基于網(wǎng)格化理念的配電網(wǎng)規(guī)劃評價模型

王賽一，吳正驊，華月申，謝旗輝，李紅英，侯四維，趙艷粉

(1.國網(wǎng)上海市電力公司浦東供電公司，上海 200122；2.上海合澤電力工程設(shè)計咨詢有限公司，上海 200433)

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基于網(wǎng)格化理念的配電網(wǎng)規(guī)劃評價模型

王賽一1，吳正驊1，華月申1，謝旗輝2，李紅英2，侯四維2，趙艷粉2

(1.國網(wǎng)上海市電力公司浦東供電公司，上海 200122；2.上海合澤電力工程設(shè)計咨詢有限公司，上海 200433)

為了全面準確地反映網(wǎng)格化配電網(wǎng)規(guī)劃的實際情況，構(gòu)建一種全新的評價模型，對網(wǎng)格展開多維度可量化的綜合校驗。采用層次分析法建立三維度評價指標，并結(jié)合德爾菲法確定各指標權(quán)重，通過曲線擬合確立指標函數(shù)，在此基礎(chǔ)建立網(wǎng)格化評價模型。最后，選取上海浦東核心區(qū)陸家嘴金融片區(qū)進行算例驗證，分別從經(jīng)濟性、可靠性、可持續(xù)發(fā)展三個角度對該片區(qū)的整體網(wǎng)格化規(guī)劃進行評價，所得結(jié)果表明構(gòu)建的評價模型能夠全面反映規(guī)劃方案的特征要素，量化描述規(guī)劃的優(yōu)劣，引導(dǎo)有關(guān)部門做出正確的決策。

配電網(wǎng); 網(wǎng)格化; 層次分析法; 德爾菲法

隨著城市中心區(qū)電力負荷快速發(fā)展，出現(xiàn)中心城區(qū)變電站趨于飽和、站點布局混亂、設(shè)備負載率偏高等問題，導(dǎo)致城市配電網(wǎng)建設(shè)不能很好適應(yīng)電力發(fā)展的需求。通過科學合理的規(guī)劃，在滿足用戶用電需求的同時，可減少電能的網(wǎng)絡(luò)損耗，使配電網(wǎng)運行具有良好的效益。傳統(tǒng)的電網(wǎng)規(guī)劃思路為現(xiàn)狀分析、全局負荷預(yù)測與局部負荷預(yù)測，在此基礎(chǔ)上進行近遠景規(guī)劃。該方法多用于簡單配電網(wǎng)規(guī)劃，對于復(fù)雜化的配電網(wǎng)已無法滿足要求?；诖藛栴}，本文將網(wǎng)格理念引入配電網(wǎng)，即為配電網(wǎng)網(wǎng)格化，含有配電網(wǎng)網(wǎng)格化規(guī)劃。

配電網(wǎng)評價模型主要針對傳統(tǒng)的配電網(wǎng)規(guī)劃方法提出，面向不同的對象，評價模型側(cè)重點有所不同。文獻[1]通過魚骨分析法從網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、負荷供應(yīng)、 裝備技術(shù)、運行管理4個方面建立針對城市配電網(wǎng)的評價指標體系；文獻[2]從協(xié)調(diào)性、適應(yīng)性、經(jīng)濟性、可靠性等4個方面，建立適用于高壓配電網(wǎng)規(guī)劃的評價指標體系，但缺乏針對網(wǎng)格化電網(wǎng)規(guī)劃評價特有的指標。因此針對網(wǎng)格化規(guī)劃理念，提出基于層次分析法和德爾菲法相結(jié)合的網(wǎng)格化規(guī)劃評價模型，對網(wǎng)格展開多維度可量化的綜合校驗。分別從經(jīng)濟性、可靠性、可持續(xù)發(fā)展3個維度構(gòu)建了4個一級指標，13個二級指標。利用層次分析和德爾菲法確定各個指標權(quán)重，并結(jié)合專家打分法和曲線擬合求得各個指標的隸屬函數(shù)，最后，利用層次分析法得出配電網(wǎng)網(wǎng)格化規(guī)劃的綜合評價模型。本文研究的綜合評價模型能夠全面反映網(wǎng)格化規(guī)劃方案的特征要素，量化描述規(guī)劃的優(yōu)劣，引導(dǎo)相關(guān)部門做出正確的決策，具有一定的實用價值。

