地市級電網發展診斷體系及綜合評價

史智萍，單體華，劉文峰，張興平

（1.國家電網冀北電力有限公司 經濟技術研究院，北京100045；2.華北電力大學 經濟與管理學院，北京102206）

在我國城鎮化建設的進程中，地級市電網與當地社會經濟的協同發展起著關鍵的作用.國內學者針對我國的電網建設運營評價展開了大量研究，并取得一系列成果［1－17］.文獻［2］研究了電網企業的特征，構建了描述可持續發展的指標體系.文獻［3］結合電網建設的特點，建立了電網建設可持續發展評價指標體系.文獻［4］建立了電網發展指標體系，研究了指標的度量方法.文獻［5］采用魚骨圖及層次分析相結合的方法對評價指標進行選取，建立配電網綜合評價指標體系結構.文獻［6］建立地區電網運行方式評價的指標體系，實現了對地區電網運行方式的全面綜合評價.文獻［7］基于分層、分類思維方式建立農村中低壓配電網規劃指標評估體系.文獻［8－9］從技術性、經濟性、社會性和實用化等方面建立智能電網試點項目評價指標體系框架.文獻［10］采用層次分析法與模糊綜合評價相結合的綜合評價方法，建立了電網調度系統安全運行的指標體系.文獻［11］構造了一套包括經濟性指標、技術性指標、社會環境指標、適應性指標、風險性指標在內的較為合理完整的電網規劃綜合指標體系.文獻［12］從反映配電網建設規模的主導信息出發，運用統計分析等原理和方法，建立配電網建設規模的定量評估指標體系.文獻［13］從形態結構、技術與管理、運行績效與綠色發展4個評價維度，提出一套“世界一流電網”的評價指標體系.文獻［14］依據協調發展的內涵和機理，構建了新能源與智能電網協調發展評價指標體系.文獻［15］構建了智能配電網三級評估指標體系的初步框架，給出部分重要評估指標的定義和量化公式.文獻［16］構建了針對我國大都市電網特點的綜合評價體系，通過大都市電網實例說明指標體系及評價模型的合理性與適用性.文獻［17］通過邏輯框架法分析，對電網建設項目進行后評價.本文結合地級市電網運行的特點，構建具有診斷功能的電網發展評價體系，采取模糊層次法對三地級市電網發展進行綜合評價，為電網規劃和改造提供決策依據.

1 地市級電網運行及發展診斷體系構建

1.1 診斷指標體系構建

電網是技術密集型產業，電能的發輸配供用是同時完成的，保證電網的安全運行并提供合格的電能是電網運行的首要職能.因此，電網發展的安全與質量是衡量電網發展的基本因素.其次，電網是經濟增長與社會發展重要的基礎設施，電網發展的速度與規模能否支撐當地社會經濟發展的需要是電網的重要功能.第三，不同電壓等級電網之間的協調運行關系到整個電網的有序、高效運行.因此，電網自身的協調性也是一個重要的分析內容.最后，電網也是資金密集型產業，作為電網投資和建設主體的電網企業必須要提高電網資產的利用效率和盈利能力.因此，電網的發展效率與經營效益對于電網的可持續發展具有重要的意義.

從電網發展速度與規模、電網發展安全與質量、電網發展協調性、電網發展效率和電網經濟效益5個方面（即準則層）對電網的發展進行診斷.在充分調研、征求專家意見的基礎上，利用數據挖掘的方法篩選出46個具體評價指標（即指標層）.電網發展診斷的多層次評價指標體系，如表1所示.

表1 地市級電網發展診斷指標體系Tab.1 Development diagnosis index system of Municipal power

續表Continue table

對于電網發展安全與質量，主變和線路的N－1通過率及互聯率是重要的診斷指標，樣本地區涉及到的電壓等級主要包括220，110，35，10kV.考慮到當地的電網結構，主變和線路的N－1通過率涉及到前3個電壓等級，而互聯率則主要考慮10kV.另外，通過對某地的三個城市進行調研，10kV市轄電纜化率及瓶頸線路占比也是比較重要的指標.

