基于灰色關(guān)聯(lián)度的110千伏主網(wǎng)基建模型研究

丁萍剛， 楊洲， 王祎

(國(guó)網(wǎng)衢州供電公司，浙江 衢州 324000)

0 引 言

110 千伏主網(wǎng)建設(shè)能夠大大提高區(qū)域供電可靠性及網(wǎng)架發(fā)展適應(yīng)性，提供更加可靠充足的電力供應(yīng)，為助力地方區(qū)域經(jīng)濟(jì)社會(huì)高質(zhì)量發(fā)展提供有力的電力支撐[1]。因此為優(yōu)化國(guó)家電力產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，電網(wǎng)企業(yè)大力投資建設(shè)110 千伏主網(wǎng)基建工程。但建設(shè)過程中易受自然因素、經(jīng)濟(jì)因素及建設(shè)項(xiàng)目自身等因素的影響，導(dǎo)致基建工程質(zhì)量與工程項(xiàng)目風(fēng)險(xiǎn)管控不穩(wěn)定[2]。在確保國(guó)家電網(wǎng)高效穩(wěn)定的前提下，合理地管理110 千伏主網(wǎng)基建模型，增大國(guó)家電網(wǎng)建設(shè)的收益能力已經(jīng)成為國(guó)家電網(wǎng)公司亟需解決的問題。

目前，國(guó)家電網(wǎng)在資金投資預(yù)算和主網(wǎng)基建等方面進(jìn)行了探索，電力部門也對(duì)主網(wǎng)基建模型開始了一些新的研究。然而，由于110 千伏主網(wǎng)基建投資測(cè)算關(guān)系復(fù)雜、影響因素多等原因，缺乏考慮因素全面的主網(wǎng)基建模型。隨著國(guó)家電網(wǎng)體制改革的逐步深化，電網(wǎng)的經(jīng)濟(jì)效益在投資決策中占據(jù)的比例越來越大，主網(wǎng)基建主體的多元化對(duì)110 千伏主網(wǎng)基建建模提出了新的挑戰(zhàn)[3]。針對(duì)上述背景及存在問題，本文對(duì)110 千伏主網(wǎng)基建的相關(guān)指標(biāo)進(jìn)行分析，將灰色關(guān)聯(lián)度應(yīng)用到了主網(wǎng)基建模型設(shè)計(jì)中，提高主網(wǎng)基建模型的有效性。

1 基于灰色關(guān)聯(lián)度的110 千伏主網(wǎng)基建模型設(shè)計(jì)

1.1 選取110 千伏主網(wǎng)基建特征

每一個(gè)城市的110 千伏主網(wǎng)基建投資額及運(yùn)行變化趨勢(shì)不同，導(dǎo)致每一個(gè)110 千伏主網(wǎng)基建數(shù)據(jù)指標(biāo)計(jì)算出的灰色關(guān)聯(lián)度數(shù)值也不同?；疑P(guān)聯(lián)度分析屬于灰色關(guān)聯(lián)分析方法中的一種，能夠根據(jù)所研究項(xiàng)目的發(fā)展趨勢(shì)提供量化的度量，具有計(jì)算量較小的優(yōu)勢(shì)，適合主網(wǎng)基建過程的動(dòng)態(tài)分析[4]，可以提取出影響主網(wǎng)基建運(yùn)行的因素，從而提高主網(wǎng)建設(shè)效率。若按各城市110 千伏主網(wǎng)基建運(yùn)行影響因素的選擇策略進(jìn)行因素選擇，則各城市主網(wǎng)基建運(yùn)行影響因素會(huì)存在差異，在進(jìn)行110 千伏主網(wǎng)基建運(yùn)行影響因素回歸樹訓(xùn)練時(shí)，就無法選擇特征相近的城市數(shù)據(jù)一起參與訓(xùn)練。因此需要選取統(tǒng)一的主網(wǎng)基建特征，來保證多個(gè)城市的主網(wǎng)基建特征與主網(wǎng)建設(shè)效率之間的關(guān)聯(lián)性。選取5個(gè)城市的110 千伏主網(wǎng)基建運(yùn)行影響因素與主網(wǎng)建設(shè)效率數(shù)據(jù)，計(jì)算兩者之間的灰色關(guān)聯(lián)度，計(jì)算結(jié)果如表1所示。

表1 主網(wǎng)基建運(yùn)行影響因素與主網(wǎng)建設(shè)效率的灰色關(guān)聯(lián)度數(shù)據(jù)

