电网工程项目需求成因诊断及预判方法研究

孟之光 赵娟

（1.中国电力建设股份有限公司 2.国网经济技术研究院有限公司）

0 引言

项目需求预判和投资优化管理是关系电网安全发展、企业健康发展的关键所在，当前，我国经济发展进入新常态，发展高强度投入、成本刚性增长与电量增速趋缓、效益增长困难之间的矛盾日益突出，保持稳健经营、完成利润目标的难度增大，对电网投资决策提出了更高要求。因此，开展新形势下电网项目需求预判研究对于确保投资规模合理、方向精准、结构优化、时序科学，严控低效投资，杜绝无效投资具有重要的理论和现实指导意义。

项目需求预判方法的研究，思路为：首先采用隶属函数分析地区电网是否具有经济性需求、安全性需求和政策性需求，对具有需求的指标进行偏差考核得出指标需求程度。再采用ANP项目需求成因诊断方法分层级最终求出地区电网对应的经济性、安全性和政策性需求程度。

1 基于隶属函数的需求成因分析模型

对项目需求成因进行诊断时，首先要从各类指标的需求诊断入手，确定电网项目所要满足的需求条件。在电网工程项目需求成因诊断中采用隶属函数模型，能够将电网公司对某类项目的某种指标的需求程度用数值来表示，有效地将某地区难以量化的指标完成情况用隶属度刻画出来，将复杂问题简单化，便于后续分析该地区安全性、经济性和政策性需求的需求成因。

以2006年修订的《城市电力网规划导则》为指导依据，以导则中规定的设备标准值作为各个指标的参考标准。将区域电网各项项目指标实际参数代入设置的隶属函数中，得出每一个指标属于该指标的诊断标准的隶属度，从而判断出该区域电网每一个指标需求程度大小。对于存在需求的指标，进一步依据第一步设定的“城市电网需求判断标准”计算出该指标与诊断标准的偏差值，从而判断地区电网对于该指标的需求程度大小。基于隶属函数的需求成因指标诊断模式图如图1所示。

图1 基于隶属函数的需求成因指标诊断模式

2 基于隶属函数的需求成因分析方法

隶属函数（Membership Function），是用于表征模糊集合的数学工具。为了描述元素u对U上的一个模糊集合的隶属关系，由于这种关系的不分明性，它将用从区间[0，1]中所取的数值代替0，1这两值来描述，表示元素属于某模糊集合的“真实程度”。

本文中，假设论域U为实数域，是“城市电网需求判断标准”中各指标区间上限值的集合，A表示“需求程度大”，对于每一项指标在“城市电网需求判断标准”中都能找到对应的标准区间，若地区的“城市电网需求判断标准”第j项指标不在其标准区间上，则判断区域电网具有此项指标对应的需求；若第j项指标值在其标准区间上，通过式（1）中的函数判断该项指标距离区间上限的距离大小，判断区域该项指标对应的需求程度大小。指标值距上限越近，说明需求越大；指标值距上限越远，说明此项需求越小。设A(x)∈[0，0.3]时，需求较小；当A(x)∈[0.3，0.6]时，需求程度一般；当A(x)∈[0.6，1]时，需求较大。

（1）正指标

当指标值越大，需求越大时：

式中，a为标准参考区间的上限；k为参考系数，依据不同指标值设定。

（2）逆指标

当指标值越大，需求越小时：

式中，a为标准参考区间的上限；k为参考系数，依据不同指标值设定。

3 项目需求成因诊断路径分析

项目需求成因诊断分析，需要建立项目需求成因诊断的分析方法，明确该方法首先要建立项目需求成因诊断路径，具体需求成因诊断路径见图2。

图2 项目需求成因诊断路径

如图2所示，挖掘项目需求成因时，首先基于偏差考核计算出的地区指标偏差程度，利用项目成因诊断方法构建影响指标到项目二级需求的映射关系，再用同样的方法构建项目二级需求到一级需求的映射关系，从而确定当前项目对经济性、安全性、政策性等方面的需求情况。在此基础上，依据当前需求建立不同项目到影响指标的定量映射关系，最终通过项目需求成因诊断方法计算得出每个项目对一级需求的满足情况。

