CN112785060A

CN112785060A - 一种配电网精益化运维水平优化方法

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Publication number: CN112785060A
Application number: CN202110096476.XA
Authority: CN
Inventors: 吴建斌; 谷志红; 王正; 温伟; 张�荣; 邢晓霞; 白桦
Original assignee: Economic and Technological Research Institute of State Grid Shanxi Electric Power Co Ltd
Current assignee: Economic and Technological Research Institute of State Grid Shanxi Electric Power Co Ltd
Priority date: 2021-01-25
Filing date: 2021-01-25
Publication date: 2021-05-11

Abstract

本发明公开了一种配电网精益化运维水平优化方法，包括如下步骤：S1、基于层次分析法、熵权法、最小二乘法和优劣解距离法，建立配电网精益化运维水平评价模型；S2、选取m个评价对象；S3、将m个评价对象输入步骤S1的评价模型，得到各评价对象的欧式距离及相对贴近度；S4、将步骤S3得到的各评价对象的相对贴近度按从大到小的顺序进行排序，即为配电网精益化运维水平从高到低的排序，针对配电网精益化运维水平低的评价对象，根据该评价对象的欧式距离，确定该评价对象的具体薄弱指标，调整所述薄弱指标对应的评价项目以优化该区域配电网精益化运维水平。通过对配电网精益化运维水平差的因素进行改进，可以进一步提高配电网的精益化运维水平。

Description

一种配电网精益化运维水平优化方法

技术领域

本发明涉及配电系统领域，具体涉及一种配电网精益化运维水平优化方法。

背景技术

配电网是电网重要的组成部分，和广大用户紧密关联，配电网对实现用户可靠电力供应，促进地区经济发展，保持社会和谐稳定发挥着至关重要的作用，同时建设精益运维的智能配电网是能源互联网建设和功能重组优化的迫切需要，是提升公司配电网投资效率和管理水平，夯实公司配电网可持续发展的基础，随着“精益运维的智能配电网”的发展，配电网的结构日趋完善，配电网的日常运行及维护工作也越来越复杂，给配电网的管理工作带来了巨大的挑战，为了保证配电网可以始终处于正常运行的状态，需要不断的提升配电网的运维水平，因此，亟需一种配电网精益化运维水平优化方法。

发明内容

为解决上述现有技术的弊端，本发明提供了一种配电网精益化运维水平优化方法，采用了如下技术方案：

一种配电网精益化运维水平优化方法，包括如下步骤：

S1、基于层次分析法、熵权法、最小二乘法和优劣解距离法，建立配电网精益化运维水平评价模型；

S2、选取m个评价对象；

S3、将所述m个评价对象输入步骤S1的评价模型，得到各评价对象的欧式距离及相对贴近度；

S4、将步骤S3得到的各评价对象的相对贴近度按从大到小的顺序进行排序，即为配电网精益化运维水平从高到低的排序，针对配电网精益化运维水平低的评价对象，根据该评价对象的欧式距离，确定该评价对象的具体薄弱指标，调整所述薄弱指标对应的评价项目以优化该区域配电网精益化运维水平。

进一步的，步骤S1包括如下子步骤：

S11、根据层次分析法建立评价指标体系，确定终极指标的主观权重

所述终极指标指的是评价指标体系的最后一级指标；

S12、根据熵权法确定终极指标的客观权重

S13、根据最小二乘法确定终极指标的综合权重ω_i；

S14、根据优劣解距离法确定各评价对象的欧式距离及相对贴近度。

进一步的，步骤S11包括如下子步骤：

S111、将影响配电网精益化运维的相关指标分解成若干等级，构建评价指标体系；

S112、构建判断矩阵：

从步骤S111构建的评价指标体系的第二级指标开始，对于从属于同一个上一级指标的 n个同级指标，用两两比较法构建判断矩阵A_ij，所述判断矩阵A_ij为一个或多个，直到构建至终极指标；

