地區電網AVC策略的評價體系研究

李 旻1，姜振超2,3，范 宏，陳 斯

(1.國網四川省電力公司調度控制中心，四川 成都 610041；2.國網四川省電力公司電力科學研究院，四川 成都 610072；3.智能電網四川省重點實驗室，四川 成都 610072；4.上海電力學院電氣工程學院，上海 200090)

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地區電網AVC策略的評價體系研究

李 旻1，姜振超2,3，范 宏4，陳 斯4

(1.國網四川省電力公司調度控制中心，四川 成都 610041；2.國網四川省電力公司電力科學研究院，四川 成都 610072；3.智能電網四川省重點實驗室，四川 成都 610072；4.上海電力學院電氣工程學院，上海 200090)

針對地區電網不同運行工況的AVC控制策略，提出了一種地區電網AVC策略的評價體系，通過分析地區電網AVC策略的各項運行指標，掌握電網運行的運行狀況。綜合利用層次分析法建立綜合評價體系框架，通過對經濟效益、控制效益兩個層次上的指標分析，得出電網綜合運行的狀態，用于輔助電力調度部門和電力監管部門在聯網運行中的決策支持，對電網公司改善運行方式具有積極的促進作用。

運行工況；評價體系；指標

0 引 言

地區電網作為省級電網的下一級電網，由地區電力調度機構管轄，一般具有電壓等級較低、輸電距離較短等特點[1]。地區電網無功優化是保證地區電網安全穩定運行的重要方式。

科學合理的電力系統運行方式是供電系統向電力用戶提供持續、安全、優質電能的重要保證。地區電網是聯系主干輸電網和電力負荷的重要中間環節，隨著中國電網建設迅猛發展，電網設備不斷增加，地區電網各種運行工況變得更為復雜，以經驗為主要評判標準的傳統工作方式已不能滿足當前電力系統高度自動化發展的需要，因此，建立一套能夠科學地評價地區AVC策略的方法具有重要的理論意義和現實意義[2]。

下面提出了一種地區電網AVC策略的綜合評價體系，通過建立綜合評價指標體系，采用層次分析法將各項指標量化對比，綜合分析出電網在AVC控制前與AVC控制后運行狀況。

1 地區電網電壓控制

地區電網電壓的調整主要是通過調整變電站之間的聯絡線路、投入或退出變電站的變壓器、調節變壓器的分接頭以及投切電容器組等來進行[3]。在傳統的運行方式編制工作中，工作人員往往更多的是借助經驗初步制定出電網運行計劃，然后利用電力系統分析計算軟件來進行電網的潮流和故障后果等方面的分析，以驗證該運行計劃的可行性。但隨著中國電網建設的迅猛發展，地區電網規模顯著擴大，設備冗余度及自動化程度也大大增加，雖然為電網調度機構靈活調整電網運行方式、保障電網安全經濟運行創造了條件，但同時，電網可行的運行方式也大大增多，運行方式編制人員面臨著多種方案的取舍問題[4]。因此，對電力系統AVC指標體系的構建以及綜合評價結果的計算，成為電力系統運行狀態的重要參考依據，同時為電力部門編制電網運行方式提供依據。

電壓是電能質量的指標之一[5]。電力系統的無功補償與無功平衡是保證電壓質量的基本條件[6]，無功補償一般采取就地補償的原則。電壓優化運行通常采取變壓器分接頭檔位調整和電容器投切相互配合，在不同電壓等級母線電壓不越上下限的條件下，達到電壓優化控制運行的目的。

2 綜合評價理論基礎

所謂評價是指“根據確定的目的來測定對象系統的屬性，并將這種屬性變為客觀定量的數值或者主觀效用的行為[7]”，綜合評價是指對以多屬性體系結構描述的對象系統做出全局性、整體性的評價，即對評價對象的全體根據所給的條件，采用一定的方法給每個評價對象賦予一個評價值，再據此擇優排序[8]。綜合評價能夠對具有多種屬性的事物或其總體優劣受多種因素影響的事物，做出一個合理的、能夠綜合這些屬性的事物或影響因素的總體評判。綜合評價的核心理念是將雜亂零散的單項指標進行系統性和層次性地匯總，得到一個整體的評價體系和評價結果并據此進行評判和決策。

2.1 評價體系構成要素

綜合評價某一事物所涉及的各相關要素構成評價要素集。各個要素的重要程度可能相同，也可能不同。用以評價該事物的一系列指標構成評價指標集[9]。綜合評價的構成包括評價目標、評價對象、評價者、評價環境、評價指標、指標權重、評價結果等幾個要素。

圖1 綜合評價步驟

2.2 綜合評價步驟

綜合評價的核心理念是將雜亂零散的單項指標進行系統性和層次性地匯總，得到一個整體的評價體系和評價結果并據此進行評判和決策，如圖1所示。

2.3 綜合評價方法

確定綜合評價方法是綜合評價體系的核心，評價者根據所給條件與評價對象確定評價目的，篩選并確定評價指標體系，確定各指標的權重系數，構建綜合評價模型及評價算法，計算各指標的評價值并分類列出評價結果，分析結果。

