中低壓配電網(wǎng)整體規(guī)劃方案綜合評估

吳桂聯(lián)，張林垚，胡臻達

(國網(wǎng)福建省電力有限公司經(jīng)濟技術研究院，福州市350012)

中低壓配電網(wǎng)整體規(guī)劃方案綜合評估

吳桂聯(lián)，張林垚，胡臻達

(國網(wǎng)福建省電力有限公司經(jīng)濟技術研究院，福州市350012)

為解決傳統(tǒng)的區(qū)域配電網(wǎng)規(guī)劃評估一般僅考慮經(jīng)濟性、評估不夠全面的不足，綜合考慮中低壓配電網(wǎng)整體規(guī)劃方案的技術、經(jīng)濟水平及企業(yè)的供電義務因素，從供電裕度、電網(wǎng)安全、服務水平、經(jīng)濟效益四個方面構建綜合評估指標體系，并引入公共服務價值模型建立綜合評估模型，實現(xiàn)對中低壓配電網(wǎng)整體規(guī)劃方案的科學評估。指標體系構建及方案評估過程遵循差異化原則，即以Q/GDW 1738—2012《配電網(wǎng)規(guī)劃設計技術導則》中供電分區(qū)為基礎，差異化設計評估指標、設置指標權重及評分標準，同時指標評分采取存量值與增量值綜合評分方法，解決不同區(qū)域由于電網(wǎng)基礎現(xiàn)狀、供電需求、發(fā)展目標不同導致的投資敏感性的差異。實際算例表明，所提出的方法能夠有效指導區(qū)域中低壓配電網(wǎng)規(guī)劃中資源科學優(yōu)化配置，引導規(guī)劃方向。

整體規(guī)劃；綜合評估指標體系；公共服務價值模型；差異化設計

0 引 言

配電網(wǎng)規(guī)劃技術經(jīng)濟評估作為配電網(wǎng)規(guī)劃的重要組成部分，是引導配電網(wǎng)發(fā)展方向的關鍵。當前，配電網(wǎng)作為我國電網(wǎng)發(fā)展“兩頭薄弱”環(huán)節(jié)中一頭，長期以來是重安全輕經(jīng)濟、重投入輕產(chǎn)出，既造成資源的浪費，配電網(wǎng)發(fā)展建設也未取得顯著成效。隨著用戶對供電要求的不斷提高，配電網(wǎng)不斷加大的建設需求與有限投資能力矛盾日益凸顯，如何實現(xiàn)資源科學優(yōu)化配置是當前配電網(wǎng)規(guī)劃迫切需要解決的問題，這就需要對配電網(wǎng)整體規(guī)劃方案進行全面評估分析，指導規(guī)劃投資方向及重點。

國內(nèi)學者在配電網(wǎng)規(guī)劃技術經(jīng)濟評價方面開展了大量研究。文獻[1-4]從規(guī)劃方案影響因素出發(fā)，提出配電網(wǎng)規(guī)劃評價指標體系與方法，用于配電網(wǎng)規(guī)劃多方案比選；文獻[5]將配電網(wǎng)整個評價體系按內(nèi)容劃分為技術經(jīng)濟評價、財務效益評價、不確定性分析和綜合評估4個模塊，結合層次分析法、模糊綜合評價法形成經(jīng)濟性評估的綜合決策方法；文獻[6]從安全、經(jīng)濟、靈活、可靠、協(xié)調(diào)5個方面建立配電網(wǎng)評估指標，采用財務評價方法評估配電網(wǎng)經(jīng)濟性；文獻[7]主要針對配電網(wǎng)現(xiàn)狀從網(wǎng)絡結構、負荷供應、裝備技術、運行管理4個方面建立城市配電網(wǎng)的評價指標體系。總結來看，當前對配電網(wǎng)規(guī)劃技術經(jīng)濟評價研究集中在對單個規(guī)劃項目的方案比選上，對區(qū)域配電網(wǎng)整體規(guī)劃方案的綜合評估則多借鑒財務評價方法評估其經(jīng)濟性，缺乏對規(guī)劃中滿足供電要求、提升電網(wǎng)安全水平、服務水平等不可直接量化效益考慮，可能評估結果不全面。

本文針對當前配電網(wǎng)整體規(guī)劃方案綜合評估存在的問題，綜合考慮電網(wǎng)企業(yè)公共事業(yè)單位屬性以及電網(wǎng)規(guī)劃成效帶來的不可直接量化效益，構建中低壓配電網(wǎng)整體規(guī)劃方案綜合評估指標體系，提出綜合評估方法，引導中低壓配電網(wǎng)規(guī)劃方向，促進資源的科學優(yōu)化配置。

