基于模糊層次分析法的配網自動化系統運行評價*

孫常浩 蔡雷鳴

（國電南京自動化股份有限公司 南京 211100）

1 引言

智能化和信息化是未來電網發展的必然趨勢，與電力行業的發展相輔相成［1］，信息化項目的建設成果和管控水平也是國家電網公司考核的重要指標［2］。通過科學合理的運行評價體系對配網自動化系統運行狀態進行綜合評估能夠對系統各個部分的運行情況宏觀、動態的展示，能夠對影響評價結果的各個影響因素和影響關系進行量化、挖掘出影響系統運行評價的關鍵內在因素，對提高系統運行可靠性、指導配網自動化系統的運行優化決策和建設改造具有重大意義。

從對電網運行相關評價研究現狀來看，目前所做研究工作有基于電網運行的宏觀方面，例如：規劃方案［3~6］、工程建設［7~8］、經營效益［9~10］等；針對電網運行的某個特定方面大多集中在例如：可靠性［11］、電能質量［12~13］、變壓器運行狀態［14~15］等。而對于企業信息化、自動化系統的運行評價相關研究較少。電網的信息化、自動化建設也是電網企業的重要考核指標之一，對于配網自動化運行評價研究具有較強應用價值。

本文提出一種配網自動化系統運行的綜合評價方法，該方法利用層次分析和模糊評價的思想。首先通過分析配網自動化系統運行的特性，建立配網自動化運行評價的層次體系，然后通過模糊隸屬度函數對單個評價指標進行量化建模，利用層次分析法分析各個層次不同指標之間的權重值，最后通過逐層加權計算得到配網自動化系統運行的綜合評價結果，為配網企業優化自動化系統運行以及提升自動化建設水平具有一定的指導作用。

2 配網自動化運行指標體系的建立

配網自動化系統是配電網安全、經濟運行的重要保障，其運行指標要能夠反映配電網運行的狀態

2.1 可靠性指標

配網自動化系統的評價應以保證供電可靠性為前提，設立可靠性指標。可靠性指標設定為

遙信動作正確率：遙信動作正確次數占總遙信次數的百分比。遙信是遠方設備的狀態信號如開關位置信號、保護信號等。

遙控正確率：遙控正確次數占總次數的百分比。遙控是遠方控制操作，主要是分合閘以及對遠方控制設備進行操作。

用戶平均停電時間：統計時段內平均每個用戶的停電時間。因故障導致的用戶停電時間也是自動化系統運行考核的重要指標。

數據完整率：是指在統計時段內實際采樣上傳的終端信息與應采樣信息的比值。是自動化設備采集數據可靠性的重要指標。

2.2 優質性指標

運行優化也是配網自動化系統的重要功能之一，配網自動化系統能夠根據電壓合理控制無功負荷和電壓水平，改善供電質量，減少網損。因此在運行指標中設立供電優質性指標即反映電網的運行質量。優質性指標可以設定為

電壓合格率：電壓合格率是指電壓合格時間占總監測時間的百分比，是衡量電能質量的重要指標之一，也是電網公司優質服務的重要內容之一。

設備負載率：設備最大負荷占其額定容量百分比。是衡量設備運行情況的指標。

綜合線損率：是指統計范圍內總損失電量占總供電量的百分比。主要反映電網運行的經濟性。

終端覆蓋率：已投運的終端數量占計劃安裝的終端總量百分比。

2.3 運維指標

配網自動化運維在配網自動化系統運行過程中起到重要作用，為了確保系統的正常運行需要對系統、設備進行定期或者不定期的維護，包括自動化終端設備的缺陷管理、定期檢修等工作。

重大缺陷消缺率：是指在統計時段內配電終端設備的重大缺陷的消缺百分比。

總體消缺率/消缺及時率：統計時段內及時消除的缺陷數量占總缺陷數量百分比。

檢修計劃完成率：統計時段內完成的檢修計劃數占總計劃數的百分比。

因此，配網自動化系統運行指標體系如圖1 所示。

圖1 配網自動化系統運行評價指標體系

3 層次分析法模糊評價模型

配網自動化系統的評價體系中，一些指標很難用數值對其評價進行量化，一些指標雖然具有定量特性但難以根據數值進行合理評價，本文應用模糊綜合評價方法來解決系統定量評價的問題。

