基于模糊綜合法的中低壓配電網規(guī)劃項目優(yōu)選決策研究

林卓瓊

(廣東電網有限責任公司東莞供電局，廣東 東莞 523000)

0 引 言

近年來，中國經濟高速發(fā)展,特別是隨著新時代新農村城鎮(zhèn)化經濟建設的不斷深入,居民端用電需求增勢迅猛,配電網網架的發(fā)展和建設都面臨著新的挑戰(zhàn)[1]。一方面，原有的配電網網架結構和供電延伸能力已難以滿足日益增長的電力發(fā)展需求；另一方面，當下階段是推動電網建設高質量發(fā)展時期、現有的配電網網架質量、供電可靠性與新形勢下提出的“全面建設靈活可靠經濟高效綠色的現代配電網”目標還存在差距[2]。隨著配電網重視程度的逐步提高，配電網投資建設力度越來越大，如何按輕重緩急合理安排項目投資規(guī)模，精細化推進配電網規(guī)劃項目建設，確保做到靶向精準投資成為目前配電網領域亟需重點關注的問題[3-4]。

目前配電網規(guī)劃項目投資策略以戰(zhàn)略目標和解決問題為導向，雖然按緊迫程度將投資項目分為必須解決(一類)、優(yōu)先安排(二類)、合理安排(三類)、嚴格控制(四類)、禁止安排(五類)，明確各類投資項目的準入原則和優(yōu)選順序，但實際中還是存在部分類別界定不清晰、項目排序難以按照實際優(yōu)選入庫、相同等級類別的項目缺乏選擇標準等問題，配電網實現精準投資仍然有待研究[5]。為此，如何按照投資額度整體統(tǒng)籌配電網規(guī)劃投資策略并有針對性對規(guī)劃項目進行優(yōu)先入庫排序是當前主要研究內容。文獻[6]提出了配電網投資規(guī)模和項目屬性投資分配比例的確定方法，在綜合考慮了項目分類、投資規(guī)模和投資分配比例的基礎上構建配電網規(guī)劃項目優(yōu)選模型，最后通過算例驗證研究成果有效性。文獻[7]通過構建用于評價經濟開發(fā)區(qū)配電網當前發(fā)展水平和前一年投資效益的指標體系，運用改進AHP-TOPSIS法對評價指標進行評估分析。文獻[8]分析了新電改對配電網規(guī)劃的影響，利用蒙特卡洛模擬法，構建配電網風險評價模型，通過算例驗證有效性。以上文獻通過不同評價模型做到了規(guī)避規(guī)劃投資中存在的不確定性、不精準等問題，但都沒有綜合考慮項目實際投產后負荷增長、網架完善、安全用電等對規(guī)劃項目優(yōu)選入庫的影響。此外，在統(tǒng)籌項目入庫中，除了考慮上述負荷增長、網架完善、安全用電、社會經濟效益等影響外，還需要對擬入庫項目按照實際緊急度進行梯級入庫排序，再對項目進行差異化優(yōu)選入庫。根據以上思路，該文提出了一種中壓配電網項目規(guī)劃優(yōu)選決策新方法。該方法構建了涵蓋負荷增長、網架完善、安全供電、經營效益、社會效益、附加指標的中低壓配電網項目規(guī)劃優(yōu)選決策評估體系，通過深入研究各個影響因子對中低壓規(guī)劃項目優(yōu)選決策的相對影響度。

1 中低壓配電網規(guī)劃項目優(yōu)選決策評估指標體系

1.1 評估指標體系構建原則

配電網中包含著許多隨機因素和隨機事件，構建研究對象評價指標體系要能準確真實地反映研究對象最重要的特征，并對該特征量進行深入剖析[9]。對于配電網評價指標體系的構建，應分析配電網的性能和功能原理，明確系統(tǒng)的輸入輸出關系，所搭建的體系要能全面反映各關系中涉及的影響因子，并嚴格遵循構建原則中的系統(tǒng)性、一致性、可測性、獨立性和可比性。該文所涉及的中低壓配電網項目規(guī)劃優(yōu)選決策評估指標體系的構建應能全面真實地反映規(guī)劃項目投產后所帶來的各級效益，以確保規(guī)劃項目投運的可行性和必要性。

