基于灰色關聯度分析法的電網評價體系建模仿真

彭濤

（國網湖北省電力公司湖北武漢438400）

近年來，國民電力需求日益增多，電網負荷屢創新高。配電網作為保障高質量、穩定供電的重要設施，其建設與投資工程需更加合理的規劃。雖然國家電網在加快電網建設中投入巨大的人力物力，但建設成果卻并不理想，浪費了大量的人力財力[1-3]。由此說明，目前急需一套成熟、科學的配電網評價體系來對配電網工程做出評估，從而使人們能夠根據評估結果對配電網的建設方案進行優化，提高配電網的建設效果。

針對這一問題，文中從基礎配電網運力、電網結構功能、節能性與安全性等多方擬定建設指標。同時，打破傳統的單一改造功能效果類分析，引入了經濟收益、風險評估等評價指標，形成全方位科學的配電網評價體系[4-6]。并面向過程，從方案的實施、運行、社會效益、可持續發展等諸多方面建立多屬性數學模型。其次，整體模型基于改進灰色關聯度法，加入指標權重計算方法，從而保障對配電網擁有更完善的評價判據[7-8]。最后，針對配電網的可持續發展性及潛在風險、收益進行合理性分析。且二次修正方案薄弱環節，進而保障方案的科學性與高效性。

1 配電網評價指標體系

配電網評價指標主要分為兩方面：

1）針對配電網建設后的運力改善程度，建立建設效果指標；

2）針對固定時間段內階段性決策的建設效率反映，建立建設效率指標。

1.1 運行效果指標

運行效果包含配電網的各項狀態，屬于固有屬性。因此，本文主要選取電網自身屬性中的特性指標和效果指標進行分析。

在建設電網過程中，電網特性本質上是以滿足目標人群需求為核心的。中國電網主要服務者包括電力用戶、電力企業和社會大眾。因此，特性效果指標主要評價3種目標群里之間的發展利益關系[9]，如圖1所示。效果指標可根據不同需求細分為供電穩定性、電壓合格率、線損狀況和設備功率利用率等。

圖1 特性效果指標關系示意圖

而具體效果指標涵蓋的內容，依據配電網的功能和運行效果動態規劃。本文從設備配置、網絡結構、容量協調方面進行指標體系建設，分析結果如表1所示。

1.2 建設效率指標

建設效率主要指電網階段性建設的成果，包含階段性經濟指標和宏觀價值評估兩方面。并依據以上指標對未來配電網規劃工作進行指導與修正，即電網建設方向會隨著階段建設效率做動態規劃[10-11]。本文以中壓配電網建設為示例，其階段建設各項改善差額統計，如表2所示。

表1 配電網運行效果分類指標體系

表2 配電網評價指標體系

2 基于改進灰色關聯度法的評價方法

2.1 指標權重計算

首先設立三級指標層次，采用灰色關聯度求取權重。傳統的灰色關聯度分析法是將多項專家分析結果進行差異性比較，從而得出經驗的數值關聯度[12-13]。數值越大權值越大，經過多項綜合歸一化處理后得到最終權值。

但此種方案易受分辨系數這一主觀因素影響，因此文中對此進行了改進賦權計算：首先，設立n個評價指標，專家經驗報告m份，建立初始權重經驗矩陣，如下式。

隨后挑選最大權重作為公共參考，再計算各指標與參考序列的距離，綜合求解指標權重，進行歸一化處理。

原始矩陣（1級指標權重矩陣）為：

2級指標權重計算矩陣為：

3級指標矩陣為：

最終計算得到的各項權重值，見表2。

2.2 效果判據及建設合理性分析

電網建設及運行效果指標判據采用差額計算法，以目標可改善空間換算百分比。不同百分比對應的指標數據如表3，評價指數區間為1～100。

表3 改善指標與評價指數對應關系

而建設合理度分析則依據建設效果后的評價指數是否滿足預期值，來劃定合理性等級。根據配電網投資效益與目標預期指數的比值劃定合理度評分，見表4所示。分值越高則代表電網建設越合理。

表4 合理度評估量化分級表

3 建設優化模型構建仿真

3.1 基礎建設運行效果及效率模塊

首先統計n年歷史建設前后配電網設施運行指標變化，如：配電網負載電量、電網架設規模、線路長度、功率負載等，從而建立多維矩陣模型。隨后，計算單位建設效果值g0和單位建設效率值h0。

式中參數分別為：年份（a）、投入金額（Ta）、效果值（g0a）和效率值（h0a）、判據函數（fx）、指標權重（ai，aj）。最后統計分析歷年配電網單位建設效果值和效率值，繪制增長曲線。從而預估出今年的效果值G0和效率值H0參數，據此實現第一階段的建設預規劃。

3.2 配電網建設方案分析模塊

此外，若建設配電網前已獲得詳細的電網特性指標的規劃目標值，則可啟用本模塊來實現建設方案的修正和二度效率規劃。

1）綜合電網特性指標、線路負荷和建設規模，以規劃目標值為參考點，利用建設效果評價指標計算方法得到效果理論估計值。

2）根據運行效果指標和效率權重，計算得出目標運行效果得分和建設效率得分，計算公式如下。

3）根據效果值和效率值，預估配電網總投入資金：

3.3 年度總建設方案預制作模塊

得到本年度總投入金額，運行效果、建設效率值后，在配電網運行現狀的基礎上，可進行建設效果評價及策略建模。系統建立了一套篩選模型，可通過計算得出最優方案，如圖2所示[14-15]。

其中，策略制定根據指標體系進行評分篩選。隨后劃分權重等級，計算出配電網運行指標值Di，電網負荷電量目標值E1，規模擴容指標E2。計算過程如下，P為目標投資供電量。

圖2 配電網投資策略制定模型篩選流程

3.4 仿真算例測試

Matlab作為一種數學模型計算軟件，其適合于進行矩陣計算、算法開發、數值分析等[16]。本文采用Matlab軟件對所建立的電網評價體系進行仿真驗證，選取某地區配電網建設作為指標評價體系分析實例對象。取前三年的電網數據參數，輸入到指標構建模型中進行分析，經過模型篩選與模型合理性分析，結果整合繪制成表5。

表中給出了各項指標增長比率，同時還給出了實際指數與目標指數。對比分析可知，該區域配電網實際指數與目標指數接近，建設后評分為96.04，可見建設較為合理。進一步分析，后期修正可從相對薄弱的設備配置入手，通過改善自動化覆蓋率和線路絕緣率[17]能夠進一步提升建設效果。

表5 建設合理性分析指標值及指數實例

4 結束語

文中從電網建設的運行效果和建設效率出發，建立了科學化的指標評價體系，并借助數學模型[18]，根據電網自身特性構建分級權重指標分析模型。同時，改進了傳統灰色關聯度分析法的主觀缺陷，其實用性較強。評價體系可全面反映電網建設后效果，并對電網建設成果做出科學預估。文中利用模型篩選得到最優化方案，消除薄弱環節，從而保障了配電網建設的高效穩步發展。