根據(jù)110 千伏主網(wǎng)基建運(yùn)行影響因素與主網(wǎng)建設(shè)效率之間的關(guān)聯(lián)度數(shù)值，制訂主網(wǎng)基建特征選取步驟。

Step 1：將所有關(guān)聯(lián)度數(shù)值排序，選取每個(gè)城市前t個(gè)110 千伏主網(wǎng)基建數(shù)據(jù)指標(biāo)。

Step 2：統(tǒng)計(jì)5個(gè)城市的110 千伏主網(wǎng)基建特征數(shù)據(jù)指標(biāo)i，前t個(gè)110 千伏主網(wǎng)基建數(shù)據(jù)指標(biāo)出現(xiàn)的次數(shù)ni。

Step 3：刪除影響最小的110 千伏主網(wǎng)基建數(shù)據(jù)指標(biāo)。

Step 4：如果剩下的110 千伏主網(wǎng)基建數(shù)據(jù)量小于20，直接進(jìn)入第五步；否則刪除出現(xiàn)次數(shù)最少的c個(gè)指標(biāo)，令t=t-c，重復(fù)第一步[5]。

Step 5：綜合主網(wǎng)基建數(shù)據(jù)類別、出現(xiàn)次數(shù)ni，選取6個(gè)主網(wǎng)基建數(shù)據(jù)指標(biāo)作為110 千伏主網(wǎng)基建特征。

110 千伏主網(wǎng)基建特征選取步驟的流程如圖1所示。

圖1 110 千伏主網(wǎng)基建特征選取步驟流程

為了防止110 千伏主網(wǎng)基建特征出現(xiàn)差別，通過計(jì)算110 千伏主網(wǎng)基建運(yùn)行影響因素與主網(wǎng)建設(shè)效率之間的灰色關(guān)聯(lián)性，制訂了110 千伏主網(wǎng)基建特征選取步驟，完成了主網(wǎng)基建特征的選取[6]。

1.2 聚類處理110 千伏主網(wǎng)基建特征數(shù)據(jù)

利用均值聚類的最優(yōu)策略對(duì)110 千伏主網(wǎng)基建數(shù)據(jù)進(jìn)行聚類處理，最優(yōu)策略會(huì)將主網(wǎng)基建數(shù)據(jù)看作附加變量，優(yōu)化操作在附加變量上進(jìn)行，從而提高主網(wǎng)建設(shè)效率。主網(wǎng)基建數(shù)據(jù)聚類處理流程的具體實(shí)現(xiàn)步驟如下。

Step 1：整理110 千伏主網(wǎng)基建數(shù)據(jù)。

收集110 千伏主網(wǎng)基建數(shù)據(jù)樣本，用x1表示。設(shè)xij為待處理數(shù)據(jù)，將其加入110 千伏主網(wǎng)基建數(shù)據(jù)集合[7]。

Step 2：設(shè)置待處理數(shù)據(jù)的初始值。

Step 3：110 千伏主網(wǎng)基建數(shù)據(jù)隨機(jī)分類。

將110 千伏主網(wǎng)基建數(shù)據(jù)隨機(jī)分成c類，隨機(jī)得到每一類的初始聚類中心[8]。

Step 4：迭代次數(shù)初始化。

Step 5：計(jì)算灰色關(guān)聯(lián)度。

對(duì)于110 千伏主網(wǎng)基建數(shù)據(jù)的每一個(gè)110 千伏主網(wǎng)基建數(shù)據(jù)元素xij，利用式(1)計(jì)算得到110 千伏主網(wǎng)基建數(shù)據(jù)的灰色關(guān)聯(lián)度公式。

(1)

110 千伏主網(wǎng)基建數(shù)據(jù)的灰色關(guān)聯(lián)度需滿足以下條件：

uij>0

(2)

(3)

式中:uij為在第i個(gè)指標(biāo)中j序列中的理想關(guān)聯(lián)系數(shù)。

Step 6：更新110 千伏主網(wǎng)基建數(shù)據(jù)聚類中心。

根據(jù)式(4)來更新110 千伏主網(wǎng)基建數(shù)據(jù)聚類中心。

(4)

式中:xj為給定聚類數(shù)；m為聚類密度。

Step 7：計(jì)算待處理110 千伏主網(wǎng)基建數(shù)據(jù)的關(guān)聯(lián)度。

對(duì)于待處理數(shù)據(jù)集合中的每一個(gè)待處理110 千伏主網(wǎng)基建數(shù)據(jù)xi′j′，利用式(5)計(jì)算待處理110 千伏主網(wǎng)基建數(shù)據(jù)的關(guān)聯(lián)度[9]。

(5)

