智能配电开关遥控成功率评价体系的分析与研究

周红娟,李亚龙,董 锴,孟子杰,吴龙腾

(1.广东电网有限责任公司阳江供电局,广东 阳江 529500;2.广东省电力调度控制中心,广东 广州 510000)

0 引言

随着社会的快速发展,人工智能技术已逐渐深入我们工作与生活的各个领域[1],用户对智能电网建设的呼声也随之升高,特别是对与居民用电生活密切相关的配电网的智能化建设。在此背景下,智能配电开关应运而生,并得到了巨大的发展。为建设智能配电网、确保配电网馈线自动化功能的高效运转,需不断提升智能配电开关遥控成功率[2-3]。因此,根据建设项目的技术合理性和投资效益,制定优化的投资规划来提升智能配电开关的遥控成功率至关重要[4]。

配电开关遥控成功率作为智能配电网的重要指标,直接反映了配电网运行能力及可控程度。近年来,人们已意识到配电开关遥控建设的重要性,也由此展开了一系列的研究,但对影响配电开关遥控成功率的指标体系研究甚少。文献[5-7]分别对影响配电自动化“三遥”开关成功率的单一指标进行了分析,但未对其所有影响指标进行深入剖析;文献[8]对遥控成功率低的部分原因进行分析并提出了相应的整改措施,但是研究得不全面、不彻底,未对其原因的影响程度进行深入分析。

从自动化设备、配电网通信信号和配电网主站三大类指标着手,通过问卷调查收集专家的意见,并采用改进的层次分析决策算法对智能配电开关遥控成功率的影响因素展开综合分析评价,定量计算出各影响指标的权重,并提出了一套影响智能配电开关遥控成功率的指标评估体系,为智能配电网的建设改造提供理论支撑。

1 改进的层次分析法

层次分析法(Analytic Hierarchy Process)是用客观的理论体系对人的主观判断进行分析并建立矩阵模型的多目标最优决策方法。其主要思想是用对比理论将复杂的非量化的理论问题清晰直观地转化为定量的数学矩阵模型问题进行分析,用优化算法来确定各影响指标的重要程度。基于层次分析法的综合评判决策的步骤分为以下6步。

a.根据影响指标的某种共性进行分组,建立层次结构。

b.利用三标度法建立比较矩阵。

c.用极差法在比较矩阵的基础上构造判断矩阵。

d.计算各元素的权重。

e.计算判断矩阵的一致相容性情况,开展矩阵一致性判断,验证前文计算的权重的合理性。

f.综合考虑本文建立的矩阵模型,进行综合权重计算和排序,建立指标评估体系。

采用层次分析法开展案例分析的关键步骤是根据人对影响指标重要性程度的主观认识来确定比较矩阵和构造判断矩阵。本文针对影响智能配电开关遥控成功率的指标建立权重评估体系,分析步骤如下。

a.将研究的影响指标按某种共性分成3～5类,然后又按并列或支配关系进行归类,形成递阶层次关系结构。

b.运用三标度法对同一层级的n个元素c1,c2,....,cn中的任意2个元素ci和cj进行重要性比较得到aij,从而建立比较矩阵A。

c.采用极差法构造判断矩阵D=[dij]:

dij=P(ri-rj)/R

式中:ri和rj分别为矩阵A中第i行、j行元素之和;P为常量,在实践中一般取P=9;极差R,R=rmax-rmin,rmax=max{r1,r2,…,rn}。

d.权重计算。

e.进行一致性检验。

由改进的判断矩阵Q=DW～T得到最大特征值λmax。

检验判断矩阵Q的一致相容性指标CI、CR如下:

若计算得CI＜0.1且CR＜0.1,则认为建立的判断矩阵的一致性可接受;

当CI≥0.1或CR≥0.1,则认为其一致性不可接受,应适当修改建立的判断矩阵,重新对修改后的矩阵进行以上步骤计算[9]。

2 影响智能配电开关遥控成功率的指标分析

智能配电开关遥控成功率可以通过智能配电开关遥控成功的次数除以遥控操作的次数来计算得出。当配电自动化开关遥控不成功时,应主要通过检查配电网自动化控制装置、配电网通信信号、配电网主站的数据等来找准遥控失败的原因[10]。因此提升智能配电开关遥控成功率的影响指标主要分为3类:配电网自动化设备类指标、配电网通信信号类指标、配电网主站类指标。

