对建设项目情况和工程造价做些简单介 绍，就项目的“可行性”来说没有实际意义。按照福建省公司的文件，各县级公 司的中、高电压等级( 3 5 k v 及以上) 的项目都要求做可行性研究。电力企业在做 第一章绪论 可行性研究时普遍感到，在很多情况下应用常规的经济评价方法，得到的结论往 往与要求相差甚远，不切合实际，使得对做可行性研究的积极性不够，“做不做 可行性研究一回事”，也一定程度上阻碍了可行性研究在电网中的开展。 此外，虽然经过多年建设和积累，我国电网可靠性、稳定性等性能水平有了 大幅度提高，基本满足生产生活的基础需求，但形势仍然不容乐观。从2 0 0 2 年 起，全国城市发生局部“电荒，有1 2 个省级电网拉闸限电，到2 0 0 3 年的夏冬 两季，拉闸限电的省级电网达到2 1 个。2 0 0 4 年，局部性、时段性的“电荒”便 不可收拾地波及全国，扩大为全局性、全网性的电力紧缺，全国有2 4 个省区拉 闸限电。造成全国电力供应紧张的原因是用电需求的增长与电力供给的增长不协 调，电力投资不足导致发电装机容量不敷使用。这一方面与我国电力供需的整体 发展情况有关。我国自改革开放以来，电力供需形势经历了严重缺电( 19 8 0 - 1 9 8 7 年卜_ 缺电趋于缓解( 1 9 8 8 - 1 9 9 6 年h 氐用电水平下电力相对过剩( 1 9 9 7 - 1 9 9 9 年卜础需基本平衡、局部地区紧张( 2 0 0 0 - 2 0 0 3 年) 的四个阶段，这种经 济增长速度和电力供需平衡关系的波浪式进程，在一定程度上是难以避免的。但 另一方面，在电力投资的绝对和相对数量都较大的情况下，电力投资相对不足， 不能不说是与我国电网建设项目投资优化管理的相对滞后有很大关系。 以下的结论证明了上述猜想。根据国家电网公司2 0 0 2 , 、- , 2 0 0 4 年的利润分配 表、资产负债表和现金流量表，通过计算相关指标，并进行历史年对比和横向对 比，可以得出以下结论： 1 短期偿债能力分析 短期偿债能力是指企业用流动资产偿还流动负债的现金保障程度。 国电公司在2 0 0 2 年营运资金为5 4 0 亿元，但到了2 0 0 3 、2 0 0 4 年，营运资金 分别成为8 8 亿元、- 4 8 0 亿元。营运资金出现较大缺口。流动比率和速动比率也 出现了逐年下降的趋势，说明国电公司已经不能按时偿还到期债务。 流动负债中占比例较大的分别是其他应付款( 2 7 ) 、应付账款( 2 3 ) 、其 他流动负债( 1 7 ) 、预收账款( 8 ) 、短期借款( 6 ) 、应付工资( 6 ) 、一年 内到期的长期债务( 5 ) 。呈上升态势的为应付账款、预收账款、短期借款，一 年内到期的长期债务呈下降态势的为其他应付款、其他流动负债、应付工资。 2 长期偿债能力分析 长期偿债能力分析是企业偿还长期债务的现金保障程度。 自2 0 0 2 年到2 0 0 4 年，国电公司资产负债率从6 1 上升到6 3 ，产权比例从 1 6 5 上升到1 7 8 。 从计算的数据看，各国电力企业负债率普遍较高，资产负债率在7 0 以上的 很多。这是因为电力是公用事业，政府不允许其破产，电力有较大的现金流量， 2 第一幸绪论 在金融机构中信用较高。此外，政府对电力准入的管制较松，资本金门槛放得比 较低。 3 获利能力分析 获利能力是指企业从销售收入中可以获得利润的多少，企业从每一元销售收 入能获得较多的利润，就可以认为它的获利能力强。 自2 0 0 2 年到2 0 0 4 年，销售毛利率从6 17 下降到5 7 9 ，但销售净利率从 0 8 8 上升到1 0 9 ，销售净利率有所增加，这是因为管理和财务费用增长率小 于销售增长率。 