配電網網格化運行狀態綜合評價

武晨晨，苗 霽，祝佳楠，陳 鵬

（1.國網江蘇省電力有限公司宿遷供電分公司，江蘇 宿遷 223800；2.南京理工大學 自動化學院，江蘇 南京 210094）

近年來，高速發展的經濟使得配電網需要進行進一步優化，提升供電質量，增加供電可靠性，改善配網結構等各個領域協同發展。要全方位掌握全國各地城市配電網發展情況，必須建立一個科學、合理的城市配電網網格化綜合評估指標體系，發現城市配電網網格化中存在的問題，為城市配電網網格化發展指引方向。

文獻[1]采用序關系分析法和基于指標相關性的賦權法進行主客觀組合賦權的直流多饋入受端系統故障排序方法。文獻[2]采用模糊綜合評價法實現整個配電網狀況的評估，結果更為準確全面。本文從配電網五個方面建立了配電網網格化綜合評價指標體系。將指標數據分為3 類，根據指標的本身特性制定評分標準，并利用數據擬合工具得到各指標的評分函數，通過主觀法與客觀法兩者有機結合求出指標綜合權重，從而建立地區配電網網格化綜合評價模型。最后，通過對江蘇省某市配電網網格化的實際評價驗證了綜合評價模型的有效性。

1 評價體系構建

1.1 指標體系構建原則

1.1.1 具有全面性

配電網含有大量影響其運行性能指標，因此需反映出具有經濟性、技術性、適應性和社會性的指標，才能保證對配電網網格化進行綜合評價具有客觀性和科學性。

1.1.2 具有可測性

因需要大量數據為權重分配和評價模型做鋪墊，配電網網格化綜合評價中各指標具有便于采集，便于測量的特點，為后期的數據處理及分析帶來簡便。

1.1.3 具有可比性

需要選擇具有可比性的相關指標，使后期的權重分配能夠具有科學性和說服力，并且突出具有指導性的評價。

1.1.4 具有獨立性和全面性

因配電網網格化的指標較多且部分指標具有一定相關性，因此有必要盡可能避免指標重疊，使指標具有獨立性和全面性，保證評價模型的全面性。

1.2 指標體系框架

以網架結構水平對于供電可靠率的影響為例，主要體現在上級變電全停時負荷轉移能力、中壓線聯絡情況以及網架調整操作的靈活便利等，構成的三級指標均為以上考慮到的相關影響因素。同理，可以得到其他四方面的三級指標，從而得出配電網網格化發展綜合評價指標體系。如圖1 所示。C1、C2、C3等為三級指標簡稱，D1、D2等為相應三級指標下的因素層指標簡稱。

圖1 配電網網格化綜合評價指標體系

2 評價方法

2.1 層次分析法原理

層次分析法是一種定性與定量相結合的多屬性決策方法[3]，其基本原理是通過具有遞階層次結構的相關因素（目標、準則、對象）來評價方案。構造比較判別矩陣進行兩兩比較，然后將判別矩陣的最大特征根對應的特征向量歸一化，其數值為同一層次因素相對于上一層次的權重，最后綜合求出各方案的權重。

應用AHP 法確定指標主觀權重步驟如下。

（1）建立層次結構模型：目標層為實現對配電網網格化運行狀態的評價，準則層為網架水平、裝備水平、負荷供應能力、運行水平及投資效益5 個二級指標，因素層是準則層更為精細的分支。

（2）構造判別矩陣：構造判別矩陣B=（Bij）n×n對同一層次因素相對上級層次的重要性進行兩兩比較。Bij表示因素i 相對于因素j 對于目標的重要程度[4]。通過邀請該領域專家使用saaty 九級標度法對各層次進行多次打分，最后構造出各層次的判別矩陣。

（3）層次單排序與一致性檢驗：計算該層次因素的相對權重，具體步驟為：

a.對判斷矩陣各列進行歸一化處理

b.對處理后的判斷矩陣按行相加

d.一致性檢驗

多目標評價問題通常都是復雜的非線性問題，會使判斷帶有主觀性和片面性。完全要求每次比較判斷的思維標準一致是困難的，因此可能會出現評價結論矛盾的情況[5]。有必要通過一致性檢驗來判斷評價結果的準確性。求出一致性比率CR 值。CR=CI/RI，CI 為判斷矩陣一致性指標，RI 則為不同階數矩陣的隨機一致性指標。由此可知，首先需求出，式中，λmax為判斷矩陣最大特征根，然后引入隨機一致性指標RI，見表1。從而求得CR=CI/RI。若求得CR 值小于0.1，則判斷矩陣通過一致性檢驗，否則需進行調整。

表1 隨機一致性指標

（4）層次總排序與一致性檢驗：層次總排序為所有因素相對于目標層的重要性權重。這一過程是從目標層到因素層依次進行逐層計算，為該要素各隸屬層層次單排序的累積乘積，其結果為該指標在層次分析法下對于目標的重要性權重。其結果仍需要進行一致性檢驗來判斷合理性，CR=CI/RI，其中。當CR 值小于0.1 時，則認為通過一致性檢驗。

