CN105096207B - 一种基于层次分析法的重要电力用户供电可靠性评估方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种基于层次分析法的重要电力用户供电可靠性评估方法，该方法包括：根据评估指标运用层次分析法建立评估重要电力用户供电可靠性的评估结构；确定候选的供电模式；计算指标层中评估准则的评估指标并对所述评估指标进行指标评分；对评估准则下的所述评估指标和准则层的评估准则进行权重分配；对所述评估准则进行评分，确定供电模式的分值。该方法适合于分析配电系统重要电力用户的供电方式可靠性评估及含重要用户配电系统的可靠性评估。

Description

一种基于层次分析法的重要电力用户供电可靠性评估方法

技术领域

本发明涉及一种配电系统可靠性评估领域的方法，具体讲涉及一种基于层次分析法的重要电力用户供电可靠性评估方法。

背景技术

电力系统可靠性评估开始于上世纪六十年代末。最初，其主要着眼于发输电系统，原因在于发输电设备配置相对集中、一次性投资大、建设周期长，设备故障或停运会给社会及环境带来严重而广泛的负面效应。然而实际上，对用户供电性能影响最大的是作为电力系统向用户供电终端环节的配电系统，因为相关调查表明约80％的用户停电事件都是由配电系统的故障造成的。配电系统可靠性研究对于提高系统供电性能、响应用户用电需求具有重要意义，因而越来越受供电公司及相关科研人员的关注。在工业发达国家，可靠性评估甚至已成为配电系统规划决策中一项常规性工作。

重要电力用户是指在国家或者一个地区(城市)的社会、政治、经济生活中占有重要地位，对其中断供电将可能造成人身伤亡、较大环境污染、较大政治影响、较大经济损失、社会公共秩序严重混乱的用电单位或对供电可靠性有特殊要求的用电场所。根据不同供电电源配置的实际情况及重要用户应避免采用单回路供电方式这一特性，国标GB/Z29328-2012为重要电力用户确定了14种典型供电模式。工程实际中，可将这14种典型供电模式作为选择范围，依据相应的边界条件和约束条件为特定重要用户确定合适的供电模式。

常用的配电系统可靠性是故障模式后果分析法(FMEA)，该方法利用元件(线路、断路器、隔离开关、变压器)可靠性数据，建立故障模式后果表，分析每个故障事件及其后果，然后综合形成可靠性准则。FMEA具有穷举性质，能可靠解得可靠性准则(包括负荷点、馈线和系统可靠性准则)，但当系统结构复杂时，一方面由于待分析元件较多，该方法将变得十分复杂，一方面，重要电力用户负荷等级高，选择供电模式时需要考虑的边界条件和因素复杂，直接套用配电网供电模式选型理论体现不出重要用户自身的特性，如重要用户的单次停电时间和应急电源配置比例对于重要用户可靠性的评估就非常重要，但配电网可靠性准则较为单一，无法对其进行有效的反映。

现有技术中，指标仅限于可靠性和经济性中的一个或者两个，无法全面反映出重要用户供电模式的优劣对比，因而限制了评估体系的完整性和正确性。本方法采用层次分析法和专家经验的方法对重要用户的供电可靠性，特别是供电模式可靠性进行评估，取得了很好的评估效果。

发明内容

为克服上述现有技术的不足，本发明提供一种基于层次分析法的重要电力用户供电可靠性评估方法，该方法适合于分析配电系统重要电力用户的供电方式可靠性评估及含重要用户配电系统的可靠性评估。

实现上述目的所采用的解决方案为：

一种基于层次分析法的重要电力用户供电可靠性评估方法，其改进之处在于：所述方法包括：

I、根据评估指标运用层次分析法建立评估重要电力用户供电可靠性的评估结构；

II、确定候选的供电模式；

III、计算指标层中评估准则的评估指标并对所述评估指标进行指标评分；

IV、对评估准则下的所述评估指标和准则层的评估准则进行权重分配；

V、对所述评估准则进行评分，确定供电模式的分值。

进一步的，所述步骤I中，所述评估结构包括依次进行的确定候选供电模式的方案层、进行各评估指标的量值计算和评分的指标层、对评估准则下辖的评估指标进行权重分配并对准则层的评估准则进行综合打分的准则层，及准则层的所述评估指标进行权重分配从而确定各供电模式的最终得分的目标层。

进一步的，所述步骤III的所述评估指标为表征所述供电模式的可靠性准则、适应性准则、经济性准则和电能质量准则给出的评估指标；

所述可靠性准则、适应性指准则、经济性准则和电能质量准则根据不同配电系统和所述重要电力用户结合专家经验确认。

进一步的，所述步骤IV中，所述评估准则包括供电的可靠性准则、适应性准则、经济性准则和电能质量准则；

权重分配包括以下步骤：准则层对所述评估准则下各指标层的所述评估指标进行权重分配，准则层的指标按评估准则进行分组，各指标组的权重总和皆为1，组内所述评估指标按相对于准则层中对应评估准则的重要程度进行权重分配。

进一步的，所述步骤IV包括以下步骤：

根据指标层的评估指标建立指标判断矩阵，所述指标判断矩阵给出相邻两评估指标的权重对比，对所述指标判断矩阵进行层次单排序，获得所述评估指标对所述评估准则的权重。

进一步的，所述层次单排序包括以下步骤：确定所述判断矩阵的最大特征根λ_max及对应于λ_max的正规化特征向量W，所述正规化特征向量W进行归一化后为同一层次同一组指标相对于上层应对指标的权重向量。

进一步的，所述步骤V中，对准则层的评估准则进行评分，对所述评估准则评估方法包括：

S501、判断评估对象的所述可靠性准则、适应性准则、经济性准则和电能质量准则的优劣对比及与所述重要电力用户用电需求和负荷特性的匹配程度，依据下式给准则层各评估准则打分：

