基于模糊決策的配電網擴展規劃綜合評價系統

黃裕春，雷才嘉，李柏新，賈 巍，胡嘉銘

(廣東電網廣州供電局，廣東 廣州 510656)

近幾年，電能依據其自身使用方便、清潔高效以及遠距離傳輸的特點，成為世界各國廣泛使用的二次能源之一[1]。配電網作為電力輸送的最后一道關卡，在負責電力分配、聯系用戶的過程中起著舉足輕重的作用。合理的配電網規劃是優化配置電力資源、完善配電網發展的重要舉措[2]。配電網在進行擴展規劃后，傳統的評價系統無法對其進行評價，所以需要提出更加高效的配電網擴展規劃綜合評價系統。

部分研究者提出電網綜合數據質量評價系統及其軟件實現設計方法，首先基于電網設備中的數據參數，獲取電網的穩態數據以及故障數據特征；再基于故障特征，從多個角度提取電力數據的評價指標；最后通過對各種指標的主客觀權重配比實現配電網的綜合評價。該方法由于未能利用模糊決策理論對系統的規劃評價指標進行設計，所以該方法在綜合評價后無法檢測出配電網的電力負荷[3]。還有一部分研究者提出面向智慧商圈的多源數據采集與綜合評價系統設計方法，首先基于Pyspider對系統的整體框架進行設計；再利用整體框架采集數據，依據二分思想以及多邊形規則對采集的數據進行邊界、內點的判定；最后基于映射規則對不同的數據源進行定義，利用融合數據對整體進行分析，從而完成綜合評價。該方法由于在數據管理模塊設計時存在一定問題，所以該設計方法的覆蓋性能低[4]。另一部分研究者提出間歇性風電并網能源調度綜合模糊評價系統設計方法，首先對模糊評價系統的硬件架構以及軟件實現流程進行設計，依托數據管理、模糊評價、編輯查詢等模塊構建可變模糊評價模型；再基于該模型確定指標評價體系權重指標以及隸屬度矩陣；最后利用模糊算子確定綜合評價向量矩陣，實現精確評價。由于該方法在軟件層次結構設計時數據層有較大誤差，所以其綜合評價效果較差[5]。

為解決上述系統中存在的問題，本文設計基于模糊決策的配電網擴展規劃綜合評價系統。

1 系統設計方案

1.1 整體框架設計

配電網擴展規劃綜合評價系統需基于3層架構理論進行設計，3層架構的具體結構如圖1所示。

圖1 3層架構的具體結構Fig.1 Specific structure of the three-tier architecture

在配電網擴展規劃綜合評價系統設計過程中，需要對系統在設計時可能存在的影響因素進行考慮[6-8]。利用全局設計以及分割的方法對其進行集成處理，依照“簡單化、規范化、流程化、模塊化”設計理念，遵循一定的設計原則對系統進行設計。

具體設計原則：①保持原有的電力規模，不能干涉配電網的日常運行；②確保該設計的評價準確性；③確保系統不存在應用風險；④各功能模塊之間可以共享采集數據，并且可實時連通；⑤滿足配電網的評價需求，有可持續發展規劃。

配電網擴展性規劃綜合評價系統需要將配電網的整合與改造相結合，以數據共享為前提，設置新的功能模塊，并加強與其他支撐系統的溝通。根據上述系統設計基本原則，結合3層架構體系，完成系統的整體框架設計，如圖2所示。

圖2 整體框架Fig.2 Overall framework

1.2 數據庫層

該系統的數據庫層主要分為數據初始處理以及數據管理2個功能模塊[9-10]。①數據初始處理模塊主要負責對系統的初始化數據進行校正以及轉換、修復等。數據在進行轉換時需要將不同的數據結構進行統一處理，校正時需要基于網絡拓撲結構對數據進行檢驗，維修時需排除配電網異常數據，對正常數據標準化[11-13]。②在管理配電網數據時，需要對評價所需的各類數據進行管理。使用Oracle數據庫進行管理評價，并依靠數據庫自身的備份、恢復、訪問等功能來實現數據管理。

