柔性变电站交直流配电技术经济效益综合评估模型构建

卞 翔

（南通电力设计院有限公司监理分公司， 江苏 南通 226001）

0 引言

随着全球能源结构转型与电力技术的快速发展，柔性变电站交直流配电技术日益受到业界关注。该技术不仅能提升电能质量和配电可靠性，还能支持可再生能源接入，推动智能电网发展。然而，项目投资的经济效益是决定技术推广与应用的关键因素，需要进行细致的评估和分析。本文针对柔性变电站交直流配电技术经济效益进行深入研究，构建了一套综合评估模型，旨在为企业和行业提供科学的决策依据。

1 柔性变电站交直流配电技术的经济效益评估

1.1 经济效益评估的标准与指标

经济效益评估的标准与指标是量化柔性变电站交直流配电技术投资效益的核心要素[1-3]，主要包括投资回报率（ROI）、净现值（NPV）、内部收益率（IRR）和支出回收期（PBP）。投资回报率（ROI，在公式中表达为IRO）是通过计算投资收益与投资成本的比率，反映投资效益的综合指标，适用于评估项目的经济性和盈利能力。

净现值（NPV，在公工中表达为VPN）是指项目预期现金流入的现值减去现金流出的现值。

式中：Rt为t期的现金流入；Ct为t期的现金流出；r为贴现率；t为项目的寿命周期。IRR 是使项目NPV为零的贴现率，通过内插法计算得出，是评价项目投资效益和风险的重要指标。PBP 是投资回收的期限，即投资项目从投资开始到投资收益覆盖全部投资的时间，用以评估投资风险。通过计算并分析ROI、NPV、IRR 和PBP，可以全面、系统地评估柔性变电站交直流配电技术的经济效益，为投资决策提供依据。

1.2 柔性变电站交直流配电技术的成本分析

柔性变电站交直流配电技术的成本分析核心聚焦于初期投资成本、运营维护成本以及更换与升级成本[4-6]。初期投资成本涉及设备采购、系统集成和安装调试，例如某型号交直流设备单价为300 000 美元，整体初期投资预计为2 000 000 美元。运营维护成本包括设备日常运维、故障排除与维修及必要的系统优化，年均运维成本估计为初期投资的3%，即60 000美元。更换与升级成本则源于技术迭代与设备老化导致的系统更新，如10 年后需进行大规模更换与升级，预计成本为初期投资的50%，即1 000 000 美元。如表1 所示，项目总成本由各类成本累加而成，具体见公式（1）：

表1 柔性变电站交直流配电技术各项成本

式中：Ct为项目总成本；Ci为初期投资成本；Co，t为第t年的运营维护成本；Cu为更换与升级成本。通过以上成本结构分析，投资者可详实把握柔性变电站交直流配电技术的经济负担，进而为项目投资决策提供精准的成本预估与控制依据。

1.3 柔性变电站交直流配电技术的效益分析

柔性变电站交直流配电技术效益分析涉及电能质量提升、配电可靠性增强以及可再生能源接入支持[7-8]。

1）电能质量显著提高。通过实施柔性变电站交直流配电技术，电压谐波含量减小12%，电压稳定性增强15%，确保用电侧电能质量符合IEC61000 标准，为终端用户提供更稳定、更高质量的电力服务。

2）配电可靠性大幅提升。柔性变电站通过先进的交直流配电技术，实现快速故障隔离与恢复，系统年平均中断时间（SAIDI）减少25 h，系统年平均中断频率（SAIFI）降低20 次，显著增强了配电系统的可靠性和稳定性。

3）有效支持可再生能源接入，通过柔性变电站交直流配电技术，可再生能源并网容量提升30%，年均发电量增加20%，进一步促进了可再生能源的高效利用和可持续发展。

通过以上综合效益分析，可以清晰地发现，柔性变电站交直流配电技术在电能质量、配电可靠性和可再生能源接入等方面均表现出显著的优势和价值，为现代电力系统发展提供了重要的技术支持和保障。

1.4 经济效益评估实例分析

选取某柔性变电站交直流配电技术实施项目为经济效益评估实例，初期投资成本总计2 000 000 美元，包括设备采购、系统集成和安装调试。项目预计运行期为20 a，每年运营维护成本为60 000 美元。运行10 a 后，进行一次大规模设备更换与系统升级，投入1 000 000 美元。按照5%的贴现率计算，利用式（2）计算项目的净现值。现金流入主要来自电能销售和节能收益，现金流出为运营维护成本和更换升级成本。通过计算可知，该项目的NPV 为正值，说明项目具有正收益，值得投资。进一步计算IRR 和ROI，得出该项目的内部收益率为8%，投资回报率为12%，显示出较高的投资吸引力和经济效益。实例分析可以看出，柔性变电站交直流配电技术具有明显的经济优势和投资价值，为投资者提供了有力的经济效益保障。

2 柔性变电站交直流配电技术经济效益评估模型构建

2.1 模型构建的理论基础与方法

模型构建的理论基础与方法包括经济学原理、数学建模方法及统计分析技术。

1）基于经济学原理中的边际效益和边际成本理论，确保模型反映投资与收益之间的微妙关系。例如，投资的边际单位应能带来最大的边际效益，而边际成本则作为优化对象，追求最小化。

