智能配电网评估指标体系的构建

王敬敏，施 婷

(华北电力大学 经济与管理学院，河北 保定 071003)

0 引言

近年来为缓解能源危机与环境压力，欧美和中国等国家都相继提出发展“智能电网”的问题[1～3]。智能电网包括发电、输变电、配电、用电各个环节[4]。配电系统作为电力送到用户的最后一环，与用户的联系最为紧密，对用户的影响也最为直接。可以说，智能配电网在智能电网中具有举足轻重的作用。

智能配电网是以配电网高级自动化技术为基础，通过应用和融合先进技术，集成各种具有高级应用功能的信息系统，利用智能化的开关设备、配电终端设备等，实现配电网在正常运行状态下可靠的监测、保护、控制和优化，并在非正常运行状态下具备自愈控制功能，最终为电力用户提供安全、可靠、优质、经济、环保的电力供应和其它附加服务[5～7]。与传统的配电网相比较，智能配电网具有如下特征[8～10]: (1) 更高的供电可靠性; (2)更优质的电能质量; (3)更好的兼容性; (4)更强的互动能力; (5)更高的电网资产利用率;(6)集成的可视化信息系统;(7)支持分布电源的大量接入。

随着智能配电网建设工作的推进，评估智能配电网建设效果变得十分重要。对智能配电网的建设效果进行评估，可以发掘电网建设中的优势和劣势，为智能配电网的规划和发展提供指导建议。由于智能配电网是一个崭新的课题，智能配电网评估方面的研究几乎没有，而关于智能电网的评估研究也微乎其微。文献[11]最早提出了IBM建立的评估智能电网的成熟度模型，并指出智能电网具有多指标自趋优特性，为智能电网评估研究打下良好基础。文献[12]率先开展了智能电网评估体系研究，并初步建立了智能电网的评估体系。文献[13]重点绍了美国智能电网的评估模型，并对美国智能电网的评估指标和评估方法进行了认真分析。

本文在认真吸取国内外智能电网评估研究经验的基础上，全面分析了我国智能配电网建设的主要目标和主要特性，结合国内外智能配电网研究和建设的最新发展趋势，通过有机地整合经济性、可靠性、安全性、灵活性、协调性、经济性等各方面，构建了适合我国智能配电网的多指标综合评估体系初步框架，并量化和定义了部分重要指标，用于整体的评估智能配电网发展情况，以期能为今后的研究起到抛砖引玉的作用。

1 智能配电网评估指标体系构建总体思路

1.1 评估指标体系构建原则

评估指标是智能配电网评估指标体系的基础，为了能够准确、有效地反映智能配电网的发展情况，在设计评估指标时应该遵循以下原则[14～15]: (1) 具有准确性和规范性; (2) 具有可测量或可操作性; (3)方便周期性的监测;(4)具有客观性和全面性。

1.2 评估指标体系构建思路

智能配电网研究的四大目标[16～20]包括:

(1)提高电网安全性和可靠性。我国能源分布与能源需求总体上呈逆向分布，发展大规模、远距离输电，构建大规模电网不可避免;随着电网规模的扩大、电网复杂程度加剧，电网的安全稳定面临巨大的挑战。需要依靠先进的输变电技术，提高电网的安全稳定水平。

(2)电网的协调安全与经济运行。我国电力需求增长空间巨大，但一次能源缺乏且能源结构严重不合理;随着中国社会经济的发展，土地资源紧张问题也日趋严重，增加了线路走廊和站址选择的困难。需要采用先进的输变电技术，提高电网运行效率，提高土地和空间资源的利用率。

(3)提升电网接纳新能源的能力。促进清洁能源、可再生能源的发展，是智能电网的目标之一。我国风电和光伏发电分布集中，且大多处于边远地区，需要通过输变电系统远送。另一方面，由于电源整体上以火电为主，缺少水电、燃气等快速调节电源，风电、光伏发电等可再生能源存在的间歇性、波动性特点会对电网的安全稳定运行造成严重的冲击和影响，使电网结构薄弱和电源的结构性矛盾愈加突出，电网规划和运行面临巨大的挑战。

(4)提高电网资产的利用率。

电网企业是资金密集型企业，同时资产较分散，资产使用部门多，使用地点范围大。同时结构分类复杂，覆盖面大，另外电网资产通常数量多，金额大，更新快。公开资料显示，美国电网资产利用率为55%，日本达60%以上，北欧国家正朝着70%左右的利用率努力，而中国电网资产利用率还不到35%。因此，我国在资产利用与管理上还有很大的提高空间。

