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基于網(wǎng)格化理念的配電網(wǎng)規(guī)劃評價模型

2016-08-08 00:57王賽一吳正驊華月申謝旗輝李紅英侯四維趙艷粉
廣東電力 2016年7期
關(guān)鍵詞:指標(biāo)值網(wǎng)格化配電網(wǎng)

王賽一,吳正驊,華月申,謝旗輝,李紅英,侯四維,趙艷粉

(1.國網(wǎng)上海市電力公司浦東供電公司,上海 200122;2.上海合澤電力工程設(shè)計(jì)咨詢有限公司,上海 200433)

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基于網(wǎng)格化理念的配電網(wǎng)規(guī)劃評價模型

王賽一1,吳正驊1,華月申1,謝旗輝2,李紅英2,侯四維2,趙艷粉2

(1.國網(wǎng)上海市電力公司浦東供電公司,上海 200122;2.上海合澤電力工程設(shè)計(jì)咨詢有限公司,上海 200433)

為了全面準(zhǔn)確地反映網(wǎng)格化配電網(wǎng)規(guī)劃的實(shí)際情況,構(gòu)建一種全新的評價模型,對網(wǎng)格展開多維度可量化的綜合校驗(yàn)。采用層次分析法建立三維度評價指標(biāo),并結(jié)合德爾菲法確定各指標(biāo)權(quán)重,通過曲線擬合確立指標(biāo)函數(shù),在此基礎(chǔ)建立網(wǎng)格化評價模型。最后,選取上海浦東核心區(qū)陸家嘴金融片區(qū)進(jìn)行算例驗(yàn)證,分別從經(jīng)濟(jì)性、可靠性、可持續(xù)發(fā)展三個角度對該片區(qū)的整體網(wǎng)格化規(guī)劃進(jìn)行評價,所得結(jié)果表明構(gòu)建的評價模型能夠全面反映規(guī)劃方案的特征要素,量化描述規(guī)劃的優(yōu)劣,引導(dǎo)有關(guān)部門做出正確的決策。

配電網(wǎng); 網(wǎng)格化; 層次分析法; 德爾菲法

隨著城市中心區(qū)電力負(fù)荷快速發(fā)展,出現(xiàn)中心城區(qū)變電站趨于飽和、站點(diǎn)布局混亂、設(shè)備負(fù)載率偏高等問題,導(dǎo)致城市配電網(wǎng)建設(shè)不能很好適應(yīng)電力發(fā)展的需求。通過科學(xué)合理的規(guī)劃,在滿足用戶用電需求的同時,可減少電能的網(wǎng)絡(luò)損耗,使配電網(wǎng)運(yùn)行具有良好的效益。傳統(tǒng)的電網(wǎng)規(guī)劃思路為現(xiàn)狀分析、全局負(fù)荷預(yù)測與局部負(fù)荷預(yù)測,在此基礎(chǔ)上進(jìn)行近遠(yuǎn)景規(guī)劃。該方法多用于簡單配電網(wǎng)規(guī)劃,對于復(fù)雜化的配電網(wǎng)已無法滿足要求。基于此問題,本文將網(wǎng)格理念引入配電網(wǎng),即為配電網(wǎng)網(wǎng)格化,含有配電網(wǎng)網(wǎng)格化規(guī)劃。

