CN102063657A - 一种城市配电网运行水平与供电能力评估方法 - Google Patents

一种城市配电网运行水平与供电能力评估方法 Download PDF

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CN102063657A CN2010106039647A CN201010603964A CN102063657A CN 102063657 A CN102063657 A CN 102063657A CN 2010106039647 A CN2010106039647 A CN 2010106039647A CN 201010603964 A CN201010603964 A CN 201010603964A CN 102063657 A CN102063657 A CN 102063657A
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侯义明
王鹏
杨帆
刘军
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Abstract

本发明属于配电网运行分析领域,涉及一种城市配电网运行水平与供电能力评估方法。本发明首先从系统工程的观点和指标本身的内涵性质出发,通过梳理和分析已有配电网运行水平和供电能力相关指标,采用改进层次分析法和模糊评估方法相结合的方式,构建了配电网运行水平和供电能力评价指标体系,并结合专家经验来选择和设计评估指标确定配电网运行水平和供电能力评价的指标范围和权重,确定评估指标的合理范围,设置了各评估指标的权重,最后给出了城市配电网运行水平和供电能力综合评价的流程和使用方法。

Description

一种城市配电网运行水平与供电能力评估方法
技术领域
本发明属于配电网运行分析领域,涉及一种城市配电网运行水平与供电能力评估方法。
背景技术
为了适应城市的快速发展,电网的改造和扩建已在全国全面展开,设备投资力度不断加大,因此城市配电网评估工作就成了迫在眉睫的任务,而配电网运行水平和供电能力是衡量配电网网架的合理性、充裕性以及灵活性的重要标准,能够反映配电网对负荷发展的适应程度,对其进行准确合理评价有助于充分合理利用配电网络资源,指导配电网的运行、建设和改造。但目前城市配电网建设改造计划的提出及优先级的确定大多依靠人工方式,项目决策具有一定主观随意性,同时,传统的电网建设评价手段为可行性研究,侧重于对单个项目进行评价,而实际中往往是成批项目共同发挥作用,因此导致电网建设改造的盲目性较大,这一问题在中低压配电网的建设改造中尤为突出,造成了资金的大量浪费,每年改造后的电网仍然存在很多问题,不能很好地满足广大用户的要求,形成这一局面的一个主要原因是缺乏系统、科学的城市配电网运行水平和供电能力的分析评估方法,对电网现存的和即将出现的问题不能定量地给出问题的严重程度与问题出现的具体环节。
目前对供电能力评价的方法中,容载比法采用反映城市电网宏观供电能力的变电容载比来表示电网的供电能力,它可以作为评价电网供电能力的一个重要指标,,但不能全面准确的评价供电能力;尝试法取决于负荷分配系数的合理性,计算过程比较繁琐,系统各变量相互影响制约,评价结果准确性较差;最大最小负荷倍数法以网络现有负荷为基础,通过计算网络所能达到的最大与最小负荷倍数来评价网络供电能力和对负荷变化的适应性,其评价结果很大程度上受到网络现有负荷分布状况的影响;网络最大流法采用了网络规划的方法来计算供电能力,易于处理复杂的约束条件,适用于求解局部网络的最大供电能力。
在城市配电网运行水平评估方面,目前国内外还尚未形成较为完善的综合性评价体系,多采用用户供电可靠性、线损率、电压合格率这几个指标来评估城市配电网的运行水平。
发明内容
本发明提供了一种用于评估城市配电网运行水平和供电能力的方法。本方法首先从系统工程的观点和指标本身的内涵性质出发,通过梳理和分析已有配电网运行水平和供电能力相关指标,采用改进层次分析法和模糊评估方法相结合的方式,构建了配电网运行水平和供电能力评价指标体系,并结合专家经验来选择和设计评估指标确定配电网运行水平和供电能力评价的指标范围和权重,确定评估指标的合理范围,设置了各评估指标的权重,最后给出了城市配电网运行水平和供电能力综合评价的流程和使用方法。本方法不仅可以科学、准确地评价当前城市配电网现状,还能够对城市配电网不同供电区域(市中心区、市区)的运行水平和供电能力进行综合评价,客观、量化地反映城市配电网的薄弱环节,为城市配电网建设改造提供切实依据,使其更具针对性。
