基于层次分析法的配网规划综合指标模型研究

基于层次分析法的配网规划综合指标模型研究

陈楚 , 李小伟

广西电网有限责任电网规划研究中心

【摘要】：针对目前配电网发展过程中缺少合理规划方法，提出了基于层次分析法的配网规划综合指标。基于配电网节能指标的研究现状，根据相应的标准规范和实际可操作性，创建配电网能效指标体系。创建指标体系包括设备参数、配电网规划和设备运行状态等，使用层次分析法对单项指标权重进行确定，和单项指标状态值结合，得到被评估配电网综合能效分值，寻找配电网能效薄弱的环节。使用本文所设计的指标体系对某省电力公司配电网进行评估，综合评估结果和实际配电网能效相同，对指标体系实用性和有效性进行验证。

【关键词】：层次分析法；配网规划；规划指标

0引言

电网规划为电网发展基础，目前已经普遍开展配电网规划，但是还存在部分需要解决的问题。在规划配电网之后，要充分考虑如何对规划结果进行评价；如何优化规划方案等问题。导致出现以上问题主要原因为对于电网规划要求缺少全面性的理解与认知，对于规划方案优劣缺少明确量化衡量标准^[1]。以此，就要对科学电网规划综合指标进行研究，对电网规划方案优劣进行量化评价。传统配电网评估工作是根据安全性、可靠性、供电质量等单项评估。相关研究人员提出了使用组合赋权法对电能质量各个技术性指标权重进行确定，使各个权重更加的全面、客观，对评估效果进行改善。此工作通过不同程度对配电网技术水平进行评价，但是缺少整体型评价，对于电网建设直接指导性比较弱^[2]。以此，本文就针对目前配网规划工作中的问题，提出了科学合理的配网规划综合指标的创建。

1电网规划评价指标体系创建原则

在创建电网评价指标体系过程中，选择指标要能够将电网实际情况反映出来，避免遗漏重要指标。并且还要对数据收集难度等进行考虑，避免重复和遗漏。所以，创建评价指标体系的原则为：直接可测性、和评价目的一致性、相互独立性、可比性、整体完备等。

在创建电网规划指标体系过程中，不仅要使以上原则得到满足，还包括自身特点：

其一，针对电网评价体系结构复杂、底层指标设置多、层次多等特点，电网评价指标体系规划方面重视基于电网规划特点，通过整体评价电网，指标设置比较简洁；

其二，设置电网规划评价指标体系要对应城市特点和负荷特性；

其三，在评价规划电网过程中不仅要重视指标数值绝对量，还要重视指标数值变化；

其四，评价规划电网适应负荷发展能力也就是规划电网优劣评价的主要方面^[3]。

2配电网综合评价体系

2.1创建指标体系

以AHP原理分层创建配电网指标体系，指标层从上到下包括：O配电网能效水平；A中压配电网、低压台区、配电变电器；B损耗指标、动态指标、静态指标；各个单项指标中的P层。根据总体能效水平方向中指标的影响，使指标划分成为逆向和正向两种。指标值越大，说明能效水平就会越高，也就是正向指标。如果指标值越大，能效水平越低，也就是逆向指标，表1为配电网能效评估指标体系。

表1 配电网能效评估指标体系

Table 1 index system for energy efficiency evaluation of distribution network

指标体系中具备综合无损线损率评价指标，将因为无损电量导致出现综合线损率虚低的问题消除，提高评价结果的精准率。降低线损率要满足实际情况，要求合理范围。以正态分布中表征平均值与离散度中两个独立指标 和 创建综合无损线损率与单条线路线损合格率，使区域中的线损总体与离散情况展现出来^[4]。另外，基于原本线损率指标设置过程量静态与动态指标。静态指标能够将配电网关键设备能效水平展现出来，比如无功补偿容量、导线截面；动态指标能够将配电网设备运行状态展现出来，比如功率因素、符合率等。其次，对目前配电网发展趋势进行全面考虑，在指标体系中列入高效配变、储能装备。

2.2指标体系创建

对现有发展成果、技术标准全面考虑，通过层次法创建配电网综合评价指标体系。主要包括供电质量、基本情况、装备水平、电网结构、投资效益、供电能力，每种都具有具体评价指标与内容，评价配电网发展水平。

基本情况：包括电网规模、电力需求情况和国民经济发展，能够简单描述评价区域的发展特点。因为供电区域的不同，所以对于配电网的供电质量、可靠性也有不同的要求。所以，创建配电网综合评价体系要对地区之间发展差异进行考虑。国民经济发展包括供电区域国民生产总值、供电人口和面积；电网规模包括变电站数量、线路条数、变电容量、主变电台数等；电力需求包括用电结构、最大用电负荷等^[5]；