4 项目需求成因诊断方法

建立项目到影响指标的映射关系，以及影响指标到二级需求再到一级需求的映射关系时，为了定量确定项目建设指标的影响程度，本文利用ANP方法进行定量评估，进而确定每个项目对于各类二级需求和各类一级需求的效益满足情况。

ANP方法即网络分析法，是在AHP法的基础上提出的，根据各个风险因素之间关系建立一个网络结构，考虑了各层次之间因素的影响关系及上层因素对下层因素的反馈影响。典型的ANP模型结构将指标因素分为控制层和网络层两部分，本文以经济性、安全性和政策性为控制层的目标，以满足新增负荷需求、常规电源送出、电源接入、降低能耗、优化网架结构、解决设备重过载、消除安全隐患、煤改电政策、农网改造政策、偏远地区通电政策等指标为准则层，各个项目作为方案层进行分析。

以控制层一级需求为目标，网络层中每个元素集（即为各个二级需求）Ui（i=1，2，…，n）为准则，利用五标度法，将其他二级需求元素集Uj（j=1，2，…，n）对的影响程度进行优势度打分得到比较矩阵，利用特征根算法计算每个比较矩阵的特征向量，得出二级需求的权重矩阵P：

分别以各项目二级需求元素集Ui（i=1，2，…，n）中元素ei1（l=1，2，…，ki）为准则，计算各项目二级需求间的超矩阵W：

将超矩阵中各子矩阵乘以权重，权重为二级需求的权重矩阵P中各元素，得到加权超矩阵：

则A=（ω1，ω2，…，ωn）为所求的特征向量，即各个项目对于二级需求各个指标因素的权重值。同理可求得二级需求对于一级需求的权重值B=（λ1，λ2，…，λm）。

在求得权重值的基础上，建立各个项目对二级需求指标的满足程度指标矩阵为：

加权平均则得到从影响指标求得满足二级需求程度的加权矩阵为：

进而加权得到项目满足区域一级需求程度矩阵为：

式中，“。”表示广义模糊合成运算，比较常用的算子有(+，×)算子，即加权平均算子。

5 应用举例

选取某区域电网进行案例分析。该区域目前供电面积1590平方公里，2018年常住人口86.57万人，全区GDP为381亿元，同比增长4.8%，人均GDP为4.4万元/人。供电范围内共有220kV公用变电站2座，容量720MVA；110kV公用变电站10座，容量963MVA。以该地区35kV电网为例。

该区域35kV电压等级电力工程项目需求具体可以分为安全性需求、经济性需求和政策性需求。其中安全性需求又可以细化为优化网架结构，提高供电可靠性的需求、解决设备重过载的需求、解决设备安全隐患的需求；经济性需求主要为满足新增负荷的需求；政策性需求主要为煤改电的需求。各影响因素2016年、2017年和2018年具体指标及相关指标数据如下表所示。

表 35kV电网需求现状

由表分析可知，35kV电网具有安全性、经济性和政策性三个方面的需求。对35kV电网三个方面进行隶属度计算，分析得出区域35kV电网需求程度。

在安全性方面，该区域规划设计较合理，N-1通过率较高，N-1达到100%；该区域近三年供电可靠率不足100%，可靠率隶属度为A(x)=0.64，供电可靠性仍有待提高；短路电流超过开关遮断容量80%母线节点占比至2018年仍高达12%，隶属度A(x)=0.8；区域2016年、2017年、2018年变压器最大负载率为114%、114%、93%，根据2006年修订的《城市电力网规划导则》规定，500kV～35kV变电站中正常运行的变压器短时不超过113%，隶属度A(x)=0.78，由此区域负载率达标，但负载率处于较高水平；变电设备和线路超过运行年限21年比例仍然较大，设备老旧问题严重，2016年、2017年、2018年线路年限超过21年以上分别为：3.69%、14.57%、15.99%。隶属度A(x)=0.83，故该区域在安全性方面存在优化网架结构，提高供电可靠性以及解决设备安全隐患的需求。

