基于模糊综合法的中低压配电网规划项目优选决策研究

2022-06-16林卓琼

黑龙江电力 2022年2期

林卓琼

(广东电网有限责任公司东莞供电局，广东东莞 523000)

0 引言

近年来，中国经济高速发展,特别是随着新时代新农村城镇化经济建设的不断深入,居民端用电需求增势迅猛,配电网网架的发展和建设都面临着新的挑战[1]。一方面，原有的配电网网架结构和供电延伸能力已难以满足日益增长的电力发展需求；另一方面，当下阶段是推动电网建设高质量发展时期、现有的配电网网架质量、供电可靠性与新形势下提出的“全面建设灵活可靠经济高效绿色的现代配电网”目标还存在差距[2]。随着配电网重视程度的逐步提高，配电网投资建设力度越来越大，如何按轻重缓急合理安排项目投资规模，精细化推进配电网规划项目建设，确保做到靶向精准投资成为目前配电网领域亟需重点关注的问题[3-4]。

目前配电网规划项目投资策略以战略目标和解决问题为导向，虽然按紧迫程度将投资项目分为必须解决(一类)、优先安排(二类)、合理安排(三类)、严格控制(四类)、禁止安排(五类)，明确各类投资项目的准入原则和优选顺序，但实际中还是存在部分类别界定不清晰、项目排序难以按照实际优选入库、相同等级类别的项目缺乏选择标准等问题，配电网实现精准投资仍然有待研究[5]。为此，如何按照投资额度整体统筹配电网规划投资策略并有针对性对规划项目进行优先入库排序是当前主要研究内容。文献[6]提出了配电网投资规模和项目属性投资分配比例的确定方法，在综合考虑了项目分类、投资规模和投资分配比例的基础上构建配电网规划项目优选模型，最后通过算例验证研究成果有效性。文献[7]通过构建用于评价经济开发区配电网当前发展水平和前一年投资效益的指标体系，运用改进AHP-TOPSIS法对评价指标进行评估分析。文献[8]分析了新电改对配电网规划的影响，利用蒙特卡洛模拟法，构建配电网风险评价模型，通过算例验证有效性。以上文献通过不同评价模型做到了规避规划投资中存在的不确定性、不精准等问题，但都没有综合考虑项目实际投产后负荷增长、网架完善、安全用电等对规划项目优选入库的影响。此外，在统筹项目入库中，除了考虑上述负荷增长、网架完善、安全用电、社会经济效益等影响外，还需要对拟入库项目按照实际紧急度进行梯级入库排序，再对项目进行差异化优选入库。根据以上思路，该文提出了一种中压配电网项目规划优选决策新方法。该方法构建了涵盖负荷增长、网架完善、安全供电、经营效益、社会效益、附加指标的中低压配电网项目规划优选决策评估体系，通过深入研究各个影响因子对中低压规划项目优选决策的相对影响度。

1 中低压配电网规划项目优选决策评估指标体系

1.1 评估指标体系构建原则

配电网中包含着许多随机因素和随机事件，构建研究对象评价指标体系要能准确真实地反映研究对象最重要的特征，并对该特征量进行深入剖析[9]。对于配电网评价指标体系的构建，应分析配电网的性能和功能原理，明确系统的输入输出关系，所搭建的体系要能全面反映各关系中涉及的影响因子，并严格遵循构建原则中的系统性、一致性、可测性、独立性和可比性。该文所涉及的中低压配电网项目规划优选决策评估指标体系的构建应能全面真实地反映规划项目投产后所带来的各级效益，以确保规划项目投运的可行性和必要性。

1.2 构建中低压规划项目评估指标体系

为了更准确地将反映评估指标体系中各层级之间的递进关系，以递阶层次基础结构作为中低压项目规划评估指标的基础框架，在此基础上构建了涵盖负荷增长、网架完善、安全供电、经营效益、社会效益、附加指标为一级评估指标，以各细化后的指标为二级评估指标的中低压配电网项目规划优选决策评估体系，如图1所示。最终的评估结果由各级指标通过模糊综合法评判得出。

1)负荷增长。负荷增长指标主要从配电网的负荷运行角度考虑项目投运后解决的实际负荷问题，线路及配变的重过载问题是每年中低压项目立项的重点；同时，随着近几年用户侧报装容量的延伸放宽，用户报装需求能否坚强接入电网也是考验企业能否服务当地经济发展的主心点。因此，规划立项满足新增用户报装需求成为另一重点内容。此外，结合主网投产实现“主配同投”也是考核中低压规划项目质量的重要环节[10]。