式中，a_k和r分别为所述准则层的评估准则下辖指标层的评估指标及其数量，v_k为a_k的相对于上级指标的权重；所述准则层评估准则的权重分配与指标层权重分配方法相同；

S502、依次获得单项评估结果和综合评估结果，各供电模式的最终得分如下式所示：

u_k为评估指标的评分，b_k为评估准则的权重。

进一步的，所述步骤III中所述评估准则包括：可靠性准则、适应性准则、经济性准则和电能质量准则；

所述可靠性准则包括：

a.负荷点故障率λ，所述负荷点故障率包括强迫故障率λ_α和计划停电率λ_β，如下式进行指标计算：

式中，t₀为统计时间，以年计；λ0、λ1和λ2分别为统计时间内总故障次数、强迫故障次数和计划停电次数；

b.负荷点平均停电时间U、平均强迫停电时间U_α、平均计划停电时间U_β，如下式进行指标计算：

式中，U0、U1和U2分别为统计时间内总停电时间、强迫停电时间和计划停电时间；

c.单次故障平均停电持续时间r、单次强迫故障平均停电持续时间r_α、单次计划停电平均停电持续时间r_β，如下式进行指标计算：

式中，λ为负荷点故障率，U为负荷点平均停电时间；U_α为平均强迫停电时间；U_β为平均计划停电时间；

d.单次故障最长持续停电时间t、单次强迫故障最长持续停电时间t_α、单次计划停电最长持续停电时间t_β，如下式进行指标计算：

式中，u₁,u₂,...,u_nu为统计年内每次故障持续时间；uα₁,uα₂,...,uα_nuα为统计年内每次强迫故障持续时间；uβ₁,uβ₂,...,uβ_nuβ为统计年内每次计划停运持续时间；nu、nuα和nuβ分别为统计年内总故障次数、强迫故障次数和计划停运次数；

e.重要用户平均供电不达标时间，指标计算方法为：重要用户不达标供电时间除以统计年限获得；

f.专线率，指标计算方法为：重要电力用户专用供电线路回数除以总供电线路回数；

g.线路属性Pline，如下式进行指标计算：Pline＝x|x∈{架空线、电缆、混合线路}；

h.同杆/同沟线路公里数lnh，如下式进行指标计算：lnh＝lnh_t+lnh_g，式中，lnh_t和lnh_g分别为同杆线路和同沟线路的长度；

i.供电电源上级电源状况ssors，如下式进行指标计算：

j.供电电源数nsors，如下式进行指标计算：nsors＝x|x∈{单电源，双电源，三电源}；

k.供电回路/环数nlop，如下式进行指标计算：

l.自备应急电源工作属性，指标计算方法为：确定自备应急电源工作属性与重要电力用户的匹配程度；

m.多路电源切换时间t_ssh，如下式进行指标计算：t_ssh＝max{t_ssh1,t_ssh2}，式中，t_ssh1为负荷电路从常用电源切换到备用电源的用时，t_ssh2为将负荷电路从备用电源切换至常用电源的用时；

n.馈线分段数、联络线数；

o.配变信息采集率，指标计算方法为：确定重要用户供电系统中运行信息可上传配变占总配变数量的比例；

p.馈线自动化终端覆盖率，指标计算方法为：确定配电自动化终端覆盖率为具备“两遥”及以上功能开关数量占开关总数的比例；

q.重要用户供电系统的保护配置cnp，如下式进行指标计算：

所述适应性准则包括：

a.线路重载比例，如下式进行指标计算：k_olla＝n_oll/n_sl，式中，n_oll为重载线路数量，n_sl为线路总数；

b.配变重载比例，如下式进行指标计算：k_olta＝n_olt/n_st，式中，n_st为配电变压器总台数，n_olt为重载配变数量；

c.线路N-1安全性指标，指标计算方法为：确定评估系统内满足线路N-1安全准则的线路数占总线路数的比例；

d.线路负荷转移率，指标计算方法为：确定评估系统内公用线路在N-1情况下可转移的负荷占公用线路总负荷的比例；

e.供电能力裕度M，如下式进行指标计算：

式中，P为供电系统供电能力，L为供电系统所带负荷大小；

所述经济性准则包括：

a.供电投资成本，如下式进行指标计算：

式中，U_in为平均分布在n年内的变电所年费用；U_ins为变电站投资成本，U_inl为输电线路投资成本，n_S为变电所的经济使用年限，n_L为线路的经济使用年限，r₀为电力工业投资回收率；

b.供电系统运行维护成本，如下式进行指标计算：U_om＝U_oms+U_oml＝αΔA_S×10^-4+U_S1+αΔA_L×10^-4+U_L1，式中，U_oms和U_oml分别为变电站和线路的运行维护成本，U_S1为变电所检修、维护费，α为电能电价，ΔA_S为变电所全年电能损失总值，U_L1为线路检修、维护费，ΔA_L为线路全年电能损失总值；

c.网损率，如下式进行指标计算：

所述电能质量准则包括：

a.电压偏差ΔU％，如下式进行指标计算：

式中：ΔU％为电压偏差的百分数，U_N为线路的额定电压，P，Q分别为线路上的有功和无功；R，X分别为线路的等效电阻和电抗；

b.三相不平衡度，如下式进行指标计算：

式中：I₂为负荷电流的负序分量，U为线电压，S_k为公共连接点的短路容量；

c.谐波，如下式进行指标计算：

式中，U_hk为第k个DFT基本窗变换计算的h次谐波电压有效值，U_1k为第k个DFT基本窗计算的基波电压有效值，HRU_hk为第k个h次谐波电压含有率，THD_Vk为因第k次谐波造成热效应的电压谐波畸变率指标；

d.频率偏差，如下式进行指标计算：

进一步的，所述步骤III中，所述指标评分方法为确定指标计算结果在所述评估指标的取值范围内的优劣水平；

所述评分方法包括：根据所述评估指标的取值范围和所述指标取值的变化惰性对所述评估指标进行打分。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

