基于層次分析法研究35 kV配電線路工程的實施

陸武軍

(上海市南電力(集團)有限公司青浦分公司，上海　201700)

基于層次分析法研究35 kV配電線路工程的實施

陸武軍

(上海市南電力(集團)有限公司青浦分公司，上海201700)

摘要：針對35 kV配電線路工程實施進行了系統、科學的分析與評估，基于層次分析法(AHP)構建了35kV配電線路工程實施的基本模型。根據性能需求確定單項指標的評價標準，實現工程專家經驗和定量、定性科學評估結果的結合。該模型對于中高壓配電網在方案設計、工程施工以及竣工驗收等環節具有良好的理論和實踐指導意義。

關鍵詞：AHP分析法；35 kV配電線路；中高壓配電網

35 kV配電線路已成為我國中高壓配電網中的重要組成。考慮到35 kV配電線路地域范圍大、設計方案條件差異大等特點，在方案設計、項目投標、工程施工以及竣工驗收等環節需要通過合理科學的過程控制，才能真正實現有效的成本控制的目標。

AHP基于一種先分解后綜合的思想，面向多目標復雜系統，開展定型和定量相結合的分析決策法。利用分析決策者的經驗衡量判斷不同目標之間的相對重要性，并對每個決策方案的標準給出對應權數，針對權數運用數學方法定量的計算出各類決策方案的優劣順序供決策者選用。

運用AHP法構建模型時，主要分為4個步驟：(1)構建層次結構模型；(2)構造判斷決策矩陣數學模型；(3)相對重要度計算及一致性檢驗；(4)綜合重要度及一致性檢驗。

本文基于層次分析法(AHP)構建了35 kV配電線路工程實施的基本模型，該模型對于中高壓配電線路建設具有理論和實際指導意義。

135 kV配電線路工程實施層次結構模型

構建層次結構模型就是要根據決策目標、依照決策準則，分析研究決策對象之間的相互關聯性，分層遞進的給出層次化的系統結構圖。層次結構模型一般分為三個等級：最高層為決策所需完成的目標；中間層為影響目標實現的基本準則；最底層為完成目標的具體措施。

根據中高壓配電線路建設的相關技術規程，經過實際調研分析，給出了基于AHP分析法建立的35 kV配電線路工程實施的層次結構模型，如圖1所示。該層次結構模型分為配電變壓器(B1)、配電線路(B2)、無功補償(B3)和配電網結構(B4)4個準則層指標，9個單項評價的措施層指標(C1～C9)。

圖1　35 kV配電線路工程實施的層次結構模型

2構造判斷決策矩陣數學模型

判斷決策矩陣的構造方法是：根據層次結構模型，將每個具有向下隸屬關系的元素作為矩陣的首要元素，放置在矩陣的左上角，該元素的下屬關系元素依次排列在舉證的行和列上。

表2　35 kV配電線路工程實施判斷決策矩陣表

設判斷決策矩陣為A=(aij)n×n，判斷決策矩陣具有如下性質：

aij>1，aij=1/aij，aii=1

依據兩個元素的相對重要度，給出了相應的權數，以便于對決策方案進行定量計算，重要度含義如表1所示。

35 kV配電線路工程實施判斷決策矩陣表如表2所示。矩陣表中的具體標度需要根據工程實際進行配置。

表1　重要度含義表

下面給出措施層部分單項指標的評價標準。

2.1變壓器允許容量

影響變壓器允許容量的主要因素有：高壓側和低壓側電壓、短路阻抗、短路電流以及并列運行變壓器臺數。變壓器允許容量S可計算為：

(1)

式中IH——高壓側短路電流，kA；UH——高壓側電壓等級，kV；UT——低壓側電壓等級，kV；IT——低壓側短路電流，kA；UK——單臺變壓器短路電壓百分比，%；n——變壓器并列運行臺數，臺。