1 綜合評估指標體系

1.1 差異化構建綜合評估指標體系

構建綜合評估指標體系關鍵是確定評價關鍵要素。電網(wǎng)企業(yè)作為公共事業(yè)單位，在關注經(jīng)濟績效的同時更注重生產(chǎn)安全以及肩負的社會使命，因此評估指標體系要既能反映整體規(guī)劃方案的技術、經(jīng)濟水平，又能反映對用戶的供電質(zhì)量水平。為此，本文構建包含供電裕度、電網(wǎng)安全、服務水平、經(jīng)濟效益4個方面的中低壓配電網(wǎng)整體規(guī)劃綜合評估指標體系，綜合評價企業(yè)關注的技術、經(jīng)濟性能以及用戶關注的供電質(zhì)量水平，如圖1。此外，為弱化不同區(qū)域在不同經(jīng)濟水平、供電需求下配電網(wǎng)發(fā)展目標不同對評估的影響，采取差異化思路構建評估指標體系:以Q/ GDW 1738—2012《配電網(wǎng)規(guī)劃設計技術導則》中供電分區(qū)劃分[11]為基礎，根據(jù)不同分區(qū)電網(wǎng)發(fā)展需求與目標差異化選取評估指標。

圖1 評估指標體系總體框架Fig.1 Overall framework of evaluation index system

1.2 評估指標選取及說明

1.2.1 供電裕度

供電裕度是衡量配電網(wǎng)對負荷供電需求的適應程度，合理的供電裕度是配電網(wǎng)規(guī)劃方案設計的基本要求。本文選取戶均配變?nèi)萘俊⑴渥冐撦d率平均值、10 kV線路負載率平均值指標來評價中低壓配電網(wǎng)的供電裕度，其中配變、線路負載率平均值是所有配變、線路年最大負載率的平均值。

1.2.2 電網(wǎng)安全

電網(wǎng)安全是指在供電任一時刻，針對一組預想事故能夠保持對負荷的正常持續(xù)供電。評價電網(wǎng)安全主要從兩方面考慮，即電網(wǎng)正常運行時的N-1能力和電網(wǎng)出現(xiàn)的非正常運行水平。電網(wǎng)N-1水平選取10 kV線路聯(lián)絡率和N-1通過率指標來衡量，分別表示聯(lián)絡線路和滿足N-1要求的線路比例，N-1定義及計算可參見文獻[11]。電網(wǎng)非正常運行水平指設備在超出安全運行限額可能發(fā)生故障的不安全狀態(tài)，選取配變、線路重過載比例作為評價指標，重過載定義為設備年最大負載率超過80%且累計持續(xù)時間在1 h以上。

電網(wǎng)N-1水平主要與電網(wǎng)結構、負荷水平相關，不同供電分區(qū)對配電目標網(wǎng)架要求不同，如Q/ GDW 1738—2012《配電網(wǎng)規(guī)劃設計技術導則》[11]對A＋～C類分區(qū)目標是N-1通過率達100%，對D、E類分區(qū)則允許輻射供電，因此評價指標在A＋～C類分區(qū)選擇10 kV線路N-1通過率、在D～E類分區(qū)選擇10 kV線路聯(lián)絡率。

1.2.3 服務水平

服務水平評價用戶對供電質(zhì)量的滿意程度。用戶最關心的是持續(xù)供電和電能合格，停電、電壓不合格是用戶投訴的2個主要方面，因此選擇用戶年平均停電時間、頻繁停電用戶比例、用戶年平均電壓不合格時間和低電壓用戶比例這4個指標來評價電網(wǎng)的服務水平。其中頻繁停電定義為2個月內(nèi)停電3次及以上。

1.2.4 經(jīng)濟效益

經(jīng)濟效益是企業(yè)進行配電網(wǎng)投資建設決策的重要依據(jù)之一。配電網(wǎng)規(guī)劃的經(jīng)濟效益主要體現(xiàn)在建設、運行2個方面，其中建設經(jīng)濟性以單位投資增供電量和單位投資增供負荷指標來評價；運行經(jīng)濟性則是評價規(guī)劃方案對網(wǎng)絡損耗的影響變化，以10 kV及以下綜合線損率指標來評估。

