基于模糊层次分析法的配网自动化系统运行评价*

孙常浩 蔡雷鸣

（国电南京自动化股份有限公司 南京 211100）

1 引言

智能化和信息化是未来电网发展的必然趋势，与电力行业的发展相辅相成［1］，信息化项目的建设成果和管控水平也是国家电网公司考核的重要指标［2］。通过科学合理的运行评价体系对配网自动化系统运行状态进行综合评估能够对系统各个部分的运行情况宏观、动态的展示，能够对影响评价结果的各个影响因素和影响关系进行量化、挖掘出影响系统运行评价的关键内在因素，对提高系统运行可靠性、指导配网自动化系统的运行优化决策和建设改造具有重大意义。

从对电网运行相关评价研究现状来看，目前所做研究工作有基于电网运行的宏观方面，例如：规划方案［3~6］、工程建设［7~8］、经营效益［9~10］等；针对电网运行的某个特定方面大多集中在例如：可靠性［11］、电能质量［12~13］、变压器运行状态［14~15］等。而对于企业信息化、自动化系统的运行评价相关研究较少。电网的信息化、自动化建设也是电网企业的重要考核指标之一，对于配网自动化运行评价研究具有较强应用价值。

本文提出一种配网自动化系统运行的综合评价方法，该方法利用层次分析和模糊评价的思想。首先通过分析配网自动化系统运行的特性，建立配网自动化运行评价的层次体系，然后通过模糊隶属度函数对单个评价指标进行量化建模，利用层次分析法分析各个层次不同指标之间的权重值，最后通过逐层加权计算得到配网自动化系统运行的综合评价结果，为配网企业优化自动化系统运行以及提升自动化建设水平具有一定的指导作用。

2 配网自动化运行指标体系的建立

配网自动化系统是配电网安全、经济运行的重要保障，其运行指标要能够反映配电网运行的状态

2.1 可靠性指标

配网自动化系统的评价应以保证供电可靠性为前提，设立可靠性指标。可靠性指标设定为

遥信动作正确率：遥信动作正确次数占总遥信次数的百分比。遥信是远方设备的状态信号如开关位置信号、保护信号等。

遥控正确率：遥控正确次数占总次数的百分比。遥控是远方控制操作，主要是分合闸以及对远方控制设备进行操作。

用户平均停电时间：统计时段内平均每个用户的停电时间。因故障导致的用户停电时间也是自动化系统运行考核的重要指标。

数据完整率：是指在统计时段内实际采样上传的终端信息与应采样信息的比值。是自动化设备采集数据可靠性的重要指标。

2.2 优质性指标

运行优化也是配网自动化系统的重要功能之一，配网自动化系统能够根据电压合理控制无功负荷和电压水平，改善供电质量，减少网损。因此在运行指标中设立供电优质性指标即反映电网的运行质量。优质性指标可以设定为

电压合格率：电压合格率是指电压合格时间占总监测时间的百分比，是衡量电能质量的重要指标之一，也是电网公司优质服务的重要内容之一。

设备负载率：设备最大负荷占其额定容量百分比。是衡量设备运行情况的指标。

综合线损率：是指统计范围内总损失电量占总供电量的百分比。主要反映电网运行的经济性。

终端覆盖率：已投运的终端数量占计划安装的终端总量百分比。

2.3 运维指标

配网自动化运维在配网自动化系统运行过程中起到重要作用，为了确保系统的正常运行需要对系统、设备进行定期或者不定期的维护，包括自动化终端设备的缺陷管理、定期检修等工作。

重大缺陷消缺率：是指在统计时段内配电终端设备的重大缺陷的消缺百分比。

总体消缺率/消缺及时率：统计时段内及时消除的缺陷数量占总缺陷数量百分比。

检修计划完成率：统计时段内完成的检修计划数占总计划数的百分比。

因此，配网自动化系统运行指标体系如图1 所示。

图1 配网自动化系统运行评价指标体系

3 层次分析法模糊评价模型

配网自动化系统的评价体系中，一些指标很难用数值对其评价进行量化，一些指标虽然具有定量特性但难以根据数值进行合理评价，本文应用模糊综合评价方法来解决系统定量评价的问题。