當變壓器高壓和低壓測電壓等級一定時，高壓側短路電流越小，短路阻抗越大，且低壓側短路電流越大時，則變壓器允許容量越大。變壓器短路阻抗ZT可以用UK表示：

2.2變壓器經濟運行

在額定電壓工作狀態下，當額定電流通過變壓器繞組時，其運行效率η為：

(2)

式中cosΦ——變壓器的功率因數；ΔP0——變壓器空載有功功率，kW；ΔPk——變壓器滿載有功損耗，kW。

變壓器視在功率中主要包含了有功功率和無功功率。變壓器功率因數是指有功功率占視在功率的百分比。因此提高功率因數可以有效地提高變壓器的運行效率。

2.3變壓器位置

配電變壓器與負荷中心的相對位置對于35 kV配電線路工程實施具有重要的評價意義。變壓器距離負荷中心的位置可以以二維坐標(x，y)來表示：

(3)

式中P1～Pn——負荷點有功功率，kW；x1～xn和y1～yn——負荷點的橫坐標和縱坐標(m)。

通過負荷中心的配電變壓器占變壓器總量的百分比確定變壓器位置評價標準。一般來說，百分比越高對于35 kV配電線路越有益。

2.4配電線路供電范圍

35 kV配電線路供電半徑為20～50 km，為保障線路損耗和配電線路壓降，依據負荷密度可以得出經濟供電半徑：

(4)

式中Pm——配電線路供電功率，kW；σ——負荷密度，kW/m2；K——配電線路成本系數，如銅導線的成本系數為38.75。

配電線路供電范圍評價標準是根據經濟供電半徑內的線路占35 kV配電線路總量的百分比，百分比越高越有益。

2.5線路電壓降和線損率

采用了電壓損失法來計算配電線路的電壓降和線損率。忽略線路本身的電抗，電壓降ΔU和線損率ΔPL可計算為：

令cosφi=cosφ，可以得出線路線損率與電壓降的比值K可計算為：

(5)

式中Ii——從變壓器輸出端到電壓最低點流過第i段線路的電流，A；Ri——第i段線路的電阻，Ω；I——流過線路開始的電流，A；φi——第i段線路電壓與電流的相位差；n——從變壓器出口到電壓參考點之間的線段數。

2.6無功功率補償容量

在35 kV配電線路工程中，一般按照變壓器容量的15%～30%來配置無功功率補償容量。無功功率補償容量QC的計算式為：

QC=Pmax(tanφ1-tanφ2)

(6)

式中Pmax——配電變壓器最大負荷功率，kW；φ1和φ2——補償前和補償后的功率因數角。

2.7配電網安全性和可靠性

配電網的結構可以通過安全性和可靠性兩個指標來衡量。

(1)安全性：配電網的安全性是指運行過程中發生故障時，配電網對負荷保持持續供電的能力。常用 “N-1”基本安全規則來衡量配電網安全性。針對35 kV配電網多主變壓器的配置情況，以2回路停電所造成瞬間負荷占總負荷的比例作為校驗標準，定義了一種“N-2”校驗作為35kV配電網安全性規則。

(2)可靠性：配電網的可靠性是指配電網對負荷持續穩定供電的能力，可靠性指標可以通過眾多指標進行量化。根據AHP中各指標相對獨立的要求，選用了“系統平均停電持續時間SAIDI”和“系統平均停電頻率SAIFI”這兩個指標來反映配電網的可靠性。

系統平均停電持續時間SAIDI指每個由配電網供電的負荷點在一年中平均停電持續時間，通過停電時間總和與負荷數之比來表示：

式中Nij——配電線路j上負荷點i的用戶數；Mij——配電線路j上負荷點i的年平均停運時間；R——配電線路j上負荷點集合；N1——配電線路總數。

系統平均停電頻率SAIFI指每個由配電網供電的負荷點在單位時間內所遭受到的平均停電次數：

式中λij——配電線路j上負荷點i的年平均停運率。

3相對重要度計算及一致性檢驗

相對重要度是指將隸屬于同一準則的所有元素進行重要度評定，并給出相應的量化值(權向量)。相對重要度的計算方法是先求出判斷決策矩陣的特征向量，然后再求其相對應的最大特征根。計算權向量最常用和積法和方根法。