1、本发明提供的方法中包含可靠性、适应性、经济性和电能质量四个方面，涵盖内容多，输出结果的模糊性也较强；与复杂的故障模式后果分析方法相比，计算准确性高同时可体现重要用户自身的特性，避免了沿用配电网可靠性准则较为单一的缺点，可以对重要用户的供电电源可靠性情况进行全面、有效的反映，也可给出重要用户各种供电模式的优劣对比，具有很高的实用价值。

2、本发明提供的方法采用层次分析法和专家经验的方法对重要用户的供电可靠性，特别是供电模式可靠性进行评估，取得了很好的评估效果。

3、本发明提供的方法适合于分析配电系统重要电力用户的供电方式可靠性评估及含重要用户配电系统的可靠性评估，便于编程实现，操作性强，具有较强实际应用价值。

4、本发明提供的方法中的单向评价指标也能直观地反映出所评估供电模式在单项指标上的优劣，对于工程评估中存在仅对比一项或若干项单项指标的情况，因而单项评估结果也有较大的实用价值。

附图说明

图1为重要用户供电可靠性评估流程图；

图2为重要用户供电模式评估体系图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式做进一步的详细说明。

本发明提供了基于层次分析法的重要电力用户供电可靠性评估方法，如图1所示，图1为重要电力用户供电可靠性评估流程图，依据层次分析法，从可靠性、适应性、经济性和电能质量四个方面构建了包含方案层、指标层、准则层和目标层四个层次的综合评估体系架构，采用9位标度法和专家经验按分层分组、自下而上的方式确定了各指标的权重分配。在此基础上，给出了14种典型供电模式详细评分结果，以期为工程应用提供必要的理论依据。

专家经验即为，专家根据现场和工作中的经验对本评估体系中的所有指标的权重进行赋值，本方法是先采用层次法进行权重赋值，进而采用专家经验法对权重进行调整。

本发明的方法包括以下步骤：

步骤一、针对评估指标运用层次分析法建立评估重要电力用户供电可靠性的评估结构；

步骤二、确定候选的供电模式；

步骤三、计算指标层中评估准则的评估指标并对所述评估指标进行指标评分；

步骤四、对评估准则下的所述评估指标和准则层的评估准则进行权重分配；

步骤五、对所述评估准则进行评分，确定供电模式的分值。

步骤一、针对评估指标运用层次分析法建立评估重要电力用户供电可靠性的评估结构。

指标体系架构的建立需理清各指标的属性和相互联系，以组为单位汇集相同属性指标，然后按一定的逻辑规则整合各指标组，以方便各指标向最终评估结果映射。

如图2所示，图2为重要用户供电模式评估体系图；指标体系结构为一个有序的递阶层次结构，包括目标层、准则层、指标层和方案层。该架构的分析流程是一个自下而上的过程，即遵循方案层->指标层->准则层->目标层的递归分析顺序。其中，

方案层的任务是确定候选供电模式，本实施例中候选供电模式仅指GB/Z 29328-2012给出的14种典型供电模式。

指标层的任务是进行各评估指标的量值计算和评分。

准则层的任务是对各评估准则下辖各指标项进行权重分配并进而对准则层指标进行综合打分。

目标层的任务是对各准则层指标进行权重分配，然后以百分制形式给出各供电模式的最终得分。

准则层和目标层的分析结果将揭示出目标重要用户的最优供电模式。

步骤二、确定候选的供电模式。

不同的供电模式对重要用户供电的可靠性不同，提供多种供电模式，根据指标体系结构确定最优供电模式。

对重要用户供电可靠性进行评估时，评估准则包括供电可靠性、适应性、经济性和电能质量四项指标，评估方法是判断评估对象的各项评估指标的优劣对比及与目标重要用户用电需求和负荷特性的匹配程度，总的评估流程如图1所示。

评估结果包括单项评估和综合评估结果。在进行综合评估之前需先获取各单项评估结果，这里将单项评估和综合评估并列主要是出于二者输出结果皆有工程参考价值的考虑。

步骤三、计算指标层中评估准则的评估指标并对所述评估指标进行指标评分；。

评估指标为表征所述供电模式的可靠性、适应性、经济性和电能质量给出的评估指标；根据所述评估指标的取值范围和所述指标取值的变化惰性进行指标打分。

图2中具体给出了四个评估准则细化的32个评估指标。

评估指标计算如下：

(一)、可靠性准则

可靠性准则包括：

a.负荷点故障率λ(次/年)

负荷点故障包括强迫故障和计划停电，强迫停电造成的社会经济损失和影响远大于计划停电。

负荷点故障率包括强迫故障率λ_α和计划停电率λ_β，三指标的计算公式为：

式中，t₀为统计时间，以年计；λ0、λ1和λ2分别为统计时间内总故障次数、强迫故障次数和计划停电次数。

b.负荷点平均停电时间U(小时/年)、平均强迫停电时间U_α、平均计划停电时间U_β

此三指标的计算公式为：

式中，U0、U1和U2分别为统计时间内总停电时间、强迫停电时间和计划停电时间。

c.单次故障平均停电持续时间r(小时/次)、单次强迫故障平均停电持续时间r_α、单次计划停电平均停电持续时间r_β

此三指标的计算公式为：

式中，λ为负荷点故障率，U为负荷点平均停电时间；U_α为平均强迫停电时间；U_β为平均计划停电时间；

d.单次故障最长持续停电时间t、单次强迫故障最长持续停电时间t_α、单次计划停电最长持续停电时间t_β

重要用户存在一个必要的技术指标，即最大停电持续时间。此三指标的计算公式为：

式中，u₁,u₂,...,u_nu表示某统计年内每次故障持续时间；uα₁,uα₂,...,uα_nuα表示某统计年内每次强迫故障持续时间；uβ₁,uβ₂,...,uβ_nuβ表示某统计年内每次计划停运持续时间；nu、nuα和nuβ分别表示某统计年内总故障次数、强迫故障次数和计划停运次数。

e.重要用户平均供电不达标时间

当重要用户供电系统各电量参数(包括：电压波动、电压偏差、三相不平衡、谐波和频率偏差等)都处于正常运行范围之内时，对重要用户的供电即是达标的，否则重要用户的供电即是不达标的。