配電網(wǎng)評價模型主要針對傳統(tǒng)的配電網(wǎng)規(guī)劃方法提出,面向不同的對象,評價模型側(cè)重點(diǎn)有所不同。文獻(xiàn)[1]通過魚骨分析法從網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、負(fù)荷供應(yīng)、 裝備技術(shù)、運(yùn)行管理4個方面建立針對城市配電網(wǎng)的評價指標(biāo)體系;文獻(xiàn)[2]從協(xié)調(diào)性、適應(yīng)性、經(jīng)濟(jì)性、可靠性等4個方面,建立適用于高壓配電網(wǎng)規(guī)劃的評價指標(biāo)體系,但缺乏針對網(wǎng)格化電網(wǎng)規(guī)劃評價特有的指標(biāo)。因此針對網(wǎng)格化規(guī)劃理念,提出基于層次分析法和德爾菲法相結(jié)合的網(wǎng)格化規(guī)劃評價模型,對網(wǎng)格展開多維度可量化的綜合校驗(yàn)。分別從經(jīng)濟(jì)性、可靠性、可持續(xù)發(fā)展3個維度構(gòu)建了4個一級指標(biāo),13個二級指標(biāo)。利用層次分析和德爾菲法確定各個指標(biāo)權(quán)重,并結(jié)合專家打分法和曲線擬合求得各個指標(biāo)的隸屬函數(shù),最后,利用層次分析法得出配電網(wǎng)網(wǎng)格化規(guī)劃的綜合評價模型。本文研究的綜合評價模型能夠全面反映網(wǎng)格化規(guī)劃方案的特征要素,量化描述規(guī)劃的優(yōu)劣,引導(dǎo)相關(guān)部門做出正確的決策,具有一定的實(shí)用價值。

1 配電網(wǎng)網(wǎng)格化規(guī)劃

1.1網(wǎng)格化理念

網(wǎng)格定義是將某個區(qū)域按照一定規(guī)則,劃分成若干個網(wǎng)格狀的小單元,便于對區(qū)域進(jìn)行更精細(xì)化的管理[3]。所謂“格”是指管理區(qū)域或?qū)ο蟊粍澐趾蟮目臻g單位,類似地塊、責(zé)任區(qū)等,可大可??;所謂“網(wǎng)”指的是若干個格組成的適當(dāng)區(qū)域。

本文將網(wǎng)格化引入配電網(wǎng),即將配電網(wǎng)網(wǎng)格化,是指將某一供電區(qū)域在地理上劃分成若干個相對獨(dú)立的、供電范圍不重疊的片區(qū)(供電網(wǎng)格)。對配電網(wǎng)以網(wǎng)格為單位進(jìn)行管理,包括配電網(wǎng)的規(guī)劃、建設(shè)和運(yùn)行維護(hù)等。這種管理方法能為配電網(wǎng)業(yè)擴(kuò)接入、項(xiàng)目儲備、可靠性管理、線損管理、基礎(chǔ)臺賬管理及運(yùn)行維護(hù)管理等方面提供更全面、更精細(xì)化的決策依據(jù)及參考。

1.2配電網(wǎng)網(wǎng)格化規(guī)劃

配電網(wǎng)網(wǎng)格化規(guī)劃是以地塊用電需求為導(dǎo)向,依據(jù)地區(qū)控制性詳細(xì)規(guī)劃對不同用地性質(zhì)和開發(fā)深度的地塊進(jìn)行歸類,結(jié)合典型負(fù)荷預(yù)測模型,開展系統(tǒng)化負(fù)荷預(yù)測,同時按照差異化的規(guī)劃標(biāo)準(zhǔn),分區(qū)域開展10kV一次網(wǎng)架布局,統(tǒng)籌配電網(wǎng)自動化、通信、保護(hù)配置等內(nèi)容??紤]到網(wǎng)格化規(guī)劃是一種新的配電網(wǎng)規(guī)劃理念,為了確保規(guī)劃后的配電網(wǎng)安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行,需建立一種全新的評價模型來全面準(zhǔn)確地反映網(wǎng)格化配電網(wǎng)規(guī)劃的實(shí)際情況。

2 構(gòu)造配電網(wǎng)規(guī)劃評價模型

2.1配電網(wǎng)規(guī)劃評價模型的主要內(nèi)容

配電網(wǎng)規(guī)劃評價模型的主要內(nèi)容包括指標(biāo)體系、指標(biāo)權(quán)重、隸屬函數(shù)。

a) 指標(biāo)體系。指標(biāo)體系是為了對配電網(wǎng)規(guī)劃的某個參數(shù)或系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行評價而選取的一系列指標(biāo);不同地區(qū)不同項(xiàng)目的指標(biāo)體系各不相同,根據(jù)不同配電網(wǎng)項(xiàng)目的特點(diǎn),制定與其相適應(yīng)的指標(biāo)體系[4]??茖W(xué)合理選擇指標(biāo)體系是配電網(wǎng)規(guī)劃評價的基礎(chǔ),此外,每個指標(biāo)的定義與計(jì)算方法也必須詳細(xì)合理。