销售利润率低是中国国家电网公司多年来一直存在的通病，因而电网公司基 本上没有自我发展的能力，当然这其中有着诸多复杂的原因。根据国家电网公 司2 0 0 5 年度创一流同业对标指标评价报告，国家电网公司与国际大型电力公司 净资产收益率的对比如图1 1 所示。 1 钙 嬲7 ，99 盯 摹醢正 一 一_ 一 一一 先避 幕门【i 嘲第一连嘲第二区间第一逸同 图l - 1 大型电力公司净资产收益率 ( 数据：净资产收益率= 净利润平均净资产；单位：；样本：1 苏格兰电力、2 俄罗 斯统一电力股份公司、3 第一能源、4 法国燃气公司、5 日本东北电力公司、6 日本中部电 力公司、7 法国电力公司、8 韩国电力公司、9 - 瑞士v a t t e n f a l l 电力公司、l o 日本东京电力 公司、1 l - 杜克能源、1 2 意大利国家电力公司、1 3 英国国家电力供应公司、1 4 森特里克、 中国国家电网公司) 1 1 2 项目投资环境的新问题 作为电网建设项目的实施者电力企业，在追求自身发展建设，取得经济 效益的同时，还肩负着极大的社会责任，必须保证居民的正常用电，必须满足保 证社会经济发展对电力需求。而随着我国经济的发展和电网建设水平的提高，电 网投资环境也面临着新的问题和考验： 1 投资规模扩大。除了电网建设本身性质导致投资额巨大以外，我国经济 第一章绪论 的飞速发展，加入w t o 带来更多外资企业的进入，2 0 0 8 年举办奥运会等客观因 素，也刺激投资项目数量和金额达到前所未有的高度。仅以南方电网公司为例， “十一五 期间的投资在1 5 0 0 亿以上。面对这样庞大的投资规模，如何利用好 投资，如何抵御筹资带来的巨大风险，如何在满足社会对电力的基本需求后，利 用投资对供电质量提高做出贡献，取得经济效益和社会效益，成为亟待解决的问 题。 2 电网建设性质的转变。经过多年来的基础投资和建设，绝大多数电力设 施已经能够满足供电增长的要求，对电网建设的投资目的，已过渡到扩大电网覆 盖面积，提高人民生活质量，提高供电质量方面。同时，随着我国经济开发建设 的深入，高级技术项目的引入，对供电质量有较高的需求，这对电网建设提出了 新的课题。 3 电力企业制度改革。由于受电力工业自然垄断的经济思想和经济发展水 平较低等因素的影响，我国在较长的时间里实行电力发、输、配、售高度统一、 垂直管理的模式，电力局作为政府组成机构，集中经营管理电力投资、生产调度、 销售，是一种高度集中的计划经济管理模式。这种模式基本能适应当时电价偏低、 电力建设资金不足严重制约国民经济的发展水平的状况。随着改革开放成果的扩 大，市场经济理论开始主导我国经济建设，电力工业在2 0 世纪9 0 年代后在政企 分开方面扩大改革力度，“电力局”淡出电力工业，电力公司作为市场经济主体 开始在经济建设中发挥作用，按照厂网分开的原则，电力公司不再拥有发电企业 的股权，仅负责管理电力调度，保证电网的系统安全和稳定运行，至2 0 0 2 年初 基本确定电力体制改革的目标。电力企业由完全执行计划，转变为相对独立经营 的个体，要求拥有现代化的管理制度和方法，电力行业陆续提出“一强三优”现 代公司的发展战略目标，强调“采用信息化提高运行水平及管理能力”等现 代管理理念。 4 政策方向的转变。“十一五”是我国全面建设小康社会，加快推进社会主 义现代化的关键时期，必须统筹协调经济社会发展与人口、资源、环境的关系， 进一步转变经济增长方式，加快建设节约型社会，在生产、建设、流通、消费各 领域节约资源，提高资源利用效率，减少损失浪费，以尽可能少的资源消耗，创 造尽可能大的经济社会效益。国家加快了建设节约型社会的步伐，面对发生了巨 大变化的环境，显然，过去只注重技术可行性与必要性的粗放型投资方式变得不 再适合企业需求，也无法促进电力行业的迅速发展。 