1　配電網(wǎng)網(wǎng)格化規(guī)劃

1.1網(wǎng)格化理念

網(wǎng)格定義是將某個區(qū)域按照一定規(guī)則，劃分成若干個網(wǎng)格狀的小單元，便于對區(qū)域進行更精細化的管理[3]。所謂“格”是指管理區(qū)域或?qū)ο蟊粍澐趾蟮目臻g單位，類似地塊、責任區(qū)等，可大可小；所謂“網(wǎng)”指的是若干個格組成的適當區(qū)域。

本文將網(wǎng)格化引入配電網(wǎng)，即將配電網(wǎng)網(wǎng)格化，是指將某一供電區(qū)域在地理上劃分成若干個相對獨立的、供電范圍不重疊的片區(qū)(供電網(wǎng)格)。對配電網(wǎng)以網(wǎng)格為單位進行管理，包括配電網(wǎng)的規(guī)劃、建設(shè)和運行維護等。這種管理方法能為配電網(wǎng)業(yè)擴接入、項目儲備、可靠性管理、線損管理、基礎(chǔ)臺賬管理及運行維護管理等方面提供更全面、更精細化的決策依據(jù)及參考。

1.2配電網(wǎng)網(wǎng)格化規(guī)劃

配電網(wǎng)網(wǎng)格化規(guī)劃是以地塊用電需求為導(dǎo)向，依據(jù)地區(qū)控制性詳細規(guī)劃對不同用地性質(zhì)和開發(fā)深度的地塊進行歸類，結(jié)合典型負荷預(yù)測模型，開展系統(tǒng)化負荷預(yù)測，同時按照差異化的規(guī)劃標準，分區(qū)域開展10kV一次網(wǎng)架布局，統(tǒng)籌配電網(wǎng)自動化、通信、保護配置等內(nèi)容?？紤]到網(wǎng)格化規(guī)劃是一種新的配電網(wǎng)規(guī)劃理念，為了確保規(guī)劃后的配電網(wǎng)安全經(jīng)濟運行，需建立一種全新的評價模型來全面準確地反映網(wǎng)格化配電網(wǎng)規(guī)劃的實際情況。

2　構(gòu)造配電網(wǎng)規(guī)劃評價模型

2.1配電網(wǎng)規(guī)劃評價模型的主要內(nèi)容

配電網(wǎng)規(guī)劃評價模型的主要內(nèi)容包括指標體系、指標權(quán)重、隸屬函數(shù)。

a) 指標體系。指標體系是為了對配電網(wǎng)規(guī)劃的某個參數(shù)或系統(tǒng)運行狀態(tài)進行評價而選取的一系列指標；不同地區(qū)不同項目的指標體系各不相同，根據(jù)不同配電網(wǎng)項目的特點，制定與其相適應(yīng)的指標體系[4]?？茖W合理選擇指標體系是配電網(wǎng)規(guī)劃評價的基礎(chǔ)，此外，每個指標的定義與計算方法也必須詳細合理。

b) 指標權(quán)重。指標的權(quán)重反映了各個指標對配電網(wǎng)項目的影響程度。指標對配電網(wǎng)項目的影響越大，權(quán)重越大，反之則越小[5]。指標權(quán)重選取越合理，評價結(jié)果就越科學，越貼近實際。

c) 隸屬函數(shù)。隸屬函數(shù)是指標值與指標值的評判分數(shù)的函數(shù)關(guān)系，一般是由曲線擬合求得。

2.2建立評價模型指標體系

從網(wǎng)格化規(guī)劃的績效、經(jīng)濟、可持續(xù)發(fā)展3個維度開展工作，其中，績效主要反映供電可靠性；經(jīng)濟性主要分析網(wǎng)格化劃分后需要改造的用戶比例和現(xiàn)有資源利用情況；可持續(xù)發(fā)展考察網(wǎng)格化規(guī)劃適應(yīng)負荷發(fā)展的能力，包括變電站負載均衡度和負荷適應(yīng)性兩個方面。由此3個維度可分解出可靠性、經(jīng)濟性、變電站負載均衡度、負荷適應(yīng)性4個一級指標，13個二級指標，其結(jié)構(gòu)如圖1所示。

