韓松，陳湫林

（貴州大學(xué)電氣工程學(xué)院，貴州貴陽 550025）

含設(shè)備利用率因子的配電網(wǎng)滾動規(guī)劃后評價模型

韓松，陳湫林

（貴州大學(xué)電氣工程學(xué)院，貴州貴陽 550025）

提出了一種含設(shè)備利用率因子的配電網(wǎng)滾動規(guī)劃后評價模型，它包括了電源規(guī)劃、電力需求預(yù)測、電網(wǎng)規(guī)劃執(zhí)行情況、投資執(zhí)行情況、電網(wǎng)發(fā)展水平、設(shè)備利用率6個一級指標(biāo)和相關(guān)26個二級指標(biāo)。該模型采用層次分析法確定了各層次指標(biāo)權(quán)重，并考慮了設(shè)備利用率影響系數(shù)對量化評價值的反饋修正作用。采用該模型對貴州某地區(qū)“十二五”配電網(wǎng)滾動規(guī)劃進(jìn)行了分析，驗證了該模型的有效性和可行性，或可為相關(guān)配電網(wǎng)規(guī)劃和投資決策研究提供量化指標(biāo)和評價模型參考。

配電網(wǎng)滾動規(guī)劃；后評價模型；量化指標(biāo)；層次分析法；設(shè)備利用率因子

配電網(wǎng)滾動規(guī)劃后評價是指通過對配電網(wǎng)規(guī)劃及其修編規(guī)劃的目的、執(zhí)行過程、完成情況和所產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)效益等進(jìn)行全面分析，找出實際與最初規(guī)劃預(yù)測情況的差距，總結(jié)經(jīng)驗與不足，為后期規(guī)劃與建設(shè)提供科學(xué)合理依據(jù)[1-2]。隨著我國配電網(wǎng)規(guī)劃、設(shè)計、建設(shè)、運行和管理全過程環(huán)節(jié)數(shù)據(jù)化發(fā)展水平的提高，深入開展大數(shù)據(jù)環(huán)境下的規(guī)劃后評價模型研究具有重要意義。

傳統(tǒng)上，多數(shù)文獻(xiàn)往往集中于單個輸變電工程的后評價問題，相關(guān)特定或綜合的評價理論與方法漸趨成熟。如文獻(xiàn)[3]針對某農(nóng)村電網(wǎng)改造項目，提出并驗證了一種基于模糊區(qū)間層次分析的后評估模型；文獻(xiàn)[4]以某35 kV變電站及其進(jìn)出線工程為例，運用綜合評價方法對輸變電工程進(jìn)行了技術(shù)后評價研究；文獻(xiàn)[5]以廣東某500 kV輸變電工程為例，開展了改進(jìn)的邏輯框架法在電網(wǎng)項目后評價中的應(yīng)用研究。

近年來，國內(nèi)外地區(qū)配電網(wǎng)規(guī)劃評價體系或模型研究逐步深入[6-9]。其中文獻(xiàn)[7]以某地區(qū)110 kV配電網(wǎng)為例，從安全性、經(jīng)濟(jì)性、靈活性、可靠性、協(xié)調(diào)性5個方面開展了配電網(wǎng)評估指標(biāo)研究；文獻(xiàn)[8]基于生命周期成本理論從技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益、企業(yè)資金效益、國家經(jīng)濟(jì)效益3個方面構(gòu)建了一個配電網(wǎng)規(guī)劃經(jīng)濟(jì)效益評價指標(biāo)體系；文獻(xiàn)[9]以西班牙一個城市和一個鄉(xiāng)村配電網(wǎng)的案例研究了配電網(wǎng)規(guī)劃中融入主動需求側(cè)技術(shù)的經(jīng)濟(jì)效益量化評價問題?？傮w來看，從評價對象的角度來說，目前學(xué)術(shù)界和工業(yè)界對于配電網(wǎng)規(guī)劃，特別是滾動規(guī)劃的后評價模型與方法的研究相對較少。同時，從評價模型的角度看，電源規(guī)劃指標(biāo)、電力需求指標(biāo)、經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)中規(guī)劃值與實際值的量化比較評價在部分文獻(xiàn)中未能涉及。更為重要的是，多數(shù)文獻(xiàn)未對設(shè)備利用率進(jìn)行評價，更未考慮其對量化評價值的反饋修正作用。