式中:r為迭代次數(shù)；ui為在第i個(gè)指標(biāo)的緊鄰均值。

Step 8：判斷迭代計(jì)算是否滿足結(jié)束條件，如果不滿足，進(jìn)入Step 9，否則進(jìn)入Step 10完成數(shù)據(jù)處理。

Step 9：令r=r+1，返回step 5。

Step 10：得到110 千伏主網(wǎng)基建數(shù)據(jù)聚類結(jié)果。

基于灰色關(guān)聯(lián)度的110 千伏主網(wǎng)基建數(shù)據(jù)聚類處理流程如圖2所示。

圖2 基于灰色關(guān)聯(lián)度的110 千伏主網(wǎng)基建數(shù)據(jù)聚類處理流程

以上根據(jù)110 千伏主網(wǎng)基建數(shù)據(jù)處理流程，將110 千伏主網(wǎng)基建數(shù)據(jù)整理并設(shè)置初始值，依據(jù)主網(wǎng)基建數(shù)據(jù)的隨機(jī)分類結(jié)果，計(jì)算了110 千伏主網(wǎng)基建數(shù)據(jù)的關(guān)聯(lián)度矩陣。利用110 千伏主網(wǎng)基建數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)度結(jié)束條件，完成110 千伏主網(wǎng)基建數(shù)據(jù)的聚類處理。

1.3 構(gòu)建110 千伏主網(wǎng)基建模型

依據(jù)基建數(shù)據(jù)聚類結(jié)果，采用數(shù)學(xué)方法構(gòu)建基于灰色關(guān)聯(lián)度的110 千伏主網(wǎng)基建模型，從已知主網(wǎng)基建聚類數(shù)據(jù)中獲取主網(wǎng)負(fù)荷和線路負(fù)載信息，來提高主網(wǎng)建設(shè)效率?；〝?shù)據(jù)指標(biāo)體系具有數(shù)據(jù)量少、變化趨勢(shì)不穩(wěn)定等特點(diǎn)[10]，需要從數(shù)據(jù)中尋找歷史數(shù)據(jù)的變化規(guī)律構(gòu)建模型，具體步驟如下。

Step 1：預(yù)處理110 千伏主網(wǎng)基建數(shù)據(jù)。

設(shè)n年主網(wǎng)基建數(shù)據(jù)的歷史序列Y0為：

Y0=[y0(1),y0(2),…,y0(n)]

(6)

對(duì)110 千伏主網(wǎng)基建數(shù)據(jù)的歷史序列進(jìn)行一次累加，得到：

(7)

式中:y1(k)為主網(wǎng)基建數(shù)據(jù)做一次累加處理后的指標(biāo)值；y0(i)為主網(wǎng)基建數(shù)據(jù)歷史值。

Step 2：根據(jù)灰色關(guān)聯(lián)度計(jì)算110 千伏主網(wǎng)基建數(shù)據(jù)的灰色關(guān)聯(lián)度：

(8)

通過計(jì)算110 千伏主網(wǎng)基建運(yùn)行影響因素與主網(wǎng)建設(shè)效率之間的關(guān)聯(lián)性，制訂了主網(wǎng)基建特征選取步驟，完成了基建特征的選?。辉O(shè)置主網(wǎng)基建數(shù)據(jù)初始值，依據(jù)基建數(shù)據(jù)的隨機(jī)分類結(jié)果，利用基建數(shù)據(jù)灰色關(guān)聯(lián)度結(jié)束條件，完成主網(wǎng)基建數(shù)據(jù)的聚類處理；實(shí)現(xiàn)基于灰色關(guān)聯(lián)度的110 千伏主網(wǎng)基建模型設(shè)計(jì)。

2 仿真試驗(yàn)與分析

2.1 試驗(yàn)環(huán)境

為檢驗(yàn)此次構(gòu)建模型的有效性，以基建工程質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)(WHS)合格率及基建的建設(shè)風(fēng)險(xiǎn)值為試驗(yàn)指標(biāo)，與基于BIM構(gòu)建的模型、基于運(yùn)營(yíng)數(shù)據(jù)的模型作對(duì)比。以浙江省某110 千伏工程項(xiàng)目基建數(shù)據(jù)為試驗(yàn)樣本。采用電力系統(tǒng)的分析軟件ETAP進(jìn)行仿真建模。