面对发生了巨大变化的环境，显然，过去只注重技术可行性与必要性的粗放 型投资方式变得不再适合企业需求，也无法促进电力行业的迅速发展，不能让资 金产生最大效益。新型的电力企业迫切需要一套能够对电网建设项目进行全面评 4 第一章绪论 价，对投资方向和规模进行合理有效控制的、可行性强的投资优化管理方法。 1 2 本文研究的主要内容 本文根据南方电网公司所反映的电网建设方面存在的共性问题，以电力咨询 公司多年的咨询经验为背景，建立了完善的电网建设项目综合评价，同时对投资 风险进行了必要评估，能够为电力公司提供较好的投资备选方案。本论文共分五 章： 第一章为绪论，主要介绍了论文研究背景，国内外相关的研究状况，以及本 论文研究的主要内容等。 第二章介绍了负荷预测、层次分析法、模糊数学和现代投资等相关理论。 第三章较为详细地介绍了电网建设项目投资优化的研究内容、方法和步骤。 这一章是论文的重点，也是难点。 第四章实证分析中给出了电网建设项目投资优化的一个小型应用实例。 第五章在前面研究的基础上提出了一些建议并进行了小结。 论文正是按照问题缘起相关理论介绍模型建立实证分析的研 究思路将研究内容层层推进，直至结论。 该论文的重难点在于： 1 理论和技术层面 ( 1 ) 电网建设项目本身的复杂性。虽然相关的管理理论和经济效益分析方法较 为成熟，有一定的借鉴价值。但在电力行业这个特殊领域中，目前，国家发行的 经济分析方面的技术文本，特别针对电力行业的资料尚为空白，其复杂性不言而 喻。 ( 2 ) 核心思想缺乏可直接相关理论。在现代投资理论模型中，由于电力企业项 目投资数目大、周期长等特点，传统植根于证券分析的资产模型，已经无法满足 需要，只有结合运筹学的基本理论和思想，运用科学的模型建立方法，大胆假设， 经过历史数据反复修正，才能建立起经得起考验的模型。 ( 3 ) 评价指标体系中各个指标的设定与标准，在具体实现中会遇到诸多困难。 由于历史遗留问题，很多指标，如资产负债率等指标并没有得到应有重视，国际 上各国电力行业的发展方向和政策不同，对于其数值的合理范围没有定论。而由 于经济体制改革，会计制度变更等原因，如对于固定资产折旧的不同处理，部分 历史数据已无法提供精确的参考作用。必须综合专家的经验和意见，经过大量的 分析，合理的推理假设与实验，才能够确定出符合我国电力企业自身的指标评价 方法。 第一章绪论 2 方法的可推广性 虽然电网建设的性质转变为在保证电网建设规模基础上，还要提高电网建设 质量，电力企业也在向着相对独立经营的个体方向改革，对电网建设项目的投资 优化有迫切需求，但它毕竟是一个较新的领域，本身存在不完善之处，有待电力 企业更进一步的认识和应用实践。 因此在理论研究中，要尽可能及时与客户沟通，听取广泛意见，并能在将来 理论推广后长期跟踪，不断改进。同时，为电力企业提供理论方法的各种相关资 料，并通过培训班、研讨会等方式长期为电力企业相关人员提供各种培训。 论文中的创新点是形成了一套针对电网建设项目的基于层次分析法的组合 评价体系，将投资理论( 包括投资风险管理) 系统地引入项目组合方案的评估与 改进上，形成完整的闭环式管理方式。 本论文运用定性与定量结合、理论与实际相结合的方法，着眼于电网建设项 目，研究一套较为完备的投资优化管理方法，希望能够切实指导实际工作，并在 实践中不断丰富和完善。 6 第二章研究理论与方法 第二章研究理论与方法 对于电网建设项目的投资，涉及项目本身技术可行性与必要性及其经济性的 分析，以及项目组合优化。相对应的理论基础分别为预测相关理论、项目评价法 和现代投资理论。下面分别进行简单的介绍。 2 1 预测相关理论 2 1 1 负荷预测基本概念 电力需求预测就是采用一定的科学方法和手段对已有的电力用户以及未来 新增电力用户的需电量做出一定的科学估计和推测。 