以線(xiàn)路為單元的配電網(wǎng)運(yùn)營(yíng)評(píng)價(jià)分析

薛風(fēng)華，王洪寅，龐吉年，周凱帆

（1.國(guó)網(wǎng)江蘇省電力有限公司宿遷供電分公司，江蘇 宿遷 223800；2.東南大學(xué)電氣工程學(xué)院，江蘇 南京 210096）

配電網(wǎng)是連接用戶(hù)和發(fā)、輸電系統(tǒng)的重要環(huán)節(jié)，與用戶(hù)的聯(lián)系最為密切，具有電壓等級(jí)多、網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)復(fù)雜、設(shè)備類(lèi)型多樣、作業(yè)面廣、安全環(huán)境相對(duì)較差等特點(diǎn)。配電網(wǎng)的不同利益相關(guān)者存在著不同的利益訴求，其發(fā)展已成為多目標(biāo)優(yōu)化問(wèn)題，單從網(wǎng)架規(guī)模、線(xiàn)損率等單一方面進(jìn)行定性評(píng)價(jià)分析，已不能滿(mǎn)足電網(wǎng)科學(xué)化發(fā)展的要求。因此，為保證電網(wǎng)建設(shè)和發(fā)展的合理性，有必要對(duì)配電網(wǎng)進(jìn)行綜合評(píng)估，建立一套科學(xué)性強(qiáng)、適用性廣的配電網(wǎng)綜合評(píng)價(jià)體系。

本文從線(xiàn)路運(yùn)營(yíng)的角度入手，從電壓質(zhì)量、負(fù)荷水平、三相不平衡和綜合線(xiàn)損四個(gè)方面入手篩選相關(guān)指標(biāo)，利用層次分析法建立三層評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，通過(guò)層次分析法中的1-9標(biāo)度法設(shè)置各一級(jí)指標(biāo)和二級(jí)指標(biāo)的權(quán)重，充分將專(zhuān)家的意見(jiàn)融入到指標(biāo)體系之中，并根據(jù)專(zhuān)家對(duì)各指標(biāo)設(shè)定的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)和一流配電網(wǎng)的標(biāo)桿水平，采用曲線(xiàn)擬合的方法，選擇指標(biāo)的評(píng)價(jià)判據(jù)。通過(guò)加權(quán)綜合法計(jì)算出每條線(xiàn)路的得分，并從線(xiàn)路和地區(qū)兩個(gè)角度進(jìn)行特征化分析。

1 指標(biāo)體系構(gòu)建

1.1 指標(biāo)篩選

為了更好地發(fā)現(xiàn)配電網(wǎng)運(yùn)營(yíng)中存在的具體問(wèn)題，選擇以配電線(xiàn)路作為顆粒度進(jìn)行研究。以線(xiàn)路為單元的配電網(wǎng)綜合評(píng)價(jià)一般從兩個(gè)層面進(jìn)行分析，一個(gè)是設(shè)備層面，主要包括線(xiàn)路電纜化率、架空線(xiàn)路絕緣化率、線(xiàn)路聯(lián)絡(luò)率、線(xiàn)路分段數(shù)等指標(biāo)，這些指標(biāo)都是對(duì)設(shè)備的硬件狀況的描述，在配電網(wǎng)運(yùn)行時(shí)是不變的，只能通過(guò)對(duì)線(xiàn)路投資改造才能實(shí)現(xiàn)指標(biāo)優(yōu)化；另一個(gè)是運(yùn)營(yíng)層面，主要是線(xiàn)路運(yùn)營(yíng)時(shí)的一些相關(guān)指標(biāo)，包括電壓質(zhì)量、負(fù)載水平、綜合線(xiàn)損、三相不平衡等方面。從這幾個(gè)方面所引出的指標(biāo)是隨著配電網(wǎng)的運(yùn)營(yíng)不斷變化的，可以通過(guò)改變配電網(wǎng)的運(yùn)行方式對(duì)指標(biāo)進(jìn)行優(yōu)化。因此，選擇從運(yùn)營(yíng)層面出發(fā)，在電壓質(zhì)量、負(fù)載水平、綜合線(xiàn)損、三相不平衡四個(gè)方面對(duì)指標(biāo)進(jìn)行篩選。

