葛亮，徐謙，程浩忠，蘭洲，柳璐

(1.電力傳輸與功率變換控制教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室(上海交通大學(xué))，上海市 200240； 2.國(guó)網(wǎng)浙江省電力公司經(jīng)濟(jì)技術(shù)研究院，杭州市 310008)

基于不同層級(jí)電網(wǎng)性能評(píng)估的投資分配方法

葛亮1，徐謙2，程浩忠1，蘭洲2，柳璐1

(1.電力傳輸與功率變換控制教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室(上海交通大學(xué))，上海市 200240； 2.國(guó)網(wǎng)浙江省電力公司經(jīng)濟(jì)技術(shù)研究院，杭州市 310008)

考慮不同層級(jí)電網(wǎng)性能評(píng)估，研究電網(wǎng)投資分配方法。首先根據(jù)不同特點(diǎn)將電網(wǎng)劃分為不同層級(jí)，并建立不同層級(jí)電網(wǎng)的性能指標(biāo)體系；應(yīng)用模糊數(shù)學(xué)綜合評(píng)價(jià)方法對(duì)電網(wǎng)性能進(jìn)行綜合評(píng)估，并利用logistic曲線對(duì)電網(wǎng)性能與累計(jì)投資的關(guān)系進(jìn)行擬合；以電網(wǎng)性能裕度的方差最小為目標(biāo)建立投資分配模型；最后，以我國(guó)東部某省電網(wǎng)為算例進(jìn)行驗(yàn)證分析，給出該省“十三五”期間不同層級(jí)電網(wǎng)的投資分配額，結(jié)果合理可信，驗(yàn)證了本文所提出的投資分配方法的可行性。

投資分配; 性能評(píng)估; 不同層級(jí)電網(wǎng); logistic

0 引 言

目前，電網(wǎng)的建設(shè)和運(yùn)營(yíng)主要由電網(wǎng)公司負(fù)責(zé)，電網(wǎng)公司承擔(dān)著保證電網(wǎng)安全和向用戶提供充足可靠電能的任務(wù)，在此過(guò)程中電網(wǎng)的性能十分關(guān)鍵。電網(wǎng)的投資不僅要滿足負(fù)荷的增長(zhǎng)需求，還要能夠提升電網(wǎng)性能，以此提高電網(wǎng)公司的服務(wù)質(zhì)量；在電網(wǎng)投資的過(guò)程中，需要考慮不同層級(jí)電網(wǎng)之間的統(tǒng)籌協(xié)調(diào)性，保證電網(wǎng)整體性能的提升。因此，考慮不同層級(jí)電網(wǎng)性能評(píng)估的投資分配，對(duì)于抑制電網(wǎng)盲目投資、有效提升電網(wǎng)性能具有十分重要的意義。

對(duì)于電網(wǎng)投資，學(xué)術(shù)界的研究成果較少，文獻(xiàn)[1-2]建立了負(fù)荷水平、電網(wǎng)規(guī)模、社會(huì)經(jīng)濟(jì)水平3個(gè)指標(biāo)與電網(wǎng)投資之間的關(guān)系，基于灰色理論提出了一種電網(wǎng)投資預(yù)測(cè)方法；文獻(xiàn)[3]研究最大負(fù)荷與電網(wǎng)投資之間的長(zhǎng)期均衡關(guān)系，基于協(xié)整理論和誤差修正模型建立了電網(wǎng)投資需求預(yù)測(cè)模型；文獻(xiàn)[4]研究電網(wǎng)不同發(fā)展階段的投資需求特性；對(duì)于投資分配，文獻(xiàn)[5]在多個(gè)項(xiàng)目間進(jìn)行組合投資優(yōu)化；文獻(xiàn)[6-7]在多個(gè)電網(wǎng)子公司之間進(jìn)行投資分配。以上這些研究均未考慮電網(wǎng)性能與投資的關(guān)系，且沒(méi)有在不同層級(jí)電網(wǎng)間分配投資。

