劉秋華董丹丹韓 韜

（1. 南京工程學院經(jīng)濟與管理學院，南京 211167；2. 南京工程學院電力工程院，南京 211167；3. 國電南瑞科技股份有限公司，南京 211106）

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基于層次分析法的配電網(wǎng)風險評估指標體系研究

劉秋華1董丹丹2韓 韜3

（1. 南京工程學院經(jīng)濟與管理學院，南京 211167；2. 南京工程學院電力工程院，南京 211167；3. 國電南瑞科技股份有限公司，南京 211106）

針對城市配電網(wǎng)發(fā)展過程中風險影響因素的不斷增加，對城市配電網(wǎng)進行科學分析與評估，基于層次分析法建立了城市配電網(wǎng)運行風險評估指標體系，采用 1-9標度法確定了各指標的綜合權(quán)重，并結(jié)合專家經(jīng)驗與定性、定量得出評估結(jié)果，實現(xiàn)了對配電網(wǎng)現(xiàn)狀的量化評估。

配電網(wǎng)；層次分析法；綜合評價；風險評估

配電網(wǎng)是電力系統(tǒng)的重要組成部分，其安全可靠性直接關(guān)系到經(jīng)濟、社會的發(fā)展。據(jù)相關(guān)資料統(tǒng)計，在我國，配電網(wǎng)故障引起的用戶停電約占用戶停電故障的 80%［1］。由此可知，城市配電網(wǎng)風險評估在實際應用中具有重要意義，而對風險問題的研究是解決配電網(wǎng)風險的關(guān)鍵［2-3］。

文獻［4］根據(jù)配電網(wǎng)的可靠性原理，通過軟件對配電網(wǎng)可靠性進行計算分析可靠性較差的環(huán)節(jié)，為配電網(wǎng)可靠性的提高提供依據(jù)。文獻［5］運用蒙特卡洛法對配電網(wǎng)可靠性進行評估，仿真并計算指標概率分布，提出了兩種非序貫仿真法，即簡化區(qū)域仿真和準區(qū)域仿真。文獻［6］從配電網(wǎng)安全性角度出發(fā)，以配電網(wǎng)結(jié)構(gòu)以及運行特點為基礎，比較全面的提出了安全性指標，成為配電網(wǎng)靜態(tài)安全分析的基礎。文獻［7］從電能質(zhì)量的各方面，對其進行了全面、客觀的綜合評價，并提出了電能質(zhì)量模糊綜合評估方法。文獻［8］對電能質(zhì)量指標，采取組合賦權(quán)的方法計算其綜合權(quán)重，同時，結(jié)合模糊綜合評價方法進行綜合評估。

本文通過建立配電網(wǎng)風險評估指標體系，對配電網(wǎng)單項風險指標進行分析的同時，考慮單項指標對評估結(jié)果精確性的影響，將指標間的關(guān)系納入到指標分析。采用層次分析法對風險指標進行量化，以定量形式的評估結(jié)果展現(xiàn)配電網(wǎng)薄弱環(huán)節(jié)，為防止配電網(wǎng)故障做出及時有效的預防預警工作提供指導。

常用風險評估方法有蒙特卡洛模擬法、模糊評價法等，蒙特卡洛模擬法雖然低成本且高效率，但對數(shù)據(jù)過度依賴，且風險指標間的聯(lián)系也無法反映；模糊評價法采用隸屬程度描述指標的模糊性，較好地解決了數(shù)據(jù)的不確定性，但在復雜系統(tǒng)中，相對隸屬度權(quán)系數(shù)誤差較大，使得評估結(jié)果不準確。而本文所選用的層次分析法把研究對象作為一個系統(tǒng)，按照分解、比較判斷、綜合的思維方式進行決策，這種方法既不單純追求高深數(shù)學，又不片面地注重行為、邏輯、推理，而是把定性方法與定量方法有機地結(jié)合起來，使復雜的系統(tǒng)分解。

1 配電網(wǎng)風險評估指標體系的建立

技術(shù)合理性、安全可靠性［4-6］、供電質(zhì)量［7-8］、經(jīng)濟性等單項評估是傳統(tǒng)配電網(wǎng)評估工作的主要內(nèi)容，對配電網(wǎng)的評估局限于單指標評估，往往忽略了指標間的相互聯(lián)系，使得評估結(jié)果不精確。導致對配電網(wǎng)綜合指標的評價較少，評估結(jié)果單一且指導性不強。由于配電網(wǎng)的復雜性，需要對各個指標進行評估，在建立配電網(wǎng)評估指標體系時，盡可能選取能夠全面地反映電網(wǎng)實際情況的指標。本文在對配電網(wǎng)運行研究的基礎上，綜合各指標信息，建立較為合理的風險評估指標體系。