配電網(wǎng)整體規(guī)劃方案要做到技術、經(jīng)濟、企業(yè)責任的綜合平衡，才能實現(xiàn)資源的最優(yōu)配置。本文綜合考慮這幾方面的因素構建評估指標體系，差異化選取評價指標，對整體規(guī)劃方案進行全面評估分析。

2 基于公共服務價值模型的中低壓配電網(wǎng)整體規(guī)劃綜合評估模型

2.1 公共服務價值模型

公共服務價值模型[10]主要用于評估公共服務機構在發(fā)展歷程中創(chuàng)造公共價值的能力。該模型可以幫助公共事業(yè)單位對創(chuàng)造的社會成果和投入的成本資源進行評價，并為持續(xù)追蹤績效、尋找規(guī)律和趨勢，以及揭示其發(fā)展過程中績效發(fā)生變化的潛在原因提供依據(jù)。借助此分析功能，公共服務價值模型可以為企業(yè)在資源優(yōu)化配置、服務績效提升等方面提供科學依據(jù)。

公共服務價值模型如圖2所示，在2個關鍵維度上定義“價值”:運營成果和成本效能。由于公共事業(yè)單位的特殊性，運營成果包括經(jīng)濟效益，也包括對社會安全和公共服務帶來的貢獻，全面反映出公共事業(yè)單位投入公共資源所帶來的真實產(chǎn)出。運營成果通過對各項產(chǎn)出的加權評價計算綜合產(chǎn)出績效，每項產(chǎn)出均由一系列指標組成，同時所有產(chǎn)出和相關指標的權重根據(jù)企業(yè)戰(zhàn)略的優(yōu)先順序決定。成本效能是衡量運營成果與投入成本的匹配程度，即計算產(chǎn)出績效占相對其投入成本的比值。投入成本包括資本成本、運營費用等。公共服務價值模型分別從成本和產(chǎn)出2個維度上定義其價值創(chuàng)造，提供了一個系統(tǒng)、平衡的績效視角，能夠有效衡量一個組織利用自身資源的效率。

圖2 公共服務價值模型Fig.2 Public service value model

2.2 整體規(guī)劃方案綜合評估模型

目前，公共服務價值模型在歐美高等教育、醫(yī)療、稅收和能源多個行業(yè)和機構都有了成熟應用。考慮到電網(wǎng)企業(yè)的公共服務屬性，本文引入公共服務價值模型建立中低壓配電網(wǎng)整體規(guī)劃方案綜合評估模型。

綜合評估模型中，根據(jù)構建的評估指標體系，配電網(wǎng)整體規(guī)劃方案的運營成果包括供電裕度、電網(wǎng)安全、服務水平的提升以及獲得的經(jīng)濟效益，對應產(chǎn)出績效通過相應評價指標評分加權得到。投入成本方面，由于配電網(wǎng)的發(fā)展建設需求與電網(wǎng)現(xiàn)狀情況密切相關，如部分經(jīng)濟落后地區(qū)前期電網(wǎng)投入少、現(xiàn)狀電網(wǎng)薄弱，導致電網(wǎng)發(fā)展需求反而較大，為考慮現(xiàn)狀電網(wǎng)的影響，本文在計及常規(guī)規(guī)劃投資成本和運維成本基礎上，增加存量成本，即規(guī)劃基準年的配網(wǎng)總資產(chǎn)。

借鑒公共服務價值理念建立的中低壓配電網(wǎng)整體規(guī)劃綜合評估模型，不僅關注產(chǎn)出績效，同時更關注投入產(chǎn)出的綜合效能，可以有效衡量配電網(wǎng)整體規(guī)劃成效與投入成本的匹配程度，為評估整體規(guī)劃方案的優(yōu)劣提供科學依據(jù)。

3 中低壓配電網(wǎng)整體規(guī)劃綜合評估

3.1 指標評分

指標評分包括產(chǎn)出績效評分和投入成本評分。由于指標體系中表征不同運營能力的各項指標在數(shù)值單位上存在差異，為使用多指標進行評價，本文采用標準化方法歸一。其中，對投入成本評分按常規(guī)的min-max標準化方法歸一；對產(chǎn)出績效則考慮指標現(xiàn)狀情況，分別對指標存量和增量評分，再按權重加權求和得到，如式(1)所示。

式中:Qs為產(chǎn)出績效指標綜合評分；Ss、Is分別為指標存量、增量評分；ω1、ω2為權重。

對指標存量和增量的評分，通過設置指標合格值和滿意值作為評價的2個限值來實現(xiàn)歸一。當指標實際值達到或超過滿意值時，評價得分達到最優(yōu)100分；當指標實際值達到合格值，評價得分為合格60分；當指標實際值在合格值與滿意值之間時，評價得分則位于60～100分區(qū)間。

