智能配電開關遙控成功率評價體系的分析與研究

周紅娟,李亞龍,董 鍇,孟子杰,吳龍騰

(1.廣東電網有限責任公司陽江供電局,廣東 陽江 529500;2.廣東省電力調度控制中心,廣東 廣州 510000)

0 引言

隨著社會的快速發展,人工智能技術已逐漸深入我們工作與生活的各個領域[1],用戶對智能電網建設的呼聲也隨之升高,特別是對與居民用電生活密切相關的配電網的智能化建設。在此背景下,智能配電開關應運而生,并得到了巨大的發展。為建設智能配電網、確保配電網饋線自動化功能的高效運轉,需不斷提升智能配電開關遙控成功率[2-3]。因此,根據建設項目的技術合理性和投資效益,制定優化的投資規劃來提升智能配電開關的遙控成功率至關重要[4]。

配電開關遙控成功率作為智能配電網的重要指標,直接反映了配電網運行能力及可控程度。近年來,人們已意識到配電開關遙控建設的重要性,也由此展開了一系列的研究,但對影響配電開關遙控成功率的指標體系研究甚少。文獻[5-7]分別對影響配電自動化“三遙”開關成功率的單一指標進行了分析,但未對其所有影響指標進行深入剖析;文獻[8]對遙控成功率低的部分原因進行分析并提出了相應的整改措施,但是研究得不全面、不徹底,未對其原因的影響程度進行深入分析。

從自動化設備、配電網通信信號和配電網主站三大類指標著手,通過問卷調查收集專家的意見,并采用改進的層次分析決策算法對智能配電開關遙控成功率的影響因素展開綜合分析評價,定量計算出各影響指標的權重,并提出了一套影響智能配電開關遙控成功率的指標評估體系,為智能配電網的建設改造提供理論支撐。

1 改進的層次分析法

層次分析法(Analytic Hierarchy Process)是用客觀的理論體系對人的主觀判斷進行分析并建立矩陣模型的多目標最優決策方法。其主要思想是用對比理論將復雜的非量化的理論問題清晰直觀地轉化為定量的數學矩陣模型問題進行分析,用優化算法來確定各影響指標的重要程度。基于層次分析法的綜合評判決策的步驟分為以下6步。

a.根據影響指標的某種共性進行分組,建立層次結構。

b.利用三標度法建立比較矩陣。

c.用極差法在比較矩陣的基礎上構造判斷矩陣。

d.計算各元素的權重。

e.計算判斷矩陣的一致相容性情況,開展矩陣一致性判斷,驗證前文計算的權重的合理性。

f.綜合考慮本文建立的矩陣模型,進行綜合權重計算和排序,建立指標評估體系。

采用層次分析法開展案例分析的關鍵步驟是根據人對影響指標重要性程度的主觀認識來確定比較矩陣和構造判斷矩陣。本文針對影響智能配電開關遙控成功率的指標建立權重評估體系,分析步驟如下。

a.將研究的影響指標按某種共性分成3～5類,然后又按并列或支配關系進行歸類,形成遞階層次關系結構。

b.運用三標度法對同一層級的n個元素c1,c2,....,cn中的任意2個元素ci和cj進行重要性比較得到aij,從而建立比較矩陣A。

c.采用極差法構造判斷矩陣D=[dij]:

dij=P(ri-rj)/R

式中:ri和rj分別為矩陣A中第i行、j行元素之和;P為常量,在實踐中一般取P=9;極差R,R=rmax-rmin,rmax=max{r1,r2,…,rn}。

d.權重計算。

e.進行一致性檢驗。

由改進的判斷矩陣Q=DW～T得到最大特征值λmax。

檢驗判斷矩陣Q的一致相容性指標CI、CR如下:

若計算得CI＜0.1且CR＜0.1,則認為建立的判斷矩陣的一致性可接受;

當CI≥0.1或CR≥0.1,則認為其一致性不可接受,應適當修改建立的判斷矩陣,重新對修改后的矩陣進行以上步驟計算[9]。

2 影響智能配電開關遙控成功率的指標分析

智能配電開關遙控成功率可以通過智能配電開關遙控成功的次數除以遙控操作的次數來計算得出。當配電自動化開關遙控不成功時,應主要通過檢查配電網自動化控制裝置、配電網通信信號、配電網主站的數據等來找準遙控失敗的原因[10]。因此提升智能配電開關遙控成功率的影響指標主要分為3類:配電網自動化設備類指標、配電網通信信號類指標、配電網主站類指標。