注：“主變”為主變壓器的簡稱，下同。圖1　網(wǎng)格化配網(wǎng)規(guī)劃評價指標結(jié)構(gòu)

2.3計算評價模型指標權(quán)重

目前，確定指標權(quán)重的方法很多，但考慮到不同地區(qū)不同項目需制定不同的權(quán)值，采用層次分析法與菲德爾法相結(jié)合來確定指標權(quán)重，基本步驟如下：

a) 構(gòu)造比較判斷矩陣。由層次分析法結(jié)合德爾菲法，確定各單一指標的相對重要程度，構(gòu)造比較判斷矩陣。其中，對于指標i和指標j，以aij表示第i個要素與第j個要素相對上一層某個要素的重要性，而aji=l/aij。其中，aij的取值范圍是 1～9 及其倒數(shù)，1～9取值含義見表1。

b) 校驗判斷矩陣一致性。

c) 根據(jù)層次分析法，確定網(wǎng)格化配電網(wǎng)規(guī)劃校核模型各項指標權(quán)重。

表1aij的1～9取值含義

序號aij取值代表含義11要素i與要素j對上一層次要素的重要性相同23要素i比要素j略重要35要素i比要素j重要47要素i比要素j重要得多59要素i比要素j極其重要

設(shè)共有n個元素組成評價指標體系，則A=(aij)n×n為指標體系的比較矩陣。

2.4構(gòu)建評價模型指標隸屬函數(shù)

對指標值進行評分，需要制定指標值的合理取值范圍。指標值的“合理范圍”即是指標的評價判據(jù)，可以分為點值和區(qū)間兩種表示方式。采用點值的表現(xiàn)形式時，指標值的評分只有100分和0分兩種情況，指標值達到或者超過點值要求為100分，反之則為0分；采用區(qū)間表現(xiàn)方式時，指標值的分數(shù)會隨著指標值的取值變化。確定指標值的評價判據(jù)，需要參考相關(guān)專業(yè)的技術(shù)導(dǎo)則和相關(guān)專家長期的工作經(jīng)驗[6]。

本文采用百分制，根據(jù)不同指標的特點分別采用點值和區(qū)間2種評價判據(jù)。綜合多位電力專家的意見確定各個指標的評分判據(jù)。對于區(qū)間評價判據(jù)，為了使評價分數(shù)具有平滑性，選取最大分值100分，最小分值0分，中間分值20分、40分、60分、80分，共6點數(shù)據(jù)，通過曲線擬合得到各指標的隸屬函數(shù)，具體分析過程如下:

a) 確定各指標的隸屬函數(shù)類型。隸屬函數(shù)可以選用線性函數(shù)、二次函數(shù)、三次函數(shù)、對數(shù)函數(shù)及冪函數(shù)等函數(shù)形式進行擬合。由文獻[6]可知三次函數(shù)的擬合度最高，但是三次函數(shù)計算復(fù)雜，而二次函數(shù)的擬合度與三次函數(shù)相差不大，因此本文選用二次函數(shù)作指標值與評分判據(jù)的關(guān)系函數(shù)，即y=ax2+bx+c，其中，x代表指標值；y代表分數(shù)；a、b分別為二次項、一次項系數(shù)，c為隨機誤差項。

b) 確定各評分函數(shù)的二次函數(shù)曲線。先設(shè)定各指標最大值對應(yīng)的評分為100分，最小值對應(yīng)的評分為0分，中間分值為20分、40分、60分、80分，再結(jié)合相關(guān)技術(shù)導(dǎo)則規(guī)定和有關(guān)專家的工作經(jīng)驗，確定以上6個分數(shù)對應(yīng)的指標值。由以上6個坐標點進行二次曲線擬合，確定各個指標的二次函數(shù)曲線。本文選取部分指標值的隸屬函數(shù)見表2。

表2各指標二次函數(shù)

類別指標x取值范圍評分函數(shù):y=ax2+bx+cabc經(jīng)濟性用戶切割比例線路平均負載率主變平均負載率[0,40%]399.04-347.84100.00其他000[25%,65%]-208.14362.44-53.89[65%,90%]0-400360其他000[30%,55%]648.01-223.8628.25[55%,75%]0-400.00320.10其他000負荷適應(yīng)性網(wǎng)格供電能力平均裕度出線間隔裕度[20%,35%]-1428.401300.2-180.60[35%,70%]-174.46-35.69133.00其他000[5%,30%]-1453.20845.50-22.20[30%,70%]-100.52-106.06142.08其他000