重要用户平均不达标供电时间由重要用户不达标供电时间除以统计年限获得。

f.专线率

专线率指重要电力用户专用供电线路回数占其总供电线路回数(包括专线和公网线路)百分比。

同种供电模式下，专线率越高，供电可靠性越高。

g.线路属性(Pline)

线路属性指重要电力用户供电线路是电缆、架空线或二者的混合。采用架空线和电缆的供电可靠性不同，因为二者在电气性能、线损、传输容量、经济性、传输通道及对外界环境敏感度等因素都存在差异。线路属性指标可表示为：

Pline＝x|x∈{架空线、电缆、混合线路} (5)

h.同杆/同沟线路公里数(lnh)

同杆/同沟线路公里数指重要用户供电网络中同杆架设线路和同沟铺设线路的总长度。

为节约供电走廊和适应供电走廊狭小等特殊供电环境，架空线存在多回路同杆支撑的情况，电缆存在多回路同沟铺设的情况，混合线路则同时存在同杆架设和同沟铺设的情况。不失一般性，同杆/同沟线路公里数可表示为：

lnh＝lnh_t+lnh_g (6)

式中，lnh_t和lnh_g分别表示同杆线路和同沟线路的长度。

i.供电电源上级电源状况(ssors)

供电电源上级电源状况指在多电源供电时这些供电电源取自同一变电站或者取自不同的变电站。当多电源取自不同变电站时其抗故障性更好，供电可靠性更优。供电电源上级电源状况为：

j.供电电源数(nsors)

在上级供电电源相同的情况下，供电电源数越多，供电可靠性越高。供电电源数可表示为：

nsors＝x|x∈{单电源，双电源，三电源} (8)

k.供电回路/环数(nlop)

供电回路/环数越多，负荷在故障下得以成功转移的概率更大，因而供电可靠性越高。供电回路/环数可表示为：

l.自备应急电源工作属性

自备应急电源工作属性包括工作方式(热备/冷备)、持续供电时间、切换时间、切换方式、使用寿命、成本、节能与环保以及适用范围等因素。在给自备应急电源工作属性打分时需要综合考虑上述所有因素。自备应急电源工作属性的打分依据是上述因素与特定重要用户的匹配程度。

m.多路电源切换时间(多路电源同时供电时此项作废)

多路电源的切换包括两个方面：1)常用电路故障时通过电源切换开关将负荷电路切换到备用电源；2)当常用电源恢复正常时，再通过电源切换开关将负荷电路切换回常用电源，以降低用电成本。多路电源切换时间t_sswh可表示为：

t_ssh＝max{t_ssh1,t_ssh2} (10)

式中，t_ssh1表示负荷电路从常用电源切换到备用电源的用时，t_ssh2表示将负荷电路从备用电源切换至常用电源的用时。

多路电源切换时间越快，重要用户故障转移时间越短，因而供电可靠性越高。

n.馈线分段数、联络线数

除了专线供电外，一些重要用户也采用公网线路供电。馈线分段数越多，公网故障影响范围相应越小，因而越不容易影响重要用户的正常供电；联络开关越多，重要用户的转移途径和转移容量都相应增加，因而在公网故障时停电的概率越低。在同等负荷密度条件下，分段数、联络线数越多，供电可靠性越高。

o.配变信息采集率

本指标是评估重要用户供电系统中配变的运行信息上传状况。配变信息采集率为重要用户供电系统中运行信息可上传配变占总配变数量的比例。

p.馈线自动化终端覆盖率

本指标是评估重要用户供电系统中具有“两遥”及以上功能的开关的应用情况，也是评估馈线自动化实施情况的指标。馈线自动化终端指具备“两遥”及以上功能的开关，“两遥”指遥信和遥测，“三遥”指遥信、遥测、遥控。

配电自动化终端覆盖率为具备“两遥”及以上功能开关数量占开关总数的比例。

q.重要用户供电系统的保护配置(cnp)

重要用户的电压等级高，很多用户具备用户变电所，重要用户变电所与用户相隔较近，因此供电线路多为短距离、超短距离输电线路，以至于传统的电流保护距离保护在灵敏性和选择性上很难满足要求。为了提高重要用户供电系统的运行安全性，可考虑装设价格稍贵的距离保护和差动保护。不同电气设备的保护配置不可相提并论，比如变压器保护具有非电气量保护而线路保护没有，因此提保护配置时应该明确保护对象。这里以线路保护为例，其保护配置可以表示为：

(二)、适应性准则

适应性准则包括：

a.线路重载比例(％)

线路重载指线路年最大负载率大于70％且持续1小时以上。可表示为：

k_olla＝n_oll/n_sl (12)

式中，n_oll表示重载线路数量，n_sl为线路总数。

b.配变重载比例(％)

配变重载是指配变年最大负载率大于80％且持续2小时以上。配变基础数据一般取自配变信息采集终端，考虑到目前配变信息采集率不高，根据实际条件，可选取最大负荷日的配变负载率作为单台配变年最大负载率。可表示为：

k_olta＝n_olt/n_st (13)

