CN106384307A - 一种县域配电网规划差异化评估方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种县域配电网规划差异化评估方法，涉及配电网规划的评估。该方法针对待评估电网规划区域的特点，确定评估指标体系，采用总体最小二乘法构建各指标的评分函数，采用模糊层次分析法与G1法相结合的主观分析法来确定各项指标权重的配置，按照规划中未来各年份的预测数据，给出未来各年份的总分值，依据总分值对待评估电网规划进行评估。本发明的优点是：可对未来年的配电网规划进行科学的、综合的、全面的评估；可针对待评估县域配电网的特点，结合其实际发展需要对配电网规划进行差异化评估；可对未来年的配电网规划进行较长时间尺度的逐年比较，对改进电网规划有指导性作用，有利于促进电网整体素质的提升。

Description

一种县域配电网规划差异化评估方法

技术领域

本发明涉及配电网规划的评估，更具体涉及县域配电网规划的评估。

背景技术

对电网区域进行科学合理的划分一直是电网发展过程中的研究热点，通过对某一大区域内多个局域配电网进行划分，可以研究不同类别配电网的发展方向与路线，从而可以差异化满足该区域内电网的整体发展需求。

电网区域划分受众多诸如主干线路平均供电半径、截面半径是否满足规程要求的比例、供电可靠率、综合电压合格率等的影响，这些因素不达标会影响到工业生产和用户的日常生活，威胁到电网的稳定运行，因此，在制定与实施电网规划分区方案之前，必须对这些影响因素进行合理的归类与评估，以确保分区方案的全面性与合理性。

传统的配电网评价体系大多根据专家经验法进行指标类别的判定，且大多数指标评估中的权重算法也较为单一，少部分文献中才会运用到两种算法的结合来算权重。这些体系的建立方法和权重处理方案不够精细，并没有考虑到整个配电网指标体系的科学合理性。而且，大部分的电网区域都是基于电压、电流等局部因素进行划分的。因此亟需一种合理且全面的划分方法为配电网规划提供决策支持。

参考文献1：一种配电网规划方案多阶段综合评估方法，专利申请号：CN201310182261.5，专利公开号：CN103310298A。

该专利中所应用的配电网规划评估方法不仅体现配电网规划方案的逐年演变过程，而且可反映规划方案各项建设改造项目部署时序的合理程度，解决了之前配电网规划综合评估研究主要针对规划目标年电网展开，忽略其它规划年份电网的评估的缺陷。本专利在继承该专利可对配电网规划进行长时间尺度逐年评估的基础上，在明确各指标的物理属性和经济属性的基础上，采用总体最小二乘法优化了指标的评估结果，使其可信性大大增强；本专利在配置各指标权重时采用了将模糊层次分析法和G1法相结合的新的赋权方法，使得赋权结果比该专利的赋权结果更为准确。

参考文献2：一种配电网评估规划方法，专利申请号：CN201410639266.0，专利公开号：CN104392276A。

该专利发明的方法可利用各种指标综合进行权衡的方式给出客观、全面、综合的配电网质量评价，而传统的配电网评估则主要对可靠性、安全性、供电质量等单项指标进行评估，解决了配电网新的规划过程中原有评估方法模式单一，规划效率低等问题。由于该专利是基于网络拓扑和潮流计算得到各指标数值，所以其不仅只能用于小片区的配电网规划评估，无法对县域或更大区域配电网规划进行全面评估，而且无法评估配电网规划的建设经济性等相关方面。而本专利以未来配电网的运行数据和规划内容为依托，借助运筹学最新成果，通过科学计算评估大区域的配电网规划综合水平。

参考文献3：方欢欢，程浩忠，辛洁晴，等(Fang Huanhuan，Cheng Haozhong，XinJieqing，et al).配电网规划评估指标体系(Indices system of distribution networkplanning evaluation)[J].电力系统及其自动化学报(Proceedings of theCSU-EPSA)，2013，06：106-111.

