改造模型

2024-08-23

改造模型(精选7篇)

改造模型 篇1

0 引言

电网调度日志系统是电网调度技术支持体系的重要组成部分[1,2,3]。它既是调度员记录日常工作的主要载体,又是调度员了解电网运行的基本工具,对保障调度安全生产、提高调度工作效率具有重要意义。

华东网调原调度日志系统使用多年,与业务需要已呈相脱节的趋势。而华东电网正逐步跨入“多馈入、交直流混联、特大型受端”的新阶段[4],无论是把握电网整体运行状态,还是辨识电网局部薄弱环节,调度员都对调度日志系统有了更多的需求。

实际上,当前电网发展对整个华东网调技术支持体系提出了改造要求[5,6],调度日志系统改造作为其重要组成部分,着重构造与调度员逻辑思维过程相一致的调度日志信息模型,为创建统一调度信息模型积累经验[7,8,9]。

本文在对原调度日志系统信息模型2次对象化重构[10]的基础上提出了面向事件的新调度日志信息模型,并介绍了以该模型为核心的华东网调新调度日志系统设计和实际使用情况。

1 实时调度业务主要需求

华东电网最高负荷近20年来基本保持每年10%以上的增速,华东网调每班调度员却始终保持3人不变,电网快速发展与调度人力相对固定的矛盾决定了调度专业对技术支持系统持续改进的依赖,这在与调度员密切联系的日志系统上体现得尤为明显。当前,调度员对该系统最迫切的2个需求是:

1)帮助调度员更方便地分层认知电网。电网运行正变得越来越不直观,复杂的网络结构、繁杂的控制机制和不断扩展的设备规模把电网变成了一个复杂巨系统[11],分层认知有利于调度员针对任务的层次属性有选择地配置注意力资源[12],提高认知效率,加强全局把握能力。

2)帮助调度员更迅速地辨识运行薄弱环节。对于电网薄弱环节的性质和风险,调度员主观辨识存在很大的不确定性,容易发生漏判、误判或定位不准等问题,这在事故范围极易扩大的现代电网中是十分危险的。

2 原调度日志系统的不足

华东网调原调度日志系统脱胎于调度台以前的日志记录簿,运行记录以流水形式存在,忽略信息间固有的逻辑关系,与调度员逻辑思维方式也存在很大差异,给自动安全校核和调度员理解都带来很大困难。

以目前常见的500 kV变电站开关改造为例,这样的改造通常分3至5个阶段,持续半年左右时间,期间涉及运行方式调整、工作许可、稳定限额更改、电力交易等各类调度工作几十次,线路、母线、主变、开关、保护等一次、二次操作上千步。在原调度日志系统中,改造记录和其他工作记录一起都以流水形式分散存放在“日常工作”、“一次设备操作”、“二次设备操作”、“工作许可”、“设备缺陷”、“稳定限额”、“电力交易”、“拉限电记录”等各类信息目录中。无论是否在同一目录下,这些记录之间都不存在逻辑联系,因此像“无保护设备不能运行”这类自动安全校核很难实现。同时,由于调度员仅凭日志系统很难确定记录的归属,要清晰地掌握这次改造乃至全网其他工作的当前情况和历史过程都是十分困难的,更不用说还要快速辨识电网的薄弱环节。达成这些目标只能依靠调度员的个人记忆和思维重构[12]。

3 电网调度日志信息模型改造

对照分层认知电网和迅速辨识薄弱环节的需求,原华东网调日志系统显然存在不足,核心问题是其内在信息模型不合理,也由此才能解释日志系统虽经多次软硬件升级,功能却始终差强人意的现状。

3.1 面向设备的调度日志信息模型

原调度日志信息模型如图1所示。调度信息根据类别分别录入、存放和展示,设备在这种模型中不是以对象方式整体存在,而是以信息形式散乱存放于各个信息目录。因此,以此为基础的日志系统必然会面临由于设备非对象化所导致的一系列问题,如调度员需要重构信息才能获得对设备和电网的整体理解、数据录入接口多而数据校核功能却难以实现、信息缺乏关联而功能模块间却呈现强耦合关系等。

通过对原调度日志信息模型的对象化改造,本文提出如图2所示的面向设备的调度日志信息模型,即以设备为对象标志,把与设备有关的信息都囊括至对象内部,使设备及其相关信息成为一个整体。实际就是设备以信息集合的方式展现,而电网则作为设备集合来管理。调度员由此可以在设备层次上(而不是各类信息的层次上)建立对电网的认知。

面向设备的调度日志信息模型通过增加信息层次降低了每层信息的幅度,因而更接近于人类逐层精细地认识事物的逻辑思维习惯,既提高了认知整体电网的效率,也增加了聚焦局部薄弱环节的可能。同时,这种面向对象的建模方式也有利于构建弱耦合、易扩展和易维护的软件系统。

3.2 面向事件的电网调度日志信息模型

相比原调度日志信息模型,面向设备的调度日志信息模型虽然有了本质改善,也为采用彻底的面向对象设计创造了基础,但是仅以单个设备作为对象标志,一方面限制了对象内涵的范围,另一方面大量的设备对象仍然让调度员负担沉重。因此,本文进一步提出如图3所示的面向事件的电网调度日志信息模型,即以事件为对象标志,同一事件可以涵盖多个设备。通过事件层的抽象,既满足了降低对象数量的认知需求,也符合实际电网中设备、业务紧密关联的现实。

仍以500 kV变电站开关改造为例,若改造中某阶段共有2项工作(W1,W2),需要停役4个一次设备(线路A、线路B、母线C、主变D)和3个相关二次设备(安控a1、保护b1、保护b2)。这些设备停役引起电网运行方式调整(线路E复役),降低断面G的稳定限额,并进而影响了1个交易(合同F)。

这些信息在新日志系统中通过“XX 500 kV变电站开关改造”事件来管理,如图4所示。

日志系统利用信息间的关联能够自动实现“工作W1、W2结束后才能复役设备”、“线路A、线路B不得无保护运行”等安全校核,也能够醒目地提示如“断面G稳定限额下降”、“合同F无法执行”等运行限制。借助信息的时间属性,系统还可以清晰地展示事件(即改造工作)的进展过程。实际运行中,类似事件一般同时不会超过20个,调度员完全可以承受。

4 面向事件的电网调度日志系统

根据面向事件的电网调度日志信息模型,华东网调对调度日志系统进行了全面改造,在实践中取得了比较好的效果。

4.1 面向事件的系统设计

新日志系统完全采用面向事件的设计。无论是系统底层的数据组织方式,还是数据录入或数据查询的结构,以及调度员交接班方式,都以事件作为基本信息单元。

1)以事件为核心的数据组织方式

新系统中整个日志由一系列事件组成,相关调度记录围绕事件组织。每个事件或侧重设备的电气联系,或侧重工作的耦合关系,其生命周期由各种记录逐步推演,直至所有相关一次、二次设备都恢复正常状态。

2)以事件为核心的数据录入和查询

与数据组织方式相适应,调度员数据录入和数据查询也以事件为单位,可由事件索引至具体记录,也可由具体记录追溯至对应事件,嵌入的各种自动安全校核则大幅降低了误记录和误操作的可能。

3)以事件为核心的交接班方式

新日志中调度员交接班方式从过去交接独立、无联系的各类记录转变为交接事件;交接班的实质转变为对各个事件生命演化过程的阐述。

4.2 应用情况

新日志系统于2009年1月4日在华东网调正式投入运行。截至2009年12月31日,系统共建立事件3056个,涵盖各类记录18 989条,其中“日常工作”调度记录2 781条、“工作许可”记录385次、“设备缺陷”记录44个、“调度操作”记录12 102条、“稳定限额”修改记录2 156条、“实时交易”记录210条、“计划修改”记录1 311条。

初步统计,2009年调度员日常工作关注点数量整体下降84%,调度员记录和查询的效率提高约35%,调度交班记录生成和交接班时间减少约40%。对象化改造成效显著,新系统功能基本满足调度当前工作的需要。

4.3 主要优点

在新日志系统中,“事件”极大地方便了调度员了解电网整体情况和局部薄弱环节,也有助于调度员灵活地追踪电网运行过程。由于能够自动检查数据的正确性和一致性,校核多种调度安全准则,日志系统为防范误记录、误调度提供了又一个保障机制。

此外,新日志系统还引出了一个理解调度工作的新视角。调度工作原本分类细致、繁杂多样,但在作为事件发展推动因素的意义上却获得了统一的基础。这一基础对调度员建立对电网运行的一致理解、提高工作交接和经验交流的效率都有很大帮助,是对调度工作自身认识的深化。

5 结语

本文对原华东网调调度日志信息模型进行了对象化改造,提出了更符合调度业务需要、更适应调度员逻辑思维方式的面向事件调度日志信息模型,并据此建设了华东网调调度日志新系统。新系统的应用实践证明,该模型不但有力地提高了调度员工作绩效,而且大大降低了调度员误记录、误操作的可能,还为理解和交流调度工作提供了新的视角,在各类调度技术支持系统中具有广泛应用价值。

随着中国各区域电网相继跨入大电网运行时代,各级调度部门在技术支持系统改造过程中可能都存在重新认识调度工作的问题。本文工作表明,对这一问题的理解和深入,其重要性可能更甚于相关软硬件新技术的应用。

参考文献

[1]林峰,胡牧,蒋元晨,等.电力调度综合数据平台体系结构及相关技术.电力系统自动化,2007,31(1):61-64.LI N Feng,HU Mu,JI ANG Yuanchen,et al.Architecture and related techniques of a power dispatching data platform.Automation of Electric Power Systems,2007,31(1):61-64.

[2]张伯明,孙宏斌,吴文传.3维协调的新一代电网能量管理系统.电力系统自动化,2007,31(13):1-6.ZHANG Boming,SUN Hongbin,WU Wenchuan.New generation of EMS with3-di mensional coordination.Automation of Electric Power Systems,2007,31(13):1-6.

[3]汪胜和,叶恩华,陈家庚,等.安徽省调调度日志管理系统.电网技术,2000,24(2):57-60.WANG Shenghe,YE Enhua,CHEN Jiageng,et al.Dispatching record management systemin Anhui power system.Power System Technology,2000,24(2):57-60.