2.2 主網(wǎng)基建質(zhì)量合格率對(duì)比

為驗(yàn)證此次構(gòu)建模型的有效性，在仿真平臺(tái)運(yùn)用三種模型建設(shè)110 千伏主網(wǎng)基建工程，檢驗(yàn)不同模型的主網(wǎng)基建質(zhì)量。以WHS合格率作為評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。WHS合格率的指標(biāo)考核內(nèi)容為工程實(shí)體質(zhì)量水平和施工、監(jiān)理、建設(shè)和設(shè)計(jì)等單位的現(xiàn)場(chǎng)質(zhì)量管理水平，是評(píng)價(jià)電網(wǎng)基建工程質(zhì)量的指標(biāo)之一[11]。WHS合格率以一周為報(bào)送周期，其計(jì)算公式如式(9)所示。

(9)

式中:μ為本項(xiàng)工程WHS質(zhì)量控制點(diǎn)執(zhí)行抽檢合格點(diǎn)數(shù)；φ為抽檢總點(diǎn)數(shù)。WHS合格率Q≥80%時(shí)，項(xiàng)目質(zhì)量為合格。

基于上述試驗(yàn)環(huán)境，對(duì)比不同模型的基建工程合格率，具體WHS合格率試驗(yàn)結(jié)果如圖3所示。

圖3 不同模型的基建工程合格率

由圖3對(duì)比結(jié)果可知，對(duì)比其他兩種模型的WHS合格率，所設(shè)計(jì)模型的WHS合格率高于90%，說明基建工程質(zhì)量較佳。因?yàn)樵撃Ｐ瓦x取了主網(wǎng)基建特征，并對(duì)特征數(shù)據(jù)進(jìn)行了聚類處理，提高了基建工程的WHS合格率。

2.3 基建工程項(xiàng)目風(fēng)險(xiǎn)對(duì)比

為驗(yàn)證此次設(shè)計(jì)模型的建設(shè)效率，對(duì)比三種方法的基建工程項(xiàng)目風(fēng)險(xiǎn)。由于工程項(xiàng)目風(fēng)險(xiǎn)包含的內(nèi)容較多，選擇與110 千伏主網(wǎng)基建關(guān)系較為緊密的三個(gè)方面(技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)、運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)和環(huán)節(jié)控制風(fēng)險(xiǎn))作為主要考察指標(biāo)[12]，得到整體建設(shè)風(fēng)險(xiǎn)計(jì)算公式。

D=P+F+S

(10)

式中：P為技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)；F為運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)；S為環(huán)節(jié)控制風(fēng)險(xiǎn)。不同的風(fēng)險(xiǎn)通過風(fēng)險(xiǎn)可能發(fā)生的概率、頻率以及嚴(yán)重程度的量化數(shù)值乘積計(jì)算，不同風(fēng)險(xiǎn)的量化值范圍均為1～10?；谏鲜鲈囼?yàn)環(huán)境及建設(shè)風(fēng)險(xiǎn)計(jì)算公式，對(duì)比三種模型的基建工程項(xiàng)目風(fēng)險(xiǎn)，具體結(jié)果如圖4所示。

從圖4可以看出，對(duì)比模型的基建工程項(xiàng)目風(fēng)險(xiǎn)值均高于12，而所設(shè)計(jì)模型的風(fēng)險(xiǎn)值則低于5，遠(yuǎn)小于其他兩種模型的建設(shè)風(fēng)險(xiǎn)。所設(shè)計(jì)的模型計(jì)算了影響主網(wǎng)基建運(yùn)行因素與主網(wǎng)建設(shè)效率之間的灰色關(guān)聯(lián)度，排除了關(guān)聯(lián)度較低的因素，降低了建設(shè)風(fēng)險(xiǎn)。

圖4 不同模型的基建工程項(xiàng)目風(fēng)險(xiǎn)

3 結(jié)束語

針對(duì)主網(wǎng)基建過程影響因素較多的問題，提出了基于灰色關(guān)聯(lián)度的110 千伏主網(wǎng)基建模型研究。對(duì)影響主網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施運(yùn)行的因素和主網(wǎng)建設(shè)效率進(jìn)行灰色關(guān)聯(lián)計(jì)算，剔除關(guān)聯(lián)程度低的影響因素，選取主網(wǎng)基建特征數(shù)據(jù)并對(duì)其進(jìn)行聚類處理。結(jié)合主網(wǎng)歷史序列數(shù)據(jù)構(gòu)建主網(wǎng)基建函數(shù)模型，通過主網(wǎng)基建模型的構(gòu)建，實(shí)現(xiàn)了基于灰色關(guān)聯(lián)度的110 千伏設(shè)計(jì)。仿真試驗(yàn)表明，此次設(shè)計(jì)模型的基建工程WHS合格率高于90%，且基建風(fēng)險(xiǎn)較低。