该文从安全性、经济性、灵活性、可靠性、协调性五个方面研究配电网评估指标，对配电网进行综合评估。其中，各指标评分函数是依据专家经验得到的阶跃函数，而指标赋权则是通过采取主客观赋权方法相结合的方式得到。虽然该文配电网规划评估相关指标包含范围较为全面，但是未就如何得到所有指标的评分函数给出详细说明，而且采用主客观赋权方法相结合的方式所得到的指标权重配置结果在被实际应用后发现其并不适用于配电网规划评估。

参考文献4：羌丁建，寿挺，朱铁铭，等(QiangDingjian，Shou Ting，Zhu Tieming，et al).高压配电网规划评价指标体系与综合评价模型(An evaluation index systemand comprehensive evaluation model on high voltage distribution networkplanning)[J].电力系统保护与控制(Power System Protection and Control)，2013，21：52-57.

该文从协调性、适应性、经济性、可靠性等四个方面，基于德尔菲法修正的层次分析法，建立了一套适用于110kV及35kV的高压配电网规划评价指标体系。该文的局限性包含如下三点：一、只可用于高压配电网规划的评估；二、仅可用于某一年度的配电网规划评估；三、部分指标数据获取难度大，花费的人力物力成本高。

发明内容

本发明的目的是：提供一种县域配电网规划差异化评估方法。该方法针对待评估电网规划区域的特点，确定评估指标体系，采用总体最小二乘法构建各指标的评分函数，以及各指标权重的配置，按照规划中未来各年份的预测数据，给出未来各年份的总分值，依据总分值对待评估电网规划进行评估。该评估方法具有客观、科学的特点，对改进电网规划有指导性作用。

为了达到上述目的，本方法采用如下技术方案。

一种县域配电网规划差异化评估方法，该方法包含下列步骤：

a、根据国家电网公司供电区域的类别划分方法，确定待评估电网规划区域的区域类别；

b、由专家针对该区域类别的特点，对国家电网公司标准配电网评估表中的评估指标进行增减，得到有N个指标的该区域类别评估指标体系；

c、对该区域类别评估指标体系中的第k个指标，由专家给出m个不同指标值(x_k1x_k2 L x_km)^T所对应的分数值Y_k＝(y_k1 y_k2 L y_km)^T,采用总体最小二乘法构建各指标的评分函数，其中k＝1，2，…,N；

d、专家依据待评估规划区域的侧重点对N个指标在配电网评估的相对重要性进行排序，采用模糊层次分析法和G1法得到所有N个指标权重的配置方案；

e、将待评估电网规划中未来各年份的预测数据，分别代入到各指标的评分函数，得到所有N个指标的分数；

f、按照步骤d中对N个指标权重的配置方案所确定的权重，将所有N个指标的分数加权求和，得到待评估规划未来各年份的总分值；

g、如果待评估规划未来各年份的总分值逐年提高较快，表示该待评估规划实施后，待评估电网规划区域的电网总体状态改善较快；如果待评估规划未来各年份的总分值出现下降，则表示该待评估规划实施后，会给待评估电网规划区域的电网总体状态带来损害；上述结果给配电网规划的取舍提供了参考依据。

本发明结合县域配电网规划的特点，对国家电网公司的标准配网评估表中的指标进行增减，最后得出能够反映县域配电网规划特点的、满足实际要求的配电网规划评估指标表。基于得到的配电网规划评估指标表，借助运筹学相关理论解决了县域配电网差异化的评估问题。

本发明的优点是：可对未来年的配电网规划进行科学的、综合的、全面的评估；可针对待评估县域配电网的特点，结合其实际发展需要对配电网规划进行差异化评估；可对未来年的配电网规划进行较长时间尺度的逐年比较，帮助配电网规划的制定者更好地安排配电网规划中的建设项目；对改进电网规划有指导性作用，有利于促进电网整体素质的提升。

具体实施方式

实施例一

一种县域配电网规划差异化评估方法，该方法包含下列步骤：

a、根据国家电网公司供电区域的类别划分方法，确定待评估电网规划区域的区域类别；

b、由专家针对该区域类别的特点，对国家电网公司标准配电网评估表中的评估指标进行增减，得到有N个指标的该区域类别评估指标体系；

c、对该区域类别评估指标体系中的第k个指标，由专家给出m个不同指标值(x_k1x_k2 L x_km)^T所对应的分数值Y_k＝(y_k1 y_k2 L y_km)^T,采用总体最小二乘法构建各指标的评分函数，其中k＝1，2，…,N；

d、专家依据待评估规划区域的侧重点对N个指标在配电网评估的相对重要性进行排序，采用模糊层次分析法和G1法得到所有N个指标权重的配置方案；

e、将待评估电网规划中未来各年份的预测数据，分别代入到各指标的评分函数，得到所有N个指标的分数；

f、按照步骤d中对N个指标权重的配置方案所确定的权重，将所有N个指标的分数加权求和，得到待评估规划未来各年份的总分值；

g、如果待评估规划未来各年份的总分值逐年提高较快，表示该待评估规划实施后，待评估电网规划区域的电网总体状态改善较快；如果待评估规划未来各年份的总分值出现下降，则表示该待评估规划实施后，会给待评估电网规划区域的电网总体状态带来损害；上述结果给配电网规划的取舍提供了参考依据。

