基于匹配识别算法的配电网供电模式选择＊

王立峰，陆四龙，余建平

(上海市电力公司浦东供电公司，上海 200122)

各种配电网接线模式在可靠性、经济性上均有各自的特点，同时不同类型的地区在供电可靠性要求、电网投资回报、电源条件、电网通道条件等方面也有一定的差异。针对不同类型的地区，如何选取符合地区需求的一定电压等级的配电网接线模式，是配电网规划领域中大家不断研究的问题。选择与待规划区域相适应的供电模式可以保障用户的供电可靠性、提高电网投资效益，从而使电网实现精益化规划，保证电网建设有序。

在实际配电网规划中，对于为待规划区域选取恰当供电模式的问题，基于国内外针对各种接线模式的主要特征及差异研究，目前常用的方法有:层次分析法［1］、逼近理想解法［2］、主成分分析法［3］、以及涌现出的新型算法如人工神经网络算法［4］，各种方法出发点不同，解决思路不同，各有优缺点，需要根据决策的需要和方案的特点选择合适的方法。

本文在前人研究的基础上，提出了选取配电网供电模式的理论及计算方法，通过特征匹配识别理论，对不同类型地区的特征与配电网可供选用供电模式的特征开展匹配分析，为不同类型地区选取供电模式提供了依据，得出了不同类型地区适合选用的接线模式，从而使电网实现精益化规划，保障用户的供电可靠性、提高电网投资效益，具有一定的指导意义。

1 匹配识别算法

设有某特征e，其特征值域为F，称映射N:F×F→［0，1］为e的贴近度算子，如果N满足N(x，x)=1，且N(x，y)=N(y，x)(x，y∈F)。N(x，y) 叫做x与y的贴近度。贴近度用来描述特征值对应标度之间的相近程度。本文贴近度算子［5］取:

应用贴近度算子与综合函数可构造匹配度算子［5］:

综合函数fm的作用是根据m个特征的量化标度得到综合标度。

设特征集E={e1，e2，…，em}，其中ej(j=1，2，…，m)表示电网的第j个特征。特征e所有可能的标度取值组成的集合称为该特征的特征值域，记为F。特征集E中所有特征的特征值域的叉积称为E的模式空间，记为L，即L=F1×F2×…×Fm，配电网中所有待选的供电模式构成一个标准模式集:假设有n种供电模式，每种模式均用m类特征描述，则可用向量(c1，c2，…，cm)表示，即可得到一个 m×n的矩阵，矩阵的每一列分别代表一种供电模式的所有待匹配特征。对应统一地区特征和电网特征指标后，待识别模式即被匹配的地区也可以用一个1×m的列向量来表示其所有特征。

然后，利用匹配算子对模型构造中的矩阵数据计算得到的一列矩阵即为待匹配地区分别与配电网中各种供电模式的匹配度。此列矩阵中值最大者即为与该地区最匹配的供电模式。

2 供电模式与区域的匹配

以城市110 kV电网为例，并选取供电模式中的接线模式为研究对象进行分析。

首先，对应统一地区特征和供电模式特征指标，例如，假设地区特征为用户供电可靠性，则电网特征指标则选取用户供电可靠性;地区特征为电网投资回报，则电网特征相应地选取投资经济性(经济标幺值)，如此以一一对应电网特征与地区特征。然后，采用统一标度对地区特征和电网特征取值进行量化。

110 kV电网有多种接线模式可供选择，各种接线模式在经济性，可靠性方面均有各自的特点［6～15］;同时城市中存在不同类型的地区，各类地区的供电可靠性要求、电网投资回报、电源条件、电网通道条件等特征均有一定的差异。

2.1 城市地区特征分析

按《某电网若干技术原则的规定》中电网建设与改造地区分级的总体原则和思路，结合城市产业规划的发展和调整，地区分级划分如表2第1列。此外，通过调研大量的各类地区的规划情况，从用户供电可靠性、220 kV变电站数量(包括已有和规划的)、土地通道资源、电网投资回报4个方面进行了分析，初步总结了各类地区的区域特征，见表2第2列。

2.2 城市110 kV电网各接线模式特征分析

为便于分析，其他边界条件设定为110 kV主变容量为40 MVA以及负载率为67%(主变容量和负载率也均可作为供电模式特征参与匹配)，根据上海电网特点，110 kV电网可供选择的不同接线模式［9］包括:双电源辐射接线、双电源环进环出接线、手拉手接线和手拉手T接接线。

