基于專家評價方法的配電網(wǎng)運行狀態(tài)層次分析評價模型及應用

劉 貞，沙道鳳，湯雪松，王洪授，陳紅光，白 璐

（1.重慶理工大學 低碳能源中心，重慶 400054；2.國網(wǎng)重慶市電力公司潼南區(qū)供電分公司，重慶 402660）

配電網(wǎng)是由架空線路或電纜配電線路、桿塔、配電變壓器、隔離開關、無功補償器及一些附屬設施等組成，在電力網(wǎng)中起分配電能的作用，是連接輸電網(wǎng)和用戶的重要設施。配電網(wǎng)能否平穩(wěn)、安全運行關系到整個社會生產(chǎn)生活能否順利運展。另外，對配電網(wǎng)運行狀態(tài)監(jiān)測評價是進行設備檢修的前提。國外從20世紀60年代末、國內(nèi)從20世紀80年代初開始進行電力系統(tǒng)運行評估研究，其可分為兩類：一是基于指標體系研究；二是基于理論方法研究。

在基于指標體系研究中：專家學者根據(jù)研究的對象不同，分別建立不同的指標體系。文獻［1］在電力系統(tǒng)評估中，通過對配電網(wǎng)不同電壓等級建立指標體系，清晰地將電壓等級化，但沒有考慮各地區(qū)電力負荷密度及電網(wǎng)結構。文獻［2］通過對配電網(wǎng)線路建立指標體系，并進行了節(jié)能潛力分析，但指標不全且未考慮到地域差異對評估結果的影響。文獻［3］基于效果與基礎互動建立電網(wǎng)評價體系，通過一系列評價方法驗證指標體系的科學性和有效性，但缺乏實際應用案例。沈輝等［5］從配電網(wǎng)的供電質量、供電能力以及經(jīng)濟性3個方面選取指標對配電網(wǎng)進行綜合量化評價，但經(jīng)濟性因素指標數(shù)量選取較少，研究結果不具有普遍代表性。有學者提出主動配電網(wǎng)的評估指標體系，從間歇式能源并網(wǎng)和配電網(wǎng)控制特性2個指標來考核配電網(wǎng)的運行性能。

在基于理論方法研究中，王敬敏等［6］提出采用三級綜合評估體系，闡述了智能配電網(wǎng)評估指標體系的建立；歐陽森［7］利用熵權法從數(shù)據(jù)離散程度來確定權重以此評估電能質量；劉剛等［8］采用層次分析法和模糊綜合評價法對線路防雷措施進行評估優(yōu)化；高新華等［9］利用主要成分分析法對智能電網(wǎng)進行綜合評價；王曉濱等［10］采用分層抽樣的自適應算法；賀麗等對變壓器油中氣體故障識別方法進行了比較，主要對ART2神經(jīng)網(wǎng)絡方法在變壓器故障檢測中的應用進行研究。三級綜合評估體系法相對比較客觀，但缺乏對數(shù)據(jù)實際意義的分析，缺少實際可行性［11-13］。熵權法的指標選取有一定的局限性，在一定程度上降低了數(shù)據(jù)維度［14］。通過模糊綜合評價法對線路防雷進行評估，提高了評估的全面性，但評價指標的權重難以確定，導致相關重要數(shù)據(jù)無法計算。分層抽樣的自適應算法可進一步提高抽樣的可靠性和效率，但難以把握實際分層標準。ART2神經(jīng)網(wǎng)絡方法具有自歸一能力和靈活性，方便不同樣本輸入，在現(xiàn)行研究下較為全面客觀，但缺少相關計算和確切的評估方法。

在指標體系及理論方法研究中，各學者通過確立不同指標和不同方法對相應的配電網(wǎng)系統(tǒng)及設備進行檢修優(yōu)化，其中李攀藝等通過重置成本法來進行機電設備評估，但在評估體系建立時指標選擇差異性不顯著。在此研究基礎上，本文提出基于專家評價方法的配電網(wǎng)運行狀態(tài)層次分析評價模型，以提高指標選擇的正確性［15-16］。

1 基于專家評價方法的配電網(wǎng)運行狀態(tài)層次分析評價模型

1.1 配電網(wǎng)運行狀態(tài)層次分析評價模型基本原理

通過建立模型、構造判斷矩陣、層次單排序、組合排序、一致性檢驗、綜合選優(yōu)6個步驟建立配電網(wǎng)運行狀態(tài)層次分析評價模型，見圖1。

圖1 配電網(wǎng)運行狀態(tài)層次分析評價模型建立步驟

1.2 配電網(wǎng)運行狀態(tài)層次分析評價模型

根據(jù)總體方案的性質和所要達到的目標，層次分析法（AHP）可分為目標層、準則層、子準則層、方案層等不同的組成因素，以此形成一個多層次、多因素的分析結構模型［17-19］。

