基于網(wǎng)格化的城市配電網(wǎng)綜合評(píng)價(jià)體系研究

摘 要： 基于網(wǎng)格化的思想，對(duì)城市配電網(wǎng)的協(xié)調(diào)性、安全性、多樣性等指標(biāo)進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，以便找出配電網(wǎng)的薄弱環(huán)節(jié)，為改造或擴(kuò)建的決策提供參考。首先對(duì)配電網(wǎng)進(jìn)行網(wǎng)格劃分；其次構(gòu)建綜合評(píng)價(jià)的指標(biāo)體系，把一級(jí)指標(biāo)分解成多個(gè)二級(jí)指標(biāo)，并利用熵值法對(duì)各指標(biāo)權(quán)重進(jìn)行賦值；最后通過(guò)計(jì)算得出各個(gè)網(wǎng)格的評(píng)價(jià)分?jǐn)?shù)，由此評(píng)判最薄弱的網(wǎng)格。

關(guān)鍵詞： 網(wǎng)格化； 配電網(wǎng)； 綜合評(píng)價(jià)體系； 熵值法

中圖分類(lèi)號(hào)： TN926?34； TM727 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 1004?373X（2016）10?0167?04

Study on gridding?based comprehensive evaluation system

of urban power distribution network

LUO Wei1， MIAO Youzhong1， LEI Weimin1， JIA Na2， YANG Xiaoliang2

（1. State Grid Jibei Electric Power Company， Beijing 100053， China； 2. Beijing Joinbright Digital Power Technology Limited Company， Beijing 100085， China）

Abstract： The coordination， security and diversity of urban power distribution network are evaluated comprehensively based on the thought of gridding. The evaluation results can reflect the weak links of the power distribution network， and provide a reference for the decision?making of the transformation or expansion. A power distribution network is divided into several grids， a comprehensive evaluation index system is set up， and then the first?level indexes are decomposed into several second?level indexes. After that， the weight of each index is determined by means of the entropy method， and the evaluation score of each grid is calculated to find out the most weak grid.

Keywords： gridding； power distribution network； comprehensive evaluation system； entropy value method

0 引 言

城市配電網(wǎng)規(guī)模越來(lái)越大，結(jié)構(gòu)越來(lái)越復(fù)雜，對(duì)其發(fā)展?fàn)顩r需要有一個(gè)整體的把握。根據(jù)配電網(wǎng)輻射型的基本供電方式，把配電網(wǎng)根據(jù)供電的拓?fù)潢P(guān)系劃分成一個(gè)個(gè)網(wǎng)格。通過(guò)對(duì)各個(gè)網(wǎng)格的橫向?qū)Ρ龋页鲎畋∪醯木W(wǎng)格，把它作為配電網(wǎng)改造的首選對(duì)象，從而為城市配電網(wǎng)的規(guī)劃建設(shè)改造提供參考依據(jù)。

目前，很多研究是基于單一特性對(duì)配電網(wǎng)進(jìn)行評(píng)價(jià)，如配電網(wǎng)的可靠性、安全性、建設(shè)規(guī)模、電能質(zhì)量等，對(duì)電網(wǎng)發(fā)展缺乏整體的指導(dǎo)意義。本文的主要思路是根據(jù)配電網(wǎng)的結(jié)構(gòu)層級(jí)，把整個(gè)配電網(wǎng)劃分成三層級(jí)的多個(gè)網(wǎng)格，建立涵蓋各個(gè)網(wǎng)格的指標(biāo)體系，通過(guò)熵值法對(duì)各個(gè)指標(biāo)賦以權(quán)值，最后計(jì)算得出各個(gè)網(wǎng)格的評(píng)價(jià)結(jié)果，以此對(duì)各個(gè)網(wǎng)格進(jìn)行橫向?qū)Ρ?，從而得出最需要關(guān)注的薄弱網(wǎng)格。

