基于系統動力學理論的輸配電價績效管制建模與分析

陳新晨，潘學萍，馬 倩，梁 偉，曹 陽

（1. 河海大學 能源與電氣學院，江蘇 南京 210098；2. 國網江蘇省電力有限公司，江蘇 南京 210024）

0 引言

在當前新電改［1-2］環境下，我國輸配電價管制模式已經從傳統的購銷差價方式轉變為“準許成本加合理收益”的新型管制模式［2］。2019 年1 月，國家發展改革委印發《關于開展第二監管周期電網輸配電定價成本監審的通知》［3］，輸配電價改革進入第二監管周期。

國際上輸配電價管制方法也在不斷改進。文獻［4-5］在研究我國輸配電價改革的基礎上進一步討論了歐美國家的實踐和經驗，指出目前主流的輸配電價管制包括成本管制、上限管制以及績效管制3 種模式。成本管制可以消除壟斷造成的企業高額利潤，但存在被監管企業過度投資、監管部門缺乏對企業成本的控制等問題。上限管制具有激勵企業減少成本、提高生產效率、抑制過度投資等優點，但存在企業服務質量降低的問題?？冃Ч苤聘鶕苤茖ο笫欠駥崿F既定的績效目標，對其進行相應的獎勵或懲罰，本質上是建立一種基于業績的利益分享機制，通過提供激勵機制引導電網企業提高業績?？冃Ч苤疲?］目前已得到廣泛應用，影響較大的有英國RIIO［7］（Revenue=Incentives+Innovation+Outputs）模式、美國紐約州的REV［8］（Reforming the Energy Vision）模式等。此外，丹麥、墨西哥以及南非等國也進行了績效管制的實踐。

我國現有的輸配電價管制模式為“準許成本加合理收益”，實際上是成本管制模式，該管制模式易導致企業過度投資等問題。文獻［3］中強調了對壟斷企業的成本監管，而績效管制模式可以通過業績評估激勵電網企業減少成本，實現資源配置的優化。

績效管制的核心是效益評估，目前國內外對電網企業的效益評估已有較多的研究報道［9-10］。文獻［11］強調低碳電網對社會發展的作用，基于全生命周期理論構建低碳電網效益綜合量化評價體系，并采用電網企業實際數據對所提方法進行分析。文獻［12］通過規范安全指標、一般安全指標及效益指標3 類指標刻畫電網安全與效益的特性。文獻［13］研究含多個不確定電源和負荷的區域間電網的經濟調度，引入服務質量指標量化分析價格敏感用戶的響應行為。上述文獻大多針對電網企業的單一屬性如安全性、可靠性、環保性等進行業績評估。文獻［14］從安全性、經濟性、協調性等方面建立業績評估綜合指標，但僅立足于電網企業單一主體，未考慮電力消費者、政府監管部門等對電網企業的運營期望。

本文在績效管制模式中考慮我國新電改的特點，綜合電網企業、電力消費者和政府監管部門三方訴求，除了傳統的資金籌措能力、經濟效益、可靠性等指標外，進一步引入生態建設投資、服務質量、提供就業崗位數等新型指標，以激發電網企業提高服務質量，使其承擔更多的社會責任。

由于電網投資運營的復雜性，多個評價指標間往往相互影響，且在新電改環境下輸配電價管制要求3 a 核定1 次，不同時間段內電網企業的運營情況和建設投入等具有動態屬性。為反映輸配電價核定的動態時序及因果關系，本文基于系統動力學方法［15-16］，以輸配電價核定為基礎，建立包括資金籌措能力、經濟效益、可靠性、社會責任和用戶滿意度在內的輸配電價績效管制新模型。通過對該動力學模型的仿真，計算電網企業的綜合績效動態變化規律，據此研究在監管部門不同績效管制目標下電網企業的良性發展能力。

1 績效管制指標體系及績效標準

績效管制首先需要明確管制目標，并且以此為依據確定指標體系以及績效標準。傳統的成本管制模式和上限管制模式側重于降本增效。在全球電力能源轉型的背景下，電網企業作為輸配電環節的管理者，需要承擔更多的社會責任。為此，監管部門需要設計更加全面的考核指標對電網企業進行評估，從現有的對電網企業的成本管制模式轉變為考核其績效。