A_ij＝{a_ij}_n×n

式中，i、j为n个同级指标中的第i个和第j个指标，i≤n，j≤n，；

S113、对判断矩阵A_ij进行一致性检验；

S114、采用求和法，确定终极指标的主观权重

进一步的，步骤S113包括如下子步骤：

S1131、计算一致性检验指标CI

式中，λ_max表示判断矩阵A_ij的最大特征根，N表示矩阵A_ij的阶数；

S1132、查找相应的平均随机一致性指标RI；

S1133、计算一致性比例CR

CR＝CI/RI

对每一级指标的一个或多个判断矩阵A_ij进行一致性检测，若CR＞0.1,则调整相应的判断矩阵A_ij，一致性检测合格后再进行下一级指标的一致性检测，直到检测至终极指标。

进一步的，步骤S114包括如下子步骤：

S1141、对判断矩阵A_ij中的各列数据求和，

得到和值向量B_j＝[b₁,b₂,...,b_n]；

S1142、计算归一化向量C_ij，C_ij＝{c_ij}_n×n，

S1143、计算主观权重

进一步的，步骤S12包括如下子步骤：

S121、对所述m个对象及所述m个对象的n个终极指标原始数据构建矩阵P_li

P_li＝{p_li}_m×n

式中，P_li表示第l个对象第i项终极指标的值，l≤m，i≤n；

S122、对原始数据进行标准化处理得到标准化矩阵P′_li；

S123、计算第i项指标的熵值e_i；

S124、计算第i项指标的差异系数g_i；

S125、计算第i项指标的客观权重

进一步的，步骤S13具体方法为：

应用最小二乘优化思想确定权重的比例系数：通过联立最小二乘优化函数确定出主观权重

与客观权重

的最优分配系数α，

式中，ω_i表示综合权重，minF表示综合权重求解方差和的最小目标值。

进一步的，步骤S14包括如下子步骤：

S141、对所述m个对象及所述m个对象的n个终极指标原始数据构建矩阵P_li，用最大值减去极小型指标实现正向化，得到正向化矩阵Z_li，对矩阵Z_li最后进行归一化处理，得到矩阵Z′_li

S142、对矩阵Z′_li加权，构成加权规范化矩阵V

V＝(ω_iZ_li)_m×n＝(v_li)_m×n；

S143、确定矩阵V的正理想方案V⁺与负理想方案V^-

S144、令第l(l＝1,2,...,m)个评价对象到正理想方案的距离为

到负理想方案的距离为

S145、基于下式计算每个评价对象与理想方案的相对贴近度E_l

进一步的，所述评价指标体系包括三级指标：

一级指标为目标层；

二级指标为准则层，具体包括状态类、成本类、效率类3个二级指标；

三级指标即本评价指标体系的终极指标为方案层，具体包括从属于状态类指标的平均负载率、使用寿命与设计寿命偏差和非计划停运时间3个3极指标；从属于成本类指标的早期故障期年均运维检修成本、偶发故障期年均运维检修成本、损耗故障期年均运维检修成本和退役处置成本4个3极指标；从属于效率类的可用系数、经济寿命年和经济寿命年3个3极指标。

通过采用上述方案，本发明的有益成果为：

本发明从状态、成本和效率三个维度量化影响配电网精益化运维的指标，并设计了相应的评价模型，用于评价配电网精益化运维水平，根据评价结果，可以示出配电网精益化运维水平的优劣部分，通过对配电网精益化运维水平差的因素进行改进，可以进一步提高配电网的精益化运维水平。

具体实施方式

下面将结合具体实施例，对发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明公开了一种配电网精益化运维水平优化方法，包括如下步骤：

权重是配电网精益化运维评价模型中最为重要的部分之一，权重设计的合理性直接影响到评价结果的科学合理性，对配电网设备资产精益化运维进行评价时，需要同时考虑到状态、成本和效率三个维度，多一个角度去考察，评价主体的指标就越多，有些指标的数据较为客观和真实，有些指标的信息也体现主观色彩，由于各种评价方法原理不同、适用范围不同，选择单一的评价方法就比较片面，分析具体问题时很难选择适当的方法类型，多准则权重计算方法的联合应用可提高评价的准确性和可信性，因此为兼顾数据的客观性和认知的主观性，选用主客观相结合(即层次分析法、熵权法和最小二乘法)的评价方法来确定指标的综合权重。