式中，n_st为配电变压器总台数，n_olt表示重载配变数量。

c.线路N-1安全性指标

线路N-1安全性指标表示：评估系统内满足线路N-1安全准则的线路数占总线路数的比例。

以10kV线路为例说明，采取如下方法计算该指标，包括以下两个步骤：

步骤一：对n条10kV线路逐一进行单条线路停电校验。

任选线路j，校验流程如下：

设线路j退出运行时所需转供的负荷大小为L_j，同级支援线路所能转带最大负荷为L_10j，判断函数f(L_j，L_10j)的取值。

如果f(L_j，L_10j)＝1，则认为该条线路通过校验。

步骤二：统计通过校验的线路条数，计算指标“10kV线路‘N-1’校验通过率”数值P_10r。计算公式为：

d.线路负荷转移率

定义：评估系统内10kV公用线路在“N-1”情况下可以转移的负荷占10kV公用线路总负荷的比例。

对n条10kV线路逐一进行单条线路停电校验，设线路j退出运行时所需转供的负荷大小为L_j，同级支援线路所能转带最大负荷为L_10j，则该条线路能够转移的负荷L_aj可以表示为：

L_aj＝L_jf(L_j,L_10j)+L_10jf(L_10j,L_j) (15)

n条10kV线路能够转移的负荷L_a可以表示为：

e.供电能力裕度

供电能力裕度M可以表示为：

其中，P表示供电系统供电能力，L表示供电系统所带负荷大小。

(三)、经济性准则

经济性准则包括：

a.供电投资成本

我国电力工业推荐采用“最小年费用法”进行动态经济比较。因此，供电投资成本可按下式计算：

式中，U_in为平均分布在n年内的变电所年费用。U_ins为变电站投资成本，U_inl为输电线路投资成本，n_S为变电所的经济使用年限，n_L为线路的经济使用年限，r₀为电力工业投资回收率，本实施例中，现阶段取0.1。

变电所综合投资主要包括变压器综合投资、配电装置综合投资以及不可预见的附加投资等；线路投资费用主要是指线路的综合投资。架空线路的投资费用主要是变电所的出线投资,而电缆线路的投资费用则还应加上开闭所的投资和开闭所出线投资。

b.供电系统运行维护成本

重要用户供电系统运行维护成本计算公式为：

U_om＝U_oms+U_oml＝αΔA_S×10^-4+U_S1+αΔA_L×10^-4+U_L1 (19)

式中，U_oms和U_oml分别表示变电站和线路的运行维护成本，U_S1为变电所检修、维护费，α为电能电价，ΔA_S为变电所全年电能损失总值，U_L1为线路检修、维护费，ΔA_L为线路全年电能损失总值。

c.网损率

工程实际中，网损计算公式为：

(四)、电能质量准则

电能质量准则包括：

a.电压偏差(ΔU％)

电压偏差一般是指运行电压方均根值与系统标称电压之差对系统标称电压的百分比值(％)。其计算公式为：

式中：ΔU％为电压偏差的百分数；U_N为线路的额定电压；P，Q分别为线路上的有功和无功；R，X分别为线路的等效电阻和电抗。

b.三相不平衡度

三相电压的不平衡度通常用负序分量比正序分量的百分数来表示。其计算公式为：

式中：I₂为负荷电流的负序分量；U为线电压；S_k为公共连接点的短路容量。

c.谐波

谐波包括谐波电压和谐波电流，以谐波电压为例说明其求解公式，谐波电流可据此类比。谐波电压指标包括两方面：单项指标和综合指标。其中，单项指标主要是各次谐波电压含有率HRU_h，综合指标主要是反映用户设备因谐波造成热效应的总电压谐波畸变率指标THD_V。计算公式如下：

式中，U_hk是第k个DFT基本窗变换计算的h次谐波电压有效值，U_1k是第k个DFT基本窗计算的基波电压有效值，HRU_hk是第k个h次谐波电压含有率，THD_Vk为因第k次谐波造成热效应的电压谐波畸变率指标；

国际标准h≤50次。

d.频率偏差

按IEC61000-4-30的测量方法，运行频率是10s间隔内的整周期数与整周期数内的累积持续时间的比值。系统有功功率不平衡是产生频率偏差的根本原因。我国国标对系统运行频率规定了最大正负偏差的极值；行业标准(国家电网公司)在其频率管理规定中采用了年责任频率不合格的时间(单位s)和频率合格率K％指标，如下式所示：

评估指标打分如下：

本实施例中，评估指标丰富，评估指标的取值范围和数据单位差异性明显，为了有效地整合这些指标，需通过数据单位转换的方式给各评估指标打分。

评估指标打分即是权衡指标计算结果在对应指标取值范围中的优劣水平。评估指标打分需要明确两个因素，即指标取值范围和指标取值变化惰性。本实施例中拟依据指标打分因素、指标量值、某地区重要用户历史运行数据、专家经验和正态抽样理论给各指标打分。在评分过程中，以隶属度函数表示指标计算量值与得分之间的对应关系，并令每个指标的取值范围为[0,1]

以下为指标层各评估指标的指标评分公式，评分公式中的x为各指标值，y为该指标的得分。

(一)可靠性准则

a.负荷点故障率

指标得分计算公式：

b.负荷点年平均停电时间

指标得分积分公式为：

式中，t₀为负荷点平均停电时间的最大允许值。根据配电网持续停电时间的平均水平，本专利取t₀＝0.5h。

c.负荷点单次故障平均停电持续时间

指标得分计算公式为：

式中，t₀为负荷点单次故障平均停电时间的最大允许值。不同的重要用户对单次故障平均停电持续时间是不同，详见《重要电力用户供电电源及自备应急电源配置技术规范》(GB/Z 29328-2012)。这里取t₁＝60s