电力需求预测属于电力市场预测，但由于电力产品及电力生产、建设的特殊 性决定了电力需求预测具有不同特点：首先，由于电力产品应用的广泛性，使电 力需求预测不能像其他行业市场需求预测那样，仅从某些行业或某些方面进行， 而是着眼于国民经济各行各业以及社会居民生活用电，因而具有宏观预测的性 质；其次，由于电力生产发、供、用的同时性和电能不能储存的特点，使电力需 求预测较其它需求预测更为复杂，不仅要预测总的需电量，而且还要预测瞬时需 电量( 负荷预测) ，并且还需掌握不同行业、不同用户、不同地区的用户特性；最 后，由于电力建设周期长、耗资大，使电力需求的长期预测尤为重要。 “以市场需求为导向，就是要加强对市场需求预测的研究，做好市场变化的 跟踪分析，提高市场预测的及时性和准确性”这是新时期电力需求预测的原则和 方向。 电力需求预测按预测的内容划分，可以分为电量预测和负荷预测。 1 电量预测 电量是供电地区( 市场) 在一定时间内，电力生产或消费的总量。 电量从供电主体分，包括营业电量、非营业电量、外购电量。营业电量是指 某供电地区专业电力生产部门供给用电者的电量，它包括电网的自用电量和售电 量两部分：非营业电量是指某供电地区专业电力生产部门自备电力，自发自用电 量；外购电量是指从外电网或本地区非专业电力生产部门购入本地区专业电网电 量。上述三项总和，即是某供电地区的总用电量。 2 负荷预测 7 第二章研究理论与方法 电力需求预测的另一个内容就是负荷预测。负荷是指发电、供电地区或电网 在某一瞬间所承担的工作负载。对用户来说，用电负荷是指用户连接在电网的所 有用电设备在某一瞬间所消耗的功率之和。 在一般情况下，并不限制用电的的使用方式，这样在某一期间( 日、一月、 一年) 中使用最多的电力称为最大负荷。最大负荷通常是指一小时电力合计值中 的最大值。 按电力生产的过程，电力系统的负荷可分为发电负荷、供电负荷和用电负荷。 发电负荷是指某一时刻电力系统内各发电厂发电出力之和；供电负荷是指发 电负荷减去各发电厂厂用负荷后的负荷千瓦数，如与其它电网相连，还需加( 减) 电网间的互送电力；用电负荷是指供电负荷减去线损负荷后的负荷千瓦数，也就 是系统内各个用户在某一瞬间所耗用的电力的总和。 2 1 2 国内外负荷预测理论 负荷预测是电网建设项目规划的基础工作，准确的负荷预测将为适时的电网 建设、最佳的投资时间以及获得最大的经济效益和社会效益提供科学的决策依 据，并为电网的安全、经济、可靠运行提供保证。 负荷预测本身是一个保证在一定的精度意义上，确定未来系统负荷的过程。 就电力系统而言，精确的负荷预测总是人们所希望的。然而，由于影响负荷 变化因素很多，精确的负荷预测又不是很容易做到的。以前，负荷预测多是根据 足够的资料，编制出预测负荷曲线，凭经验作直觉判断。近年来，这种方法己被 一些科学的方法所取代，人们已提出了许多新的技术和方法来提高负荷预测的精 度。而这些方法在模型的复杂性、灵活性、对数据的要求以及满足用户的特殊要 求等方面都有着很大的不同。负荷预测工作要求具有很强的科学性，尽管负荷预 测的方法有多种，但由于所需的数据难以得到或由于预测模型存在不适应性，针 对某一具体规划区域而言，可供选择的预测方法并不很多。 1 时间序列法 时间序列法是应用的最为广泛的一种方法。它把负荷数据看作是一个按季、 按周、按天以及按小时周期性变化的时问序列，并将实际负荷和预测负荷之间的 差值看作一个平稳的随机过程，进行分析和处理。通常，时间序列法建立两个数 学模型，即静态模型和动态模型。静态模型也叫正常负荷模型，主要考虑的是变 动较小的那部分负荷，如负荷的某些周期性、季节性因素，较短时期内的一些正 常变化以及一天内负荷构成的基本成分等。