基于层次分析法研究35 kV配电线路工程的实施

陆武军

(上海市南电力(集团)有限公司青浦分公司，上海　201700)

基于层次分析法研究35 kV配电线路工程的实施

陆武军

(上海市南电力(集团)有限公司青浦分公司，上海201700)

摘要：针对35 kV配电线路工程实施进行了系统、科学的分析与评估，基于层次分析法(AHP)构建了35kV配电线路工程实施的基本模型。根据性能需求确定单项指标的评价标准，实现工程专家经验和定量、定性科学评估结果的结合。该模型对于中高压配电网在方案设计、工程施工以及竣工验收等环节具有良好的理论和实践指导意义。

关键词：AHP分析法；35 kV配电线路；中高压配电网

35 kV配电线路已成为我国中高压配电网中的重要组成。考虑到35 kV配电线路地域范围大、设计方案条件差异大等特点，在方案设计、项目投标、工程施工以及竣工验收等环节需要通过合理科学的过程控制，才能真正实现有效的成本控制的目标。

AHP基于一种先分解后综合的思想，面向多目标复杂系统，开展定型和定量相结合的分析决策法。利用分析决策者的经验衡量判断不同目标之间的相对重要性，并对每个决策方案的标准给出对应权数，针对权数运用数学方法定量的计算出各类决策方案的优劣顺序供决策者选用。

运用AHP法构建模型时，主要分为4个步骤：(1)构建层次结构模型；(2)构造判断决策矩阵数学模型；(3)相对重要度计算及一致性检验；(4)综合重要度及一致性检验。

本文基于层次分析法(AHP)构建了35 kV配电线路工程实施的基本模型，该模型对于中高压配电线路建设具有理论和实际指导意义。

135 kV配电线路工程实施层次结构模型

构建层次结构模型就是要根据决策目标、依照决策准则，分析研究决策对象之间的相互关联性，分层递进的给出层次化的系统结构图。层次结构模型一般分为三个等级：最高层为决策所需完成的目标；中间层为影响目标实现的基本准则；最底层为完成目标的具体措施。

根据中高压配电线路建设的相关技术规程，经过实际调研分析，给出了基于AHP分析法建立的35 kV配电线路工程实施的层次结构模型，如图1所示。该层次结构模型分为配电变压器(B1)、配电线路(B2)、无功补偿(B3)和配电网结构(B4)4个准则层指标，9个单项评价的措施层指标(C1～C9)。

图1　35 kV配电线路工程实施的层次结构模型

2构造判断决策矩阵数学模型

判断决策矩阵的构造方法是：根据层次结构模型，将每个具有向下隶属关系的元素作为矩阵的首要元素，放置在矩阵的左上角，该元素的下属关系元素依次排列在举证的行和列上。

表2　35 kV配电线路工程实施判断决策矩阵表

设判断决策矩阵为A=(aij)n×n，判断决策矩阵具有如下性质：

aij>1，aij=1/aij，aii=1

依据两个元素的相对重要度，给出了相应的权数，以便于对决策方案进行定量计算，重要度含义如表1所示。

35 kV配电线路工程实施判断决策矩阵表如表2所示。矩阵表中的具体标度需要根据工程实际进行配置。

表1　重要度含义表

下面给出措施层部分单项指标的评价标准。

2.1变压器允许容量

影响变压器允许容量的主要因素有：高压侧和低压侧电压、短路阻抗、短路电流以及并列运行变压器台数。变压器允许容量S可计算为：

(1)

式中IH——高压侧短路电流，kA；UH——高压侧电压等级，kV；UT——低压侧电压等级，kV；IT——低压侧短路电流，kA；UK——单台变压器短路电压百分比，%；n——变压器并列运行台数，台。

当变压器高压和低压测电压等级一定时，高压侧短路电流越小，短路阻抗越大，且低压侧短路电流越大时，则变压器允许容量越大。变压器短路阻抗ZT可以用UK表示：

2.2变压器经济运行

在额定电压工作状态下，当额定电流通过变压器绕组时，其运行效率η为：

(2)

式中cosΦ——变压器的功率因数；ΔP0——变压器空载有功功率，kW；ΔPk——变压器满载有功损耗，kW。

变压器视在功率中主要包含了有功功率和无功功率。变压器功率因数是指有功功率占视在功率的百分比。因此提高功率因数可以有效地提高变压器的运行效率。

2.3变压器位置

配电变压器与负荷中心的相对位置对于35 kV配电线路工程实施具有重要的评价意义。变压器距离负荷中心的位置可以以二维坐标(x，y)来表示：

(3)

式中P1～Pn——负荷点有功功率，kW；x1～xn和y1～yn——负荷点的横坐标和纵坐标(m)。

通过负荷中心的配电变压器占变压器总量的百分比确定变压器位置评价标准。一般来说，百分比越高对于35 kV配电线路越有益。

2.4配电线路供电范围

35 kV配电线路供电半径为20～50 km，为保障线路损耗和配电线路压降，依据负荷密度可以得出经济供电半径：

(4)

式中Pm——配电线路供电功率，kW；σ——负荷密度，kW/m2；K——配电线路成本系数，如铜导线的成本系数为38.75。

配电线路供电范围评价标准是根据经济供电半径内的线路占35 kV配电线路总量的百分比，百分比越高越有益。

2.5线路电压降和线损率

采用了电压损失法来计算配电线路的电压降和线损率。忽略线路本身的电抗，电压降ΔU和线损率ΔPL可计算为：

令cosφi=cosφ，可以得出线路线损率与电压降的比值K可计算为：

(5)

