配電網發展協調性綜合評價研究

古吉超， 王靈龍， 覃 玉

(國網重慶市電力公司 永川供電分公司，重慶 402160)

配電網發展協調性綜合評價研究

古吉超， 王靈龍， 覃 玉

(國網重慶市電力公司 永川供電分公司，重慶 402160)

配電網的協調程度，對配電網的健康發展起重要作用。配電網的規劃工作需要考慮配電網的協調發展。考慮了影響配電網發展協調性的內部與外部因素，從配電網設備協調性、配電網負荷均衡協調性、配電網與社會發展協調性3個方面建立了配電網發展協調性指標體系，并采用層次分析法與熵權法結合的主客觀綜合方法確定了評價指標的綜合權重，進而確定了配電網發展協調性的綜合評價方法。最后，通過對某地區規劃前與規劃后的協調性進行綜合評價，分析結果表明了建立的評估體系在配電網發展協調性評價中的實用性與有效性，可用于其他地區配電網發展協調性的評價研究。

配電網； 協調性； 層次分析法； 熵權法； 綜合評價

0 引言

電網發展的協調性指電網內部各部分之間的相互適應性。配電網是連接輸電網與用戶的橋梁，配電網各部分之間的協調程度，對配電網健康發展起重要作用。

文獻[1]從宏觀層面分析了北京地區電網發展與經濟發展的協調性，但未對電網內部進行分析研究；文獻[2]從電網與電源、用戶、社會發展協調及電網內部協調等各方面分析了電網發展的協調性，但其分析內容既包括區域主網，也包括地區配電網，針對配電網協調性分析不夠全面；文獻[3]主要從電網內部以及電網與負荷協調兩方面建立評估體系，評價較為單一；文獻[4]主要從社會、經濟、資源及環境協調性等宏因素進行電網發展協調度評價，評價主要集中于宏觀層面；文獻[5]主要從規劃環評角度進行電網規劃的協調性分析。總之，國內目前對配電網協調性的分析主要集中于某一單一方面的評價，未能統籌考慮配電網發展建設的多種因素與指標，對配電網發展的協調性評價結果指導性不強。

本文根據城市地區配電網建設情況，統籌考慮配電網內部與外部因素，從配電網設備、配電網負荷均衡、配電網與社會發展3個方面建立配電網發展協調性綜合評價體系，發現電網建設過程中的缺陷，指導配電網的建設發展。

1 配電網發展協調性評價體系

配電網發展既包括配電網內部的協調，又包括配電網與外部的協調。基于層次分析法，從配電網設備、配電網負荷均衡、配電網與社會發展協調性等三方面開展配電網發展協調性評價。

配電網發展協調性評價體系構建采用層次結構，分為目標層、準則層、子準則層和指標層，如表1所示。

表1 配電網發展協調性評價體系

1.1配電網網絡結構協調性

配電網具有合理的網絡結構，是保證配電網供電可靠的基礎。選取110 kV變電站單電源線或單變率(A11)、35 kV變電站單電源線或單變率(A12)及10 kV線路平均分段數(A13)3個指標表征配電網網絡結構的協調性。

(1)110(35)kV變電站單電源線或單變率

變電站單電源線率指只有一條電源進線的變電站占該電壓等級變電站的比率；變電站單變率指只有一臺主變壓器的變電站占該電壓等級變電站的比率。隨著配電網結構的不斷優化，該指標值應呈下降趨勢，因此該值越低越好。

(2)10 kV線路平均分段數

為減少停電范圍，降低用戶的停電時間，將10 kV線路進行合理分段，從而提高供電可靠性。文獻[6]中要求10 kV架空線路分段數不宜超過5段。目前，普遍認為10 kV線路的合理分段數在3～5段之間，因此取該值合理范圍為3～5。

1.2配電網設備利用協調性

選取變電站10 kV出線間隔利用率(A21)、10 kV線路聯絡率(A22)、10 kV線路截面規范化率(A23)3個指標表征配電網設備利用的協調性。

(1)變電站10 kV出線間隔利用率

變電站10 kV出線間隔利用率是指變電站10 kV側已使用的出線間隔在所有出線間隔中所占的比例。該指標表征配電網高中壓設備的利用水平，為保證變電站的供電能力并留有一定裕度，該指標的合理范圍為65%～80%。