電壓質(zhì)量是指實(shí)際電壓與理論電壓的偏差，反映了電力部門(mén)配送的電能是否符合要求，是供電穩(wěn)定與否的表現(xiàn)。首先需要保證線(xiàn)路首端節(jié)點(diǎn)的電壓需要在合格范圍之內(nèi)，同時(shí)線(xiàn)路所帶配變的出口電壓要保持在標(biāo)稱(chēng)電壓附近。因此，選擇供電可靠率、配變低電壓率、配變過(guò)電壓率作為電能質(zhì)量層面的指標(biāo)。

負(fù)載率指的是設(shè)備的裝機(jī)容量與實(shí)際負(fù)荷的比值，當(dāng)負(fù)載率過(guò)大時(shí)會(huì)影響設(shè)備的壽命，負(fù)載率過(guò)小會(huì)造成電能損失。因此，選擇線(xiàn)路負(fù)載率和配變負(fù)載率作為考核指標(biāo)，同時(shí)將配變負(fù)載不均衡度也加入評(píng)價(jià)體系，防止個(gè)別偏離平均值的配變負(fù)載率被整體數(shù)據(jù)所掩蓋，造成運(yùn)營(yíng)狀況均衡的假象。

三相不平衡是配電網(wǎng)運(yùn)營(yíng)的一個(gè)重要指標(biāo)，雖然影響因素很多，但多數(shù)情況是由于三相元件、線(xiàn)路參數(shù)或負(fù)荷不對(duì)稱(chēng)導(dǎo)致。配變?nèi)嗖黄胶鈺?huì)危害配變的正常運(yùn)行，影響整個(gè)電力系統(tǒng)的安全運(yùn)行。因此，將電流最大不平衡度、電流不平衡超限時(shí)間占比和配變不平衡超限比例納入指標(biāo)體系。

線(xiàn)路損耗是配電網(wǎng)通過(guò)電力線(xiàn)路配送電能過(guò)程中產(chǎn)生的損耗。線(xiàn)損電量會(huì)直接影響供電公司的經(jīng)濟(jì)效益，因此在評(píng)價(jià)體系中加入線(xiàn)路線(xiàn)損率指標(biāo)，考核線(xiàn)路運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性。

圖1 配電網(wǎng)綜合評(píng)價(jià)示意圖

1.2 評(píng)價(jià)指標(biāo)體系的構(gòu)建

對(duì)于配電網(wǎng)線(xiàn)路運(yùn)營(yíng)的綜合評(píng)價(jià)，主要從電能質(zhì)量、負(fù)載水平、三相不平衡、綜合線(xiàn)損四個(gè)方面進(jìn)行分析，其中每個(gè)方面又可以細(xì)分出多個(gè)指標(biāo)，具有顯著的層次性。通過(guò)層次分析法建立三層結(jié)構(gòu)的配電線(xiàn)路運(yùn)營(yíng)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，分別為目標(biāo)層、準(zhǔn)則層和指標(biāo)層。目標(biāo)層為綜合評(píng)價(jià)的目的，即線(xiàn)路運(yùn)營(yíng)的評(píng)價(jià)得分，準(zhǔn)則層為電壓質(zhì)量、負(fù)載水平、三相不平衡、綜合線(xiàn)損四個(gè)方面，并且在每個(gè)準(zhǔn)則下又具體劃分出多個(gè)指標(biāo)。

合理的指標(biāo)評(píng)價(jià)體系有利于評(píng)價(jià)工作的順利展開(kāi)和進(jìn)行，提升評(píng)價(jià)的效率和效果。本文提出的指標(biāo)體系結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，層次清晰。準(zhǔn)則層的一級(jí)指標(biāo)從經(jīng)濟(jì)性和可靠性的宏觀(guān)角度概括配電網(wǎng)線(xiàn)路的運(yùn)營(yíng)，指標(biāo)層的二級(jí)指標(biāo)能夠細(xì)致刻畫(huà)配電網(wǎng)線(xiàn)路在運(yùn)營(yíng)過(guò)程中的多方面特征，具有良好的適應(yīng)性和整體性。