本发明的一种用于评估城市配电网运行水平和供电能力的方法,包括以下步骤:
(1)确定评估区域
在城市市中心或市区内依据获取数据的方便性,选取需要进行运行水平和供电能力评估的区域;
(2)收集并校验配电网基础数据
在选取的评估区域内,收集并校验与评估指标相关配电网基础数据,确保其完整性和准确性;所述数据包括供电可靠性和综合线损率的综合指标,线路、配变和开关设备运行数据,以及容载比和线路满足供电安全N-1准则条数,所述供电安全N-1准则是指中压配电网中一条架空线,或一条电缆,或配电室中一台配电变压器发生故障停运时,在正常情况下,除故障段外不停电,并不得发生电压过低,以及供电设备不允许的过负荷;在计划停运情况下,又发生故障停运时,允许部分停电,但应在规定时间内恢复供电;
(3)导出评估指标数据
通过收集到的配电网基础数据,按照各指标定义对其进行汇总、统计和分析,导出各个评估指标数据;所述评估指标数据包括综合指标、装备水平、设备运行状况、负载能力和转供能力;
(4)计算各评估指标得分
将步骤(3)得到的评估指标数据,依据指标评分公式,计算评价区域每一个指标的百分制得分;
(5)加权计算得到运行水平、供电能力得分
根据指标之间的上下级和平级关系以及指标权重大小,计算整个评价指标体系的评分;为说明评估区域的整体状况,在计算完成各个底层指标的基础上,利用层次分析法逐层向上计算,直至计算得出整个评估区域的综合评分:
S = Σ j = 1 n S j W j - - - ( 1 )
式中,s表示层次结构中任一非底层指标的评分,n(n≥1)表示指标s的下层指标个数,sj表示下层指标j(1≤j≤n)的评分,Wj表示下层指标j的权重,通过下层指标评分和权重的加权求和,计算得出指标评分;
(6)评估结果分析
根据评估结果,对评估区域配电网运行水平和供电能力进行分析,确定运行水平和供电能力的等级;并根据评估区域的实际情况,结合综合指标、装备水平、设备运行状况、负载能力和转供能力指标的评估得分情况来分析影响本地配电网运行水平和供电能力的因素,提出相应的解决措施和办法。
其中,在确定指标权重的过程中具体应用层次分析法中同一层次内的因素确定重要度的方法对运行水平和供电能力评估的各个评估因素确定其权值,即通过两两比较重要度的9位分度法最终确定每个因数的权重因子,将权重向量运用于综合评估中,步骤如下:
(1)构造判断矩阵
两个元素在进行两两比较时,按下述表1所示的标准赋值,构成矩阵A=(aij)n×n
(2)层次单排序及其一致性检验
通过判断矩阵A的特征根的求解(AW=λW)得到特征向量W,经过归一化后即为同一层次相应因素的相对重要性的排序权值,这一过程称为层次单排序,为进行层次单排序的一致性检验,需要计算一致性指标CI=(λmax-n)/(n-1),其中λmax为判断矩阵的最大特征值,n为判断矩阵的阶数,当随机一致性比率CR=CI/RI<0.1时,其中RI的值为已知值,认为层次单排序的结果具有满意的一致性,否则需要调整判断矩阵的元素取值;
对判断矩阵A的最大特征根λmax和特征向量W的确定一般采用方根法,求特征向量的方法为:首先确定矩阵每一行元素的乘积如式(2)然后计算Mi的n次方根Vi,对向量Vi归一化如式(3),得到W=(W1,W2,…,Wn)T即为所求的特征向量,特征根
Figure BSA00000397757400031
式中(BW)i为BW的第i个分量:
M i = Π j = 1 n a ij ( i , j = 1,2 , · · · n ) - - - ( 2 )
W i = V i / Σ i = 1 n V i ( i , j = 1,2 , · · · n ) - - - ( 3 )
(3)判断矩阵的一致性改进
由于用9位标度法确定的判断矩阵不一定都符合一致性条件,1-9个标度的含义如下面的表1定义,需要对矩阵进行调整,这里采用和积法进行矩阵的一致性调整,调整的步骤如下:
①计算A中的各列归一化向量βj=(b1j,b2j,...,bnj)T,以及“和积法”求得排序向量ω=(ω1,ω2,…ωn),其中:
b ij = a ij Σ i = 1 n aij ( i , j = 1,2 , · · · , n ) , ω j = 1 n Σ i = 1 n b ij ( i , j = 1,2 , · · · , n )
②求出诱导矩阵C′=(C′ij)n×n,其中 C ij ′ = b ij ω ij ( i , j = 1,2 , · · · n ) ;
③找出使|C′ij-1|达到最大值的i,j,记为k,l;
④若C′kl>1,则若akl为整数,令a′kl=akl-1,否则令a′kl=1/(1/akl+1),且akl为整数,令a′kl=akl+1,否则令a′kl=1/(1/akl-1);
⑤若a′kl=1/a′kl,a′ij=aij,且i,j≠k,l;
⑥若A′=(a′ij)具有满意的一致性,则停止;A′即为求得的具有满意一致性的判断矩阵;否则,用A′代A转1继续调整;
将满足一致性的最终的A矩阵重复以上步骤1、2的过程,最后经过计算可确定
Figure BSA00000397757400044
的值,这样满足一致性的W=(W1,W2,…,Wn)T,即为所求的各元素的权重向量;
表1标度的含义
Figure BSA00000397757400045
本发明的有益效果是:
(1)本发明的方法建立了一套科学、完整的城市配电网运行水平和供电能力评估指标体系,能够客观、量化地反映城市配电网的薄弱环节,为城市配电网运行、建设和改造提供切实依据。
(2)本发明的方法可对不同地域(市中心、市区)配电网进行评价,针对性较强,不仅可以整体评估,还可以根据实际需求,选择运行水平或供电能力的一个或多个方面进行重点考察,具有很强的操作性。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明作进一步描述。
图1是依据本发明的评估方法的流程图;
图2是依据本发明的评估方法的综合评估方法的结构示意图;
图3是依据本发明的评估方法的城市配电网运行水平和供电能力评价指标体系结构示意图;
图4是依据本发明的评估方法的可靠性指标RS3得分曲线图;
图5是依据本发明的评估方法的电缆线路故障比例得分曲线图;
图6是依据本发明的评估方法的线路满足N-1比例得分曲线图。
图7城市A部分指标得分率
具体实施方式
本发明的城市配电网运行水平和供电能力评估方法的核心在于建立一个完整、有效的评价体系来监测、引导和管理城市配电网的运行、建设和改造。指标体系的构建遵循了以下四个原则:
(1)明确电网运行、建设和改造目标,对城市电网进行运行水平和供电能力综合评价,是电网运行、建设和改造方案优化的重要依据,是引导并保证电网向优质方向发展的重要手段;
(2)确定电网的专业研究方法,以电力系统专业知识为基础,通过分析电网各组成设备的参数、分析电网正常运行的本质要求、分析电网运行的影响要素以及分析用户的供电需求,实现对整个电网运行状态的把握和刻画。
(3)根据评价目的和相关约束选择指标,确定指标评分公式和权重。指标的选择从系统工程的角度出发,结合专家经验和实际调研,本着客观、准确、全面、相互独立和可操作的原则选取,并从达标水平和指标内涵等方面校验了指标选取的合理性,再根据导则要求和积累的全国配电网基础调研数据,利用正态分布率确定评分区间和公式;最后采用层次分析法(AHP法)和“专家干预权重”相结合的方式确定指标权重;
(4)构建电网评价指标体系。为已经确定的诸多指标明确上下级和平级之间的相对关系,建立评价指标体系的层次结构,以方便电网评价结果的整体量化。
各评估方法中的评估指标在评分公式的设计上充分依据导则要求和积累的全国配电网基础调研数据进行设计,并对最终结果采用专家干预法进行了修正。
在评估指标权重的选取上,采用层次分析法和“专家干预权重”相结合的方式,层次分析法的应用具有一定科学性和客观性,把模糊的经验进行了量化。该方法思路清晰、计算简单,是实际工程中确定权重的一种行之有效的方法。在确定指标权重的过程中具体应用了层次分析法中同一层次内的因素确定重要度的方法对运行水平和供电能力评估的各个评估因素确定其权值,即通过两两比较重要度的9位分度法最终确定每个因数的权重因子,将权重向量运用于综合评估中。
