地市级电网发展诊断体系及综合评价

史智萍，单体华，刘文峰，张兴平

（1.国家电网冀北电力有限公司 经济技术研究院，北京100045；2.华北电力大学 经济与管理学院，北京102206）

在我国城镇化建设的进程中，地级市电网与当地社会经济的协同发展起着关键的作用.国内学者针对我国的电网建设运营评价展开了大量研究，并取得一系列成果［1－17］.文献［2］研究了电网企业的特征，构建了描述可持续发展的指标体系.文献［3］结合电网建设的特点，建立了电网建设可持续发展评价指标体系.文献［4］建立了电网发展指标体系，研究了指标的度量方法.文献［5］采用鱼骨图及层次分析相结合的方法对评价指标进行选取，建立配电网综合评价指标体系结构.文献［6］建立地区电网运行方式评价的指标体系，实现了对地区电网运行方式的全面综合评价.文献［7］基于分层、分类思维方式建立农村中低压配电网规划指标评估体系.文献［8－9］从技术性、经济性、社会性和实用化等方面建立智能电网试点项目评价指标体系框架.文献［10］采用层次分析法与模糊综合评价相结合的综合评价方法，建立了电网调度系统安全运行的指标体系.文献［11］构造了一套包括经济性指标、技术性指标、社会环境指标、适应性指标、风险性指标在内的较为合理完整的电网规划综合指标体系.文献［12］从反映配电网建设规模的主导信息出发，运用统计分析等原理和方法，建立配电网建设规模的定量评估指标体系.文献［13］从形态结构、技术与管理、运行绩效与绿色发展4个评价维度，提出一套“世界一流电网”的评价指标体系.文献［14］依据协调发展的内涵和机理，构建了新能源与智能电网协调发展评价指标体系.文献［15］构建了智能配电网三级评估指标体系的初步框架，给出部分重要评估指标的定义和量化公式.文献［16］构建了针对我国大都市电网特点的综合评价体系，通过大都市电网实例说明指标体系及评价模型的合理性与适用性.文献［17］通过逻辑框架法分析，对电网建设项目进行后评价.本文结合地级市电网运行的特点，构建具有诊断功能的电网发展评价体系，采取模糊层次法对三地级市电网发展进行综合评价，为电网规划和改造提供决策依据.

1 地市级电网运行及发展诊断体系构建

1.1 诊断指标体系构建

电网是技术密集型产业，电能的发输配供用是同时完成的，保证电网的安全运行并提供合格的电能是电网运行的首要职能.因此，电网发展的安全与质量是衡量电网发展的基本因素.其次，电网是经济增长与社会发展重要的基础设施，电网发展的速度与规模能否支撑当地社会经济发展的需要是电网的重要功能.第三，不同电压等级电网之间的协调运行关系到整个电网的有序、高效运行.因此，电网自身的协调性也是一个重要的分析内容.最后，电网也是资金密集型产业，作为电网投资和建设主体的电网企业必须要提高电网资产的利用效率和盈利能力.因此，电网的发展效率与经营效益对于电网的可持续发展具有重要的意义.

从电网发展速度与规模、电网发展安全与质量、电网发展协调性、电网发展效率和电网经济效益5个方面（即准则层）对电网的发展进行诊断.在充分调研、征求专家意见的基础上，利用数据挖掘的方法筛选出46个具体评价指标（即指标层）.电网发展诊断的多层次评价指标体系，如表1所示.

表1 地市级电网发展诊断指标体系Tab.1 Development diagnosis index system of Municipal power

续表Continue table

对于电网发展安全与质量，主变和线路的N－1通过率及互联率是重要的诊断指标，样本地区涉及到的电压等级主要包括220，110，35，10kV.考虑到当地的电网结构，主变和线路的N－1通过率涉及到前3个电压等级，而互联率则主要考虑10kV.另外，通过对某地的三个城市进行调研，10kV市辖电缆化率及瓶颈线路占比也是比较重要的指标.