3 評價指標篩選及評價體系構建

評價指標的篩選和綜合評價體系的建立是開展地區電網評估工作的關鍵，直接決定了電網評估的優劣度和可信度。地區電網綜合評價體系的評價指標包括經濟效益指標和控制效益指標。

3.1 經濟效益指標

經濟效益指標包括網損費用與設備調節費用。電網在傳輸電能時，電網中的各個電力設備包括輸電線路、變壓器等均產生有功損耗而損失電能。網損成本取決于各個輸電線路上的潮流。有功線路損耗一般是由輸電線路電阻引起的，每條線路的損耗都依賴于潮流，每條線路上的潮流都是由與之相連的發電機送出的潮流總和[10]。電網運行時，由于系統網損而產生網損費用。設備調節次數是指在電壓調節的過程中變壓器分接頭的動作次數和電容器組的投切次數，設備調節產生設備動作費用。

網損費用見式(1)：

ΔCPLOSS=TCPΔP

(1)式中：ΔCPLOSS為網損費用；T為某工況的運行時間，設定為1 h；CP為單位網損成本，設定為0.6元/kW·h；ΔP為地區電網運行時的網損值。

根據變壓器分接頭動作次數折算成變壓器分接頭動作費用。計算公式為

(2)

式中：CTi為變壓器分接頭的單位動作成本，按照30萬元開關1萬次來算，設定220 kV變壓器分接頭動作為30元/次和110 kV變壓器分接頭動作為30元/次；NTi為變壓器動作次數；CT為變壓器分接頭動作費用。

根據電容器組投切次數折算成電容組動作費用，計算公式為

(3)

式中：CCi為電容器組投切的單位動作成本，以10 kV真空開關15萬元動作5 000次進行計算，開關單位動作成本為30元/次；NCi為電容器組投切次數；CC為電容器組投切的動作費用。

3.2 控制效益指標

結合電網的運行狀態及最新的研究成果，在改進傳統的評價效益指標的前提下，提出電網AVC策略的控制效益指標。控制效益指標主要包括電壓合格率、關口功率因數合格率、電壓偏移率。電壓合格率是指電網在運行時電壓合格母線數與運行母線數之比，反映了電壓運行水平；關口功率因數合格率按照省級AVC主站下發的關口因數判斷關口功率因數合格率；電壓偏移率是指每條母線電壓偏移率的總和與母線數之比。

4 評價體系構建及綜合評價

4.1 評價體系構建

通過對各類效果指標的分析，分層分級構建了能夠直接反映電網AVC策略的特性類指標，以此為基礎建立完整的地區電網綜合評價指標體系的遞階性層次結構。合理的指標體系對于提高評價效率和評價效果會產生直接的影響[11]，所提出的指標體系為3層結構，聚合度高，結構簡單，能夠全面刻畫電網電壓調節過程中的特征，具有較好的整體性和適應性。各項底層指標意義明確，數據搜集后通過統計獲取計算所需的指標值，數據來源方便且計算方法簡單。地區電網AVC策略的評價體系結構如圖2所示。

圖2 地區電網AVC策略綜合評價體系結構

4.2 模糊評價的基本步驟

評價指標權重系數的確定是評價的重要步驟，其合理與否直接關系到評價結果的可信程度。模糊評價方法應用模糊集合理論將一些邊界不清、不易定量的因素定量化，通過對評價對象進行單因素評價，再考慮各因素的權重，給出一個評價結果。運用電力模糊評價的模型為以下幾個步驟：

步驟1：建立因素集。因素集是影響評價對象的的各種因素組成的集合，用U={u1，u2…un}表示。

步驟2：建立判斷集。判斷集也稱評語集，是由評價者對評價對象可能做出的各種總的評價結果組成的集合，用V={v1，v2，…，vm}表示，其中vi代表各種可能的評價結果。

步驟3：對單因素模糊評價時，設請第N位專家對單個因素ui(i=1，2，…，n)進行評價，每位專家根據自己的評價填寫下列表格，設第k位專家的評價意見如表1。

表1 專家意見表

(5)

據此可以得到評價矩陣R為

(6)

式中，rij是綜合所有專家意見得到的評價對象按第i個因素Ui獲得第j個評語vj的隸屬度。

步驟5：當權重集A和單因素評價矩陣R為已知時，便可用模糊變換來進行綜合評價。模糊綜合評價計算方法如下：

B=(b1，b2，…，bj，…，bm)=A⊕R

(7)

4.3 多級模糊評價的步驟

當某事物的因素集U={U1，U2，…Um}中，各因素又由多個子因素構成。對這種個數較多的綜合評價問題，通常采用二級、三級等多級綜合評價方法來解決。其中，二級綜合評價的步驟為：

2) 對每一個Ui按一級綜合評價方法進行模糊綜合評價。設評價集V={V1，V2，…Vn}，權重向量集Ai=(ai1，ai2，…，ain)。若對Ui的n個因素進行單因素評價后得到單因素評價矩陣Ri，采用相同的模糊算子將Ri和權重向量Ai模糊合成，計算出該層次因素集Ui的評價結果Bi如下：