2 指標(biāo)權(quán)重與評(píng)分規(guī)則的設(shè)置

2.1 指標(biāo)權(quán)重的設(shè)定

本模型采用層次分析法進(jìn)行權(quán)重設(shè)定。由于指標(biāo)體系內(nèi)包含多個(gè)層次，故先對(duì)4 個(gè)一級(jí)指標(biāo)進(jìn)行賦權(quán)，再針對(duì)每個(gè)一級(jí)指標(biāo)下的二級(jí)指標(biāo)單獨(dú)賦權(quán)，最后每個(gè)二級(jí)指標(biāo)的權(quán)重等于該指標(biāo)所屬一級(jí)指標(biāo)的權(quán)重乘以單獨(dú)賦權(quán)所得的權(quán)重。

對(duì)于四個(gè)一級(jí)指標(biāo)：電壓質(zhì)量、負(fù)載水平、三相不平衡和綜合線(xiàn)損，綜合對(duì)比考慮他們的重要性，根據(jù)1-9 標(biāo)度法可構(gòu)造出判斷矩陣如式所示。

可以計(jì)算出矩陣J 的最大特征值λmax=4，根據(jù)式計(jì)算出一致性指標(biāo)CI 為0。

當(dāng)矩陣的階數(shù)n=4 時(shí)，平均隨機(jī)一致性指標(biāo)RI=0.9，則隨機(jī)一致性指標(biāo)CR=0<0.1,認(rèn)為矩陣的一致性結(jié)果通過(guò)了檢驗(yàn)，是可以接受的。最大特征值λmax對(duì)應(yīng)的特征向量為(0.594，0.495，0.495，0.396)T，將其歸一化后得到各項(xiàng)指標(biāo)的權(quán)重分別為0.3，0.25，0.25，0.2。同理，可以計(jì)算出各二級(jí)指標(biāo)權(quán)重，所得的結(jié)果如表1 所示。

表1 配電線(xiàn)路運(yùn)營(yíng)評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重

2.2 指標(biāo)判據(jù)的設(shè)定

二級(jí)指標(biāo)從不同的角度反映了配電網(wǎng)不同層面的水平，由于各項(xiàng)指標(biāo)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)具有不同的量綱和數(shù)量級(jí)，無(wú)法直接綜合評(píng)價(jià)。因此，需要將指標(biāo)的數(shù)值通過(guò)評(píng)價(jià)方法轉(zhuǎn)化成可直接進(jìn)行比較的評(píng)分?jǐn)?shù)值，多數(shù)情況下采用百分制。

對(duì)于每個(gè)具體的指標(biāo)，在運(yùn)行時(shí)都對(duì)應(yīng)存在一個(gè)區(qū)間范圍，當(dāng)指標(biāo)參數(shù)在該范圍內(nèi)時(shí)，即認(rèn)為配電網(wǎng)的該項(xiàng)指標(biāo)所表征的狀態(tài)是正常的，反之則不然。區(qū)間范圍的確定即為指標(biāo)判據(jù)的選擇。指標(biāo)判據(jù)的確定，不僅要依靠專(zhuān)家長(zhǎng)期的工作經(jīng)驗(yàn)，而且要考慮指標(biāo)的類(lèi)型和一流水平。指標(biāo)的類(lèi)型分為正向指標(biāo)、負(fù)向指標(biāo)和區(qū)間型指標(biāo)三類(lèi)。

為了合理設(shè)定每個(gè)指標(biāo)的判據(jù)，首先采用德?tīng)柗品?，?～100 分的各個(gè)分?jǐn)?shù)區(qū)間的端點(diǎn)上設(shè)定對(duì)應(yīng)的指標(biāo)值，根據(jù)所得的結(jié)果進(jìn)行曲線(xiàn)擬合，得出指標(biāo)評(píng)價(jià)判據(jù)函數(shù)。參考建設(shè)一流配電網(wǎng)相關(guān)專(zhuān)業(yè)技術(shù)導(dǎo)則并結(jié)合專(zhuān)家的意見(jiàn)，設(shè)定各指標(biāo)的指標(biāo)值與分?jǐn)?shù)的對(duì)應(yīng)關(guān)系。

