秩和比法在高压配电网项目评价中的应用

顾 洁，王春义，牟 宏，孙 伟

(1.上海交通大学 电力传输与功率交换控制教育部重点实验室，上海 200240;2.上海交通大学 电气工程系，上海 200240;3.国家电网山东省电力公司，山东 济南 250001)

国内外配电网建设项目评价方法的相关文献资料表明，目前对于配电网评价的研究工作大都集中在电网运行方案和电网规划方案的评价方面，针对具体的配电网建设项目评价的研究工作开展不多［1－5］。

文献［6］采用先进的技术经济分析及评价方法对配电网自动化系统项目进行评价，一改以往项目评价以技术指标为主、经济指标较少的特点，增强了项目抵御筹资风险的能力;文献［7］则针对配电网规划项目提出了一种综合的技术和经济评估方法，有利于推动主动配电网规划技术的发展。建立科学合理的评价指标体系是评价的前提，笔者针对电网规划库中的滚动规划项目建立完善的配电网建设项目评价指标体系，以此为依据在配电网建设项目实际管理工作中，从技术性、必要性、经济性等方面对项目进行科学评价，进一步采用秩和比法与模糊分析法相结合对项目指标进行评分，为规划建设项目的选取决策提供参考。

文献［8］将配电网规划评价指标体系分为基础建设指标和绩效指标两部分，采用层次分析法和模糊综合评判方法对城市的配电网智能规划项目进行分析评价;文献［9］基于城市电网规划改造的特征，采用增容效益、缺电损失、DSM技术及3层构架体系等理论，以提高能源利用效率和电网运行效率为目标，结合模糊分析法，提出了对配电网规划与改造以及评估的新思路和具体解决方案;文献［10］建立基于模糊集相似度的项目后评价综合评价模型，分别从项目实施全过程后评价、环境影响后评价、效益后评价研究4个方面，对市北输变电工程项目进行了后评价。鉴于中低压配电网建设项目主要面向电力用户侧，而高压配电网是高压输电网和低压配电网之间的纽带，两者定位及运行中面临的问题有所不同，针对高压配电网的评价要根据其特点进行具体的分析。笔者将基于110与35 kV电网规划建设项目的特点，进一步从上述电压等级电网规划运行中面临的主要问题出发，建立评价指标体系，考虑到部分指标难以获得量化的评价标准，提出秩和比法与模糊隶属函数法相结合的量化策略，以得到客观、统一的指标评价结果。

1 高压配电网建设项目指标体系

按照实用性、有效性、有针对性及定量分析与定性分析结合的几大原则，结合供电公司对建设项目的对应技术经济要求，选取高压配电网规划建设项目的评价指标，并将指标按照相互关系，划分为4级(指标体系中部分3级指标扩展有下属4级指标)，具体的指标体系如表1所示［10］。

在高压配电网建设项目评价指标体系中，部分定量指标可以有明确的评判标准，例如变压器供电能力不足率中的容载比，可参考文献［11］中对于各电压等级容载比的规定，例如:110 kV电网在负荷增长率大于12%时的计划发展要求容载比为2.0～2.2等具体要求，进一步制定明确的量化评价标准;对于定性指标，可采用逐条评分的办法罗列出影响指标的判据，根据项目满足该定性指标判据的情况进行打分;例如建设运行方便性指标等，可根据项目实施地点附近是否有交通线路，再根据项目现场所具备的交通线路情况对照打分标准得到相应的得分。对各评价指标具体分析和评价标准的逐一确定是得到项目综合评价结果的基础和前提，而针对其中部分定量指标，例如:不足率类指标(如供电能力不足率)、合格率类指标(如主变理论损耗合格率等)以及改善度类(如电压降落改善率等)指标，难以提出统一的评价标准，这一难题如不能有效解决，则将影响评价工作的客观性与合理性。因此，有必要研究对上述类型指标进行自动量化分档的方法，通过将指标分档的区间值作为模糊隶属度函数的参数，进而对各项指标进行评分，保证评价结果的合理区分度。

表1 高压配电网规划建设项目评价指标体系Table 1 Evaluation system of high voltage distribution network planning and construction project

