基于緊迫性分析的配電網改造項目優化研究

陳 海

（國網桐鄉市供電公司，浙江 桐鄉 314500）

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基于緊迫性分析的配電網改造項目優化研究

陳 海

（國網桐鄉市供電公司，浙江 桐鄉 314500）

配電網改造是為了滿足不斷增長的供電需求，但其開展受資金總額、作業力量等多因素制約，存在一個擇優執行的問題。文章根據配網運行實際，提出項目緊迫性分析的概念，并以緊迫性改善最大為目標函數、項目投資不超批復為約束條件來構建項目優選輔助決策模型。緊迫性計算主要基于改進型層次分析法進行。算例表明：文章的研究成果能保證配網改造中有限資金得到最大功效的利用，有助于供電可靠性和電能質量的穩步提升。

層次分析；緊迫性；配電網規劃；優化

隨著用戶對供電可靠性及電能質量要求的不斷攀升，配電網改造的合理性和科學性分析也變得日益重要。由于配電網點多面廣、設備繁雜，開展配電網的改造工作所需考慮的因素是方方面面的，如周邊環境、線路走廊、批復資金、作業力量等。因此，就某一階段來說，配電網改造所面臨的首要工作是優選項目，即爭取以最少的資金和人力換取最大的供電改善?，F有文獻認識到配電網改造的分區、分片特點，采用層次分析法來梳理線路或變電站的存在問題數量，并以此確定項目集合中項目安排的優先順序［1-2］。這種方法能在一定程度上吸納專家知識，具有一定合理性，但其缺少對存在問題的嚴重指數的分析和判斷，因此仍是片面的，需要改進。

1 基于緊迫度分析的配電網項目優化思路

配電網改造的最終目的是為了滿足不斷增長的用電需求，因此我們可以以項目實施對供電緊迫性緩解程度最大作為目標函數來追求項目的優選。但緊迫性判斷既涉及對配網指標的分析，又關系到指標之間權重的分配，因此具有較大模糊性和不確定性，需要采用有效的模型來進行。文章根據國內外研究趨勢，提出利用基于DEMATEL方法（決策實驗室分析法）和交叉增援矩陣法的改進型層次分析法來科學得到緊迫性指數，以此有效安排改造項目的優先次序。以下為建模步驟：

1）根據負荷預測及配網現狀，確定配網的短板。

2）利用輔助決策程序和專家知識，充分考慮經濟、可靠、發展等因素，建立線路改造項目集。

3）使用層次分析法對饋線的核心考核指標進行權重初分配，然后用DEMATEL方法和交叉增援矩陣法對權重進行修正。

4）對改造項目集中每條饋線進行考核指標計算，在此基礎上糅合終極權重值進行緊迫性分析。

5）以緊迫性改善最大為目標函數，以批復資金為約束，建立項目優選模型。

其中，第 3）步是重點，其構建情況如圖 1所示。

圖1　層次分析法的層次劃分

2 緊迫性計算

2.1指標考核函數構建

針對圖1中第三層建立指標考核函數。因只有指標不合格才會產生改造緊迫性，因此建立的指標考核主要反映的是不合格情況。

1）主干長度不合格程度。以式（1）表示，其中，Lmax為符合規程和當地實際的最大允許主干長度，a1為被考察饋線的主干長度。

2）主干截面不合格程度。以式（2）所示的模糊數學中的隸屬函數形式來表達。

3）裝見容量不合格程度。以式（3）表示，其中，Cmax為符合規程和當地實際的最大允許裝見容量，a2為被考察饋線的裝見容量。

4）負載率不合格程度。以式（4）表示，其中，lmax為符合規程和當地實際的饋線最大允許負載率，a3為被考察饋線的實際負載率。

5）可轉供比例不合格程度。以式（5）表示，其中p表示被考察饋線的可轉供比例。

6）接線狀況不合格程度。以式（6）表示，“1”表示不合格，“0”表示合格。

7）線損不合格程度。以式（7）表示，其中，Tmax為線損率指標上限，a4為被考察饋線的實際線損率。

2.2緊迫性計算

以式（8）表示。其中：wj為指標權重；ui0為直接由權重糅合指標不合格值而得到的修正緊迫性數值；ui1為考慮緊迫性懲罰法則所得到的緊迫性數值；umax為緊迫性懲罰上限，即緊迫性大于此值而未進入優選序列將受到懲罰；I（x）為 0-1函數，當x＞0取1，反之取0。

3 項目優選建模

所謂項目優選，就是在批復資金框架內，執行某些改造項目將能最大程度地緩解饋線改造緊迫性［3］。采用0-1規劃模型，如式（9）所示，其中：①Z為所有優選項目執行后的系統總緊迫性改變幅值；②△uj為項目 j的執行給系統緊迫性帶來的變化；③ui2為優選項目執行后線路i的緊迫性數值；顯然，若改造后該線的所有考核指標均達到合格，那么其緊迫性應該為 0；改造后該線的考核指標仍有不合格的，那么其緊迫性應有下降，但大于 0；④Mj為項目j的使用金額，Mmax為預算總金額；⑤S為項目集，Aj為項目 j所輻射的饋線集合；⑥xj是0-1變量，1表示項目被選中，0表示項目被淘汰。