根據(jù)以上原則，對效益型指標，指標數(shù)值越大表征性能越好，其指標的評分計算如式(2)所示；對成本型指標，指標數(shù)值越小表征性能越好，其指標的評分計算如式(3)所示。

式中:χ為指標實際值；a、b分別為該指標合格值和滿意值。

指標合格值和滿意值結合歷史數(shù)據(jù)、相關導則規(guī)范以及專家經(jīng)驗選取，并依據(jù)不同供電分區(qū)供電需求、規(guī)劃目標等的差異確定不同的標準值。

3.2 指標權重

目前指標權重確定方法大致可分為3類:主觀賦權法、客觀賦權法以及組合賦權法。電網(wǎng)企業(yè)基于社會責任考慮，對處于不同發(fā)展階段的電網(wǎng)，其規(guī)劃方案側重點不同，為契合這一特點得到合理的權重，本文采用主觀與客觀賦權法綜合的組合賦權法。同時為盡量避免單一方法受限于某些條件可能出現(xiàn)誤差的影響，主觀賦權法中選擇德爾菲法和層析分析法2種，分別從單一指標打分和指標兩兩比較評價重要性2個不同角度得到主觀權重值；客觀賦權法同樣選擇變異系數(shù)法和熵權法2種，分別克服變異系數(shù)法在指標水平差異較小時精度不足和熵權法對于異常數(shù)據(jù)過于敏感的問題。

假設有m個指標，采用n種方法求得的權重φ，則第j個指標的組合權重為

同樣，為考慮不同供電分區(qū)同一指標重要程度差異性，不同供電分區(qū)設置不同的指標權重值。

3.3 綜合評估步驟

按上述方法進行指標評分計算時，由于不同供電分區(qū)評價指標以及指標評分標準、權重的不同，需要按不同供電分區(qū)進行指標評分，再結合各類供電分區(qū)的影響權重計算整體評價對象的綜合指標得分，以保證評價對象的整體性，具體流程如圖3所示。其中，各類供電分區(qū)的影響權重按各分區(qū)的負荷占比結合實際情況得到。

圖3 電網(wǎng)規(guī)劃評估流程Fig.3 Flow chart of planning network evaluation

4 算例分析

4.1 評估基礎數(shù)據(jù)

以福建省某縣2013—2014年配電網(wǎng)滾動規(guī)劃為案例，應用本文綜合評估模型對其中低壓配電網(wǎng)整體規(guī)劃方案進行綜合評估分析。

所選區(qū)域供電面積508 km2，2012年全社會最大負荷476 MW，最大用電量25.3億kW·h，正處于配電網(wǎng)發(fā)展中期，供電分區(qū)劃分包括C、D類分區(qū)。預計該區(qū)域規(guī)劃方案實施前、后的電網(wǎng)各項指標如表1所示。

表1 評價指標數(shù)據(jù)Table 1 Data of evaluation index

4.2 評估結果

4.2.1 產(chǎn)出績效評分

限于篇幅，以C類供電區(qū)用戶年平均停電時間指標計算為例，說明單個指標得分計算過程。根據(jù)福建省配電網(wǎng)現(xiàn)狀及規(guī)劃目標，設定C區(qū)用戶年平均停電時間指標存量合格值和滿意值分別360、180 min，以全省C區(qū)較上一年度縮短停電時間的平均水平和最大水平作為指標增量的合格值和滿意值，分別是16、53 min，則根據(jù)式(3)計算C類供電區(qū)該指標2013年得分為77.9。采用上文組合賦權法確定指標權重如表2所示。

表2 指標權重設置Table 2 Index weight setting

按評估流程分別計算C、D類供電區(qū)的指標評分及產(chǎn)出績效評分，如表3所示。

表3 產(chǎn)出績效得分Table 3 Outcome Score

以C、D類供電區(qū)負荷占比確定分區(qū)影響權重分別0.713、0.287，計算該區(qū)域2013、2014年規(guī)劃方案的綜合產(chǎn)出績效評分為72.19、74.24。

4.2.2 投入成本評分

投入成本歸一處理以全省各縣區(qū)的最大、最小投資值為基準計算，運維成本按該區(qū)域歷史年每萬元電網(wǎng)資產(chǎn)運維成本費估算，結合各項指標的權重，計算該區(qū)域2013、2014年投入成本評分為5.32、5.46。