b) 指標(biāo)權(quán)重。指標(biāo)的權(quán)重反映了各個指標(biāo)對配電網(wǎng)項(xiàng)目的影響程度。指標(biāo)對配電網(wǎng)項(xiàng)目的影響越大,權(quán)重越大,反之則越小[5]。指標(biāo)權(quán)重選取越合理,評價結(jié)果就越科學(xué),越貼近實(shí)際。

c) 隸屬函數(shù)。隸屬函數(shù)是指標(biāo)值與指標(biāo)值的評判分?jǐn)?shù)的函數(shù)關(guān)系,一般是由曲線擬合求得。

2.2建立評價模型指標(biāo)體系

從網(wǎng)格化規(guī)劃的績效、經(jīng)濟(jì)、可持續(xù)發(fā)展3個維度開展工作,其中,績效主要反映供電可靠性;經(jīng)濟(jì)性主要分析網(wǎng)格化劃分后需要改造的用戶比例和現(xiàn)有資源利用情況;可持續(xù)發(fā)展考察網(wǎng)格化規(guī)劃適應(yīng)負(fù)荷發(fā)展的能力,包括變電站負(fù)載均衡度和負(fù)荷適應(yīng)性兩個方面。由此3個維度可分解出可靠性、經(jīng)濟(jì)性、變電站負(fù)載均衡度、負(fù)荷適應(yīng)性4個一級指標(biāo),13個二級指標(biāo),其結(jié)構(gòu)如圖1所示。

注:“主變”為主變壓器的簡稱,下同。圖1 網(wǎng)格化配網(wǎng)規(guī)劃評價指標(biāo)結(jié)構(gòu)

2.3計(jì)算評價模型指標(biāo)權(quán)重

目前,確定指標(biāo)權(quán)重的方法很多,但考慮到不同地區(qū)不同項(xiàng)目需制定不同的權(quán)值,采用層次分析法與菲德爾法相結(jié)合來確定指標(biāo)權(quán)重,基本步驟如下:

a) 構(gòu)造比較判斷矩陣。由層次分析法結(jié)合德爾菲法,確定各單一指標(biāo)的相對重要程度,構(gòu)造比較判斷矩陣。其中,對于指標(biāo)i和指標(biāo)j,以aij表示第i個要素與第j個要素相對上一層某個要素的重要性,而aji=l/aij。其中,aij的取值范圍是 1~9 及其倒數(shù),1~9取值含義見表1。

b) 校驗(yàn)判斷矩陣一致性。

c) 根據(jù)層次分析法,確定網(wǎng)格化配電網(wǎng)規(guī)劃校核模型各項(xiàng)指標(biāo)權(quán)重。

表1aij的1~9取值含義

序號aij取值代表含義11要素i與要素j對上一層次要素的重要性相同23要素i比要素j略重要35要素i比要素j重要47要素i比要素j重要得多59要素i比要素j極其重要

設(shè)共有n個元素組成評價指標(biāo)體系,則A=(aij)n×n為指標(biāo)體系的比較矩陣。

2.4構(gòu)建評價模型指標(biāo)隸屬函數(shù)

對指標(biāo)值進(jìn)行評分,需要制定指標(biāo)值的合理取值范圍。指標(biāo)值的“合理范圍”即是指標(biāo)的評價判據(jù),可以分為點(diǎn)值和區(qū)間兩種表示方式。采用點(diǎn)值的表現(xiàn)形式時,指標(biāo)值的評分只有100分和0分兩種情況,指標(biāo)值達(dá)到或者超過點(diǎn)值要求為100分,反之則為0分;采用區(qū)間表現(xiàn)方式時,指標(biāo)值的分?jǐn)?shù)會隨著指標(biāo)值的取值變化。確定指標(biāo)值的評價判據(jù),需要參考相關(guān)專業(yè)的技術(shù)導(dǎo)則和相關(guān)專家長期的工作經(jīng)驗(yàn)[6]。

