柔性變電站交直流配電技術經濟效益綜合評估模型構建

卞 翔

（南通電力設計院有限公司監理分公司， 江蘇 南通 226001）

0 引言

隨著全球能源結構轉型與電力技術的快速發展，柔性變電站交直流配電技術日益受到業界關注。該技術不僅能提升電能質量和配電可靠性，還能支持可再生能源接入，推動智能電網發展。然而，項目投資的經濟效益是決定技術推廣與應用的關鍵因素，需要進行細致的評估和分析。本文針對柔性變電站交直流配電技術經濟效益進行深入研究，構建了一套綜合評估模型，旨在為企業和行業提供科學的決策依據。

1 柔性變電站交直流配電技術的經濟效益評估

1.1 經濟效益評估的標準與指標

經濟效益評估的標準與指標是量化柔性變電站交直流配電技術投資效益的核心要素[1-3]，主要包括投資回報率（ROI）、凈現值（NPV）、內部收益率（IRR）和支出回收期（PBP）。投資回報率（ROI，在公式中表達為IRO）是通過計算投資收益與投資成本的比率，反映投資效益的綜合指標，適用于評估項目的經濟性和盈利能力。

凈現值（NPV，在公工中表達為VPN）是指項目預期現金流入的現值減去現金流出的現值。

式中：Rt為t期的現金流入；Ct為t期的現金流出；r為貼現率；t為項目的壽命周期。IRR 是使項目NPV為零的貼現率，通過內插法計算得出，是評價項目投資效益和風險的重要指標。PBP 是投資回收的期限，即投資項目從投資開始到投資收益覆蓋全部投資的時間，用以評估投資風險。通過計算并分析ROI、NPV、IRR 和PBP，可以全面、系統地評估柔性變電站交直流配電技術的經濟效益，為投資決策提供依據。

1.2 柔性變電站交直流配電技術的成本分析

柔性變電站交直流配電技術的成本分析核心聚焦于初期投資成本、運營維護成本以及更換與升級成本[4-6]。初期投資成本涉及設備采購、系統集成和安裝調試，例如某型號交直流設備單價為300 000 美元，整體初期投資預計為2 000 000 美元。運營維護成本包括設備日常運維、故障排除與維修及必要的系統優化，年均運維成本估計為初期投資的3%，即60 000美元。更換與升級成本則源于技術迭代與設備老化導致的系統更新，如10 年后需進行大規模更換與升級，預計成本為初期投資的50%，即1 000 000 美元。如表1 所示，項目總成本由各類成本累加而成，具體見公式（1）：

表1 柔性變電站交直流配電技術各項成本

式中：Ct為項目總成本；Ci為初期投資成本；Co，t為第t年的運營維護成本；Cu為更換與升級成本。通過以上成本結構分析，投資者可詳實把握柔性變電站交直流配電技術的經濟負擔，進而為項目投資決策提供精準的成本預估與控制依據。

1.3 柔性變電站交直流配電技術的效益分析

柔性變電站交直流配電技術效益分析涉及電能質量提升、配電可靠性增強以及可再生能源接入支持[7-8]。

1）電能質量顯著提高。通過實施柔性變電站交直流配電技術，電壓諧波含量減小12%，電壓穩定性增強15%，確保用電側電能質量符合IEC61000 標準，為終端用戶提供更穩定、更高質量的電力服務。

2）配電可靠性大幅提升。柔性變電站通過先進的交直流配電技術，實現快速故障隔離與恢復，系統年平均中斷時間（SAIDI）減少25 h，系統年平均中斷頻率（SAIFI）降低20 次，顯著增強了配電系統的可靠性和穩定性。

3）有效支持可再生能源接入，通過柔性變電站交直流配電技術，可再生能源并網容量提升30%，年均發電量增加20%，進一步促進了可再生能源的高效利用和可持續發展。

通過以上綜合效益分析，可以清晰地發現，柔性變電站交直流配電技術在電能質量、配電可靠性和可再生能源接入等方面均表現出顯著的優勢和價值，為現代電力系統發展提供了重要的技術支持和保障。

1.4 經濟效益評估實例分析

選取某柔性變電站交直流配電技術實施項目為經濟效益評估實例，初期投資成本總計2 000 000 美元，包括設備采購、系統集成和安裝調試。項目預計運行期為20 a，每年運營維護成本為60 000 美元。運行10 a 后，進行一次大規模設備更換與系統升級，投入1 000 000 美元。按照5%的貼現率計算，利用式（2）計算項目的凈現值?，F金流入主要來自電能銷售和節能收益，現金流出為運營維護成本和更換升級成本。通過計算可知，該項目的NPV 為正值，說明項目具有正收益，值得投資。進一步計算IRR 和ROI，得出該項目的內部收益率為8%，投資回報率為12%，顯示出較高的投資吸引力和經濟效益。實例分析可以看出，柔性變電站交直流配電技術具有明顯的經濟優勢和投資價值，為投資者提供了有力的經濟效益保障。

2 柔性變電站交直流配電技術經濟效益評估模型構建

2.1 模型構建的理論基礎與方法

模型構建的理論基礎與方法包括經濟學原理、數學建模方法及統計分析技術。

1）基于經濟學原理中的邊際效益和邊際成本理論，確保模型反映投資與收益之間的微妙關系。例如，投資的邊際單位應能帶來最大的邊際效益，而邊際成本則作為優化對象，追求最小化。