和積法的基本步驟是：首先對判斷決策矩陣的每一列元素作歸一化處理；然后將處理后的判斷決策矩陣按行相加，得到該列向量；接著將判斷決策矩陣的權向量W=[W1，W2，W3…Wn]進行歸一化處理，得到判斷決策矩陣的特征向量Wi；最后，計算出判斷決策矩陣最大特征根λmax，n代表判斷決策矩陣的階數：

判斷決策矩陣進行一致性檢驗通過計算一致性比例C.R.(Consistency ratio)來決定：

(7)

(8)

式中R.I.(Random index)——平均隨機一致性指標，其取值與判斷決策矩陣的階數n有關。

當C.R.<0.1時，認定判斷決策矩陣具有可以接受的一致性。如果C.R.>0.1，則需要重新調整判斷決策矩陣，使之達到一致性標準。

4綜合重要度及一致性檢驗

在得到了相對重要度后，采用從上至下的方法，求出各級元素相對于總體決策總目標的綜合重要度。

綜合重要度結果也必須進行一致性檢驗。

當C.R.(k)<0.1時，認為判斷決策矩陣綜合重要度致性是滿意的。

5結語

本文提出了一種基于AHP分析法的35kV配電線路工程實施基本模型，該模型能夠有效評估配電網的性能需求，簡化了數據收集整理工作，降低了數據分析的難度，更加便于操作。采用該模型對于中高壓配電網的方案設計、工程施工以及竣工驗收等環節，具有良好的理論和實際指導意義，能夠極大的提高過程控制的效率。

參考文獻：

[1]林靜.工程造價綜合知識[M].北京:中國電力出版社,2009.

[2]陳德雙. 電力工程造價全過程控制探討[J].福建電力與電工，2008，28(4)：28-30.CHEN De-shuang. Probing into the whole process control for cost in electric power project construction[J]. Fujian Power and Electrical Engineering, 2008,28(4)：28-30.

[3]曹陽,孟晗輝,趙力.基于層次分析法的新農村低壓配電網綜合評估方法[J].電網技術,2007，31(8)：68-72.CAO Yang, MENG Han-hui, ZHAO Li, et al. A comprehensive evaluation method of new rural low-voltage distribution networks based on analytic hierarchy process[J]. Power System Technology,2007,31(8):68-72.

[4]王庭政. 智能配電網可靠性評估研究[D].北京：北方工業大學，2015.

[5]李金芳.基于AHP/DEA的20kV中壓配電方案研究及評估[D].保定：華北電力大學，2009.

[6]路達. 輸電線路工程造價全過程控制研究[D].保定：華北電力大學，2012.

(本文編輯：趙艷粉)

AHP-Based Analysis of 35 kV Distribution Line Construction

LU Wu-jun

(Qingpu Branch, Shanghai Shinan Electric Power (Group) Co., Ltd., Shanghai 201700, China)

Abstract:This paper makes a systematic and scientific analysis and assessment of 35 kV distribution line construction. Based on the analytic hierarchy process (AHP), it constructs the basic model of 35 kV power distribution line project. The single index evaluation standard is defined according to performance requirements, and engineering expert experience and the quantitative and qualitative scientific evaluation results are integrated. The model has good theoretical and practical guidance value for high/medium voltage distribution network in the course of project design, construction and completion inspection.

Key words:AHP analysis method; 35 kV power distribution line; high/medium voltage distribution network

DOI：10.11973/dlyny201603002

作者簡介：陸武軍(1971)，男，技師，從事配電線路施工管理工作。

中圖分類號：TM731

文獻標志碼：A

文章編號：2095-1256(2016)03-0274-04

收稿日期：2016-02-14