1.1評估體系建立方法

1）明確評估目標。界定評估目標，獲取評估范圍并劃分各級評估指標。

2）選取評估指標。通過對相關(guān)文獻的查閱、實踐調(diào)研等選擇對配電網(wǎng)安全運行具有評估意義的指標。

3）構(gòu)建評估指標體系層次結(jié)構(gòu)。根據(jù)配電網(wǎng)所處運行階段及各指標對其安全運行的輕重緩急程度可知，各評估指標所占比重各不相同。因此可將評估指標按照其對電網(wǎng)安全運行的重要程度進行分層，各層指標因素共同影響配電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運行。

4）建立綜合評估體系，對獲取的各指標及構(gòu)建的層次關(guān)系進行匯總。

1.2評估指標

配電網(wǎng)是城市電網(wǎng)中的重要環(huán)節(jié)，其涉及面積廣泛，因此，配電網(wǎng)的安全運行對社會生產(chǎn)生活、國家的安全與發(fā)展具有重大影響。本文從配電網(wǎng)的運行風險，根據(jù)所舉案例的風險指標進行研究，具體指標如下。

1）供電能力

隨著城市經(jīng)濟的快速發(fā)展以及電力改革的不斷市場化，人們對配電網(wǎng)供電能力的要求越來越高。充足的供電能力作為可靠、持續(xù)供電的基本條件，是研究配電網(wǎng)運行風險的基礎。配電網(wǎng)供電能力指標包括電源容載比、重載線路占比、重載配變占比、N-1通過率及N-2通過率。

2）網(wǎng)架結(jié)構(gòu)

配電網(wǎng)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)包括中壓開關(guān)站、架空線路、配電室及電纜線路等。配電網(wǎng)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)指標主要從網(wǎng)架互聯(lián)率、平均供電半徑、負荷可轉(zhuǎn)移率和單線重載負荷比四個方面進行評估。

3）可靠性

可靠性是衡量電網(wǎng)對負荷持續(xù)供電能力的主要指標之一，為用戶提供可靠、優(yōu)質(zhì)的電力，有助于社會生產(chǎn)與生活，同時可靠性分析是配電網(wǎng)運行風險分析重要內(nèi)容。配電網(wǎng)風險評估的可靠性主要評估停電時戶數(shù)、停電負荷、設備故障率及高運行年限設備占比。

4）電能質(zhì)量

電能質(zhì)量反映在電網(wǎng)中各點電壓或電流的幅值與波形上，電網(wǎng)結(jié)構(gòu)與負荷性質(zhì)決定了它的優(yōu)劣程度。電壓不合格率和三相電壓不平衡度是配電網(wǎng)電能質(zhì)量的反映。

2 基于層次分析法的評估模型

層次分析法（Analytic Hierarchy Process，AHP）［9］，在20世紀70年代由美國匹茲堡大學教授薩蒂（T. L. Saaty）提出，這是一種用于解決多目標決策的方法。通過建立清晰的層次結(jié)構(gòu)，構(gòu)造判斷矩陣，并結(jié)合定性與定量的分析計算，從而解決復雜問題。AHP具有一定的主觀性，但其應用仍具有一定的科學性和客觀性。綜合層次分析對模糊經(jīng)驗的量化以及不同專家的意見，則定性分析的量化過程就能做到相對客觀。圖1所示為層次結(jié)構(gòu)示意圖。

圖1　層次結(jié)構(gòu)示意圖

可得層次分析法歸納為以下3點。

2.1明確評估目的并建立評估體系與層次結(jié)構(gòu)

依據(jù)隸屬關(guān)系對風險因素進行分層分類，通常情況分為三層：最高層只有一個元素，為總目標；中間層（也稱準則層、策略層）包含兩個及以上元素；最底層是最基本的評估指標元素層以本文研究的配電網(wǎng)風險評估為例，最高層為：配電網(wǎng)風險評估指標體系；中間層為：供電能力、網(wǎng)架結(jié)構(gòu)、可靠性和電能質(zhì)量；最底層分別為中間層元素所對應的評估指標，以供電能力為例，其對應的評估指標為：電源容載比、重載線路占比、重載線路占比、N-1通過率和N-2通過率。

2.2判斷矩陣及其標度

表1所示為判斷矩陣的一般形式，通過1～9標度互反性標度理論進行設定的評估因素之間相對重要性兩兩比較的結(jié)果為矩陣中元素的值。1～9標度方法見表2。采用1～9標度法確定各項指標的權(quán)重，由基于AHP得到的配電網(wǎng)評估綜合得分為

式中，n為指標個數(shù)；iS為指標i的得分；iω為指標i的權(quán)重。

根據(jù)專家經(jīng)驗，當85S≥時，綜合評分可視為優(yōu)；當7585S≤＜時，綜合評分可視為良；當6075S≤＜時，綜合評分可視為中；當3560S≤＜時，綜合評分可視為較差；當35S＜時，綜合評分可視為差［10］。