2.1 自動化設備類指標

a.自動化終端在線率。配電自動化終端主要有采集并控制自動化開關的分、合狀態等功能。隔離開關操作、靈活的電網運行方式使得“三遙”遠程終端偶爾出現失電掉線,從而導致智能配電開關遙控失敗。

b.自動化開關未投至“遠方”位置。智能配電開關經過調試后,即認為具備自動化功能,但部分配電網運維單位未將自動化開關投至“遠方”位置,導致智能配電開關遙控失敗。

c.自動化開關本體及裝置故障。出現開關及其裝置異常時,配電自動化設備接收到調度端的指令,但由于開關本體故障而無法正確響應遙控指令。

d.終端控制回路異常。自動化終端控制回路異常導致被遙控的配電開關不受任何監控,無法實時將現場的運行狀態返回至調度臺,影響智能配電開關的遙控成功率[11]。

2.2 通信信號類指標

2.2.1 通信信號不穩定

目前,受限于資金成本與地理位置等因素,配電網大多采用GPRS無線公網進行通信,存在通信信號不穩定的現象,導致無法準時傳達遙控指令。

2.2.2 通信通道擁堵

配電網通信信道擁堵,造成智能配電開關的變位信號上送延遲或上送失敗,出現配電網主站的狀態與現場狀態不一致的情況。

2.3 主站類指標

2.3.1 圖模異常

配電網單線圖圖模異常直接影響配電開關遙控成功率,主要表現有:圖模未關聯和設備GIS ID變更。當遙控操作配電網圖模上的孤島開關時,無法將調度端的指令準確傳達至現場智能配電開關。

2.3.2 主站系統異常

配電終端接入配電網主站的信號異常或者配電網主站本身異常導致無法監視智能配電開關的實時運行狀態,不具備實時監視和控制配電網設備的能力。

3 案例分析

某電網的配網線路共26 961回,配電開關512 419臺,三遙終端數量75 602臺,配電網遙控開關覆蓋率為14.75%。

為大力推廣智能配電開關遙控操作,采取“能遙則遙”的原則,某電網2019年4個季度的智能配電開關遙控情況如表1所示。

表1 某電網4個季度的智能配電開關遙控情況

由表1可知,智能配電開關的遙控成功率在90%左右,其成功率還未達到智能配電網的要求,還需做進一步的研究與提升。開關遙控不成功的原因主要有:開關終端不在線、開關未預置至“投遠方”操作、配電網通信信號不穩定等。智能配電開關的遙控成功率關系著智能配電網的建設,不僅影響配電網事故處理、方式調整等調度操作效率,而且直接影響用戶的供電可靠性。因此,對影響配電網開關遙控成功率的因素進行分析,并提出相應的決策方案是打造智能配電網的首要任務。

為有針對性地采取整改措施,減少重復試驗的工作量,需對提升智能配電開關遙控成功率的影響指標進行建模分析,其分析體系如表2所示。

表2 影響智能配電開關的遙控成功率分析

以配電網自動化設備類指標B1為例,確定各項指標對于影響智能配電開關成功率指標的權重。在自動化設備類指標中,用c1表示自動化終端在線率,用c2表示自動化開關未預置至“投遠方”操作,用c3表示自動化開關本體及裝置異常,用c4表示終端控制回路異常。用改進的AHP對以上4個影響指標進行分析研究如下。

為得到自動化設備類指標的4個影響元素的重要性排名情況,本文通過問卷調查收集某電網配電網領域專家的意見。95%的專家認為:自動化終端在線率c1重要性高于自動化開關未預置至“投遠方”操作c2,自動化開關未預置至“投遠方”操作c2重要性高于自動化開關本體及裝置異常c3,自動化開關本體及裝置異常c3重要性高于終端控制回路異常c4,利用三標度法建立比較矩陣

權重計算

進行一致性檢驗,得到一致性矩陣

Q=[2.195 1.054 0.507 0.244],由Q求得最大特征值λmax,λmax=4.001 4。

得CI=0.000 5＜0.1,CR=0.000 4＜0.1,

故以上的判斷矩陣可以接受,計算得到c1、c2、c3、c4在自動化設備類指標中的占比矩陣

同樣進行專家調查,并采用層次分析法可得,配電網通信信號不穩定d1、通信通道擁堵d2在配電網通信信號類指標中的占比矩陣

同樣進行專家調查,并采用層次分析法可得,配電網單線圖圖模異常e1、配電網主站系統異常e2在配網主站類指標的占比矩陣

we=[we1we2]=[0.987 0.013]

針對影響智能配電開關遙控成功率的三類指標:配電網自動化設備類指標B1、配電網通信信號類指標B2、配電網主站類指標B3進行專家調查排序并利用層次分析法可得出:這三類指標在影響智能配電開關遙控成功率指標的占比矩陣wb。

所以,由此可得本文研究的各影響指標的權重矩陣

由以上的計算結果可知,提升智能配電開關遙控成功率的各指標影響程度如表3所示。該指標權重體系既可以用于確定智能配電開關遙控成功率影響因素的改造優先權,還可以為建設智能配電網資金分配提供參考依據。其中,自動化終端在線率對遙控成功率至關重要,因此在提升配電開關遙控成功率的方案中,應該優先進行考慮。

表3 各指標對于總體系的權重大小分布情況

在配電網領域里,以上建立的影響智能配電開關遙控成功率的權重體系與某電網的實際情況吻合,但其權重大小還存在一定的模糊地帶,故后續對影響配電網開關遙控成功率的深入研究仍具有深遠的意義。

4 結論

采用三標度法建立了信息簡單、易于接受的智能配電開關遙控成功率影響指標判斷矩陣模型,利用嚴密的層次分析法來確定各影響指標權重,建立了一套智能配電開關遙控成功率的評價體系。該體系既有助于針對性地提升智能配電開關遙控成功率,又可用于評價和優選智能配電網建設的規劃建設方案。