基于評價序列矩陣SVD優(yōu)化標桿的電網企業(yè)線損閉環(huán)管理分析

宋新德，袁鳴峰，山憲武，楊永標，孫羽森

（1.國網新疆電力有限公司 a.烏魯木齊供電公司；b.營銷部；c.電力科學研究院，烏魯木齊 830001；2.東南大學 電氣工程學院，南京 210000；3.國電南瑞南京控制系統(tǒng)有限公司，南京 210000）

對電網經濟效益進行評價的一個關鍵指標是綜合線損率，可以采用該指標來分析電網生產、運行、維護各階段所產生的電量損失，因此電網企業(yè)要提高線損管理水平［1-3］。目前，已有較多學者研究了線損率的不同計算方式，并設定了合理的降損指標，同時采取了不同的降損措施［4］。文獻［5-6］分別通過負荷電量計算得到理論線損數(shù)據與采用M算法對反向傳播（BP）神經網絡的臺區(qū)線損率進行了優(yōu)化。文獻［7］運用隨機森林算法對臺區(qū)線損率進行了評估，有效處理了因為供電側數(shù)據缺失所引起的線損率缺失的問題。文獻［8］構建了一種能對月度線損率進行定量計算的方法，可作為電力部門實現(xiàn)節(jié)能改造與合理規(guī)劃電網的一個重要理論基礎。文獻［9］通過分析電力系統(tǒng)運行過程產生的海量數(shù)據，構建得到了以混合聚類為基礎的網線評估方法。線損管理屬于一項過程化的工作，對電能輸送和管理所有環(huán)節(jié)都具有明顯影響，可以根據專家經驗得到的不同維度與指標線損管理模式對縣級電網企業(yè)線損管理進行分析，根據專家經驗初步計算出多指標權重數(shù)據，再利用綜合評估的方法來獲得線損率包含的線損管理水平［10］。建立由評價序列信息組成的矩陣，通過柔性優(yōu)化奇異值來處理電網線損管理方面存在的評價結論存在明顯差異的問題，根據市網企業(yè)以及最優(yōu)標桿市網企共同組成的多層次對標系統(tǒng)可以充分體現(xiàn)企業(yè)實際達到的線損管理水平，同時制定更加高效的線損管理方案來引導企業(yè)實現(xiàn)市網線損閉環(huán)管理的目標［11-12］。本文選擇某網區(qū)內的50家市級電網企業(yè)開展了線損管理方面的計算，同時對市網企業(yè)開展線損管理研究，以此確認有效性。

1 線損管理體系

采用六西格瑪（design measure analyze improve control，DMAIC）模型優(yōu)化企業(yè)的線損管理，同時引導并督促供電企業(yè)的線損管理部門，建立反饋制度，對工作閉環(huán)以及線損管理的規(guī)劃—執(zhí)行—檢驗—反饋各環(huán)節(jié)不斷改進［13］。圖1給出具體的流程。

根據市級電網的運行狀況以及電網運營價值與線損管理模式，把評價體系總共分成規(guī)劃、運行與技術共3個方面，涉及線損管理的所有過程。按照具體的指標選擇原則來確定最終的指標項目，得到合理的維度與指標權重數(shù)據，同時根據電網運行規(guī)范與實際分布狀態(tài)設置各項指標的評分標準，以此建立不同維度的線損管理與評估系統(tǒng)。對指標進行選擇時應考慮有助于降損、方便采集以及全覆蓋的過程。從市級電網結構、設備運行情況、用電方式等實際情況出發(fā)，同時根據3個指標的選擇原則，從規(guī)劃、控制、執(zhí)行、技術不同維度考慮，對引起線損率改變的各項因素進行了全面分析。結合評價指標對線損造成的影響特性變化合理選擇指標，可以通過層次分析方法來構建多維度線損管理評價指標，確保每個維度對應的二級指標可以對各自管理水平進行綜合反映，各項指標都可以被用于評價所在地市級的電網線損控制狀態(tài)，以此完成從不同維度、指標上開展評價的過程，有效提高線損管理水平。從表1中可以看到指標控制系統(tǒng)的具體情況。

圖1 市網企業(yè)線損管理DMAIC模式

2 基于SVD優(yōu)化標桿選取

收集市網線損管理指標系統(tǒng)的數(shù)據，并運用熵權法、層次分析法、變異系數(shù)法、懲罰性變權理論、理想逼近點（TOPSIS）法、余弦值法、秩和比法等不同評價方式來評價參評市網企業(yè)的線損管理狀態(tài)，以得到的評價結論組成列向量并建立信息評價矩陣；利用奇異熵度信息矩陣質量進行驗證，構建得到具有很強重復性的指標算法；利用奇異值來優(yōu)化各矩陣，同時提取出組成算法列向量的共性部分，再去除各個噪聲點；對矩陣優(yōu)化結果進行相關性分析，再結合最優(yōu)值確定標桿單位。從圖2中可以看到對標流程。

表1 線損管理指標體系

圖2 線損對標流程

分別采用不同的算法得到線損管理評價序值組成列向量再建立評價序列矩陣，同時在信息矩陣中加入數(shù)據與行業(yè)特征，從不同層面上體現(xiàn)線損管理水平，防止出現(xiàn)單一化的情況［14］。假定S是線損管理評價信息矩陣，則存在