目前關(guān)于電網(wǎng)性能的指標(biāo)主要包括：安全可靠性、統(tǒng)籌協(xié)調(diào)性、高效經(jīng)濟(jì)性、環(huán)境影響性等方面[8-11]。文獻(xiàn)[12]對(duì)輸配電網(wǎng)分別建立了指標(biāo)體系，但不同電壓等級(jí)電網(wǎng)的特點(diǎn)不同，其性能指標(biāo)的側(cè)重點(diǎn)也必然不盡相同，需要將其歸類細(xì)分，建立不同層級(jí)電網(wǎng)性能指標(biāo)體系。因此，有必要建立不同層級(jí)電網(wǎng)性能指標(biāo)體系并建立電網(wǎng)性能與投資之間的關(guān)系，建立模型對(duì)電網(wǎng)投資在不同層級(jí)電網(wǎng)間進(jìn)行優(yōu)化分配。

本文根據(jù)各級(jí)電網(wǎng)的特點(diǎn)，將電網(wǎng)劃分為不同層級(jí)，分別建立不同層級(jí)電網(wǎng)性能指標(biāo)體系；應(yīng)用模糊數(shù)學(xué)綜合評(píng)價(jià)方法[13]對(duì)電網(wǎng)進(jìn)行評(píng)估，利用logistic曲線[14]對(duì)電網(wǎng)性能與累計(jì)投資之間的關(guān)系進(jìn)行擬合；以不同層級(jí)電網(wǎng)性能裕度的方差最小為目標(biāo)，對(duì)電網(wǎng)投資進(jìn)行優(yōu)化分配[15]。

1 不同層級(jí)電網(wǎng)性能指標(biāo)體系

1.1 電網(wǎng)層級(jí)的劃分

目前，電網(wǎng)一般根據(jù)電壓等級(jí)來(lái)劃分，本文考慮500 kV及其以下電網(wǎng)，現(xiàn)在電網(wǎng)中使用較多的電壓等級(jí)有10，35，110，220和500 kV，但從各個(gè)電壓等級(jí)電網(wǎng)的功能定位出發(fā)，可以將電網(wǎng)劃分為35 kV及以下、110/220 kV、500 kV這3個(gè)層級(jí)。

1.2 不同層級(jí)電網(wǎng)性能指標(biāo)

(1)35 kV及以下電網(wǎng)是面向用戶的中低壓配電網(wǎng)，在建立其電網(wǎng)性能評(píng)估指標(biāo)體系時(shí)主要考慮配電網(wǎng)的性能指標(biāo)，尤其考慮與用戶相關(guān)的指標(biāo)，35 kV及以下電網(wǎng)性能評(píng)估指標(biāo)體系如表1所示。

表1 35 kV及以下電網(wǎng)性能指標(biāo)

Table 1 Performance index of power grid below 35 kV

安全可靠性方面，中壓線路互聯(lián)率、電纜化率和架空線路絕緣化率與配電網(wǎng)的安全運(yùn)行有十分密切的關(guān)系，是配電網(wǎng)的關(guān)鍵性能指標(biāo)，而供電可靠率是能夠直接反映配電網(wǎng)可靠供電的指標(biāo)；統(tǒng)籌協(xié)調(diào)性方面，容載比過(guò)小時(shí)，可能導(dǎo)致配電網(wǎng)配電容量偏小，威脅到配電網(wǎng)充足供電和安全運(yùn)行的能力，容載比過(guò)大時(shí)，大量配電站和配電設(shè)備的投入將導(dǎo)致電網(wǎng)利用率降低；高效經(jīng)濟(jì)性方面，網(wǎng)損率是表征電網(wǎng)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的重要性能指標(biāo)；環(huán)境影響性方面，配電網(wǎng)中接入分布式能源將對(duì)電網(wǎng)和環(huán)境產(chǎn)生一定的影響，分布式能源接入比例是評(píng)估現(xiàn)代配電網(wǎng)時(shí)必須考慮到的重要指標(biāo)。

(2)110/220 kV電網(wǎng)是電網(wǎng)的中間層級(jí)，功能處于輸電網(wǎng)和配電網(wǎng)之間，在建立其電網(wǎng)性能評(píng)估指標(biāo)體系時(shí)要兼顧輸電網(wǎng)和配電網(wǎng)的特點(diǎn)，110/220 kV電網(wǎng)性能評(píng)估指標(biāo)體系如表2所示。