[4]周坚,黄志龙,祝瑞金,等.大受端电网稳定分析和安全控制策略研究.华东电力,2009,37(10):1661-1665.ZHOUJian,HUANG Zhilong,ZHU Ruijin,et al.Stability analysis and security control strategies for large receiving-end grids.East China Electric Power,2009,37(10):1661-1665.

[5]张磊,励刚,汪德星,等.华东电网高级调度中心建设一期实践综述.华东电力,2009,37(6):899-904.ZHANG Lei,LI Gang,WANG Dexing,et al.Review of the first phase practice of the advanced dispatch center of the East China grid.East China Electric Power,2009,37(6):899-904.

[6]王毅,唐陇军.调度操作技术支持系统体系结构的分析.华东电力,2008,36(1):85-87.WANG Yi,TANG Longjun.Architectures of technical supporting systems for dispatch operations.East China Electric Power,2008,36(1):85-87.

[7]顾飞飞,唐陇军,孙勇,等.面向事件的智能化电网调度运行日志管理系统.电力系统自动化,2009,34(4):1-4.GU Feifei,TANG Longjun,SUN Yong,et al.An event-oriented power dispatch log management system based on artificial intelligence.Automation of Electric Power Systems,2009,34(4):1-4.

[8]刘娆,朱全胜,李卫东.新一代电力系统运行状态显示平台构想.电力系统自动化,2008,32(5):68-71.LI U Rao,ZHU Quansheng,LI Weidong.Conception of a new power systemoperating status display platform.Automation of Electric Power Systems,2008,32(5):68-71.

[9]JUN Z,JOSSMANP.Application of design patterns for object-oriented modeling of power systems.IEEE Trans on Power Systems,1999,14(2):532-537.

[10]COAD P,YOURDON E.Object-oriented analysis.Englewood Cliffs,NJ,USA:Yourdon Press,1990.

[11]刘兴堂,梁炳成,刘力,等.复杂系统建模理论、方法与技术.北京:科学出版社,2008.

[12]WICKENS C D,LEE J,YILI D L,et al.Introduction to human factors engineering.Upper Saddle River,NJ,USA:Pearson Education,2004.

线性规划模型在农田改造中的应用 篇2

关键词:线性规划,农田改造,数学建模

在我国农村干旱地区,水资源、电力资源的不足是制约农牧业发展的主要因素,对土地进行规划投资,是当地政府的一项重要任务。本文以当前新农村建设中的农田改造投资决策为背景,以实际生产中的一些因素为限制条件,建立了一个帮助分析投资规划决策的线性规划模型,从而将一个复杂的实际问题转变成数学问题,并给出了一个具体应用,求出最优解。

1 线性规划基本理论

线性规划是运筹学的一个基本分支,它广泛地应用于农业生产、商业活动、军事行动和科学研究各个方面,其中,求线性目标函数在线性约束条件下的最大值或最小值问题,统称为线性规划问题。

线性规划问题的一般数学模型:

其中,(1)称为目标函数;

(2)称为约束条件,表示问题所受到的各种约束;

(3)称为非负约束条件。

求解线性规划问题有较多有效的方法,比如单纯形法、表上作业法、椭圆算法、卡马卡算法等等,其中应用最广泛、使用最方便的是单纯形法。常用于解决线性规划问题的计算机软件有:M A T L A B、L I N G O、L I N D O等。

2 问题的提出

在我国的农村,要使农民增产增收,则必须对农田进行改造,其中,需要考虑的因素有:农作物的不同种类,土地类型的若干类别,农田水利条件的若干等级,农田针对某个地区,可能有若干条主河道需要治理,植物在不同生长期对水的需求量,是否需要修理主河道,是否有必要修建水库,对国家的投资额的使用情况,国家对该地区的供电量有没有一定限额,等等,考虑到上述这些因素,如何合理规划,才能使利润达到最大?

3 农田改造与水利设施配套工程建设规划的数学模型

3.1 模型假设

(1)农田改造和水库都在年初修完,并且在本年度就能使用;(2)在规划期内,地表水可利用量保持不变,且不考虑自然灾害对土地产量的影响;(3)国家可提供农业用电量在规划期内不发生变化;(4)假设农作物有m种,规划期为n年,有k条主河道可治理;(5)国家在规划初期就完成对该地区的投资。

3.2 符号说明

Ai 1:第i种土地未改造时的面积(i=1、2、3)

R1:改造土地的最大投资额

R2:总耗电量的上限

R3:可利用地表水的上限

R4:总兴建排涝设施的土地面积

Ni:当地对第i种粮食的需求及国家征收的总量的下限

M:修水库投资额

Q:治理k条主河道总费用

Vi:治理第i条主河道费用

B:超额生产粮食向国家交售每吨可加价(单位:元)

g:农田改造后的总利润

Sij:将土地类型i改成类型j的面积(单位:万亩)

hij:将土地类型i改造成j的单价

fij:改造后第i种农作物在第j类地所占面积

Kj:第j种改造措施下改造抗旱的面积

Pj:第j种改造措施下改造排涝的面积

对不同土地类型的不同改造措施:(农作物种类i=1、2…m,改造措施j=1、2、3)

A11→A11+S31+S21:第一种改造措施下土地的总面积

A21→A21+S32+S21:第二种改造措施下土地的总面积

A31→A31+S31+S32:第三种改造措施下土地的总面积

第i种农作物在第j种改造措施下:

抗旱平均每亩增加的收益为αi j(元);排涝平均每亩增加的收益为bi j(元);产值为ci j(吨/亩);总耗电量为dij(度/亩);全生长期用水量为eij(方/亩)。

3.3 模型建立

(1)由土地面积,针对所有农作物在第j类土地面积之和等于改造后的第j类面积,有关系式:,

(2)由改造土地费用得关系式:S31h31+S21h21+S32h32≤R1

(3)由各类型农作物生产耗电有一个上限R2,从而有关系式:

(4)地区地表水资源可利用量有一个上限R3,进而有关系式:。

(5)对于实际问题而言,对于排涝工程的投资是有限的,因此总排涝面积有一个最大值R4,得关系

(6)地区对第i种粮食的需求量及国家征购指标有一个下限Ni,从而有关系

(7)在讨论治理主河道方面,由于有k条主河道,有些主河道可治理也可不治理,因此可以引入一个0-1变量;其中0代表不修,1代表修。进而得关系式

(8)由抗旱、排涝的增加的收益:

超额粮食所增加的收益:

修建抗旱设施的费用:

修建排涝设施的费用:

改造农田的花费:S31h31+S21h21+S32h32

由上述费用之间的关系,得到目标函数如下:

4 应用实例

假设某一地区现有4种类型土地,其基本情况如表1所示。

地方政府新农村建设项目中计划兴建抗旱排涝设施。兴建抗旱设施每万亩需投资100万元,若再建排涝设施则必须先治理该流域的主河道,主河道治理投资需300万元。主河道治理后可再使4.5万亩土地能够搞排涝工程,每万亩需投资50万元。政府在规划期内可筹集资金1000万元,国家对该地区每年可供农业用电2.5百万度,当地对粮食需求量及国家征购任务总计为0.8万吨,超额生产粮食向国家交售每吨可加价100元,规划期为5年。

求:应该如何确立农田基本建设规划,使该地区到规划期内净产值最大?

4.1 实例分析

该事例是一个典型的农田改造问题,其中也包括水利设施配套工程建设、国家的投资等等,对于没有出现的变量,用“0”代替,可以根据上述所给的模型来解决。

对于上述模型,将一些未知数用事例中的数据代替,比如说:农作物为一种;土地类型有三种;主河道为一条,并且治理费用是固定的;无需修建水库;等等。

4.2 模型求解

情形一:若不修建排涝工程,要发挥最大的经济效益,只有将无抗旱的农田改造为能抗旱的农田,即只有将Ⅰ改造为Ⅲ类型的农田和将Ⅱ改造为Ⅳ类型的农田,改造的面积分别用S13和S24表示,Ⅰ类型农田的面积为p1=6.0-S13;Ⅱ类型农田的面积为p2=2.5-S24;Ⅲ类型的农田的面积为:p3=1.0+S13;Ⅳ类型的田面积为:p4=0.5-S24;

将事例中的数据代入前文所给的模型中,得到

改造农田的投资为:R1=100s13+100s24≤1000;

国家对该地区的用电限制可用关系式:R2=0.15p2+0.2p3+0.25p4≤2.5来表示。

当地对粮食需求量及国家征购任务总计为0.8万吨,粮食产量的表达式为:W=0.075p1+0.1p2+0.09p3+0.125p4,其中W≥0.8=N1;

于是建立如下的模型(不修建排涝工程)时:

目标函数:maxg=n(p净-0.1R1)

线性约束条件:

情形二:对于该情形,是先治理主河道再修建排涝工程,是以同样的方法将数据代入前文的所给定的模型中,列出相应的目标函数及线性约束条件,然后利用M A T L A B软件求解,在此,其过程将不再赘述。

通过M A T L A B软件求解得:大,类型较多,应本着因地制宜的原则进行开发利用。从实际情况出发,制定土地开发、复垦利用规划、计划,研究制定并实施耕地占补平衡、土地整理及土地开发资金投入等方面的一系列有关政策,建立健全服务体系,采用生物和工程相结合的措施,尽早地把荒草地、盐碱地、滩涂开发利用起来,把工矿废弃地、窑坑土地及时复垦,充分利用,最大限度地提高土地利用率。各县区政府要组织力量,对土地后备资源逐一进行全面的调查、分析,制定具体的开发规划和措施,以实现量力而行、稳步开发、分期实施,合理地开发利用后备资源。

在我国农业持续发展的21世纪,滨海地区农用地整理工作目标为改善滨海地区农业生产条件,提高生产能力,降低滨海地区农业生产成本,扩大经营规模。通过滨海地区农用地整理完善田间配套设施、建设高标准农田、增加耕地面积,为农业生产持续发展提供生产平台。