奇異熵是通過改進信息熵得到的一種新形式，該值越大，表明矩陣含有更豐富、復雜的信息。

建立n維空間向量與p維空間的映射，再分解實矩陣S得到：

式中U與V分別對應m與n階正交陣；其中，H＝diag（H1H2…Hn），代表由矩陣S奇異值組成的矩陣。利用奇異值Hi來描述S的特征量。

把線損管理評價信息矩陣奇異熵表示如下：

其中，k代表奇異熵階數(shù)；ΔEi是奇異熵為階次i的情況下產生的增量。

3 多層次對標模式

建立由企業(yè)縱向對標與最優(yōu)標桿橫向對標構成的對標模式，對參評企業(yè)選擇的降損模式進行分析，獲得具體降損措施，提升對標模式的精細化、層次化水平，有助于今后更方便地開展各項線損管理工作。

最優(yōu)橫向對標：根據指標得分的差異性對參評單位和標桿單位間存在的指標差異進行分析，確定降損的控制方式，對各項弱指標進行優(yōu)化。通過在參評企業(yè)和最優(yōu)標桿企業(yè)之間建立線損管理對標，進一步優(yōu)化線損管理的方向，從而引入更加高效的降損措施，不斷提升市網企業(yè)的線損管理能力并達到更高的精益化水平。

企業(yè)縱向對標：建立在最優(yōu)標桿縱向對標基礎上，并以參評企業(yè)縱向對標作為補充的一種縱向對標模式。應與今年和前一年的數(shù)據進行對比，同時根據各個參評單位實際情況制定線損管理的規(guī)劃并開展年終線損分析，同時制定詳細的降損措施計劃表，充分提煉各項優(yōu)秀措施，不斷提升降損措施的實踐性，確保參評企業(yè)高效吸收各項優(yōu)秀經驗。

通過如下對標步驟完成：①對綜合評價與指標得分各項結果進行綜合分析，同時選定標桿企業(yè)；②開展綜合評價對標，對比各項指標的差異性；③結合之前每年的評價數(shù)據，分別對標桿企業(yè)以及參評企業(yè)開展縱向對標，根據線損管理資料，制定合理的降損方案；④驗證各項降損措施產生的效果，合理調整措施，實現(xiàn)閉環(huán)狀態(tài)。

4 仿真分析

本文采用多維度評價系統(tǒng)對選定網區(qū)內的50個地市級電網實施線損管理對標評價。采集了2015—2017年期間此網區(qū)內的50個市局指標與線損率數(shù)據，同時以取得最優(yōu)評價結果的企業(yè)作為市網線損管理的標桿企業(yè)。

4.1 最優(yōu)標桿選取

表2給出了標桿選取流程。當矩陣階次變大后，奇異熵E將會發(fā)生單調遞增的現(xiàn)象，這說明在信息矩陣S中的8種綜合評價算法具有明顯的獨立性；當矩陣階數(shù)達到8時，將處于一個相對飽和的狀態(tài)，可以通過信息矩陣S來體現(xiàn)市網企業(yè)的線損管理能力［15］。

表2 標桿選取流程

4.2 橫向對標分析

由APS供電局與DPS一起完成降損對標分析。由表3可知：DPS具有明顯的不平衡維度測試結果。對比標桿APS的情況可以發(fā)現(xiàn)：當規(guī)劃維度較高且具有相似技術維度的條件下，維度分值差異為15.3分，并且運行維度的差值為19.51分。因此，需要對存在較大分差的管理維度和運行維度實施對標分析。

表3 維度對標

對圖3進行分析可以發(fā)現(xiàn)：DPS的Q3與Q4兩項指標表現(xiàn)出明顯的差異性。通過測試得到綜合電壓合格率為91%，比行業(yè)標準低很多。根據DPS10kV供電半徑合格率在76.2%以下可知：DPS在配電網的結構與布局形式方面面臨著超供電半徑線路數(shù)量多等問題。對于電壓達到35 kV以上的主變，功率因數(shù)合格率為86.3%，比行業(yè)平均水平更低，表明DPS變壓器存在明顯的無功補償不足缺陷，無功流動會使電網中形成有功損耗，不同的電壓值將會直接影響到可變與不變線損。

圖3 APS和DPS對標分析

4.3 縱向對標分析

根據APS供電局提供的縱向對標來獲得更優(yōu)的臺區(qū)線損管理方案，之后由DPS供電局分析線損異常率以及處置率指標。

從表4中可以看到：進入2017年后APS運行維度得到提高。之前布局的電網結構具有許多不合理的地方，使區(qū)域負荷表現(xiàn)出明顯的不平衡現(xiàn)象。APS供電局除了新增設置點以外，還對全網開展統(tǒng)一規(guī)劃，同時測試了電壓與電流的狀態(tài)，對線路開展不定期巡查，確保電網既可以實現(xiàn)靈活運行、也可以降低成本的目標。根據就近原則降低無功遠距離的傳輸線路，新增裝置有效降低電壓損耗，提升線路輸電性能。

表4 APS縱向對標

5 結論

1）建立由企業(yè)縱向對標與最優(yōu)標桿橫向對標構成的對標模式，對參評企業(yè)選擇的降損模式進行分析，獲得具體降損措施，提升對標模式的精細化、層次化水平，有助于今后更方便地開展各項線損管理工作。

2）當矩陣階次變大后，奇異熵E將會發(fā)生單調遞增的現(xiàn)象，在信息矩陣S中的8種綜合評價算法具有明顯的獨立性；當矩陣階數(shù)到達8時，將處于一個相對飽和的狀態(tài)。

3）DPS變壓器存在明顯的無功補償不足的缺陷，無功流動會使電網中形成有功損耗，不同的電壓值將會直接影響到可變與不變線損。根據就近原則降低無功遠距離的傳輸線路，新增裝置有效降低電壓損耗，提升線路輸電性能。