1.2 構建中低壓規(guī)劃項目評估指標體系

為了更準確地將反映評估指標體系中各層級之間的遞進關系，以遞階層次基礎結構作為中低壓項目規(guī)劃評估指標的基礎框架，在此基礎上構建了涵蓋負荷增長、網架完善、安全供電、經營效益、社會效益、附加指標為一級評估指標，以各細化后的指標為二級評估指標的中低壓配電網項目規(guī)劃優(yōu)選決策評估體系，如圖1所示。最終的評估結果由各級指標通過模糊綜合法評判得出。

1)負荷增長。負荷增長指標主要從配電網的負荷運行角度考慮項目投運后解決的實際負荷問題，線路及配變的重過載問題是每年中低壓項目立項的重點；同時，隨著近幾年用戶側報裝容量的延伸放寬，用戶報裝需求能否堅強接入電網也是考驗企業(yè)能否服務當地經濟發(fā)展的主心點。因此，規(guī)劃立項滿足新增用戶報裝需求成為另一重點內容。此外，結合主網投產實現“主配同投”也是考核中低壓規(guī)劃項目質量的重要環(huán)節(jié)[10]。

2)網架完善。網架完善指標主要從提高中壓配電網可轉供電線路比率和提高中壓配電網線路聯絡率2個指標對規(guī)劃項目的可行性進行評估。可轉供電線路指有聯絡關系的線路同時處于最大負荷運行方式下，某回線路的變電站出線開關停運時，其全部負荷可通過不超2次轉供電操作，轉由其他線路供電且其他線路不出現過載情況。該指標是反映電網可靠性的關鍵因子，與目前企業(yè)提倡的進一步提升用戶用電體驗有直接關聯[11]。中壓配電網線路是否有聯絡是供電線路是否可轉的前提，故提高中壓配電網線路聯絡率也是規(guī)劃立項的考核內容。

3)安全用電。安全用電指標主要研究規(guī)劃項目投運后能否提高電網網架的各類安全運行系數，解決實際安全隱患，主要從解決中低壓設備或線路存在的安全隱患、更換或改造技術落后的設備以及更換殘舊設備或線路進行分類評估。實際立項中，該類項目實施方案需符合企業(yè)生產技術專業(yè)部門的相關規(guī)定且出具的相關證明文件作為立項依據，避免投資浪費[12]。

4)經營效益。經營效益指標主要從能否提升居民端用戶用電體驗為評估出發(fā)點，主要從解決中壓線路末端電壓不合格、解決臺區(qū)電壓偏低、降低電網線損三方面進行綜合評價。其中，末端電壓合格率低于70%的線路視為末端電壓不合格線路，規(guī)劃項目需通過縮短中壓線路的供電半徑或者增加無功補償裝置、安裝調壓器等進行規(guī)劃。三相電壓低于353.4 V或單相電壓低于198 V的臺區(qū)為低電壓臺區(qū)，規(guī)劃項目需通過縮短臺區(qū)的供電半徑或者增加無功補償裝置、安裝調壓器進行規(guī)劃[13]。此外，線損是企業(yè)中電網經營指標中的重要考核部門，線損是指企業(yè)在電能傳輸過程中所發(fā)生的全部電能損耗，包括技術線損(電網在電能傳送過程中不可避免的電能損耗)和管理線損(偷漏差錯等造成的誤差)，規(guī)劃項目從實際分析，更換高損配變以達到降低線路損耗的目的。

5)社會效益。社會效益指標主要從提高應對自然災害的能力、保供電以及對宣傳企業(yè)形象較大幫助三方面進行評估。其中，提高應對自然災害的能力是指項目投運后能否起到防洪、防雷、抗冰、抗風等應對自然災害的能力[14]。保供電二級指標通過分層級進行評估，保特級重要電力用戶供電工程和影響電力供應、影響全局的重點工程屬于頂層因子，分值最高；保一級重要電力用戶供電工程、政府和企業(yè)上級確定的特殊緊急項目或者公司戰(zhàn)略性布點或特殊政策支持的項目屬于一層因子，分值次于頂層因子；保二級重要電力用戶供電工程或者其他獲得政府政策支持的項目屬于二層因子，分值次于一層因子；保臨時性重要電力用戶供電工程屬三層因子，分值最低。