参考文献

[1] 陈以平.电力市场输电阻塞管理问题的规划模型求解[J].数学实践与认识.2005,35(5):1-10

[2] 秦国明等.线性规划在农业生产中的应用[J].安徽农学通报.2006,12(9):33

[3] 李颖.线性规划在医院成本核算中的应用[J].中国卫生统计.2006,6(3):273-275

[4] 孙庭锋.浅析线性规划在企业生产计划中的应用[J].商业经济.2006,3:18-20

改造模型 篇3

关键词:项目投资,现金流量,决策模型

在企业的生产经营中, 固定资产更新决策是企业投资决策中重要的问题, 它是对技术上或经济上不宜使用的旧资产, 用新的资产更换或用先进的技术对原有固定资产进行局部改造。它主要解决两个问题:一是决定是否更新, 即是继续使用旧资产还是更换新资产;二是选择什么样的资产来更新。实际上两者通常结合在一起考虑, 如果市场上没有比现有固定资产更适用的固定资产, 那么就继续使用旧固定资产。由于旧固定资产总可以通过修理继续使用, 所以更新决策实际是通过继续使用旧固定资产与购置新固定资产的选择。实务中固定资产更新决策时需要计算项目期内各年的现金净流量, 通过计算相关的贴现评价指标进行, 但每年的计算方法又是相同的, 因此, 可利用Excel的自动填充功能完成, 本文以净现值指标 (NPV) 为例, 设计Excel环境下的固定资产更新投资决策模型。

一、相关概念及公式

(一) 现金流量的概念

现金流量是指在项目投资决策中, 某个投资项目在整个投资周期内引起的企业现金流入和现金流出的数额。这里指的是广义的“现金”, 它不仅包括各种货币资金, 还包括项目需要企业投入其拥有的非货币资源的变现价值。按照现金流向来分, 可分为现金流入量和现金流出量, 现金流入量是指由投资项目所引起的企业现金收入增加额, 包括增加的营业收入、处置原有固定资产变现净收入、回收流动资金、新旧固定资产回收固定资产余值的差额以及其他现金流入量等;现金流出量是指由投资项目引起的企业现金支出增加额, 其包括建设投资、新增经营成本、增加的流动资金投资、各项税款及其他现金流出量等。现金净流量的计算公式为:现金净流量=现金流入量-现金流出量。

(二) 现金净流量的估计

在固定资产更新决策中, 估计现金净流量可以分三部分进行:初始现金净流量估计、营业现金净流量估计和终结现金净流量估计。初始现金流量通常表现为投资初期该年发生的固定资产投资额;终结期该年净现金流量通常表现为新增固定资产的净利润与新增固定资产的折旧及回收的固定资产净残值等之和。经营期某年净现金流量通常表现为新增固定资产的净利润与新增固定资产的折旧之和。即:年营业现金流量=年营业收入-年付现成本-年所得税

=年营业收入- (年营业成本-年折旧额) -年所得税

=净利润+年折旧额

(三) 净现值的计算

净现值是投资项目投入使用后的净现金流量, 按资本成本或企业要求达到的报酬率折算为现值, 减去初始投资以后的余额。其计算公式如下:净现值NPV

式中:K为贴现率 (资本成本或企业要求达到的报酬率) ;NCFt为第t年净现金流量;n为项目预计使用年限;C为初始投资额。

二、举例说明固定资产更新投资项目决策分析

已知企业的固定资产由于技术原因无法满足现有生产力需求, 现拟购一新固定资产用于生产, 需投资6.7万元, 该固定资产可使用5年, 按年数总和法提取折旧, 期满后无净残值。而原有固定资产价值10万元, 目前变现价值为5万元, 尚可使用年限5年, 期满后无净残值。新固定资产投入使用后, 可使经营期第1~5年每年产品销售收入在原有5万元增加2.5万元, 同时每年的经营成本在原有的2.5增加2万元。该企业的所得税率25%, 不享受减免税优惠。该项资产的折现率为10%, 问该方案是否可行?

采用净现值法分析, 根据所给资料计算相关指标如下:

(一) 新旧固定资产各年折旧额

单位:万元

(二) 计算新、旧固定资产各年营业现金净流量

(单位:万元)

旧固定资产年营业现金流量= (5-2.5) × (1-25%) +1=2.875 (万元)

(三) 计算新旧固定资产的净现值

旧固定资产净现值=一5+2.875×PVIFA10%, 5=5.90 (万元)

新固定资产净现值=-6.7+4.48× (1+10%) -1+4.04× ( (1+10%) -2+3.59× (1+10%) -3+3.14× (1+10%) -4+2.7× (1+10%) -5=7.23 (万元)

由于新固定资产净现值大于旧固定资产净现值, 故该方案可行。

三、运用Excel设计固定资产更新决策模型

(一) 输入区决策模型结构

参数引用 (如图1)

初始现金流量中的固定资产投资, 终结期的残值变现收入、收回垫支的营运资金等项目, 这些参数只需要直接引用输入模块中对应参数所在的单元格。假定营业比较均衡, 即营业收入与营业成本是基本不变的, 则营业期各年的营业收入和付现成本也可以作为参数引用。首先导入新固定资产的相关数据。

(二) 输出区决策模型结构

1. 年折旧额模块设计

在Excel环境下, 运用SLN函数、SYD函数和DDB函数和采用组合框的形式选择折旧方法能够更有效地实现对固定资产折旧的设计。其中, SLN函数、SYD函数和VDB函数分别计算直线法、年数总和法折旧或双倍余额递减法的三种常用折旧方法的财务函数。

(1) 组合框的设计:单击“视图”/“工具栏”中选择“窗体”进行添加“组合框”选项。在A11~A13单元格分别输入“直线法、年数总和法折旧和双倍余额递减法”。然后选中该区域进行设置:数据源区域为$A$11:$A$13;单元格链接为$B$12;下拉显示项数为3。这样, 固定资产的折旧额可以有选择性地进行估算。

(2) 固定资产年折旧的计算:在通过组合框的选择折旧方法的条件下, 我们采用IF语句进行折旧的选择计算。通过选中数组D13:H13, 插入函数“=IF (B12=1, SLN (B3, B4, B5) , IF (B12=2, SYD (B3, B4, B5, D12:H12) , VDB (B3, B4, B5, D12:H12-1, D12:H12, 2, FALSE) ) ) ”, 然后按Ctrl+Shift+Enter, 即可得到固定资产的各年折旧额。 (如图2所示)

2. 各年营业现金流量模块设计

根据“经营期年净现金流量=净利润+折旧”及利润的相关计算公式, 可知第一年的各项指标分别为:新固定资产的营业利润:B16=$B$6-$B$7。新固定资产的所得税:B17=B16×25%。新固定资产的净利润:B18=B16-B17。新固定资产的现金净流量:B19=B18+D13。其他年份采用公式自动填充, 结果如图3所示。

3. 净现值及投资决策评价

在新、旧固定资产的使用寿命相同的情况下, 常常可使用净现值法或差量分析法。但当使用寿命不相同的情况下, 我们则需要采用最少公倍寿命法和年均净现值法。本模型为了适用各种情况, 则选择采用年均净现值法来比较是否进行更新改造。在Excel环境下, 通过插入函数“NPV”, 并输入已知的折现率和净现金流量数列来求得净现值。但值得注意的是, 建设期净现金流量应计为第一年的现金流出量, 而不能列入未来经营期净现值。则新固定资产的净现值为“B21==NPV (D2, B19:F19) -B3” (如左图) , 旧固定资产的净现值为“B21=NPV (D2, B19:F19) -B3” (如右图) 。用PV函数我们可以算出年金现值系数“B22=PV (D2, B5, -1) ”, 则我们可以用年均净现值进行比较, 新固定资产年均净现值“B23=B21/B22” (如左图) 和旧固定资产的年均净现值如右图所示。则我们可以确定选择更新固定资产。

四、固定资产投资更新决策模型的功效

(一) 满足项目投资决策分析所需的函数

Excel具有强大的财务、统计等相关函数公式, 在计算固定资产折旧、净现值时既简便又准确, 同时在利用公式的相对引用和绝对引用下, 使得原本复杂的手工计算变得更加精简, 提高了工作效率, 节约了核算成本。

(二) 满足不同设计模板所需的功能

在建立基本模板后, Excel可根据自身强大的数据处理和数据分析功能, 对于已创立的数据具有自动更新功能和对创立相关新模板具有扩展功能。如通过滚动条改变折现率和所得税的利率, 使得项目决策的现金流量发生变化;折旧年限方法的转换;经营期的年限的延长等等。

(三) 满足不同分析者的需要

Excel建立的图表使投资项目的各项指标更形象直观, 简明易懂。同时, Excel通过数据地转换及延伸后, 在投资项目趋势分析和对比分析等方面更加清晰深刻, 从而更有利决策分析者进行项目决策。

参考文献

[1]韩良智.Excel在财务管理与分析中的应用[M].北京:中国水利水电出版社, 2004.

[2]王新玲, 吕志明, 吴彦文.Excel财务管理教程[M].北京:电子工业出版社, 2007.

[3]梁红玉.基于Excel的固定资产投资决策分析模板设计[J].中国管理信息化 (会计版) , 2006 (11) .

改造模型 篇4

1 文献回顾

近年来,国内外学者从不同角度对建筑节能服务市场的发展进行了广泛研究,虽然各国国情不尽相同,但政府激励在建筑节能服务产业形成和发展过程中的核心作用是该领域研究者的普遍共识。国外学者的研究主要集中在建筑节能服务市场发展制约因素、政府激励政策、市场主体激励策略等方面。Marianne Ryghaug等认为,建筑节能服务市场的发展受政府的经济激励政策、对建筑行业的监管和技术能力这三个相互关联的因素制约[2];Hamada Y、Nakamura M指出,既有建筑节能改造市场存在经济外部性,政府是经济、环境和社会效益的多重受益者,应在市场发展中发挥主导作用[3];Kanyama等将既有建筑节能改造市场激励措施分为四类:信息激励、经济激励、管理激励和技术激励,并认为应注重多种激励手段的协同作用[4];Lorraine Murphy分析了欧洲“政策领跑者”国家对建筑节能服务市场的激励效果,认为各国应根据自身的发展特点,制定包括信息、税收等在内的个性化激励措施以适应本国市场的发展[5];Bertoldi等指出,政府应提高信息传递效率,为建筑节能服务公司(Energy Service Company,ESCO)提供项目、融资机会和服务信息,以保证ESCO的服务质量,打消投资者的疑虑[6]。

在我国,部分学者尝试从激励政策组合、多主体、多手段协同激励对策角度为政府激励建筑节能服务市场的发展提供理论参考。韩青苗提出,应依据市场发展阶段建立多种激励制度相组合的协同机制[7];刘玉明、刘长滨提出了“三个阶段”激励政策设计模式,在既有建筑节能市场发展的不同阶段,应实施财政补贴与税收政策力度不同的组合激励[8];石峰、王要武等认为,长期性与短期性的动态政策相结合,注重不同发展阶段下的税收、补贴政策和监管政策的相互配合是政府培育节能市场的有效行为[9];孙金颖、尹波等提出,应考虑鼓励性与限制性激励政策结合,多种经济激励手段组合应用的设计思路[10];蒋旻基于市场动力乏失的特性,提出应建立包括政府、业主、企业与第三方在内的多主体协同动力耦合机制[11]。