城市配电网运行水平和供电能力评估方法可分为以下步骤:
1.确定评估区域
依据获取数据的方便性,选取需要进行评估的区域;
2.收集并校验配电网基础数据
在选取的评估区域内,收集并校验评估指标相关配电网基础数据,确保其完整性和准确性。
3.导出评估指标数据
通过收集到的配电网基础数据,导出评估指标数据。
4.计算各评估指标得分
将评估指标数据,按评估指标计算公式,计算出各评估指标得分。
如:供电可靠率指标RS3(%),依据《国家电网公司“十二五”配电网规划指导意见》中,A、B、C、D类地区供电可靠率的规划目标值,将供电可靠率RS3的100分设定为99.999%,80分设定为99.929%,0分设定为99.7%,由此得到该指标值与得分的分段一次函数,其函数曲线如图4所示。
将图1用函数表示,即得到该指标的评分公式为:
y = 289.86 x - 28885.7 ; 99.93 < x &le; 99.999 347.82 x - 34677.6 ; 99.7 < x &le; 99.93 0 x &le; 99.7 - - - ( 4 )
又如电缆线路故障停电率指标(%),根据2009年配电网统计数据,对网省公司电缆线路故障停电率统计数据按正态分布的原则,将该指标的100分设定为0,60分设定为6次/百公里·年,0分设定为大于12次/百公里·年,由此得到该指标值与得分的分段一次函数,其函数曲线如图5的电缆线路故障比例得分曲线图所示。
将图2用函数表示,即得到该指标的评分公式为:
y = - 6.67 x + 100 ; x < 6 - 10 x + 120 ; 6 &le; x < 12 0 ; x &GreaterEqual; 12 - - - ( 5 )
再如线路满足N-1比例(%),根据2009年配电网统计数据,,参考网省公司线路联络率统计数据,经过相关专家进行修正,将该指标的100分设定为100%,90分设定为75%,70分设定为50%,0分设定为小于10%,由此得到该指标值与得分的分段一次函数,其函数曲线如图6的线路满足N-1比例得分曲线图所示。
将图3用函数表示,即得到该指标的评分公式为:
y = 0.4 x + 60 ; 75 < x &le; 100 0.8 x + 30 ; 50 < x &le; 75 1.75 x - 17.5 ; 10 < x &le; 50 0 ; x &le; 10 - - - ( 6 )
按照上述方法,制定28个指标的评价公式,再利用步骤3得到的配电网原始数据,计算评价区域每一个指标的得分。
5.加权计算得到运行水平、供电能力得分
将各评估指标乘以各自权重后相加,获得评估区域配电网运行水平、供电能力得分。
6.评估结果分析
根据评估结果,对评估区域配电网运行水平和供电能力进行分析,确定运行水平和供电能力的等级,结合评估区域实际情况;根据评估结果,分析影响本地配电网运行水平和供电能力的因素,提出相应的解决措施和办法。
表2运行水平评估指标含义及评分公式
Figure BSA00000397757400081
Figure BSA00000397757400091
注:1.运行年限指配电网设备从初次投入电网运行到评估时的使用年限。
2.评分公式中的x为各指标值,y为该指标的得分,指标得分小数点后保留两位。
3.线路、开关设备如无说明,均指中压配电网设备,不含变电站中压出线开关。
4.运行水平总分为100分,其中“综合指标”20分、“装备水平”30分、“设备运行”50分。
运行水平评估结论分为:“高”、“较高”和“一般”三级。得分率在90%及以上的评估结果为“高”;得分率在70%~90%之间的评估结果为“较高”;得分率在70%及以下的评估结果为“一般”。
表3供电能力评估指标含义及评分公式
Figure BSA00000397757400092
注:1.评分公式中的x、y含义同表1。
2.供电能力总分为100分,其中“负载能力”60分、“转供能力”40分。
供电能力评估结论分为:“强”、“较强”和“一般”三级。得分率在90%及以上的评估结果为“强”;得分率在70%~90%之间的评估结果为“较强”;得分率在70%及以下的评估结果为“一般”。
算例一-城市A评估
