基于网格化理念的配电网规划评价模型

王赛一，吴正骅，华月申，谢旗辉，李红英，侯四维，赵艳粉

(1.国网上海市电力公司浦东供电公司，上海 200122；2.上海合泽电力工程设计咨询有限公司，上海 200433)



基于网格化理念的配电网规划评价模型

王赛一1，吴正骅1，华月申1，谢旗辉2，李红英2，侯四维2，赵艳粉2

(1.国网上海市电力公司浦东供电公司，上海 200122；2.上海合泽电力工程设计咨询有限公司，上海 200433)

为了全面准确地反映网格化配电网规划的实际情况，构建一种全新的评价模型，对网格展开多维度可量化的综合校验。采用层次分析法建立三维度评价指标，并结合德尔菲法确定各指标权重，通过曲线拟合确立指标函数，在此基础建立网格化评价模型。最后，选取上海浦东核心区陆家嘴金融片区进行算例验证，分别从经济性、可靠性、可持续发展三个角度对该片区的整体网格化规划进行评价，所得结果表明构建的评价模型能够全面反映规划方案的特征要素，量化描述规划的优劣，引导有关部门做出正确的决策。

配电网; 网格化; 层次分析法; 德尔菲法

随着城市中心区电力负荷快速发展，出现中心城区变电站趋于饱和、站点布局混乱、设备负载率偏高等问题，导致城市配电网建设不能很好适应电力发展的需求。通过科学合理的规划，在满足用户用电需求的同时，可减少电能的网络损耗，使配电网运行具有良好的效益。传统的电网规划思路为现状分析、全局负荷预测与局部负荷预测，在此基础上进行近远景规划。该方法多用于简单配电网规划，对于复杂化的配电网已无法满足要求。基于此问题，本文将网格理念引入配电网，即为配电网网格化，含有配电网网格化规划。

配电网评价模型主要针对传统的配电网规划方法提出，面向不同的对象，评价模型侧重点有所不同。文献[1]通过鱼骨分析法从网络结构、负荷供应、 装备技术、运行管理4个方面建立针对城市配电网的评价指标体系；文献[2]从协调性、适应性、经济性、可靠性等4个方面，建立适用于高压配电网规划的评价指标体系，但缺乏针对网格化电网规划评价特有的指标。因此针对网格化规划理念，提出基于层次分析法和德尔菲法相结合的网格化规划评价模型，对网格展开多维度可量化的综合校验。分别从经济性、可靠性、可持续发展3个维度构建了4个一级指标，13个二级指标。利用层次分析和德尔菲法确定各个指标权重，并结合专家打分法和曲线拟合求得各个指标的隶属函数，最后，利用层次分析法得出配电网网格化规划的综合评价模型。本文研究的综合评价模型能够全面反映网格化规划方案的特征要素，量化描述规划的优劣，引导相关部门做出正确的决策，具有一定的实用价值。

1　配电网网格化规划

1.1网格化理念

网格定义是将某个区域按照一定规则，划分成若干个网格状的小单元，便于对区域进行更精细化的管理[3]。所谓“格”是指管理区域或对象被划分后的空间单位，类似地块、责任区等，可大可小；所谓“网”指的是若干个格组成的适当区域。

本文将网格化引入配电网，即将配电网网格化，是指将某一供电区域在地理上划分成若干个相对独立的、供电范围不重叠的片区(供电网格)。对配电网以网格为单位进行管理，包括配电网的规划、建设和运行维护等。这种管理方法能为配电网业扩接入、项目储备、可靠性管理、线损管理、基础台账管理及运行维护管理等方面提供更全面、更精细化的决策依据及参考。

1.2配电网网格化规划

配电网网格化规划是以地块用电需求为导向，依据地区控制性详细规划对不同用地性质和开发深度的地块进行归类，结合典型负荷预测模型，开展系统化负荷预测，同时按照差异化的规划标准，分区域开展10kV一次网架布局，统筹配电网自动化、通信、保护配置等内容。考虑到网格化规划是一种新的配电网规划理念，为了确保规划后的配电网安全经济运行，需建立一种全新的评价模型来全面准确地反映网格化配电网规划的实际情况。