1）構造判斷矩陣

假定判斷矩陣 A＝（aij）n×n，通常采用 5級標度法給矩陣中的元素aij賦值。5級標度法取值范圍如表1所示。

她點頭：“嗯，我長大了要當鋼琴老師?！庇终f，“我也要好好學英語。要不然我去美國，大家聽不懂我講話怎么辦？”——很抱歉，她五歲，已經(jīng)很自然地有了美國夢。整個社會的價值觀，就這么直接地以兒童體現(xiàn)。歷朝歷代，都拿童謠當作天讖。

表1 5級標度法取值范圍

2）判斷矩陣的一致性檢驗一致性指標為

隨機一致性比率為：

式中：RI代表平均隨機一致性指標，其數(shù)值見表2。

表2 一致性指標

當CR＜0.10時，可以認為判斷矩陣A具有一致性，否則需要調(diào)整判斷矩陣，直到滿意結果為止，再計算下一步。

3）計算判斷矩陣的最大特征值

判斷矩陣A對應特征值λmax的特征向量B＝（b1，b2，…，bn）T，運用式（3）計算出對應的權重。

式中：wi為下層指標權重；bi為特征向量B的第i個元素；bj為特征向量B的第j個元素；n為判斷矩陣A的階數(shù)。

2 基于專家評價方法的配電網(wǎng)運行狀態(tài)層次分析評價

已有配電網(wǎng)運行狀態(tài)的評估大多是基于某一設備特性或假設性模擬仿真，缺乏統(tǒng)一性，且在AHP方法應用上，大多是模型推導介紹，缺少數(shù)據(jù)實證研究。本文以重慶市潼南供電公司為例，采用AHP方法，選取配電網(wǎng)系統(tǒng)中配電變壓器、配電高壓隔離開關、配電柱上真空斷路器、配電室、箱式變壓器、架空配電線路、架空電力線纜這7類代表性設備作為研究對象，通過評估配電設備的穩(wěn)定性、安全性、經(jīng)濟性和可靠性來對配電網(wǎng)進行評價。

2.1 設備狀態(tài)評價指標體系

這7類設備對電網(wǎng)的整體平穩(wěn)運行都至關重要，且各設備之間關聯(lián)程度很高，重要狀態(tài)指標也有一定的相似性。鑒于此，本文以配電變壓器評價研究方法為例開展研究，其成果可推廣至多類設備的評價中。

2.2 樣本指標專家評分

針對配電變壓器狀態(tài)評價，本文對重慶市潼南供電公司的6位專家進行問卷調(diào)查，重要狀態(tài)指標對配電變壓器的重要程度評價的對應得分取值為｛（0～20），（20～40），（40～60），（60～80），（80～100）｝，分別對應語評集｛不重要，較不重要，一般，較重要，很重要｝，6位專家的打分結果如表4～7所示。

按照分數(shù)標準進行等級劃分，｛（小于520），（520，530），（530，540），（540，550），（550，560）｝分別對應評語集｛不重要，較不重要，一般，較重要，很重要｝，可得到各類指標的重要程度劃分，如表8所示。

表3 設備評價指標體系

表4 針對穩(wěn)定性考慮指標重要性

表5 針對安全性考慮指標重要性

表6 針對經(jīng)濟性考慮指標重要性

表7 針對可靠性考慮指標重要性

表8 指標重要性

根據(jù)表8顯示的結果可知：在各指標的穩(wěn)定性重要程度上，配電變壓器的滲漏油、油標油位、聲響的等級為“很重要”，即這3個指標只有處于穩(wěn)定時配電變壓器才能正常工作；同理，當滲漏油指標的安全性很高時，配電變壓器的工作性能才能得到保證；在經(jīng)濟性重要程度上，配電變壓器的滲漏油、各運行狀態(tài)量、吸濕器、接地電阻的等級劃分為“較重要”，其重要程度高于紅外檢測、油標油位、聲響和配電臺架，即在配電變壓器的日常運行中，要更加注意滲漏油、各運行狀態(tài)量、吸濕器、接地電阻的相關費用，提高其經(jīng)濟性；在可靠性重要程度上，指標滲漏油的等級為“很重要”，高于其他指標，即滲漏油的可靠性大小直接關系到配電變壓器運行的正常與否。