城市A是直辖市,属综合性产业城市,综合经济实力保持在全国前列,评估区域为该市市中心区域,包括四个行政区,面积约92.5平方公里。
依据评估导则,得到各评估指标及得分如表3所示:
表4A城市综合评估结果
Figure BSA00000397757400102
Figure BSA00000397757400111
(一)城市A运行水平评估分析
运行水平从综合指标、装备水平和设备运行状况三个方面分析。
(1)综合指标
综合指标得分17.97分,满分20分,得分率为89.85%,处于“较高”水平级。
(2)装备水平
装备水平指标得分27.51分,满分30分,得分率91.69%,处于“高”水平级。
(3)设备运行状况
设备运行状况指标得分44.84分,满分50分,得分率89.67%,处于“较高”水平级。
小结:城市A运行水平总体得分为90.04分,处于“高”水平级。其中,影响运行水平的主要因素是:
a.综合线损率相对偏高,为6.84%;
b.配电自动化覆盖率偏低,为8.33%;
c.配变轻载比例较高,为23.00%。
具体分析影响配电网运行水平的主要因素,给出轻载配变列表:
表2轻载配变列表
  序号   配变名称   所属线路   配变容量   配变型号   最大负载率(%)
  1   青山变   环湖线   315.00   S7   12
  2   白龙变   西城线   315.00   S9   15
  …   …   …   …   …   …
(二)城市A供电能力评估分析
供电能力从负载能力和转供能力两方面分析。
(1)负载能力
负载能力得分55.72分,满分60分,得分率为92.86%,处于“高”水平级。
(2)转供能力
转供能力得分24.35分,满分40分,得分率为60.88%,处于“一般”水平级。
小结:城市A供电能力总体得分为80.07分,处于“较高”水平级。其中,影响供电能力的主要因素是:线路满足“N-1”比例较低,为30.00%,负荷转供能力不强。
具体分析影响配电网供电能力的主要因素,给出不满足“N-1”的线路列表:
表3不满足N-1线路列表
  序号   线路名称   所属变电站编号   最大电流   限额电流
  1   杨线   天成变   304.77   553.00
  2   小线   天成变   305.47   553.00
  …   …   …   …   …
上面已经根据特定的示例性实施例对本发明进行了描述。对本领域的技术人员来说在不脱离本发明的范围下进行适当的替换或修改将是显而易见的。示例性的实施例仅仅是例证性的,而不是对本发明的范围的限制,本发明的范围由所附的权利要求定义。

Claims (2)

1.一种用于评估城市配电网运行水平和供电能力的方法,其特征在于包括以下步骤:
(1)确定评估区域
在城市市中心或市区内依据获取数据的方便性,选取需要进行运行水平和供电能力评估的区域;
(2)收集并校验配电网基础数据
在选取的评估区域内,收集并校验与评估指标相关配电网基础数据,确保其完整性和准确性;所述数据包括供电可靠性和综合线损率的综合指标,线路、配变和开关设备运行数据,以及容载比和线路满足供电安全N-1准则条数,所述供电安全N-1准则是指中压配电网中一条架空线,或一条电缆,或配电室中一台配电变压器发生故障停运时,在正常情况下,除故障段外不停电,并不得发生电压过低,以及供电设备不允许的过负荷;在计划停运情况下,又发生故障停运时,允许部分停电,但应在规定时间内恢复供电;
(3)导出评估指标数据
通过收集到的配电网基础数据,按照各指标定义对其进行汇总、统计和分析,导出各个评估指标数据;所述评估指标数据包括综合指标、装备水平、设备运行状况、负载能力和转供能力;
(4)计算各评估指标得分
将步骤(3)得到的评估指标数据,依据指标评分公式,计算评价区域每一个指标的百分制得分;
(5)加权计算得到运行水平、供电能力得分
根据指标之间的上下级和平级关系以及指标权重大小,计算整个评价指标体系的评分;为说明评估区域的整体状况,在计算完成各个底层指标的基础上,利用层次分析法逐层向上计算,直至计算得出整个评估区域的综合评分:
S = &Sigma; j = 1 n S j W j - - - ( 1 )
