配电网发展协调性综合评价研究

古吉超， 王灵龙， 覃 玉

(国网重庆市电力公司 永川供电分公司，重庆 402160)

配电网发展协调性综合评价研究

古吉超， 王灵龙， 覃 玉

(国网重庆市电力公司 永川供电分公司，重庆 402160)

配电网的协调程度，对配电网的健康发展起重要作用。配电网的规划工作需要考虑配电网的协调发展。考虑了影响配电网发展协调性的内部与外部因素，从配电网设备协调性、配电网负荷均衡协调性、配电网与社会发展协调性3个方面建立了配电网发展协调性指标体系，并采用层次分析法与熵权法结合的主客观综合方法确定了评价指标的综合权重，进而确定了配电网发展协调性的综合评价方法。最后，通过对某地区规划前与规划后的协调性进行综合评价，分析结果表明了建立的评估体系在配电网发展协调性评价中的实用性与有效性，可用于其他地区配电网发展协调性的评价研究。

配电网； 协调性； 层次分析法； 熵权法； 综合评价

0 引言

电网发展的协调性指电网内部各部分之间的相互适应性。配电网是连接输电网与用户的桥梁，配电网各部分之间的协调程度，对配电网健康发展起重要作用。

文献[1]从宏观层面分析了北京地区电网发展与经济发展的协调性，但未对电网内部进行分析研究；文献[2]从电网与电源、用户、社会发展协调及电网内部协调等各方面分析了电网发展的协调性，但其分析内容既包括区域主网，也包括地区配电网，针对配电网协调性分析不够全面；文献[3]主要从电网内部以及电网与负荷协调两方面建立评估体系，评价较为单一；文献[4]主要从社会、经济、资源及环境协调性等宏因素进行电网发展协调度评价，评价主要集中于宏观层面；文献[5]主要从规划环评角度进行电网规划的协调性分析。总之，国内目前对配电网协调性的分析主要集中于某一单一方面的评价，未能统筹考虑配电网发展建设的多种因素与指标，对配电网发展的协调性评价结果指导性不强。

本文根据城市地区配电网建设情况，统筹考虑配电网内部与外部因素，从配电网设备、配电网负荷均衡、配电网与社会发展3个方面建立配电网发展协调性综合评价体系，发现电网建设过程中的缺陷，指导配电网的建设发展。

1 配电网发展协调性评价体系

配电网发展既包括配电网内部的协调，又包括配电网与外部的协调。基于层次分析法，从配电网设备、配电网负荷均衡、配电网与社会发展协调性等三方面开展配电网发展协调性评价。

配电网发展协调性评价体系构建采用层次结构，分为目标层、准则层、子准则层和指标层，如表1所示。

表1 配电网发展协调性评价体系

1.1配电网网络结构协调性

配电网具有合理的网络结构，是保证配电网供电可靠的基础。选取110 kV变电站单电源线或单变率(A11)、35 kV变电站单电源线或单变率(A12)及10 kV线路平均分段数(A13)3个指标表征配电网网络结构的协调性。

(1)110(35)kV变电站单电源线或单变率

变电站单电源线率指只有一条电源进线的变电站占该电压等级变电站的比率；变电站单变率指只有一台主变压器的变电站占该电压等级变电站的比率。随着配电网结构的不断优化，该指标值应呈下降趋势，因此该值越低越好。

(2)10 kV线路平均分段数

为减少停电范围，降低用户的停电时间，将10 kV线路进行合理分段，从而提高供电可靠性。文献[6]中要求10 kV架空线路分段数不宜超过5段。目前，普遍认为10 kV线路的合理分段数在3～5段之间，因此取该值合理范围为3～5。

1.2配电网设备利用协调性

选取变电站10 kV出线间隔利用率(A21)、10 kV线路联络率(A22)、10 kV线路截面规范化率(A23)3个指标表征配电网设备利用的协调性。

(1)变电站10 kV出线间隔利用率

变电站10 kV出线间隔利用率是指变电站10 kV侧已使用的出线间隔在所有出线间隔中所占的比例。该指标表征配电网高中压设备的利用水平，为保证变电站的供电能力并留有一定裕度，该指标的合理范围为65%～80%。

(2)10 kV线路联络率

10 kV线路接线形式有辐射式、多分段适度联络、单环式、双环式等。除辐射式结构线路之间无联络外，其他接线形式10 kV线路均有联络。该指标反映10 kV配电网内部互联情况，互联率越高，10 kV配电网供电可靠性越高，因此该值越高越好。

(3)10 kV线路截面规范化率

10 kV配电网导线截面选择的不规范造成了配电网供电能力不足或导线浪费。文献[6]中对10 kV线路导线截面进行了规范，导线截面选择越规范，配电网供电能力越能得到保障。因此该值越高越好。

1.3配电网容量协调性

选取高中压变电容量协调性(A31)、110 kV线变容量协调性(A32)、35 kV线变容量协调性(A33)以及10 kV线变容量协调性(A34)4个指标表征配电网容量配置的协调性。