综上所述,国内外关于建筑节能服务市场发展对政府激励的研究一般集中在市场特性、经济激励政策、市场主体激励策略上,部分学者提出市场发展协同激励对策建议,但对协同激励的内涵和实施路径尚缺乏深入分析。既有建筑节能改造市场不仅存在“市场失灵”,还存在“政策失灵”和“信息失灵”等多种复杂问题。因此,既有建筑节能改造市场发展协同激励的研究,不仅要考虑内部化手段之间的有效衔接与组合,还要分析激励政策和国家战略、市场发展阶段的匹配,更要兼顾市场主体之间的协同。

2 既有建筑节能改造市场发展协同激励模型构建

2.1 市场发展协同激励内涵

既有建筑节能改造的准公共物品属性,决定了在其市场发展过程中政府实施有效激励的必要性。基于系统的观点,既有建筑节能改造市场发展协同激励是指政府运用适时、综合、有效的激励,促进市场供需主体(业主和ESCO)均积极参与改造,从而获得组织最佳的协同效应,其本质是在促进市场供需主体双方均积极努力实现其各自利益的同时,使政府自身激励成本最小化、社会利益最大化。其中,可从“适时、综合、有效”三个维度理解协同激励的内涵。“适时”是指激励因人、因时、因需而异,是从时间维度考虑不同激励对象随市场环境变化其各自需求的变化,激励要素需同步于市场演进轨迹,并与市场主体不同阶段需求相匹配;“综合”是从横向维度综合运用多种激励手段,以不同组合的激励方式去弥补单一性激励的不足;“有效”是指从纵向维度考虑在协同激励实施路径中,政府激励制定、实施、反馈、优化各环节相互配合、有效衔接的过程,以确保激励实施的有效性。

2.2 市场发展协同激励基本模型构建

基于既有建筑节能改造市场发展激励理论的文献回顾和协同激励内涵的理解,构建既有建筑节能改造市场发展协同激励模型见图1。即政府、ESCO、业主与第三方机构等主体要素协同,加之政策激励、制度激励、文化激励、技术激励、信息激励等多种激励手段协调组合的激励体系,这些激励要素的协同互动是既有建筑节能改造市场发展的基础动力。

在既有建筑节能改造市场发展协同激励模型中,各主体的协同激励通过政策、制度等显性激励工具和文化、信息等隐性激励工具的多元交互作用产生协同效应。具体表现为:1政策激励。即政府部门通过制定财政补贴、贷款优惠、税收优惠等多种激励政策,引导市场供需主体参与改造的自主性。2制度激励。建立能效检测、能效认证、能耗公示等激励制度,规范市场运行,促进市场良性发展。3技术激励。主要是针对市场供给端ESCO提供节能技术支持,鼓励其节能技术创新。4文化激励。通过节能知识宣传教育等方式营造良好的社会节能氛围,提升社会公众的建筑节能改造意识。5信息激励。建立信息传递机制与信息披露机制,为改造者和金融机构提供充足的项目信息和市场信息,激发其参与改造的积极性。6声誉激励。通过建立市场声誉制度,业主可对ESCO提供的服务品质进行信誉评价,对业主和提供优质节能改造服务的ESCO两者起到双向激励作用。以上6种激励措施主要通过激励主体(政府)和激励对象(业主或ESCO)的委托代理关系体现,政府是激励措施的实施主体,在协同激励中占核心地位;ESCO和业主分别为既有建筑节能改造市场的供需主体。协同激励机制的本质问题在于政府如何有效协同多种激励措施,使市场各方主体均积极参与改造,在满足各方均获益的同时,花费最少的激励成本使整个社会效益最大化。鉴于此,有必要对政府和市场主体的委托代理关系进行探讨。

2.3 基于委托代理的协同激励模型

在既有建筑节能改造市场发展协同激励机制设计中,各级政府作为协同激励主体,需要考虑让协同激励对象(市场主体:业主、ESCO)积极努力参与改造工作,同时需满足两大基本约束条件[12]:参与约束,让市场主体参与改造工作的收益大于等于其不参与改造工作的收益;激励相容约束,市场主体以自身效用最大化为导向所选择的积极努力程度,恰好是实现政府效用最大化的积极努力程度。

由于市场主体参与改造工作的积极努力程度相对于政府是不完全信息的,政府与市场主体构成了既改市场委托—代理关系的双方。假设α为协同激励对象(业主或ESCO)参与改造工作的积极努力程度,α∈A(A为代理人所有行动选择:积极努力程度),x=x(α)表示因改造带来的利润,S(x)为协同激励主体(政府)提供给市场主体的激励报酬函数。从投入—产出角度分析,政府的核心问题是如何实施合理的S(x),使自身效用x-S(x)最大。从市场主体角度考虑,其积极参与改造是需要一定成本的,假设市场主体成本函数为C(α),当市场主体以α努力程度参与改造时,所得效用为:S(x)-C(α)=S[x(α)]-C(α)。

针对市场主体,参与改造工作所得要大于等于不参与改造工作时的收益,既满足参与约束:,还应考虑到市场主体参与改造的积极努力程度,使其积极努力时的收益大于等于不积极努力参与时的收益,即满足激励相容约束:

。基于以上(IR)、(IC)约束条件,得出协同激励主体(政府)实施最优激励模型的设计问题为:。以上协同激励机制模型可通过动态规划法求出最优解,从而找出政府希望市场主体(业主、ESCO)的最佳改造积极努力程度α*。然而,若想使市场主体选择积极努力程度α*,则S(x)的设计与协同激励路径的实施必然要满足市场主体的效用需求。因此,在协同激励实施过程中,如何构建使市场主体均积极投入改造的协同激励实施路径值得深入探讨。

3 既有建筑节能改造市场发展协同激励实施路径

既有建筑节能改造市场发展协同激励实施路径是指根据市场主体需求演变规律,克服现有激励手段的劣势,探寻并选择合理有效的激励策略,实现激励系统和市场运行协同效应的过程。

3.1 市场主体需求演变特征

既有建筑节能改造市场主体的需求是协同激励路径实施的依据,应依据不同阶段市场主体的需求变化,选择匹配性的激励工具。结合需求层次理论与企业发展理论,在市场发展的不同阶段,ESCO与业主呈现不同的需求特征,见表1。

3.2 协同激励实施路径分析

在既有建筑节能改造市场发展的不同阶段,主体的效用需求、行为动机和所面临的市场环境等因素均存在差异[13]。因此,协同激励路径的实施应是动态的、灵活的,应根据市场不同阶段下的市场主体需求动机与市场环境的变化,同步于市场的演进轨迹。既有建筑节能改造市场发展协同激励路径实施是一项复杂的系统工程[14]。在协同激励系统中,多种激励要素之间的协同互动是路径实施的基础。本文建立了既有建筑节能改造市场发展协同激励实施路径的三维结构模型,以解释协同讥励路径的实施过程。路径实施所有维度的划分均以市场的健康发展为导向。三维结构模型可形象地解释协同激励实施路径的整体过程,既体现了协同激励体系的动态性与协调性,又可对其中任一阶段和每一步骤进一步展开形成多阶段、分层次、立体化的实施路径。市场主体通过自身的行为策略选择影响协同激励路径的动态调整,协同激励路径实施与市场发展间的协同作用反过来受市场主体行为特征的影响,并通过培育市场主体和激发各市场主体参与改造的积极努力程度来实现,见图2。

时间维描述了既有建筑节能改造市场的演进过程,综合考虑政策法规、管理机制完善程度等因素,结合市场发展生命周期思想,将既有建筑节能改造市场发展划分为培育、发展、成熟三个阶段。在市场发展不同阶段,协同激励路径实施应具有轻重缓急,根据不同阶段的市场主体需求特征有所侧重。逻辑维是指协同激励路径实施在市场发展不同时期所遵循的逻辑,可表述为以下过程,见图3。

既有建筑节能改造市场发展协同激励实施路径的逻辑过程:第一,政府通过激励体系的协同,以实现激励效益最大化和激励成本最小化为原则,设定激励目标;第二,结合影响主体行为的内外在因素,选择合适的激励手段或激励手段组合,根据市场主体需求确定具体的激励对策;第三,实施激励并对激励效果进行检验分析,如果实现了市场发展协同激励的目标,则进一步跟踪市场主体需求的变化;否则,返回第一、二步对激励实施路径重新进行优化调整。

方法维即根据市场发展协同激励路径实施中既定的时间维和逻辑维,实施多种激励手段。在不同市场发展阶段下,选择政策、制度、信息、技术、文化等多种激励手段的合理组合,发挥“1+1>2”的激励效果,强化激励作用。

3.3 协同激励实施路径选择

市场培育期———基于“政策激励+文化激励”为主的实施路径选择:既有建筑节能改造市场主体动力缺失的特性,决定了在市场培育阶段政策激励的必要性[15]。无论是对ESCO或是既有建筑业主,经济激励政策均可在短期内见效,使市场主体的积极性提高。市场培育期,ESCO的需求主要为生存需求,其中对项目资金的需求最为紧迫,政府实施经济激励政策可有效缓解其资金来源不足的问题。对既有建筑节能改造业主,由于外部性的存在,他们对改造存在观望态度,抑制了市场需求的扩大,但通过经济激励和文化激励可有效提升其参与改造的热情和节能改造意识。一方面,经济激励政策可弥补业主由于外部性带来的损失;另一方面,文化激励可提升其改造意识,有利于塑造社会节能氛围。

市场发展期———基于“制度激励+信息激励”为主的实施路径选择:既有建筑节能改造市场进入发展期后,市场供给主体ESCO数量逐渐增加,具有改造需求的业主也逐渐增多,市场发展机遇与挑战并存。ESCO企业发展逐渐面临同行竞争,一些中小型企业可能出现机会主义行为,在市场信息不对称的情况下,既有建筑业主对ESCO的资质和服务质量无法辨别,亟待政府规范市场秩序,提高市场透明度。因此,在市场发展阶段,制定并实施建筑能效标识和能源审计等激励制度以促进ESCO提升服务质量,给予既有建筑业主信息传递等信息激励,使其更易甄选提供高质量节能改造的服务企业,以完善市场机制。

