配電網(wǎng)網(wǎng)格化運(yùn)行狀態(tài)綜合評價

武晨晨，苗 霽，祝佳楠，陳 鵬

（1.國網(wǎng)江蘇省電力有限公司宿遷供電分公司，江蘇 宿遷 223800；2.南京理工大學(xué) 自動化學(xué)院，江蘇 南京 210094）

近年來，高速發(fā)展的經(jīng)濟(jì)使得配電網(wǎng)需要進(jìn)行進(jìn)一步優(yōu)化，提升供電質(zhì)量，增加供電可靠性，改善配網(wǎng)結(jié)構(gòu)等各個領(lǐng)域協(xié)同發(fā)展。要全方位掌握全國各地城市配電網(wǎng)發(fā)展情況，必須建立一個科學(xué)、合理的城市配電網(wǎng)網(wǎng)格化綜合評估指標(biāo)體系，發(fā)現(xiàn)城市配電網(wǎng)網(wǎng)格化中存在的問題，為城市配電網(wǎng)網(wǎng)格化發(fā)展指引方向。

文獻(xiàn)[1]采用序關(guān)系分析法和基于指標(biāo)相關(guān)性的賦權(quán)法進(jìn)行主客觀組合賦權(quán)的直流多饋入受端系統(tǒng)故障排序方法。文獻(xiàn)[2]采用模糊綜合評價法實(shí)現(xiàn)整個配電網(wǎng)狀況的評估，結(jié)果更為準(zhǔn)確全面。本文從配電網(wǎng)五個方面建立了配電網(wǎng)網(wǎng)格化綜合評價指標(biāo)體系。將指標(biāo)數(shù)據(jù)分為3 類，根據(jù)指標(biāo)的本身特性制定評分標(biāo)準(zhǔn)，并利用數(shù)據(jù)擬合工具得到各指標(biāo)的評分函數(shù)，通過主觀法與客觀法兩者有機(jī)結(jié)合求出指標(biāo)綜合權(quán)重，從而建立地區(qū)配電網(wǎng)網(wǎng)格化綜合評價模型。最后，通過對江蘇省某市配電網(wǎng)網(wǎng)格化的實(shí)際評價驗(yàn)證了綜合評價模型的有效性。

1 評價體系構(gòu)建

1.1 指標(biāo)體系構(gòu)建原則

1.1.1 具有全面性

配電網(wǎng)含有大量影響其運(yùn)行性能指標(biāo)，因此需反映出具有經(jīng)濟(jì)性、技術(shù)性、適應(yīng)性和社會性的指標(biāo)，才能保證對配電網(wǎng)網(wǎng)格化進(jìn)行綜合評價具有客觀性和科學(xué)性。

1.1.2 具有可測性

因需要大量數(shù)據(jù)為權(quán)重分配和評價模型做鋪墊，配電網(wǎng)網(wǎng)格化綜合評價中各指標(biāo)具有便于采集，便于測量的特點(diǎn)，為后期的數(shù)據(jù)處理及分析帶來簡便。

1.1.3 具有可比性

需要選擇具有可比性的相關(guān)指標(biāo)，使后期的權(quán)重分配能夠具有科學(xué)性和說服力，并且突出具有指導(dǎo)性的評價。

1.1.4 具有獨(dú)立性和全面性

因配電網(wǎng)網(wǎng)格化的指標(biāo)較多且部分指標(biāo)具有一定相關(guān)性，因此有必要盡可能避免指標(biāo)重疊，使指標(biāo)具有獨(dú)立性和全面性，保證評價模型的全面性。

1.2 指標(biāo)體系框架

以網(wǎng)架結(jié)構(gòu)水平對于供電可靠率的影響為例，主要體現(xiàn)在上級變電全停時負(fù)荷轉(zhuǎn)移能力、中壓線聯(lián)絡(luò)情況以及網(wǎng)架調(diào)整操作的靈活便利等，構(gòu)成的三級指標(biāo)均為以上考慮到的相關(guān)影響因素。同理，可以得到其他四方面的三級指標(biāo)，從而得出配電網(wǎng)網(wǎng)格化發(fā)展綜合評價指標(biāo)體系。如圖1 所示。C1、C2、C3等為三級指標(biāo)簡稱，D1、D2等為相應(yīng)三級指標(biāo)下的因素層指標(biāo)簡稱。