2　构造配电网规划评价模型

2.1配电网规划评价模型的主要内容

配电网规划评价模型的主要内容包括指标体系、指标权重、隶属函数。

a) 指标体系。指标体系是为了对配电网规划的某个参数或系统运行状态进行评价而选取的一系列指标；不同地区不同项目的指标体系各不相同，根据不同配电网项目的特点，制定与其相适应的指标体系[4]。科学合理选择指标体系是配电网规划评价的基础，此外，每个指标的定义与计算方法也必须详细合理。

b) 指标权重。指标的权重反映了各个指标对配电网项目的影响程度。指标对配电网项目的影响越大，权重越大，反之则越小[5]。指标权重选取越合理，评价结果就越科学，越贴近实际。

c) 隶属函数。隶属函数是指标值与指标值的评判分数的函数关系，一般是由曲线拟合求得。

2.2建立评价模型指标体系

从网格化规划的绩效、经济、可持续发展3个维度开展工作，其中，绩效主要反映供电可靠性；经济性主要分析网格化划分后需要改造的用户比例和现有资源利用情况；可持续发展考察网格化规划适应负荷发展的能力，包括变电站负载均衡度和负荷适应性两个方面。由此3个维度可分解出可靠性、经济性、变电站负载均衡度、负荷适应性4个一级指标，13个二级指标，其结构如图1所示。

注：“主变”为主变压器的简称，下同。图1　网格化配网规划评价指标结构

2.3计算评价模型指标权重

目前，确定指标权重的方法很多，但考虑到不同地区不同项目需制定不同的权值，采用层次分析法与菲德尔法相结合来确定指标权重，基本步骤如下：

a) 构造比较判断矩阵。由层次分析法结合德尔菲法，确定各单一指标的相对重要程度，构造比较判断矩阵。其中，对于指标i和指标j，以aij表示第i个要素与第j个要素相对上一层某个要素的重要性，而aji=l/aij。其中，aij的取值范围是 1～9 及其倒数，1～9取值含义见表1。

b) 校验判断矩阵一致性。

c) 根据层次分析法，确定网格化配电网规划校核模型各项指标权重。

表1aij的1～9取值含义

序号aij取值代表含义11要素i与要素j对上一层次要素的重要性相同23要素i比要素j略重要35要素i比要素j重要47要素i比要素j重要得多59要素i比要素j极其重要

设共有n个元素组成评价指标体系，则A=(aij)n×n为指标体系的比较矩阵。

2.4构建评价模型指标隶属函数

对指标值进行评分，需要制定指标值的合理取值范围。指标值的“合理范围”即是指标的评价判据，可以分为点值和区间两种表示方式。采用点值的表现形式时，指标值的评分只有100分和0分两种情况，指标值达到或者超过点值要求为100分，反之则为0分；采用区间表现方式时，指标值的分数会随着指标值的取值变化。确定指标值的评价判据，需要参考相关专业的技术导则和相关专家长期的工作经验[6]。

本文采用百分制，根据不同指标的特点分别采用点值和区间2种评价判据。综合多位电力专家的意见确定各个指标的评分判据。对于区间评价判据，为了使评价分数具有平滑性，选取最大分值100分，最小分值0分，中间分值20分、40分、60分、80分，共6点数据，通过曲线拟合得到各指标的隶属函数，具体分析过程如下:

a) 确定各指标的隶属函数类型。隶属函数可以选用线性函数、二次函数、三次函数、对数函数及幂函数等函数形式进行拟合。由文献[6]可知三次函数的拟合度最高，但是三次函数计算复杂，而二次函数的拟合度与三次函数相差不大，因此本文选用二次函数作指标值与评分判据的关系函数，即y=ax2+bx+c，其中，x代表指标值；y代表分数；a、b分别为二次项、一次项系数，c为随机误差项。

b) 确定各评分函数的二次函数曲线。先设定各指标最大值对应的评分为100分，最小值对应的评分为0分，中间分值为20分、40分、60分、80分，再结合相关技术导则规定和有关专家的工作经验，确定以上6个分数对应的指标值。由以上6个坐标点进行二次曲线拟合，确定各个指标的二次函数曲线。本文选取部分指标值的隶属函数见表2。

表2各指标二次函数

类别指标x取值范围评分函数:y=ax2+bx+cabc经济性用户切割比例线路平均负载率主变平均负载率[0,40%]399.04-347.84100.00其他000[25%,65%]-208.14362.44-53.89[65%,90%]0-400360其他000[30%,55%]648.01-223.8628.25[55%,75%]0-400.00320.10其他000负荷适应性网格供电能力平均裕度出线间隔裕度[20%,35%]-1428.401300.2-180.60[35%,70%]-174.46-35.69133.00其他000[5%,30%]-1453.20845.50-22.20[30%,70%]-100.52-106.06142.08其他000