(2)10 kV線路聯絡率

10 kV線路接線形式有輻射式、多分段適度聯絡、單環式、雙環式等。除輻射式結構線路之間無聯絡外，其他接線形式10 kV線路均有聯絡。該指標反映10 kV配電網內部互聯情況，互聯率越高，10 kV配電網供電可靠性越高，因此該值越高越好。

(3)10 kV線路截面規范化率

10 kV配電網導線截面選擇的不規范造成了配電網供電能力不足或導線浪費。文獻[6]中對10 kV線路導線截面進行了規范，導線截面選擇越規范，配電網供電能力越能得到保障。因此該值越高越好。

1.3配電網容量協調性

選取高中壓變電容量協調性(A31)、110 kV線變容量協調性(A32)、35 kV線變容量協調性(A33)以及10 kV線變容量協調性(A34)4個指標表征配電網容量配置的協調性。

(1)高中壓變電容量協調性

高中壓變電容量協調性定義為高壓配電網變電容量與中壓配電網變電容量的比值，即110 kV和35 kV變電站的主變容量之和與所有10 kV配電變壓器容量之和的比值。理論上來說，該值為1時，高中壓配電網協調程度最好。但實際電網中，需考慮負荷同時率因素的影響。據文獻[3]158內容，該值的理想取值為0.84。

(2)線變容量協調性

線變容量協調性指標反映該電壓等級下線路額定輸送容量與線路裝接變壓器額定容量的比值。該值過高或過低均表明電網發展過程中具有不協調問題。該值在各電壓等級下的理想取值分別為：110 kV、35 kV指標值為1.15；10 kV指標值為0.75。

1.4配電網負荷分布協調性

選取110 kV、35 kV主變，10 kV配變輕載或重載比率(B11～B13)以及110 kV、35 kV、10 kV線路輕載或重載比率(B14～B16)6個指標表征配電網負荷分布的協調性。

配電網負荷分布集中于合理負載率范圍之內的程度越高，配電網利用越合理。變壓器、線路輕載導致電能浪費，變壓器、線路重載導致負荷轉供困難，影響供電可靠性。因此表征配電網負荷分布協調性的6個指標值越低越好。

1.5配電網負荷發展協調性

選取110 kV、35 kV變電容載比(B21、B22)，110 kV、35 kV線路利用率(B23、B24)4個指標表征配電網負荷發展的協調程度。

(1)變電容載比

容載比指某一供電區域、同一電壓等級電網的共用變電設備的總容量與對應的網供負荷的比值，用于評估電網的容量裕度[7]。容載比的合理取值在1.8～2.2之間。

(2)線路利用率

線路利用率指某一供電區域內線路輸送容量之和與線路額定容量之和的比值。該指標的理想取值與線路的接線形式有關，其合理取值在0.4～0.6之間。

1.6配電網負荷轉供協調性

選取110 kV、35 kV變電站平均失電比率(B31、B32)，110 kV、35 kV、10 kV線路平均失電比率(B33～B35)5個指標表征配電網負荷轉供的協調能力。

(1)變電站平均失電比率

變電站平均失電比率是指當變電站失電后，站內低壓側無法進行轉供的負荷(斷供負荷)占低壓側總負荷的比值。該指標越低越好，為保證供電可靠性，該指標值宜控制在40%以下。

(2)線路平均失電比率

線路平均失電比率是指當某一電壓等級的一條線路失電后，該線路所帶負荷中無法通過該電壓等級或下一電壓等級的其他線路進行轉供的負荷所占比例。該指標值越低越好，其理想取值宜控制在30%以下。

1.7配電網與經濟發展協調性

配電網的發展應與經濟發展相協調，并具有一定的超前意識。選取電力消費彈性系數(C11)、單位GDP耗電量(C12)、電網收益協調性(C13)3個指標表征配電網與經濟發展的協調關系。