文獻［17］中美國西部洲際能源理事會監管部門設計的績效管制指標體系包含：傳統指標，如可靠性、安全性、投資回報等；新指標，如技術創新、電網彈性、靈活性、用戶滿意度等；環境指標，如新能源以及分布式發電的比例、排放減少量等。管制目標是在保證電網安全可靠經濟運行的前提下，增強電網的彈性、科技革新的響應能力以及對分布式能源的接納程度等。

本文從傳統指標、新型指標和環境指標3 個角度出發，綜合電網企業、監管部門和電力消費者三方需求，采用層次分析法［18］，按照指標間的關聯關系和隸屬關系將各個評價指標按不同層次組合，形成一個多層次的分析結構模型，構建電網企業績效管制指標體系，如圖1所示。

圖1 電網企業績效管制指標體系Fig.1 Index system of performance-based regulation for power grid enterprise

績效標準是績效評估的關鍵環節，圖1 中各指標的績效標準確定如下。

1.1 資金籌措模塊

資金籌措模塊以電網企業投資能力作為判斷標準，包括自有資金、貸款資金和平衡賬戶投資三部分。其中：自有資金由電網企業上一年的收入及其分配比例決定；貸款資金由現有資金以及電網企業的資產負債率決定；平衡賬戶投資由平衡賬戶的收入決定。根據輸配電價定價辦法，政府在監管周期前先核定輸配電價，并以3 a為一個監管周期。在監管周期內，一旦核定的輸配電價高于輸配電價的政策值，平衡賬戶就會有盈余資金，這里將盈余資金用于下一個監管周期的電網投資。

電網企業投資能力計算如下：

式中：I為電網企業投資能力；Iown為自有資金；Iloan為貸款資金；Ibal為平衡賬戶投資；L為電網總收入；rown為資金分配比例；rloan為資產負債率。

1.2 經濟效益模塊

經濟效益模塊主要以電網企業收入情況和投資回報率為評判標準。收入是電網企業經營的核心，在新電改環境下電網企業的收入包括按輸配電價收取的過網費和按傳統購銷差價的保底收入，如式（4）所示。

式中：i(t)為第t年的投資回報率；P(τ)為第τ年新增準許收益；A(τ)為第τ年新增資產；r為準許收益率；Q(τ)為第τ年新增投資額。

電網企業經濟效益指標計算如下：

式中：E為電網企業經濟效益指標；kL為電網企業收入權重；-L為電網收入績效評分；ki為投資回報率權重；-i為投資回報率績效評分。

1.3 可靠性模塊

容載比是反映電網供電能力、評價電網供電可靠性的關鍵指標，是電網企業設備總額定容量與電網最大負荷的比值，即：

式中：Rl(t)為第t年的容載比；C(t)為第t年電力系統設備總額定容量；D(t)為第t年電力總需求；Cm(t)為第t年投產容量；Cr(t)為第t年退役容量；rre為退役率；ra為電力需求增長率。

電網投資容量與投資回報都具有延遲反饋特性。在投資建設初期，電網容載比會處于一個比較低的水平；隨著項目的不斷投產，電網總容量存在一個高速增長的時段，此時容載比也會隨之增長；在滿足用電需求和供電可靠性之后，電網容載比最終趨于平穩。

1.4 社會責任模塊

本文以電網企業提供就業崗位數以及生態建設投資來評價其社會責任完成情況。具體如下：

式中：R為社會責任指標；kb和kc分別為提供就業崗位數權重和生態建設投資權重；-b為提供就業崗位數績效評分；-Ic為生態建設投資績效評分；Ic為生態建設投資額；kpc為生態建設投資占比。

電網企業的投資能力與其經濟效益、資金籌措能力等密切相關，可以將其歸為客觀因素；而生態建設投資占比則有很強的主觀能動性，因此在績效管制模式下，管制部門可以根據社會需求引導電網企業承擔相應的社會責任，如提高在生態環境保護或者新能源開發利用等方面的經濟投入占比。

1.5 用戶滿意度模塊

用戶滿意度是評價電網企業綜合效益的一個重要模塊，主要包含電力消費者對降低用電成本的強烈意愿以及對電網企業提高服務質量的期望。具體如下：

式中：S為用戶滿意度指標；kp和ks分別為電價權重和服務質量權重；-p為電價績效評分；-Is為服務質量績效評分；Is為用于提升服務質量的投資；kps為用于提升服務質量的投資占比。