為此，帶著該特定場景的后評價模型構(gòu)建及其二級指標(biāo)實用化的思考，本文提出了一種含設(shè)備利用率因子的滾動規(guī)劃后評價模型，它包括了電源規(guī)劃、電力需求預(yù)測、電網(wǎng)規(guī)劃執(zhí)行情況、投資執(zhí)行情況、電網(wǎng)發(fā)展水平、設(shè)備利用率6個一級指標(biāo)和相關(guān)26個二級指標(biāo)。采用該模型對貴州某地區(qū)“十二五”配電網(wǎng)滾動規(guī)劃進(jìn)行了量化分析，驗證了該模型的有效性和可行性，或可為相關(guān)配電網(wǎng)規(guī)劃和投資決策研究提供量化指標(biāo)和評價模型參考。

1 配電網(wǎng)規(guī)劃后評價模型構(gòu)建

1.1 指標(biāo)模型的建立

一般而言，評價模型的建立必須科學(xué)合理、目的性明確[10-11]。本文依據(jù)上述原則，提出了一種配電網(wǎng)滾動規(guī)劃后評價模型，如圖1所示。

圖1 一種配電網(wǎng)滾動規(guī)劃后評價模型Fig.1 Post-evaluation model of distribution system rolling planning

圖1所示模型是一個有序遞進(jìn)的結(jié)構(gòu)，包含目標(biāo)層、準(zhǔn)則層和指標(biāo)層3個層次。具體包括Y1（電源規(guī)劃）、Y2（電力需求預(yù)測）、Y3（電網(wǎng)規(guī)劃執(zhí)行情況）、Y4（電網(wǎng)投資執(zhí)行情況）、Y5（電網(wǎng)發(fā)展水平）、Y6（設(shè)備利用率）6個一級指標(biāo)和26個二級指標(biāo)。

1.2 指標(biāo)權(quán)重分配

根據(jù)層次分析法（analytic hierarchy process，AHP）理論[12-14]，各指標(biāo)的權(quán)重選取步驟如下。

1）判斷矩陣建立

利用T.L.Sataty 1～9標(biāo)度法對同一層次中的有關(guān)元素進(jìn)行兩兩比較，可得判斷矩陣為

式中：矩陣A應(yīng)滿足

2）層次排序和一致性檢驗

層次排序需算出判斷矩陣A的最大特征值λmax以及其對應(yīng)的正規(guī)化特征向量ξ，然后將ξ進(jìn)行歸一化處理，所得到的向量就為同一層次相對于上層某指標(biāo)的相對重要性排序權(quán)值。而一致性比例CR由一致性指標(biāo)CI與同階的平均隨機(jī)一致性指標(biāo)RI之比確定，其中CI與CR的定義如下：

式中：λmax和n分別為矩陣A的最大特征值和階數(shù)。CI的值越小，說明判斷矩陣的一致性越好，反之，一致性就越差。RI取值方法見文獻(xiàn)[15]。一般地，如果CR＜0.01，認(rèn)為判斷矩陣具有比較滿意的一致性，正規(guī)化特征向量ξ的值就為對應(yīng)指標(biāo)的權(quán)重，否則就需調(diào)整判斷矩陣，直到滿足條件為止。這樣，可確定各個指標(biāo)的權(quán)重如表1所示。

表1 指標(biāo)權(quán)重Tab.1 The weight of index

1.3 設(shè)備利用率影響系數(shù)

為避免僅考慮規(guī)劃規(guī)模完成率高導(dǎo)致后評價分值高的情況，從投入產(chǎn)出效果的角度出發(fā)，本文提出在相關(guān)的二級指標(biāo)上引入反映實際產(chǎn)出效率的設(shè)備利用率因子λi，具體定義如式（4）所示：