各指標(biāo)的分?jǐn)?shù)和指標(biāo)值是離散的，不方便后續(xù)的得分的計(jì)算，因此，本文借助MATLAB 曲線(xiàn)擬合工具箱進(jìn)行函數(shù)曲線(xiàn)擬合，得到指標(biāo)值與分?jǐn)?shù)的函數(shù)關(guān)系。對(duì)各指標(biāo)進(jìn)行曲線(xiàn)擬合處理，得到各指標(biāo)的指標(biāo)值與分?jǐn)?shù)的函數(shù)關(guān)系。通過(guò)給出每個(gè)指標(biāo)的具體評(píng)分公式，其中x 表示指標(biāo)值，y 表示得分。在得到每條線(xiàn)路的每一項(xiàng)指標(biāo)的得分后，根據(jù)式逐層往上計(jì)算，得到每條線(xiàn)路的得分，具體計(jì)算公式如下：

式中，Sk 為層次結(jié)構(gòu)第k 層中某一指標(biāo)Ak 的得分，Sjk+1為指標(biāo)Ak 的第k+1 層指標(biāo)j 的得分，Wjk+1 為指標(biāo)Ak 的第k+1層指標(biāo)j 的權(quán)重，j 為指標(biāo)Ak 的第k+1 層指標(biāo)的個(gè)數(shù)。

3 算例分析

選取供電公司線(xiàn)路運(yùn)營(yíng)數(shù)據(jù)，對(duì)原始數(shù)據(jù)的匯總、篩選和處理。對(duì)線(xiàn)路底層各指標(biāo)進(jìn)行評(píng)分，逐層向上計(jì)算每條線(xiàn)路總得分，各地區(qū)配電網(wǎng)評(píng)分取該地區(qū)線(xiàn)路評(píng)分平均值。得出各地區(qū)配電網(wǎng)的評(píng)價(jià)的結(jié)果如表2 所示。

表2 各地區(qū)配電網(wǎng)評(píng)價(jià)結(jié)果

圖2 各地區(qū)配電網(wǎng)綜合得分和線(xiàn)路得分標(biāo)準(zhǔn)差

圖2 是配電網(wǎng)綜合評(píng)分以及線(xiàn)路得分標(biāo)準(zhǔn)差，可以看出，各地區(qū)配電網(wǎng)水平與國(guó)際一流配電網(wǎng)指標(biāo)水平對(duì)應(yīng)的滿(mǎn)分值仍存在一定差距。市區(qū)作為城市電網(wǎng)，在各項(xiàng)一級(jí)指標(biāo)層面都領(lǐng)先于各縣級(jí)電網(wǎng)，總評(píng)分和線(xiàn)路評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)差也優(yōu)于其余地區(qū)，這一情況也符合城市配電網(wǎng)發(fā)展建設(shè)水平處于領(lǐng)先位置這一事實(shí)。D 縣的評(píng)分超過(guò)了80 分，相對(duì)于剩余兩個(gè)縣也存在一定運(yùn)營(yíng)優(yōu)勢(shì)。剩余地區(qū)在各項(xiàng)指標(biāo)的運(yùn)營(yíng)發(fā)展水平上均處于滯后狀態(tài)，需要加強(qiáng)對(duì)這些地區(qū)的投資建設(shè)，引導(dǎo)該地區(qū)配電網(wǎng)的良性建設(shè)發(fā)展。同時(shí)對(duì)于各得分情況相對(duì)較好的地區(qū)，線(xiàn)路得分標(biāo)準(zhǔn)差也相對(duì)較低，說(shuō)明這些地區(qū)線(xiàn)路運(yùn)營(yíng)整體情況都偏好，而得分比較低的地區(qū)線(xiàn)路得分標(biāo)準(zhǔn)差也偏大，表明線(xiàn)路的運(yùn)營(yíng)情況差別較明顯，個(gè)別線(xiàn)路的運(yùn)營(yíng)情況有待提高。

