趙會茹，趙一航，王路瑤，馮凱鑫，李兵抗，郭森

(華北電力大學(xué) 經(jīng)濟(jì)與管理學(xué)院，北京 102206)

0 引言

特高壓輸電工程具有遠(yuǎn)距離、大容量以及低損耗等特點(diǎn)，能夠?qū)崿F(xiàn)能源資源的優(yōu)化配置，從而緩解電力供需矛盾[1]。目前已有部分學(xué)者針對特高壓輸電工程的線路設(shè)計(jì)以及設(shè)備使用進(jìn)行研究[2-4]，部分學(xué)者針對特高壓輸電工程建設(shè)及運(yùn)行過程中面臨的風(fēng)險(xiǎn)及可靠性進(jìn)行研究[5-7]。此外，特高壓輸電工程的效益評估也是學(xué)者較為關(guān)注的問題之一。文獻(xiàn)[8]引入全壽命周期成本和影子價(jià)格理論，從投入-產(chǎn)出角度定量測算特高壓電網(wǎng)的成本及社會經(jīng)濟(jì)效益。文獻(xiàn)[9]提出了一種基于費(fèi)用效益的特高壓工程國民經(jīng)濟(jì)評價(jià)方法，采用半投入產(chǎn)出法和社會時(shí)間偏好率法測算了特高壓輸電工程影子價(jià)格的換算系數(shù)和社會折現(xiàn)率。文獻(xiàn)[10]從經(jīng)濟(jì)效益、環(huán)境效益、社會效益和電網(wǎng)效益等維度對特高壓輸電工程進(jìn)行分析并基于模糊層次綜合評價(jià)方法對特高壓輸電工程的綜合效益進(jìn)行評估。文獻(xiàn)[11]綜合考慮協(xié)調(diào)性、可靠性、優(yōu)質(zhì)性、高效性、經(jīng)濟(jì)性、社會性等6個(gè)維度，對特高壓電網(wǎng)的運(yùn)行發(fā)展進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)評價(jià)。文獻(xiàn)[12]考慮特高壓工程建設(shè)對區(qū)域社會經(jīng)濟(jì)的影響，分析了特高壓電網(wǎng)的潛在效應(yīng)并基于改進(jìn)云物元和TOPSIS的方法進(jìn)行了實(shí)證研究。文獻(xiàn)[13]從特高壓輸電線路工程的技術(shù)管理、進(jìn)度管理、成本管理、安全管理和環(huán)境保護(hù)5個(gè)層面展開研究，基于序關(guān)系法和熵權(quán)法相結(jié)合的主客觀組合方法進(jìn)行賦權(quán)，通過物元可拓模型對特高壓輸電工程的施工管理進(jìn)行評價(jià)。文獻(xiàn)[14]結(jié)合洲際跨國輸電工程的特點(diǎn)，基于工程經(jīng)濟(jì)性評價(jià)方法分析了亞歐超遠(yuǎn)距離特高壓輸電工程的經(jīng)濟(jì)效益。

因?yàn)樘馗邏狠旊姽こ痰膹?fù)雜性與特殊性，所以關(guān)于特高壓輸電工程綜合效益評估的研究相對較少。已有的研究大多針對單一維度或單一指標(biāo)進(jìn)行分析，其評價(jià)方法也大多是基于工程經(jīng)濟(jì)學(xué)或技術(shù)經(jīng)濟(jì)評價(jià)理論。這些方法往往割裂了指標(biāo)間的相關(guān)關(guān)系，同時(shí)評價(jià)的指標(biāo)較為傳統(tǒng)且不夠全面，無法反映特高壓輸電工程與傳統(tǒng)輸電工程評價(jià)的差異性。

本文對特高壓輸電工程的綜合效益進(jìn)行評估，首先構(gòu)建了特高壓輸電工程綜合效益評價(jià)的指標(biāo)體系，綜合考慮工程的運(yùn)行效果、財(cái)務(wù)效益、環(huán)境效益以及社會效益4個(gè)維度；其次提出了基于貝葉斯最優(yōu)最劣 (Bayesian best-worst method,BBWM)和改進(jìn)物元可拓(improved matter-element extension model, IMEEM)的特高壓輸電工程綜合效益評價(jià)模型；最后結(jié)合國內(nèi)某特高壓直流輸電工程進(jìn)行實(shí)證研究。

