基于網(wǎng)格化的城市配電網(wǎng)綜合評價體系研究

羅　瑋，苗友忠，雷為民，賈　娜，楊曉亮（.國網(wǎng)冀北電力有限公司，北京　00053；.北京中恒博瑞數(shù)字電力科技有限公司，北京　00085）

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基于網(wǎng)格化的城市配電網(wǎng)綜合評價體系研究

羅瑋1，苗友忠1，雷為民1，賈娜2，楊曉亮2
（1.國網(wǎng)冀北電力有限公司，北京100053；2.北京中恒博瑞數(shù)字電力科技有限公司，北京100085）

摘要：基于網(wǎng)格化的思想，對城市配電網(wǎng)的協(xié)調(diào)性、安全性、多樣性等指標(biāo)進(jìn)行綜合評價，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。首先對配電網(wǎng)進(jìn)行網(wǎng)格劃分；其次構(gòu)建綜合評價的指標(biāo)體系，把一級指標(biāo)分解成多個二級指標(biāo)，并利用熵值法對各指標(biāo)權(quán)重進(jìn)行賦值；最后通過計算得出各個網(wǎng)格的評價分?jǐn)?shù)，由此評判最薄弱的網(wǎng)格。

關(guān)鍵詞：網(wǎng)格化；配電網(wǎng)；綜合評價體系；熵值法

0　引　言

城市配電網(wǎng)規(guī)模越來越大，結(jié)構(gòu)越來越復(fù)雜，對其發(fā)展?fàn)顩r需要有一個整體的把握。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)系劃分成一個個網(wǎng)格。通過對各個網(wǎng)格的橫向?qū)Ρ?，找出最薄弱的網(wǎng)格，把它作為配電網(wǎng)改造的首選對象，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配電網(wǎng)進(jìn)行評價，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，把整個配電網(wǎng)劃分成三層級的多個網(wǎng)格，建立涵蓋各個網(wǎng)格的指標(biāo)體系，通過熵值法對各個指標(biāo)賦以權(quán)值，最后計算得出各個網(wǎng)格的評價結(jié)果，以此對各個網(wǎng)格進(jìn)行橫向?qū)Ρ龋瑥亩贸鲎钚枰P(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子網(wǎng)格，區(qū)作為更小的子網(wǎng)格，此法主要針對大電網(wǎng)的研究；后者劃分到鄉(xiāng)鎮(zhèn)、街道、村、社區(qū)等層級，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，簡單粗糙，不符合配電網(wǎng)供電范圍及規(guī)則的實際情況。文獻(xiàn)[4]是基于網(wǎng)架現(xiàn)狀、負(fù)荷分布、地理分界來劃分的，分成三個層級的網(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)、實測數(shù)據(jù)或歷史數(shù)據(jù)；

（2）網(wǎng)格之間不重疊，也無空缺，覆蓋整個配電網(wǎng)，既不能出現(xiàn)某些數(shù)據(jù)同時應(yīng)用于兩個或以上網(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供電范圍作為一級網(wǎng)格，相關(guān)的幾個一級網(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，三級網(wǎng)格可以考察到高、中和低壓配電網(wǎng)，涵蓋了整個配電網(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。

對混凝土表面敷設(shè)有機(jī)成膜涂層是最為經(jīng)濟(jì)、簡單且有效的方法之一。在混凝土表面涂刷有機(jī)成膜涂層不僅可以起到美化和裝飾的效果，而且通過在混凝表面形成一個完整的覆蓋層，很大程度上封閉了混凝土與外部侵蝕性介質(zhì)的聯(lián)系，從而對混凝土起到一個保護(hù)作用。

2　建立評價體系

網(wǎng)格化的配電網(wǎng)綜合評價體系是對某一配電網(wǎng)進(jìn)行多級評價，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)。不同層級的網(wǎng)格的評價結(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，以此作為一級指標(biāo)，其不同層級網(wǎng)格的細(xì)分的二級指標(biāo)見表1。

指標(biāo)體系中的各個指標(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)計算得到。

對指標(biāo)進(jìn)行分類，根據(jù)指標(biāo)對評價結(jié)果的影響分為正指標(biāo)和負(fù)指標(biāo)。其中正指標(biāo)指其值越大評價結(jié)果越好的指標(biāo)，負(fù)指標(biāo)是指其值越小評價結(jié)果越好的指標(biāo)。