d.负荷点年单次故障最长持续停电时间

指标得分计算公式为：

式中，t₁为负荷点单次故障平均停电时间的最大允许值。这里取t₁＝60s。

e.重要用户平均供电不达标时间

指标得分计算公式为：

式中，供电不达标时间x的数值单位为天。

f.专线率

专线率为离散变量。重要用户的常见供电回路数为1至3回。其得分计算表如下：

供电回路为1回时评分表：

专线率(％)	0	100
			得分	0	1

供电回路为2回时评分表：

专线率(％)	0	50	100
				得分	0	0.8	1

供电回路为3回时评分表：

专线率(％)	0	33.3	66.7	100
					得分	0	0.6	0.8	1

g.线路属性

指标评分表为：

线路属性	架空线	二者混合	电缆
				得分	0.6	0.8	1

h.供电电源上级电源状况

指标评分表为：

i.供电电源数

指标评分表为：

j.供电回路/环数

指标评分表为：

供电回路数	单回路	双回路	三回路
				得分	0.6	0.9	1
供电环数	单环	双环	三环
				得分	0.6	0.9	1

k.自备应急电源工作属性

自备应急电源工作属性包括工作方式(热备/冷备)、持续供电时间、切换时间、切换方式、使用寿命、成本、节能与环保、容量和适用范围等因素。在给自备应急电源工作属性打分时需要综合考虑所有这些因素。

首先对各因素进行评分，然后确定各因素的权重分配，最后获取自备应急电源工作属性的得分。

k.1自备应急电源工作方式评分表：

工作方式	冷备	热备
			得分	0.5	1

k.2自备应急电源持续供电时间得分计算：

自备应急电源持续供电时间得分计算公式为：

k.3切换时间

指标计算公式为：

式中，t₁₂为重要用户的最大允许停电时间。

k.4切换方式

指标评分表为：

切换方式	手动/ATS	在线/STS
			得分	0.6	1

k.5使用寿命

指标得分计算公式为：

k.6成本

指标评分表为：

k.7节能与环保

指标评分表为：

k.8容量

指标得分计算公式为：

k.9适用范围

指标评分表：

上文给出了自备应急电源工作属性各因素的评分公式或依据。各因素之间的权重分配如下表所示：

l.多路电源切换时间

多路电源切换时间评分应以重要用户的最大允许停电时间为依据。

指标得分计算公式为：

m.线路联络率(％)

指标得分计算公式：

n.不同变电站联络线路比例(％)

指标得分计算公式：

o.配变信息采集率(％)

指标得分计算公式：

p.配电自动化终端覆盖率(％)

指标得分计算公式：

q.重要用户供电系统的保护配置

指标评分表为：

保护配置	电流保护	低电压保护	距离保护	纵差保护
					得分	0.5	0.5	0.8	1

(二)适应性准则

a.线路重载比例(％)

指标得分计算公式：

b.配变重载比例(％)

指标得分计算公式：

c.线路N-1安全性指标

指标得分计算公式：

主变N-1安全性指标

指标得分计算公式为：

(三)经济性准则

a.供电投资成本

指标得分计算公式为：

式中，C_min和C_max分别为供电投资成本最小值和最大值。

b.供电系统运行维护成本

指标得分计算公式为：

式中，C_min和C_max分别为年运维成本最小值和最大值。

c.网损率(％)

指标得分计算公式：

(四)电能质量准则

a.电压偏差(％)

指标得分计算公式为：

式中，U₀为负荷点允许的最大电压偏差量，此处以2％计。γ取0.25。

b.三相不平衡度(％)

指标得分计算公式为：

式中，e₀为负荷点允许的最大电压偏差量，此处以10％计。γ取0.05。

c.谐波

各次谐波指标得分计算公式为：

指标得分计算公式为：

式中，h₀为负荷点允许的最大电压偏差量。

d.频率偏差(％)

指标计算公式为：

式中，f₀为负荷点允许的最大电压偏差量，此处以10％计。γ取0.05。

步骤四、对评估准则下的所述评估指标和准则层的评估准则进行权重分配。

评估准则包括供电的可靠性准则、适应性准则、经济性准则和电能质量准则。

评估指标的权重分配按分层分组、自下而上的方式进行，方案层没有指标，故不在指标权重分配的考虑范围内。

准则层对所述评估准则下各指标层的所述评估指标进行权重分配，准则层的指标按评估准则进行分组，各指标组的权重总和皆为1，组内所述评估指标按相对于准则层中对应评估准则的重要程度进行权重分配。

重要程度属于主观因素，具有一定的模糊性，因此这里借助9位标度法和专家经验来确定各层各组指标的权重分配，具体步骤如下：

①按组构造指标判断矩阵

依据专家经验将各组指标按重要程度排序，按表1给出相邻两指标的权重对比，构成指标判断矩阵A＝(a_ij)_n×n。其中，n表示一个指标组所含指标的个数，对于不同的指标组n的取值也不同。

表1九位标度法的含义

②指标判断矩阵的层次单排序

指标判断矩阵仅给出了相邻两指标的权重对比，并没有揭示出各指标对上层指标的权重。为了实现这一目标，还需对指标判断矩阵进行层次单排序，具体过程如下：求取判断矩阵A的最大特征根λ_max及对应于λ_max的正规化特征向量W，对W进行归一化后即为同一层次同一组指标相对于上层应对指标的权重向量。

表2重要用户供电模式评估指标权重分配

③对指标判断矩阵的一致性检验

矩阵一致性的定义式为：

a_ik＝a_ij·a_jk＝a_ij/a_kj i,j,k＝1,2,...,n (49)

当指标判断矩阵满足上式时，所有相邻两指标权重对比的结果都是准确的。但权重对比分析带有较强的主观片面性和模糊性，即便是参考了丰富的专家经验，仍然难以保证所获得的指标判断矩阵满足一致性。当指标权重对比结果偏离一致性程度较大时，所获得的指标判断矩阵将不具有实用意义。

矩阵一致性的衡量指标为：

CI＝(λ_max-n)/(n-1) (50)

CI表征了指标判断矩阵偏离一致性的程度。CI越小，则指标判断矩阵的一致性越好。当CI不大于0.01时，可认为所获得的指标判断矩阵具有满意的一致性。当判断矩阵不满足一致性时，可采用和积法[11]对矩阵进行调整，直至其满足一致性。