對(duì)該地區(qū)1119 條線(xiàn)路得分進(jìn)行聚類(lèi)處理，結(jié)合電力公司各專(zhuān)家意見(jiàn)，將聚類(lèi)的k 值設(shè)置成5。將5 類(lèi)線(xiàn)路分別標(biāo)記成A、B、C、D、E 五個(gè)等級(jí)，最優(yōu)集群記為A，最差集群記為D。所得的結(jié)果如表3 所示。

通過(guò)表3 可以看出，該地區(qū)線(xiàn)路的優(yōu)劣的分布情況，A 類(lèi)、B 類(lèi)線(xiàn)路數(shù)量較多，C 類(lèi)、D 類(lèi)和E 類(lèi)的線(xiàn)路數(shù)量相對(duì)較少。A 類(lèi)集群屬于最優(yōu)集群，共有333 個(gè)樣本，占樣本總數(shù)量的29.76%，集群中心為89.68，整體的運(yùn)營(yíng)績(jī)效水平較高。B 類(lèi)集群為最大集群，共有樣本386 個(gè)，占樣本總數(shù)量的34.50%，集群中心為81.75，說(shuō)明該地區(qū)運(yùn)營(yíng)情況處于不錯(cuò)水平的線(xiàn)路較多，如果加強(qiáng)線(xiàn)路運(yùn)營(yíng)方面的管理，整體績(jī)效具有很大的提升空間。

表3 線(xiàn)路綜合得分聚類(lèi)結(jié)果

為了分析各類(lèi)線(xiàn)路在全市各地區(qū)的分布情況，對(duì)每個(gè)地區(qū)的各類(lèi)線(xiàn)路數(shù)量進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，結(jié)果如圖3 所示?？梢钥闯鍪袇^(qū)的A 類(lèi)線(xiàn)路占比最多，運(yùn)營(yíng)水平明顯高于其他地區(qū)，B 縣的E 類(lèi)線(xiàn)路數(shù)量占比最多，C 縣的A類(lèi)線(xiàn)路數(shù)量占比最小，每個(gè)地區(qū)的中間三個(gè)等級(jí)的線(xiàn)路數(shù)量都占了該地區(qū)線(xiàn)路絕大部分。

上述分析表明，A 市各地區(qū)的線(xiàn)路運(yùn)營(yíng)管理水平存在一定差異，市區(qū)的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)建設(shè)和運(yùn)營(yíng)管理的投入確實(shí)大于其余各縣，線(xiàn)路運(yùn)營(yíng)的得分也印證了這一情況。而各縣在投入資源相差不多的情況下，線(xiàn)路綜合得分表現(xiàn)出一定的梯度，說(shuō)明了各縣在運(yùn)營(yíng)管理上確實(shí)存在一些差距，其中D 縣的情況相對(duì)較好。并且全市除市區(qū)外各地區(qū)優(yōu)秀線(xiàn)路數(shù)量占比普遍不高，有待進(jìn)一步加強(qiáng)。

圖3 各類(lèi)線(xiàn)路分布情況

4 結(jié)語(yǔ)

本文以線(xiàn)路為單元，從線(xiàn)路運(yùn)營(yíng)的維度出發(fā)，提出了配電網(wǎng)運(yùn)營(yíng)評(píng)價(jià)體系。該評(píng)價(jià)體系不僅能完整地表現(xiàn)傳統(tǒng)配電網(wǎng)的各個(gè)方面，而且能夠從線(xiàn)路層面發(fā)現(xiàn)問(wèn)題?；诒疚牡墓ぷ鳎梢詮恼w上掌握各地配電網(wǎng)之間的差距，分析出配電網(wǎng)的運(yùn)營(yíng)薄弱環(huán)節(jié)，為配電網(wǎng)的規(guī)劃和整改提供有效的建議。