(1)電力消費彈性系數

電力消費彈性系數是指某一段時間內電力消費增長率與GDP增長率的比值。該指標值反映電力發展與國民經濟發展的協調程度，其理想取值范圍為1～1.2。

(2)單位GDP耗電量

單位GDP耗電量是指某一地區全社會用電量與該地區GDP的比值。該值反映電能利用效率，隨著經濟的發展，該值應逐漸降低。

(3)電網收益協調性

電網收益協調性表征電網凈利潤與電網輸配電容量之間的協調關系。隨著電網輸配電容量的不斷增加，電網凈利潤應逐漸增加。因此該指標值的理想取值為1。

1.8配電網與用戶協調性

配電網與用戶協調性指標反映電力公共用戶與電力專網用戶之間的協調關系，選取用戶專線占用間隔比率(C21)與不合理用戶專線比率(C22)2個指標作為評價指標。

(1)用戶專線占用間隔比率

用戶專線占用間隔比率指某電壓等級下用戶專線間隔數量占該電壓等級總出線間隔的比例。該指標反映電網中大客戶線路占用間隔資源的比例，其合理取值應控制在25%以下。

(2)不合理用戶專線比率

不合理用戶專線比率是指包裝容量不滿足用戶專線容量要求且非重要電力用戶的用戶專線占所有用戶專線的比例。該指標反映配電網管理水平的高低，隨著配電網管理的逐步規范化，該值會逐漸降低。因此，該指標值越低越好。

2 評價模型和評價方法

2.1指標標準化處理

由于本文中選取的指標既有指標值越大越好的正指標，也有指標值越小越好的負指標，又有指標值在某一確定值為最優的中性指標，因此需要對這些指標進行標準化處理[8]。采用線性比例變換法對這些指標進行標準化處理，具體如下：

yi=xi/xmax，1≤i≤m,i為正指標

(1)

yi=xi/xmin，1≤i≤m,i為負指標

(2)

(3)

對于中性指標，先按式(3)將其轉化為負指標，然后按式(2)計算。

2.2指標權重的確定

指標權重的確定方法分為主觀賦值法和客觀賦值法。主觀賦值法依賴于專家經驗進行權重的確定，適用于指標較少的情況；客觀賦值法采用數學工具進行分析，消除了主觀賦值法的片面性缺點，能夠用于較多指標的賦值。

單一采用一種賦值方法，存在一定的弊端與局限性。本文綜合采用主客觀法相結合的方式確定配電網發展協調性的指標權重，采用層次分析法和熵權法計算指標權重，進而將2種方法的計算結果進行組合修正，得到評價指標的組合權重。

層次分析法的基本步驟為：首先建立反映評估系統特征的層次結構，進而對指標的重要程度進行兩兩比較，逐層打分，構建判斷矩陣；然后求解判斷矩陣的特征根及其對應的特征向量，得到各指標所占的權重；最后進行矩陣的一致性檢驗。

熵權法的基本步驟為：首先使用標準化方法對指標數據進行轉化，然后對各評價指標的熵值進行計算，根據熵值計算各指標的變異程度，進而得到指標權重[9]。

將層次分析法得到的指標權重與熵權法得到的指標權重采用線性加權平均法計算組合權重，則評價模型各層的組合權重向量W=(w1,w2,…,wi,…,wm),wi表達式為：

wi=αw1i+(1-α)w2i

(4)

式中：w1i為采用層次分析法得到的指標權重；w2i為采用熵權法得到的指標權重；α為組合權重分配系數，0≤α≤1。結合配電網協調性綜合評價的實際，本文選取α=0.5。

2.3配電網協調性綜合評價

對于n個評估方案，對各指標實際值進行標準化處理，得到指標層各指標的評分向量H。通過層次分析理論，將指標評分與指標權重按公式(5)向上層遞推，分別得到子準則層、準則層指標以及目標層的得分。遞推表達式為：

(5)

式中：H(0)為目標層的得分；H(1)為準則層的得分；H(2)為子準則層的得分。

3 算例分析

本文選取某地區中壓配電網作為研究對象，對該地區電網2016年規劃前及規劃后的協調性進行評估。

規劃前，該地區配電網基本情況為110 kV變電站5座，供電主變10臺，變電容量為500 MVA；35 kV變電站7座，供電主變14臺，變電容量為244 MVA；10 kV線路80條，線路總長510.6 km；10 kV公用配變1 623臺，變電容量為710.5 MVA。規劃后，新增110 kV變電站2座，主變4臺，變電容量100 MVA；新增35 kV變電站1座，供電主變2臺，變電容量40 MVA；新增10 kV線路12條，總長92.5 km；改造10 kV線路25條，總長185.2 km；新增及改造10 kV公用配變158臺，變電容量為56.1 MVA。

