基于紧迫性分析的配电网改造项目优化研究

陈 海

（国网桐乡市供电公司，浙江 桐乡 314500）



基于紧迫性分析的配电网改造项目优化研究

陈 海

（国网桐乡市供电公司，浙江 桐乡 314500）

配电网改造是为了满足不断增长的供电需求，但其开展受资金总额、作业力量等多因素制约，存在一个择优执行的问题。文章根据配网运行实际，提出项目紧迫性分析的概念，并以紧迫性改善最大为目标函数、项目投资不超批复为约束条件来构建项目优选辅助决策模型。紧迫性计算主要基于改进型层次分析法进行。算例表明：文章的研究成果能保证配网改造中有限资金得到最大功效的利用，有助于供电可靠性和电能质量的稳步提升。

层次分析；紧迫性；配电网规划；优化

随着用户对供电可靠性及电能质量要求的不断攀升，配电网改造的合理性和科学性分析也变得日益重要。由于配电网点多面广、设备繁杂，开展配电网的改造工作所需考虑的因素是方方面面的，如周边环境、线路走廊、批复资金、作业力量等。因此，就某一阶段来说，配电网改造所面临的首要工作是优选项目，即争取以最少的资金和人力换取最大的供电改善。现有文献认识到配电网改造的分区、分片特点，采用层次分析法来梳理线路或变电站的存在问题数量，并以此确定项目集合中项目安排的优先顺序［1-2］。这种方法能在一定程度上吸纳专家知识，具有一定合理性，但其缺少对存在问题的严重指数的分析和判断，因此仍是片面的，需要改进。

1 基于紧迫度分析的配电网项目优化思路

配电网改造的最终目的是为了满足不断增长的用电需求，因此我们可以以项目实施对供电紧迫性缓解程度最大作为目标函数来追求项目的优选。但紧迫性判断既涉及对配网指标的分析，又关系到指标之间权重的分配，因此具有较大模糊性和不确定性，需要采用有效的模型来进行。文章根据国内外研究趋势，提出利用基于DEMATEL方法（决策实验室分析法）和交叉增援矩阵法的改进型层次分析法来科学得到紧迫性指数，以此有效安排改造项目的优先次序。以下为建模步骤：

1）根据负荷预测及配网现状，确定配网的短板。

2）利用辅助决策程序和专家知识，充分考虑经济、可靠、发展等因素，建立线路改造项目集。

3）使用层次分析法对馈线的核心考核指标进行权重初分配，然后用DEMATEL方法和交叉增援矩阵法对权重进行修正。

4）对改造项目集中每条馈线进行考核指标计算，在此基础上糅合终极权重值进行紧迫性分析。

5）以紧迫性改善最大为目标函数，以批复资金为约束，建立项目优选模型。

其中，第 3）步是重点，其构建情况如图 1所示。

图1　层次分析法的层次划分

2 紧迫性计算

2.1指标考核函数构建

针对图1中第三层建立指标考核函数。因只有指标不合格才会产生改造紧迫性，因此建立的指标考核主要反映的是不合格情况。

1）主干长度不合格程度。以式（1）表示，其中，Lmax为符合规程和当地实际的最大允许主干长度，a1为被考察馈线的主干长度。

2）主干截面不合格程度。以式（2）所示的模糊数学中的隶属函数形式来表达。

3）装见容量不合格程度。以式（3）表示，其中，Cmax为符合规程和当地实际的最大允许装见容量，a2为被考察馈线的装见容量。

4）负载率不合格程度。以式（4）表示，其中，lmax为符合规程和当地实际的馈线最大允许负载率，a3为被考察馈线的实际负载率。

5）可转供比例不合格程度。以式（5）表示，其中p表示被考察馈线的可转供比例。

6）接线状况不合格程度。以式（6）表示，“1”表示不合格，“0”表示合格。

7）线损不合格程度。以式（7）表示，其中，Tmax为线损率指标上限，a4为被考察馈线的实际线损率。

2.2紧迫性计算

以式（8）表示。其中：wj为指标权重；ui0为直接由权重糅合指标不合格值而得到的修正紧迫性数值；ui1为考虑紧迫性惩罚法则所得到的紧迫性数值；umax为紧迫性惩罚上限，即紧迫性大于此值而未进入优选序列将受到惩罚；I（x）为 0-1函数，当x＞0取1，反之取0。

3 项目优选建模

所谓项目优选，就是在批复资金框架内，执行某些改造项目将能最大程度地缓解馈线改造紧迫性［3］。采用0-1规划模型，如式（9）所示，其中：①Z为所有优选项目执行后的系统总紧迫性改变幅值；②△uj为项目 j的执行给系统紧迫性带来的变化；③ui2为优选项目执行后线路i的紧迫性数值；显然，若改造后该线的所有考核指标均达到合格，那么其紧迫性应该为 0；改造后该线的考核指标仍有不合格的，那么其紧迫性应有下降，但大于 0；④Mj为项目j的使用金额，Mmax为预算总金额；⑤S为项目集，Aj为项目 j所辐射的馈线集合；⑥xj是0-1变量，1表示项目被选中，0表示项目被淘汰。