表2 110/220 kV電網(wǎng)性能指標(biāo)

Table 2 Performance index of 110/220 kV power grid

安全可靠性方面，N-1通過(guò)率和N-2通過(guò)率是表征輸電網(wǎng)安全可靠性能的主要指標(biāo)，供電半徑由變電站座數(shù)決定，也是表征電網(wǎng)供電可靠性的重要性能指標(biāo)；統(tǒng)籌協(xié)調(diào)性方面，容載比依然是重要的性能指標(biāo)，同時(shí)，線站比作為線路與變電站之間的協(xié)調(diào)性指標(biāo)，也是110/220 kV層級(jí)電網(wǎng)重要的性能指標(biāo)；高效經(jīng)濟(jì)性方面，網(wǎng)損率是表征電網(wǎng)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的重要性能指標(biāo)；環(huán)境影響性方面，考慮節(jié)約土地的因素，將同塔雙(多)回線路比例作為表征該層級(jí)電網(wǎng)對(duì)環(huán)境影響的性能指標(biāo)。

(3)500 kV電網(wǎng)作為超高壓網(wǎng)架，遠(yuǎn)距離輸送大量電能，在建立其電網(wǎng)性能評(píng)估指標(biāo)體系時(shí)要著重考慮安全可靠性方面的性能，其性能評(píng)估指標(biāo)體系如表3所示。

表3 500 kV電網(wǎng)性能指標(biāo)

Table 3 Performance index of 500 kV power grid

安全可靠性方面，除了110/220 kV層級(jí)電網(wǎng)性能中的N-1通過(guò)率、N-2通過(guò)率和供電半徑外，還增加了平均容性補(bǔ)償百分比和按暫穩(wěn)控制線路占比，無(wú)功補(bǔ)償和線路穩(wěn)定問(wèn)題對(duì)于500 kV電網(wǎng)尤為重要；其他3個(gè)方面與110/220 kV電網(wǎng)性能指標(biāo)一致，均考慮了容載比、線站比、網(wǎng)損率和同塔雙(多)回線路比例。

2 電網(wǎng)性能綜合評(píng)估

2.1 模糊隸屬度計(jì)算

本文采用模糊數(shù)學(xué)綜合評(píng)估方法對(duì)電網(wǎng)的性能進(jìn)行評(píng)估，由于各個(gè)指標(biāo)的量綱不同，數(shù)值大小也參差不齊，為了能夠?qū)⒏鱾€(gè)指標(biāo)融合到最后的綜合評(píng)價(jià)結(jié)果中，需要把各個(gè)指標(biāo)統(tǒng)一到同一個(gè)量綱，并將其數(shù)值統(tǒng)一至0～1，因此引入模糊隸屬度函數(shù)對(duì)各個(gè)指標(biāo)進(jìn)行擬合，通過(guò)各自的模糊隸屬度函數(shù)計(jì)算得到該指標(biāo)的模糊隸屬度，這個(gè)過(guò)程的實(shí)質(zhì)就是對(duì)每個(gè)指標(biāo)值的好壞進(jìn)行單獨(dú)評(píng)價(jià)。

本文采用應(yīng)用較為廣泛的梯形分布線性隸屬度函數(shù)來(lái)進(jìn)行計(jì)算，需要根據(jù)各個(gè)指標(biāo)的不同特性將指標(biāo)分為正指標(biāo)、逆指標(biāo)和適度指標(biāo)3類。正指標(biāo)的數(shù)值越大越好，逆指標(biāo)則與正指標(biāo)相反，而適度指標(biāo)的數(shù)值需要控制在一定范圍內(nèi)，過(guò)大或過(guò)小都會(huì)影響電網(wǎng)性能，因此這3類指標(biāo)所選用的隸屬度函數(shù)類型也有所不同，具體如下所述。

(1)正指標(biāo)，采用升半梯形分布函數(shù)：

(1)