圖1 配電網(wǎng)網(wǎng)格化綜合評價指標(biāo)體系

2 評價方法

2.1 層次分析法原理

層次分析法是一種定性與定量相結(jié)合的多屬性決策方法[3]，其基本原理是通過具有遞階層次結(jié)構(gòu)的相關(guān)因素（目標(biāo)、準(zhǔn)則、對象）來評價方案。構(gòu)造比較判別矩陣進(jìn)行兩兩比較，然后將判別矩陣的最大特征根對應(yīng)的特征向量歸一化，其數(shù)值為同一層次因素相對于上一層次的權(quán)重，最后綜合求出各方案的權(quán)重。

應(yīng)用AHP 法確定指標(biāo)主觀權(quán)重步驟如下。

（1）建立層次結(jié)構(gòu)模型：目標(biāo)層為實(shí)現(xiàn)對配電網(wǎng)網(wǎng)格化運(yùn)行狀態(tài)的評價，準(zhǔn)則層為網(wǎng)架水平、裝備水平、負(fù)荷供應(yīng)能力、運(yùn)行水平及投資效益5 個二級指標(biāo)，因素層是準(zhǔn)則層更為精細(xì)的分支。

（2）構(gòu)造判別矩陣：構(gòu)造判別矩陣B=（Bij）n×n對同一層次因素相對上級層次的重要性進(jìn)行兩兩比較。Bij表示因素i 相對于因素j 對于目標(biāo)的重要程度[4]。通過邀請?jiān)擃I(lǐng)域?qū)＜沂褂胹aaty 九級標(biāo)度法對各層次進(jìn)行多次打分，最后構(gòu)造出各層次的判別矩陣。

（3）層次單排序與一致性檢驗(yàn)：計(jì)算該層次因素的相對權(quán)重，具體步驟為：

a.對判斷矩陣各列進(jìn)行歸一化處理

b.對處理后的判斷矩陣按行相加

d.一致性檢驗(yàn)

多目標(biāo)評價問題通常都是復(fù)雜的非線性問題，會使判斷帶有主觀性和片面性。完全要求每次比較判斷的思維標(biāo)準(zhǔn)一致是困難的，因此可能會出現(xiàn)評價結(jié)論矛盾的情況[5]。有必要通過一致性檢驗(yàn)來判斷評價結(jié)果的準(zhǔn)確性。求出一致性比率CR 值。CR=CI/RI，CI 為判斷矩陣一致性指標(biāo)，RI 則為不同階數(shù)矩陣的隨機(jī)一致性指標(biāo)。由此可知，首先需求出，式中，λmax為判斷矩陣最大特征根，然后引入隨機(jī)一致性指標(biāo)RI，見表1。從而求得CR=CI/RI。若求得CR 值小于0.1，則判斷矩陣通過一致性檢驗(yàn)，否則需進(jìn)行調(diào)整。

表1 隨機(jī)一致性指標(biāo)

（4）層次總排序與一致性檢驗(yàn)：層次總排序?yàn)樗幸蛩叵鄬τ谀繕?biāo)層的重要性權(quán)重。這一過程是從目標(biāo)層到因素層依次進(jìn)行逐層計(jì)算，為該要素各隸屬層層次單排序的累積乘積，其結(jié)果為該指標(biāo)在層次分析法下對于目標(biāo)的重要性權(quán)重。其結(jié)果仍需要進(jìn)行一致性檢驗(yàn)來判斷合理性，CR=CI/RI，其中。當(dāng)CR 值小于0.1 時，則認(rèn)為通過一致性檢驗(yàn)。