电网发展速度与规模主要反映电网与经济发展、电源装机接入、供应负荷电力等需求的适应性和协调性.筛选出的主要指标包括电网发展弹性系数、电网规模合理度、电源消纳水平以及主变容载比.经过专家讨论并结合当地实际情况，电网规模合理度选用10kV电压等级更符合地市级电网的特点；电源消纳水平和主变容载比则包括220，110，35kV.

电网发展协调性主要从4个指标来衡量，即城乡供电能力协调性、反映电网网架密集程度是否合理的供电半径发散度、评价市辖和县域线路容载比分布发散程度的容载比发散度，以及各级电网协调度.根据专家意见和当地地市级电网的特点.这4个方面分别选择了不同电压等级的线路.

对于电网发展效率，主要从5个方面进行分析，即线路最大功率占比经济输送功率、线路等效平均功率占比经济输送功率、主变等效平均功率、主变最大负载正态分布和线路最大负载正态分布.对于电网企业经济效益，文中通过电网的投资、运行、维护、回收4个角度来对电网的经济效益进行有效评价.

1.2 指标模糊隶属度确定及诊断分析

地市级电网发展评价指标体系具有多层次、多指标等特点.利用模糊数和模糊隶属度来直观地指出某指标所反映的内容是好还是不好.因此，将诊断指标分为5级，即指标的判断集均定为V＝（很好，较好，一般，差，很差）.在具体确定不同等级时，以某省不同地市级电力公司同业对标数据作为参考，对各个指标制定了具体的判断集标准，从而确定了所有指标的模糊隶属度.

图1 指标层雷达图Fig.1 Radar chart of index layer

为直观地对某指标做出判断，将判断集转换为等级，即V＝（一级，二级，三级，四级，五级）.采用最大隶属度原则确定该指标所属的等级，若则认为该指标评价等级为第k级.当出现bi和bk（k＝i±1）比较接近时0.7（其中，bi为和bk最接近的值），最大隶属度原则便失效，则在评价时，令δ＝bk／（bk＋bi）；当i＝k－1时，被评价对象为第（i＋δ）级；当i＝k＋1时，被评价对象为第（k－δ＋1）级.各指标等级计算结果，如图1所示.

本工程半潜驳运载取水头在海上实际拖运总时间约为42小时，平均速度为4.5nmile/s，与原设计基本相符，拖带力和拖缆验算基本正确。本项目的成功实施，节约了预制场地的建设投入，加快了施工进度，取得了良好的经济效益，可以为今后类似工程的技术方案提供很好的思路和经验。

如果指标位于第2级以内，说明该指标介于“很好”和“好”之间，这些指标应该继续保持.该雷达图非常直观地显示了3个地市级电网42个诊断指标的状况，为提高管理水平提供了很好的决策依据.

以城市Ⅲ为例，指标I111（220kV主变N－1通过率）等26个指标位于该区域.如果指标位于第2级和第3级之间，说明该指标介于“好”和“一般”之间，这些指标提升的空间较大，对电网的整体发展具有较大的促进作用.以城市Ⅲ为例，指标I14（10kV市辖电缆化率）等17个指标位于该区间.如果指标位于第3级以外，说明该指标距离“一般”的水平还有差距.因此，这些指标是电网发展中的薄弱环节，已经制约了电网的整体发展.

从图1可以看出：只有少数指标位于该区间，如城市Ⅲ有两个指标I241（220kV主变容载比）和I432（110kV主变等效平均功率）位于第3，4级之间，这些指标是管理层应该高度关注和重点改进的指标.如果指标评价结果位于第4级以外，那说明该指标严重地影响了电网的整体发展，必须立即改进.对于3个样本城市电网而言，没有指标落入该区间.

2 基于三角模糊数的权重确定

序关系和层次分析法是常用的权重确定方法，但专家通常难以给出一个确定的分数来确定两个因素比较时的相对重要程度，而三角模糊层次分析法利用模糊隶属度的原理可以有效地解决这一问题.

图2 一个三角模糊数Fig.2 Triangle fuzzy number

如图2所示的三角模糊数，a，b，c（a≤b≤c）分别表示的是隶属于所属论域的最小可能值、最可能值和最大可能值，而介于a，b，c三者之间的某一数值x和隶属度y的关系满足

将传统层次分析法中的两两因素比较矩阵中的数值用三角模糊数的方式代替，结果如表2所示.将两两比较矩阵中的数值用三角模糊数代替，然后进行权重的计算，具体有如下4个主要步骤.