式中a1和a2分別是分布函數(shù)自變量的下限和上限。

(2)逆指標(biāo)，采用降半梯形分布函數(shù)：

(2)

(3)適度指標(biāo)，采用梯形分布函數(shù)：

(3)

式中：a和d分別是變量的下限和上限；b和c分別是區(qū)間的兩端值。

正指標(biāo)以期望能夠達(dá)到的最大值為分布函數(shù)自變量的上限，以0或者標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的不能接受的值為分布函數(shù)自變量的下限；逆指標(biāo)以0或者期望能夠達(dá)到的最小值為分布函數(shù)自變量的上限，以標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的不能接受的值為分布函數(shù)自變量的下限；適度指標(biāo)以標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的適用值為分布函數(shù)自變量最佳區(qū)間的兩端值，以最不理想情況下指標(biāo)的可能值為分布函數(shù)自變量的上下限。

不同電網(wǎng)性能指標(biāo)根據(jù)其各自的特性構(gòu)造不同的模糊隸屬度函數(shù)，其中的上下限參數(shù)根據(jù)指標(biāo)各自的實(shí)際情況而設(shè)定。本文選取的電網(wǎng)性能指標(biāo)的分類如表4所示。

表4 電網(wǎng)性能指標(biāo)分類

Table 4 Classification of power grid performance index

2.2 指標(biāo)賦權(quán)

在對(duì)電網(wǎng)性能進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)時(shí)，需要確定各個(gè)指標(biāo)的權(quán)重系數(shù)，即各個(gè)指標(biāo)對(duì)綜合評(píng)價(jià)結(jié)果的影響程度。目前賦權(quán)方法主要分為主觀賦權(quán)法和客觀賦權(quán)法，其中主觀賦權(quán)法在賦權(quán)過(guò)程中存在主觀因素對(duì)賦權(quán)結(jié)果的影響。因此，為了消除主觀因素的影響，本文采用多種客觀賦權(quán)法相結(jié)合的組合賦權(quán)法。

2.2.1 變異系數(shù)法

變異系數(shù)法根據(jù)某個(gè)指標(biāo)在所有評(píng)價(jià)對(duì)象中數(shù)值的變異程度來(lái)確定該指標(biāo)的權(quán)重系數(shù)，本文采用標(biāo)準(zhǔn)差作為變異系數(shù)進(jìn)行賦權(quán)，計(jì)算步驟如下所述。

假設(shè)共有n個(gè)電網(wǎng)性能指標(biāo)，q個(gè)評(píng)價(jià)對(duì)象。

(1)計(jì)算各指標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)差系數(shù)Kj

(4)

(2)對(duì)各指標(biāo)的變異系數(shù)進(jìn)行歸一化處理，得到變異系數(shù)法權(quán)重wj,1

(5)

2.2.2 熵值法

指標(biāo)熵值越小，其中包含的信息越多，相應(yīng)的該指標(biāo)的權(quán)重越大，其計(jì)算步驟如下所述。

假設(shè)共有n個(gè)電網(wǎng)性能指標(biāo)，q個(gè)評(píng)價(jià)對(duì)象。

(1) 為了避免計(jì)算過(guò)程中出現(xiàn)無(wú)意義的現(xiàn)象，首先需要將指標(biāo)值非負(fù)化處理，非負(fù)化公式如下：

(6)

式中：xij為第i個(gè)評(píng)價(jià)對(duì)象第j項(xiàng)指標(biāo)的數(shù)值；min(xij)和max(xij)分別為第j項(xiàng)指標(biāo)的最小值和最大值；yij為xij非負(fù)化后的指標(biāo)值。

(2)計(jì)算第i個(gè)評(píng)價(jià)對(duì)象第j項(xiàng)指標(biāo)yij在所有第j項(xiàng)指標(biāo)中所占的比重pij：

(7)

(3)計(jì)算各項(xiàng)指標(biāo)熵值并歸一化：

(8)

當(dāng)所有指標(biāo)pij相等時(shí)，熵值最大且為lnq，歸一化后得到表征指標(biāo)j相對(duì)重要性的熵值Ej：

Ej=ej/lnq， j=1,2,...,n

(9)