1.3 功能邏輯層

功能邏輯層為3層架構的中間層，它不但是上下層的連接紐帶，還是該系統的核心層。該層主要負責為數據庫建立連接通道，并根據用戶需求，對數據進行相應的抽取及儲存，最后將結果傳送至客戶端。由于該層是從業務處理中分離出來的，所以該層為獨立的中間層，其中包括指標統計、評估分析以及規劃決策3部分，每一部分又分屬不同的功能模塊：①統計指標模塊具有評估電能質量以及可靠性考核的功能。該功能在運行時，需計算配電網數據的安全指數以及配電網的設備情況。②評估分析模塊負責對配電網進行技術的合理性分析，并對配電網結構改進以及短期改造方案提供指導。經濟性評估功能是對配電網的階段性投資進行積累，對評價結論進行復核，計算投資的盈余。供電能力評估主要為從配電網的角度對網絡架構的合理性進行評估。③規劃支持模塊主要負責總結分析配電網現狀，找出相對薄弱的部分對其進行規劃，為擴展規劃提供依據。

1.4 用戶界面層

用戶界面層主要負責對評價結果進行查詢以及統計，將評價結果進行發布，并以圖、表的形式進行輸出。系統在該層中還具備評價參數設置以及修改的功能，用戶可依據具體情況以及實際需求，設置相應的參數以及評估指數。

2 軟件設計

設計的配電網擴展規劃綜合評價系統的軟件功能與用戶的需求相關，所以該系統在軟件設計上需要遵循“頁面簡潔，方便操作”的理念進行具體設計[14-17]。用戶需通過訪問人機交互界面，在系統中依據數據屬性完成導入、下載以及查詢等操作，并能夠實現數據處理、綜合對比等業務。

2.1 軟件框架設計

配電網擴展規劃的綜合評價系統軟件框架具體結構如圖3所示。

圖3 軟件設計結構Fig.3 Structure of the software design

2.2 軟件結構

該系統的軟件結構是數據、數據管理以及信息發布、決策分析4層架構。數據層由數據系統以及數據輸入系統組合而成的，該數據層主要對系統的基礎數據進行采集交換等處理。數據管理層是由數據管理系統組合構建成的，主要負責數據的基礎管理操作。信息發布層是由信息發布系統、報告圖表系統組合構成的，該發布層主要負責圖表查看、數據查詢、報告發布等功能。功能分析層主要由數據的處理系統、綜合分析評價系統組合構成的，主要負責計算配電網中的原始數據，并對結果進行具體分析，儲存到數據層中。

2.3 軟件層次結構

該系統設計的軟件層次結構如圖4所示。

圖4 系統軟件層次結構Fig.4 System software hierarchical structure diagram

配電網擴展規劃綜合評價系統的軟件層次結構分為數據層、計算分析層、頁面顯示層。

(1)數據層。數據層需要將存儲在軟件中的配電網數據進行分析處理，并往來輸送配電網規劃管理中所需的原始數據以及處理過后的數據。

(2)計算分析層。計算分析層不僅需要負責計算配電網線路的負載率以及整理線路在配電網中的分布、變化趨勢，預測配電網線路負荷，還需要對配電網的相關規劃進行必要的裕度分析以及現狀評估分析。