2.5评价模型

根据表2给出的各个指标的隶属函数，结合各指标的指标值，得出评价对象的各指标得分，逆推计算得出上一层的指标评价得分。网格化配电网规划评价模型公式为

(1)

式中：Y为指标的总评分；Yj为某一级或二级指标的评分；Wj为该指标权重。

3　实例分析

以上海浦东核心区陆家嘴金融片区为例，依据配电网网格划分原则、划分方法，将陆家嘴金融片区划分为14个网格，每个网格都不重叠，且具有运行独立性。应用网格化规划评价模型结合各位专家意见，综合各位专家意见后，各项指标类型和理想值结果见表3。

以各指标的理想中间值为基础，采用二次拟合曲线，对陆家嘴金融片区的配电网网格化规划进行评价，网格的各指标值及得分情况见表4，总得分93.59，整体规划水平优良。

表3配电网综合评价体系指标类型以及理想值

类别指标指标类型理想值经济性用户切割比例负指标0线路平均负载率中间值指标60～70主变平均负载率中间值指标50～60可靠性供电可靠率RS-3正指标99.999线路“N-1”通过率正指标100主变“N-1”通过率正指标100变电站l0kV母线“N-1”通过率正指标100变电站全停平均负荷损失比例负指标0变电站负载均衡程度重过载变电站比例负指标0轻载变电站比例负指标0变电站站内主变负载均衡度负指标0负荷适应性网格供电能力平均裕度中间值指标20～40出线间隔裕度中间值指标20～40

表4陆家嘴金融片区网格化规划评分结果

指标指标值/%模糊评分值权重总评分用户切割比例线路平均负载率主变平均负载率供电可靠率RS-3线路“N-1”通过率主变“N-1”通过率变电站10kV母线“N-1”通过率变电站全停平均负荷损失比例重过载变电站比例轻载变电站比例变电站站内主变负载均衡度网格供电能力平均裕度出线间隔裕度045.6846.9899.991001001000005.2254.3217.82100.0068.2466.10100.00100.00100.00100.00100.00100.00100.0095.9062.1482.320.210.040.030.280.080.060.040.010.100.020.030.070.0293.59

从变电站负载均衡度、经济性、负荷适应性、可靠性等4方面进行综合考察，浦东核心区开展的网格化规划整体情况见表5。

表5一级指标得分统计

类别权重分数经济性0.2891.83可靠性0.47100变电站负载均衡0.1699.18负荷适应性0.0966.58

从表5可以看出，核心区区域网格方案在经济性、可靠性和变电站负载均衡方面均达优秀水平，但负荷适应性仅达到及格水平，具体分析如下：

a) 经济性方面。经济性得分91.83分，分数达到优秀水平。用户切割比例分数为满分。线路、主变平均负载率得分属于中等水平，造成的主要原因是，网格化规划具有前瞻性，需要为以后的负荷发展留有一定的裕度。

b) 可靠性方面。可靠性得分为满分。供电可靠率RS-3、线路“N-1”通过率、主变“N-1”通过率、变电站10 kV母线“N-1”通过率都是满分。

c) 变电站负载均衡度方面。变电站负载均衡度得分99.18分，接近满分。重过载、轻载变电站比例得分都是满分。变电站站内负载均衡度分数也接近满分。

d) 负荷适应性方面。负荷适应性得分66.58分，分数刚过及格线。出线间隔裕度属于良好水平，网格供电能力平均裕度分数较低。

综述所述，本文提出的评价模型校验上海金融片区规划工程，评价总分为93.59，总体评价良好。该项目后评估、评价得分95.06分，两者评估得分相差较小，说明网格化规划评价模型具有一定的实用价值，值得推广。

4　结束语

通过层次分析法和德尔菲法构建了能体现网格化规划特点的配电网网格化规划评价模型。选取上海浦东核心区的陆家嘴金融片区做算例验证，得出如下结论：

a)陆家嘴金融片区网格化规划总体得分93.59分。 总体评价优良，说明网格化划分及网格规划合理。

b)陆家嘴金融片区网格化规划经济性、可靠性、变电站负载均衡度、负荷适应性得分分别为91.83分、100分、99.18分、66.58分。负荷适应性较差，原因在于网格供电能力平均裕度分数较低。

综上所述，利用本文构建的配电网网格化规划评价模型，不仅可以对整块区域的网格化规划结果进行综合评价，而且也可分别从经济性、可靠性、变电站负载均衡度、负荷适应性4个方面对网格化规划结果进行评价。本文构建的配电网网格化规划评价模型可以对配电网网格化规划展开科学合理的评价，对推广配电网网格化规划具有重要意义。

[1] 韩震焘, 黄志伟, 葛少云, 等. 城市配电网综合评价体系[J]. 电网技术, 2012, 36(8): 95-99.