式中：λ1為110 kV影響系數(shù)；λ2為35 kV影響系數(shù)，λ3為綜合影響系數(shù)6i為指標(biāo)Y6i在各版規(guī)劃中完成率的平均值。α為保護(hù)因子，保證設(shè)備利用率對各指標(biāo)得分的影響在可接受范圍內(nèi)，一般1≤α≤5，本例取α=2。

1.4 指標(biāo)層指標(biāo)評分各一級指標(biāo)得分和總得分計算如式（5）所示：

式中：Si為第i個一級指標(biāo)的得分；Ssum為總得分；Wi為Yi的權(quán)重系數(shù)要；Wij為Yij的權(quán)重系數(shù)ij為指標(biāo)Yij在各版規(guī)劃中完成率的平均值。

2 案例分析

借助上述模型，針對十二五期4版規(guī)劃，即2010年配電網(wǎng)規(guī)劃（簡稱“規(guī)劃”）、2011年配電網(wǎng)規(guī)劃修編（簡稱“修編”）、2012年配電網(wǎng)規(guī)劃細(xì)化（簡稱“細(xì)化”）、2013年配電網(wǎng)規(guī)劃項目庫優(yōu)化（簡稱“優(yōu)化”）規(guī)劃，開展了該地區(qū)配電網(wǎng)滾動規(guī)劃后評價研究。限于篇幅，文中僅給出了一級指標(biāo)中的部分二級指標(biāo)數(shù)據(jù)。

2.1 電源規(guī)劃評價

電源規(guī)劃評價分別從110 kV電源、35 kV電源、10 kV及以下電源進(jìn)行了分析，其中110 kV電源規(guī)劃及其完成率如圖2和表2所示。

由圖2可知，每年規(guī)劃容量值都高于實際值，原因在于部分規(guī)劃電源未如期實施。

由圖2和表2可知，該地區(qū)電源規(guī)劃與實際的差異較小，說明電網(wǎng)規(guī)劃的及時修編能較好地反映出近期電源投建情況，但對于中長期電源建設(shè)情況較難準(zhǔn)確反映，這一點可從2015年優(yōu)化值與實際值中看出，特別是110 kV電壓等級電源。

圖2 電源規(guī)劃Fig.2 The generation expansion planning

表2 電源規(guī)劃完成率Tab.2 The completion rates of generation expansion planning %

2.2 電力需求預(yù)測評價

根據(jù)各版規(guī)劃，作出了全社會用電量及其完成率，如圖3和表3所示。

圖3 全社會用電量Fig.3 The power consumption of the whole society

表3 全社會用電量完成率Tab.3 The completion rates for power consumption of the whole society %

由圖3和表3可知，各版規(guī)劃的全社會用電量預(yù)測值與實際值的差異主要出現(xiàn)在2015年，電量預(yù)測差異達(dá)29%～34.2%，預(yù)測值過于樂觀。產(chǎn)生此類差異主要是由于受到規(guī)劃方法選擇因素、外部環(huán)境變化和國家政策的影響。

總體來看，2010年至2013年，該地區(qū)電力需求預(yù)測值與實際之間的差異不大，較為合理。但2014年和2015年，電力電量增速顯著下降，預(yù)測偏差率分別達(dá)16%和26%左右，這主要與該地區(qū)用電負(fù)荷中占比較大的高載能大用戶生產(chǎn)調(diào)整有關(guān)，也與國內(nèi)宏觀經(jīng)濟(jì)發(fā)展增速預(yù)期下降和產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整趨勢有顯著的關(guān)系。

2.3 電網(wǎng)規(guī)劃執(zhí)行評價

本節(jié)統(tǒng)計了電網(wǎng)建設(shè)實績，從總體規(guī)模的角度對高壓、中壓和低壓項目進(jìn)行了差異評價。其中110 kV總體規(guī)模及其完成率如表4和表5所示。