经济性方面，经济发展带动电力需求增长，220kV网供负荷逐年上涨，2018年较2017年增长10%，属于中等增长水平，计算得到A(x)=0.4；低电压用户数为0，故不存在此方面需求；三年容载比分别为2.06、2.07、2.09，根据2006年修订的《城市电力网规划导则》规定，负荷增长属于中等增长水平的容载比范围应在1.9～2.1之间，区域容载比符合导则要求。隶属度计算得A(x)=0.75，说明区域在容载比优化方面存在经济性需求。综上，区域存在满足新增负荷经济性方面的需求。

政策性方面，在煤改电政策推行下，燃煤取暖用户数量逐年下降，但燃煤用户比例仍处于较高位。由导则及其他标准得出，区域用煤比例应控制在20%以下。该指标属于正指标，区域用煤占比的隶属度A(x)=0.77。说明区域煤改电政策已在进行中，还需进一步推行，所对应的“煤改电政策需求”较大。

为解决35 kV电网问题，安排了一项项目为煤改电徐各庄35kV变电站扩建工程：工程响应国家煤改电政策，可解决徐各庄站接入煤改电负荷后主变重载、不满足N-1的问题，满足地区的政策性需求、安全性需求和经济性需求。

该项目可满足区域经济性及政策性需求。

（1）安全性

蓟州区礼明庄乡及别山镇等区域共计约3626户，用电采暖负荷需要增加2.256万kVA，农村地区60～120m2电采暖户均容量按照7kW/户，同时率按0.8，功率因数按0.9计算），目前徐各庄站2017年度冬期间最大平均负载率为53.71%，接入煤改电负荷后N-1负载率将达220%，不满足N-1的要求，徐各庄站现状变电规模将不能满足要求，需进行扩建3#主变。在满足政策性的同时，该项目的实施还可满足安全性，解决负载率过高的问题。

首先，根据以上情况结合权重赋值方法对安全性层级下的二级需求优化网架结构、解决设备重过载、消除安全隐患、增强变电站可靠性进行赋权，不同项目在此区域的安全性指标权重有所偏差，依据AHP方法求得权重：A=（0.3，0.6，0.4，0.5）。

其次，为求得该项目对二级需求的满足程度，进行优势度分析。区域年度冬期间最大平均负载率为53.71%，接入煤改电负荷后N-1负载率将达220%，工程实施后可降低约166.29%，使之满足N-1需求，故解决设备重过载一项可得分10分，不满足其余指标，即得到向量：φ=（0，10，0，0）。

最终加权平均求得阳蓟312线路切改工程项目满足区域安全性系数为：b2=A×φ=6。

（2）政策性

面对国家节能减排和治理大气污染力度不断加大、尤其是京津冀雾霾治理要求不断提高的形势，国网天津电力按照“美丽天津”建设“清新空气、清水河道、清洁村庄、清洁社区和绿化美化”的“四清一绿”行动部署，扎实推动电能替代工作，积极推动清洁电采暖，优化能源消费结构。

首先，根据以上情况结合权重赋值方法对政策性层级下的二级需求煤改电政策、农网改造政策、偏远地区通电政策进行赋权，不同项目在此区域的经济性指标权重有所偏差，依据AHP方法求得权重：A=（0.8，0.8，0.8，0.5）。

其次，为求得该项目对二级需求的满足程度，进行优势度分析。依据国家政策紧迫性，满足煤改电政策、农网改造政策、偏远地区通电政策分别可得分6分、5分、5分、4分。该工程项目满足煤改电政策，此项可得分6分。不满足其余指标，即得到向量：φ=（6，0，0）。

最终加权平均求得煤改电徐各庄35kV变电站扩建工程项目满足区域政策性系数为：c2=A×φ=4.8。

6 结束语

本文首先采用隶属函数分析地区电网是否具有经济性需求、安全性需求和政策性需求，对具有需求的指标进行偏差考核得出指标需求程度。再通过ANP项目需求成因诊断方法分层级最终求出地区电网对应的经济性、安全性和政策性需求程度。通过此方法可筛选出在一定条件下可最大程度满足地区电网需求的项目安排。