动态模型也叫变动负荷模型，主要考 虑的是受最近的负荷情况、气象因素以及一些偶然事件影响比较大的那部分负 荷。由于这部分负荷的随机性比较强，常常造成短期负荷预测的不精确。 第二章研究理论与方法 2 多元线性回归法 多元线性回归法是另外一个应用的比较广泛的方法。它把负荷模型看作是许 多解释性变量的线性组合，这些解释性变量包括：天气变化、节假日( 春节、国 庆等) v a 及一些突发事件等影响预测精度的因素，变量的系数可由最小二乘拟合 或线性回归得到。在线性回归法中常利用非线性变换及一些统计技术来处理由于 这些变量造成的负荷波动。 3 专家系统( e x p e r ts y s t e m ) 专家系统主要是将人们在实际工作中对事物获得的感性认识进行提取，建立 知识库，并在系统的实际运行过程中对知识库不断进行更新和维护，以跟随事物 的变化轨迹。比如对一个系统的日负荷数据分别采用专家系统、多元线性回归分 析、时间序列法、指数平滑以及状态空间法进行测试，结果表明，专家系统相比 其它方法，其结果更为令人满意。 4 灰色理论( g r e ys y s t e m ) 灰色系统是邓聚龙在2 0 世纪7 0 年代未、8 0 年代初提出的。人们通过概率与 数理统计，解决样本量大、数据多但缺乏明显规律的问题，即“大样本不确定性” 问题；人们用模糊数学处理人的经验与认知先验信息的不确定问题，即“认知不 确定性”问题。而灰色系统理论则是针对既无经验、数据又少的不确定性问题， 即“少数据不确定性”问题提出的。 在灰色理论研究中，将各类系统划分为白、黑和灰色系统。“白 指信息完 全已知，“黑”指信息完全未知，“灰”指信息不完全。其基本模型是灰色模型， 采用系统关联度分析法，按原始数据的发展趋势进行分析，弱化原序列的随机性， 具有建模所需信息少，建模精度高等特点。它是通过原始数据的整理来寻找规律， 即数的生成，而非基于大样本的概率统计规律。 所谓灰色系统建模是指在对已知原始数据进行处理生成的基础上，用不同的 指数曲线去拟合生成以后的数据( 光滑离散曲线) ，通过检验从中找出最佳( 精 度最高) 的指数曲线去预测，预测后经还原得到对原始数据的预测结果。 ( 1 ) 包络模型包络模型的原理是在原始数列和主模型曲线上分别取最大 值( 上包络点) 和最小值( 下包络点) ，然后在此基础上进行建模，得到的两条 模型曲线所夹的空间便构成了未来电量的变化区间。 ( 2 ) 等维新息模型等维信息建模的原理是加入信息x 。叶l ，的同时去掉原 数据序列中的老数据x ( 1 ) ，从而构成新的x 巾等维的数列，然后在此基础上 进行建模。 5 比例系数增长法稍定规划区今后的电力与过去有相同的增长率，用 历史数据求出比例系数，按比例预测未来发展。 9 第二章研究理论与方法 6 弹性系数法由规划区以往的用电量和国民生产总值分别求出它们的 平均增长率k k ，从而求得电力弹性系数e = k ，k 。，再用某种方法预测未 来m 年的弹性系数e 及国民生产总值的增长率k ：，则可得电力需求增长率k ：， 从而可按比例系数增长预测法得出第m 年的用电量。 7 负荷密度指标法一根据规划区各地块的用地性质，采用与其它地区类 比的方式确定负荷的方法。 2 1 3 本论文的负荷思路方法 本论文中应用的负荷预测思路如下： 大用户的电量负荷受国家和地方政策、宏观经济运行情况等因素的影响较 大，其增长规律较为不稳定，发展良好时表现为跳跃性地大幅增长，发展不好时 则表现为用电增长停滞甚至用电需求下滑即负增长。 当大用户电量负荷占据一定比重时，将使得总体电量负荷增长率呈明显的不 稳定增长，在大工业用户投产用电的年份突然上升，在无大用户投产的年份又相 对快速回落，而常规的时间序列、回归分析等数学模型在遇到此类不确定因素时 难以做出准确预测，即“模型失灵”。 