評價結(jié)果從小到大排列，最小者為最需關(guān)注的參考對象。

3　用熵值法對指標(biāo)權(quán)重賦值

熵值法在評價體系應(yīng)用的基本原理是：假設(shè)對m個對象進(jìn)行評價，采用評價指標(biāo)有n個，則形成一個評價矩陣。針對某個具體的指標(biāo)，若m個對象的相應(yīng)取值之間的差距越大，則該指標(biāo)在評價中的作用越大。

表1　網(wǎng)格的一級、二級指標(biāo)

定義第i個指標(biāo)的熵為：

應(yīng)用熵值法對指標(biāo)的權(quán)重進(jìn)行賦值，這是一種完全客觀的方法，排除了主觀因素的影響。特別要注意的是，不同的指標(biāo)在量綱和取值上有很大的差異，在進(jìn)行評價計算前，必須對各個指標(biāo)值進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理。處理方式為：

式中：mma x (xij)表示m個評價對象在第j個指標(biāo)的最大值；mmin (xij)表示m個評價對象在第j個指標(biāo)的最小值；Z表示正指標(biāo)集合；F表示負(fù)指標(biāo)集合。

4　算例分析

為了進(jìn)一步說明基于網(wǎng)格化的配電網(wǎng)綜合評價體系的應(yīng)用，現(xiàn)以某個縣級城市的110 kV變電站JL為例，對其進(jìn)行綜合評價。

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

記11個二級網(wǎng)格為C1，C2，…，C11。其對應(yīng)指標(biāo)值見表2。為此這里共有11個被評價的對象，即11個二級網(wǎng)格，其評價指標(biāo)有10個二級指標(biāo)，2個一級指標(biāo)。對所有二級指標(biāo)進(jìn)行分類，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，見表3。

表2　二級網(wǎng)格的指標(biāo)值

表3　各二級指標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)化值

由式（1）和式（2）求出二級指標(biāo)的權(quán)重，見表4。從表4可以看出，協(xié)調(diào)性下的6個指標(biāo)權(quán)重一致性較高，沒有特別大和特別小的，說明網(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個指標(biāo)權(quán)重離散度較高，其中供電可靠率權(quán)重最大，說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通過率較大，其值越大，說明安全性的地位越重要。線路負(fù)載率是一個負(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。

表4　各二級指標(biāo)的權(quán)重

再算出11個網(wǎng)格的對應(yīng)于一級指標(biāo)的加權(quán)得分，見表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，最終計算得到各個網(wǎng)格基于一級指標(biāo)的綜合得分，見表6。

表5　11個二級網(wǎng)格對應(yīng)于一級指標(biāo)的得分

表6　11個二級網(wǎng)格對應(yīng)于一級指標(biāo)的綜合得分

從表6可看出，綜合得分最低者是C6，這個網(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)處于滿載運(yùn)行狀態(tài)，且當(dāng)其發(fā)生故障時，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)綜合評價體系，可以為配電網(wǎng)的改造、擴(kuò)建提供參考。三級的網(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的配電網(wǎng)；應(yīng)用熵值法對指標(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，那么在對這個配電網(wǎng)進(jìn)行實際綜合評價的過程中，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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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 pro?vide 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

中圖分類號：TN926?34；TM727

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編號：1004?373X（2016）10?0167?04

doi：10.16652/j.issn.1004?373x.2016.10.043

收稿日期：2015?11?04

作者簡介：羅瑋（1983—），男，北京人，高級工程師，碩士。研究方向為電網(wǎng)規(guī)劃及電力系統(tǒng)分析。苗友忠（1976—），男，北京人，高級工程師，博士。研究方向為電網(wǎng)規(guī)劃及電力系統(tǒng)分析。賈娜（1988—），女，天津人。研究方向為配電網(wǎng)規(guī)劃及系統(tǒng)分析。楊曉亮（1985—），女，天津人，碩士。研究方向為配電網(wǎng)規(guī)劃及系統(tǒng)分析。