2)网架完善。网架完善指标主要从提高中压配电网可转供电线路比率和提高中压配电网线路联络率2个指标对规划项目的可行性进行评估。可转供电线路指有联络关系的线路同时处于最大负荷运行方式下，某回线路的变电站出线开关停运时，其全部负荷可通过不超2次转供电操作，转由其他线路供电且其他线路不出现过载情况。该指标是反映电网可靠性的关键因子，与目前企业提倡的进一步提升用户用电体验有直接关联[11]。中压配电网线路是否有联络是供电线路是否可转的前提，故提高中压配电网线路联络率也是规划立项的考核内容。

3)安全用电。安全用电指标主要研究规划项目投运后能否提高电网网架的各类安全运行系数，解决实际安全隐患，主要从解决中低压设备或线路存在的安全隐患、更换或改造技术落后的设备以及更换残旧设备或线路进行分类评估。实际立项中，该类项目实施方案需符合企业生产技术专业部门的相关规定且出具的相关证明文件作为立项依据，避免投资浪费[12]。

4)经营效益。经营效益指标主要从能否提升居民端用户用电体验为评估出发点，主要从解决中压线路末端电压不合格、解决台区电压偏低、降低电网线损三方面进行综合评价。其中，末端电压合格率低于70%的线路视为末端电压不合格线路，规划项目需通过缩短中压线路的供电半径或者增加无功补偿装置、安装调压器等进行规划。三相电压低于353.4 V或单相电压低于198 V的台区为低电压台区，规划项目需通过缩短台区的供电半径或者增加无功补偿装置、安装调压器进行规划[13]。此外，线损是企业中电网经营指标中的重要考核部门，线损是指企业在电能传输过程中所发生的全部电能损耗，包括技术线损(电网在电能传送过程中不可避免的电能损耗)和管理线损(偷漏差错等造成的误差)，规划项目从实际分析，更换高损配变以达到降低线路损耗的目的。

5)社会效益。社会效益指标主要从提高应对自然灾害的能力、保供电以及对宣传企业形象较大帮助三方面进行评估。其中，提高应对自然灾害的能力是指项目投运后能否起到防洪、防雷、抗冰、抗风等应对自然灾害的能力[14]。保供电二级指标通过分层级进行评估，保特级重要电力用户供电工程和影响电力供应、影响全局的重点工程属于顶层因子，分值最高；保一级重要电力用户供电工程、政府和企业上级确定的特殊紧急项目或者公司战略性布点或特殊政策支持的项目属于一层因子，分值次于顶层因子；保二级重要电力用户供电工程或者其他获得政府政策支持的项目属于二层因子，分值次于一层因子；保临时性重要电力用户供电工程属三层因子，分值最低。

6)附加指标。附加指标从项目依属来源、实际建设运行需求以及是否利用闲置资产进行评估。项目依属来源主要评估规划项目是否来源于滚动规划库收资。实际建设及运行需求指标评估项目是否配合道路施工提前建设线路走廊、配合新建变电站新建电缆走廊、配合变电站搬迁的迁改项目，或是农网改造升级项目、完成当年度重要任务的项目。

2 建立评估数学模型

中低压规划项目优选决策评估指标对项目入库排序评估描述具有一定的模糊不确定性，该文采用模糊理论对其进行评估描述[13]。模糊理论最早是在1965年由美国加州大学伯克利分校的L.A.zadeh教授提出并创立的，以模糊集合为基础，承认模糊现象存在，并以处理概念模糊的不确定系统为其研究目标进行信息量化计算[15]。考虑到评估对象的独特性及复杂性，采用模糊理论中应用最广的模糊综合评判法进行建模评估。

2.1 评估指标评分标准化

考虑到评估指标体系各指标的评价单位量纲不一致，在进行模糊评估前需对评估指标进行标准化量纲统一处理。以电网配电网规划导则为参考标准，评分标准按照为项目涉及的范畴对指标的影响解决程度进行标准化处理。将各评估指标评分进行标准化处理形成判断矩阵如下：

(1)

式中：tmn为第m个拟评估项目中第n个指标标准化处理后的分值；m指参加评估的项目数；n为评估指标体系的二级指标数，n=20。

2.2 构建模糊评判集和隶属度函数

模糊评判集是对所建模型由模糊进行量化描述的集合体，利用模糊集合和隶属度函数建立系统的模糊模型是一种合理、有效的建模方法[16]。该文结合评估对象的特点，提出了投运紧急度概念，将拟参加评估的规划项目按照投运紧急度划分为5个等级，F={F1,F2,F3,F4,F5}，其中，F1代表非常紧急，F2代表较紧急，F3代表一般紧急，F4代表不太紧急，F5代表不紧急。隶属度函数选取方面，对于拟参加评估的规划项目而言，所要获取的评估结果是项目的投运紧急度排序，由评估体系各级指标定义可知评估指标的评分越高说明投运紧急度越高，故该文选取了偏大性升半正态分布隶属度函数A(x)进行对应关系描述:

(2)

式中：x为决策指标；k和a为升半正态分布隶属度函数的内嵌参数，取k=0.5，a的取值直接影响评估范围，为确保拟评估的对象均有模糊评判集与之对应，分别选取5个a值为a1=1，a2=0.75，a3=0.5，a4=0.25，a5=0。

将k和a值代入式(2)，可得到每一评判集对应的隶属度函数，将标准化处理的指标tmn分别代入隶属度函数中进行模糊评估，得到拟评估的项目i的模糊评判矩阵Ti如式(3)所示：

(3)

式中：AFj(tin)代表tin指标对投运紧急度等级Fj的隶属程度，j=1,2,…,5，n=1,2,…,20。

2.3 确定指标权重

为准确获取评估指标的权重分布，选取层次分析法作为主要分析计算方法，通过建立清晰的层次结构和计算最优传递矩阵有效处理指标间的关系[17]，计算过程如下。

1) 构造判断矩阵。该文所建评估指标体系中指标间相对影响度不同，需进行指标两两对比确定相互重要性，在此基础上构造判断矩阵。采用1～9标度反映指标间的相对重要程度[16]，得到判断矩阵P如式(4)所示：

(4)

式中：aij为评估指标体系中第i个指标对第j个指标的相对重要度的数值体现，aij>0，aij=1/aji,且当i=j时，aij=1。

2) 求取最大特征根。按照式(5)求取判断矩阵P的最大特征根λmax:

(5)

式中：AW为特征向量W与判断矩阵P的乘积值；(AW)i为AW的第i个分量；n为评估体系的指标数。

3) 计算一致性指标。按照下式计算一致性指标P.I.：

(6)

4) 计算随机一致性指标。按照下式计算随机一致性指标P.R.：

(7)

式中：R.I.为随机一致性指标平均值，R.I.随评估体系的指标数n的变化取值不同。若计算得到随机一致性指标P.R.值小于0.1，代表矩阵具有满意一致性特征；反之，需要调整矩阵直至满足满意一致性要求[18]。

5) 计算判断矩阵权重。通过计算特征向量W得到判断矩阵权重系数ω，即ω=W=[ω1,ω2,…,ωn]。

2.4 模糊综合评判分析

由上一章节得到判断矩阵的权重系数ω和模型判断矩阵Ti，参考M(+,o)模型算子计算方法[19-20]，通过计算得到拟评估的对象模糊综合评价集ηi：

[ηi(AF1),ηi(AF2),ηi(AF3),ηi(AF4),ηi(AF5)]

(8)

根据投运紧急度等级概念，结合实际中拟评估对象的特点，通过将紧急度等级量化为分值，将5个评估等级F={F1,F2,F3,F4,F5}={90,80,70,60,50}得到拟评估对象的综合得分为

(9)

按照上式计算得到所有拟参加评估对象的综合得分，按照得分高低排序进行项目优选入库。

3 实例验证

结合当前广东省某地市局“十四五”滚动收资规划工作部署要求，采用该文所提方法对项目库投产年份为2021年的中低压配网项目进行规划优选决策排序，为下一级段项目优选入投资储备库提供科学指导。

3.1 评估对象基本信息

该文评估的对象涵盖拟在未来2年投运的中压配网改造项目、变电站10 kV新出线工程及低压配电网项目共计14个。根据前期基础数据收资及问题归类，该批项目能不同程度地解决实际中低压电网中存在的网架和负荷问题，拟对该批项目进行投产紧急度排序，并结合所在年份投资策略对项目进行优选入库。项目基本信息见表1。

表1 项目基本信息

3.2 层次分析法确定权重

按照该文所提方法，对拟参加评估的14个项目按照评估体系逐个计算各指标值并进行标准化处理形成判断矩阵，按照式(4)～(7)计算得到第i项目评估指标的权重值ωi=W=[ω1,ω2,…,ωn]，以P1中压配电网改造项目为例，计算结果如表2所示。

表2 P1项目指标权重值

从表2可以看出，影响P1项目规划优选决策的指标共有11个，每个指标的影响度不同。对于P1规划项目而言，A2指标解决线路重载影响较大，其次是B2指标，该规划项目一方面解决了线路重载，另一方面提高线路间的联络率，同时解决网架等实际问题。按照该方法得到每一个项目的指标权重占比，在此基础上逐一对其进行模糊评估。