式中q為評(píng)價(jià)對(duì)象個(gè)數(shù)。

(4)由于熵值越小，變異程度越大，因此第j項(xiàng)指標(biāo)的熵值法權(quán)重wj,2如式(10)所示：

(10)

式中n為指標(biāo)個(gè)數(shù)。

2.2.3 組合賦權(quán)法

變異系數(shù)法和熵值法運(yùn)用不同的角度和計(jì)算方法對(duì)指標(biāo)進(jìn)行賦權(quán)，得到的各指標(biāo)權(quán)重系數(shù)稍有差異，運(yùn)用組合賦權(quán)方法將不同賦權(quán)方法得到的權(quán)重綜合起來(lái)，兼顧了不同賦權(quán)方法的不同角度和優(yōu)劣，使指標(biāo)的權(quán)重系數(shù)更加科學(xué)合理并符合實(shí)際。

常用的組合賦權(quán)方法可以歸結(jié)為“加法”集成法和“乘法”集成法，本文采用后者中的簡(jiǎn)單平均算法作為組合賦權(quán)方法，即

(11)

2.3 模糊合成

目前應(yīng)用較為廣泛的模糊合成方法主要有“加權(quán)平均型”和“主因素突出型”兩大類，考慮到本文中電網(wǎng)性能評(píng)價(jià)體系的特點(diǎn)和運(yùn)算的便捷性，本文采用“加權(quán)平均型”中的普通乘與加算子，即：

(12)

式中：bi為第i個(gè)評(píng)價(jià)對(duì)象的綜合評(píng)價(jià)分值；wj為第j項(xiàng)指標(biāo)的權(quán)重系數(shù)；rij為第i個(gè)評(píng)價(jià)對(duì)象的第j項(xiàng)指標(biāo)的模糊隸屬度。

3 電網(wǎng)投資分配方法

3.1 電網(wǎng)綜合性能與投資的關(guān)系

隨著電網(wǎng)負(fù)荷的增長(zhǎng)，電網(wǎng)公司需要新建變配電站和輸配電線路來(lái)提高電網(wǎng)的供電能力，以此滿足電網(wǎng)用戶的用電需求。電網(wǎng)發(fā)展初期，電網(wǎng)綜合性能處于較低的水平，電網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施也不夠完善，電網(wǎng)投資的主要目的是完善電網(wǎng)基礎(chǔ)，電網(wǎng)綜合性能隨累計(jì)投資的增長(zhǎng)速度較慢。隨著電網(wǎng)發(fā)展到中期階段，電網(wǎng)擁有一定的基礎(chǔ)，此時(shí)電網(wǎng)投資除了能夠滿足負(fù)荷增長(zhǎng)外，還能有效地提高電網(wǎng)的綜合性能，電網(wǎng)綜合性能隨累計(jì)投資的增長(zhǎng)速度較快。當(dāng)電網(wǎng)發(fā)展到后期階段，隨著電網(wǎng)規(guī)模越大，提升電網(wǎng)綜合性能的難度越高，即提高相同電網(wǎng)綜合性能時(shí)需要投入的資金越多，而隨著累計(jì)投資的增加，電網(wǎng)綜合性能將呈現(xiàn)趨于飽和的狀態(tài)，因此，可以采用logistic曲線模型來(lái)擬合電網(wǎng)綜合性能與累計(jì)投資之間的數(shù)學(xué)關(guān)系。

應(yīng)用第2節(jié)所述的模糊數(shù)學(xué)綜合評(píng)估方法對(duì)不同層級(jí)電網(wǎng)的性能進(jìn)行綜合評(píng)估，利用logistic曲線對(duì)電網(wǎng)性能綜合評(píng)分和累計(jì)投資的關(guān)系進(jìn)行擬合，得到不同層級(jí)電網(wǎng)性能綜合評(píng)分關(guān)于累計(jì)投資的數(shù)學(xué)關(guān)系表達(dá)式。