2 秩和比法基本原理及其应用背景

2.1 秩和比简介

秩和比法是中国学者田凤调于1988年提出，集古典参数估计与近代非参数统计各自优点于一体的统计分析方法，广泛地应用于医疗卫生领域的多指标综合评价、统计预测预报、统计质量控制等方面。秩和比(RSR)指的是表中行(或列)秩次的平均值，是一个非参数计量，具有0～1区间连续变量的特征;秩和比法的基本思想是在一个n行(n评价对象)m列(m个评价指标)矩阵中，通过秩转换，获得无量纲的统计量RSR，以RSR对评价对象的优劣进行排序或分档排序。近年来，秩和比法开始应用于电力系统的电价研究方面，有文献用秩和比法对基于用户用电量阶梯电价的档次进行计算，该方法认为样本的分档次数应根据实际对象和环境进行判断［12］。

2.2 秩和比法的应用背景

在高压配电网评价指标体系中，对于诸如供电能力不足率指标中的不同电压等级变压器容载比区间、变压器损耗合格率指标中的不同型号变压器的理论损耗值、主变功率因数合格率指标中的变压器运行的合理功率因数、变压器负荷率合格率指标中变压器负荷率合理区间等核心指标的评判标准可以根据相关导则［11］中的技术要求确定;而对于不足率、合格率以及改善度类指标的评定，难以确定统一标准，例如，计算输电能力不足率指标时涉及到的容载比是有明确的范围规定，但是对于该指标本身取值的优、劣等并没有明确、硬性的范围规定，因此，考虑采用秩和比法通过对待筛选项目的该指标的计算值进行一系列的处理，对指标计算值进行自适应、合理的分档。

2.3 引入秩和比法的基本思路及实现流程

首先采用秩和比法对不足率、合格率以及改善度类指标计算值进行分档，得到分档位置后将指标分档的区间值作为模糊隶属度函数的参数，再将各指标计算值代入相应的模糊隶属度函数中得到指标的评分结果。

秩和比法应用在高压配电网建设项目评价中的具体流程如图1所示。结合高压配电网建设项目评价的特点，得到高压配电网建设项目评价中秩和比计算表达式，多项目、多指标和多项目、单指标秩和比法的RSR表达式分别为

式(1)、(2)中 n为高压配电网建设项目数;m为指标数;R为每组指标的秩次(根据项目排序)。

n不同，RSR也不同，一般RSR值越大越好，也即RSR值永远为高优指标，为此必须妥善解决编秩的问题。高压配电网建设项目评价中，根据每项指标的计算值就能得知该指标的项目排序情况，即可以得到该指标相应的秩次，通过每项指标的计算值计算秩和比法的RSR，进一步计算对应的累计频率f。具体计算方法:

其中，j为该指标秩次为j的项目，n为项目总数，秩次为n的项目累积频率为估算。将计算得到的累计频率转化为百分数，查阅统计学中《百分数与概率单位对照表》即可获取分别对应的概率单位。

图1 秩和比法应用的流程Figure 1 RSR application flowchart

3 基于模糊隶属度及秩和比方法的评价指标量化

3.1 基本思路

应用模糊隶属度及秩和比法对评价指标量化，首先对评价指标进行分类，确定评价指标的模糊隶属度函数，进而得到参数的个数，根据评价指标的计算值使用秩和比法划分档次，分档数量取决于隶属函数中参数的个数，可以由秩和比法得到指标不同档次的边界值，以此作为模糊隶属度函数的参数，进而得到指标评价结果。

3.2 评价指标的模糊隶属函数化

考虑到所选取指标的特征，该文选用简单可行的线性隶属函数(梯形，三角形或半梯形等函数)进行各类指标量化和标度。将指标按照其特点划分为越小越优型、越大越优型和一定区间内越优型3种类型。

1)越小越优型指标(如变压器供电能力不足率指标等)的隶属度函数表达式:

式中 a，b为待定参数，其函数图形如图2所示。

图2 越小越优型指标的隶属度函数Figure 2 Membership function of smaller and more excellent type indicators