市场成熟期———基于“技术激励+声誉激励”为主的实施路径选择:市场成熟阶段,市场需求逐渐趋于差异化和多样化,既有建筑节能绿色化、智能化、个性化节能改造逐渐成为主流。ESCO企业亟需节能改造技术创新以适应市场需求,在其稳定发展的同时企业社会价值体现和社会责任承担的需求逐渐显现。政府应以技术激励为主,鼓励节能服务企业进行节能改造技术创新和研发,提供技术支持,推动其差异化、专业化发展;建立声誉激励机制,使既有建筑业主在选择与其需求相匹配的ESCO时,可通过市场声誉机制进行节能改造服务品质评价,促进既有建筑节能改造市场的长期良性运行。

4 结语

改造模型 篇5

变压器是变电站的重要设备,其安全运行是电力系统安全供电的重要保障。目前,大家习惯于重视变压器的购置费用而忽略变压器的运行费用,由于一般变压器在有效寿命期30年内的运行成本要高达制造成本的6~7倍[1,2,3,4,5],因此变压器全寿命周期成本计算显得十分必要。

一般来说变压器的全寿命周期成本分析有以下优点:(1)有助于决策者客观地对所选变压器进行评估,并以全寿命成本而不是最初的购置成本作为标准进行经济性选择;(2)有助于找出各成本要素的相对比例和提高资金利用率的方法;(3)有助于对变压器的使用、运行和维护等方面的不同方案进行经济性评估。本文通过对变压器的运行和维护费用的具体分析,并根据IEC60300-3-3标准,提出了变电站改造中的变压器的全生命周期费用(LCC)模型,并通过实例分析,提出了降低变压器LCC的几点建议。

1 全寿命周期成本分析原理介绍

1.1 全寿命周期成本的定义

根据IEC60300-3-3(国际电工委员会制定的全寿命周期成本计算的标准)的规定[3],设备的生命周期可以分为产品的设计与开发、制造、安装、运行、维护以及废弃,因此,设备的全寿命周期成本可以定义为上述各阶段相关成本的总和。设备全寿命周期成本(Life Cycle Cost,LCC)是指整个寿命周期内所消耗的总成本,包括购置成本(Acquisition Cost),拥有成本(Owership Cost)和废弃成本(Disposal Cost)。

其中:LCC是全寿命周期成本;Caq是设备的购置成本;Cow是设备的拥有成本(运行和维护成本);Cdi是设备的废弃成本,包括报废成本和残值。

设备的全寿命周期成本中,购置成本所占的比例随时间下降,拥有成本所占的比例随时间上升,而且在很多情况下,购买设备的成本低于全寿命周期的拥有成本,通常设备的废弃成本很小(但是变压器的废弃成本较大),因此在考虑设备的投资时,应该考虑设备的整个寿命周期的费用,而不是只考虑其初始价格。

1.2 全寿命周期成本分析的步骤

根据对LCC相关研究及应用的归纳,虽然针对不同的系统LCC分析的程序有所不同,然而,一些必不可少的分析过程却是相似的,可以归纳为下面的六个基本过程如图1所示[1]。

一般来说,进行LCC成本分析的首要步骤是明确要解决的问题。LCC模型的建立很大程度上取决于模型所覆盖的范围和需要实现的具体功能,因此应首先确定运行的设备及其维护的策略。成本要素是LCC模型的重要组成部分。应当有系统的予以确定,从而防止一些重要的成本因素被忽略,而建立成本模型的分解结构可以很好地解决这一问题。一般可以把产品寿命的不同时期的花费作为成本模型的分解结构。确定成本因素之后,还要把它们之间的相互关系在系统的模型中适当地体现出来,例如应适当地考虑到分析的可靠性、实用性和可维护性等。由于数据的准确性直接决定了LCC分析结果的可靠性,本文对LCC分析所要使用的数据,通过调查问卷、成本报告、历史数据记录以及相关合同中获得。此外对部分数据则是根据经验和相关的参数分析进行估计。

在制定合理的长期财政计划时,全寿命周期成本概况是非常关键的信息。要实现全寿命周期成本概况的准确估计,必须要考虑通货膨胀率、利息率、汇率和税率的影响。在评估阶段,灵敏性分析可以确定成本因素对LCC的影响程度,从而为进一步提出LCC的优化方案打下基础。

2 变压器的全寿命周期模型的建立

根据IEC60300-3-3标准,对LCC模型的主要构成要素进行具体的分析,建立变压器的LCC模型,并给出计算的表达式。

变压器的全寿命周期成本模型可定义为四大成本之和,即IEC标准中的购置成本、运行成本、维护成本以及处置成本。由于购置成本明显易得,因此变压器LCC的分析计算主要集中在变压器的运行和维护成本的评估上。变压器的LCC模型的定义如方程式(2)所示:

其中:Civ指变压器的购置成本(investment costs),包括变压器及其维修设备的购置成本、员工培训费用和数据记录成本;Coc指变压器的运行成本(operation costs),包括变压器的试验、安装、损耗、停运成本、人工费用等;Cmc指变压器的维护成本(maintenance cost),包括故障前的检修成本和故障后的维修成本;Cdc指变压器的处置成本(disposal cost),包括变压器的报废成本和残值。

2.1 变压器的购置成本

变压器的购置成本可定义如下:

式中:Ctp指变压器的购置成本(transformer purchase cost);Cep指变压器维修设备的购置成本(transform purchase cost);Ctd(training and documenting cost)指员工的培训成本和数据记录成本。

2.2 变压器的运行成本[5]

变压器的运行成本可定义如下:

式中:Cexc指变压器的试验费用(experimentation cost),变压器在投入运行前应进行一些必要的试验,以完成设备技术标准的测试,如短路承受能力试验、温升试验和局部放电试验等,以及于此相关的额外试验费用;Cenc指变压器运行的能源损耗成本(energy loss cost),变压器是输变电设备中的能源消耗大户,其在运行状态下,始终在消耗着电能,据估计,我国变压器的总耗损占系统总发电量的3%~5%,造成了巨大的电力浪费;Cinc指变压器的安装费用(installation cost),包括安装时花费的运输、人工和调试的总费用;Cfc指变压器的停运损失成本(failure cost),在规定的寿命周期内,因发生故障而停运以及效率下降所造成的损失;Cmoc指人工费及其他成本(man and other cost),在变压器的寿命周期内,负责运行或管理的人员的工资,以及与变压器运行有关的、不包括在上述费用的一切费用。

2.3 变压器的维护成本

变压的维护成本主要由两方面构成,即故障前设备检修成本和故障后设备维修成本。

2.3.1 检修成本(preventive cost)

变压器故障前的检修成本Cpc主要包括以下几个方面:

(1)有计划的定期检修成本。变压器的维护应制定相关的检修计划,以保持变压器的品质(如变压器损耗、噪音等),延长变压器的运行寿命。

(2)故障的预防性试验成本。变压器的故障类型有很多种且随时都有可能发生。通过预防性试验可以及时发现隐患,并对不同故障提出针对性的维修方案,从而提高故障维修时的有效性。

(3)备用部件的购置和保养成本。变压器故障的维修有时会进行部件的替换,这些备用部件的购置、存储和保养成本不容忽略。

(4)附加费用。主要包括与故障前检修有关的人工费、设备使用费以及外部运行环境改善费用等。

2.3.2 维修成本

变压器的维修成本Ccc是指变压器故障时,排除故障所需的检测成本、设备使用成本、人工成本等相关费用。

2.4 变压器的处置成本

变压器的处置成本主要包括报废成本和设备的残值。报废成本是指变压器退役后的拆除和运输费用;残值是指变压器报废后的可回收费用,由于变压器是材料密集型产品,其价值主要取决于硅钢片,铜材和变压器油等消耗主材,因此变压器报废后的残值很高,一般是现值的30%~40%[5]。因此可定义处置成本的表达式为:

其中:Cdc指处置成本;Cbaofei指报废成本;Ccanzhi指变压器的残值。

3 变压器LCC模型在变电站改造中的应用分析

随着我国国民经济与电力新技术的高速发展,一些老变电站面临容量不足、设备老化、技术落后等问题,已不能满足区域的电力需求,迫切需要进行更新改造。变电站的改造主要包括:变电站容量的提升、老旧设备的更新改造以及新型保护回路和控制系统的建立或改造。变电站改造不仅一次性投入大,资金回收期长,而且日常的运行维护成本也相当高。因此,如何降低变电站改造在全寿命周期内的成本,如何对不同改造方案进行经济性评价是当前迫切需要解决的问题。

变压器更新改造是变电站改造的重要部分,直接关系到变电站改造后电力供应的可靠性以及改造的经济性评价。因此变电站改造过程中,对变压器的更新改造的研究具有重要的现实意义。据资料统计,在国内电网使用的变压器中,役龄接近使用年限的变压器占有相当比例。对这些老旧变压器,特别是已经出现非正常老化或出现内部故障的变压器的更新改造,是电力企业重点关注的大事。但是在我国普遍存在资金短缺以及耗能设备更新观念未深化的实际情况,更新改造变压器还存在新购一台损耗低、但一次性投入大的变压器和修理改造一台损耗大,但一次性投入较少的两难选择[9]。

利用变压器LCC模型可以实现变压器更新和改造费用的量化,有助于对两种方案进行有效的经济性评价。通过变压器LCC计算结果的灵敏性,可以找出影响变压器LCC大小的主要成本因素,有利于对更新或改造方案进行优化,进一步控制总成本,从而实现成本的最优化。

通过对变压器LCC模型的研究与分析,可以为其他重要电力设备的经济性改造提供经验,也可以把这种方法推广到整个变电站改造的经济性评估,实现资源的最优配置。

3.1 变压器LCC的计算

下面利用以上的定义对某220 k V改造变电站中的某变压器进行LCC的相关研究,该变压器已运行15年,额定容量为300 MVA,出现绝缘轻微老化,而且容量已不能满足当地经济发展的需要,要进行改造,现提出两种方案:一种方案是购置一台新变压器进行替换;另外一种方案是对原有变压器进行技术改造。

3.1.1 方案详细说明

方案一:购置一台新变压器进行替换,更新后变压器的额定容量为300 MVA,空载损耗p0=200 kW,负载损耗pk=750 kW,最大负荷率β=80%,最大负荷利用小时数Tmax=6 500 h。