3.1 模糊评价

模糊评价的关键因素是计算单个指标的得分和权重值，而计算单个指标得分过程中隶属度函数的选取极为重要，常用的隶属度函数有阶跃函数、线性函数以及高斯型隶属度函数。

1）阶跃隶属度函数

阶跃隶属度函数只有两种状态，适用于严格要求的指标例如遥控正确率。

2）线性隶属度函数

（1）函数1：最优值在两边指标

隶属度函数如下所示：

（2）函数2：最优值在中间的指标

3）确定单个指标得分

隶属度函数中横坐标表示指标的值，纵坐标表示该指标位于不同隶属度中的概率，满足如下公式：

单个指标的得分Ft计算公式可以表示为：

其中，F1，F2，F3分别为指标位于不同隶属度中的得分，代表优、良、及格取90，75，50。

3.2 层次分析法确定权重

本文利用层次分析法确定各项指标的权重。层次分析法基于专家咨询的基础上，对影响综合评价结果的指标的重要性进行两两比较，从而建立评价矩阵，当矩阵的特征满足一致性检验时，矩阵最大特征值对应的特征向量即为这一层指标的权重。

1）建立评价矩阵

评价矩阵的建立基于专家意见调查的结果，专家根据每一类指标，将指标进行两两对比，根据其重要性打分产生评价矩阵。

评价矩阵中元素的含义如表1所示。

表1 评价矩阵指标含义

2）确定权重向量

根据评价矩阵求出其最大特征值和特征向量：

上式中，I为最大特征向量，λmax为最大特征值。

根据最大特征向量进行归一化处理后获得权重：

3）一致性检验

一致性检验的作用是防止判断矩阵比较尺度出现前后不一致的现象，引入一致性指标CI：

其中m为评价矩阵的阶数。

一般来说CI 越小一致性越好，而由于判断矩阵维数m越大一致性越差，因此在实际应用中引入随机一致性比率CR进行一致性校验

其中随机一致性比率RI 可以通过查表得到［16］，CR的值越小说明一致性越好，当CR＜0.1 时说明满足一致性要求。

3.3 配网自动化系统运行绩效模糊评价

文章根据所划分的评价指标体系层次运用模糊综合评判法进行评估，评估步骤如下：

1）单个指标选取模糊隶属度函数

根据每个指标的特点隶属度函数划分如下：

阶跃模型：遥控正确率

线性模型（最优值在两边）：遥信动作正确率、终端覆盖率、电压合格率、检修计划完成率、缺陷消缺（及时）率、数据完整率、综合线损率、终端缺陷数、用户平均停电时间

线性模型（最优值在中间）：设备负载率

2）根据隶属度函数以及各项指标的实际值确定评分。

3）根据层级利用层次分析法确定各层权重。

4）根据层级进行加权计算得到最终综合评价得分。

4 算例分析

算例以陕西地电某公司配网自动化系统为研究对象，对其实际运行数据进行整理，通过模糊综合评判法分析对系统的运行状态进行月度运行评估。

4.1 指标数据整理

根据系统运行数据以及模糊隶属度函数确定的各项指标数据以及得分如下。

表2 各项指标运行数据及得分

4.2 模糊综合评价

以综合指标和可靠性指标为例，专家打分后生成的判断矩阵如下。

表3 综合指标评价矩阵

表4 可靠性指标评价矩阵

根据层次分析法可以得到各类指标权重如下（以可靠性为例）。

表5 可靠性指标评价结果

综合评价结果：

表6 综合评价结果

4.3 结果分析

通过对算例仿真结果进行分析可以得出如下结论：

配网自动化系统运行综合评价得分为87.0分，接近于90 分优的评价，说明系统运行状态良好。在综合评价指标中可靠性指标的权重最大最为重要占73%，得分为88.9也最高说明系统运行的可靠性较强；优质性指标占18.9%但评分只有76.4，降低了总体评分；运维指标占比最少8.1%但评分最高。所以在下一步的运行优化中可以在保证其他指标评分水平的基础上着重提升优质性指标得分从而能够最为有效地提升总体评价。

在可靠性内部指标分析结果中，遥控正确率指标占比最高且表现最好，用户停电时间和遥信动作正确率指标占比较大但得分较低，在下一步的运行过程中对设备安排巡检和检修计划，排查缺陷和故障，降低用户平均停电时间，提升遥信动作正确率。

在优质性内部指标分析结果中，综合线损率和电压合格率权重最大且评分较低，在接下来系统运行过程中应对系统中电压、网损分析模块进行优化，加强系统电压调节和网损控制能力。

5 结语

本文根据配网自动化系统运行特点以及电网公司对信息化建设的要求，提出一种配网自动化系统运行综合评价方法。方法建立了包含可靠性、优质性和运维指标在内的配网自动化系统运行评价层次体系，运用模糊隶属度函数对各项指标进行建模，运用层次分析法确定权重，通过层层加权计算获得最终综合评价结果。算例结果表明本文所提出的方法能够对系统运行的效果进行量化，直观地反映系统运行中存在的不足和缺陷，评价结果可以为配网自动化系统的运行优化、信息化建设提供参考。