電網發展速度與規模主要反映電網與經濟發展、電源裝機接入、供應負荷電力等需求的適應性和協調性.篩選出的主要指標包括電網發展彈性系數、電網規模合理度、電源消納水平以及主變容載比.經過專家討論并結合當地實際情況，電網規模合理度選用10kV電壓等級更符合地市級電網的特點；電源消納水平和主變容載比則包括220，110，35kV.

電網發展協調性主要從4個指標來衡量，即城鄉供電能力協調性、反映電網網架密集程度是否合理的供電半徑發散度、評價市轄和縣域線路容載比分布發散程度的容載比發散度，以及各級電網協調度.根據專家意見和當地地市級電網的特點.這4個方面分別選擇了不同電壓等級的線路.

對于電網發展效率，主要從5個方面進行分析，即線路最大功率占比經濟輸送功率、線路等效平均功率占比經濟輸送功率、主變等效平均功率、主變最大負載正態分布和線路最大負載正態分布.對于電網企業經濟效益，文中通過電網的投資、運行、維護、回收4個角度來對電網的經濟效益進行有效評價.

1.2 指標模糊隸屬度確定及診斷分析

地市級電網發展評價指標體系具有多層次、多指標等特點.利用模糊數和模糊隸屬度來直觀地指出某指標所反映的內容是好還是不好.因此，將診斷指標分為5級，即指標的判斷集均定為V＝（很好，較好，一般，差，很差）.在具體確定不同等級時，以某省不同地市級電力公司同業對標數據作為參考，對各個指標制定了具體的判斷集標準，從而確定了所有指標的模糊隸屬度.

圖1 指標層雷達圖Fig.1 Radar chart of index layer

為直觀地對某指標做出判斷，將判斷集轉換為等級，即V＝（一級，二級，三級，四級，五級）.采用最大隸屬度原則確定該指標所屬的等級，若則認為該指標評價等級為第k級.當出現bi和bk（k＝i±1）比較接近時0.7（其中，bi為和bk最接近的值），最大隸屬度原則便失效，則在評價時，令δ＝bk／（bk＋bi）；當i＝k－1時，被評價對象為第（i＋δ）級；當i＝k＋1時，被評價對象為第（k－δ＋1）級.各指標等級計算結果，如圖1所示.

本工程半潛駁運載取水頭在海上實際拖運總時間約為42小時，平均速度為4.5nmile/s，與原設計基本相符，拖帶力和拖纜驗算基本正確。本項目的成功實施，節約了預制場地的建設投入，加快了施工進度，取得了良好的經濟效益，可以為今后類似工程的技術方案提供很好的思路和經驗。

如果指標位于第2級以內，說明該指標介于“很好”和“好”之間，這些指標應該繼續保持.該雷達圖非常直觀地顯示了3個地市級電網42個診斷指標的狀況，為提高管理水平提供了很好的決策依據.

以城市Ⅲ為例，指標I111（220kV主變N－1通過率）等26個指標位于該區域.如果指標位于第2級和第3級之間，說明該指標介于“好”和“一般”之間，這些指標提升的空間較大，對電網的整體發展具有較大的促進作用.以城市Ⅲ為例，指標I14（10kV市轄電纜化率）等17個指標位于該區間.如果指標位于第3級以外，說明該指標距離“一般”的水平還有差距.因此，這些指標是電網發展中的薄弱環節，已經制約了電網的整體發展.

從圖1可以看出：只有少數指標位于該區間，如城市Ⅲ有兩個指標I241（220kV主變容載比）和I432（110kV主變等效平均功率）位于第3，4級之間，這些指標是管理層應該高度關注和重點改進的指標.如果指標評價結果位于第4級以外，那說明該指標嚴重地影響了電網的整體發展，必須立即改進.對于3個樣本城市電網而言，沒有指標落入該區間.

2 基于三角模糊數的權重確定

序關系和層次分析法是常用的權重確定方法，但專家通常難以給出一個確定的分數來確定兩個因素比較時的相對重要程度，而三角模糊層次分析法利用模糊隸屬度的原理可以有效地解決這一問題.

圖2 一個三角模糊數Fig.2 Triangle fuzzy number

如圖2所示的三角模糊數，a，b，c（a≤b≤c）分別表示的是隸屬于所屬論域的最小可能值、最可能值和最大可能值，而介于a，b，c三者之間的某一數值x和隸屬度y的關系滿足

將傳統層次分析法中的兩兩因素比較矩陣中的數值用三角模糊數的方式代替，結果如表2所示.將兩兩比較矩陣中的數值用三角模糊數代替，然后進行權重的計算，具體有如下4個主要步驟.