方案二:对原有变压器进行技术改造,更换变压器绕组、绝缘材料,增加冷却器若干,改造后变压器容量为300 MVA,空载损耗p0=300 kW,负载损耗pk=900 kW,最大负荷率β=80%,最大负荷利用小时数Tmax=6 500 h。

3.1.2 变压器的损耗成本Cenc

方案一:取经验系数K=0.3[4],得到年负荷损耗损率,此变压器的年

设电费为0.5元/kWh,则变压器一年的损耗约为181万元,即Cenc1=181万元/年。

方案二:根据上面的计算式,代入数据可得,η=0.608,ΔW=4665646 kWh,变压器年损耗费用约为233万元,即Cenc2=233万元/年。

3.1.3 变压器的残值Ccanzhi

根据经验,变压器的残值为变压器退役时现值的30%~40%,为方便两方案的比较,统一取30%,变压器的年折旧率为α=10%,以20年为限,计算得:

Ccanzhi1=30%Ctp1(1+α)20=98万元

Ccanzhi2=30%Civ2(1+α)20=59万元

3.1.4 总费用比较

其余的一些费用,根据运行经验,列出费用表如表1所示。

备注:w:万元;w/y:万元/年,假设电价为0.5元/k Wh。

3.1.5 两种方案的LCC比较

为了便于两方案的比较,只计算变压器未来20年的寿命周期费用,根据式(2)~式(5),代入数据计算,LCC计算结果见表2。

万元

从表2的计算结果可知,短期效益看,更新一台变压器比改造旧变压器一次投入要多580万元左右,但以变压器运行寿命20年的总成本比较,更新变压器的方案比改造变压器的方案的LCC要低600多万元,因此更新方案具有较好的经济性。而且新购变压器结构新,技术成熟,安全可靠,能够有效地提高供电的可靠性和设备的可维护性,故优先选择方案一。

3.2 影响变压器LCC的主要因素分析

对于LCC分析来说,分析的重点是显著影响LCC的因素。影响某个方案LCC大小的不外乎是一次性投入费用、使用年限、使用费用、维修费用等因素,而在这些因素中,总有一些因素的变化会对LCC产生较大的影响[8]。

变压器的LCC分析也不例外,分析的重点就是找出显著影响变压器LCC的成本因素,只有这样才能通过对它们的合理控制,实现降低LCC的目的,以获取较好的经济效益。

3.2.1 购置成本的效益分析

从计算结果中可得,两个方案的购置成本在各自LCC中的比例分别为:a1=Civ/LCC1=28.2%,a2=Civ/LCC2=16.0%,所占比例较小,因此它们的改变不会直接影响到两方案间的经济性选择的结果。

3.2.2 运行成本的效益分析

根据表2计算结果可得,两方案的运行成本在各自LCC的比例分别为:b1=Coc/LCC1=70.0%及b2=Coc/LCC2=80.9%,都远超过50%,因此运行成本的改变对LCC的大小影响程度很大,进而决定了方案的经济性选择。进一步对运行成本的构成要素分析,可以发现两种方案的变压器20年运行周期的损耗费用分别为:

即运行成本的绝大部分是变压器的损耗费用。因此,也可以说变压器运行周期内的损耗费用直接决定了运行成本,是对变压器LCC具有最大影响的成本因素。

3.2.3 维护成本的效益分析

由于维护成本在变压器的LCC中的比例都小于5%,因此,维护成本的改变一般不会直接影响到不同方案间的选择。从上面的效益分析可知,变压器LCC的大小主要取决于一次性投入成本和运行成本的多少,其中运行成本中的损耗成本对LCC的影响最大,降低变压器的运行损耗可以大大减少运行成本。因此对一次投入成本和运行成本进行合理优化,尽量降低变压器的电力损耗是实现变压器LCC优化的关键。

4 结论

全寿命周期成本分析不仅可以应用到变压器的更新改造,而且在变电站更新改造也可以作为经济性分析的重要方法,是今后对不同方案进行经济性评估的发展趋势。

本文介绍了变压器的LCC模型,通过实例计算及影响因素的分析找出影响变压器LCC大小的主要因素,根据以上分析得出减少变电站改造中变压器费用(LCC)的方法有:

(1)应选择高质量的节能型变压器,尽管其一次投资较大,但通过效益比较分析可知,高质量的节能变压器可以较大幅度地降低变压器的耗损成本,能够实现采用更新变压器方案的LCC最少。

(2)在变压器的运行过程中,合理使用变压器,通过合适的负荷分配、冷却方式等措施,降低能源损耗,从而控制变压器的运行费用并且延长使用寿命。

(3)以状态检修代替常规的计划检修。状态检修能够实现高效率的设备维护管理,可以在提高供电的可靠性和保证设备安全运行的前提下,减少设备的维护和其他相关费用。

参考文献

[1]Kawauchi Y,Rausand M.Life Cycle Cost Analysis in Oil and Chemical Process Industries[EB/OL].http://www.ntnu.no/ross/reports/lcc.pdf,1999.

[2]Jun H K,Kim J H.Life Cycle Cost Modeling for Railway Vehicle[J].IEE,2007.

[3]International Electrotechnical Commission,Life Cycle Costing[Z].International Standard60300-3-3,2004.

[4]夫兰克林A C,夫兰克林D P.变压器全书[M].北京:机械工业出版社,1990.Franklin A C,Franklin D P.The J.&P.Transformer Book[M].Beijing:China Machine Press,1990.

[5]姜益民.变压器的全寿命周期成本分析[J].上海电力,2004(3):188-191.JIANG Yi-min.Analysis of Life Cycle Cost of Transformer[J].Shanghai Electric Power,2004(3):188-191.

[6]李涛,马薇,黄晓蓓.基于全寿命周期成本理论的变电设备管理[J].电网技术,2008,32(12):50-53.LI Tao,MA Wei,HUANG Xiao-bei.Power Transformation Equipment Management Based on Life Cycle Cost Theory[J].Power System Technology,2008,32(12):50-53.

[7]郭基伟,谢敬东,唐国庆.电力设备管理中的寿命周期费用分析[J].高电压技术,2003,29(4):13-15.GUO Ji-wei,XIE Jing-dong,TANG Guo-qing.Life Cycle Cost Analysis in Electrical Equipment Management[J].High Voltage Engineering,2003,29(4):13-15.

改造模型 篇6

自1999年出台《面向21世纪教育振兴行动计划》以来, 10年的扩招之路也带来诸多问题, 尤其在全球金融危机背景下, 体现得尤为突出。例如:就业形势普遍严峻, 大学生就业难, 已成为社会性问题;大学生精神空虚, 人生价值观迷失, 引发道德方面的质疑;大学生心理素质普遍不高, 面对不平等竞争, 易引发各种心理问题。这让我们对当今的教育不断地进行反思。教育学家苏霍姆林斯基提出教育的真正目的是为了生命的快乐和幸福, 培养学生健全的人格, 优良的品质, 使每个学生成为有个性和魅力的人。人文主义方向将是未来教育的一种必然。

二、概念的界定

班级文化, 是班级成员所共同遵循的目标、价值观、制度规范和班级外部形象等的总和, 决定着班级成员的精神风貌和行为方式, 影响着成员的日常学习和生活 (李国梁, 2008.6) 。班级文化从对内和对外角度来看主要有两大作用:内部整合使成员发展成一种集体认同感;对外适应外部环境, 更好地完成目标。根据卡梅隆和罗伯特·奎因, 以两对对立价值维度 (灵活适应和稳定控制;内部整合和外部竞争) 可以将群体文化 (班级文化) 大致划分为部落式文化, 注重内部管理, 关心成员。领袖被看作导师, 通过情感和信任来维系关系;临时体制式文化, 成员在动态的场所生活, 领袖被看成革新家, 鼓励个人创造和自由;市场为先式文化, 以结果为导向, 很强的竞争性, 高功利性;等级森严式文化, 人们在正规的工作场所工作, 一切按照程序, 好的协调者被看作领导, 管理重点是维持稳定的关系。几乎所有的文化都可以划分为以上4类, 或是4类的叠加。本文以评估表和该模型为分析工具, 深入分析大学班级文化, 以更好地理解大学教育。

三、大学班级文化的评估和剖析

本文在对卡梅隆和奎因教授开发的文化评估工具的基础上从群体对象、名称、内涵等进行改造, 从而提高测评的信度和效度。评估主要从6个要素出发, 要素建立在班级如何工作的理论框架和文化赖以建立的价值观基础上, 评估表包括6个维度:班级主要特征;班级的领导能力;班级成员的管理;班级的凝聚力, 关系维系的依据和基础;班级的战略工作重点;班级成功的标准。

评估的具体操作有下面几步:

A.评估表的6个指标, 每个赋予100分, 每个指标由A、B、C、D (分别代表四类文化) 使100分在4种文化间权衡.