因此，将大用户电量负荷和除大用户以外的电量负荷( 简称自然增长电量负 荷) 预测。对于大用户，通过了解规划期内重大项目建设情况和客户的报装情况， 综合统计得到；对于自然增长电量负荷则通过建立多种数学模型，依据历史数据 模拟预测，然后综合分析确定得到；最后综合汇总得到总体电量负荷预测结果。 1 时间序列法 ( 1 ) 多项式模型简介 y = 4 + 4 x + + 彳i l x 一1 + a k x ( 2 ) 线性回归之二型双曲线模型简介 ：圭 公式( 2 1 ) 公式( 2 2 ) ( 3 ) 线性回归之s 曲线模型简介 l v = 一 7 a + b e l 公式( 2 3 ) 式中，y 表示预测的负荷，x 表示时间。 2 灰色系统 ( 1 ) 等维信息模型简介 般意义的灰色模型为g m ( n ，h ) ，表示对h 个变量建立n 阶微分方程。实 1 0 第_ 章研究理论与方法 际应用做多的是g m ( 1 ，1 ) 。 g m ( 1 ，1 ) 的预测步骤( 上标0 表示原始序列，上标l 表示累加生成序列) 为： ， a 对原始序列做累加生成：# 1 = l 们，= 1 ，2 ，行 ，= l 显然一础= z b 建立相应微分方程：霉：+ 似( 1 ) ：6 d t 用差商替代得方程：一互a r 一0 + ) 。+ z 1 】+ 6 础 c 定义矩阵 y n = 【掣，掣，带】t ，6 = 【口，6 】t b = 一圭【墨1 ) + 】 一丢【毫1 ) + 毫1 ) 】 ； 一丢 + 础】 公式( 2 4 ) 公式( 2 5 ) 公式( 2 6 ) 公式( 2 7 ) 则残差为e = y n 一舫 公式( 2 8 ) 要使残差平方和e t e 最小，作最小二雩估计l ；i = ( b t b ) 。1 b t y n 公式( 2 - ” d 得到拟合的预测方程为：- ) ：( 墨。) 一皇) p 刮h ) + 皇，i l 公式( 2 1 0 ) e 累减还原：譬o = n 一础，2 ， 公式( 2 1 1 ) 崭= n 于是可以得到对原始序列的拟合值( i = l ，2 ，n ) 以及对未 来的预测值掣( f n + i ) 。 ( 2 ) 包络模型原理简介 包络模型是对已知的离乱序列，通过构造上边界g m ( 1 ，1 ) 模型与下边界 g m ( 1 ，1 ) 模型，对其进行覆盖的一种灰色预测方法。其中上、下边界模型即 为包络模型。包络模型预测的计算步骤如下： a 作原始序列x 的上、下包络线x u 和x l 。 b 作等间隔上、下包络序列。 在上、下包络线上等问隔选取数据。对于上包络，必须包括x 的峰点( 不必 第二章研究理论与方法 是所有峰点) ；对于下包络，必须包括x 的谷点( 不必是所有谷点) 。这样就可 以得n - 上包络序列x u = ( 而( 1 ) ，而( 2 ) ，而( 疗) ) 下包络序列x l = ( 吒( 1 ) ，x l ( 2 ) ，t ( 刀) ) c 对上、下包络序列做g m ( 1 ，1 ) 建模并预测。 按照g m ( 1 ，1 ) 模型的建模计算步骤，建立上包络序列和下包络序列的g m ( 1 ，1 ) 模型，经检验合格后，做出上、下包络序列的预测值，进而得到原始序 列的灰色预测区间。 d 对原始序列x 建模并预测。 建立原始序列x 的g m ( 1 ，1 ) 模型，经检验合格后，计算原始序列的预测 值。 e 对包络中轴x 建模并预测。 包络中轴指包络区内的中心所连的轴线，其序列x 可按下式计算： x = ( ( 1 ) ，屯( 2 ) ，艺( 玎) ) ：砖( h ( 1 ) + 吒( 1 ) ) ，x u ( ”) + 吒( 胛) ) ) 公式( 2 1 2 ) 建立此序列x 的g m ( 1 ，1 ) 模型，经检验合格后，计算包络中轴序列的预 测值。 