S2、选取m个评价对象；

S3、将m个评价对象输入步骤S1的评价模型，得到各评价对象的欧式距离及相对贴近度；

S4、将步骤S3得到的各评价对象的相对贴近度按从大到小的顺序进行排序，即为配电网精益化运维水平从高到低的排序，针对配电网精益化运维水平低的评价对象，根据该评价对象的欧式距离，确定该评价对象的具体薄弱指标，调整薄弱指标对应的评价项目以优化该区域配电网精益化运维水平。

其中，步骤S1包括如下子步骤：

S11、层次分析法是综合了定性与定量分析，模拟人的决策思维过程，具有思路清晰、方法简便、系统性强等特点，是分析多目标、多因素、多准则的复杂大系统，根据层次分析法建立评价指标体系，确定终极指标的主观权重

所述终极指标指的是评价指标体系的最后一级指标；

具体包括如下步骤：

S111、建立层次结构模型：为了对配电网精益化运维程度进行评估，需要构建配电网精益化运维影响要素指标体系，在深入分析实际问题的基础上，将影响配电网精益化运维的相关指标分解成若干等级，同一级上的指标从属于上一级的指标或对上级指标有影响，同时又支配下一级的指标或受下级指标的作用；

评价指标体系可分为三级指标：一级指标为目标层；二级指标为准则层；三级指标即本评价指标体系的终极指标为方案层。

考虑到准则层指标的可获得性、可量化性，影响因素可细分为状态、成本、效率三大类，即3个二级指标。

根据配电网设备资产现状及精益运维要求，将二级指标进一步细分为多个三级指标：

一、状态类指标可细分为：

(1)平均负载率指标

负载率指变压器或线路等设备实际承担的负荷与其容量之比，用于反应配电设备的承载能力。在考虑负载率时，通常从设备运行水平角度出发，考虑时间截面维度和时间周期维度进行负载率评价，时间断面维度以某一时刻为评估点，时间周期维度评估的是平均水平。平均负载计算方法为，设备平均负荷与容量比值。

(2)使用寿命与设计寿命偏差指标

使用寿命与设计寿命偏差是指设备从投入运行日到退役日的累计使用天数与设计寿命之差，是资产全寿命周期管理关键绩效指标之一，设备运行年限超出设计寿命年限越多，说明设备使用时间长，利用效率高，也在一定程度上说明配电网资产效能水平高。

(3)非计划停运时间指标

二、成本类指标可细分为：

(1)不同时期故障期年均运维检修成本，主要为早期故障期年均运维检修成本指标、偶发故障期年均运维检修成本指标、损耗故障期年均运维检修成本指标

对配电网来讲，运维检修成本在企业的整个业务成本中占据着极大的比重，是影响其经营管理成本的重要因素。运维检修费用随着设备服役时间逐渐变化，磨合期运维检修费用较高，损耗故障期因为频发故障需要花费很高运维检修费保持设备正常运行。总结设备故障发生规律，设定偶发故障期为服役年限的二十分之一，损耗故障期为服役年限的五分之一。

(2)退役处置成本指标

退役处置成本是设备在报废过程中产生的成本，退役处置成本主要包括资产提前退役成本、资产报废处置过程成本、报废资产处置收入负值。当配电网设备由于设备寿命问题无法正常使用时，要提出设备退役处置的申请。申请提出后由相关人员对设备进行现场检查，并判断设备需要升级还是替换，根据判断结果对设备进行处理。针对需要替换的设备，需要对原有设备进行回收处理。

三、效率类指标可细分为：

(1)可用系数指标

配电设备可用系数通过可用时长与总时长相比来计算，是反映设备工作状态及生产效率的技术经济指标。设备能否充分利用，直接关系到投资效益，提高设备的利用率，等于相对降低了产品成本。配电网中存在某些设备实际用时达不到计划用时标准，则设备作用没有得到充分发挥。该系数越高，表示设备可靠性越好，利用效率越高。

(2)经济寿命年指标

经济寿命是指设备的使用费处于合理界限之内的设备寿命，在设备物资寿命的后期，因设备故障频繁而引起的损失急剧增加。购置设备后，使用的年数越多，每年分摊的投资越少，设备的运维和检修费用却越多。经济寿命即在使用期最适宜的年份内设备总成本最低，可将年均资产平均值与运维检修费用相加，找出最小值所对应的年份。