B.分别以现状和期望状况为参考系, 将现状中所有A分数相加, 除以6, 换成百分制。B、C、D也由同理可得。公式:A=∑ (A1+A3+……+A6) /6, (B、C、D同理可得) , 将期望中所有A分数相加, 除以6, 得到平均分。B、C、D也同理可得。

C.以此分别得到两组数据。通过对现状和期望的比较来开展分析。

随机选取安徽大学, 合肥工业大学在内的几所本科高等院校的24个班级 (包括文理科) 的班级文化进行评估。以班级为单位, 分层分段, 发放评估表150份, 回收有效评估表144份, 问卷有效率96%。以下分别以现状和期望为基础的两组不同的数据, 分别从一年级到四年级、平均值的次序排列。

A类现状26.92, 25.83, 24.19, 25.58, 25.62;A类期望值31.43, 31.17, 31.96, 32.08, 31.66。

B类现状20.06, 20.22, 18.91, 20.64, 20.41;B类期望25.08, 21.58, 24.60, 23.80, 23.77。

C类现状:25.49, 24.13, 27.22, 25.81, 2 5.66;C类期望19.82, 18.39, 19.02, 20.75, 19.50。

D类现状27.12, 27.12, 30.05, 25.30, 27.40;D类期望23.60, 24.41, 24.26, 21.22, 23.37。

根据现状和期望的平均值建立对立价值模型 (见图1) :

注:虚线为期望文化, 实线为现状文化

(一) 总体样本指标的分析

从期望的总体数值看, A类文化为31.66, 期望之中, 同学们希望建立以部落式为主导的文化, 在友善的场所工作, 分享劳动成果;领袖被看作导师, 成员自觉承担义务, 彼此通过情感、信任来维持关系, 凝聚力和士气非常重要。而等级森严式文化和临时体制式文化比重较大, 看出成员们希望维持一种稳定的运作方式并且有良好的创新精神。现状中A型文化只有25.62分, 等级森严式文化却高达27.40分。这样形成AD互换, 可知现实中大学生的生活工作是以政策、制度、学校的规定、课程的安排联系在一起, 维持稳定、可预见性的关系, 不是通过情感、信任等来维系。这比较类似于公共部门的文化, 如法院、检察院等, 而不适合于教育机构, 这不利于本科生的成长。

(二) 差距和强度分析

在平均值数据中, A为正差值6.03, 即现实要远低于期望, C型出现负差值-6.16, C类文化特点是, 以目标为导向, 竞争力强, 功利性高。大学生中表现出对利益的追逐, 高功利性, 以取胜、击败对手为成功标准。这不符合理想的文化, 不利于本科生的成长, 尤其是以道德精神为主流的人文精神的培养。D类等级森严式, 出现了-4.03, 说明现实中D类文化过于强势, 同学之间的关系更多的是被政策、制度、学校的规定来维系, 而不是情感和信任。B类文化即临时体制式文化, 出现正值3.36, 该文化特别要求创造能力, 出现3.36的差值。大学生创造力与期望的差距, 大多表现是创新的思想无法以实践的方式表达出来。当然等级森严式文化也限制了学生的创造能力和自由。灌输式为主的授课方式, 讲师无法与学生做到良好沟通, 正确引导, 积极鼓励。

(三) 分层分段观察A类文化的演化

理想期望中证实A类文化, 部落式文化是主流。从4个年级学生的数据中观察A类文化的变化有实际意义, 据统计数据如图2所示:

现状中A类文化先降后升, 一年级的最高点降到三年级的最低点, 然后开始升高, 但达不到一年级的高度。四年级的得分与平均值接近, 分别为25.63和25.58。而期望差这一指标正好相反的走势, 上抛物线, 在三年级到达最高点。四年级期望差与平均值又出奇接近, 分别为6.5和6.03。在不考虑学校大的变革, 生员差异性的条件下, 大致可以这样描述大学四年班级文化的演变过程, 从部落式的文化感越来越淡漠到四年级逐步回归, 期望差距感从一年级到三年级的最高, 四年级回归, 大致呈现这样的趋势。

(四) 文史类与理工类之间的比较

文史和理工类的文化没有多大差异, 但在A类和C类中出现一些差异。A类也即部落式文化, 理工类26.05对于文史类24.90, 相差1.15, 理工类有一定优势。A类期望差, 理工类8.28要远高于文史类4.56;理工科学生的部落式期望感要远高于文史科学生。C类文化中理工类的25.07低于文史类的26.59, 期望差也是理工类的-7.5大于文史类的-6.27。总体上, 理工类的文化组合更加靠近总体样本的平均值组合。从理工类和文史类的期望差值上看到, 理工类学生的期望差比文史类高, 理工类的学生更加不满足于现状。

四、尝试性的应对策略

(一) 构建学习型班级, 变革班级文化

学习型班级的实质是不断增强成员的团队能力, 去实现内心的热望, 其内涵是一种精神力量, 人们真正相信自己, 创造奇迹, 以高质量的协调和合作为基础, 建立高度的信任和理解。这里引进学习型组织理论来变革班级文化, 首先确立共同的愿景, 围绕愿景, 形成心智模型, 再根据新愿景, 进行系统思考并设计出实现班级新愿景的系统结构, 然后具体落实每一结构, 使愿景逐步成为现实。

(二) 团队建设

团队建设可作为学习型班级构建的一个板块, 也可独立使用。团队作为一个共同体, 利用每个成员的知识和技能, 解决问题, 达到目标。团队共同讨论、冲突、决策、制定、沟通、创新、领导, 这些互动有利于提高沟通与合作, 增强成员参与性, 增加班级的凝聚力。在团队建设中要注意, 团队与班级的关系, 团队能力问题的关注, 尤其是团队能力的多样性, 成员责任感和信赖精神的培养。现实中, 团队建设对于促进大学生之间的交流、合作, 班级的协调方面已起到诸多成效。

(三) 积极正确的引导

作为高校的大学生相对于其他阶段的青年而言有较成熟的心智, 积累了更多的知识, 但是普遍缺乏社会阅历, 面对挫折、失败表现出消极、沉落的心理, 无法以平和的心态去应对。此外, 由于个体差异会使个体应对各类问题时表现出完全不同的行为, 这就要求正确的引导。班级领导式人物必须充分发挥导师的作用, 以便个体做出合理决策和判断。

总之, 大学教育一直是个“怪圈”, 无法就变革班级文化培养出完全符合社会价值观, 满足各类事业发展的全方位人才。因为教育是一个工程性的事业, 这要寄希望于优良的学前教育、中高级教育和大学教育。“十年树木, 百年树人”。本文从班级文化角度来探究大学本科教育, 从现实到理想, 从物质到精神, 以此希望可以更加深入地了解教育事业, 了解教育这项伟大的工程。

参考文献

[1]、 (美) 金.S.卡梅隆, 罗伯特.E.奎因.组织文化诊断与变革[M].中国人民大学出版社, 2002.

[2]、 (美) 理查德.L.达夫特.组织理论与设计精要[M].机械工业出版社, 2008.

[3]、窦胜功, 张兰霞.组织行为学教程[M].清华大学出版社, 2005.

[4]、梁燕玲.路径、框架、模型:高等教育组织文化研究综述[J].现代大学教育, 2008 (2) .

改造模型 篇7

我国大型灌区目前普遍存在输水建筑物老化失修严重、渠系渗漏损失大、灌区管理技术落后等问题,致使灌区灌溉水浪费严重,供水保证率低,严重制约了灌区农业经济的持续发展。为了保证粮食安全,自从1996年开始,国家不断加大投资力度,从多方面进行大型灌区的节水改造工作,使得大型灌区成为我国粮食生产的重要支柱和粮食安全的重要保障[1,2]。通过节水改造工程建设,保证了灌区的安全运行,缓解了用水矛盾,缩短了灌溉周期,改善了流域生态环境。然而,只有对节水改造工程作出客观公正的综合评价,特别是对节水改造给社会、环境带来的影响给以定量评估,才能揭示区域内制约节水灌溉发展的主要因素,为节水改造工程的科学决策提供参考,以保证节水灌溉工程建设朝着可持续的方向发展[3]。

国内外学者就节水灌溉综合效益评价领域开展了大量研究工作,经历了从定性转向定量、从规范性研究转向实证性研究、从单一工程单项效应评价转向工程综合效应评价阶段。目前,国内采用的综合评估方法主要有综合指标法[4]、主成分分析法[5]、灰色系统理论[6]、模糊综合评估法[7]、神经网络[8]等。综合指标法应用较为广泛,但提出问题的精度和深度不够具体和细致;主成分分析法是统计分析中的一个重要方法,在系统评价、故障诊断、质量管理和发展对策等许多方面都有应用,但其物理意义不够明确.难以在经济活动中选择相对应的控制点;灰色系统评价方法能很好处理不确定性问题,并且和传统的层次分析法进行有机结合,评价结果也是综合考虑各种影响因素的具体量值,但在评价指标体系方面,大多进行了归纳和简化,使得很多具体的问题被掩盖,不能充分反映灌区节水灌溉综合效益;模糊综合评判理论相对较完善成熟,但在权重确定上存在一定的不足[2]。综上所述,尽管国内外提出的节水灌溉综合效益的评价指标和方法很多,但由于效益评价涉及众多种因素的影响,加上各地区的评价标准的差异。因而,正确评价节水灌溉综合效益较为困难,目前还没有一种完全令人满意的综合评价方法,因此,探讨一种新的有效评价方法是很有必要的。

投影寻踪(Projection Pursuit,PP)是近年来兴起的一种新的数理统计方法,它通过把高维数据投影到低维子空间上,寻找出能反映原高维数据的结构或特征的投影,达到研究分析高维数据的目的。投影寻踪具有稳健性、抗干扰性和准确度高等优点,可用来分析和处理高维观测数据,尤其是非正态非线性高维数据,因而在许多领域得到广泛应用[9]。

投影寻踪评价分析,实质是根据设计的投影指标,并在相关约束条件下进行的优化问题。这是一个复杂的非线性优化问题,在优化该最佳投影方向时,传统的优化方法容易陷入局部最优、早熟或提前收敛,在收敛速度和计算精度等方面尚显不足,为此,必须寻求更高效的优化算法。本文尝试将蚁群算法引入到投影方向优化计算中来,建立大型灌区节水改造效益综合评价模型。在此基础上,编制基于MATLAB语言相应的计算程序。

1 灌区综合评价的蚁群投影寻踪回归模型

投影寻踪是用来处理和分析高维数据的一种探索性数据分析的有效方法,其基本思想是:利用计算机技术,把高维数据通过某种组合,投影到低维子空间上,并通过极小化某个投影指标,寻找出能反映原高维数据结构或特征的投影,在低维空间上对数据结构进行分析,以达到研究和分析高维数据的目的[9]。

1.1 投影寻踪评价模型的建模步骤

投影寻踪方法的基本思路是[10]:把高维数据通过某种组合投影到低维子空间,用低维空间中投影散点的分布结构揭示高维数据的结构性特征,或根据该投影值与研究系统的输出值之间的散点图构造数学模型以预测系统的输出。设等级评价表中各指标值的样本集为{xij|i=1,2,…,n;j=1,2,…,m},其中xij是第i个样本的第j个指标值。建模过程包括以下5个步骤[11,12]:

(1)数据预处理。由于各指标的量纲不尽相同或数值范围相差较大。因此,在建模之前必须对数据按式(1)~(2)进行规一化处理:

对于越大越优的指标:xij´=xij-xjminxjmax-xjmin(1)

对于越小越优的指标:xij´=xjmax-xijxjmax-xjmin(2)

式中:xij表示指标值经过归一化处理后的数据序列;xjmin、xjmax分别表示第j个指标的最小值和最大值。

(2)线性投影。若a(a1,a2,…,an)为m维单位向量,则样本j在一维线性空间的投影特征值zj的表达式

zj=j=1majxij´,i=1,2,,n(3)