2.5評價模型

根據(jù)表2給出的各個指標的隸屬函數(shù)，結(jié)合各指標的指標值，得出評價對象的各指標得分，逆推計算得出上一層的指標評價得分。網(wǎng)格化配電網(wǎng)規(guī)劃評價模型公式為

(1)

式中：Y為指標的總評分；Yj為某一級或二級指標的評分；Wj為該指標權(quán)重。

3　實例分析

以上海浦東核心區(qū)陸家嘴金融片區(qū)為例，依據(jù)配電網(wǎng)網(wǎng)格劃分原則、劃分方法，將陸家嘴金融片區(qū)劃分為14個網(wǎng)格，每個網(wǎng)格都不重疊，且具有運行獨立性。應(yīng)用網(wǎng)格化規(guī)劃評價模型結(jié)合各位專家意見，綜合各位專家意見后，各項指標類型和理想值結(jié)果見表3。

以各指標的理想中間值為基礎(chǔ)，采用二次擬合曲線，對陸家嘴金融片區(qū)的配電網(wǎng)網(wǎng)格化規(guī)劃進行評價，網(wǎng)格的各指標值及得分情況見表4，總得分93.59，整體規(guī)劃水平優(yōu)良。

表3配電網(wǎng)綜合評價體系指標類型以及理想值

類別指標指標類型理想值經(jīng)濟性用戶切割比例負指標0線路平均負載率中間值指標60～70主變平均負載率中間值指標50～60可靠性供電可靠率RS-3正指標99.999線路“N-1”通過率正指標100主變“N-1”通過率正指標100變電站l0kV母線“N-1”通過率正指標100變電站全停平均負荷損失比例負指標0變電站負載均衡程度重過載變電站比例負指標0輕載變電站比例負指標0變電站站內(nèi)主變負載均衡度負指標0負荷適應(yīng)性網(wǎng)格供電能力平均裕度中間值指標20～40出線間隔裕度中間值指標20～40

表4陸家嘴金融片區(qū)網(wǎng)格化規(guī)劃評分結(jié)果

指標指標值/%模糊評分值權(quán)重總評分用戶切割比例線路平均負載率主變平均負載率供電可靠率RS-3線路“N-1”通過率主變“N-1”通過率變電站10kV母線“N-1”通過率變電站全停平均負荷損失比例重過載變電站比例輕載變電站比例變電站站內(nèi)主變負載均衡度網(wǎng)格供電能力平均裕度出線間隔裕度045.6846.9899.991001001000005.2254.3217.82100.0068.2466.10100.00100.00100.00100.00100.00100.00100.0095.9062.1482.320.210.040.030.280.080.060.040.010.100.020.030.070.0293.59

從變電站負載均衡度、經(jīng)濟性、負荷適應(yīng)性、可靠性等4方面進行綜合考察，浦東核心區(qū)開展的網(wǎng)格化規(guī)劃整體情況見表5。

表5一級指標得分統(tǒng)計

類別權(quán)重分數(shù)經(jīng)濟性0.2891.83可靠性0.47100變電站負載均衡0.1699.18負荷適應(yīng)性0.0966.58

從表5可以看出，核心區(qū)區(qū)域網(wǎng)格方案在經(jīng)濟性、可靠性和變電站負載均衡方面均達優(yōu)秀水平，但負荷適應(yīng)性僅達到及格水平，具體分析如下：

a) 經(jīng)濟性方面。經(jīng)濟性得分91.83分，分數(shù)達到優(yōu)秀水平。用戶切割比例分數(shù)為滿分。線路、主變平均負載率得分屬于中等水平，造成的主要原因是，網(wǎng)格化規(guī)劃具有前瞻性，需要為以后的負荷發(fā)展留有一定的裕度。

b) 可靠性方面?？煽啃缘梅譃闈M分。供電可靠率RS-3、線路“N-1”通過率、主變“N-1”通過率、變電站10 kV母線“N-1”通過率都是滿分。

c) 變電站負載均衡度方面。變電站負載均衡度得分99.18分，接近滿分。重過載、輕載變電站比例得分都是滿分。變電站站內(nèi)負載均衡度分數(shù)也接近滿分。

d) 負荷適應(yīng)性方面。負荷適應(yīng)性得分66.58分，分數(shù)剛過及格線。出線間隔裕度屬于良好水平，網(wǎng)格供電能力平均裕度分數(shù)較低。