表4 110 kV總體規(guī)模Tab.4 The overall scale of 110 kV

表5 110 kV總體規(guī)模完成率Tab.5 The completion rates for overall scale of 110 kV%

根據(jù)相關(guān)統(tǒng)計及表4和表5可得，該地區(qū)各電壓等級項目實際與規(guī)劃建設(shè)規(guī)模、形式、時序、投資基本一致，但110 kV項目實際與規(guī)劃建設(shè)規(guī)模差異較大，部分輸變電新建和擴(kuò)建工程以及網(wǎng)架完善工程受電力電量低于預(yù)期的影響，延遲至“十三五”建設(shè)。

2.4 電網(wǎng)投資執(zhí)行情況評價

“十二五”期電網(wǎng)實際投資和資金完成率分別如圖4和表6所示。

由圖4和表6可知，電網(wǎng)實際投資約19.3億元。由各版規(guī)劃以及實際情況可得電網(wǎng)投資執(zhí)行情況結(jié)論：

圖4 電網(wǎng)總投資Fig.4 The total investment of power grid

表6 資金完成率Tab.6 The completion rates for investment of power grid%

1）從各版規(guī)劃投資估算的同期比較來看，“規(guī)劃”、“修編”基本一致，“細(xì)化”的投資估算規(guī)模略有小幅下降調(diào)整。“優(yōu)化”的投資估算規(guī)模略有小幅回升性調(diào)整。

2）從投資規(guī)模實際及完成情況來看，實際投資一定程度上低于規(guī)劃投資。主要在于“十二五”后期該地區(qū)電力需求情況顯著低于規(guī)劃預(yù)測值，導(dǎo)致部分高壓變電站新建和主變增容擴(kuò)建工程、中壓配電線路和臺區(qū)新建工程延遲或取消。

2.5 電網(wǎng)發(fā)展水平評價

電網(wǎng)發(fā)展水平評價中的容載比及其完成率如圖5和表7所示。

圖5 容載比Fig.5 The capacity-load ratio

圖5、表7以及相關(guān)統(tǒng)計可得：

表7 容載比完成率Tab.7 The completion rates of capacity-load ratio %

1）從電網(wǎng)協(xié)調(diào)發(fā)展水平以及全市角度來看，實績與各版規(guī)劃容載比差異不大。但2015年全市口徑容載比實績達(dá)到2.16，這與該地區(qū)電網(wǎng)建設(shè)導(dǎo)致地區(qū)變電容量顯著增加的情況相符。

2）總體來看，110 kV主變“N-1”通過率（%）和110 kV線路“N-1”通過率（%）與各版規(guī)劃的偏差不大，這與配電網(wǎng)110 kV輸變電工程建設(shè)和投運進(jìn)度是基本一致的。35 kV主變“N-1”通過率（%）和35 kV線路“N-1”通過率（%）與各版規(guī)劃的偏差有一定波動性變化，這與配電網(wǎng)35 kV變電工程擴(kuò)建工程受負(fù)荷增速影響延遲以及農(nóng)網(wǎng)升級改造工程規(guī)劃建設(shè)進(jìn)度是基本一致的。

2.6 設(shè)備利用率評價

設(shè)備利用率評價分別從變電站平均負(fù)載率和線路平均負(fù)載率進(jìn)行分析，其中變電站平均負(fù)載率及其完成率如圖6和表8所示。

圖6 變電站平均負(fù)載率Fig.6 The average load rate of substations

表8 變電站平均負(fù)載率完成率Tab.8 The completion rates for average load rate of substation %

表8中，完成率為平均負(fù)載率除以平均最佳負(fù)載率。變電站主變的最佳平均負(fù)載率為20%～40%，線路的最佳平均負(fù)載率為20%～30%[16]，本文分別取40%和30%。