限于本文篇幅，只列出配電網網絡結構協調性和設備利用協調性在規劃前和規劃后的得分，見表2。

采用基于層次分析法和熵權法相結合的方法計算指標的組合權重，本文只列出子準則層和準則層的AHP法權重、熵權法權重以及組合權重，如表3和表4所示。

表2 部分指標規劃前及規劃后得分表

表3 不同方法確定的子準則層指標權重

表4 不同方法確定的準則層指標權重

通過對各層指標的遞推計算，得出了該地區規劃前和規劃后綜合評價以及設備、負荷均衡、與社會發展協調性的得分，如表5所示。

由表5可知，該地區配電網在規劃后各項指標得分有了較大程度地提升，主要體現在規劃方案實施后，地區35 kV單電源線及單變率大幅降低，10 kV線路分段更加合理，10 kV線路間聯絡率得到提升，變電站負荷分布較集中，重載或輕載變電站比例降低，變電站及線路失電比率降低，配電網與用戶協調性提高等方面。但規劃后，在各電壓等級線變容量協調性、配電網負荷發展協調性以及配電網與經濟發展協調性等方面提升幅度較小，需要在后續規劃中關注相關問題，全面提高配電網發展的協調性。

表5 準則層及綜合評價得分

4 結論

本文建立的配電網協調性綜合評估體系，能夠較好衡量配電網規劃對配電網協調性的影響，可用于比較多種規劃方案的優劣，對配電網的建設起良好的指導作用。該評價體系能夠較好地評估配電網發展協調性情況，為配電網改造建設提供參考，具有較高的實用性與有效性。

[1]楊衛紅,蔡琦,何永秀，等. 北京電網發展與經濟發展協調性評價[J]. 華東電力, 2009,37(10): 1627-1630.

[2]楊江. 電網發展協調性評價指標體系研究[J]. 陜西電力, 2016,44(8): 55-59.

[3]葉彬,葛斐,陳學全，等. 配電網發展協調性評估[J]. 電力系統及其自動化學報, 2012,24(5): 154-160.

[4]李金超,牛東曉,李金穎，等. 基于GRA與PCA的電網發展協調性評估研究[J]. 電力系統保護與控制, 2010,38(18): 49-53.

[5]朱庚富，周靜. 城市電網規劃環評中相關規劃的協調性分析[J].電力科技與環保, 2010,26(3): 36-38.

[6]劉劍沖. 含分布式電源的城市電網規劃方案綜合評價研究[D]. 北京：華北電力大學,2015.

[7]陳岳峰,徐恩,姜念. 配電網綜合評價指標體系構建與方法研究[J]. 山西電力, 2017,2:14-17.

[8]陳靖,路志英,劉洪，等.基于改進ANP的配電網綜合評估方法及應用[J].電力科學與工程,2015,31(5):21-28.

[9]劉暢,李穎,夏露，等.電動汽車充電站綜合性能評價[J].華北電力大學學報(自然科學版), 2017,44(1)：82-88.

Study on Comprehensive Evaluation of Distribution Network Coordination

GU Jichao， WANG Linglong， QIN Yu

(State Grid Chongqing Power Supply Company Yongchuan Power Supply Company, Chongqing 402160, China)

The coordination degree of distribution network plays an important role in the healthy development of the distribution network. The distribution network planning should take the coordination developing of distribution network into account. This paper considers the internal and external factors influencing the coordination of the distribution network, and establishes a coordination index system from three aspects: distribution network equipment, distribution network load balance and distribution network with social development; and by using the combination of analytic hierarchy process(AHP) and entropy weight method for the evaluation of the comprehensive weights of the coordination index system, the comprehensive evaluation method of the distribution network coordination is then put forward. At last, according to the comprehensive evaluation of the distribution network coordination before and after planning, the result shows that the proposed method is useful and effective in analyzing the distribution network coordination, and it can be used for the study of the distribution network coordination of other regions.

distribution network; coordination; AHP; entropy weight method; comprehensive evaluation

10.3969/j.ISSN.1672-0792.2017.10.002

TM727.2

A

1672-0792(2017)10-0011-05

2017-06-28。

古吉超(1976-)，助理工程師，研究方向為配電網規劃。