2.1 自动化设备类指标

a.自动化终端在线率。配电自动化终端主要有采集并控制自动化开关的分、合状态等功能。隔离开关操作、灵活的电网运行方式使得“三遥”远程终端偶尔出现失电掉线,从而导致智能配电开关遥控失败。

b.自动化开关未投至“远方”位置。智能配电开关经过调试后,即认为具备自动化功能,但部分配电网运维单位未将自动化开关投至“远方”位置,导致智能配电开关遥控失败。

c.自动化开关本体及装置故障。出现开关及其装置异常时,配电自动化设备接收到调度端的指令,但由于开关本体故障而无法正确响应遥控指令。

d.终端控制回路异常。自动化终端控制回路异常导致被遥控的配电开关不受任何监控,无法实时将现场的运行状态返回至调度台,影响智能配电开关的遥控成功率[11]。

2.2 通信信号类指标

2.2.1 通信信号不稳定

目前,受限于资金成本与地理位置等因素,配电网大多采用GPRS无线公网进行通信,存在通信信号不稳定的现象,导致无法准时传达遥控指令。

2.2.2 通信通道拥堵

配电网通信信道拥堵,造成智能配电开关的变位信号上送延迟或上送失败,出现配电网主站的状态与现场状态不一致的情况。

2.3 主站类指标

2.3.1 图模异常

配电网单线图图模异常直接影响配电开关遥控成功率,主要表现有:图模未关联和设备GIS ID变更。当遥控操作配电网图模上的孤岛开关时,无法将调度端的指令准确传达至现场智能配电开关。

2.3.2 主站系统异常

配电终端接入配电网主站的信号异常或者配电网主站本身异常导致无法监视智能配电开关的实时运行状态,不具备实时监视和控制配电网设备的能力。

3 案例分析

某电网的配网线路共26 961回,配电开关512 419台,三遥终端数量75 602台,配电网遥控开关覆盖率为14.75%。

为大力推广智能配电开关遥控操作,采取“能遥则遥”的原则,某电网2019年4个季度的智能配电开关遥控情况如表1所示。

表1 某电网4个季度的智能配电开关遥控情况

由表1可知,智能配电开关的遥控成功率在90%左右,其成功率还未达到智能配电网的要求,还需做进一步的研究与提升。开关遥控不成功的原因主要有:开关终端不在线、开关未预置至“投远方”操作、配电网通信信号不稳定等。智能配电开关的遥控成功率关系着智能配电网的建设,不仅影响配电网事故处理、方式调整等调度操作效率,而且直接影响用户的供电可靠性。因此,对影响配电网开关遥控成功率的因素进行分析,并提出相应的决策方案是打造智能配电网的首要任务。

为有针对性地采取整改措施,减少重复试验的工作量,需对提升智能配电开关遥控成功率的影响指标进行建模分析,其分析体系如表2所示。

表2 影响智能配电开关的遥控成功率分析

以配电网自动化设备类指标B1为例,确定各项指标对于影响智能配电开关成功率指标的权重。在自动化设备类指标中,用c1表示自动化终端在线率,用c2表示自动化开关未预置至“投远方”操作,用c3表示自动化开关本体及装置异常,用c4表示终端控制回路异常。用改进的AHP对以上4个影响指标进行分析研究如下。

为得到自动化设备类指标的4个影响元素的重要性排名情况,本文通过问卷调查收集某电网配电网领域专家的意见。95%的专家认为:自动化终端在线率c1重要性高于自动化开关未预置至“投远方”操作c2,自动化开关未预置至“投远方”操作c2重要性高于自动化开关本体及装置异常c3,自动化开关本体及装置异常c3重要性高于终端控制回路异常c4,利用三标度法建立比较矩阵

权重计算

进行一致性检验,得到一致性矩阵

Q=[2.195 1.054 0.507 0.244],由Q求得最大特征值λmax,λmax=4.001 4。

得CI=0.000 5＜0.1,CR=0.000 4＜0.1,

故以上的判断矩阵可以接受,计算得到c1、c2、c3、c4在自动化设备类指标中的占比矩阵

同样进行专家调查,并采用层次分析法可得,配电网通信信号不稳定d1、通信通道拥堵d2在配电网通信信号类指标中的占比矩阵

同样进行专家调查,并采用层次分析法可得,配电网单线图图模异常e1、配电网主站系统异常e2在配网主站类指标的占比矩阵

we=[we1we2]=[0.987 0.013]

针对影响智能配电开关遥控成功率的三类指标:配电网自动化设备类指标B1、配电网通信信号类指标B2、配电网主站类指标B3进行专家调查排序并利用层次分析法可得出:这三类指标在影响智能配电开关遥控成功率指标的占比矩阵wb。

所以,由此可得本文研究的各影响指标的权重矩阵

由以上的计算结果可知,提升智能配电开关遥控成功率的各指标影响程度如表3所示。该指标权重体系既可以用于确定智能配电开关遥控成功率影响因素的改造优先权,还可以为建设智能配电网资金分配提供参考依据。其中,自动化终端在线率对遥控成功率至关重要,因此在提升配电开关遥控成功率的方案中,应该优先进行考虑。

表3 各指标对于总体系的权重大小分布情况

在配电网领域里,以上建立的影响智能配电开关遥控成功率的权重体系与某电网的实际情况吻合,但其权重大小还存在一定的模糊地带,故后续对影响配电网开关遥控成功率的深入研究仍具有深远的意义。

4 结论

采用三标度法建立了信息简单、易于接受的智能配电开关遥控成功率影响指标判断矩阵模型,利用严密的层次分析法来确定各影响指标权重,建立了一套智能配电开关遥控成功率的评价体系。该体系既有助于针对性地提升智能配电开关遥控成功率,又可用于评价和优选智能配电网建设的规划建设方案。