1 特高壓輸電工程綜合效益評價(jià)指標(biāo)體系構(gòu)建

設(shè)計(jì)一套科學(xué)合理的評價(jià)指標(biāo)體系是進(jìn)行特高壓輸電工程綜合效益評價(jià)的基礎(chǔ)和關(guān)鍵，選取的評價(jià)指標(biāo)應(yīng)充分、全面、具體且能夠反映特高壓輸電工程的主要特點(diǎn)。本文綜合考慮特高壓輸電工程的運(yùn)行效果、財(cái)務(wù)效益、環(huán)境效益及社會效益，特高壓輸電工程綜合效益評價(jià)指標(biāo)體系構(gòu)建的詳細(xì)過程為：（1）結(jié)合相關(guān)文獻(xiàn)以及已有的研究確定初始的評價(jià)指標(biāo)；（2）邀請?zhí)馗邏狠旊婎I(lǐng)域的相關(guān)專家學(xué)者和企業(yè)從業(yè)人員，根據(jù)他們的專業(yè)知識和經(jīng)驗(yàn)對已有的指標(biāo)進(jìn)行審閱和調(diào)整；（3）將重要程度較低或無法反映特高壓輸電工程特點(diǎn)的指標(biāo)進(jìn)行刪減，確定最終的評價(jià)指標(biāo)體系。

最終的特高壓輸電工程綜合效益評價(jià)指標(biāo)體系如圖1所示。

圖1中：（1）運(yùn)行效果。傳統(tǒng)的輸電工程運(yùn)行效果大多考慮工程的輸電能力以及輸電效率，因此本文選取工程輸電量、輸電損耗率、能量不可用率等指標(biāo)進(jìn)行評價(jià)。然而特高壓輸電工程對于優(yōu)化地區(qū)資源配置、促進(jìn)優(yōu)勢資源轉(zhuǎn)化起到至關(guān)重要的作用，為了落實(shí)大氣污染防治計(jì)劃，工程的新能源輸送電量也應(yīng)被納入考慮。（2）財(cái)務(wù)效益。工程的盈利能力和償債能力是反映其財(cái)務(wù)效益的關(guān)鍵因素，因此本文綜合選取償債備付率和投資回收期兩個(gè)指標(biāo)進(jìn)行財(cái)務(wù)效益評價(jià)。（3）環(huán)境效益。本文綜合考慮特高壓輸電工程對送受兩端的環(huán)境效益，從送端的角度考慮工程對送端新能源消納的促進(jìn)，從受端的角度考慮受端的等效CO2減排效果。（4）社會效益。特高壓輸電工程往往具有較好的社會效益，本文分別從上下游相關(guān)產(chǎn)業(yè)帶動效益和工程的技術(shù)示范作用進(jìn)行分析。

圖1 特高壓輸電工程綜合效益評價(jià)指標(biāo)體系Fig. 1 Evaluation index system for comprehensive performance of UHV transmission project

2 特高壓輸電工程綜合效益評價(jià)模型

2.1 貝葉斯最優(yōu)最劣方法

一般而言，賦權(quán)方法主要包含客觀賦權(quán)方法和主觀賦權(quán)方法兩類，前者主要包含熵權(quán)法、主成分分析法[15-16]等，往往依據(jù)各評價(jià)對象的自身數(shù)據(jù)特點(diǎn)，依靠數(shù)據(jù)驅(qū)動實(shí)現(xiàn)指標(biāo)的賦權(quán)，減少了人為干擾的因素；而后者當(dāng)中層次分析法、專家調(diào)查法[17-18]等方法則應(yīng)用較為廣泛，主要依靠專家及相關(guān)學(xué)者的經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行判斷。由于特高壓輸電工程的復(fù)雜性與特殊性，已經(jīng)建成投運(yùn)的數(shù)量相對較少，而過于依仗樣本容量及樣本豐富度的客觀賦權(quán)方法明顯無法應(yīng)用于特高壓輸電工程的效益評價(jià)。

文獻(xiàn)[19]提出了最優(yōu)最劣方法(best-worst method, BWM)，相比于傳統(tǒng)的層次分析法，BWM更加便捷高效。當(dāng)存在個(gè)評價(jià)指標(biāo)時(shí)，前者需要將指標(biāo)進(jìn)行兩兩對比，從而確定各指標(biāo)的權(quán)重，這一過程一般需要進(jìn)行次；而后者則僅需要次對比。BWM確定權(quán)重的具體步驟如下。