表2 模糊數轉換表Tab.2 Conversion scale of fuzzy number

1）計算第i個目標的模糊綜合評價值，即

2）計算兩兩模糊數的可能比較值，即

3）取最小比較值作為最終值，即有

4）設d′（Ai）＝minV（Si≥Sk）（k＝1，2，…，n；k≠i），則權重向量可以表示為

將其標準化，則可以得到標準后的向量為

電網發展診斷指標體系涉及指標較多，同時不同電壓等級的線路共存形成網絡.因此，許多指標都對應不同的電壓等級，比如容載比涉及到不同電壓等級的容載比.為清晰地反應診斷體系，構建了三層評價指標體系；同時在計算權重時，對三層診斷指標分別計算權重，計算得到的各層診斷指標的權重如表1括號中的數值.

3 電網發展運行的模糊綜合評價

在對地市級電網發展評價體系的構建中體現為3個層次，故文中構建三級級評價模型，分別利用模型（5）對每層診斷評價指標，進而得到3個地市級電網的綜合評價結果.

式（5）中：Wi為各層指標權重向量；R為各層指標模糊隸屬度矩陣；bi是綜合考慮因素集中所有因素后判斷對象屬于第j個評語Vj的隸屬度；B是屬于判斷集V上的模糊集合；“?”代表合成算子.

為直觀地反映評價結果并進行診斷，按前述指標分級辦法將評價結果分為六級，并用雷達圖標定3個城市電網發展整體水平和5個準則的評價等級，如圖3所示.由圖3可知：城市Ⅰ和城市Ⅲ的電網整體發展水平比較接近，分別為1.76和1.83級，介于第1，2級之間，即介于“很好”和“較好”之間.但城市Ⅱ電網整體發展水平為2.25級，即介于“較好”和“一般”之間.因此，該城市電網整體發展水平需要大力改進.為進一步診斷各城市電網發展中存在的問題，可以從兩個方面對城市電網整體發展進行診斷.

圖3 準則層和電網發展整體水平評價雷達圖Fig.3 Radar map of criterion layer and the grid development evaluation

對于城市Ⅰ，電網發展安全與質量（S1）、電網發展速度與規模（S2）、電網發展協調性（S3）和電網發展效率（S4）4個方面分別位于1.75，1.85，1.49和1.63級，都介于“很好”和“較好”之間，這4個方面發展得比較好.但電網經濟效益（S5）的評價結果為2.62級，也就是介于第2，3級之間.因此，該指標應該有較大的提升空間.

對于城市Ⅱ，電網發展速度與規模（S2）和電網發展協調性（S3）分別位于1.97級和1.88級，而電網發展安全與質量（S1）、電網發展效率（S4）和電網經濟效益（S5）分別為位于2.35級、2.25級、2.98級，即介于“較好”和“一般”之間.因此，改進這3個方面的工作應該是未來的工作重點.

對于城市Ⅲ，電網發展安全與質量（S1）、電網發展速度與規模（S2）和電網經濟效益（S5）評價結果分別位于1.57級、1.86級、1.73級，結果較好比較好，但電網發展協調性（S3）和電網發展效率（S4）分別位于第2.15和2.02級，也就是介于“較好”和“一般”之間，大力改進這兩個方面應該是該城市電網未來發展的重點.

4 結束語

結合地市級電網的特點，首先從電網發展安全與質量、電網發展速度與規模、電網發展協調性、電網發展效率、電網經濟效益5個維度對電網發展進行分析；然后，根據專家建議和數據挖掘的方法篩選了46個具體指標，構建了電網發展診斷多層評價指標體系.通過計算各指標的模糊隸屬度并確定其評價等級，從而清晰地分析各評價指標的狀況.最后，利用三角模糊數確定了評價指標的權重，用模糊綜合評價法對三個城市電網的發展水平進行實證分析.該診斷評價體系可以全面地對電網發展進行評價，并指出電網發展中需要加強的環節，為管理決策提供依據.

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