1 配電網(wǎng)的網(wǎng)格劃分

配電網(wǎng)的網(wǎng)格劃分有多種方法，文獻(xiàn)[1]和文獻(xiàn)[2]是基于行政區(qū)劃分，前者以大城市作為一個(gè)子網(wǎng)格，區(qū)作為更小的子網(wǎng)格，此法主要針對(duì)大電網(wǎng)的研究；后者劃分到鄉(xiāng)鎮(zhèn)、街道、村、社區(qū)等層級(jí)，網(wǎng)格更細(xì)??；但行政區(qū)劃與配電網(wǎng)的契合度較低，不能體現(xiàn)配電網(wǎng)的特性，比如供電半徑的約束，配變過(guò)負(fù)荷的約束等。文獻(xiàn)[3]把供電區(qū)域看作正方形，按空間位置進(jìn)行均勻等分，簡(jiǎn)單粗糙，不符合配電網(wǎng)供電范圍及規(guī)則的實(shí)際情況。文獻(xiàn)[4]是基于網(wǎng)架現(xiàn)狀、負(fù)荷分布、地理分界來(lái)劃分的，分成三個(gè)層級(jí)的網(wǎng)格，此方法具有一定的借鑒意義。

網(wǎng)格劃分的原則如下：

（1） 盡可能充分利用現(xiàn)有數(shù)據(jù)、信息、資源，比如配電網(wǎng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)或歷史數(shù)據(jù)；

（2） 網(wǎng)格之間不重疊，也無(wú)空缺，覆蓋整個(gè)配電網(wǎng)，既不能出現(xiàn)某些數(shù)據(jù)同時(shí)應(yīng)用于兩個(gè)或以上網(wǎng)格的情況，也不能出現(xiàn)某些數(shù)據(jù)不能用于任何網(wǎng)格的情況；

（3） 網(wǎng)格要順應(yīng)配電網(wǎng)發(fā)展的需要，符合其發(fā)展規(guī)律。

文中采用三級(jí)網(wǎng)格，具體劃分方法及其意義如下：

（1） 以某一變電站所覆蓋的整個(gè)供電范圍作為一級(jí)網(wǎng)格，相關(guān)的幾個(gè)一級(jí)網(wǎng)格放在一起分析，可以綜合考察變電站的供電能力、可靠性、安全性，找出最薄弱的變電站；

（2） 以某一10 kV出線所輻射的供電范圍作為二級(jí)網(wǎng)格，考察10 kV出線數(shù)、網(wǎng)架結(jié)構(gòu)、供電可靠性等是否合理，從而可以發(fā)現(xiàn)最薄弱的10 kV配電線路；

（3） 以某一配電變壓器所覆蓋的供電范圍作為三級(jí)網(wǎng)格，考察同一10 kV線路所帶的配變的供電情況，以找出最需關(guān)注的配變。

由此可見(jiàn)，三級(jí)網(wǎng)格可以考察到高、中和低壓配電網(wǎng)，涵蓋了整個(gè)配電網(wǎng)絡(luò)。

此種劃分方法的優(yōu)點(diǎn)是，網(wǎng)格的劃分基于配電網(wǎng)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，可以方便地增減，非常靈活，如新增一條10 kV出線就可以相應(yīng)地增加一個(gè)網(wǎng)格，并且可以方便地從配電網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)得到網(wǎng)格，利用現(xiàn)成資源便捷。