盡管在解決多屬性決策類問題時(shí)，BWM方法比傳統(tǒng)方法更加高效便捷，但是該方法只能同時(shí)對一位專家的賦權(quán)結(jié)果進(jìn)行計(jì)算。當(dāng)有多位專家需要共同確定權(quán)重時(shí)，往往是將每一個(gè)專家的賦權(quán)結(jié)果進(jìn)行平均計(jì)算，從而得到最終的賦權(quán)結(jié)果。然而平均權(quán)重的過程相當(dāng)于對單次過程的機(jī)械性重復(fù)，存在著諸如離群敏感性和信息受限等缺點(diǎn)，只有擴(kuò)展到群體決策環(huán)境才能獲得更加可靠的權(quán)重。

2019年，文獻(xiàn)[21]對這一方法進(jìn)行了改進(jìn)，將貝葉斯理論和BWM加以結(jié)合，提出了貝葉斯最優(yōu)最劣方法。BBWM在BWM的基礎(chǔ)上，考慮了輸入和輸出的概率解釋，這意味著各指標(biāo)被視作隨機(jī)事件，而權(quán)重則被看作各事件發(fā)生的可能性。當(dāng)確定輸入和輸出時(shí)，需要加入多項(xiàng)式概率分布，以最劣指標(biāo)為例，其多項(xiàng)式概率分布函數(shù)為

同樣地，BBWM方法延續(xù)了BWM方法的特點(diǎn)，在計(jì)算得到各指標(biāo)賦權(quán)結(jié)果的基礎(chǔ)上需要進(jìn)一步判斷專家間的意見是否一致。文獻(xiàn)[21]提出了一種基于Credal排序的一致性檢驗(yàn)方法，其原理是通過引入貝葉斯理論，計(jì)算指標(biāo)與之間的重要性對比概率為

在BBWM方法中，文獻(xiàn)[21]中設(shè)定了Credal排序值的閾值為0.5，即Credal排序值未達(dá)到0.5意味著專家間的意見出現(xiàn)較大分歧，需要專家繼續(xù)進(jìn)行討論，重新進(jìn)行指標(biāo)重要性比對。

2.2 改進(jìn)物元可拓方法

傳統(tǒng)的綜合評價(jià)方法(如灰色關(guān)聯(lián)分析、TOPSIS法[22-23])往往對評價(jià)對象進(jìn)行計(jì)算得到相應(yīng)數(shù)值，通過對比多個(gè)對象的評價(jià)值進(jìn)而分析各分析對象的好壞。而本文旨在對特高壓輸電工程的綜合效益進(jìn)行評估，評價(jià)值的高低難以清晰反映工程的實(shí)際效益水平。文獻(xiàn)[24]在1983年首次提出物元可拓方法，該方法將評價(jià)對象劃分為多個(gè)等級(如：優(yōu)、良、中、差等)，其主要優(yōu)點(diǎn)在于當(dāng)僅有一個(gè)評價(jià)對象時(shí)也可以進(jìn)行評價(jià)研究，對于特高壓輸電工程具有較好的適用性。

物元可拓方法以物元理論和擴(kuò)展集理論為理論框架，建立了經(jīng)典域、節(jié)域和評價(jià)等級，通過實(shí)測數(shù)據(jù)計(jì)算待評物元與各評價(jià)等級的關(guān)聯(lián)關(guān)系，從而評定評價(jià)對象的等級[25]。

當(dāng)評價(jià)指標(biāo)實(shí)測數(shù)據(jù)超過節(jié)域范圍時(shí)，無法通過關(guān)聯(lián)函數(shù)計(jì)算其與各等級的關(guān)聯(lián)數(shù)值。因此，鑒于物元可拓的局限性，需要對其進(jìn)行改進(jìn)[26]，改進(jìn)方式如步驟（2）所示。

（2）規(guī)格化處理。在物元可拓方法的基礎(chǔ)上，將經(jīng)典域和待評物元進(jìn)行規(guī)格化處理，即

（3）確定指標(biāo)權(quán)重。基于前述的BBWM方法確定各評價(jià)指標(biāo)的權(quán)重值。

傳統(tǒng)的物元可拓方法一般采取最大隸屬度原則進(jìn)行求解，但在應(yīng)用該方法的過程中可能會損失過多信息，導(dǎo)致方法的有效性過低[27]，因此需要進(jìn)行改進(jìn)，本文采用貼近度原則代替最大隸屬度原則[26]，如步驟（4）所示。

基于BBWM和改進(jìn)物元可拓方法構(gòu)建的特高壓輸電工程綜合效益評價(jià)模型的邏輯框架和計(jì)算流程如圖2所示。

圖2 特高壓輸電工程綜合效益評價(jià)模型的流程Fig. 2 The procedure of the proposed BBWM-IMEEM method for comprehensive performance evaluation of UHV transmission project