6)附加指標。附加指標從項目依屬來源、實際建設運行需求以及是否利用閑置資產進行評估。項目依屬來源主要評估規(guī)劃項目是否來源于滾動規(guī)劃庫收資。實際建設及運行需求指標評估項目是否配合道路施工提前建設線路走廊、配合新建變電站新建電纜走廊、配合變電站搬遷的遷改項目，或是農網改造升級項目、完成當年度重要任務的項目。

2 建立評估數學模型

中低壓規(guī)劃項目優(yōu)選決策評估指標對項目入庫排序評估描述具有一定的模糊不確定性，該文采用模糊理論對其進行評估描述[13]。模糊理論最早是在1965年由美國加州大學伯克利分校的L.A.zadeh教授提出并創(chuàng)立的，以模糊集合為基礎，承認模糊現象存在，并以處理概念模糊的不確定系統(tǒng)為其研究目標進行信息量化計算[15]。考慮到評估對象的獨特性及復雜性，采用模糊理論中應用最廣的模糊綜合評判法進行建模評估。

2.1 評估指標評分標準化

考慮到評估指標體系各指標的評價單位量綱不一致，在進行模糊評估前需對評估指標進行標準化量綱統(tǒng)一處理。以電網配電網規(guī)劃導則為參考標準，評分標準按照為項目涉及的范疇對指標的影響解決程度進行標準化處理。將各評估指標評分進行標準化處理形成判斷矩陣如下：

(1)

式中：tmn為第m個擬評估項目中第n個指標標準化處理后的分值；m指參加評估的項目數；n為評估指標體系的二級指標數，n=20。

2.2 構建模糊評判集和隸屬度函數

模糊評判集是對所建模型由模糊進行量化描述的集合體，利用模糊集合和隸屬度函數建立系統(tǒng)的模糊模型是一種合理、有效的建模方法[16]。該文結合評估對象的特點，提出了投運緊急度概念，將擬參加評估的規(guī)劃項目按照投運緊急度劃分為5個等級，F={F1,F2,F3,F4,F5}，其中，F1代表非常緊急，F2代表較緊急，F3代表一般緊急，F4代表不太緊急，F5代表不緊急。隸屬度函數選取方面，對于擬參加評估的規(guī)劃項目而言，所要獲取的評估結果是項目的投運緊急度排序，由評估體系各級指標定義可知評估指標的評分越高說明投運緊急度越高，故該文選取了偏大性升半正態(tài)分布隸屬度函數A(x)進行對應關系描述:

(2)

式中：x為決策指標；k和a為升半正態(tài)分布隸屬度函數的內嵌參數，取k=0.5，a的取值直接影響評估范圍，為確保擬評估的對象均有模糊評判集與之對應，分別選取5個a值為a1=1，a2=0.75，a3=0.5，a4=0.25，a5=0。

將k和a值代入式(2)，可得到每一評判集對應的隸屬度函數，將標準化處理的指標tmn分別代入隸屬度函數中進行模糊評估，得到擬評估的項目i的模糊評判矩陣Ti如式(3)所示：

(3)

式中：AFj(tin)代表tin指標對投運緊急度等級Fj的隸屬程度，j=1,2,…,5，n=1,2,…,20。

2.3 確定指標權重

為準確獲取評估指標的權重分布，選取層次分析法作為主要分析計算方法，通過建立清晰的層次結構和計算最優(yōu)傳遞矩陣有效處理指標間的關系[17]，計算過程如下。

1) 構造判斷矩陣。該文所建評估指標體系中指標間相對影響度不同，需進行指標兩兩對比確定相互重要性，在此基礎上構造判斷矩陣。采用1～9標度反映指標間的相對重要程度[16]，得到判斷矩陣P如式(4)所示：

(4)

式中：aij為評估指標體系中第i個指標對第j個指標的相對重要度的數值體現，aij>0，aij=1/aji,且當i=j時，aij=1。

2) 求取最大特征根。按照式(5)求取判斷矩陣P的最大特征根λmax:

(5)