关于式（9）的求解，可用LINGO软件进行。

4 算例

4.1基础数据

以中部某地的含5条线路（l1～l5）的配网为例，其基础数据见表 1。相关说明：①就该地实际情况（下同），干线长度的允许上限为6km；②装见容量的允许上限为12000kW；③线路是否构成重载的判断值为85%；④配网线损率要求不高于4%。

表1　算例的基础数据

4.2指标权重确立

根据层次分析法原理［4-5］，组织一定数量的各领域专家进行指标权重的确立。步骤：

1）先确立图1中因素层间的权重分配，结果为供电可靠性：电能质量：经济性=0.375∶0.475∶0.150。

2）建立图 1中各内容层之间的相互影响关系（见表2）。表中值的大小映射互作用程度的大小。

表2　图1中各内容层之间的相互影响

3）根据 1）、2），依次运用层次分析法、DEMATEL方法及交叉增援矩阵法进行指标权重的初始计算和修正，最后得到：主干长度、主干截面、装见容量、重过载、可转供比例、接线模式、线损率的权重分别为0.0667、0.1619、0.1380、0.2377、0.1334、0.2395、0.0750。

4.3馈线改造的紧迫性分析

对l1～l5进行改造紧迫性分析的流程如图2所示。

图2　关于馈线的改造紧迫性的分析流程

利用图2流程，结合表1给定的基础数据，就可得到l1～l5在执行改造前的紧迫性数值，见表3。

表3　l1～l5的改造紧迫性计算结果

相关专家通过计算、分析，建立项目集，见表4。专家们还测算出：若m1—m4全部实施，则l1、l2、l5将不再有指标不合格问题，其改造紧迫性均下降至0；而l3、l4的指标不合格程度虽有所减轻，但不为零，它们的紧迫性指数将分别变为 0.0414和0.0169（具体计算按图2流程进行，过程略）。

表4　针对l1～l5存在问题的改造建议

4.4项目的优选

由表4可知，m1—m4的资金总和为1983万元，而上级批复的改造资金上限为1685万元，因此需要在项目集中进行项目优选。

我们取紧迫性惩罚上限为 0.35，通过前文建立的项目优选模型在LINGO软件中进行迭代计算，得到可执行的最优项目组合为｛m2，m3，m4｝，其总投资1678.8万元，可使l1～l5组成的配网系统的总紧迫性由改造前的1.6112下降至0.4017。而其他组合方式，要么投资总额超批复，要么紧迫性下降幅值不是最大。因此，选用文章构建模型可使有限资金得到最高效的利用。

5 结论

配电网改造是不断提升供电服务的需要，但受资金、人力等因素制约，改造工作面临项目优选的问题。文章基于研究现状，提出利用改进型层次分析法来科学研判项目执行的紧迫性，从而为配网建设提供有效的辅助决策。算例表明，文章构建的而方法合理、实用，具有一定推广价值。

［1］张弛，程浩忠，奚珣，等. 基于层次分析和模糊综合评价法的配电网供电模式选型［J］. 电网技术，2006，30（22）：67-71.

［2］肖峻，王成山，周敏. 基于区间层次分析法的城市电网规划综合评判决策［J］. 中国电机工程学报，2004，24（4）：50-57.

［3］赵会茹，王鹤，韩英豪，等. 电网建设项目投资优化及辅助决策支持系统研究［J］. 华东电力，2007，35（6）：23-25.

［4］肖峻，高海霞，葛少云，等. 城市中压配电网评估方法与实例研究［J］. 电网技术，2005，29（20）：77-81.

［5］王文山. 电网建设项目投资决策评价［J］. 电网技术，2007，2（S2）：90-92.

Optimization of Distribution Network Reconstruction Project based on the Analysis of Urgency

Chen Hai
（State Grid Tongxiang Power Supply Company，Tongxiang，Zhejiang 314500）

Power distribution network is to meet the growing demand for power supply，but its development is limited by the amount of capital，operating force and other factors，there is a problem of merit. According to the actual situation of distribution network operation，this paper puts forward the concept of project urgency analysis，and takes the urgency of improving the objective function and the project investment not to exceed approval as the constraint condition to construct the project decision assistant decision model. The urgency calculation is based on the improved analytic hierarchy process. Examples show that the results of the research can ensure the use of the limited funds in the distribution network，and the power supply reliability and power quality can be improved steadily.

analytic hierarchy process； urgency； distribution network planning； optimization

陈 海（1980-），男，湖北宜昌人，工程师，研究生学历，主要从事电力工程的管理工作。