HANZhentao,HUANGZhiwei,GEShaoyun,etal.AComprehensiveEvaluationSystemofUrbanDistributionNetwork[J].PowerSystemTechnology,2012, 36(8): 95-99.

[2] 羌丁建，寿挺，朱铁铭，等. 高压配电网规划评价指标体系与综合评价模型[J].电力系统保护与控制,2013,41(21):52-57.

QIANGDingjian,SHOUTing,ZHUTieming.etal.AnEvaluationIndexSystemandComprehensiveEvaluationModelonHigh-voltageDistributionNetworkPlanning[J].PowerSystemProtectionandControl, 2013, 41(21):52-57.

[3] 姚刚，仲立军，张代红. 复杂城市配电网网格化供电组网方式优化研究及实践[J]. 电网技术, 2014, 38(5): 1297-1301.

YAOGang,ZHONGLijun,ZHANGDaihong.ResearchandPracticeofMesh-networkingOptimizationforPowerSupplybyComplexUrbanDistributionNetwork[J].PowerGridTechnology, 2014, 38(5): 1297-1301.

[4] 叶彬, 葛斐, 陈学全, 等. 配电网发展协调性评估[J].电力系统及其自动化学报, 2012, 24(5): 154-160.

YEBin,GEFei,CHENXuequan,etal.AssessmentMethodofGridDevelopmentCoordination[J].ProceedingsoftheCSU-EPSA, 2012, 24(5): 154-160.

[5] 张心洁，葛少云，刘洪，等. 智能配电网综合评估体系与方法[J].电网技术, 2014,38(1):40-46.

ZHANGXinjie,GEShaoyun,LIUHong,etal.ComprehensiveAssessmentSystemandMethodofSmartDistributionGrid[J].PowerGridTechnology, 2014,38(1):40-46.

[6] 沈阳武，彭晓涛，施通勤，等.基于最优组合权重的电能质量灰色综合评价方法[J].电力系统自动化，2012，36(10)：67-73.

SHENYangwu,PENGXiaotao,SHITongqin,etal.AGreyComprehensiveEvaluationMethodofPowerQualityBasedonOptimalCombinationWeight[J].AutomationofElectricPowerSystems, 2012,36(10)：67-73.

华月申(1983) ，男，上海人。工程师，工学硕士，主要从事电网规划工作。

(编辑王夏慧)

EvaluationModelforPowerDistributionNetworkPlanningBasedonGridConcept

WANGSaiyi1,WUZhenghua1,HUAYueshen1,XIEQihui2,LIHongying2,HOUSiwei2,ZHAOYanfen2

(1.PudongPowerSupplyCompanyofStateGridShanghaiMunicipalElectricPowerCompany,Shanghai200122,China;2.ShanghaiHezePowerEngineeringDesign&ConsultingCo.,Ltd.,Shanghai200433,China)

Inordertocomprehensivelyandaccuratelyreflecttheactualsituationofgriddingpowerdistributionnetworkplanning,akindofnewevaluationmodelisconstructedfordevelopingmulti-dimensionalandmeasurablecomprehensivecheckforthegrid.Hierarchyanalysismethodisusedtoestablish3DevaluationindexandDelphimethodiscombinedtodetermineweightofeachindex.Bymeansofcurvematching,indexfunctionisestablishedandgriddingevaluationmodelisbuilt.Finally,financialareaofPudongLujiazuicoreareaofShanghaiisselectedasanexampleforverification.Inthreeaspectsincludingeconomy,reliabilityandsustainabledevelopment,overallgriddingplanningisevaluated.Resultsindicatethattheconstructedevaluationmodelisabletocomprehensivelyreflectcharacteristicfactorsoftheplanningschemeandquantitativelydescribeprosandconsoftheplanningwhichmayguiderelateddepartmentstomakerightdecisions.

powerdistributionnetwork;gridding;hierarchyanalysismethod;Delphimethod

2016-04-14

国家自然基金资助项目(201451307104)

10.3969/j.issn.1007-290X.2016.07.010

TM715

A

1007-290X(2016)07-0049-04

王赛一(1978)，男，上海人。高级工程师，工学博士，长期从事配电网规划工作。

吴正骅(1984)，男，上海人。高级工程师，工学硕士，从事城市配电网络规划方面的工作。