式中,s表示层次结构中任一非底层指标的评分,n(n≥1)表示指标s的下层指标个数,sj表示下层指标j(1≤j≤n)的评分,Wj表示下层指标j的权重,通过下层指标评分和权重的加权求和,计算得出指标评分;
(6)评估结果分析
根据评估结果,对评估区域配电网运行水平和供电能力进行分析,确定运行水平和供电能力的等级;并根据评估区域的实际情况,结合综合指标、装备水平、设备运行状况、负载能力和转供能力指标的评估得分情况来分析影响本地配电网运行水平和供电能力的因素,提出相应的解决措施和办法。
2.如权利要求1所述的方法,其特征在于:
在确定指标权重的过程中具体应用层次分析法中同一层次内的因素确定重要度的方法对运行水平和供电能力评估的各个评估因素确定其权值,即通过两两比较重要度的9位分度法最终确定每个因数的权重因子,将权重向量运用于综合评估中,步骤如下:
(1)构造判断矩阵
两个元素在进行两两比较时,按下述表1所示的标准赋值,构成矩阵A=(aij)n×n
(2)层次单排序及其一致性检验
通过判断矩阵A的特征根的求解(AW=λW)得到特征向量W,经过归一化后即为同一层次相应因素的相对重要性的排序权值,这一过程称为层次单排序,为进行层次单排序的一致性检验,需要计算一致性指标CI=(λmax-n)/(n-1),其中λmax为判断矩阵的最大特征值,n为判断矩阵的阶数,当随机一致性比率CR=CI/RI<0.1时,其中RI的值为已知值,认为层次单排序的结果具有满意的一致性,否则需要调整判断矩阵的元素取值;
对判断矩阵A的最大特征根λmax和特征向量W的确定一般采用方根法,求特征向量的方法为:首先确定矩阵每一行元素的乘积如式(2)然后计算Mi的n次方根Vi,对向量Vi归一化如式(3),得到W=(W1,W2,…,Wn)T即为所求的特征向量,特征根
Figure FSA00000397757300021
式中(BW)i为BW的第i个分量:
M i = &Pi; j = 1 n a ij ( i , j = 1,2 , &CenterDot; &CenterDot; &CenterDot; n ) - - - ( 2 )
W i = V i / &Sigma; i = 1 n V i ( i , j = 1,2 , &CenterDot; &CenterDot; &CenterDot; n ) - - - ( 3 )
(3)判断矩阵的一致性改进
由于用9位标度法确定的判断矩阵不一定都符合一致性条件,1-9个标度的含义如下面的表1定义,需要对矩阵进行调整,这里采用和积法进行矩阵的一致性调整,调整的步骤如下:
①计算A中的各列归一化向量βj=(b1j,b2j,...,bnj)T,以及“和积法”求得排序向量ω=(ω1,ω2,…ωn),其中:
b ij = a ij &Sigma; i = 1 n aij ( i , j = 1,2 , &CenterDot; &CenterDot; &CenterDot; , n ) , &omega; j = 1 n &Sigma; i = 1 n b ij ( i , j = 1,2 , &CenterDot; &CenterDot; &CenterDot; , n )
②求出诱导矩阵C′=(C′ij)n×n,其中 C ij &prime; = b ij &omega; ij ( i , j = 1,2 , &CenterDot; &CenterDot; &CenterDot; n ) ;
③找出使|C′ij-1|达到最大值的i,j,记为k,l;
④若C′kl>1,则若akl为整数,令a′kl=akl-1,否则令a′kl=1/(1/akl+1),且akl为整数,令a′kl=akl+1,否则令a′kl=1/(1/akl-1);
⑤若a′kl=1/a′kl,a′ij=aij,且i,j≠k,l;
⑥若A′=(a′ij)具有满意的一致性,则停止;A′即为求得的具有满意一致性的判断矩阵;否则,用A′代A转1继续调整;
将满足一致性的最终的A矩阵重复以上步骤1、2的过程,最后经过计算可确定
Figure FSA00000397757300033
的值,这样满足一致性的W=(W1,W2,…,Wn)T,即为所求的各元素的权重向量;
表1标度的含义
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