④专家干预权重

若对权重计算的结果仍不满意，还可直接手动设定专家认为有意义的权重值。当专家对指标间相对重要性的判断很肯定或存在有关论证结论时，也可以不建立判断矩阵，由专家直接给出权重值，即“专家干预权重”。

本专利根据层次分析法和专家经验确定了图2中各个指标的权重，如表2所示。

步骤五、对所述评估准则进行评分，确定供电模式的分值。

对准则层的评估准则进行评分，对所述评估准则评估方法包括：判断评估对象的所述可靠性准则、适应性准则、经济性准则和电能质量准则的优劣对比及与所述重要电力用户用电需求和负荷特性的匹配程度；依次获得单项评估结果和综合评估结果。

准则层包含四个评估准则的评分方法相同，依据下式给准则层各评估准则打分：

式中，a_k和r分别表示某准则层指标下辖指标层指标及其数量，v_k表示a_k的相对于上级指标的权重。准则层指标的权重分配与指标层权重分配方法相同，这里不赘述。设u₁、u₂、u₃和u₄分别表示准则层四个指标的评分，b₁、b₂、b₃和b₄分别表示对应指标的权重，则各供电模式的最终得分为：

国标GB/Z 29328-2012规划的14种重要用户典型供电模式按照供电电源回路数分为I、II、III三类供电方式，分别描述如下：

A)三电源供电：模式I

I.1：三路电源来自三个变电站，全专线进线；

I.2：三路电源来自两个变电站，两路专线进线，一路环网/手拉手公网供电进线；

I.3：三路电源来自两个变电站，两路专线进线，一路辐射公网供电进线；

B)双电源供电：模式II

II.1：双电源(不同方向变电站)专线供电；

II.2：双电源(不同方向变电站)一路专线、一路环网/手拉手公网供电；

II.3：双电源(不同方向变电站)一路专线、一路辐射公网供电；

II.4：双电源(不同方向变电站)两路环网/手拉手公网供电进线；

II.5：双电源(不同方向变电站)两路辐射公网供电进线；

II.6：双电源(同一变电站不同母线)一路专线、一路辐射公网供电；

II.7：双电源(同一变电站不同母线)两路辐射公网供电；

C)双回路供电：模式III

III.1：双回路专线供电；

III.2：双回路一路专线、一路环网/手拉手公网进线供电；

III.3：双回路一路专线、一路辐射公网进线供电；

III.4：双回路两路辐射公网进线供电。

依据前文描述的评估方法，对这14种供电模式的仿真结果如表3所示：

表3种典型供电模式评估结果

最后应当说明的是:以上实施例仅用于说明本申请的技术方案而非对其保护范围的限制,尽管参照上述实施例对本申请进行了详细的说明,所属领域的普通技术人员应当理解:本领域技术人员阅读本申请后依然可对申请的具体实施方式进行种种变更、修改或者等同替换，但这些变更、修改或者等同替换，均在申请待批的权利要求保护范围之内。

Claims (8)

1.一种基于层次分析法的重要电力用户供电可靠性评估方法，其特征在于：所述方法包括：

I、根据评估指标运用层次分析法建立评估重要电力用户供电可靠性的评估结构；

II、确定候选的供电模式；

III、计算指标层中评估准则的评估指标并对所述评估指标进行指标评分；

IV、对评估准则下的所述评估指标和准则层的评估准则进行权重分配；

V、对所述评估准则进行评分，确定供电模式的分值；

VI、所述步骤V中，对准则层的评估准则进行评分，对所述评估准则评估方法包括：S501、判断评估对象的可靠性准则、适应性准则、经济性准则和电能质量准则的优劣对比及与所述重要电力用户用电需求和负荷特性的匹配程度，依据下式给准则层各评估准则打分：

式中，a_k和r分别为所述准则层的评估准则下辖指标层的评估指标及其数量，v_k为a_k的相对于上级指标的权重；所述准则层评估准则的权重分配与指标层权重分配方法相同；

S502、依次获得单项评估结果和综合评估结果，各供电模式的最终得分如下式所示：

u_k为评估指标的评分，b_k为评估准则的权重；

所述适应性准则包括：

a.线路重载比例，如下式进行指标计算：k_olla＝n_oll/n_sl，式中，n_oll为重载线路数量，n_sl为线路总数；

b.配变重载比例，如下式进行指标计算：k_olta＝n_olt/n_st，式中，n_st为配电变压器总台数；n_olt为重载配变数量；

c.线路N-1安全性指标，指标计算方法为：确定评估系统内满足线路N-1安全准则的线路数占总线路数的比例；

d.线路负荷转移率，指标计算方法为：确定评估系统内公用线路在N-1情况下可转移的负荷占公用线路总负荷的比例；

e.供电能力裕度M，如下式进行指标计算：

式中，P为供电系统供电能力，L为供电系统所带负荷。

2.如权利要求1所述的供电可靠性评估方法，其特征在于：所述步骤I中，所述评估结构包括依次进行的确定候选供电模式的方案层、进行各评估指标的量值计算和评分的指标层、对评估准则下辖的评估指标进行权重分配并对准则层的评估准则进行综合打分的准则层，及准则层的所述评估指标进行权重分配从而确定各供电模式的最终得分的目标层。

3.如权利要求2所述的供电可靠性评估方法，其特征在于：所述步骤III的所述评估指标为表征所述供电模式的可靠性准则、适应性准则、经济性准则和电能质量准则给出的评估指标；

所述可靠性准则、适应性指准则、经济性准则和电能质量准则根据不同配电系统和所述重要电力用户结合专家经验确认。

4.如权利要求1所述的供电可靠性评估方法，其特征在于：所述步骤IV中，所述评估准则包括供电的可靠性准则、适应性准则、经济性准则和电能质量准则；

权重分配包括以下步骤：准则层对所述评估准则下各指标层的所述评估指标进行权重分配，准则层的指标按评估准则进行分组，各指标组的权重总和皆为1，组内所述评估指标按相对于准则层中对应评估准则的重要程度进行权重分配。