与地区特征对应，接线模式所选取的特性为:供电可靠性、资源利用和投资经济性，其中资源利用采用220 kV变电站仓位利用数量和线路通道长度来描述。

2.3 统一量化特征

根据大量研究结果，量化地区特征及电网接线模式特征，在量化过程中统一采用1-5标度，即1，2，…，5依次分别代表特征的某种程度。例如对于用户供电可靠性这个特征来说:1代表用户供电可靠性要求低，2代表较低，3代表一般，4代表较高，5则代表高。同理可得1-5标度在其他特征中的描述。

根据地区特征的调研结果，地区特征量化结果见表2第4列。

对各接线模式本身进行可靠性、220 kV变电站数量、土地通道资源、经济性等4个特征需求分析。并且按照1-5标度给出各接线模式的量化结果如下:双电源辐射接线(3，5，4，3)，双电源环进环出接线(4，2，2，3)，手拉手接线(5，2，1，2)，手拉手T 接(3，3，2，4)。

在匹配计算中，先计算各个标度值之间的贴近度，由于统一采用了1-5标度，因此对于每一个特征各标度值，其贴近度均为相同值。由式(1)可计算1-5标度各取值的贴近度，见表1。

表1 特征标度值的贴近度(N)Tab.1 Closeness of characteristic scale values(N)

2.4 权重向量的构造

根据各个地区对不同接线模式的4个特征需求的侧重点不同，构造出权重向量来代表各特征的重要度比重。如:第一类地区要求供电可靠性与电缆通道利用率均较高，故标识它们重要度的值均取40%;而220 kV变电站数量和电网建设的经济性可不作为关键因素，故标识它们重要度的值均取10%。因此，此地区接线模式特征需求的权重向量即可构造为(0.4，0.1，0.4，0.1)。

8类地区权重向量构造如表2第5列所示。

表2 地区特征分析及其特征向量，地区需求及其权重向量Tab.2 Analysis of characteristics and needs of the region and its eigenvectors and weight vectors

2.5 特征初步匹配

通过建立配电系统中的供电模式与地区匹配问题的数学模型，根据量化特征时的取值标度计算各特征标度值之间的贴近度，然后综合考虑地区特征需求并根据模式空间所选取的匹配算子，计算得出地区与各种供电模式的匹配度，以此寻求最佳匹配方案。

采用式(3)为综合函数，通过计算得出各地区与各类110 kV电网接线模式的匹配值，值越大，匹配度越高。最终结果如表3所示。

表3 不同地区适合的不同主变容量及不同110 kV电网接线分析结果Tab.3 Analysis results of different main transformer capacity and 110 kV network connections in different regions

3 实例分析

本文选取的典型区域为某新城(平均负荷密度20 MW/km2)，远期负荷预测:《某新城中心城高中压配电网规划》中的远期负荷预测得出规划区整体远期负荷为689～766 MW，平均负荷密度为18.3 ～ 20.4 MW/km2。属于第二级地区的新城及市郊现代服务业集聚区。220 kV电源情况:规划区内的220 kV#1站以及规划区外西北部的220 kV#2站为本次规划中高压配电变电站的主供电源。

对不同主变容量及对应的110 kV电网接线的方案进行可靠性、综合经济和资源利用情况的比较，并进行特征匹配分析，以验证不同地区对不同主变容量以及不同接线模式的匹配结果。

110 kV不同主变容量及对应电网接线模式的可靠性分析是基于网络接线模式分析各个方案的可靠性，其可靠性分析结果只与网络接线模式有关，而与地区的负荷规模、变电站的数量无关，经济性及资源利用分析见表4。

某新城属于第二级地区的新城及市郊现代服务业集聚区，特征向量取为(3，3，3，1)，权重向量为(0.2，0.4，0.3，0.1)，故最终匹配值为(0.585，0.76，0.65，0.865)，南江新城架空网宜采用手拉手T接接线模式，与前面匹配结果相同。

表4 某新城各接线模式的经济性及资源利用分析结果Tab.4 Economy and resource utilization analysis results with different connection modes in a new city

4 结论

本文从地区特征和配电网供电模式特征入手，对城市110 kV电网的双电源辐射接线、双电源环进环出接线、手拉手接线以及手拉手架空T接四种接线模式的技术性和经济性进行理论研究，并对地区以及各种110 kV电网接线模式的匹配度进行计算，最终得出针对不同条件地区适用的不同的110 kV电网接线模式，通过对典型区域的实例验证。

(1)本文基于匹配识别理论，结合了用于配电网接线模式选型的综合评估体系，有机整合了经济性、可靠性、资源利用等方面的相关指标，能够更合理地选择与规划地区匹配的接线模式。

(2)依据本文思路，同样能将该方法应用于配电网供电模式的选型，包括电源接线模式，主变容量及负载率选择。

(3)本文方法简单，思路清晰，对城市电网供电接线模式选型的算例分析验证了该方法的合理性和有效性。

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