3.2 電網(wǎng)投資分配模型

為優(yōu)化電網(wǎng)建設(shè)投資，達(dá)到不同層級(jí)投資性能收益均衡，不同層級(jí)電網(wǎng)均衡全面發(fā)展，避免投資分配不均而導(dǎo)致某個(gè)層級(jí)電網(wǎng)建設(shè)落后，考慮優(yōu)化目標(biāo)為不同層級(jí)電網(wǎng)性能綜合評(píng)分裕度的方差最小，即：

(13)

(14)

(15)

約束條件為：

x1+x2+x3=X

(16)

d1,d2,d3≥0

(17)

式中：x1、x2、x3分別為不同層級(jí)電網(wǎng)的建設(shè)投資額；X為總投資額；c1、c2、c3分別為基于國(guó)標(biāo)、行標(biāo)、企標(biāo)約束的不同層級(jí)電網(wǎng)性能評(píng)分最低標(biāo)準(zhǔn)值，同樣可以通過(guò)模糊數(shù)學(xué)綜合評(píng)估方法得到；f1(x1)、f2(x2)、f3(x3)分別為不同層級(jí)電網(wǎng)性能綜合評(píng)分與累計(jì)投資之間的數(shù)學(xué)關(guān)系表達(dá)式。

4 算例分析

采用我國(guó)東部某省電網(wǎng)作為算例對(duì)本文提出的基于不同層級(jí)電網(wǎng)性能評(píng)估的投資分配方法進(jìn)行驗(yàn)證分析。以1991年至2015年該省電網(wǎng)為評(píng)價(jià)對(duì)象，應(yīng)用模糊數(shù)學(xué)綜合評(píng)價(jià)方法分別對(duì)35 kV及以下電網(wǎng)、110/220 kV電網(wǎng)、500 kV電網(wǎng)3個(gè)不同層級(jí)的電網(wǎng)進(jìn)行性能綜合評(píng)估；利用logistic曲線對(duì)不同層級(jí)電網(wǎng)性能綜合評(píng)分與累計(jì)投資的關(guān)系進(jìn)行擬合；最后利用本文提出的投資分配模型，求解該省“十三五”期間不同層級(jí)電網(wǎng)投資分配額。

4.1 不同層級(jí)電網(wǎng)性能評(píng)估

以35 kV及以下電網(wǎng)為例，給出電網(wǎng)綜合性能評(píng)估的計(jì)算過(guò)程，其中2006年至2015年35 kV及以下電網(wǎng)各指標(biāo)值如表5所示。

表5 35 kV及以下電網(wǎng)性能指標(biāo)值

Table 5 Value of performance index in

power grid below 35 kV

根據(jù)表5中對(duì)各個(gè)指標(biāo)的分類及自身數(shù)據(jù)特性，分別設(shè)置各指標(biāo)的梯形分布線性隸屬度函數(shù)并計(jì)算隸屬度，結(jié)果如表6所示。

利用2.2節(jié)中綜合了變異系數(shù)法和熵值法的組合賦權(quán)法，對(duì)不同層級(jí)電網(wǎng)的各個(gè)指標(biāo)進(jìn)行賦權(quán)，結(jié)果如表7所示。

得到各指標(biāo)的隸屬度和權(quán)重后，利用式(12)通過(guò)簡(jiǎn)單乘與加模糊合成算子計(jì)算得到各年電網(wǎng)性能綜合評(píng)價(jià)分值，計(jì)算結(jié)果及各年投資情況如表8所示。