3.1 模糊評價

模糊評價的關鍵因素是計算單個指標的得分和權重值，而計算單個指標得分過程中隸屬度函數的選取極為重要，常用的隸屬度函數有階躍函數、線性函數以及高斯型隸屬度函數。

1）階躍隸屬度函數

階躍隸屬度函數只有兩種狀態，適用于嚴格要求的指標例如遙控正確率。

2）線性隸屬度函數

（1）函數1：最優值在兩邊指標

隸屬度函數如下所示：

（2）函數2：最優值在中間的指標

3）確定單個指標得分

隸屬度函數中橫坐標表示指標的值，縱坐標表示該指標位于不同隸屬度中的概率，滿足如下公式：

單個指標的得分Ft計算公式可以表示為：

其中，F1，F2，F3分別為指標位于不同隸屬度中的得分，代表優、良、及格取90，75，50。

3.2 層次分析法確定權重

本文利用層次分析法確定各項指標的權重。層次分析法基于專家咨詢的基礎上，對影響綜合評價結果的指標的重要性進行兩兩比較，從而建立評價矩陣，當矩陣的特征滿足一致性檢驗時，矩陣最大特征值對應的特征向量即為這一層指標的權重。

1）建立評價矩陣

評價矩陣的建立基于專家意見調查的結果，專家根據每一類指標，將指標進行兩兩對比，根據其重要性打分產生評價矩陣。

評價矩陣中元素的含義如表1所示。

表1 評價矩陣指標含義

2）確定權重向量

根據評價矩陣求出其最大特征值和特征向量：

上式中，I為最大特征向量，λmax為最大特征值。

根據最大特征向量進行歸一化處理后獲得權重：

3）一致性檢驗

一致性檢驗的作用是防止判斷矩陣比較尺度出現前后不一致的現象，引入一致性指標CI：

其中m為評價矩陣的階數。

一般來說CI 越小一致性越好，而由于判斷矩陣維數m越大一致性越差，因此在實際應用中引入隨機一致性比率CR進行一致性校驗

其中隨機一致性比率RI 可以通過查表得到［16］，CR的值越小說明一致性越好，當CR＜0.1 時說明滿足一致性要求。

3.3 配網自動化系統運行績效模糊評價

文章根據所劃分的評價指標體系層次運用模糊綜合評判法進行評估，評估步驟如下：

1）單個指標選取模糊隸屬度函數

根據每個指標的特點隸屬度函數劃分如下：

階躍模型：遙控正確率

線性模型（最優值在兩邊）：遙信動作正確率、終端覆蓋率、電壓合格率、檢修計劃完成率、缺陷消缺（及時）率、數據完整率、綜合線損率、終端缺陷數、用戶平均停電時間

線性模型（最優值在中間）：設備負載率

2）根據隸屬度函數以及各項指標的實際值確定評分。

3）根據層級利用層次分析法確定各層權重。

4）根據層級進行加權計算得到最終綜合評價得分。

4 算例分析

算例以陜西地電某公司配網自動化系統為研究對象，對其實際運行數據進行整理，通過模糊綜合評判法分析對系統的運行狀態進行月度運行評估。

4.1 指標數據整理

根據系統運行數據以及模糊隸屬度函數確定的各項指標數據以及得分如下。

表2 各項指標運行數據及得分

4.2 模糊綜合評價

以綜合指標和可靠性指標為例，專家打分后生成的判斷矩陣如下。

表3 綜合指標評價矩陣

表4 可靠性指標評價矩陣

根據層次分析法可以得到各類指標權重如下（以可靠性為例）。

表5 可靠性指標評價結果

綜合評價結果：

表6 綜合評價結果

4.3 結果分析

通過對算例仿真結果進行分析可以得出如下結論：

配網自動化系統運行綜合評價得分為87.0分，接近于90 分優的評價，說明系統運行狀態良好。在綜合評價指標中可靠性指標的權重最大最為重要占73%，得分為88.9也最高說明系統運行的可靠性較強；優質性指標占18.9%但評分只有76.4，降低了總體評分；運維指標占比最少8.1%但評分最高。所以在下一步的運行優化中可以在保證其他指標評分水平的基礎上著重提升優質性指標得分從而能夠最為有效地提升總體評價。

在可靠性內部指標分析結果中，遙控正確率指標占比最高且表現最好，用戶停電時間和遙信動作正確率指標占比較大但得分較低，在下一步的運行過程中對設備安排巡檢和檢修計劃，排查缺陷和故障，降低用戶平均停電時間，提升遙信動作正確率。

在優質性內部指標分析結果中，綜合線損率和電壓合格率權重最大且評分較低，在接下來系統運行過程中應對系統中電壓、網損分析模塊進行優化，加強系統電壓調節和網損控制能力。

5 結語

本文根據配網自動化系統運行特點以及電網公司對信息化建設的要求，提出一種配網自動化系統運行綜合評價方法。方法建立了包含可靠性、優質性和運維指標在內的配網自動化系統運行評價層次體系，運用模糊隸屬度函數對各項指標進行建模，運用層次分析法確定權重，通過層層加權計算獲得最終綜合評價結果。算例結果表明本文所提出的方法能夠對系統運行的效果進行量化，直觀地反映系統運行中存在的不足和缺陷，評價結果可以為配網自動化系統的運行優化、信息化建設提供參考。