此外，智能配电网发展还将产生一系列社会效益。智能配电网的建设是一个多目标、全过程、多维度的复杂系统工程，因此，智能配电网评估指标体系也是一个多层次的指标体系。为全面评估智能配电网发展情况，指标体系采用分层框架结构。根据智能配电网的特性和研究目标，围绕用户、负荷、设备、效益等影响智能配电网发展的内外在因素，从可靠性和电能质量、发展灵活性、协调性和互动性、设备利用率和技术装备水平以及经济性和社会效益5个方面分别进行指标设计。其中，供电可靠性和电能质量指标用来评估配电网安全可靠性水平;发展灵活性、协调性和互动性指标用来评估智能电网发展的可持续性;设备利用效率和技术装备水平指标用来评估智能电网资产情况;经济性和社会效果指标用来评估智能电网运营效益。

2 可靠性和安全性指标设计

满足供电可靠性和电能质量要求是智能配电网建设的主要任务之一。智能配电网供电可靠性是指在满足电网供电安全性准则的前提下，对用户连续供电的可靠程度。电能质量是反映供电企业管理水平的重要标志，主要通过电压水平来衡量。相关评估指标的体系结构如图1所示。

图1 供电可靠性和电能质量评估指标Fig.1 Supply reliability and power quality assessment indicators

2.1 可靠性指标

(1)供电自愈率

供电愈率指标描述了配电网在减少故障停电方面的自愈能力，自愈能力强的配电网其供电可靠性则高。该指标可用供电故障自愈率和用户平均故障自愈次数来衡量[21]。

a．供电故障自愈率

“每次故障影响的户数”指故障影响范围内线路连接的用户数;而“每次故障自愈的户数”是故障影响范围内连接的用户数与实际遭受停电户数之差。

b．用户平均故障自愈次数

(2)自愈速度

该指标可以用来量化描述智能配电网的自愈能力。自愈速度描述了智能配电网对3 min之内短时停电与电压骤降的自愈恢复功能。自愈速度越快，就意味着电网装备投入越大，因此针对具体的配电网，要从满足用户负荷要求出发，选择适中的自愈速度。

(3)持续电压间断频率

该指标用来反映持续时间3 min以上的电压间断，并以小时作为停电时间的计量单位。

(4)柔性设备可用系数

该指标用来反映固态切换开关、静止同步补偿器、有源电力滤波器、动态电压恢复器、统一电能质量控制器等设备的可利用程度，计算公式如下:

2.2 安全性指标

电压合格率

该指标适用于各级配电网络，是衡量向用户供电质量的重要依据，共分为 A，B，C，D四类。根据配电网电压等级的不同，高压配电网采用A，B类电压合格率;中低压配电网采用C，D类电压合格率。某监测点电压合格率指标的计算公式如下:

式中:VA，VB，VC，VD分别表示 A，B，C，D类电压合格率。

3 发展适应性、协调性和互动性指标设计

智能配电网发展适应性、协调性和互动性是保证智能配电网建设方案具备可持续能力的基本要求。智能配电网负荷的波动性，要求其对电网各个元件故障后电网接线保持一定的变化适应性。考虑到智能配电网本身也是一个有机的整体，配电网的建设和发展还应保持输配电网之间以及配电网各层级之间的相互协调。相关评估指标的体系结构如图2所示。

图2 发展适应性、协调性和互动性评估指标Fig.2 The development of adaptability and coordination evaluation index

3.1 发展适应性指标

(1)智能配电网变电容载比

该指标适用于110(66)kV，35 kV高压配电网，是说明地区总变电容量对负荷增长适应程度的宏观性控制指标，计算公式如下:

(2)供电能力充裕度

该指标可反映电网适应电力负荷变化的能力，计算公式如下:

3.2 协调性指标

(1)智能输配电网变电容量比

该指标用来评估高压配电网与上一级主干网在变电容量方面的协调性，计算公式如下:

其中，高压配电网变电容量是指110(66)kV、35 kV配电网的变电容量之和;上一级主干网变电容量是指与高压配电网相邻的上一级电网的变电容量，一般为220 kV电网变电容量之和。计算该指标时，应计入用户变容量。

(2)高中压智能配电网变电容量比

该指标用来反映35kV及以上高压配电网与10(20)kV中压配电网在变 (配)电容量上的相互协调。计算该指标时，应计入用户变容量。计算公式如下:

3.3 互动性指标

该指标主要考虑信息互联的标准性，反映配电自动化系统与其他系统的信息交互能力。由于电网与用户双向互动式智能配电网中的高级配电网自动化与目前配电网自动化技术的主要区别之一，因此选用高级配电网自动化技术普及率指标来衡量。

4 设备利用效率和技术装备水平的指标设计

智能配电网设备利用效率和技术装备水平是反映智能配电网资产情况的重要属性。智能配电网设备利用效率是配电网整体运行效率的重要体现，是配电资产寿命期内自身价值得以充分发挥的重要标记。智能配电网技术装备水平是实现企业优质供电、提升企业服务效率的主要手段，相关评估指标的体系结构如图3所示。

图3 设备利用效率和技术装备水平评估指标Fig.3 Equipment and technical equipment efficiency evaluation indicators

4.1 设备利用效率指标

(2)主变负载率分布

该指标适用于110(66)kV、35 kV高压智能配电网，用来反映主变设备年最大负载率的分布情况，可按负载率30%及以下，30% ～60%，60%～90%以及90%以上四档分别统计主变台数在相应区间所占的比例情况。

(3)智能需求侧管理系统应用

应用智能需求管理系统，依靠电价引导降低高峰负荷，提高电网设备的利用率和发电效率。

4.2 技术装备水平指标

(1)智能化配电网容量比

该指标反映智能配电网的推广应用水平，计算公式如下:

(2)配电自动化终端覆盖率

该指标适用于10(20)kV中压配电网，用来分析配电自动化与设备利用的关系，计算公式如下:

式中，具有“两遥”及以上功能的开关是指具有“两遥” (“遥测”、 “遥信”)功能的开关或具有“三遥”(“遥测”、“遥信”、“遥控”)功能的开关。

(3)智能化变电站容量比

该指标反映智能变电站的推广应用水平，计算公式如下:

(4)分布式能源装机容量比

该指标是指配电网中的分布式能源的系统容量和能力。计算公式如下:

(5)智能电表应用率

该指标指在所评估电网区域内安装的智能电表数与总电表数的比率。

(6)变电一次设备智能化率

变电一次设备是指直接与高压侧有关的所有设备，含变压器、隔离开关、断路器、互感器等。计算公式如下:

5 经济性和社会性指标设计

经济性和社会性是推动智能配电网健康发展的内在动力和外部要求。通过对智能配电网建设方案进行经济性评估，可以提高智能电网建设项目决策的科学化水平、充分发挥项目的经济效益、保证供电企业的经济生命力。同时，智能电网建设发展的好坏对改善社会民生、促进社会和谐、提高优质供电服务水平等方面具有重要的影响力。相关评估指标的体系结构如图4所示。

图4 经济性和社会效果评估指标Fig.4 Economic and social impact assessment indicators

5.1 经济性指标

(1)线损率

该指标适用于智能电网各电压等级，是电力部门考核的一项重要内容，是反映电网经营管理水平的一项综合性技术经济指标，计算公式如下:

(2)单位投资供电量

该指标用于反映智能配电网净资产总额对供电量收益情况，计算公式如下:

(3)电网投入产出比

该指标用来反映智能配电网建设所投入资金的回报程度，计算公式如下:

5.2 社会性指标

(1)节能减排量

该指标包括温室气体减排和固体废物减排。温室气体减排反映通过智能电网建设，发电厂减排温室气体量占总排放气体的比率，包含碳氧化物、硫化物和氮氧化物。固体废物减排反映通过智能电网建设，使发电厂减少固体废弃物排放量占总固废排放量的比率。

(2)清洁能源渗透率

该指标用来反映通过智能电网建设，水能、风能、太阳能、生物能等可再生清洁能源发电量占总发电量的比率，计算公式如下:

6 结论及建议

本文根据构建指标体系的基本原理，从可靠性和电能质量、发展灵活性、协调性和互动性、设备利用率和技术装备水平以及经济性和社会效益5个方面设计评估指标，并给出了部分主要指标的量化公式。该评估指标体系较为系统、全面，但也存在数据获得以及指标体系的定量评估等问题。在下一步工作中，有必要结合我国智能电网发展特性，进一步完善评估指标体系，确定指标的合理阈值，增强量化评估的可操作性以及对智能配电网发展建设的指导作用。此外，应当深入研究建立综合量化的智能配电网发展评估方法，统筹兼顾各指标间的内在联系和相互制约，全面衡量智能配电网发展水平。

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