(3)报废资产残值率指标

固定资产的净残值是指固定资产报废时，预计可以收回的残余价值扣除预计清理费用后的数额。报废资产残值率是残值与原价值的比值。该指标在一定程度上反应各部口(单位)对资产保管、维护的好与坏，也能在一定程度上反应资产使用的可靠性、反映电网资产规划的合理性等。该指标值越小，表明公司经营方法(或方式)相对较好，设备报废的时候利用的越充分；该指标数值越大，则表明设备服役时设备利用不充分，设备报废时还有很高的残余价值。

S112、构建判断矩阵：

从步骤S111构建的评价指标体系的第二级指标开始，对于从属于同一个上一级指标的 n个同级指标，用两两比较法构建判断矩阵A_ij，判断矩阵A_ij为一个或多个，直到构建至终极指标；

其中，i、j为n个同级指标中的第i个和第j个指标，i≤n，j≤n，；

两两比较法中各指标的重要程度为收集不同领域专家对指标间重要程度的评分情况，并以各评分均值作为最后的评分结果，两两比较法的结果用表1中的标度表示：

表1重要性程度定义

S113、对判断矩阵A_ij进行一致性检验；

对于每一个判断矩阵计算最大特征根及其对应的特征向量，并利用一致性指标、随机一致性指标和一致性比例做一致性检验，若检验通过，特征向量(归一化)即为权向量；若不通过，则应考虑重新构造判断矩阵(即重新定义指标间重要程度)，特征向量的近似值通常采用求和法或求根法求得。

一致性检验具体包括如下步骤：

S1131、计算一致性检验指标CI

其中，λ_max表示判断矩阵A_ij的最大特征根，N表示矩阵A_ij的阶数；

S1132、查找相应的平均随机一致性指标RI；

表2给出了1-9阶判断矩阵计算1000次得到的平均随机一致性指标：

表2 RI值分布

N	1	2	3	4	5	6	7	8	9
										RI	0	0	0.52	0.89	1.12	1.24	1.36	1.41	1.45

S1133、计算一致性比例CR

CR＝CI/RI

对每一级指标的一个或多个判断矩阵A_ij进行一致性检测，若CR＞0.1,则调整相应的判断矩阵A_ij，一致性检测合格后即CR<0.1时再进行下一级指标的一致性检测，直到检测至终极指标。

S114、采用求和法，确定终极指标的主观权重

具体包括如下步骤：

S1141、对判断矩阵A_ij中的各列数据求和，

得到和值向量B_j＝[b₁,b₂,...,b_n]；

S1142、计算归一化向量C_ij，

S1143、计算主观权重

S12、根据熵权法确定终极指标的客观权重

对于客观赋权方法的选择，需要考虑不同配电网资产指标体系的特征以及不同赋权方法优缺点，采用恰当的客观赋权方法。熵权法属于客观赋权法，在包含多个指标和多个指标对象的价值评价体系中应用广泛，熵权法的优点在于完全从数据本身的离散程度来定义其数据的价值和权重。

具体包括如下步骤：

S121、对m个对象及m个对象的n个终极指标原始数据构建矩阵P_li

式中，P_li表示第l个对象第i项终极指标的值，l≤m，i≤n；

S122、对原始数据进行标准化处理得到标准化矩阵P′_li

S123、计算第i项指标的熵值e_i为：

其中，k为常数，

S124、计算第i项指标的差异系数g_i：

g_i＝1-e_i；

S125、计算第i项指标的客观权重

S13、根据最小二乘法确定终极指标的综合权重ω_i，为了克服层次分析法中主观评断经验色彩以及熵权法中过于注重数据的缺陷，提高评价结果的科学性和准确性，采用组合赋权的思想设计综合权重，能够充分体现各项指标所含信息量重要程度大小。为了减少主观权重和客观权重的偏离程度，应用最小二乘优化思想确定权重的比例系数：通过联立最小二乘优化函数确定出主观权重