2.2 熵權(quán)法原理

通過熵的性質(zhì)，計(jì)算出各個指標(biāo)的熵值，如果某個指標(biāo)的信息熵越小，就表明該指標(biāo)變異程度越大，提供的信息量越大，在綜合評價中的作用也就越大，相應(yīng)的該指標(biāo)因其突出作用能被分配到更多的權(quán)重。

熵權(quán)法求解客觀權(quán)重步驟。

（1）數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化處理：

本文運(yùn)用“最小-最大值標(biāo)準(zhǔn)化”法對指標(biāo)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理。其中xij為第i 條規(guī)則下的第j 條因素指標(biāo)的原始數(shù)據(jù)，maxxij正向指標(biāo)的最大值，亦為正向指標(biāo)理想值。minxij為負(fù)向指標(biāo)的最小值，亦為負(fù)向指標(biāo)理想值。為標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)據(jù)。則，

正向指標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)化處理

負(fù)向指標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)化處理

（2）計(jì)算第j 指標(biāo)下樣本的特征比重：

（3）計(jì)算第j 項(xiàng)指標(biāo)的熵值：

（4）對第j 項(xiàng)指標(biāo)的差異化系數(shù)進(jìn)行計(jì)算，差異系數(shù)的計(jì)算公式為：

（5）將差異系數(shù)歸一化，得到指標(biāo)的權(quán)重：

2.3 指標(biāo)組合權(quán)重確定

通過層次分析法求得的主觀權(quán)重ωs和熵權(quán)法求得的客觀權(quán)重ωk線性組合便可得指標(biāo)的組合權(quán)重[6]。組合權(quán)重的結(jié)果由ωs和ωk的分配系數(shù)的確定決定。

組合權(quán)重ωz：這里取α=0.5，β=0.5。

2.4 指標(biāo)評價判據(jù)制定

指標(biāo)的評價標(biāo)準(zhǔn)是判斷指標(biāo)優(yōu)劣的重要判別依據(jù)，依據(jù)該“標(biāo)尺”可以衡量不同量綱和數(shù)量級的指標(biāo)的優(yōu)劣，直觀地表現(xiàn)指標(biāo)在配電網(wǎng)網(wǎng)格化中的具體情況。由于各個指標(biāo)之間存在差異，如計(jì)算公式和含義等不同，需對指標(biāo)進(jìn)行規(guī)范化處理后才能對評價目標(biāo)進(jìn)行綜合評價。在實(shí)際的使用中，按照指標(biāo)的具體特性可把指標(biāo)類型分為成本型、效益型和適中型3 類，其函數(shù)曲線如圖2 所示。

圖2 評分函數(shù)曲線示例

本文采用的是1-100 標(biāo)度[7]。綜合考慮配電網(wǎng)實(shí)際發(fā)展情況和指標(biāo)性質(zhì)，并通過相關(guān)文獻(xiàn)資料以及相關(guān)領(lǐng)域?qū)＜乙庖娭贫?biāo)評分標(biāo)準(zhǔn)。以中壓線路聯(lián)絡(luò)率為例。其結(jié)果見表2，表3。

表2 指標(biāo)類型與評分標(biāo)準(zhǔn)設(shè)置

表3 綜合評價指標(biāo)體系評分函數(shù)

通過擬合的函數(shù)計(jì)算出各個指標(biāo)的具體得分yi，將得分與權(quán)重做線性組合得到該網(wǎng)格的綜合評分：

3 算例分析

為驗(yàn)證所提配電網(wǎng)網(wǎng)格化評價方法的有效性，本案例以某市6 個片區(qū)典型網(wǎng)格化A～F 作為評價對象進(jìn)行綜合評價。