3 基于層次分析法的權重分析及一致性檢驗

3.1 方案中各要素對決策目標的權重排序

權重排序見表9、10。

表9 方案層中要素對決策目標的權重排序

表10 第1個中間層中要素對決策目標的權重排序

3.2 方案中要素對決策目標的一致性檢驗

表11～15中Wi數(shù)值的計算依據(jù)為式（3）。

由表11可知：變壓器各性能所占的權重中，經(jīng)濟性（0.425 4）＞安全性（0.248 3）＞穩(wěn)定性（0.201 5）＞可靠性（0.124 8）。

由表12可知：配電變壓器各指標在穩(wěn)定性評價體系中所占的權重中，滲漏油（0.276 6）＞油標油位（0.199 5）＝聲響（0.199 5）＞各運行狀態(tài)量（0.096 7）＞吸濕器（0.087 7）＞接地電阻（0.071 6）＞紅 外 檢 測 0.042 5）＞配 電 臺 架（0.025 7）。該權重的劃分結果也與表8中各指標的穩(wěn)定性重要等級相對應。

據(jù)表13可知：配電變壓器各指標在安全性評價體系中所占的權重，滲漏油（0.320 0）＞紅外檢測（0.174 2）＞吸濕器（0.164 2）＞各運行狀態(tài)量（0.151 1）＞油標油位（0.074 3）＞聲響（0.059 0）＞接電地阻（0.032 0）＞配電臺架（0.025 3）。

據(jù)表14可知：配電變壓器各指標在經(jīng)濟性評價體系中所占的權重，滲漏油（0.224 1）＞各運行狀態(tài)量（0.208 9）＞接地電阻（0.195 5）＞紅外檢測（0.088 1）＞油標油位（0.087 8）＞吸濕器（0.068 9）＞聲響（0.066 3）＞配電臺架（0.060 4）。

表11 變壓器各性能權重分析

表12 配電變壓器各指標在穩(wěn)定性評價體系中所占的權重

表13 配電變壓器各指標在安全性評價體系中所占的權重

表14 配電變壓器各指標在經(jīng)濟性評價體系中所占的權重

表15 配電變壓器各指標在可靠性評價體系中所占的權重

據(jù)表15可知：在配電變壓器各指標在可靠性評價體系中所占的權重中，滲漏油（0.331 5）＞紅外檢測（0.218 8）＞接地電阻（0.143 6）＞配電臺架（0.114 0）＞各運行狀態(tài)量（0.060 5）＝油標油位（0.060 5）＞吸濕器（0.044 7）＞聲響（0.026 4）。

基于專家評價及層次分析法的分析結果來看，重慶潼南電力公司在綜合考慮配電網(wǎng)經(jīng)濟性、安全性、穩(wěn)定性、可靠性的情況下，配電變壓器的滲漏油、各運行狀態(tài)、紅外檢測、接地電阻是其日常進行配電網(wǎng)監(jiān)測和維護的重點。吸濕器、油標油位、聲響、配電臺架可根據(jù)運行情況進行定期檢查、維護。

4 結束語

在配電網(wǎng)運行狀態(tài)評價中，應綜合考慮設備個體性能指標與其運行方式的相關性以及指標選擇的科學性。

本文提出的通過在影響配電網(wǎng)運行的多種因素中提取重要因素建立的運行狀態(tài)評價指標體系，可以為配電網(wǎng)實際運行狀態(tài)的檢測、評估等提供科學的方法模型，為配電網(wǎng)狀態(tài)檢修提供數(shù)據(jù)支持。

通過對配電網(wǎng)中代表性設備變壓器進行加權分析，可以比較清晰地了解不同設備在進行穩(wěn)定性、安全性、經(jīng)濟性、可靠性方面考慮時的權重差異，以此推廣到其他電網(wǎng)設備狀態(tài)評估中，通過對多種設備狀態(tài)的檢測分析，可以及時發(fā)現(xiàn)配電網(wǎng)的運行異常。

本文提出一種基于專家評價方法的配電網(wǎng)運行狀態(tài)層次分析法模型及應用，在一定程度上可以為配電網(wǎng)評估及檢修提供指標參考，提高設備狀態(tài)評價的準確性，為電網(wǎng)設備檢修提供一定的研究依據(jù)和參考意義。