与客观权重

的最优分配系数α，

式中，ω_i表示综合权重，min F表示综合权重求解方差和的最小目标值。

S14、根据优劣解距离法确定各评价对象的欧式距离及相对贴近度，由于同类型配电网设备之间各项指标的客观数据可比性较强，在评价配电网设备资产精细化运维时，选择优劣解距离(TOPSIS)法。该方法原理为：如果方案的某个指标越是接近所有方案中该指标的最大值，越远离该指标的最小值，则该指标的得分越高；将该方案的每个指标得分乘以权重即得到综合得分，用综合得分比较方案的优劣。

具体步骤包括：

S141、对步骤S12构建的矩阵P_li，用最大值减去极小型指标实现正向化，得到正向化矩阵Z_li，对矩阵Z_li最后进行归一化处理，得到矩阵Z′_li

S142、对矩阵Z′_li加权，构成加权规范化矩阵V

V＝(ω_iZ_li)_m×n＝(v_li)_m×n；

S143、基于下式分别确定矩阵V的正理想方案V⁺与负理想方案V^-

式中，J₁表示效益性指标的集合，J₂表示成本性指标的集合；

S144、令第l(l＝1,2,...,m)个评价对象到正理想方案的距离为

到负理想方案的距离为

S145、基于下式计算每个评价对象与理想方案的相对贴近度E_l

实施例1

配电网设备资产精益化运维评价实证分析

一、层次分析法确定主观权重

首先运用层次分析法把配电网设备资产精益化运维评价指标体系分为目标层、准则层、方案层。根据不同指标与配电网绩效的关联关系，准则层可以划分为三个环节，分别是状态类B1、成本类B2、效率类B3。状态类包括平均负载率、使用寿命与设计寿命偏差、非计划停运时间三项指标；成本类包括早期故障期年均运维检修成本、偶发故障期年均运维检修成本、损耗故障期年均运维检修成本和退役处置成本四项指标；效率类包括可用系数、经济寿命年和经济寿命年三项指标。

根据层次分析法结构模型，生成调查问卷给综合能源领域的专家评议并填写，将专家们的平均值构建一个判断矩阵，并计算特征向量，即精益化运维评估指标的权重。首先计算目标层下准则层的权重，然后计算准则层下方案层的权重，并对各个判断矩阵进行一致性检验，如果小于0.1表示一致性比较满意，否则需要根据配电网发展的实际情况，重新赋值计算，直到判断矩阵能够通过一致性检验。

表3目标层下准则层的判断矩阵

目标层	A	B1	B2	B3	特征向量
						状态类	B1	1	0.5	1	0.25
成本类	B2	2	1	2	0.50
						效率类	B3	1	0.5	1	0.25

经过一致性检验，目标层下准则层的判断矩阵一致性比例为0<0.1。然后根据准则层 (状态类B1)下方案层(C11-C13)的判断矩阵计算特征向量，如表4：

表4准则层B1下方案层的判断矩阵

B1	C11	C12	C13	特征向量
					C11	1	2	2	0.4934
C12	0.5	1	2	0.3108
					C13	0.5	0.5	1	0.1958

该判断矩阵的一致性结果为0.046<0.1，由此确定出C11-C13相对于目标层的权重为 0.4934,0.3108,0.1958。准则层(成本类B2)下方案层(C21-C24)的判断矩阵计算特征向量，如表5：

表5准则层B2下方案层的判断矩阵

上述判断矩阵一致性检验结果为0.017<0.1。准则层(效率类B3)下方案层(C31-C33) 的判断矩阵计算特征向量，如表6：

表6准则层B3下方案层的判断矩阵

B3	C31	C32	C33	特征向量
					C31	1	1	2	0.4000
C32	1	1	2	0.4000
					C33	0.5	0.5	1	0.2000

上述判断矩阵一致性检验结果为0<0.1。依次计算出其他方案层相对于准则层下的权重后，最后合并确定出方案层各因素相对于目标层的重要程度，得到配电网精益化运维评价指标的权重，计算结果如表7。