Bi=Ai+○Ri=(bi1，bi2，…，bin)

(8)

3) 對U代表的事物進行綜合評價(二級評價)。

由B1，B2，…，Bm，可得U=(u1，u2，…um)的單因素評價矩陣為

(9)

若u1，u2，…um的權重向量A=(a1，a2…am)，則對U代表的事物的綜合評價為

B=A⊕R=(b1，b2，…bn)

(10)

與二級綜合評價法類似，多級模糊綜合評價就是依次反復進行這種合成運算，從最低層次到最高層次，直到得到最終結果。

5 算例分析

對地區電網AVC策略的綜合評價的評語分為5個等級。建立評語集V={v1，v2，…vn}。計算前需量化評判集，將描述型評判等級轉化為0～1之間的值。如“很好— 0.9”，“較好— 0.7”，“一般— 0.5”，“較差— 0.3”，“很差— 0.1”等。建立地區電網AVC策略的評價指標體系如表2所示。

表2 地區電網AVC策略的評價指標體系

算例1：以四川某電網某區域的某變電站110kV母線電壓越上限，10kV電壓偏低，但未越限為例，對控制前后各項指標進行分析，計算出控制前后各指標值并對其綜合評價。

控制前后經濟效益指標值見表3。

表3 算例1控制前后經濟效益指標值

控制前后控制效益指標值見表4。

表4 算例1控制前后控制效益指標值

采用德爾菲法對每個因素進行評價，可得到控制前經濟效益指標評價矩陣為

控制后經經濟效益指標評價矩陣為

控制前控制效益指標評價矩陣為

控制后控制效益指標評價矩陣為

采用層次分析法確定評價指標權重系數集。首先構造判斷矩陣元素，一般采用1～9及其倒數的標度方法反映個元素的重要性。具體量化數值見表5。

表5 量化數值表

針對經濟效益指標進行兩兩比較，構造出判別矩陣，見表6。

表6 判別矩陣

計算此判斷矩陣的最大特征根以及其對應的特征向量，此特征向量就是各評價因素的重要性排序，也即是權重系數的分配。將此特征向量歸一化，得到經濟效益指標的權重見表7。

表7 算例1經濟效益指標權重

同理可得控制效益指標權重見表8。

表8 算例1控制效益指標權重

一級指標權重見表9。

表9 算例1一級指標權重

采用加權平均模型M(⊕，+)運算規則，計算出控制前后綜合評價，見表10。

表10 算例1控制前后綜合評價情況

算例2：以四川某電網某區域電壓越上限為例，對控制前后各項指標進行分析，計算出控制前后各指標值并對其綜合評價。

控制前后經濟效益指標值見表11。

表11 算例2控制前后經濟效益指標值

控制前后控制效益指標值見表12。

表12 算例2控制前后控制效益指標值

采用德爾菲法對每個因素進行評價，可得到控制前經濟效益指標評價矩陣為

控制后經濟效益指標評價矩陣為

控制前控制效益指標評價矩陣為

控制后控制效益指標評價矩陣為

采用層次分析法確定評價指標權重系數集。具體量化數值同算例1表5。

針對經濟效益指標進行兩兩比較，構造出判別矩陣。判別矩陣同算例1表6。

得到經濟效益指標的權重分別為u11=0.6；u12=12；u13=0.2。控制效益指標權重別為u21=0.454；u22=0.454；u23=0.092。

一級指標權重u1=0.4；u2=0.6。

采用加權平均模型M(⊕，+)運算規則，計算出控制前后綜合評價，見表13。

表13 算例2控制前后綜合評價情況

上述結果表明在策略執行后評價結果中隸屬于很好的值最大，較策略執行前有了大幅提高，因此策略執行后綜合評價為系統運行很好。

6 總 結

地區電網AVC策略的運用是地區電網穩定可靠運行的重要保證，通過變壓器分接頭檔位調節與電容器組投切操作實現對電網電壓調節與無功補償。地區電網AVC策略評價體系的構建，有效地對電網的運行狀態及運行效益做出了較為準確的評價。通過各項指標的逐一量化分析，直觀地反映出電網的各項運行指標，為電網的進一步優化運行做好基礎。

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In view of the different operating conditions of regional power control strategy, an evaluation system of regional power grid AVC strategy is proposed. The various operation indicators of regional power grid AVC strategy are analyzed in order to get the information of grid operating condition. The framework of comprehensive evaluation system is established by analytic hierarchy process. Through the analysis on the indicators of economic benefits and control effectiveness, the integrated operating condition of power grid is obtained. It can help the power dispatching departments and electricity regulatory authorities in support of decision-making and improve the operating mode of power grid companies.

operating condition; evaluation system; indicators

TM73 <文獻標志碼：a class="emphasis_bold"> 文獻標志碼：A 文章編號：1003-6954(2016)06-0023-06文獻標志碼：a

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2016-10-08)

李 旻(1970)，高級工程師，主要從事電網調度運行及管理。