实施例二

一种县域配电网规划差异化评估方法，该方法包含下列步骤：

根据国家电网公司供电区域的类别划分方法，确定待评估电网规划区域的区域类别，如表1所示。

表1国家电网公司供电区域类别划分表

由专家针对该区域类别的特点，对国家电网公司标准配电网评估表中的评估指标进行增减，得到有N个指标的该区域类别评估指标体系(如表2所示)；

表2某省配电网规划评估表

继而对第k个指标，k＝1，2，…,N；专家给出m个不同指标值(x_k1 x_k2 L x_km)^T所对应的分数分别为Y_k＝(y_k1 y_k2 L y_km)^T,其二次评分函数的参数为W_k＝(a_k b_k c_k)^T，且构造矩阵方程

X_kW_k＝Y_k (1)

式(1)中

由于X_k为正定的范德蒙德矩阵，且x_k1≠x_k2L≠x_km，故X_k的秩为3，此时利用总体最小二乘法可确定一组该超定方程唯一的作为(a_k b_k c_k)^T的估计值。

考虑扰动量时原矩阵(1)可改写为

(X_k+E_k)W_k＝Y_k+e_k (2)

式(2)又可简化表示为

(B_k+D_k)P_k＝0 (3)

式(3)中，B_k＝(X_k Y_k)，D_k＝(E_k e_k)，P_k＝(W_k -1)^T。

用总体最小二乘法求解齐次方程式(3)即为解决约束最优化问题，有

$min\left|\right|D_k|{|}_F^2---\left(4\right)$

式(4)中，||D||_F是矩阵D的F范数，有

$\left|\right|D_k|{|}_F={\left(\underset{i=1}{\overset{m}{\mathrm{\Σ}}}\underset{j=1}{\overset{n+1}{\mathrm{\Σ}}}{d}_{ij}\right)}^{\frac{1}{2}}=tr\left({D_k}^H{D}_k\right)---\left(5\right)$

约束条件为

(Y_k+e_k)∈Range(X_k+E_k) (6)

即若(Y_k+e_k)∈C^m×1，则一定存在W_k∈C^(n+1)×1，使得

(Y_k+e_k)＝(X_k+E_k)W_k (7)

对B_k做奇异值分解，即

B_k＝U_k∑_kV_k ^H (8)

式(8)中∑_k＝diag(σ_k,1，σ_k,2，L,σ_k,n+1)，U_k＝(u_k1,u_k2,L,u_km)，V_k＝(v_k1，v_k2,L,v_k,n+1)，U_k和V_k分别是m和n+1列的正交阵，σ_k,1≥σ_k,2≥L≥σ_k,n+1≥0是B_k的奇异值。

如果矩阵B_k的最小奇异值唯一，则其总体最小二乘解为

$W_{k,TLS}=-\frac{1}{v_k(n+1,n+1)}\left[\begin{array}{c}{v}_k(1,n+1)\\ M\\ v_k(n,n+1)\end{array}\right]---\left(9\right)$

式(9)中v_k(i,n+1)是V_k的第n+1列的第i个元素。

如果矩阵B_k的最小奇异值不唯一，则令

V_k′＝(v_k,p+1,L,v_k,n+1) (10)

式(10)中p为主奇异值的个数。计算Householder变换矩阵Q_k，使得

$V_k^{\′}{Q}_k=\left[\begin{array}{cc}{\mathrm{\α}}_k& 0\\ {\mathrm{\β}}_k& \×\end{array}\right]---\left(11\right)$

式(11)中α_k为一标量，×表示其数值不起作用的块矩阵。

对V_k′做如下分块

$V_k^{\′}=\left[\begin{array}{c}{\mathrm{\χ}}_k\\ {\mathrm{\λ}}_k\end{array}\right]---\left(12\right)$