表4 投入成本得分Table 4 Input cost score

4.2.3 綜合效能評分

綜合效能評分以產(chǎn)出績效評分與投入成本評分比值來衡量，該區(qū)域2013、2014年的綜合效能評分分別為13.57、13.61，對比該區(qū)域2012年配電網(wǎng)實際完成指標的綜合效能評分13.46，說明規(guī)劃方案的投資效益逐年提升，資源配置得到了優(yōu)化，如圖4所示。

圖4 綜合評估結果Fig.4 Comprehensive evaluation result

4.3 算例結果驗證

以規(guī)劃方案實施后的電網(wǎng)實際建設成效來驗證算例計算結果的合理性。從電網(wǎng)性能來看，該區(qū)域2013—2014年規(guī)劃方案實施后的電網(wǎng)各項指標均達到了表1中的目標值；從投資經(jīng)濟性來看，該區(qū)域2012—2014年中低壓配電網(wǎng)實際完成的單位投資增供負荷分別為2.6、2.8、3.2 kW/萬元，單位投資增供電量分別為1.57、1.66、1.75 kW·h/元，投資效益逐年提升，與算例計算結果一致。本文所提出的綜合評估算法是合理、有效的。

5 結 論

本文針對當前中低壓配電網(wǎng)整體規(guī)劃方案技術、經(jīng)濟綜合評估方面存在問題，提出綜合整體規(guī)劃方案技術、經(jīng)濟及供電責任多方面因素的綜合評估指標體系，從供電裕度、電網(wǎng)安全、服務水平、經(jīng)濟效益4個方面全面評價整體規(guī)劃方案的成效。同時考慮到電網(wǎng)企業(yè)的公共事業(yè)單位屬性，引入公共服務價值模型建立綜合評估模型。由于配電網(wǎng)規(guī)劃方案制定與電網(wǎng)現(xiàn)狀以及區(qū)域經(jīng)濟水平、供電需求、發(fā)展目標密切相關，在指標體系構建、模型評估過程中遵循差異化原則，差異化設計評估指標、設置指標權重及評分標準，同時指標評分采取存量值與增量值綜合評分方法，解決區(qū)域差異性問題。經(jīng)實際算例表明，所提出評估模型能夠有效評估整體規(guī)劃方案的成效及成本效能，對促進中低壓配電網(wǎng)規(guī)劃中資源的科學優(yōu)化配置、提升規(guī)劃投資效益具有重要指導作用。

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(編輯：蔣毅恒)

Overall Planning Comprehensive Evaluation of Medium-Lower Voltage Distribution Network

WU Guilian，ZHANG Linyao，HU Zhenda
(Power Economic Technology Research Institute of Fujian Electric Power Company Limited of State Grid，F(xiàn)uzhou350012，China)

The traditional assessments of regional distribution network planning only focus on economy resulting in that the assessments are not comprehensive.To solve the problem，the paper constructed a comprehensive evaluation index system from four aspects of power supply margin，network security，service level and economic benefits，with considering the factors of the technical and economic level and the power responsibility of enterprise in the overall planning scheme of medium-lower voltage distribution network.And the comprehensive evaluation model was built based on the PSV(public service value)model，which could realize the scientific evaluation for the overall planning scheme of medium-lower voltage distribution network.The index system construction and evaluation process follows the principle of differentiation，which designs the evaluation index and set up the index weight and evaluation criterion in differentiation，based on the power supply zone in‘the guide of planning and design of distribution network’(Q/GDW 1738-2012).Meanwhile，the index scoring adopts the comprehensive scoring method of stock value and increment value.So the investment sensitivity difference in different regions caused by the differences in the current situation of network，the power supply demand and the development goals can be solved.Actual examples show that the proposed method can effectively promote the optimal allocation of resource science in medium-lower voltage distribution network planning，and guide the planning direction.

overall planning；comprehensive evaluation index system；PSV model；differential design

TM 72

A

1000-7229(2015)11-0064-06

10.3969/j.issn.1000-7229.2015.11.010

2015-07-07

2015-09-07

吳桂聯(lián)(1985)，女，碩士，工程師，研究方向為電網(wǎng)規(guī)劃、設計；

張林垚(1980)，男，碩士，高級工程師，研究方向為電網(wǎng)規(guī)劃、設計；

胡臻達(1986)，男，碩士，工程師，研究方向為電網(wǎng)規(guī)劃、設計。