3 實(shí)證分析

本節(jié)以國內(nèi)某±800 kV特高壓直流輸電工程實(shí)際數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)證分析。該工程重點(diǎn)服務(wù)風(fēng)電、太陽能發(fā)電等新能源的跨區(qū)輸送，一方面減少西部地區(qū)棄風(fēng)棄光水平，保障新能源電力輸送通道暢通；另一方面拉動地區(qū)經(jīng)濟(jì)增長、擴(kuò)大就業(yè)、增加稅收，具有較好的經(jīng)濟(jì)、社會和環(huán)境效益。其綜合效益設(shè)定為5個(gè)等級：1—差、2—較差、3—中等、4—較好、5—極好。

3.1 經(jīng)典域、節(jié)域和待評物元的確立及規(guī)格化處理

（1）設(shè)定經(jīng)典域。特高壓輸電工程綜合效益評價(jià)指標(biāo)中存在定性指標(biāo)和定量指標(biāo)，其中定量指標(biāo)參考相關(guān)文獻(xiàn)、國家規(guī)定以及項(xiàng)目可研預(yù)期要求，定性指標(biāo)通過實(shí)地調(diào)研、咨詢相關(guān)專家，采取十分制的打分規(guī)則。

（2）設(shè)定節(jié)域和待評物元為

（3）規(guī)格化處理。經(jīng)典域和待評物元規(guī)格化處理后的結(jié)果為

面板數(shù)據(jù)模型一般有三種情形：混合模型、個(gè)體固定效應(yīng)模型和隨機(jī)效果模型。對于三種模型的選擇可以用F統(tǒng)計(jì)檢驗(yàn)和Hausman統(tǒng)計(jì)檢驗(yàn)來進(jìn)行篩選。F檢驗(yàn)結(jié)果顯示，混合回歸模型要優(yōu)于個(gè)體固定效應(yīng)回歸模型，而Hausman檢驗(yàn)結(jié)果顯示，個(gè)體固定效應(yīng)回歸模型要優(yōu)于個(gè)體隨機(jī)效應(yīng)回歸模型。因此實(shí)證最終結(jié)果選擇混合回歸模型。即如下模型：

3.2 指標(biāo)權(quán)重確定

結(jié)合5位專家的建議運(yùn)用BBWM確定各指標(biāo)的權(quán)重，根據(jù)BBWM的步驟，各專家首先確定特高壓輸電工程綜合效益評價(jià)指標(biāo)體系中的最優(yōu)指標(biāo)和最劣指標(biāo)，如表1所示。

表1 5位專家確定的最優(yōu)指標(biāo)和最劣指標(biāo)Table 1 The best and worst criteria determined by five invited experts.

在選取最優(yōu)最劣指標(biāo)的基礎(chǔ)上，各專家分別給出最優(yōu)指標(biāo)與其他指標(biāo)間的對比結(jié)果以及最劣指標(biāo)與其他指標(biāo)間的對比結(jié)果，并形成最優(yōu)比較向量和最劣比較向量，即

表2 各指標(biāo)權(quán)重Table 2 Weights of ten criteria

從表2中不難看出，工程輸送電量(C1)指標(biāo)的權(quán)重相對最高，緊隨其后的分別是新能源輸送電量(C2)和能量不可用率(C4)，相比而言，產(chǎn)業(yè)帶動效益(C9)指標(biāo)的權(quán)重最低。

圖3為特高壓輸電工程評價(jià)指標(biāo)的Credal排序值。

圖3 特高壓輸電工程綜合效益評價(jià)指標(biāo)間的Credal排序Fig. 3 The Credal ranking of indicators for comprehensive performance evaluation of UHV transmission project

根據(jù)圖3可以清楚看出各指標(biāo)間的一致性比率。以工程輸送電量(C1)為例，各專家一致認(rèn)為該指標(biāo)比C5、C7、C8、C9、C10等指標(biāo)更重要，而在和C3、C4、C6等指標(biāo)進(jìn)行對比確定權(quán)重時(shí)，存在一定的不一致性，Credal排序值分別為0.98、0.97、0.99。而在確定C1指標(biāo)與C2指標(biāo)間的重要性程度時(shí)，專家間的分歧相對較大，Credal排序值為0.74。但整體而言，各指標(biāo)間的Credal排序值均超過0.5，證明專家間意見較一致。