式(12)中χ_k是V_k′的第一行。则其总体最小二乘解的最小范数解为

$W_{k,TLS}=\frac{{\mathrm{\λ}}_k{\mathrm{\χ}}_k^H}{{\mathrm{\χ}}_k{\mathrm{\χ}}_k^H}={{\mathrm{\α}}_k}^{-1}{\mathrm{\λ}}_k{\mathrm{\χ}}_k^H---\left(13\right)$

根据总体最小二乘法，针对D类地区的单线单变率该指标，专家分别设定指标值1，0.6，0.3，0.15，0.05，1的相应得分分别为0分，20分，40分，60分，80分，100分，则可得到该指标的评分函数的参数矩阵W＝(115.82,-214.66,98.82)。其余指标的参数矩阵亦可据此得出。

故n个指标的评分函数的参数矩阵为

$W=\left(\begin{array}{ccc}{a}_1& b_1& c_1\\ a_2& b_2& c_2\\ M& M& M\\ a_n& b_n& c_n\end{array}\right)=\left(\begin{array}{c}{W}_1^T\\ W_2^T\\ M\\ W_n^T\end{array}\right)---\left(14\right)$

设原始数据评分阵为

$Z=\left(\begin{array}{cccc}{z}_1^2& z_2^2& L& z_n^2\\ z_1& z_2& L& z_n\\ 1& 1& L& 1\end{array}\right)---\left(15\right)$

式(15)中，z_k为指标k的原始数据，当指标体系中各指标的评分权重一致时，可直接得到待评价对象的总得分为

$S=tr\left(WZ\right)=tr\left(\left[\begin{array}{c}{W}_1^T\\ W_2^T\\ M\\ W_n^T\end{array}\right]\left(\begin{array}{cccc}{z}_1^2& z_2^2& L& z_n^2\\ z_1& z_2& L& z_n\\ 1& 1& L& 1\end{array}\right)\right)---\left(16\right)$

式(16)中，S为待评价对象的总得分。

用模糊层次分析法计算各指标权重首先需要构造判断矩阵，一般选取O.1-0.9标度法构造原始判断矩阵。

表3标度值0.1-0.9的含义

数值	含义
		0.1	指标xi绝对不如指标xj重要
0.3	指标xi明显不如指标xj重要
		0.5	指标xi与指标xj同样重要
0.7	指标xi明显比xj指标重要
		0.9	指标xi绝对比指标xj重要
0.2,0.4,0.6,0.8	表示上述相邻判断的中间值

以0.1-0.9标度法构造的判断矩阵A＝(a_ij)为互补阵，其元素满足：

(1)0＜a_ij＜1；(2)a_ij+a_ji＝1；(3)a_ii＝0.5。

其中，a_ij表示指标x_i相对指标x_j的重要度。

对所构造且满足一致性检验的判断矩阵进行计算可以得出各指标权重。若判断矩阵不满足一致性检验则需要加以修正直到其满足为止。可以在充分借鉴判断矩阵判断信息的基础上通过下述方法修正判断矩阵以使其满足一致性前提，即

$c_i=\frac{1}{m}\underset{k=1}{\overset{m}{\mathrm{\Σ}}}{a}_{ik}---\left(17\right)$

$b_{ij}=\frac{c_i-c_j}{2}+0.5---\left(18\right)$

B＝(b_ij)_m×n即为修正后的判断矩阵。

根据判断矩阵B，利用式(19)即

Bω＝λ_maxω (19)

求出最大特征值λ_max所对应特征向量ω，再对其作归一化处理，即为各个评价指标的权重分配。

用G1法对指标赋权时，首先需要确定指标的相对重要权关系矩阵X＝(x₁,L x_m)，然后给出相邻评价指标x_i-1与x_i相对重要程度比矩阵R＝(r₁,L r_m-1)，构造相对重要程度比矩阵一般采用1.0-1.8标度法。

表4标度值1.0-1.8的含义

数值	含义
		1.0	指标xi-1与指标xi同样重要
1.2	指标xi-1比指标xi稍微重要
		1.4	指标xi-1与指标xi明显重要
1,6	指标xi-1比指标xi强烈重要
		1,8	指标xi-1比指标xi绝对重要
1.1、1.3、1.5、1.7	表示上述相邻判断的中间值