綜述所述，本文提出的評價模型校驗上海金融片區(qū)規(guī)劃工程，評價總分為93.59，總體評價良好。該項目后評估、評價得分95.06分，兩者評估得分相差較小，說明網(wǎng)格化規(guī)劃評價模型具有一定的實用價值，值得推廣。

4　結(jié)束語

通過層次分析法和德爾菲法構(gòu)建了能體現(xiàn)網(wǎng)格化規(guī)劃特點的配電網(wǎng)網(wǎng)格化規(guī)劃評價模型。選取上海浦東核心區(qū)的陸家嘴金融片區(qū)做算例驗證，得出如下結(jié)論：

a)陸家嘴金融片區(qū)網(wǎng)格化規(guī)劃總體得分93.59分。 總體評價優(yōu)良，說明網(wǎng)格化劃分及網(wǎng)格規(guī)劃合理。

b)陸家嘴金融片區(qū)網(wǎng)格化規(guī)劃經(jīng)濟性、可靠性、變電站負載均衡度、負荷適應(yīng)性得分分別為91.83分、100分、99.18分、66.58分。負荷適應(yīng)性較差，原因在于網(wǎng)格供電能力平均裕度分數(shù)較低。

綜上所述，利用本文構(gòu)建的配電網(wǎng)網(wǎng)格化規(guī)劃評價模型，不僅可以對整塊區(qū)域的網(wǎng)格化規(guī)劃結(jié)果進行綜合評價，而且也可分別從經(jīng)濟性、可靠性、變電站負載均衡度、負荷適應(yīng)性4個方面對網(wǎng)格化規(guī)劃結(jié)果進行評價。本文構(gòu)建的配電網(wǎng)網(wǎng)格化規(guī)劃評價模型可以對配電網(wǎng)網(wǎng)格化規(guī)劃展開科學合理的評價，對推廣配電網(wǎng)網(wǎng)格化規(guī)劃具有重要意義。

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華月申(1983) ，男，上海人。工程師，工學碩士，主要從事電網(wǎng)規(guī)劃工作。

(編輯王夏慧)

EvaluationModelforPowerDistributionNetworkPlanningBasedonGridConcept

WANGSaiyi1,WUZhenghua1,HUAYueshen1,XIEQihui2,LIHongying2,HOUSiwei2,ZHAOYanfen2

(1.PudongPowerSupplyCompanyofStateGridShanghaiMunicipalElectricPowerCompany,Shanghai200122,China;2.ShanghaiHezePowerEngineeringDesign&ConsultingCo.,Ltd.,Shanghai200433,China)

Inordertocomprehensivelyandaccuratelyreflecttheactualsituationofgriddingpowerdistributionnetworkplanning,akindofnewevaluationmodelisconstructedfordevelopingmulti-dimensionalandmeasurablecomprehensivecheckforthegrid.Hierarchyanalysismethodisusedtoestablish3DevaluationindexandDelphimethodiscombinedtodetermineweightofeachindex.Bymeansofcurvematching,indexfunctionisestablishedandgriddingevaluationmodelisbuilt.Finally,financialareaofPudongLujiazuicoreareaofShanghaiisselectedasanexampleforverification.Inthreeaspectsincludingeconomy,reliabilityandsustainabledevelopment,overallgriddingplanningisevaluated.Resultsindicatethattheconstructedevaluationmodelisabletocomprehensivelyreflectcharacteristicfactorsoftheplanningschemeandquantitativelydescribeprosandconsoftheplanningwhichmayguiderelateddepartmentstomakerightdecisions.

powerdistributionnetwork;gridding;hierarchyanalysismethod;Delphimethod

2016-04-14

國家自然基金資助項目(201451307104)

10.3969/j.issn.1007-290X.2016.07.010

TM715

A

1007-290X(2016)07-0049-04

王賽一(1978)，男，上海人。高級工程師，工學博士，長期從事配電網(wǎng)規(guī)劃工作。

吳正驊(1984)，男，上海人。高級工程師，工學碩士，從事城市配電網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃方面的工作。