供电质量：包括供电可靠率、综合电压率，能够对配电网可靠性和质量进行评价；

电网结构：包括中压线路分段合理率、中压线路联络率、中压线路供电半径合格率，能够对配电网网架合理性进行评价；

供电能力：包括主变N-1通过率、变压器负载合格率、线路负载合格率、线路N-1通过率、容载比，能够对配电网供电能力进行评价；

装备水平：包括节能型配变比例、中压线路绝缘化率、配电自动化终端覆盖率，能够对配电网技术装备水平评价；

投资效益：配网单位投资增供电量、综合线损率、户户通电率，能够对配电网发展投资运营效益进行评价^[6]。

2.3评价权重和标准

在创建评价体系之后，要以各项指标重要程度对权重进行设置。本文创建配电网综合评价体系的基本情况能够对评价区域中发展特点进行描述，实现评价地区的分类，方便不同区域对比，其他指标能够对配电网具体发展情况评价。本文使用德尔菲法，对配电网规划专业人员意见进行总结，对指标权重进行确定。

在确定单一评价指标值后，要使具体指标数值朝着评价指标得分进行转变，以两者的关系使指标划分成为双向和单向。因为指标值为离散，但是指标值和得分都是相互对应，为了能够将指标得分变化的情况充分反应出来，本文利用曲线拟合方法评价。

将直线内插法应用到单项指标计算中，假设评价指标下限值a1和指标得分b1对应，基准值a2和指标得分b2对应，上限值a3和指标得分b3对应。在指标值为x的时候，指标得分就是y，那么评价指标得分为：

针对双向指标，在参考区间中的指标具有最高分；没有在参考区间中的指标偏离越大，那么分数越低。假设评价指标上下限分别为c1和c2，指标在[c1，c2]参考区间的时候，分数为d1，那么评价指标得分表示^[7]：

公式中的k1和k2指的是相应系数。

3综合指标评估模型的创建

3.1创建判断矩阵

假设某层指标表示F=[f1,f2,...,fn]，对比fi和fj影响上层指标的程度，fij=fi/fj，使用1-9和倒数表示mij的值，表2为标度含义，最终创建判断矩阵M。

表2 标度含义

Table 2 scaling implications

3.2层次排序

创建单层判断矩阵之后，对M最大特征值 和特征量 进行计算，实现特征向量归一化处理，得到同层评价指标和上层某指标重要性相对的排序权值，实现层次单排序。CR表示判断矩阵一致性比例，通过平均随机一致性指标R1和一致性指标C1进行确定，在CR小于0.1的时候，判断矩阵一致性处于合理范围中，要不然就要进行修正。

为了得到最底层各个指标对总目标排序权重，要对层次总排序进行计算，总排序权重从上到下合成单排序权重。

3.3划分基准值区域

为了提高评估结果的合理性，要在同个基准线中设置评估对象，使基准线根据负荷密度划分成为四个区域，根据实际情况对同个区域单项指标基准值进行确定^[8]，表3为具体区域的类别。

表3 具体区域的类别

Table 3 categories for specific regions

3.4指标状态值

指标状态值指的是基准值和指标原始值对比，正向指标的状态值表示：

指的是i项评价指标原始值， 指的是评价指标基准值。

逆向指标表示为：

3.5综合分值

假设通过AHP计算得出最底层各个指标对总目标层次排序权重表示：

各个指标状态值表示：

综合分值表示：

4算例分析

4.1电网规划评价数据

表1为实例中规划评价局部数据，通过表1数据表示，现状电网N-2最大负荷损失率最高，两个规划方案都有所改善，合理性还需要系统指标评分进行评价^[9]。

表1 实例中规划评价局部数据

Table 1 local data of program evaluation in an example

4.2设置评分标准

以电网特点与规划评价目标，根据模糊隶属度方法设置评分标准。比如线路N-1校验通过率，此小区为城市发展中期，对于供电具有较高的安全性。所以，要求线路N-1校验通过率得到提高。在此标准为40%、60%、90%的时候，评分为40、60、80分。在通过率为0和100%的时候，评分为0和100分。

4.3综合评分和评价对比

实现小区现状电网与近期规划电网的综合评分，对比评估结果，对规划实施效果进行衡量。首先，使所收集的小区电网规划评价基础数据根据评分标准得出百分制评分。单项指标评分能够将电网具体情况充分展现出来，但是无法将电网整体情况展现。所以使用AHP逐层向上计算，直到计算电网综合评分。综合评分越高，表示电网具有良好的整体情况。通过评价结果表示，经过合理改造，电网有所改善：

其一，规划方案能够使N-2校验负荷损失率得到降低，使电网抗大面积停电能力得到提高；

其二，设备使用率提高了17%；

其三，单位资产供电能力有所提高，提高了0.05628MVA/万元；

其四，容量匹配度提高到85分^[10]。

5结束语

本文提出了基于层次分析法的配网规划综合指标模型，通过此模型能够找到对电网规划特征影响的要素，从而利用整体对规划方案优劣进行描述，引导电网发展的方向，具有一定使用价值。

参考文献

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作者介绍：陈楚，1983.1 , 兰州理工大学电气工程及其自动化毕业，广西电网有限责任电网规划研究中心配电网研究科，高级工程师,主要从事配网规划领域的研究工作。

本论文受中国南方电网广西电网公司省级科技项目配电网数据统计分析（项目编号046700HK4317001）资助