因此，第m个指标(最后一个指标)的权重w_m为

$w_m={(1+\underset{k=2}{\overset{m}{\mathrm{\Σ}}}\underset{i=k}{\overset{m}{\mathrm{\Σ}}}{r}_i)}^{-1}---\left(20\right)$

第k个指标(中间某一指标)的权重w_k为

w_k-1＝r_kw_k (21)

根据上述原理，针对指标体系中的指标进行权重分配。首先由专家给出该类别区域的指标体系的一级指标权重判断矩阵。

表5 D类地区一级指标的模糊层次分析法判断矩阵

继而给出其G1法的指标排序表和标度矩阵表

表6 D类地区一级指标的G1法指标排序表

表7 D类地区一级指标的G1法标度矩阵

标度R

1

1

1.2

1.2

1.2

1.2

1

最后，计算出基于模糊层次分析法和G1法的一级指标权重及最终权重结果

表8 D类地区一级指标的权重表

各三级指标的计算方法和流程与上述方法相同，不再赘述。

最后系统评估湖北省某县域配电网规划在十三五期间的未来四年得分情况

表9某县域配电网规划得分表

	2016	2017	2018	2019
					供电能力	9.38	9.86	10.45	10.65
结构水平	7.44	8.56	8.42	9.03
					低电压问题	8.52	8.43	7.13	7.52
设备运行水平	5.57	5.87	7.24	6.92
					智能化发展水平	4.55	4.64	4.73	5.02
投资敏感度及运行经济性	5.94	6.24	6.35	6.95
					供电服务质量	7.73	8.02	8.21	8.78
规划落地性及预测准确性	9.53	10.56	9.75	9.24
					总分	58.66	62.18	62.28	64.11

由表9可知该县域配电网的整体规划水平是逐年提高的，其中供电能力、结构水平、智能化发展水平、投资敏感度与运行经济性、供电服务质量等指标的得分保持了逐年增长；而低电压问题的得分却在2016-2018年出现了逐年递减，分析后发现是因为规划投运的新配变设备投运较晚，无法满足该地区的用电需要，设备容载比下滑较大，应将规划投运的时间点做提前处理；设备运行水平在2017年和2018年得分下降的原因是刚好有一批配变设备超出了运行年限，规划部门应就老旧设备具体使用情况逐批淘汰；规划落地性与预测准确性得分出现波动是因为根据历史数据修正出来的预测数据与历史年数据有较大关联性，得分不高既有可能因为历史年得分不高，也有可能因为新建设项目在某一时间段较为密集。实例证明，根据得分结果能够准确而全面的分析出配电网规划的薄弱之处，并可有针对的予以增强。

本发明提出了一套满足实际要求的可差异化评估配电网规划的指标体系，利用该指标体系可对配电网发展状况不同的县域，针对其自身特点和发展要求，评估出该地配电网规划的水平，为配电网规划的制定起到辅助作用。实例证明该指标体系有较好的应用价值，值得进一步推广。

Claims (1)

1.一种县域配电网规划差异化评估方法，其特征在于：该方法包含下列步骤：

a、根据国家电网公司供电区域的类别划分方法，确定待评估电网规划区域的区域类别；

b、由专家针对该区域类别的特点，对国家电网公司标准配电网评估表中的评估指标进行增减，得到有N个指标的该区域类别评估指标体系；

c、对该区域类别评估指标体系中的第k个指标，由专家给出m个不同指标值(x_k1 x_k2 Lx_km)^T所对应的分数值Y_k＝(y_k1 y_k2 L y_km)^T,采用总体最小二乘法构建各指标的评分函数，其中k＝1，2，…,N；

d、专家依据待评估规划区域的侧重点对N个指标在配电网评估的相对重要性进行排序，采用模糊层次分析法和G1法得到所有N个指标权重的配置方案；

e、将待评估电网规划中未来各年份的预测数据，分别代入到各指标的评分函数，得到所有N个指标的分数；

f、按照步骤d中对N个指标权重的配置方案所确定的权重，将所有N个指标的分数加权求和，得到待评估规划未来各年份的总分值；

g、如果待评估规划未来各年份的总分值逐年提高较快，表示该待评估规划实施后，待评估电网规划区域的电网总体状态改善较快；如果待评估规划未来各年份的总分值出现下降，则表示该待评估规划实施后，会给待评估电网规划区域的电网总体状态带来损害；上述结果给配电网规划的取舍提供了参考依据。