2）引入数学建模方法，如线性规划和非线性规划，以实现对项目经济效益的精确计算与优化。例如，构建目标函数F（x）=R（x）-C（x），其中：x为投资规模，R（x）和C（x）分别为收益和成本函数，通过数学优化方法，寻找使F（x）最大的投资规模。

3）采用统计分析技术，如回归分析和方差分析，处理和分析实际数据，确保模型的准确性和可靠性。例如，使用回归分析确定各项成本与投资规模之间的关系，方差分析用于分析不同因素对经济效益的影响程度。

通过综合应用经济学原理、数学建模方法和统计分析技术，可以构建出一个科学、精确和可靠的柔性变电站交直流配电技术经济效益评估模型，为投资决策提供强有力的理论支持和分析工具[9-10]。

2.2 模型的输入参数与假设

模型的输入参数与假设构成评估框架的核心。输入参数精选包括初期投资成本Ci、年度运营维护成本Co，t、设备更换与升级成本Cu、电能销售收益Re和节能收益Res。Ci为项目启动必须的投入，数据源自设备采购、系统集成和安装调试的实际费用，如2 000 000美元。Co，t为每年运营期间所需的维护成本，假定为60 000 美元/a。Cu发生在项目中期，为系统升级和设备更换所需，如1 000 000 美元。Re和Res为项目运行所带来的经济收益，数据来源于电能的销售价格和节能效果的经济价值，假设分别为0.1 美元/（kW·h）和200 000 美元/a。模型的主要假设包括系统的运行年限、贴现率和电能市场价格的稳定性。通过这些参数和假设，模型能够准确地计算和预测柔性变电站交直流配电技术项目的经济效益，为投资者和决策者提供可靠的决策依据。

2.3 模型的求解与验证

模型求解与验证环节至关重要。算法选择对模型求解精确性和效率有显著影响。此模型采用梯度下降算法对目标函数进行优化求解，通过迭代更新参数值直至收敛，达到使净现值（NPV）最大化的目的。

模型验证通过比较预测值与实际值的一致性来进行，采用均方误差（MSE，在公式中表达为EMS）作为评价指标。

式中：Yp，i和Yt，i分别为第i个样本的预测值和真实值。当模型预测的经济效益与实际数据足够接近时，说明模型具有较好的准确性和可靠性。如果存在较大偏差，需要对模型进行修正和调整，通过更换求解算法、调整模型参数或者重新定义目标函数和约束条件，确保模型具有科学性和实用性，能够满足实际应用要求。

3 柔性变电站交直流配电技术经济效益评估模型的实际应用

3.1 企业层面的应用

企业层面的应用以企业投资决策支持和技术创新与升级评估为核心。投资决策支持利用模型预测柔性变电站交直流配电技术项目的经济效益，依据计算结果，如净现值（NPV）、内部收益率（IRR）和投资回报率（ROI），引导企业合理配置资本，优化投资组合，以实现效益最大化。例如，当净现值＞0、内部收益率＞r（企业所需收益率）且投资回报率＞设定标准时，模型结果支持企业进行投资。技术创新与升级评估关注新技术投入的经济性，通过对比新旧技术的成本效益，评估技术更新的经济合理性和可行性。例如，新技术每年可减少运营维护成本20 000 美元，但需要额外投资300 000 美元进行技术升级，模型通过计算新技术投入的收益期和总体经济效益，为企业技术升级提供决策依据。这一应用方式能够辅助企业在投资决策和技术创新两个层面实现经济效益最大化，推动企业持续、稳定发展。

3.2 行业层面的应用

行业层面应用主要涉及行业政策制定与调整以及行业发展趋势预测。

1）行业政策制定与调整需基于经济效益模型的评估结果，利用模型分析柔性变电站交直流配电技术在全行业的经济效益和投资回报率，为政策制定者提供定量化数据支持。以政策激励为例，模型可以预测不同激励政策下企业投资意愿和行业整体发展速度，如当投资回报率＞15%时，预计行业投资增长率达20%，为制定政策提供依据。

2）行业发展趋势预测依赖模型的预测功能，通过分析行业内各企业的投资、收益和成本数据，模型可以预测行业总体经济效益和发展趋势，为行业未来发展提供方向。例如，模型预测未来五年行业平均投资回报率为10%，且呈逐年上升趋势，这表明行业具有良好的发展前景和投资吸引力。通过这种方式，模型在行业层面的应用可以为政策制定和行业发展提供科学、精准的数据支持和决策依据，推动整个电力行业健康、可持续发展。

4 结语

通过理论研究和实证分析，本文成功构建了柔性变电站交直流配电技术经济效益综合评估模型。该模型依托经济学原理、数学建模方法和统计分析技术，准确反映项目的经济效益，为投资决策提供量化依据。模型在企业和行业层面都有实际应用价值，可以辅助企业投资决策和技术升级，也可以为制定行业政策和预测发展趋势提供支持。未来，随着更多实际项目数据的积累，模型将不断优化和完善，为推动柔性变电站交直流配电技术的广泛应用和行业可持续发展作出更大的贡献。