2 基于系統動力學模型的電網企業績效管制機制

構建輸配電價的績效管制模型時，常采用靜態分析方法，如目前采用的“成本加效益”管制模式。電網企業的收入函數可表示為：

式中：P為準許收入；D為折舊費；O為運行維護費；EA為有效資產；Re為權益資本收益率；Rda為資產負債率；Rd為債務資本收益率；T為稅金。

當前我國輸配電價的核定方式為3 a 核定1 次。前一監管周期核定的輸配電價對企業經營行為產生影響，同時企業經營行為又將反過來影響下一個監管周期的準許收入和價格水平，因此輸配電價核定是一個前期與后期緊密銜接、監管與執行相互影響的過程。然而式（14）的靜態評估方式無法反映企業長期運營的復雜因果關系，為此，本文根據系統動力學模型，在現有成本管制的基礎上，提出進一步考慮社會責任、用戶滿意度等因素的輸配電價績效管制動力學模型。

系統動力學是美國麻省理工大學的Forrester J W 教授于1956 年提出的利用計算機進行模擬的系統仿真方法。該方法從系統結構和功能兩方面對具有復雜因果關系以及動態變化過程的系統進行仿真，從而反映實際系統的內在規律。

本文提出基于系統動力學進行績效管制研究的原因在于：系統動力學適合處理因果時序問題，輸配電價改革對電網企業發展投資的影響是一個長期的過程，電網企業的規劃投資項目需要一定的建設周期，同時建成后項目將被納入電網企業的固定資產，反過來影響輸配電價的核定，構成負反饋；系統動力學能夠量化各因素之間的延遲和動態效應，影響輸配電價的各因素與下一輪輸配電價的核定之間會存在延遲，通過棧流圖中的數學函數公式可以反映延遲的效果；系統動力學可從宏觀上把握企業的發展方向及績效管制策略，電網企業績效管制指標中部分因素無法進行定量描述，系統動力學模型可以通過各因素間的因果關系來解決該問題。

2.1 電網企業投資運營的系統動力學模型

基于系統動力學模型，構建包括資金籌措能力、經濟效益、可靠性、社會責任和用戶滿意度在內的輸配電價績效管制新模型，根據各指標評估電網企業的綜合績效，如圖2所示。

圖2 基于系統動力學理論的輸配電價績效管制新模型Fig.2 New performance-based regulation model of transmission and distribution price based on system dynamics theory

2.2 指標績效

本文采用階躍函數進行績效評估，評分結果分為1—5 共5 檔，依次表示差、較差、中等、較好和好，不同指標的評分方法根據實際情況確定。以容載比［19］為例，根據我國某省電網的實際負荷情況，將容載比的評分范圍設為1～1.6 kV·A／kW，實際容載比數值和其績效分值的對應關系見式（15）。當容載比不高于1 kV·A／kW 時，可靠性指標評分結果為1，屬于差；當容載比不低于1.6 kV·A／kW 時，可靠性指標評分結果達到最高值5。

式中：Sc為評分。

2.3 綜合績效的計算

確定每個指標的績效評分之后，還需要進一步確定各二級指標權重，據此計算電網企業的綜合績效。本文采用層次分析法［18］確定指標權重，具體步驟如下。

1）請相關領域的多位專家根據自身經驗判斷不同評價指標的重要性，并通過兩兩判別得出多個指標間的序關系。

2）確定各績效指標權重，并進行一致性檢驗。3）根據權重系數以及指標績效評分得到電網企業綜合績效為：

式中：V為電網企業綜合績效；n為指標總數；vj和wj分別為第j個指標的績效評分和權重。

2.4 績效獎懲的激勵制度

根據績效評分結果對電網企業進行經濟性獎懲可以引導電網企業實現監管部門的預期目標。電網企業綜合績效越高，則在監管期內其準許收益也就越高。

獎懲規則不同時，企業收益也將不同。假設以圖3 的二次函數作為激勵對電網企業進行獎懲，則具體規則如下：當電網企業綜合績效評分等于3 時，獎懲為0，對電網企業既不進行獎勵也不進行懲罰；而當電網企業綜合績效評分不等于3 時，按照二次函數規律進行準許收益的獎懲。

圖3 電網企業綜合績效獎懲機制Fig.3 Reward and punishment mechanism of comprehensive performance for power grid enterprise