5.如权利要求4所述的供电可靠性评估方法，其特征在于：所述步骤IV包括以下步骤：

根据指标层的评估指标建立指标判断矩阵，所述指标判断矩阵给出相邻两评估指标的权重对比，对所述指标判断矩阵进行层次单排序，获得所述评估指标对所述评估准则的权重。

6.如权利要求5所述的供电可靠性评估方法，其特征在于：所述层次单排序包括以下步骤：确定所述判断矩阵的最大特征根λ_max及对应于λ_max的正规化特征向量W，所述正规化特征向量W进行归一化后为同一层次同一组指标相对于上层应对指标的权重向量。

7.如权利要求1所述的供电可靠性评估方法，其特征在于：所述步骤III中所述评估准则包括：可靠性准则、适应性准则、经济性准则和电能质量准则；

所述可靠性准则包括：

a.负荷点故障率λ，所述负荷点故障率包括强迫故障率λ_α和计划停电率λ_β，如下式进行指标计算：

式中，t₀为统计时间，以年计；λ0、λ1和λ2分别为统计时间内总故障次数、强迫故障次数和计划停电次数；

b.负荷点平均停电时间U、平均强迫停电时间U_α、平均计划停电时间U_β，如下式进行指标计算：

式中，U0、U1和U2分别为统计时间内总停电时间、强迫停电时间和计划停电时间；

c.单次故障平均停电持续时间r、单次强迫故障平均停电持续时间r_α、单次计划停电平均停电持续时间r_β，如下式进行指标计算：

式中，λ为负荷点故障率，U为负荷点平均停电时间；U_α为平均强迫停电时间；U_β为平均计划停电时间；

d.单次故障最长持续停电时间t、单次强迫故障最长持续停电时间t_α、单次计划停电最长持续停电时间t_β，如下式进行指标计算：

式中，u₁,u₂,...,u_nu为统计年内每次故障持续时间；uα₁,uα₂,...,uα_nuα为统计年内每次强迫故障持续时间；uβ₁,uβ₂,...,uβ_nuβ为统计年内每次计划停运持续时间；nu、nuα和nuβ分别为统计年内总故障次数、强迫故障次数和计划停运次数；

e.重要用户平均供电不达标时间，指标计算方法为：重要用户不达标供电时间除以统计年限获得；

f.专线率，指标计算方法为：重要电力用户专用供电线路回数除以总供电线路回数；

g.线路属性Pline，如下式进行指标计算：Pline＝x|x∈{架空线、电缆、混合线路}；

h.同杆/同沟线路公里数lnh，如下式进行指标计算：lnh＝lnh_t+lnh_g，式中，lnh_t和lnh_g分别为同杆线路和同沟线路的长度；

i.供电电源上级电源状况ssors，如下式进行指标计算：

j.供电电源数nsors，如下式进行指标计算：nsors＝x|x∈{单电源，双电源，三电源}；

k.供电回路/环数nlop，如下式进行指标计算：

l.自备应急电源工作属性，指标计算方法为：确定自备应急电源工作属性与重要电力用户的匹配程度；

m.多路电源切换时间t_ssh，如下式进行指标计算：t_ssh＝max{t_ssh1,t_ssh2}，式中，t_ssh1为负荷电路从常用电源切换到备用电源的用时，t_ssh2为将负荷电路从备用电源切换至常用电源的用时；

n.馈线分段数、联络线数；

o.配变信息采集率，指标计算方法为：确定重要用户供电系统中运行信息可上传配变占总配变数量的比例；

p.馈线自动化终端覆盖率，指标计算方法为：确定配电自动化终端覆盖率为具备“两遥”及以上功能开关数量占开关总数的比例；

q.重要用户供电系统的保护配置cnp，如下式进行指标计算：

所述经济性准则包括：

a.供电投资成本，如下式进行指标计算：

式中，U_in为平均分布在n年内的变电所年费用；U_ins为变电站投资成本，U_inl为输电线路投资成本，n_S为变电所的经济使用年限，n_L为线路的经济使用年限，r₀为电力工业投资回收率；

b.供电系统运行维护成本，如下式进行指标计算：U_om＝U_oms+U_oml＝αΔA_S×10^-4+U_S1+αΔA_L×10^-4+U_L1，式中，U_oms和U_oml分别为变电站和线路的运行维护成本，U_S1为变电所检修、维护费，α为电能电价，ΔA_S为变电所全年电能损失总值，U_L1为线路检修、维护费，ΔA_L为线路全年电能损失总值；

c.网损率，如下式进行指标计算：

所述电能质量准则包括：

a.电压偏差ΔU％，如下式进行指标计算：

式中：ΔU％为电压偏差的百分数，U_N为线路的额定电压，P，Q分别为线路上的有功和无功；R，X分别为线路的等效电阻和电抗；

b.三相不平衡度，如下式进行指标计算：

式中：I₂为负荷电流的负序分量，U为线电压，S_k为公共连接点的短路容量；

c.谐波，如下式进行指标计算：

式中，U_hk为第k个DFT基本窗变换计算的h次谐波电压有效值，U_1k为第k个DFT基本窗计算的基波电压有效值，HRU_hk为第k个h次谐波电压含有率，THD_Vk为因第k次谐波造成热效应的电压谐波畸变率指标；

d.频率偏差，如下式进行指标计算：

8.如权利要求1所述的供电可靠性评估方法，其特征在于：所述步骤III中，指标评分方法为确定评估指标计算结果在所述评估指标的取值范围内的优劣水平；

评分方法包括：根据所述评估指标的取值范围和指标取值的变化惰性对所述评估指标进行打分。

Images