基于網格化的城市配電網綜合評價體系研究

摘 要： 基于網格化的思想，對城市配電網的協調性、安全性、多樣性等指標進行綜合評價，以便找出配電網的薄弱環節，為改造或擴建的決策提供參考。首先對配電網進行網格劃分；其次構建綜合評價的指標體系，把一級指標分解成多個二級指標，并利用熵值法對各指標權重進行賦值；最后通過計算得出各個網格的評價分數，由此評判最薄弱的網格。

關鍵詞： 網格化； 配電網； 綜合評價體系； 熵值法

中圖分類號： TN926?34； TM727 文獻標識碼： A 文章編號： 1004?373X（2016）10?0167?04

Study on gridding?based comprehensive evaluation system

of urban power distribution network

LUO Wei1， MIAO Youzhong1， LEI Weimin1， JIA Na2， YANG Xiaoliang2

（1. State Grid Jibei Electric Power Company， Beijing 100053， China； 2. Beijing Joinbright Digital Power Technology Limited Company， Beijing 100085， China）

Abstract： The coordination， security and diversity of urban power distribution network are evaluated comprehensively based on the thought of gridding. The evaluation results can reflect the weak links of the power distribution network， and provide a reference for the decision?making of the transformation or expansion. A power distribution network is divided into several grids， a comprehensive evaluation index system is set up， and then the first?level indexes are decomposed into several second?level indexes. After that， the weight of each index is determined by means of the entropy method， and the evaluation score of each grid is calculated to find out the most weak grid.

Keywords： gridding； power distribution network； comprehensive evaluation system； entropy value method

0 引 言

城市配電網規模越來越大，結構越來越復雜，對其發展狀況需要有一個整體的把握。根據配電網輻射型的基本供電方式，把配電網根據供電的拓撲關系劃分成一個個網格。通過對各個網格的橫向對比，找出最薄弱的網格，把它作為配電網改造的首選對象，從而為城市配電網的規劃建設改造提供參考依據。

目前，很多研究是基于單一特性對配電網進行評價，如配電網的可靠性、安全性、建設規模、電能質量等，對電網發展缺乏整體的指導意義。本文的主要思路是根據配電網的結構層級，把整個配電網劃分成三層級的多個網格，建立涵蓋各個網格的指標體系，通過熵值法對各個指標賦以權值，最后計算得出各個網格的評價結果，以此對各個網格進行橫向對比，從而得出最需要關注的薄弱網格。

1 配電網的網格劃分

配電網的網格劃分有多種方法，文獻[1]和文獻[2]是基于行政區劃分，前者以大城市作為一個子網格，區作為更小的子網格，此法主要針對大電網的研究；后者劃分到鄉鎮、街道、村、社區等層級，網格更細小；但行政區劃與配電網的契合度較低，不能體現配電網的特性，比如供電半徑的約束，配變過負荷的約束等。文獻[3]把供電區域看作正方形，按空間位置進行均勻等分，簡單粗糙，不符合配電網供電范圍及規則的實際情況。文獻[4]是基于網架現狀、負荷分布、地理分界來劃分的，分成三個層級的網格，此方法具有一定的借鑒意義。

網格劃分的原則如下：

（1） 盡可能充分利用現有數據、信息、資源，比如配電網的拓撲結構、實測數據或歷史數據；

（2） 網格之間不重疊，也無空缺，覆蓋整個配電網，既不能出現某些數據同時應用于兩個或以上網格的情況，也不能出現某些數據不能用于任何網格的情況；

（3） 網格要順應配電網發展的需要，符合其發展規律。

文中采用三級網格，具體劃分方法及其意義如下：

（1） 以某一變電站所覆蓋的整個供電范圍作為一級網格，相關的幾個一級網格放在一起分析，可以綜合考察變電站的供電能力、可靠性、安全性，找出最薄弱的變電站；

（2） 以某一10 kV出線所輻射的供電范圍作為二級網格，考察10 kV出線數、網架結構、供電可靠性等是否合理，從而可以發現最薄弱的10 kV配電線路；

（3） 以某一配電變壓器所覆蓋的供電范圍作為三級網格，考察同一10 kV線路所帶的配變的供電情況，以找出最需關注的配變。

由此可見，三級網格可以考察到高、中和低壓配電網，涵蓋了整個配電網絡。

此種劃分方法的優點是，網格的劃分基于配電網的結構特點，可以方便地增減，非常靈活，如新增一條10 kV出線就可以相應地增加一個網格，并且可以方便地從配電網拓撲結構得到網格，利用現成資源便捷。