(3)建立投影目标函数。将目标函数Q(a)定义为类间距离S(a)与类内密度D(a)的乘积,即投影目标函数可以表示为

Q(a)=S(a)D(a)(4)

其中,类间距离用样本序列的投影特征值方差按式(5)计算:

S(a)=i=1n(zi-z¯i)2/(n-1)(5)

式中:z¯i为在投影方向上投影特征值的均值,S(a)值愈大,越发散。

设投影特征值间的距离rik=|zi-zk|(k=1,2,…,n),则

D(a)=i=1nk=1n(R-rik)f(R-rik),rik=|zi-zk|(6)

其中,R为局部密度窗宽参数,其取值与样本数据结构有关。类内密度D(a)愈大,分类愈显著;函数f(R-rik)为一单位跃阶函数,当Rrik时,其值为1,反之为0。

(4)优化最佳投影方向。当各指标值的样本集给定时,投影指标函数Q(a)只随着投影方向a的变化而变化。不同的投影方向反映不同的数据结构特征,最佳投影方向就是最大可能暴露高维数据某类特征结构的投影方向,因此可通过求解投影目标函数最大化问题来寻找最佳投影方向,即求解:

{maxQ(a)s.t.a=1(7)

可以利用蚁群优化算法来解决上述优化问题。

(5)综合评价。把求得的最佳投影方向a*代入式(3),可得各样本点的投影值z*(i)。将z*(i)与z*(j)进行比较,二者越接近,表示样本ij越倾向于分为同一级别。

1.2 蚁群算法的实现过程

蚁群算法是由意大利学者Dorigo. M等人于20 世纪90 年代初提出的一种新型的模拟进化算法,该算法采用了正反馈并行自催化机制,易于与其他方法结合,而且具有较强的格健性,在解决许多复杂优化问题方面已经展现出其优异的性能和巨大的应用前景[13]。

蚂蚁个体之间是通过一种称之为外激素的物质进行信息传递,而且蚂蚁在运动过程中能够感知这种物质的存在及其强度,并倾向于朝着该物质强度高的方向移动。因此,在某一路径上走过的蚂蚁越多,则后来者选择该路径的概率就越大。蚂蚁个体之间就是通过这种信息的交流达到搜索食物的目的。

为便于理解,我们以求解平面上N个城市的旅行商问题(TSP)为例来说明蚁群算法模型[14]。为模拟实际蚂蚁的行为,首先引进如下的记号:设平面上有N座城市(1,2,…,N表示城市序号);为了模拟蚂蚁的行为,设m为蚁群中蚂蚁的数量;bi(t)为t时刻位于城市i的蚂蚁的个数。所以有

m=i=1Νbi(t)(8)

Pijk为在t时刻蚂蚁ki位置转移到位置j的概率,其式为

Ρijk(t)=[τij(t)]α[ηij(t)]βsallowedk[τis(t)]α[ηis(t)]β(9)

jallowedk,否则 Pijk(t)=0

式中:τij(t)为ij连线上残留的信息量;初始时刻,各条路径上信息量相等,设为C(C为常数)。蚂蚁k(k=1,2,…,m)根据各条路径上的信息量决定转移方向ηij(t)为启发函数;α为信息启发因子,表示轨迹的相对重要性;β为期望启发因子,反映启发信息在蚂蚁选择路径中的受重视程度;allowedk={0,1,…,N}-tabuk表示人工蚂蚁到达第k个城市时,下一步允许选择的城市集合。人工蚂蚁具有记忆功能,用tabuk(k=1,2,…,m)记录该蚂蚁当前已走过的城市,随着进化过程作动态调整.随时间推移,以前留下的信息逐渐消失。

(1)信息函数τij(t)的处理。

信息函数τij(t)在具体处理过程中,为了避免残留信息素过多引起残留信息素淹没启发信息,在每只蚂蚁走完一步或者完成对所有N座城市的遍历(也即一个循环结束)后,要对残留信息进行更新处理。由此t+n时刻在路径(i,j)上的信息量可按下式处理

τij(t+n)=(1-ρ)τij(t)+Δτij(t)(10)Δτij(t)=k=1mΔτijk(t)(11)

式中:ρ为信息素挥发系数,则(1-ρ)表示信息素衰减系数, 通常设置为ρ∈(0,1),来避免信息素的无限累加;Δτij(t)为本次循环中路径(i,j)上的信息素增量初时刻为0;Δτijk(t)为第k只蚂蚁在本次循环中留在路径(i,j)上的信息量。

(2)启发函数ηij(t)的处理。

启发函数可以理解为蚂蚁自身根据环境做出的独立选择,也可以理解为蚂蚁个体的经验函数。在TSP基本模型中,ηij(t)等于(i,j)路径距离的倒数。

2 应用实例

2.1 评价指标的选取

正确选取评价指标,是保证灌区改造效益综合评价结果的合理性和可靠性的先决条件。因此,灌区改造效益综合评价指标体系的建立应遵循科学性、实用性、便捷性和针对性的原则。根据大型灌区续建配套与节水改造项目的特点和工程项目管理的目标要求,结合我国目前灌区节水改造工程情况,建立以可持续发展为目标、以社会效益为重点的节水灌溉综合效应评价指标体系。从指标能够反映灌区改造效果、具有代表性、易于分析统计、量化及获取的难易程度出发,选取:农村人均收入(X1)、单方水粮食生产量(X2)、工程完好率(X3)、渠系水利用系数(X4)、田间水利用系数(X5)、灌溉水利用系数(X6)、植被率(X7)、涝渍盐碱地治理比例(X8)等8个具有代表性的评价指标,建立灌区改造工程效益综合评价体系。

尽管国内外学者对灌区节水改造效益综合评价进行了大量的研究,然而,我国还没有一套完整的综合评定标准。本文参照前人的研究成果对灌区节水改造效益综合评价等级进行划分,评语集分为:最低水平(Ⅰ级)、低水平(Ⅱ级)、中等水平(Ⅲ级)、高水平(Ⅳ级)、最高水平(Ⅴ级)。灌区改造工程效益综合评价的指标体系如表1所示。

2.2 灌区改造效益综合评价模型的建立

X1~X8等8个评价指标来进行灌区节水改造效益综合评价,即要使投影函数Q(a)为最大,有8个需要同时优化的参数,实质上属于多维参数寻优的问题。本文采用蚁群算法进

行参数优化选,利用MATLAB语言进行编程,由于在基本蚁群算法中,信息素增加强度Q、信息启发因子α、期望启发因子β和蚂蚁总数m等有关参数的设定,尚无严格的理论依据,至今仍然没有确定最优参数组合的有效方法,一般情况下都是根据经验而定的。本模型中上述参数的确定是依据文献[14]总结出的方法进行蚁群算法最优组合参数的选择。最后选择各参数为:信息启发因子α= 0.5;期望启发因子β= 1;信息素挥发系数为ρ= 0.8,则信息残留因子1-ρ= 0.2;蚁群数量为m=100,信息素增加强度Q=1,迭代次数k=50。蚁群算法的迭代过程见图1。

在回归分析过程中,首先用式(1)、(2)对样本数据进行归一化处理,在MATLAB环境下运行程序后,得到最佳投影方向:a*=(-0.469,0.062,-0.360,0.104,-0.297,-0.352,-0.773,-0.415)。把最佳投影方向代入式(3)即可求得灌区节水改造效益综合评价标准的投影特征值(见表1),经三次非线性函数拟合,得到综合评价等级y(i)与投影值z(i)的关系式(见图2):

{y=0.4542z3-1.7927z2+3.236z+1.0167R2=0.9997(12)

上式可以用来描述灌区节水改造效益综合评价标准的投影特征值与其等级之间的关系。

2.3 实例分析

为了更好地评价灌区节水改造工程项目的综合效益,本文以陕西省关中大型灌区[15]作为评价实例进行分析。利用1998年的现有资料和 2010年的预测资料进行效益综合评价,并将其评价结果进行比较,就可以深入分析关中灌区节水改造项目实施后的综合效益。

将1998年与 2010年关中大型灌区的评价参数列于表2。把所求得的最佳投影方向代入式(3)即可求得1998年和2010年灌区节水改造效益的投影特征值分别为1.208 6、1.937 0。(见表2),将其代入式(12)分别得到y=3.11、y=3.86。由此可判定1998年灌区节水改造效益综合评价为Ⅲ级(中等水平);2010年灌区节水改造效益综合评价为Ⅳ级(高水平)。与文献[15]中采用模糊综合评判模型对关中大型灌区进行改造效益综合评价的结果完全相同,这说明本文采用的投影寻踪评价模型是可行的,评价结果是客观准确的。通过分析,我们还得出如下的评价结论:节水改造前,1998年灌区的综合效益处于中等水平。到了2010年,在现有的基础上经过12年对灌区系统的改造,灌区管理运行状况大为改观,效益综合评价达到了较高水平。同时也说明,该灌区的节水改造卓有成效,措施可行,使得灌区逐步向好的方向发展。

3 结 论

(1)本文将蚁群优化算法用于投影方向的优化,建立投影寻踪评价的数学模型,提出了蚁群优化算法的实现方法,编制了基于MATLAB语言的计算程序,并将该评价模型对关中灌区节水改造项目进行综合评价。结果表明,利用投影寻踪对灌区节水改造效益进行综合评价是切实可行的。

(2)投影寻踪评价模型将指标体系的高维数据投影到一维子空间上,借助蚁群算法寻找最佳投影方向,将各评价等级对应的投影值与待评价样本的投影值相比较,最后,得出各评价样本的所属等级。该评价模型综合了模糊数学与层次分析法的优点,在多目标分析决策时不受指标体系中指标个数多少的限制, 无需对指标确定权重, 整个评价过程无任何主观色彩,客观公正。

(3)目前,国内外在大型灌区节水改造效益综合评价指标体系的研究方面处于探索阶段。我国迄今还没有一套完整的灌区节水改造效益的综合评定标准,在效益评价中涉及到的评价标准选择、指标权重确定、评价模型选取等问题尚缺乏统一标准和依据,使评定质量受到较大的影响。因此,今后还应大力加强节水灌溉可持续发展指标体系的研究,逐步建立以可持续发展为目标的节水灌溉标准、以社会效益为重点的节水灌溉综合效应评价指标体系和以可持续利用能力及利用管理水平为目标的评价体系。

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