本文采用百分制,根據(jù)不同指標(biāo)的特點(diǎn)分別采用點(diǎn)值和區(qū)間2種評價判據(jù)。綜合多位電力專家的意見確定各個指標(biāo)的評分判據(jù)。對于區(qū)間評價判據(jù),為了使評價分?jǐn)?shù)具有平滑性,選取最大分值100分,最小分值0分,中間分值20分、40分、60分、80分,共6點(diǎn)數(shù)據(jù),通過曲線擬合得到各指標(biāo)的隸屬函數(shù),具體分析過程如下:

a) 確定各指標(biāo)的隸屬函數(shù)類型。隸屬函數(shù)可以選用線性函數(shù)、二次函數(shù)、三次函數(shù)、對數(shù)函數(shù)及冪函數(shù)等函數(shù)形式進(jìn)行擬合。由文獻(xiàn)[6]可知三次函數(shù)的擬合度最高,但是三次函數(shù)計(jì)算復(fù)雜,而二次函數(shù)的擬合度與三次函數(shù)相差不大,因此本文選用二次函數(shù)作指標(biāo)值與評分判據(jù)的關(guān)系函數(shù),即y=ax2+bx+c,其中,x代表指標(biāo)值;y代表分?jǐn)?shù);a、b分別為二次項(xiàng)、一次項(xiàng)系數(shù),c為隨機(jī)誤差項(xiàng)。

b) 確定各評分函數(shù)的二次函數(shù)曲線。先設(shè)定各指標(biāo)最大值對應(yīng)的評分為100分,最小值對應(yīng)的評分為0分,中間分值為20分、40分、60分、80分,再結(jié)合相關(guān)技術(shù)導(dǎo)則規(guī)定和有關(guān)專家的工作經(jīng)驗(yàn),確定以上6個分?jǐn)?shù)對應(yīng)的指標(biāo)值。由以上6個坐標(biāo)點(diǎn)進(jìn)行二次曲線擬合,確定各個指標(biāo)的二次函數(shù)曲線。本文選取部分指標(biāo)值的隸屬函數(shù)見表2。

表2各指標(biāo)二次函數(shù)

類別指標(biāo)x取值范圍評分函數(shù):y=ax2+bx+cabc經(jīng)濟(jì)性用戶切割比例線路平均負(fù)載率主變平均負(fù)載率[0,40%]399.04-347.84100.00其他000[25%,65%]-208.14362.44-53.89[65%,90%]0-400360其他000[30%,55%]648.01-223.8628.25[55%,75%]0-400.00320.10其他000負(fù)荷適應(yīng)性網(wǎng)格供電能力平均裕度出線間隔裕度[20%,35%]-1428.401300.2-180.60[35%,70%]-174.46-35.69133.00其他000[5%,30%]-1453.20845.50-22.20[30%,70%]-100.52-106.06142.08其他000

2.5評價模型

根據(jù)表2給出的各個指標(biāo)的隸屬函數(shù),結(jié)合各指標(biāo)的指標(biāo)值,得出評價對象的各指標(biāo)得分,逆推計(jì)算得出上一層的指標(biāo)評價得分。網(wǎng)格化配電網(wǎng)規(guī)劃評價模型公式為

(1)

式中:Y為指標(biāo)的總評分;Yj為某一級或二級指標(biāo)的評分;Wj為該指標(biāo)權(quán)重。

3 實(shí)例分析

以上海浦東核心區(qū)陸家嘴金融片區(qū)為例,依據(jù)配電網(wǎng)網(wǎng)格劃分原則、劃分方法,將陸家嘴金融片區(qū)劃分為14個網(wǎng)格,每個網(wǎng)格都不重疊,且具有運(yùn)行獨(dú)立性。應(yīng)用網(wǎng)格化規(guī)劃評價模型結(jié)合各位專家意見,綜合各位專家意見后,各項(xiàng)指標(biāo)類型和理想值結(jié)果見表3。

以各指標(biāo)的理想中間值為基礎(chǔ),采用二次擬合曲線,對陸家嘴金融片區(qū)的配電網(wǎng)網(wǎng)格化規(guī)劃進(jìn)行評價,網(wǎng)格的各指標(biāo)值及得分情況見表4,總得分93.59,整體規(guī)劃水平優(yōu)良。