表7评估指标主观权重

二、熵权法确定客观权重

然后运用熵权法确定各个价值评估指标的客观权重，首先将极大型、极小型、适度型指标标准化处理，然后计算各个指标的信息熵，最后确定指标的客观权重，如表8。

表8评估指标信息熵及客观权重

三、综合权重

根据最小二乘原理，通过联立最小二乘优化函数确定出主观权重与客观权重的最优分配系数，由此确定出评估指标综合权重，如表9。

表9配电网综合绩效评估指标权重

四、不同厂家配电网设备资产精益化运维分析

计算三厂家110kV变压器指标的平均值与正理想方案、负理想方案的距离，结果如表 10、表11：

表10变压器正理想方案与负理想方案

表11变压器优劣解距离及评价结果

选取三个不同厂家110kV变压器平均指标进行精准化运维评价，从表11中可以看出，厂家一变压器运行状态最佳，厂家二次之，厂家三最差。三个厂家变压器在平均负载率、可用系数等方面表现基本相同，没有体现出太大差距，这两项指标主要是由于配网规划、调度运行、资产管理、设备维护等引起的，选取的均是B类地区多台变压器的平均值不会出现太大差异。

但是在其他方面表现处不同程度的差距，厂家三变压器精细化运维水平低由多种因素导致，主要表现为：从日常运行来看，平均使用寿命低于设计寿命，造成设备服役时间缩短，给投资、规划带来负面影响，应相应的调整平均使用寿命；非计划停运时间较长，设备故障率或者故障修复时间比另外两个厂家略高,应相应的调整非计划停运时间及设备的质量；从全寿命周期来看，早期、偶发、损耗等不同故障期运维检修发生费用较多，应进一步的保证设备的质量；从设备效率来看，经济寿命年较另外两个厂家略有提前，较早的进入到退役更替阶段。另外，在报废时还有很高的残余价值，设备未充分发挥自身价值，应相应的调整设备退役更迭期限。

五、配电网设备资产精益化运维提升策略

(1)夯实专业管理基础，推动工作重点转移。在差异化巡视的主导思想下，强化运维工作在配电网专业管理中的基础作用，综合考虑配电网状态检修、隐患排查、季节性工作、带电检测等专业工作要求，提高配电设备运行巡视、状态监测、缺陷隐患处理等专业工作质量和效率，进一步推动配电网运维工作从应急处置型向风险预控型转化。实现配电各专业间从独立到协同、从协同到统一的管理模式转变，在网格区域内开展全类型配电设备运维，消除专业管理界面，运维责任落实到人，构建综合化运维模式，实现一次巡视，设备全面覆盖。

(2)量化线路评价标准，明确运维资源落脚点。整合运维巡视资源、提高巡检针对性、强化巡视深度、提升运维效率，做到运维模式综合化，整合架空、电缆、站房、变压器专业资源，运维手段多元化，综合利用带电检测、在线监测等多元化手段，提高巡视运维作业深度，强化现场信息收集及问题处置。综合考虑重要用户、设备体量及水平、运行工况、线路负载率等关键因素，量化线路运维管控标准，实现配电网运维资源的差异化配置、精准化管控，为运维业务外包、成本费用测算等工作提供指导。

(3)中低压分层分级管理，差异化配置运维策略。一是对特别重要及重要线路、防汛线路、保电线路、重要负荷所在线路、故障频发线路、运行工况恶劣线路等缩短巡视周期。二是度夏、度冬等大负荷时段，加强居民负荷线路特巡，实现配电网格化状态巡视，量化巡视周期管控因素及标准，从而实现配电网运维管理工作精益化目标。10kV线路及设备运维侧重状态监测和工况巡查，0.4kV低压线路运维侧重设备负荷管理和供电质量，原则上一个网格内宜配置两组人员分别开展10kV、0.4kV配电网设备运维工作。结合网格内配电设备装备水平和运行环境情况，差异化配置运维策略，提高设备运维管理的针对性、及时性、有效性，减低故障率。

(4)探索运维网格化、一体化配电管理模式。为提升消缺响应效率，缩短缺陷处理周期，网格内运维班组应兼顾部分一般性维修处缺工作，对抢修班组临时处理后流转的故障小票、巡视后发现的简单缺陷、上级部门临时委派的一般性维修工作进行处理。不断加强设备基础管理和状态管控，强化新设备投入验收管控，深化项目储备精准度，提升配电运维精益管理水平和工作质量，有效降低抢修工作量。

上面虽然结合实施例对本发明做出了详细的说明，但是所述技术领域的技术人员能够理解，在不脱离本发明宗旨的前提下，在权利要求保护的范围内，还可以对上述实施例进行变更或改变等。