2 建立評價體系

網格化的配電網綜合評價體系是對某一配電網進行多級評價，以發現其中的薄弱環節，作為今后規劃擴建改造的參考依據。不同層級的網格的評價結果起到不同的指導作用，因此也就有相應的不同指標。這些指標要反映出網格層級的特點，能夠體現配電網的運行效果，符合供電企業最終的服務宗旨——安全可靠穩定地提供高質量的電能。因此，指標體系的構建要遵循一定的原則。為了建立多元負荷接入條件下的安全可靠配電網，三級網格下指標將從安全可靠性、協調性、多樣性等方面提出，以此作為一級指標，其不同層級網格的細分的二級指標見表1。

指標體系中的各個指標均明確定義，而且比較方便地從相關管理系統直接得到或從基礎數據計算得到。

對指標進行分類，根據指標對評價結果的影響分為正指標和負指標。其中正指標指其值越大評價結果越好的指標，負指標是指其值越小評價結果越好的指標。

評價結果從小到大排列，最小者為最需關注的參考對象。

3 用熵值法對指標權重賦值

熵值法在評價體系應用的基本原理是：假設對[m]個對象進行評價，采用評價指標有[n]個，則形成一個評價矩陣[e=eijm×n]。針對某個具體的指標，若[m]個對象的相應取值之間的差距越大，則該指標在評價中的作用越大。

4 算例分析

為了進一步說明基于網格化的配電網綜合評價體系的應用，現以某個縣級城市的110 kV變電站JL為例，對其進行綜合評價。

一級網格，就是整個JL的供電范圍；二級網格，JL中的11條10 kV出線的供電范圍；三級網格為所有10 kV線路下的83臺配變的供電范圍。如果為了一級網格的評價結果能有一個橫向對比，則還需考察為該縣城供電的另幾座變電站，由于其評價原理與二級網格，故在此略過。三級網格的數量較大，針對具體某一條10 kV線路的三級網格，其數量則與其配變數量相等，同樣其評價原理一樣，故在此只以二級網格為例進行說明。

記11個二級網格為C1，C2，…，C11。其對應指標值見表2。為此這里共有11個被評價的對象，即11個二級網格，其評價指標有10個二級指標，2個一級指標。對所有二級指標進行分類，其中正指標有中壓線路裝接容量、中壓線路負載均衡度、線路截面積規范化率、負荷可轉供率、供電可靠率、中壓線路N?1通過率等，其余為負指標。由式（3）得出標準化指標值，見表3。

由式（1）和式（2）求出二級指標的權重，見表4。從表4可以看出，協調性下的6個指標權重一致性較高，沒有特別大和特別小的，說明網架協調性整體發展較好，其中C5網格雖然可轉供率為0，但由于其對應的出線是新增不久的，自身帶電能力較強，負荷在不斷地快速接入，線路不斷在完善中。安全可靠性下的4個指標權重離散度較高，其中供電可靠率權重最大，說明其可靠性越高得分越高，越不需要進行改造；其次線路N?1通過率較大，其值越大，說明安全性的地位越重要。線路負載率是一個負指標，其值越大，安全可靠性越低，點的權重也比較大。而運行年限權重最輕，一般線路的使用壽命都比較長。

表4 各二級指標的權重

再算出11個網格的對應于一級指標的加權得分，見表5。最后根據同樣的思路，算出協調性、安全可靠性的權重分別為0.503，0.497，最終計算得到各個網格基于一級指標的綜合得分，見表6。

從表6可看出，綜合得分最低者是C6，這個網格是一條處于老城區的老線路，線路迂回較多，用電負荷主要以居民日常用電為主，負荷集中，但線路已經處于滿載運行狀態，且當其發生故障時，可以得到的轉供功率僅為原先的52.3%，可以把它作為配電網改造的首選，另外C11和C5網格可以作為次選。

5 結 論

基于網格化的配電網綜合評價體系，可以為配電網的改造、擴建提供參考。三級的網格劃分，并且采用不同的指標體系，可以適用于不同電壓等級的配電網；應用熵值法對指標的權重進行賦值，完全從客觀因素出發，避免了主觀可能導致的偏差，具有更強的客觀性；最終的算例表明，此法具有較大的指導意義。在這里，各級網格的指標還可以進一步優化，指標的選取盡可能做到相互獨立。文中主要是基于兩卷變的變電站進行研究，對于有三卷變的變電站，具體細節還需進一步探索。比如，同一城市配電網中，為其供電的變電站有可能有110 kV/35 kV/10 kV，110 kV/10 kV，35 kV/10 kV三種，那么在對這個配電網進行實際綜合評價的過程中，如何找出最薄弱的變電站，則還需加以仔細研究。

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