3.1 主觀權(quán)重

根據(jù)上一節(jié)所述步驟，采用層次分析法對各項(xiàng)因素的主觀權(quán)重進(jìn)行計(jì)算。以一位專家對5 個二級指標(biāo)打分表為例?？傻弥笜?biāo)權(quán)重為α=[0.1628，0.1628，0.2826，0.282 6，0.1092]。由此得到層次單排序，再計(jì)算出層次總排序，以中壓線聯(lián)絡(luò)率指標(biāo)相對于目標(biāo)層的權(quán)重為例說明：ω=0.1628×0.1585×0.333=0.0086，同理可求得剩余因素層指標(biāo)整體權(quán)重。將多名專家的打分表按上述步驟計(jì)算，得到的結(jié)果取平均值即為主觀權(quán)重法所得到的結(jié)果。

3.2 客觀權(quán)重

按照上一節(jié)提出的“最小-最大值標(biāo)準(zhǔn)化”方法處理正負(fù)指標(biāo)數(shù)據(jù)。以中壓線路聯(lián)絡(luò)率D1、中壓線路站間聯(lián)絡(luò)率D2、上級變電站全停時負(fù)荷轉(zhuǎn)移能力C2 以及線路“N-1”通過率C3 四個指標(biāo)為例具體見表4。

表4 標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)據(jù)

可得指標(biāo)權(quán)重為α=[0.017，0.031，0.02，0.046]。同理可得剩余指標(biāo)權(quán)重。

3.3 綜合權(quán)重計(jì)算

根據(jù)上節(jié)內(nèi)容，可得所有指標(biāo)綜合權(quán)重見表5。

表5 綜合權(quán)重

3.4 綜合評分

根據(jù)式（11），可以得到6 個網(wǎng)格化的評分，見表6。

表6 網(wǎng)格化綜合評價結(jié)果

從綜合評分結(jié)果來看可知地區(qū)發(fā)展水平優(yōu)劣順序?yàn)镃＞B＞A＞F＞E＞D。各區(qū)域在各個方面發(fā)展水平不一，且6 個地區(qū)在裝備水平、運(yùn)行水平兩個方面發(fā)展都相對較差，亟需規(guī)劃和改善。而負(fù)荷供應(yīng)能力處于中等水平，其余兩個方面較為優(yōu)秀。

（1）裝備水平。6 個區(qū)域的評分普遍不高且存在較大差異。A、B、C 3 個區(qū)域在線路絕緣化率方面都得分不高，而D、E、F 在線路電纜化率方面都得分不高，其主要原因可能是城鎮(zhèn)之間的差異。A 區(qū)域老設(shè)備占比得分較低，其主要原因是A 區(qū)域?yàn)槔铣菂^(qū)。A、C、D、E在接地選線裝置率方面得分均不高。

（2）運(yùn)行水平。運(yùn)行水平方面6 個區(qū)域評分均處于中等水平，且差異不大，其中D、E 兩區(qū)域得分略低于其余4 個區(qū)域。其主要表現(xiàn)在6 個區(qū)域FA 投運(yùn)率得分都非常低，線路故障停運(yùn)率得分、三遙開關(guān)可用率得分、配比重復(fù)停運(yùn)率得分都層次不齊，差異較大。

（3）負(fù)荷供應(yīng)能力。6 個區(qū)域存在較小差異。但A、C、E 3 個區(qū)域評分較為相近且明顯高于B、D、F 3 個區(qū)域。A、B、C 3 個城區(qū)區(qū)域的戶均容量和用戶平均停電頻率兩方面得分明顯高于D、E、F 3 個鄉(xiāng)鎮(zhèn)區(qū)域。除E 區(qū)域外，其余5 個區(qū)域配變重超載率得分均為超過60 且存在較大差異。

4 結(jié)論

通過對A、B、C、D、E、F 6 個地區(qū)配電網(wǎng)網(wǎng)格化在各方面對比分析，可以發(fā)現(xiàn)各片區(qū)配電網(wǎng)網(wǎng)格化的優(yōu)缺點(diǎn)以及發(fā)展程度，能指出配電網(wǎng)發(fā)展中存在的問題，為配電網(wǎng)規(guī)劃和改善提供指導(dǎo)方向。