(3)頁面顯示層。頁面顯示層主要負責為用戶提供查詢結果，并將其輸送至終端進行顯示，成為獲取數據的窗口。

2.4 數據庫設計

系統軟件主數據庫由配網線路運行數據表、工程規劃數據表、電網結構數據表、計算評價結果表組合而成。具體結構如圖5所示。

圖5 軟件主數據庫具體結構Fig.5 Specific structure of software main database

(1)配電網線路運行數據表主要負責對線路名稱以及配電網的線路所屬分區、線路額定負荷等數據進行保存[18-20]。

(2)結構數據表主要儲存配電網電纜型號、干線型號等數據。

(3)配電網規劃項目數據表主要負責對配電網擴展規劃基金以及相應數量數據進行儲存。

(4)結算評估結果表主要對配電網的負載以及規劃項目的統計情況進行保存。該表的主要數據來源于線路運行表和網架結構表。

2.5 評價指標設計

基于模糊決策理論對系統的規劃評價指標進行設計。①協調性指配電網中不同部分的默契，以及相互之間的適應度。②適應性是指配電網規劃方案與可持續發展之間的適應度。③經濟性是指評價擴展規劃方案是否可行的重要指標，主要考察配電網中設備的新舊以及好壞情況。④可靠性在評價指標中會與經濟性相矛盾，它不但需要考慮統計的意義，還需要衡量配電網的供電可靠性與負荷供電可靠性。

評價結果的查詢流程如圖6所示。

3 仿真實驗分析

為了驗證本文設計系統的整體有效性和應用效果，對本文設計的基于模糊決策的配電網擴展規劃綜合評價系統進行測試。配電網擴展規劃綜合評價系統數據監控后臺如圖7所示。

圖6 評價結果查詢流程Fig.6 Evaluation result query flow chart

圖7 評價系統數據監控后臺Fig.7 Evaluation system data monitoring background

(1)在配電網中隨機選取一段時間，通過評價系統數據監控后臺，對本文設計的基于模糊決策的配電網擴展規劃綜合評價系統評價后的配電網電力負荷曲線進行檢測，并將檢測結果與標準電力負荷曲線進行對比，對比結果如圖8所示。

圖8 配電網電力負荷曲線檢測結果Fig.8 Test results of power load curve of distribution network

依據圖8可知，本文設計的基于模糊決策的配電網擴展規劃綜合評價系統可以有效檢測出配電網的電力負荷曲線，并且檢測出的電力負荷曲線與標準電力負荷曲線接近，這主要是因為本文設計的基于模糊決策的配電網擴展規劃綜合評價系統利用了模糊決策理論對系統的綜合評價指標進行設計，配電網經過本文所設計系統的綜合評價后，能夠有效地檢測出配電網的電力負荷曲線。

(2)在本文設計的基于模糊決策的配電網擴展規劃綜合評價系統中添加隨機干擾源，對配電網的覆蓋性能進行測試，測試結果如圖9所示。

圖9 配電網覆蓋性能測試結果Fig.9 Distribution network coverage performance test results

依據圖9可知，本文設計的基于模糊決策的配電網擴展規劃綜合評價系統能夠在綜合評價時將配電網中的電力數據覆蓋率穩定在70%以上，雖然受到隨機干擾源的影響，無法做到對配電網的全面覆蓋，但是該系統的配電網覆蓋性能較好。

(3)基于上述實驗結果，對本文設計的基于模糊決策的配電網擴展規劃綜合評價系統的綜合評價效果進行測試，綜合評價的評分標準見表1。

表1 綜合評價的評分標準Tab.1 Scoring criteria for comprehensive evaluation

整體來看，本文設計的基于模糊決策的配電網擴展規劃綜合評價系統的綜合評價測試結果與綜合評價的評分標準相接近，綜合評價效果較理想。

4 結語

近幾年，我國的電網技術水平不斷上升，配電網的結構也隨之改變，由原來的單一結構轉變為現今多變的復雜結構，從而使傳統的擴展規劃綜合評分方法無法有效地完成擴展規劃的綜合評價，提出一種新型的擴展規劃綜合評價系統，成為行業中急需解決的問題。針對傳統系統設計方法中存在的問題，設計基于模糊決策的配電網擴展規劃綜合評價系統。首先對系統的整體框架進行設計；再對系統的軟件方面進行具體的功能設計；最后通過系統的軟件設計實現配電網的擴展規劃綜合評價。該系統由于在設計系統軟件時還存在一定問題，今后會針對這一缺陷繼續對該系統進行優化。