3 仿真分析

3.1 基于系統動力學模型的電網企業投資運營仿真

以我國某省級電網220 kV 以上電壓等級主網為例，按照圖2 構建其在輸配電價改革下投資運營的系統動力學模型。輸配電價核定參數及仿真模型參數見表1。表中：P0為初始輸配電價；Z為電網投資項目的建設周期；bg為電網企業提供就業崗位數。以2016 年為基期，仿真分析該電網企業在后續10 a的投資運營規律。根據仿真結果，進一步從資金籌措、經濟效益、可靠性、社會責任和用戶滿意度5 個模塊對該電網企業進行績效評估。

表1 輸配電價核定及投資運營仿真模型參數Table 1 Parameters of simulation model for transmission and distribution price verification and investment and operation

仿真可以得到該電網企業在2016 年之后10 a期間的輸配電價以及投資容量的變化情況，如圖4所示。

圖4 輸配電價與電網投資容量變化趨勢Fig.4 Change trend of transmission and distribution price and investment capacity of power grid enterprise

由圖4可以得出如下結論。

1）在第一監管周期（2017—2019）內，輸配電價呈現下降趨勢，投資容量有一定上升。這是由于負荷的增長推動了電網投資的增長，而投資建設項目從建設到投產的延遲限制了電網企業準許收益的上升，導致輸配電價下滑。

2）在第一監管周期后，電網投資容量不斷下降，輸配電價也逐步趨于穩定。從中電聯公布的電網數據［20］來看，2019年1—9月電網設備投資總體完成額為2 953 億元，同比下降12.5%，這說明電網的投資增速開始持續放緩，與電網企業在輸配電價改革以后進入“剎車時代”的相關報道是相符的。

3.2 電網企業綜合績效

根據上述3 個監管周期內電網企業的投資運營仿真結果對電網企業綜合績效進行評估。

3.2.1 各評價指標的績效分值

首先在系統動力學模型中計算圖1 中5 個二級指標的數值，并根據式（15）求取其績效評分，結果如圖5所示。

各模塊具體分析如下。

1）資金籌措指標。資金籌措指標采用投資能力進行衡量。由圖5（a）可知，在3個監管周期的末期，電網企業資金籌措指標值的波動較大。這主要是由于平衡賬戶機制的影響，在一個監管周期結束后，若平衡賬戶的收入為正值，則賬戶中的累積資金將按計劃用于電網投資建設，此時資金籌措指標值激增。

2）經濟效益指標。電網企業的經濟效益由投資回報率和企業收入2個指標進行衡量。由圖5（b）可知：監管初期電網企業的經濟效益指標偏低，這是由于監管初期進行了大量的投資建設，且項目投產需要一定的周期，因此投資回報率處于很低的數值；在第二和第三監管周期內，企業收入和投資回報率績效評分平穩增長，經濟效益指標也持續平穩增長，最終保持在一個較理想的水平。

3）可靠性指標?？煽啃圆捎萌葺d比進行衡量。由圖5（c）可知：電網可靠性指標與電網企業的投資建設密切相關，在監管初期，電網可靠性指標處于一個較低的數值，并且投資項目需要一個建設期，而電力需求在不斷增加，因此，在監管初期容載比有下降趨勢，但是隨著投資項目的不斷投產，容載比也隨之增長；隨著電網投資建設的不斷增加，電網企業的容載比快速上升，可靠性指標也持續增加，最后趨于平穩上升。

4）社會責任指標。社會責任指標由電網企業提供就業崗位數和生態建設投資2 個指標進行衡量。由圖5（d）可知：在監管周期內，社會責任指標總體偏低，這主要是由于電網企業的生態建設投資占比kpc過低，從而導致生態建設投資績效評分過低，電網企業作為國有企業具有很強的公益性，社會公民也對其社會責任完成度抱有較高的期望，電網企業應盡快提高生態建設投資占比以滿足社會需求；在各監管周期末，電網企業社會責任指標會有所提高，這是由于平衡賬戶機制會使得監管周期末平衡賬戶中的收入用于電網投資，也會相應增加生態建設投資額。

圖5 各指標績效評分結果Fig.5 Performance scoring results of each index

5）用戶滿意度指標。用戶滿意度指標由電價、服務質量決定。由圖5（e）可知：隨著輸配電價不斷下降（圖4（a）），電價績效評分一直很高，帶動了用戶滿意度指標的提升；用于提升服務的經費投入越多，服務質量提高越多，因此服務質量與電網企業投資能力密切相關，由于電網企業一直都很重視提供更好的服務質量，因此用戶滿意度指標較高。