2 建立評(píng)價(jià)體系

網(wǎng)格化的配電網(wǎng)綜合評(píng)價(jià)體系是對(duì)某一配電網(wǎng)進(jìn)行多級(jí)評(píng)價(jià)，以發(fā)現(xiàn)其中的薄弱環(huán)節(jié)，作為今后規(guī)劃擴(kuò)建改造的參考依據(jù)。不同層級(jí)的網(wǎng)格的評(píng)價(jià)結(jié)果起到不同的指導(dǎo)作用，因此也就有相應(yīng)的不同指標(biāo)。這些指標(biāo)要反映出網(wǎng)格層級(jí)的特點(diǎn)，能夠體現(xiàn)配電網(wǎng)的運(yùn)行效果，符合供電企業(yè)最終的服務(wù)宗旨——安全可靠穩(wěn)定地提供高質(zhì)量的電能。因此，指標(biāo)體系的構(gòu)建要遵循一定的原則。為了建立多元負(fù)荷接入條件下的安全可靠配電網(wǎng)，三級(jí)網(wǎng)格下指標(biāo)將從安全可靠性、協(xié)調(diào)性、多樣性等方面提出，以此作為一級(jí)指標(biāo)，其不同層級(jí)網(wǎng)格的細(xì)分的二級(jí)指標(biāo)見(jiàn)表1。

指標(biāo)體系中的各個(gè)指標(biāo)均明確定義，而且比較方便地從相關(guān)管理系統(tǒng)直接得到或從基礎(chǔ)數(shù)據(jù)計(jì)算得到。

對(duì)指標(biāo)進(jìn)行分類(lèi)，根據(jù)指標(biāo)對(duì)評(píng)價(jià)結(jié)果的影響分為正指標(biāo)和負(fù)指標(biāo)。其中正指標(biāo)指其值越大評(píng)價(jià)結(jié)果越好的指標(biāo)，負(fù)指標(biāo)是指其值越小評(píng)價(jià)結(jié)果越好的指標(biāo)。

評(píng)價(jià)結(jié)果從小到大排列，最小者為最需關(guān)注的參考對(duì)象。

3 用熵值法對(duì)指標(biāo)權(quán)重賦值

熵值法在評(píng)價(jià)體系應(yīng)用的基本原理是：假設(shè)對(duì)[m]個(gè)對(duì)象進(jìn)行評(píng)價(jià)，采用評(píng)價(jià)指標(biāo)有[n]個(gè)，則形成一個(gè)評(píng)價(jià)矩陣[e=eijm×n]。針對(duì)某個(gè)具體的指標(biāo)，若[m]個(gè)對(duì)象的相應(yīng)取值之間的差距越大，則該指標(biāo)在評(píng)價(jià)中的作用越大。

4 算例分析

為了進(jìn)一步說(shuō)明基于網(wǎng)格化的配電網(wǎng)綜合評(píng)價(jià)體系的應(yīng)用，現(xiàn)以某個(gè)縣級(jí)城市的110 kV變電站JL為例，對(duì)其進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)。

一級(jí)網(wǎng)格，就是整個(gè)JL的供電范圍；二級(jí)網(wǎng)格，JL中的11條10 kV出線的供電范圍；三級(jí)網(wǎng)格為所有10 kV線路下的83臺(tái)配變的供電范圍。如果為了一級(jí)網(wǎng)格的評(píng)價(jià)結(jié)果能有一個(gè)橫向?qū)Ρ?，則還需考察為該縣城供電的另幾座變電站，由于其評(píng)價(jià)原理與二級(jí)網(wǎng)格，故在此略過(guò)。三級(jí)網(wǎng)格的數(shù)量較大，針對(duì)具體某一條10 kV線路的三級(jí)網(wǎng)格，其數(shù)量則與其配變數(shù)量相等，同樣其評(píng)價(jià)原理一樣，故在此只以二級(jí)網(wǎng)格為例進(jìn)行說(shuō)明。

記11個(gè)二級(jí)網(wǎng)格為C1，C2，…，C11。其對(duì)應(yīng)指標(biāo)值見(jiàn)表2。為此這里共有11個(gè)被評(píng)價(jià)的對(duì)象，即11個(gè)二級(jí)網(wǎng)格，其評(píng)價(jià)指標(biāo)有10個(gè)二級(jí)指標(biāo)，2個(gè)一級(jí)指標(biāo)。對(duì)所有二級(jí)指標(biāo)進(jìn)行分類(lèi)，其中正指標(biāo)有中壓線路裝接容量、中壓線路負(fù)載均衡度、線路截面積規(guī)范化率、負(fù)荷可轉(zhuǎn)供率、供電可靠率、中壓線路N?1通過(guò)率等，其余為負(fù)指標(biāo)。由式（3）得出標(biāo)準(zhǔn)化指標(biāo)值，見(jiàn)表3。