關于式（9）的求解，可用LINGO軟件進行。

4 算例

4.1基礎數據

以中部某地的含5條線路（l1～l5）的配網為例，其基礎數據見表 1。相關說明：①就該地實際情況（下同），干線長度的允許上限為6km；②裝見容量的允許上限為12000kW；③線路是否構成重載的判斷值為85%；④配網線損率要求不高于4%。

表1　算例的基礎數據

4.2指標權重確立

根據層次分析法原理［4-5］，組織一定數量的各領域專家進行指標權重的確立。步驟：

1）先確立圖1中因素層間的權重分配，結果為供電可靠性：電能質量：經濟性=0.375∶0.475∶0.150。

2）建立圖 1中各內容層之間的相互影響關系（見表2）。表中值的大小映射互作用程度的大小。

表2　圖1中各內容層之間的相互影響

3）根據 1）、2），依次運用層次分析法、DEMATEL方法及交叉增援矩陣法進行指標權重的初始計算和修正，最后得到：主干長度、主干截面、裝見容量、重過載、可轉供比例、接線模式、線損率的權重分別為0.0667、0.1619、0.1380、0.2377、0.1334、0.2395、0.0750。

4.3饋線改造的緊迫性分析

對l1～l5進行改造緊迫性分析的流程如圖2所示。

圖2　關于饋線的改造緊迫性的分析流程

利用圖2流程，結合表1給定的基礎數據，就可得到l1～l5在執行改造前的緊迫性數值，見表3。

表3　l1～l5的改造緊迫性計算結果

相關專家通過計算、分析，建立項目集，見表4。專家們還測算出：若m1—m4全部實施，則l1、l2、l5將不再有指標不合格問題，其改造緊迫性均下降至0；而l3、l4的指標不合格程度雖有所減輕，但不為零，它們的緊迫性指數將分別變為 0.0414和0.0169（具體計算按圖2流程進行，過程略）。

表4　針對l1～l5存在問題的改造建議

4.4項目的優選

由表4可知，m1—m4的資金總和為1983萬元，而上級批復的改造資金上限為1685萬元，因此需要在項目集中進行項目優選。

我們取緊迫性懲罰上限為 0.35，通過前文建立的項目優選模型在LINGO軟件中進行迭代計算，得到可執行的最優項目組合為｛m2，m3，m4｝，其總投資1678.8萬元，可使l1～l5組成的配網系統的總緊迫性由改造前的1.6112下降至0.4017。而其他組合方式，要么投資總額超批復，要么緊迫性下降幅值不是最大。因此，選用文章構建模型可使有限資金得到最高效的利用。

5 結論

配電網改造是不斷提升供電服務的需要，但受資金、人力等因素制約，改造工作面臨項目優選的問題。文章基于研究現狀，提出利用改進型層次分析法來科學研判項目執行的緊迫性，從而為配網建設提供有效的輔助決策。算例表明，文章構建的而方法合理、實用，具有一定推廣價值。

［1］張弛，程浩忠，奚珣，等. 基于層次分析和模糊綜合評價法的配電網供電模式選型［J］. 電網技術，2006，30（22）：67-71.

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［3］趙會茹，王鶴，韓英豪，等. 電網建設項目投資優化及輔助決策支持系統研究［J］. 華東電力，2007，35（6）：23-25.

［4］肖峻，高海霞，葛少云，等. 城市中壓配電網評估方法與實例研究［J］. 電網技術，2005，29（20）：77-81.

［5］王文山. 電網建設項目投資決策評價［J］. 電網技術，2007，2（S2）：90-92.

Optimization of Distribution Network Reconstruction Project based on the Analysis of Urgency

Chen Hai
（State Grid Tongxiang Power Supply Company，Tongxiang，Zhejiang 314500）

Power distribution network is to meet the growing demand for power supply，but its development is limited by the amount of capital，operating force and other factors，there is a problem of merit. According to the actual situation of distribution network operation，this paper puts forward the concept of project urgency analysis，and takes the urgency of improving the objective function and the project investment not to exceed approval as the constraint condition to construct the project decision assistant decision model. The urgency calculation is based on the improved analytic hierarchy process. Examples show that the results of the research can ensure the use of the limited funds in the distribution network，and the power supply reliability and power quality can be improved steadily.

analytic hierarchy process； urgency； distribution network planning； optimization

陳 海（1980-），男，湖北宜昌人，工程師，研究生學歷，主要從事電力工程的管理工作。