表3配電網(wǎng)綜合評價體系指標(biāo)類型以及理想值

類別指標(biāo)指標(biāo)類型理想值經(jīng)濟(jì)性用戶切割比例負(fù)指標(biāo)0線路平均負(fù)載率中間值指標(biāo)60~70主變平均負(fù)載率中間值指標(biāo)50~60可靠性供電可靠率RS-3正指標(biāo)99.999線路“N-1”通過率正指標(biāo)100主變“N-1”通過率正指標(biāo)100變電站l0kV母線“N-1”通過率正指標(biāo)100變電站全停平均負(fù)荷損失比例負(fù)指標(biāo)0變電站負(fù)載均衡程度重過載變電站比例負(fù)指標(biāo)0輕載變電站比例負(fù)指標(biāo)0變電站站內(nèi)主變負(fù)載均衡度負(fù)指標(biāo)0負(fù)荷適應(yīng)性網(wǎng)格供電能力平均裕度中間值指標(biāo)20~40出線間隔裕度中間值指標(biāo)20~40

表4陸家嘴金融片區(qū)網(wǎng)格化規(guī)劃評分結(jié)果

指標(biāo)指標(biāo)值/%模糊評分值權(quán)重總評分用戶切割比例線路平均負(fù)載率主變平均負(fù)載率供電可靠率RS-3線路“N-1”通過率主變“N-1”通過率變電站10kV母線“N-1”通過率變電站全停平均負(fù)荷損失比例重過載變電站比例輕載變電站比例變電站站內(nèi)主變負(fù)載均衡度網(wǎng)格供電能力平均裕度出線間隔裕度045.6846.9899.991001001000005.2254.3217.82100.0068.2466.10100.00100.00100.00100.00100.00100.00100.0095.9062.1482.320.210.040.030.280.080.060.040.010.100.020.030.070.0293.59

從變電站負(fù)載均衡度、經(jīng)濟(jì)性、負(fù)荷適應(yīng)性、可靠性等4方面進(jìn)行綜合考察,浦東核心區(qū)開展的網(wǎng)格化規(guī)劃整體情況見表5。

表5一級指標(biāo)得分統(tǒng)計(jì)

類別權(quán)重分?jǐn)?shù)經(jīng)濟(jì)性0.2891.83可靠性0.47100變電站負(fù)載均衡0.1699.18負(fù)荷適應(yīng)性0.0966.58

從表5可以看出,核心區(qū)區(qū)域網(wǎng)格方案在經(jīng)濟(jì)性、可靠性和變電站負(fù)載均衡方面均達(dá)優(yōu)秀水平,但負(fù)荷適應(yīng)性僅達(dá)到及格水平,具體分析如下:

a) 經(jīng)濟(jì)性方面。經(jīng)濟(jì)性得分91.83分,分?jǐn)?shù)達(dá)到優(yōu)秀水平。用戶切割比例分?jǐn)?shù)為滿分。線路、主變平均負(fù)載率得分屬于中等水平,造成的主要原因是,網(wǎng)格化規(guī)劃具有前瞻性,需要為以后的負(fù)荷發(fā)展留有一定的裕度。

b) 可靠性方面??煽啃缘梅譃闈M分。供電可靠率RS-3、線路“N-1”通過率、主變“N-1”通過率、變電站10 kV母線“N-1”通過率都是滿分。

c) 變電站負(fù)載均衡度方面。變電站負(fù)載均衡度得分99.18分,接近滿分。重過載、輕載變電站比例得分都是滿分。變電站站內(nèi)負(fù)載均衡度分?jǐn)?shù)也接近滿分。

d) 負(fù)荷適應(yīng)性方面。負(fù)荷適應(yīng)性得分66.58分,分?jǐn)?shù)剛過及格線。出線間隔裕度屬于良好水平,網(wǎng)格供電能力平均裕度分?jǐn)?shù)較低。