由圖6、表8和相關(guān)統(tǒng)計可得，該地區(qū)110 kV變電站數(shù)量和規(guī)模得到了顯著的提升，站點分布更為合理，變電能力更為充裕，整體變電站負(fù)載率保持了較為平穩(wěn)的分布。但部分變電站仍存在重載問題，建議在“十三五”期間應(yīng)加強(qiáng)110 kV變電站增容擴(kuò)建類以及中壓出線負(fù)荷調(diào)整類的投資，有效緩解該類問題。該地區(qū)35 kV公用線路也得到了一定程度的發(fā)展，輸電能力有了較大提升，網(wǎng)絡(luò)分布更為合理，隨著鄉(xiāng)鎮(zhèn)農(nóng)村用電需求增長，整體線路利用率有了較為明顯的提升。

總體來看，變電站利用率和線路利用率略微偏低，高中壓線路和主變最大負(fù)載率偏高問題線路解決效果并不明顯，這與該地區(qū)高載能行業(yè)生產(chǎn)調(diào)整以及工業(yè)園負(fù)荷發(fā)展變化有關(guān)。建議在后期應(yīng)加強(qiáng)110 kV和35 kV高壓網(wǎng)架改善類的投資，有效解決該類問題。

2.7 評價結(jié)果

由圖1所示的配電網(wǎng)規(guī)劃后評價指標(biāo)模型和式（4）、式（5）所示的計算方法，可得到各一級指標(biāo)得分和總得分，如表9所示。

表9 后評價結(jié)果Tab.9 The results of post-evaluation

由表9可知，該地區(qū)使用文中提出的配電網(wǎng)規(guī)劃后評價方法后，總得分為81.14分。

3 結(jié)論

本文提出了一種配電網(wǎng)滾動規(guī)劃后評價模型，以貴州某地區(qū)為案例，開展了配電網(wǎng)規(guī)劃后評價研究。有以下幾點結(jié)論和認(rèn)識：

1）采用層次分析法和設(shè)備利用率影響系數(shù)得到了配電網(wǎng)滾動規(guī)劃后評價的量化值，利用一個實際案例證明了該模型的有效性和可行性。

2）該配電網(wǎng)滾動規(guī)劃后評價方法適用性好，不僅適用于多版滾動規(guī)劃的后評價，也適用于單版規(guī)劃的后評價。

3）本文僅給出了一個地區(qū)配電網(wǎng)滾動規(guī)劃的后評價量化分析結(jié)果，下一步擬結(jié)合全省匯總情況，進(jìn)行橫向比較研究，以進(jìn)一步改善所提評價模型。

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A Coefficient of Equipment Utilization Based Post-Evaluation Model for Distribution System Rolling Planning

HAN Song，CHEN Qiulin
（Department of Electrical Engineering，Guizhou University，Guiyang 550025，Guizhou，China）

This paper proposes a coefficient of equipment utilization based post-evaluation model for distribution system rolling planning which includes six primary indicators，namely generation expansion planning，electrical power demand forecasting，implementation of distribution system planning，execution of investment，development of power grid and equipment utilization and also contains twenty-six relative sub-indicators.The weights of indexes at the different level in this model could be determined by utilizing analytic hierarchy process.Meanwhile the feedback influence from equipment utilization might be acquired through the introduction of an equipment utilization coefficient.A case study has been carried on the 5-year rolling planning of distribution system for a 1-city and 8-county region in Guizhou which verifies the validity and feasibility of the proposed model.It would provide a valuable reference about quantitative indicator and post-evaluation model for the studies involving distribution network planning and investment decision-making.

distribution system rolling planning；postevaluation model； quantitative index； analytic hierarchy process；coefficient of equipment utilization

1674-3814（2017）06-0020-07

TM715

A

2017-02-22。

韓 松（1978—），男，通訊作者，博士，教授，主要研究方向為交直流電力系統(tǒng)動態(tài)分析、新型電力電子裝備以及配電網(wǎng)規(guī)劃與運行；

（編輯 馮露）

國家自然科學(xué)基金（51567006）；貴州科教青年英才培養(yǎng)工程項目（2012151）。

Project Supported by the National Natural Science Foundation of China （51567006）；the Training Program for Outstanding Young Scientists and Teachers of Guizhou（2012151）.

陳湫林（1992—），男，碩士碩士生，主要研究方向為配電網(wǎng)規(guī)劃。