表2 模糊数转换表Tab.2 Conversion scale of fuzzy number

1）计算第i个目标的模糊综合评价值，即

2）计算两两模糊数的可能比较值，即

3）取最小比较值作为最终值，即有

4）设d′（Ai）＝minV（Si≥Sk）（k＝1，2，…，n；k≠i），则权重向量可以表示为

将其标准化，则可以得到标准后的向量为

电网发展诊断指标体系涉及指标较多，同时不同电压等级的线路共存形成网络.因此，许多指标都对应不同的电压等级，比如容载比涉及到不同电压等级的容载比.为清晰地反应诊断体系，构建了三层评价指标体系；同时在计算权重时，对三层诊断指标分别计算权重，计算得到的各层诊断指标的权重如表1括号中的数值.

3 电网发展运行的模糊综合评价

在对地市级电网发展评价体系的构建中体现为3个层次，故文中构建三级级评价模型，分别利用模型（5）对每层诊断评价指标，进而得到3个地市级电网的综合评价结果.

式（5）中：Wi为各层指标权重向量；R为各层指标模糊隶属度矩阵；bi是综合考虑因素集中所有因素后判断对象属于第j个评语Vj的隶属度；B是属于判断集V上的模糊集合；“◦”代表合成算子.

为直观地反映评价结果并进行诊断，按前述指标分级办法将评价结果分为六级，并用雷达图标定3个城市电网发展整体水平和5个准则的评价等级，如图3所示.由图3可知：城市Ⅰ和城市Ⅲ的电网整体发展水平比较接近，分别为1.76和1.83级，介于第1，2级之间，即介于“很好”和“较好”之间.但城市Ⅱ电网整体发展水平为2.25级，即介于“较好”和“一般”之间.因此，该城市电网整体发展水平需要大力改进.为进一步诊断各城市电网发展中存在的问题，可以从两个方面对城市电网整体发展进行诊断.

图3 准则层和电网发展整体水平评价雷达图Fig.3 Radar map of criterion layer and the grid development evaluation

对于城市Ⅰ，电网发展安全与质量（S1）、电网发展速度与规模（S2）、电网发展协调性（S3）和电网发展效率（S4）4个方面分别位于1.75，1.85，1.49和1.63级，都介于“很好”和“较好”之间，这4个方面发展得比较好.但电网经济效益（S5）的评价结果为2.62级，也就是介于第2，3级之间.因此，该指标应该有较大的提升空间.

对于城市Ⅱ，电网发展速度与规模（S2）和电网发展协调性（S3）分别位于1.97级和1.88级，而电网发展安全与质量（S1）、电网发展效率（S4）和电网经济效益（S5）分别为位于2.35级、2.25级、2.98级，即介于“较好”和“一般”之间.因此，改进这3个方面的工作应该是未来的工作重点.

对于城市Ⅲ，电网发展安全与质量（S1）、电网发展速度与规模（S2）和电网经济效益（S5）评价结果分别位于1.57级、1.86级、1.73级，结果较好比较好，但电网发展协调性（S3）和电网发展效率（S4）分别位于第2.15和2.02级，也就是介于“较好”和“一般”之间，大力改进这两个方面应该是该城市电网未来发展的重点.

4 结束语

结合地市级电网的特点，首先从电网发展安全与质量、电网发展速度与规模、电网发展协调性、电网发展效率、电网经济效益5个维度对电网发展进行分析；然后，根据专家建议和数据挖掘的方法筛选了46个具体指标，构建了电网发展诊断多层评价指标体系.通过计算各指标的模糊隶属度并确定其评价等级，从而清晰地分析各评价指标的状况.最后，利用三角模糊数确定了评价指标的权重，用模糊综合评价法对三个城市电网的发展水平进行实证分析.该诊断评价体系可以全面地对电网发展进行评价，并指出电网发展中需要加强的环节，为管理决策提供依据.

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