f 总结上述预测区间、原始序列的预测值、包络中轴序列的预测值，检验它 们是否可用。 3 负荷密度指标法 根据规划区各地块的用地性质，采用与其它地区类比的方式确定规划地块单 位建筑面积或单位占地面积的负荷大小，进而对规划区负荷加以预测的方法。 2 2 项目评价方法 2 2 1a h p 产生背景及优点 决策是人们进行选择或判断的一种思维活动。人们几乎每时每刻都需要决 策。数学工具在决策中起着重要作用。在复杂的决策问题面前，人们往往需要利 用数学模型对实际问题进行抽象和简化，进而对实际问题进行系统分析。在决策 过程中利用数学模型的优点在于：分析问题容易，目的性强，可以进行模拟计算， 便于应用计算机等先进手段。 第二章研究理论与方法 正是在这种背景下，美国著名运筹学家，匹兹堡大学教授t l s a a t y 于七 十年代中期提出了层次分析法( t h ea n a l y t i ch i e r a r c h yp r o c e s s ，以下简称a h p ) 。 a h p 作为一种有用的决策工具有者明显优点： 1 适用性。用a h p 进行决策，输入的信息主要是决策者的选择与判断，决 策过程充分反映了决策者对决策问题的认识，加上很容易掌握这种方法，这就使 以往决策者与决策分析者难于互相沟通的状况得到改变。在多数情况下，决策者 直接使用a h p 进行决策，这就大大增加了决策的有效性。 2 简洁性。了解a h p 的基本原理，掌握它的基本步骤，对于具有高中文化 程度的人并不困难，用a h p 进行决策分析可以不用计算机。一个简单计算器足 以完成全部运算，所得的结果简单明确，一目了然。 3 实用性。a h p 不仅能进行定量分析，也可以进行定性分析。它把决策过 程中定性与定量因素有机地结合起来，用一种统一方式进行处理。a h p 也是一 种最优化技术，从学科的隶属关系看，人们往往把a h p 归为多目标决策的一个 分支。但a h p 改变了最优化技术只能处理定量分析问题的传统观念，使它的应 用范围大大扩展。许多决策问题如资源分配、冲突分折、方案评比、计划等均可 使用a h p ，对某些预测、系统分析、规划问题，a h p 也不失为一种有效方法。 4 系统性。人们的决策大体有三种方式。第一种是因果推断方式，在相当 多的简单决策中，因果推断是基本方式，它形成了人们日常生活中判断与选择的 思维基础；第二种是推断方式，即概率方式，人们需要根据各种影响决策的因素 出现的概率，结合因果推断进行决策；近年来发展起来的系统方式是第三种决策 思维方式。它的特点是把问题看成一个系统，在研究系统各组成部分相互关系以 及系统所处环境的基础上进行决策。对于复杂问题，系统方式是有效的决策思维 方式。相当广泛的一类系统具有递阶层次的形式，a h p 恰恰反映了这类系统的 决策特点。 2 2 2a h p 模型 a h p 的基本原理是将所研究的问题分解组成多层次的递阶分析结构模型，如 见图2 1 所示，模型的最高层为目标层，中间是准则层( 根据问题的需要可以有 更多的子准则层) ，最下层为方案层。在递阶的层次关系中，下层元素( 因素和指 标等) 受上层元素的控制，通过两两比较的方法，决定下层元素对于上层元素的 重要程度，并依次最终计算出最低层对最高层的相对重要性，即权重。 第_ 章研究理论与方法 图2 - 1 层次结构示意图 运用a h p 分析问题的步骤如下： ( 1 ) 建立描述系统功能或特征的各级递阶结构模型。多级递阶的结构模型有三 种类型： a 完全独立结构。其特点是上一级要素各自独立且具有完全不同的下一级 要素。 b 完全相关结构。其特点是上一级每一要素与下一级的全部要素相关。 c 混合结构。它是上两种结构的混合。 ( 2 ) 对同属一级的要素以上一级要素为准则进行两两比较，根据判断尺度确定 其相对重要度，建立判断矩阵，并进行一致性检验。 a 判断尺度是表示两两要素之间相对重要性的数量尺度。通常可采用的有九 标度法、三标度法等，其中以九标度法较为合理，九标度法具体规定如表2 1 所 示： 耙1 九标度判断尺度定义表 判断尺度定义 l 对b 而言，元素a 。和a ，同样重要 3 对b 。而言，元素a 一和a ，略微重要 5 对b 。而言，元素a 。和a ，明显重要 7 对b 。而言，元素a 和a ，重要得多 9 对b ，而言，元素a 和a ，绝对重要 2 ，4 ，6 ，8 介于上述两相邻判断之间 注：上表中b - 表示b 的下一级各要素相互比较的评估准则 b 建立判断矩阵。以上一级要素b 1 为评估准则，对其下同级要素进行两两 比较，并用表2 - 1 规定的判断尺度来表示这种相对重要程度。以完全独立结构b ，下 的b b 1 2 ，br 3 为例，可建立如下的判断矩阵a ，如图2 2 所示。 1 4 围困园 第二章研究理论与方法 图2 2 判断矩阵不意图 其中，a 。，表示对b 。而言，要素b 与要素b ，。的相对重要性；a ；产1 ，i = l ，2 ； a t j = i a t t ，i = i ，2 ，j = 1 ，2 。 c 判断矩阵求解，确定各层次中评估因素的相对权重w 。采用特征向量首先 求出判断矩阵的最大特征值，计算对应于此特征值偏的特征向量再对w 作归一化 处理，即得到权重向量( w 。，w 2 ，w n ) ，i = l n ，然后对w = ( w 。，w 。，w n ) 1 进行归 一化处理，即：= w 公式( 2 一1 3 ) 其中，w o = 善 公式( 2 1 4 ) 。 彤 则向量w o = ( w l ，w 2 ，w 。) 就是某一级的各评估因素关于它们上一级要素的 相对权重。 d 检验并保证判断矩阵的一致性。由于评估人不可能精确判断出a i j = a j a i ， 精确值，只能对它进行估计，如判断矩阵a 被判断为a 有偏差，则这时有 彳w = k 公式( 2 1 5 ) k ：囊毕 公式( 2 - 1 6 ) w 表示带有偏差的权向量，k 为a 的最大特征根。如a 为相容矩阵时，则 有k = n ；当稍不相容，则缸 n ，所以有相容性指标c i ( c o n s i s t e n c yi n d e x ) ： c i = ( 五血。一n ) ( n 一1 ) 公式( 2 1 7 ) 按上式计算出c i 值后，按表2 - 2 查找相应的平均一致性指标r i ( r a n d o m i n d e x ) 。 表2 - 2 平均一致性指标r i 的定义 l 阶数 123456789 i r i 值 00 0 5 80 9 01 1 21 2 41 3 21 4 11 4 5 最后，按下式计算出一致性l h 侈d c r ( c o n s i s t e n c yr a t i o ) c r = c i r i 公式( 2 1 8 ) 当c r 预期投资额t o ，则回到步骤2 ，降低或减少指标要求， 生成新的投资额，检验t t o 是否成立，若不成立，则不断循环步骤2 ，直至t 【n 】 t 0 。在项目的投资总额t f 。l 预期投资额t o 的情况下，按照各个项目比例划拨资 金，同时生成对该方案的各项指标的评价，便于今后的跟踪反馈。 3 2 3 组合分析 若项目的投资总额t 【1 1 预期投资额t o ，则对于可自由支配的投资t = t o t 的 分配，主要引入层次分析法( a h p ) 和现代投资理论，力求在兼顾社会效益的同 时，将经济效益最大化。运用现今流行的层次分析法形成可选项目的评价和排序，