由式（1）和式（2）求出二級(jí)指標(biāo)的權(quán)重，見(jiàn)表4。從表4可以看出，協(xié)調(diào)性下的6個(gè)指標(biāo)權(quán)重一致性較高，沒(méi)有特別大和特別小的，說(shuō)明網(wǎng)架協(xié)調(diào)性整體發(fā)展較好，其中C5網(wǎng)格雖然可轉(zhuǎn)供率為0，但由于其對(duì)應(yīng)的出線是新增不久的，自身帶電能力較強(qiáng)，負(fù)荷在不斷地快速接入，線路不斷在完善中。安全可靠性下的4個(gè)指標(biāo)權(quán)重離散度較高，其中供電可靠率權(quán)重最大，說(shuō)明其可靠性越高得分越高，越不需要進(jìn)行改造；其次線路N?1通過(guò)率較大，其值越大，說(shuō)明安全性的地位越重要。線路負(fù)載率是一個(gè)負(fù)指標(biāo)，其值越大，安全可靠性越低，點(diǎn)的權(quán)重也比較大。而運(yùn)行年限權(quán)重最輕，一般線路的使用壽命都比較長(zhǎng)。

表4 各二級(jí)指標(biāo)的權(quán)重

再算出11個(gè)網(wǎng)格的對(duì)應(yīng)于一級(jí)指標(biāo)的加權(quán)得分，見(jiàn)表5。最后根據(jù)同樣的思路，算出協(xié)調(diào)性、安全可靠性的權(quán)重分別為0.503，0.497，最終計(jì)算得到各個(gè)網(wǎng)格基于一級(jí)指標(biāo)的綜合得分，見(jiàn)表6。

從表6可看出，綜合得分最低者是C6，這個(gè)網(wǎng)格是一條處于老城區(qū)的老線路，線路迂回較多，用電負(fù)荷主要以居民日常用電為主，負(fù)荷集中，但線路已經(jīng)處于滿(mǎn)載運(yùn)行狀態(tài)，且當(dāng)其發(fā)生故障時(shí)，可以得到的轉(zhuǎn)供功率僅為原先的52.3%，可以把它作為配電網(wǎng)改造的首選，另外C11和C5網(wǎng)格可以作為次選。

5 結(jié) 論

基于網(wǎng)格化的配電網(wǎng)綜合評(píng)價(jià)體系，可以為配電網(wǎng)的改造、擴(kuò)建提供參考。三級(jí)的網(wǎng)格劃分，并且采用不同的指標(biāo)體系，可以適用于不同電壓等級(jí)的配電網(wǎng)；應(yīng)用熵值法對(duì)指標(biāo)的權(quán)重進(jìn)行賦值，完全從客觀因素出發(fā)，避免了主觀可能導(dǎo)致的偏差，具有更強(qiáng)的客觀性；最終的算例表明，此法具有較大的指導(dǎo)意義。在這里，各級(jí)網(wǎng)格的指標(biāo)還可以進(jìn)一步優(yōu)化，指標(biāo)的選取盡可能做到相互獨(dú)立。文中主要是基于兩卷變的變電站進(jìn)行研究，對(duì)于有三卷變的變電站，具體細(xì)節(jié)還需進(jìn)一步探索。比如，同一城市配電網(wǎng)中，為其供電的變電站有可能有110 kV/35 kV/10 kV，110 kV/10 kV，35 kV/10 kV三種，那么在對(duì)這個(gè)配電網(wǎng)進(jìn)行實(shí)際綜合評(píng)價(jià)的過(guò)程中，如何找出最薄弱的變電站，則還需加以仔細(xì)研究。

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