表1　判斷矩陣的一般形式

表2　1—9標度方法

2.3層次權(quán)重的確定及判斷矩陣的一致性校驗

各層元素對于其上一層直屬元素的重要度即為元素的層次權(quán)重。通過判斷矩陣 A，求解其特征根（AX=λA），得到最大特征值λ及其對應特征向量X，歸一化后得到層次權(quán)重。為避免主觀判斷出現(xiàn)不一致的矛盾，確立判斷矩陣后，需對其進行一致性校驗，若不具備滿意一致性，則需不斷調(diào)整矩陣元素，直到其具備滿意一致性。

矩陣A具備一致性的條件如下：

混凝土切縫時間比較關(guān)鍵，過早、過晚都不行。過早可能會導致混凝土粗料出現(xiàn)脫離情況，過晚則會出現(xiàn)裂縫和斷板等問題。在進行切縫作業(yè)之前，首先要進行放樁，需要每間隔5m放置一根樁。在進行切縫作業(yè)過程中，切割機需要在定向架引導下進行施工作業(yè)，以便確保切縫的順直[4]。

因此，一致性的變化將導致征根跟隨其變化。通過指標BI來判斷矩陣偏離一致性情況可應用于層次分析法中，即

為了解決判斷矩陣的計算誤差隨階數(shù)的增高而變大的問題，以及準確判斷當判斷矩陣的階數(shù)不同時，對滿意一致性的影響，引入RI（平均隨機一致性指標），表3為對應于1～9判斷矩陣的RI取值。

表3　平均隨機一致性指標

由上表可知，1、2階判斷矩陣RI值為0，具有完全一致性。當n≥3時，以BR作為為“隨機一致性比例”指標，有

3 算例分析

為了說明所提出的風險指標分析方法能夠準確反映系統(tǒng)的安全性，選用某城市配電網(wǎng)為案例，運用上述方法對該城市配電網(wǎng)運行風險進行評估，首先對原系統(tǒng)在完全健康運行狀態(tài)下進行設定，對不同狀態(tài)下的指標進行計算，分析此時風險值變動情況。針對上述情況，比較和分析系統(tǒng)安全性指標，說明建立的配電網(wǎng)風險指標體系的實際應用。

1）根據(jù)配電自動化系統(tǒng)對該城市配電網(wǎng)的評估，得到指標的統(tǒng)計值與得分見表4。

表4　某城市配電網(wǎng)風險評估指標數(shù)據(jù)（局部）

2）計算上表中風險指標的權(quán)重（以供電能力為例）。

表5所示為供電能力判斷矩陣。

表5　某城市配電網(wǎng)風險評估指標數(shù)據(jù)（局部）

根據(jù)層次分析法進行權(quán)重計算，并進行歸一化，其權(quán)重結(jié)果分別為0.04 0.32 0.16 0.32 0.16，同理可計算網(wǎng)架結(jié)構(gòu)、可靠性、經(jīng)濟性、電能質(zhì)量和技術(shù)水平相關(guān)指標的權(quán)重。

3）系統(tǒng)運行狀態(tài)的綜合評分

根據(jù)指標得分和權(quán)重，可計算得到各準則層風險指標的得分，并結(jié)合對應的權(quán)重最終求得系統(tǒng)運行狀態(tài)的綜合評分。經(jīng)計算，本文算例中配電網(wǎng)的綜合得分為 79.9，綜合評價為良。該得分由電源容載比、重載線路占比、網(wǎng)架互聯(lián)率、平均供電半徑、停電負荷、高損耗率線路占比、電壓不合格率、終端覆蓋率等指標共同決定。

4 結(jié)論

本文針對城市配電網(wǎng)供電風險指標進行研究，提出了風險評估指標體系與評估方法。算例證明，本文所提出的配電網(wǎng)風險評估指標體系能夠?qū)L險進行量化，綜合評估城市配電網(wǎng)的現(xiàn)狀，有利于認識和分析風險，并為風險管控提供決策信息。

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Research on Risk Assessment Index System for Distribution Network based on Analytic Hierarchy Process

Liu Qiuhua1Dong Dandan2Han Tao3
（1. Acad. of Economics & Management，Nanjing Institute of Technology，Nanjing 211167；2. Acad. of Power Engineering，Nanjing Institute of Technology，Nanjing 211167；3. NARI Technology Co.，Ltd，Nanjing 211106）

It is very necessary for city distribution network planning to analyze and evaluate distributions scientifically，and with the continuous increasing influencing factors of the risk in the process of its development，a comprehensive evaluation indices system of city distribution networks based on analytic hierarchy process is established. By means of 1-9 scaling method the comprehensive weight of the index for single item is determined，thus，combine with the expert experience and quantitative and qualitative evaluation result，quantitative assessment of the situation of distribution network is realized.

distribution network； AHP； comprehensive evaluation； risk assessment

劉秋華（1963-），女，山東省青島市人，博士，教授，主要從事電力技術(shù)經(jīng)濟分析工作。