2.2 熵權法原理

通過熵的性質，計算出各個指標的熵值，如果某個指標的信息熵越小，就表明該指標變異程度越大，提供的信息量越大，在綜合評價中的作用也就越大，相應的該指標因其突出作用能被分配到更多的權重。

熵權法求解客觀權重步驟。

（1）數據標準化處理：

本文運用“最小-最大值標準化”法對指標進行標準化處理。其中xij為第i 條規則下的第j 條因素指標的原始數據，maxxij正向指標的最大值，亦為正向指標理想值。minxij為負向指標的最小值，亦為負向指標理想值。為標準化數據。則，

正向指標的標準化處理

負向指標的標準化處理

（2）計算第j 指標下樣本的特征比重：

（3）計算第j 項指標的熵值：

（4）對第j 項指標的差異化系數進行計算，差異系數的計算公式為：

（5）將差異系數歸一化，得到指標的權重：

2.3 指標組合權重確定

通過層次分析法求得的主觀權重ωs和熵權法求得的客觀權重ωk線性組合便可得指標的組合權重[6]。組合權重的結果由ωs和ωk的分配系數的確定決定。

組合權重ωz：這里取α=0.5，β=0.5。

2.4 指標評價判據制定

指標的評價標準是判斷指標優劣的重要判別依據，依據該“標尺”可以衡量不同量綱和數量級的指標的優劣，直觀地表現指標在配電網網格化中的具體情況。由于各個指標之間存在差異，如計算公式和含義等不同，需對指標進行規范化處理后才能對評價目標進行綜合評價。在實際的使用中，按照指標的具體特性可把指標類型分為成本型、效益型和適中型3 類，其函數曲線如圖2 所示。

圖2 評分函數曲線示例

本文采用的是1-100 標度[7]。綜合考慮配電網實際發展情況和指標性質，并通過相關文獻資料以及相關領域專家意見制定標評分標準。以中壓線路聯絡率為例。其結果見表2，表3。

表2 指標類型與評分標準設置

表3 綜合評價指標體系評分函數

通過擬合的函數計算出各個指標的具體得分yi，將得分與權重做線性組合得到該網格的綜合評分：

3 算例分析

為驗證所提配電網網格化評價方法的有效性，本案例以某市6 個片區典型網格化A～F 作為評價對象進行綜合評價。

3.1 主觀權重

根據上一節所述步驟，采用層次分析法對各項因素的主觀權重進行計算。以一位專家對5 個二級指標打分表為例。可得指標權重為α=[0.1628，0.1628，0.2826，0.282 6，0.1092]。由此得到層次單排序，再計算出層次總排序，以中壓線聯絡率指標相對于目標層的權重為例說明：ω=0.1628×0.1585×0.333=0.0086，同理可求得剩余因素層指標整體權重。將多名專家的打分表按上述步驟計算，得到的結果取平均值即為主觀權重法所得到的結果。

3.2 客觀權重

按照上一節提出的“最小-最大值標準化”方法處理正負指標數據。以中壓線路聯絡率D1、中壓線路站間聯絡率D2、上級變電站全停時負荷轉移能力C2 以及線路“N-1”通過率C3 四個指標為例具體見表4。

表4 標準化數據

可得指標權重為α=[0.017，0.031，0.02，0.046]。同理可得剩余指標權重。

3.3 綜合權重計算

根據上節內容，可得所有指標綜合權重見表5。

表5 綜合權重

3.4 綜合評分

根據式（11），可以得到6 個網格化的評分，見表6。

表6 網格化綜合評價結果

從綜合評分結果來看可知地區發展水平優劣順序為C＞B＞A＞F＞E＞D。各區域在各個方面發展水平不一，且6 個地區在裝備水平、運行水平兩個方面發展都相對較差，亟需規劃和改善。而負荷供應能力處于中等水平，其余兩個方面較為優秀。

（1）裝備水平。6 個區域的評分普遍不高且存在較大差異。A、B、C 3 個區域在線路絕緣化率方面都得分不高，而D、E、F 在線路電纜化率方面都得分不高，其主要原因可能是城鎮之間的差異。A 區域老設備占比得分較低，其主要原因是A 區域為老城區。A、C、D、E在接地選線裝置率方面得分均不高。

（2）運行水平。運行水平方面6 個區域評分均處于中等水平，且差異不大，其中D、E 兩區域得分略低于其余4 個區域。其主要表現在6 個區域FA 投運率得分都非常低，線路故障停運率得分、三遙開關可用率得分、配比重復停運率得分都層次不齊，差異較大。

（3）負荷供應能力。6 個區域存在較小差異。但A、C、E 3 個區域評分較為相近且明顯高于B、D、F 3 個區域。A、B、C 3 個城區區域的戶均容量和用戶平均停電頻率兩方面得分明顯高于D、E、F 3 個鄉鎮區域。除E 區域外，其余5 個區域配變重超載率得分均為超過60 且存在較大差異。

4 結論

通過對A、B、C、D、E、F 6 個地區配電網網格化在各方面對比分析，可以發現各片區配電網網格化的優缺點以及發展程度，能指出配電網發展中存在的問題，為配電網規劃和改善提供指導方向。