式中Ii——从变压器输出端到电压最低点流过第i段线路的电流，A；Ri——第i段线路的电阻，Ω；I——流过线路开始的电流，A；φi——第i段线路电压与电流的相位差；n——从变压器出口到电压参考点之间的线段数。

2.6无功功率补偿容量

在35 kV配电线路工程中，一般按照变压器容量的15%～30%来配置无功功率补偿容量。无功功率补偿容量QC的计算式为：

QC=Pmax(tanφ1-tanφ2)

(6)

式中Pmax——配电变压器最大负荷功率，kW；φ1和φ2——补偿前和补偿后的功率因数角。

2.7配电网安全性和可靠性

配电网的结构可以通过安全性和可靠性两个指标来衡量。

(1)安全性：配电网的安全性是指运行过程中发生故障时，配电网对负荷保持持续供电的能力。常用 “N-1”基本安全规则来衡量配电网安全性。针对35 kV配电网多主变压器的配置情况，以2回路停电所造成瞬间负荷占总负荷的比例作为校验标准，定义了一种“N-2”校验作为35kV配电网安全性规则。

(2)可靠性：配电网的可靠性是指配电网对负荷持续稳定供电的能力，可靠性指标可以通过众多指标进行量化。根据AHP中各指标相对独立的要求，选用了“系统平均停电持续时间SAIDI”和“系统平均停电频率SAIFI”这两个指标来反映配电网的可靠性。

系统平均停电持续时间SAIDI指每个由配电网供电的负荷点在一年中平均停电持续时间，通过停电时间总和与负荷数之比来表示：

式中Nij——配电线路j上负荷点i的用户数；Mij——配电线路j上负荷点i的年平均停运时间；R——配电线路j上负荷点集合；N1——配电线路总数。

系统平均停电频率SAIFI指每个由配电网供电的负荷点在单位时间内所遭受到的平均停电次数：

式中λij——配电线路j上负荷点i的年平均停运率。

3相对重要度计算及一致性检验

相对重要度是指将隶属于同一准则的所有元素进行重要度评定，并给出相应的量化值(权向量)。相对重要度的计算方法是先求出判断决策矩阵的特征向量，然后再求其相对应的最大特征根。计算权向量最常用和积法和方根法。

和积法的基本步骤是：首先对判断决策矩阵的每一列元素作归一化处理；然后将处理后的判断决策矩阵按行相加，得到该列向量；接着将判断决策矩阵的权向量W=[W1，W2，W3…Wn]进行归一化处理，得到判断决策矩阵的特征向量Wi；最后，计算出判断决策矩阵最大特征根λmax，n代表判断决策矩阵的阶数：

判断决策矩阵进行一致性检验通过计算一致性比例C.R.(Consistency ratio)来决定：

(7)

(8)

式中R.I.(Random index)——平均随机一致性指标，其取值与判断决策矩阵的阶数n有关。

当C.R.<0.1时，认定判断决策矩阵具有可以接受的一致性。如果C.R.>0.1，则需要重新调整判断决策矩阵，使之达到一致性标准。

4综合重要度及一致性检验

在得到了相对重要度后，采用从上至下的方法，求出各级元素相对于总体决策总目标的综合重要度。

综合重要度结果也必须进行一致性检验。

当C.R.(k)<0.1时，认为判断决策矩阵综合重要度致性是满意的。

5结语

本文提出了一种基于AHP分析法的35kV配电线路工程实施基本模型，该模型能够有效评估配电网的性能需求，简化了数据收集整理工作，降低了数据分析的难度，更加便于操作。采用该模型对于中高压配电网的方案设计、工程施工以及竣工验收等环节，具有良好的理论和实际指导意义，能够极大的提高过程控制的效率。

参考文献：

[1]林静.工程造价综合知识[M].北京:中国电力出版社,2009.

[2]陈德双. 电力工程造价全过程控制探讨[J].福建电力与电工，2008，28(4)：28-30.CHEN De-shuang. Probing into the whole process control for cost in electric power project construction[J]. Fujian Power and Electrical Engineering, 2008,28(4)：28-30.

[3]曹阳,孟晗辉,赵力.基于层次分析法的新农村低压配电网综合评估方法[J].电网技术,2007，31(8)：68-72.CAO Yang, MENG Han-hui, ZHAO Li, et al. A comprehensive evaluation method of new rural low-voltage distribution networks based on analytic hierarchy process[J]. Power System Technology,2007,31(8):68-72.

[4]王庭政. 智能配电网可靠性评估研究[D].北京：北方工业大学，2015.

[5]李金芳.基于AHP/DEA的20kV中压配电方案研究及评估[D].保定：华北电力大学，2009.

[6]路达. 输电线路工程造价全过程控制研究[D].保定：华北电力大学，2012.

(本文编辑：赵艳粉)

AHP-Based Analysis of 35 kV Distribution Line Construction

LU Wu-jun

(Qingpu Branch, Shanghai Shinan Electric Power (Group) Co., Ltd., Shanghai 201700, China)

Abstract:This paper makes a systematic and scientific analysis and assessment of 35 kV distribution line construction. Based on the analytic hierarchy process (AHP), it constructs the basic model of 35 kV power distribution line project. The single index evaluation standard is defined according to performance requirements, and engineering expert experience and the quantitative and qualitative scientific evaluation results are integrated. The model has good theoretical and practical guidance value for high/medium voltage distribution network in the course of project design, construction and completion inspection.

Key words:AHP analysis method; 35 kV power distribution line; high/medium voltage distribution network

DOI：10.11973/dlyny201603002

作者简介：陆武军(1971)，男，技师，从事配电线路施工管理工作。

中图分类号：TM731

文献标志码：A

文章编号：2095-1256(2016)03-0274-04

收稿日期：2016-02-14