(1)高中压变电容量协调性

高中压变电容量协调性定义为高压配电网变电容量与中压配电网变电容量的比值，即110 kV和35 kV变电站的主变容量之和与所有10 kV配电变压器容量之和的比值。理论上来说，该值为1时，高中压配电网协调程度最好。但实际电网中，需考虑负荷同时率因素的影响。据文献[3]158内容，该值的理想取值为0.84。

(2)线变容量协调性

线变容量协调性指标反映该电压等级下线路额定输送容量与线路装接变压器额定容量的比值。该值过高或过低均表明电网发展过程中具有不协调问题。该值在各电压等级下的理想取值分别为：110 kV、35 kV指标值为1.15；10 kV指标值为0.75。

1.4配电网负荷分布协调性

选取110 kV、35 kV主变，10 kV配变轻载或重载比率(B11～B13)以及110 kV、35 kV、10 kV线路轻载或重载比率(B14～B16)6个指标表征配电网负荷分布的协调性。

配电网负荷分布集中于合理负载率范围之内的程度越高，配电网利用越合理。变压器、线路轻载导致电能浪费，变压器、线路重载导致负荷转供困难，影响供电可靠性。因此表征配电网负荷分布协调性的6个指标值越低越好。

1.5配电网负荷发展协调性

选取110 kV、35 kV变电容载比(B21、B22)，110 kV、35 kV线路利用率(B23、B24)4个指标表征配电网负荷发展的协调程度。

(1)变电容载比

容载比指某一供电区域、同一电压等级电网的共用变电设备的总容量与对应的网供负荷的比值，用于评估电网的容量裕度[7]。容载比的合理取值在1.8～2.2之间。

(2)线路利用率

线路利用率指某一供电区域内线路输送容量之和与线路额定容量之和的比值。该指标的理想取值与线路的接线形式有关，其合理取值在0.4～0.6之间。

1.6配电网负荷转供协调性

选取110 kV、35 kV变电站平均失电比率(B31、B32)，110 kV、35 kV、10 kV线路平均失电比率(B33～B35)5个指标表征配电网负荷转供的协调能力。

(1)变电站平均失电比率

变电站平均失电比率是指当变电站失电后，站内低压侧无法进行转供的负荷(断供负荷)占低压侧总负荷的比值。该指标越低越好，为保证供电可靠性，该指标值宜控制在40%以下。

(2)线路平均失电比率

线路平均失电比率是指当某一电压等级的一条线路失电后，该线路所带负荷中无法通过该电压等级或下一电压等级的其他线路进行转供的负荷所占比例。该指标值越低越好，其理想取值宜控制在30%以下。

1.7配电网与经济发展协调性

配电网的发展应与经济发展相协调，并具有一定的超前意识。选取电力消费弹性系数(C11)、单位GDP耗电量(C12)、电网收益协调性(C13)3个指标表征配电网与经济发展的协调关系。

(1)电力消费弹性系数

电力消费弹性系数是指某一段时间内电力消费增长率与GDP增长率的比值。该指标值反映电力发展与国民经济发展的协调程度，其理想取值范围为1～1.2。

(2)单位GDP耗电量

单位GDP耗电量是指某一地区全社会用电量与该地区GDP的比值。该值反映电能利用效率，随着经济的发展，该值应逐渐降低。

(3)电网收益协调性

电网收益协调性表征电网净利润与电网输配电容量之间的协调关系。随着电网输配电容量的不断增加，电网净利润应逐渐增加。因此该指标值的理想取值为1。

1.8配电网与用户协调性

配电网与用户协调性指标反映电力公共用户与电力专网用户之间的协调关系，选取用户专线占用间隔比率(C21)与不合理用户专线比率(C22)2个指标作为评价指标。

(1)用户专线占用间隔比率

用户专线占用间隔比率指某电压等级下用户专线间隔数量占该电压等级总出线间隔的比例。该指标反映电网中大客户线路占用间隔资源的比例，其合理取值应控制在25%以下。

(2)不合理用户专线比率

不合理用户专线比率是指包装容量不满足用户专线容量要求且非重要电力用户的用户专线占所有用户专线的比例。该指标反映配电网管理水平的高低，随着配电网管理的逐步规范化，该值会逐渐降低。因此，该指标值越低越好。

2 评价模型和评价方法

2.1指标标准化处理

由于本文中选取的指标既有指标值越大越好的正指标，也有指标值越小越好的负指标，又有指标值在某一确定值为最优的中性指标，因此需要对这些指标进行标准化处理[8]。采用线性比例变换法对这些指标进行标准化处理，具体如下：

yi=xi/xmax，1≤i≤m,i为正指标

(1)

yi=xi/xmin，1≤i≤m,i为负指标

(2)

(3)

对于中性指标，先按式(3)将其转化为负指标，然后按式(2)计算。

2.2指标权重的确定

指标权重的确定方法分为主观赋值法和客观赋值法。主观赋值法依赖于专家经验进行权重的确定，适用于指标较少的情况；客观赋值法采用数学工具进行分析，消除了主观赋值法的片面性缺点，能够用于较多指标的赋值。