2)越大越优型指标(如电压降落改善率指标等)的隶属度函数表达式:

式中 c，d为待定参数，其函数图形如图3所示。

图3 越大越优型指标的隶属度函数Figure 3 Membership function of bigger and more excellent type indicators

3)一定区间内越优型指标(如单位建设容量成本费用指标等)的隶属度函数表达式:

式中 a，b，c，d为待定参数，其函数图形如图4所示。

图4 一定区间内越优型指标的隶属度函数Figure 4 Membership function of better type indicators within a certain range

3.3 指标评价标准的秩和比分档

对于越大越优型和越小越优型指标采用秩和比法将指标取值划分为3个区间，对于一定范围内越优型指标则划分为5个区间，利用区间的边界值确定隶属度参数。具体流程如图5所示。

图5 秩和比法确定隶属度函数参数的具体流程Figure 5 Flowchat of RSR method applied in the parameter solution of membership function

4 秩和比法与模糊隶属度法应用于规划项目评价的实例与分析

以某地区高压配电网(35～110 kV)规划建设项目中实际项目的成本费用指标为例，应用秩和比法进行指标量化评价。该地区待评价的规划建设项目为36个，利用秩和比法对各项目单位造价及成本费用的RSR、累积频率及概率单位进行分析计算，如表2所示。

若单位建设容量成本费用太高则项目的经济性不好，单位建设容量成本费用太低则可能影响项目的质量，故可认为单位建设容量成本费用指标属于一定范围内越优型指标，根据表2中的概率单位分布，可采用有4个参数的梯形模糊隶属函数来描述其指标评价结果，故将项目的概率单位划分为5个区间，得到的具体区间划分情况如表3所示。

根据区间上、下限所对应的项目指标具体数值，可以确定成本费用指标的模糊隶属度函数的参数为a=18.91，b=33.80，c=59.10，d=69.02(单位为万元/(MV·A))。

选取等区间分档方法和等项目数量分档方法与秩和比法分档方法进行对比，按照等区间分档划分为5个区间(按照单位建设容量成本费用):［16.64，29.94］，［29.94，43.24］，［43.24，56.54］，［56.54，69.84］，［69.84，83.30］;按照等项目数量分档划分为5个区间，5个区间内的项目数量分别为7，7，8，7和7。不同的分档方式可以确定不同的模糊隶属度函数，按照相应的模糊隶属度函数得到指标的得分情况，如表4所示。

指标评分的离散程度越大，则对不同项目的区分程度越好，根据不同方法得到的指标评分的具体值，使用熵权法对3种方法得到的指标评分进行处理，通过最终的熵权能够从侧面反应每种方法评分的离散程度，若熵权越大则说明离散程度越高，若熵权越小则说明离散程度越小。通过计算得到3种方法的熵权，如表5所示。

表2 建设项目的单位建设容量成本费用指标秩和比法分析结果Table 2 The RSR result of the unit cost and cost index/indicator in a construction project

表3 建设项目的单位建设容量成本费用概率区间划分结果Table 3 Probability interval division result of the unit cost and cost index/indicator in a construction project

表4 不同分档方法指标评分情况Table 4 Indexes grading for different classing methods

表5 不同分档方法熵权值Table 5 Entropy values of different classing methods

可见采用秩和比法分档得到的评分计算值离散程度最大，因此，利用该方法分档确定模糊隶属度函数参数最优，故采用该方法可对其他指标进行模糊隶属度函数参数的确定。

5 结语

笔者首先建立了高压配电网评价指标体系，进而根据指标体系的特点，结合秩和比法和模糊综合分析法对评价指标进行评分。

1)针对高压配电网规划建设项目的特点及电网规划运行中面临的主要问题，建立了配电网规划建设项目评价的指标体系，是对配电网评价指标体系的扩充。

2)融合秩和比法与模糊综合评价法，利用秩和比法对指标计算值的分档，将分档的边界值作为模糊隶属度函数的参数，合理地解决了指标评分问题，这是对模糊综合评价应用的一个创新。

该文所附算例应用结果表明:将秩和比法应用于评价指标的量化具有自适应性和区分度较强的特点，是一种有益的尝试。

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