式中：AW為特征向量W與判斷矩陣P的乘積值；(AW)i為AW的第i個分量；n為評估體系的指標數。

3) 計算一致性指標。按照下式計算一致性指標P.I.：

(6)

4) 計算隨機一致性指標。按照下式計算隨機一致性指標P.R.：

(7)

式中：R.I.為隨機一致性指標平均值，R.I.隨評估體系的指標數n的變化取值不同。若計算得到隨機一致性指標P.R.值小于0.1，代表矩陣具有滿意一致性特征；反之，需要調整矩陣直至滿足滿意一致性要求[18]。

5) 計算判斷矩陣權重。通過計算特征向量W得到判斷矩陣權重系數ω，即ω=W=[ω1,ω2,…,ωn]。

2.4 模糊綜合評判分析

由上一章節(jié)得到判斷矩陣的權重系數ω和模型判斷矩陣Ti，參考M(+,o)模型算子計算方法[19-20]，通過計算得到擬評估的對象模糊綜合評價集ηi：

[ηi(AF1),ηi(AF2),ηi(AF3),ηi(AF4),ηi(AF5)]

(8)

根據投運緊急度等級概念，結合實際中擬評估對象的特點，通過將緊急度等級量化為分值，將5個評估等級F={F1,F2,F3,F4,F5}={90,80,70,60,50}得到擬評估對象的綜合得分為

(9)

按照上式計算得到所有擬參加評估對象的綜合得分，按照得分高低排序進行項目優(yōu)選入庫。

3 實例驗證

結合當前廣東省某地市局“十四五”滾動收資規(guī)劃工作部署要求，采用該文所提方法對項目庫投產年份為2021年的中低壓配網項目進行規(guī)劃優(yōu)選決策排序，為下一級段項目優(yōu)選入投資儲備庫提供科學指導。

3.1 評估對象基本信息

該文評估的對象涵蓋擬在未來2年投運的中壓配網改造項目、變電站10 kV新出線工程及低壓配電網項目共計14個。根據前期基礎數據收資及問題歸類，該批項目能不同程度地解決實際中低壓電網中存在的網架和負荷問題，擬對該批項目進行投產緊急度排序，并結合所在年份投資策略對項目進行優(yōu)選入庫。項目基本信息見表1。

表1 項目基本信息

3.2 層次分析法確定權重

按照該文所提方法，對擬參加評估的14個項目按照評估體系逐個計算各指標值并進行標準化處理形成判斷矩陣，按照式(4)～(7)計算得到第i項目評估指標的權重值ωi=W=[ω1,ω2,…,ωn]，以P1中壓配電網改造項目為例，計算結果如表2所示。

表2 P1項目指標權重值

從表2可以看出，影響P1項目規(guī)劃優(yōu)選決策的指標共有11個，每個指標的影響度不同。對于P1規(guī)劃項目而言，A2指標解決線路重載影響較大，其次是B2指標，該規(guī)劃項目一方面解決了線路重載，另一方面提高線路間的聯絡率，同時解決網架等實際問題。按照該方法得到每一個項目的指標權重占比，在此基礎上逐一對其進行模糊評估。

3.3 模糊綜合評價

對各項目進行模糊綜合評判，由式(8)～(9)得到各項目模糊評判分值及排序結果如表3所示。根據項目投運優(yōu)先度排序結果，結合規(guī)劃年投資策略，按照排序逐一對項目入庫安排施工建設。

表3 參加評估項目投運緊急度排序結果

4 結 語

該文通過研究配電網項目規(guī)劃優(yōu)選決策影響因子，建立了涵蓋負荷增長、完善網架、社會經濟效益等實際評估影響因素的中低壓配電網項目規(guī)劃評估指標體系，為項目優(yōu)選決策提供參考依據。

考慮到評估對象的獨特復雜性，該文將模糊理論思想融入評估體系分析，從確定因素集、評估集、模糊評判矩陣到綜合評判集，逐一對擬評估對象進行模糊系統(tǒng)評判。在權重確定上，采用目前廣泛應用的層次分析法進行權重計算，在此基礎上進行綜合分析得到緊急度排序，對實際配電網項目規(guī)劃決策評估提供指導意義。