单一采用一种赋值方法，存在一定的弊端与局限性。本文综合采用主客观法相结合的方式确定配电网发展协调性的指标权重，采用层次分析法和熵权法计算指标权重，进而将2种方法的计算结果进行组合修正，得到评价指标的组合权重。

层次分析法的基本步骤为：首先建立反映评估系统特征的层次结构，进而对指标的重要程度进行两两比较，逐层打分，构建判断矩阵；然后求解判断矩阵的特征根及其对应的特征向量，得到各指标所占的权重；最后进行矩阵的一致性检验。

熵权法的基本步骤为：首先使用标准化方法对指标数据进行转化，然后对各评价指标的熵值进行计算，根据熵值计算各指标的变异程度，进而得到指标权重[9]。

将层次分析法得到的指标权重与熵权法得到的指标权重采用线性加权平均法计算组合权重，则评价模型各层的组合权重向量W=(w1,w2,…,wi,…,wm),wi表达式为：

wi=αw1i+(1-α)w2i

(4)

式中：w1i为采用层次分析法得到的指标权重；w2i为采用熵权法得到的指标权重；α为组合权重分配系数，0≤α≤1。结合配电网协调性综合评价的实际，本文选取α=0.5。

2.3配电网协调性综合评价

对于n个评估方案，对各指标实际值进行标准化处理，得到指标层各指标的评分向量H。通过层次分析理论，将指标评分与指标权重按公式(5)向上层递推，分别得到子准则层、准则层指标以及目标层的得分。递推表达式为：

(5)

式中：H(0)为目标层的得分；H(1)为准则层的得分；H(2)为子准则层的得分。

3 算例分析

本文选取某地区中压配电网作为研究对象，对该地区电网2016年规划前及规划后的协调性进行评估。

规划前，该地区配电网基本情况为110 kV变电站5座，供电主变10台，变电容量为500 MVA；35 kV变电站7座，供电主变14台，变电容量为244 MVA；10 kV线路80条，线路总长510.6 km；10 kV公用配变1 623台，变电容量为710.5 MVA。规划后，新增110 kV变电站2座，主变4台，变电容量100 MVA；新增35 kV变电站1座，供电主变2台，变电容量40 MVA；新增10 kV线路12条，总长92.5 km；改造10 kV线路25条，总长185.2 km；新增及改造10 kV公用配变158台，变电容量为56.1 MVA。

限于本文篇幅，只列出配电网网络结构协调性和设备利用协调性在规划前和规划后的得分，见表2。

采用基于层次分析法和熵权法相结合的方法计算指标的组合权重，本文只列出子准则层和准则层的AHP法权重、熵权法权重以及组合权重，如表3和表4所示。

表2 部分指标规划前及规划后得分表

表3 不同方法确定的子准则层指标权重

表4 不同方法确定的准则层指标权重

通过对各层指标的递推计算，得出了该地区规划前和规划后综合评价以及设备、负荷均衡、与社会发展协调性的得分，如表5所示。

由表5可知，该地区配电网在规划后各项指标得分有了较大程度地提升，主要体现在规划方案实施后，地区35 kV单电源线及单变率大幅降低，10 kV线路分段更加合理，10 kV线路间联络率得到提升，变电站负荷分布较集中，重载或轻载变电站比例降低，变电站及线路失电比率降低，配电网与用户协调性提高等方面。但规划后，在各电压等级线变容量协调性、配电网负荷发展协调性以及配电网与经济发展协调性等方面提升幅度较小，需要在后续规划中关注相关问题，全面提高配电网发展的协调性。

表5 准则层及综合评价得分

4 结论

本文建立的配电网协调性综合评估体系，能够较好衡量配电网规划对配电网协调性的影响，可用于比较多种规划方案的优劣，对配电网的建设起良好的指导作用。该评价体系能够较好地评估配电网发展协调性情况，为配电网改造建设提供参考，具有较高的实用性与有效性。

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Study on Comprehensive Evaluation of Distribution Network Coordination

GU Jichao， WANG Linglong， QIN Yu

(State Grid Chongqing Power Supply Company Yongchuan Power Supply Company, Chongqing 402160, China)

The coordination degree of distribution network plays an important role in the healthy development of the distribution network. The distribution network planning should take the coordination developing of distribution network into account. This paper considers the internal and external factors influencing the coordination of the distribution network, and establishes a coordination index system from three aspects: distribution network equipment, distribution network load balance and distribution network with social development; and by using the combination of analytic hierarchy process(AHP) and entropy weight method for the evaluation of the comprehensive weights of the coordination index system, the comprehensive evaluation method of the distribution network coordination is then put forward. At last, according to the comprehensive evaluation of the distribution network coordination before and after planning, the result shows that the proposed method is useful and effective in analyzing the distribution network coordination, and it can be used for the study of the distribution network coordination of other regions.

distribution network; coordination; AHP; entropy weight method; comprehensive evaluation

10.3969/j.ISSN.1672-0792.2017.10.002

TM727.2

A

1672-0792(2017)10-0011-05

2017-06-28。

古吉超(1976-)，助理工程师，研究方向为配电网规划。