綜述所述,本文提出的評價模型校驗(yàn)上海金融片區(qū)規(guī)劃工程,評價總分為93.59,總體評價良好。該項(xiàng)目后評估、評價得分95.06分,兩者評估得分相差較小,說明網(wǎng)格化規(guī)劃評價模型具有一定的實(shí)用價值,值得推廣。

4 結(jié)束語

通過層次分析法和德爾菲法構(gòu)建了能體現(xiàn)網(wǎng)格化規(guī)劃特點(diǎn)的配電網(wǎng)網(wǎng)格化規(guī)劃評價模型。選取上海浦東核心區(qū)的陸家嘴金融片區(qū)做算例驗(yàn)證,得出如下結(jié)論:

a)陸家嘴金融片區(qū)網(wǎng)格化規(guī)劃總體得分93.59分。 總體評價優(yōu)良,說明網(wǎng)格化劃分及網(wǎng)格規(guī)劃合理。

b)陸家嘴金融片區(qū)網(wǎng)格化規(guī)劃經(jīng)濟(jì)性、可靠性、變電站負(fù)載均衡度、負(fù)荷適應(yīng)性得分分別為91.83分、100分、99.18分、66.58分。負(fù)荷適應(yīng)性較差,原因在于網(wǎng)格供電能力平均裕度分?jǐn)?shù)較低。

綜上所述,利用本文構(gòu)建的配電網(wǎng)網(wǎng)格化規(guī)劃評價模型,不僅可以對整塊區(qū)域的網(wǎng)格化規(guī)劃結(jié)果進(jìn)行綜合評價,而且也可分別從經(jīng)濟(jì)性、可靠性、變電站負(fù)載均衡度、負(fù)荷適應(yīng)性4個方面對網(wǎng)格化規(guī)劃結(jié)果進(jìn)行評價。本文構(gòu)建的配電網(wǎng)網(wǎng)格化規(guī)劃評價模型可以對配電網(wǎng)網(wǎng)格化規(guī)劃展開科學(xué)合理的評價,對推廣配電網(wǎng)網(wǎng)格化規(guī)劃具有重要意義。

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華月申(1983) ,男,上海人。工程師,工學(xué)碩士,主要從事電網(wǎng)規(guī)劃工作。

(編輯王夏慧)

EvaluationModelforPowerDistributionNetworkPlanningBasedonGridConcept

WANGSaiyi1,WUZhenghua1,HUAYueshen1,XIEQihui2,LIHongying2,HOUSiwei2,ZHAOYanfen2

(1.PudongPowerSupplyCompanyofStateGridShanghaiMunicipalElectricPowerCompany,Shanghai200122,China;2.ShanghaiHezePowerEngineeringDesign&ConsultingCo.,Ltd.,Shanghai200433,China)

Inordertocomprehensivelyandaccuratelyreflecttheactualsituationofgriddingpowerdistributionnetworkplanning,akindofnewevaluationmodelisconstructedfordevelopingmulti-dimensionalandmeasurablecomprehensivecheckforthegrid.Hierarchyanalysismethodisusedtoestablish3DevaluationindexandDelphimethodiscombinedtodetermineweightofeachindex.Bymeansofcurvematching,indexfunctionisestablishedandgriddingevaluationmodelisbuilt.Finally,financialareaofPudongLujiazuicoreareaofShanghaiisselectedasanexampleforverification.Inthreeaspectsincludingeconomy,reliabilityandsustainabledevelopment,overallgriddingplanningisevaluated.Resultsindicatethattheconstructedevaluationmodelisabletocomprehensivelyreflectcharacteristicfactorsoftheplanningschemeandquantitativelydescribeprosandconsoftheplanningwhichmayguiderelateddepartmentstomakerightdecisions.

powerdistributionnetwork;gridding;hierarchyanalysismethod;Delphimethod

2016-04-14

國家自然基金資助項(xiàng)目(201451307104)

10.3969/j.issn.1007-290X.2016.07.010

TM715

A

1007-290X(2016)07-0049-04

王賽一(1978),男,上海人。高級工程師,工學(xué)博士,長期從事配電網(wǎng)規(guī)劃工作。

吳正驊(1984),男,上海人。高級工程師,工學(xué)碩士,從事城市配電網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃方面的工作。

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