表6 35 kV及以下電網(wǎng)性能指標(biāo)隸屬度

Table 6 Membership degree of performance index in power grid below 35 kV

表7 35 kV及以下電網(wǎng)性能指標(biāo)權(quán)重

表8 35 kV及以下電網(wǎng)性能綜合評(píng)分及投資額

對(duì)于另外2個(gè)層級(jí)電網(wǎng)的計(jì)算與以上過(guò)程類似，得到的結(jié)果如表9—12所示。

表9 110/220 kV電網(wǎng)性能指標(biāo)權(quán)重

Table 9 Weight of performance index in 110/220 kV power grid

表10 110/220 kV電網(wǎng)性能綜合評(píng)分及投資額

表11 500 kV電網(wǎng)性能指標(biāo)權(quán)重

4.2 電網(wǎng)綜合性能與投資的關(guān)系

利用logistic曲線對(duì)不同層級(jí)電網(wǎng)的性能綜合評(píng)分與累計(jì)投資的數(shù)學(xué)關(guān)系進(jìn)行擬合。考慮到電網(wǎng)投資首先需要滿足負(fù)荷的增長(zhǎng)，負(fù)荷增長(zhǎng)較快的情況下，電網(wǎng)性能的提升較為緩慢；而負(fù)荷增長(zhǎng)緩慢的情況下，電網(wǎng)性能的提升較快。因此將不同負(fù)荷增長(zhǎng)率劃分為0%～5%、5%～10%、10%～15%、15%～20%，

表12 500 kV電網(wǎng)性能綜合評(píng)分及投資額

Table 12 Comprehensive score of performance and investment of 500 kV power grid

分別對(duì)不同負(fù)荷增長(zhǎng)率情況下電網(wǎng)性能綜合評(píng)分與累計(jì)投資的關(guān)系進(jìn)行l(wèi)ogistic曲線擬合，各個(gè)曲線的擬合度均在0.95以上，電網(wǎng)綜合性能隨累計(jì)投資的增長(zhǎng)趨勢(shì)基本符合logistic曲線。

為了便于比較和計(jì)算，將不同增長(zhǎng)率下的曲線平移至2015年該層級(jí)電網(wǎng)所處的電網(wǎng)性能評(píng)分處，并以此為投資累計(jì)起點(diǎn)，不同層級(jí)電網(wǎng)在不同負(fù)荷增長(zhǎng)率下性能綜合評(píng)分與累計(jì)投資的關(guān)系如圖1—3所示。

圖1 35 kV及以下電網(wǎng)性能與投資的關(guān)系

由圖1—3可以看出，負(fù)荷增長(zhǎng)率越高，電網(wǎng)性能隨投資的提升速度越緩慢，這與實(shí)際情況相符；同時(shí)，35 kV及其以下電網(wǎng)與500 kV電網(wǎng)正處于性能隨著投資快速提升的階段；而110/220 kV電網(wǎng)已經(jīng)處于電網(wǎng)發(fā)展中后期階段，電網(wǎng)性能的提升速度開(kāi)始變慢；這與該省先前大力建設(shè)110/220 kV電網(wǎng)的實(shí)際情況相符。

圖2 110/220 kV電網(wǎng)性能與投資的關(guān)系

圖3 500 kV電網(wǎng)性能與投資的關(guān)系

4.3 電網(wǎng)投資分配

根據(jù)該省“十三五”規(guī)劃報(bào)告顯示，該省在“十三五”期間的負(fù)荷平均增長(zhǎng)率在0%～5%之間，且“十三五”期間對(duì)500 kV及以下電網(wǎng)的規(guī)劃投資額為 1 102億元。35 kV及以下電網(wǎng)、110/220 kV電網(wǎng)、500 kV電網(wǎng)在負(fù)荷增長(zhǎng)率為0%～5%時(shí)電網(wǎng)性能綜合評(píng)分與累積投資的數(shù)學(xué)關(guān)系式如下所示：

(18)

(19)

(20)

根據(jù)國(guó)標(biāo)、行標(biāo)、企標(biāo)中對(duì)各個(gè)指標(biāo)的規(guī)定以及本文計(jì)算得到的各指標(biāo)的權(quán)重系數(shù)，可以得到35 kV及以下電網(wǎng)、110/220 kV電網(wǎng)、500 kV電網(wǎng)的性能綜合評(píng)分最低標(biāo)準(zhǔn)值c分別為0.272 5、0.328 0、0.307 5。

以此為邊界條件，利用基于淘汰相似結(jié)構(gòu)機(jī)制的改進(jìn)小生境遺傳算法對(duì)3.2節(jié)中的投資分配模型進(jìn)行求解，得到的結(jié)果如表13所示。

表13 不同層級(jí)電網(wǎng)“十三五”投資額

Table 13 Investment of different levels of power grid during “13th Five-Year plan” period