3.2.2 指標權重的確定

要計算電網企業綜合績效指標值，需確定各二級指標的權重。本文根據層次分析法［18］，首先邀請4 位專家a—d對各二級指標進行賦分，并進行重要性判別，結果如式（17）所示。

式中：x1—x5為5 個績效指標的重要性分值。進一步計算指標的相對重要程度，如表2所示。

表2 指標相對重要程度專家評分Table 2 Expert rating of index relative importance

基于層次分析法［18］，根據表2計算5個績效指標的權重w1—w5，如表3所示。

表3 指標權重Table 3 Index weights

3.2.3 電網企業綜合績效

根據上述指標賦分及其權重結果，基于式（16）計算電網企業綜合績效，如圖6所示。

圖6 電網企業綜合績效Fig.6 Comprehensive performance of power grid enterprise

由圖6 可以看出：電網企業綜合績效在監管前期偏低，但在各監管周期末均有較大幅度的增長，這是由于平衡賬戶的作用；3 個監管周期內，電網企業綜合績效呈現緩慢增長的趨勢，因此電網企業在圖3的績效獎勵下將得到良性發展。

4 績效管制的激勵作用

根據圖3 的績效獎懲機制，電網企業綜合績效越高，其準許收益也越高，因此提升綜合績效將是電網企業投資運營的目標。由上述算例可以看出：在電網企業綜合績效的5 個二級指標中，電網企業的社會責任指標值偏低，社會責任指標包括提供就業崗位數和生態建設投資，由圖5（d）可知，提供就業崗位數績效評分較高，而生態建設投資績效評分較低，這是由于生態建設投資占比kpc=10%，投資額偏低。為此，電網企業需加大生態建設投入，以提升其綜合績效。

圖7（a）中給出了不同生態建設投資占比kpc下的電網企業生態建設投資績效評分的變化情況，同時由于生態建設投資占比的變化將引起電網建設投資和服務質量投資等方面的變化，最終將引起電網企業綜合效益的變化，為此，圖7（b）、（c）中還進一步給出了受影響較大的資金籌措指標以及電網企業綜合績效的變化情況。

圖7 不同kpc下部分績效指標的變化Fig.7 Variation of partial performance indexes under different values of kpc

由圖7 可以看出：kpc從10%增至13%期間，生態建設投資績效評分提高較明顯，而當kpc為14%和15%時，其績效評分變化不大，維持在平穩水平；kpc從10%增至13%期間，資金籌措指標維持不變，但當kpc繼續增至14%時，其值明顯下降；當kpc為12%和13%時，電網企業綜合績效最高。因此可以得出：績效管制可以引導電網企業按照監管部門的期望改變投資與運營計劃，同時使電網企業運營趨于良性水平，達到雙贏的局面。

5 結論

本文以輸配電績效管制模式為基礎，構建了包含資金籌措、經濟效益、可靠性、社會責任以及用戶滿意度這5 個方面的電網企業績效管制指標體系，基于系統動力學理論，構建了輸配電價績效管制新模型。

以某省級電網企業為例，仿真分析了該電網企業在基期后10 a 內的投資運營情況，在此基礎上計算電網企業綜合績效評估的各指標值。為計算該電網企業綜合績效，采用階躍函數作為績效指標的評價函數，采用層次分析法［18］計算各指標權重。仿真結果表明：當生態建設投資額較低時，社會責任指標值偏低，最終導致電網企業綜合績效也偏低，根據績效獎懲機制，電網企業的準許收益也較低。因此在績效管制模式下，電網企業為提高其綜合績效，一般會主動加大其在生態建設方面的投入，其綜合績效也相應增加。然而由于電網企業投資運營的復雜因果關系，如果過度提高社會責任指標值，則將會導致其他指標值的下降，因此，當綜合績效達到最大時，電網企業將不再加大對該指標的投入。

績效管制的良性發展需要以嚴格的成本監審為基礎，以健全的激勵約束機制為保障。在此背景下，輸配電價的績效管制模式不僅能引導電網企業的正確投資方向，保證電網企業處于良性運營狀態，還能使得電網企業和監管部門達到雙贏，這也正是績效管制模式的優越性。