2）引入數學建模方法，如線性規劃和非線性規劃，以實現對項目經濟效益的精確計算與優化。例如，構建目標函數F（x）=R（x）-C（x），其中：x為投資規模，R（x）和C（x）分別為收益和成本函數，通過數學優化方法，尋找使F（x）最大的投資規模。

3）采用統計分析技術，如回歸分析和方差分析，處理和分析實際數據，確保模型的準確性和可靠性。例如，使用回歸分析確定各項成本與投資規模之間的關系，方差分析用于分析不同因素對經濟效益的影響程度。

通過綜合應用經濟學原理、數學建模方法和統計分析技術，可以構建出一個科學、精確和可靠的柔性變電站交直流配電技術經濟效益評估模型，為投資決策提供強有力的理論支持和分析工具[9-10]。

2.2 模型的輸入參數與假設

模型的輸入參數與假設構成評估框架的核心。輸入參數精選包括初期投資成本Ci、年度運營維護成本Co，t、設備更換與升級成本Cu、電能銷售收益Re和節能收益Res。Ci為項目啟動必須的投入，數據源自設備采購、系統集成和安裝調試的實際費用，如2 000 000美元。Co，t為每年運營期間所需的維護成本，假定為60 000 美元/a。Cu發生在項目中期，為系統升級和設備更換所需，如1 000 000 美元。Re和Res為項目運行所帶來的經濟收益，數據來源于電能的銷售價格和節能效果的經濟價值，假設分別為0.1 美元/（kW·h）和200 000 美元/a。模型的主要假設包括系統的運行年限、貼現率和電能市場價格的穩定性。通過這些參數和假設，模型能夠準確地計算和預測柔性變電站交直流配電技術項目的經濟效益，為投資者和決策者提供可靠的決策依據。

2.3 模型的求解與驗證

模型求解與驗證環節至關重要。算法選擇對模型求解精確性和效率有顯著影響。此模型采用梯度下降算法對目標函數進行優化求解，通過迭代更新參數值直至收斂，達到使凈現值（NPV）最大化的目的。

模型驗證通過比較預測值與實際值的一致性來進行，采用均方誤差（MSE，在公式中表達為EMS）作為評價指標。

式中：Yp，i和Yt，i分別為第i個樣本的預測值和真實值。當模型預測的經濟效益與實際數據足夠接近時，說明模型具有較好的準確性和可靠性。如果存在較大偏差，需要對模型進行修正和調整，通過更換求解算法、調整模型參數或者重新定義目標函數和約束條件，確保模型具有科學性和實用性，能夠滿足實際應用要求。

3 柔性變電站交直流配電技術經濟效益評估模型的實際應用

3.1 企業層面的應用

企業層面的應用以企業投資決策支持和技術創新與升級評估為核心。投資決策支持利用模型預測柔性變電站交直流配電技術項目的經濟效益，依據計算結果，如凈現值（NPV）、內部收益率（IRR）和投資回報率（ROI），引導企業合理配置資本，優化投資組合，以實現效益最大化。例如，當凈現值＞0、內部收益率＞r（企業所需收益率）且投資回報率＞設定標準時，模型結果支持企業進行投資。技術創新與升級評估關注新技術投入的經濟性，通過對比新舊技術的成本效益，評估技術更新的經濟合理性和可行性。例如，新技術每年可減少運營維護成本20 000 美元，但需要額外投資300 000 美元進行技術升級，模型通過計算新技術投入的收益期和總體經濟效益，為企業技術升級提供決策依據。這一應用方式能夠輔助企業在投資決策和技術創新兩個層面實現經濟效益最大化，推動企業持續、穩定發展。

3.2 行業層面的應用

行業層面應用主要涉及行業政策制定與調整以及行業發展趨勢預測。

1）行業政策制定與調整需基于經濟效益模型的評估結果，利用模型分析柔性變電站交直流配電技術在全行業的經濟效益和投資回報率，為政策制定者提供定量化數據支持。以政策激勵為例，模型可以預測不同激勵政策下企業投資意愿和行業整體發展速度，如當投資回報率＞15%時，預計行業投資增長率達20%，為制定政策提供依據。

2）行業發展趨勢預測依賴模型的預測功能，通過分析行業內各企業的投資、收益和成本數據，模型可以預測行業總體經濟效益和發展趨勢，為行業未來發展提供方向。例如，模型預測未來五年行業平均投資回報率為10%，且呈逐年上升趨勢，這表明行業具有良好的發展前景和投資吸引力。通過這種方式，模型在行業層面的應用可以為政策制定和行業發展提供科學、精準的數據支持和決策依據，推動整個電力行業健康、可持續發展。

4 結語

通過理論研究和實證分析，本文成功構建了柔性變電站交直流配電技術經濟效益綜合評估模型。該模型依托經濟學原理、數學建模方法和統計分析技術，準確反映項目的經濟效益，為投資決策提供量化依據。模型在企業和行業層面都有實際應用價值，可以輔助企業投資決策和技術升級，也可以為制定行業政策和預測發展趨勢提供支持。未來，隨著更多實際項目數據的積累，模型將不斷優化和完善，為推動柔性變電站交直流配電技術的廣泛應用和行業可持續發展作出更大的貢獻。