3.3 計(jì)算貼近度及等級評定

根據(jù)式（22）可以計(jì)算得到待評物元與各評價(jià)等級間的貼近度為

式 中 ： N1(p0)、N2(p0)、N3(p0)、N4(p0)、N5(p0)分別代表特高壓輸電工程的綜合效益與5個(gè)等級(差、較差、中等、較好、好)間的貼近度。

3.4 討論

（1）結(jié)果對比分析。為驗(yàn)證本文提出方法的合理性和優(yōu)越性，將本文所提出模型的評價(jià)結(jié)果與基于傳統(tǒng)BWM方法的評價(jià)結(jié)果做對比。傳統(tǒng)BWM賦權(quán)方法下各指標(biāo)的權(quán)重如表3所示。

從表3可以看出，在不考慮群體決策環(huán)境下，指標(biāo)間的權(quán)重差距有所變大(BWM方法指標(biāo)最大權(quán)重0.240，最小權(quán)重0.028；BBWM方法下指標(biāo)最大權(quán)重0.190，最小權(quán)重0.043)，但各指標(biāo)的權(quán)重排名保持不變，各指標(biāo)在兩種方法下的重要性程度未發(fā)生變化，印證了本文所提出的BBWM方法的合理性。

表3 基于BWM方法確定的各指標(biāo)權(quán)重Table 3 Weights of ten criteria based on best-worst method

根據(jù)BWM賦權(quán)結(jié)果對該工程進(jìn)行評價(jià)，待評物元與各等級的貼近度分別為

式 中 ：N1(p0)′、N2(p0)′、N3(p0)′、N4(p0)′、N5(p0)′分別代表基于BWM方法下特高壓輸電工程的綜合效益與5個(gè)等級(差、較差、中等、較好、好)間的貼近度?？梢钥闯觯糂WM方法下各專家獨(dú)立進(jìn)行賦權(quán)，所得到的綜合權(quán)重為各權(quán)重的算術(shù)平均結(jié)果，擴(kuò)大了指標(biāo)間的異質(zhì)性，在這樣的情況下工程的綜合效益評級為“中等”。

（2）敏感性分析。為判斷指標(biāo)變化對工程綜合效益的影響，需對各指標(biāo)進(jìn)行敏感性分析，現(xiàn)以工程輸送電量(C1)為例。

從圖4可以看出，當(dāng)工程輸送電量變化時(shí)，工程整體的綜合效益也隨之變化。具體而言，當(dāng)工程輸送電量下降10%時(shí)，工程整體的綜合效益變?yōu)椤爸械取痹u級，而隨著電量的進(jìn)一步下降，工程與“中等”等級的貼近度進(jìn)一步增大；反之，當(dāng)工程輸送電量提高時(shí)，工程與“較好”等級的貼近度也進(jìn)一步提升。

圖4 指標(biāo)敏感性分析結(jié)果Fig. 4 Index sensitivity analysis results.

經(jīng)過測算，在保持其他指標(biāo)不變的情況下，當(dāng)工程輸送電量達(dá)到最大(待評物元從0.4變?yōu)?.0，增長150%)，工程的綜合效益評級仍未達(dá)到“好”等級。因此，為提升工程綜合效益，在工程運(yùn)營過程中不應(yīng)僅從局限于提升輸送電量，應(yīng)綜合考慮多維因素的影響。

4 結(jié)語

隨著電力需求的日益增長，愈來愈多的特高壓輸電工程投入建設(shè)，對特高壓輸電工程效益評價(jià)不僅可以確保電力用戶的安全用能，同時(shí)對衡量工程是否實(shí)現(xiàn)預(yù)期建設(shè)目標(biāo)有著重要意義。本文基于貝葉斯最優(yōu)最劣方法和改進(jìn)物元可拓模型對特高壓輸電工程的綜合效益進(jìn)行評價(jià)，實(shí)證結(jié)果表明，本文所分析的±800 kV直流輸電工程綜合效益較好。在本文所提出的評價(jià)指標(biāo)當(dāng)中，工程輸送電量和新能源輸送電量等指標(biāo)被大多專家認(rèn)為重要性較高。因此，其他特高壓輸電工程在建設(shè)投運(yùn)期間，也應(yīng)著重注意以上指標(biāo)。

此外，在傳統(tǒng)輸電工程效益評價(jià)指標(biāo)的基礎(chǔ)上，本文選取了部分能夠體現(xiàn)特高壓輸電工程特點(diǎn)的指標(biāo)，在后續(xù)的研究中將進(jìn)一步考慮其他相關(guān)指標(biāo)。另一方面，本文所提出的評價(jià)模型與指標(biāo)體系也可以被應(yīng)用于其他相關(guān)領(lǐng)域。