由此結(jié)果可以發(fā)現(xiàn)，對(duì)于35 kV及以下電網(wǎng)和110/220 kV電網(wǎng)的投資額相當(dāng)，各自占了總投資額的40%，這與該省即將大力提升配電網(wǎng)性能的規(guī)劃目標(biāo)以及正在大力建設(shè)110/220 kV電網(wǎng)的舉措一致；與規(guī)劃投資額相比較，可以看出本文得到的投資額與規(guī)劃投資額相近，結(jié)果合理可信，本文提出的基于不同層級(jí)電網(wǎng)性能評(píng)估的投資分配方法合理可行。

5 結(jié) 論

本文提出了基于不同層級(jí)電網(wǎng)性能評(píng)估的投資分配方法，建立不同層級(jí)電網(wǎng)性能指標(biāo)體系，以我國(guó)東部某省電網(wǎng)為算例，運(yùn)用模糊數(shù)學(xué)綜合評(píng)估方法對(duì)電網(wǎng)性能進(jìn)行綜合評(píng)估，得到各個(gè)指標(biāo)的權(quán)重系數(shù)；利用logistic曲線對(duì)電網(wǎng)性能與累計(jì)投資之間的關(guān)系進(jìn)行擬合，同時(shí)分析了負(fù)荷增長(zhǎng)率對(duì)電網(wǎng)性能提升的影響；最后，建立了以不同層級(jí)電網(wǎng)性能裕度的方差最小為目標(biāo)的投資分配模型，利用基于淘汰相似結(jié)構(gòu)機(jī)制的改進(jìn)小生境遺傳算法對(duì)模型求解得到“十三五”期間不同層級(jí)電網(wǎng)投資額。算例結(jié)果合理可信，驗(yàn)證了該方法的可行性，對(duì)電網(wǎng)投資規(guī)劃有一定的參考意義。

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(編輯 劉文瑩)

Investment Allocation Method Based on Performance Evaluation of Different Levels of Power Grid

GE Liang1, XU Qian2, CHENG Haozhong1, LAN Zhou2, LIU Lu1

(1. Key Laboratory of Control of Power Transmission and Conversion (Shanghai Jiao Tong University), Shanghai 200240, China; 2. State Grid Zhejiang Electric Power Corporation Economic Research Institute, Hangzhou 310008, China)

Considering the performance evaluation of different levels of power grid, this paper studies an investment allocation method. Firstly, we divide power grids into different levels according to their different characteristics, and establish the performance index systems of different levels of power grid. We applied comprehensive evaluation method based on fuzzy mathematics to evaluate the grid performance, and used the logistic curve to fit the relationship between grid performance and cumulative investment. Then, we established the investment allocation model with the minimum variance of the grid performance margin as the target. Finally, the power grid of a province in eastern China was conducted to make validation and analysis as an example, and the investment quota of different levels of power grid during the “13th Five-year plan” period was is given. The results are reasonable and credible, which proves the feasibility of the proposed investment allocation method.

investment allocation; performance evaluation; different levels of power grid; logistic

國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(51337005)；國(guó)網(wǎng)浙江省電力公司科技項(xiàng)目(5211JY150008)

TM 71

A

1000-7229(2016)12-0143-08

10.3969/j.issn.1000-7229.2016.12.019

2016-08-22

葛亮(1992)，男，通信作者，碩士研究生，主要研究方向?yàn)殡娋W(wǎng)經(jīng)濟(jì)性規(guī)劃；

徐謙(1963)，男，高級(jí)工程師，主要從事電網(wǎng)規(guī)劃及新能源并網(wǎng)等方面的管理和技術(shù)工作；

程浩忠(1962)，男，教授，主要研究方向?yàn)殡娏ο到y(tǒng)規(guī)劃、電力系統(tǒng)運(yùn)行；

蘭洲(1980)，男，高級(jí)工程師，主要從事輸電網(wǎng)規(guī)劃研究方面的工作；

柳璐(1983)，女，助理研究員，主要研究方向?yàn)檩旊娋W(wǎng)規(guī)劃和評(píng)估。

Project supported by National Natural Science Foundation of China(51337005)