配电网规划全过程评估指标优化方法及工程应用探索

杨金东，张贵鹏，聂鼎

（1.云南电网有限责任公司电力科学研究院，昆明 650217；2.云南电网有限责任公司，昆明 650217）

0 前言

配电网规划与改造是一项复杂的系统性工程，作为电力建设中一个重要环节受到广泛的研究与重视。在常规配电网规划工作中，由于区域所依据的指导原则、技术线路、项目管理、运行维护等规划思路不同，通常会使得规划结果具有较强的地区性特点。同时，由于配电网的建设改造要涉及众多规划与运行指标，因而沿用常规数学优化方法追求单一目标最优是不恰当的，当今的配电网规划应该是一个具有不确定性的、复杂多目标的、非线性决策过程[1]。由此，在进行规划结果评判时，需要综合考虑方案的总体供电能力、可实施性、投资合理性以及环境适应性等诸多因素，才能对给出的规划方案做出一个科学、合理的判断。

相比较常规评估问题，配电网规划评估具有较为突出特点，表现为一方面其中涉及到的因素众多，这些因素中有些是可以量化并具有一定确定性的，如方案的平均供电半径、供电可靠性、网损率等，有些是难于直接量化或具有较强主观、不确定性的，如网架结构合理性、负荷预测准确性、规划工作深度与方案现实指导意义等，这在一定程度上加大了规划方案综合决策的难度；另一方面，由于很多因素指标是从不同侧面反应一个共性研究对象，因而表现为具有较强的相关性，如供电半径与末端电压合格率、系统容载比与设备负载率等，因而若不进行适当处理将造成评价指标重叠从而影响结果的合理性。

当前，国内外对于配电网评估工作已有较多研究成果，文献[2-4]分别从可靠性、经济性、安全性、灵活性、清洁性等角度提出了相应的指标体系，深入分析电网某一方面的发展情况；文献[5-6]采用模糊评判方法对电网规划及运行评价工作中涉及的主观不确定性因素进行处理，从而使评估结果更具客观真实性；文献[7]对模糊层次分析方法加以改进，使其能更好处理具有一定结构冲突性的评价构成因素，在一定程度上改善了规划评估效果；文献[8]提出了一套涵盖安全性、经济性、优质性及清洁性的电网运行状态评价指标体系，同时提出一套新颖的综合评价方法，用以计算并量化出评价结果，能较为全面、准确的反映电网实时运行状态。

总体来看当前对于电力网络的评估工作主要集中在评价指标体系的研究方面，即针对评估对象建立一套具有一定代表性与指导意义的指标体系，再在这个体系基础上应用层次分析法（AHP）、熵权法、模糊综合评价法等进行评判。如前所述，这些评估方法可视为一种“静态”方法，即仅是针对评估对象在某一给定时间断面上的指标表象进行的分析。然而，在实际系统中这些指标都是在发展变化的，一般表现为一定区域内的数值变动，由此根据其历年波动情况可统计出其相关性、分散度等性质，从而能更好指导评估工作的开展，而这些在传统电力评估工作中尚不多见。

在2019年云南省各地区配电网规划建设专项评估工作中，笔者依据地区配电网规划技术指导原则建立评价指标体系，并将掌握的地区历年指标数据也引入评估过程中，在常规评估方法基础上提出一种指标相关分析算法，一方面可有效排除其中具有较高相关性的指标因素，从而避免出现重叠评估现象，另一方面又能在一定程度上体现指标分散度，从而使评估结果更具可区分性。在这些技术指导下，应用AHP法进行地区配电网规划方案的综合评估，取得良好效果。

1 配电网规划评估指标体系

为便于和工程实际对接，笔者主要依据《南方电网公司110千伏及以下配电网规划技术指导原则》、《云南电网有限责任公司配电自动化指导意见》以及地区规划专项督导检查项目流程建立评估指标体系，共包含规划依据完备性、规划过程合理性、规划结果科学性、规划方案可实施性、规划方案经济性等5大类30个相关评价指标开展评估，由于篇幅限制，本文给出部分指标明细，见表1，其中指标性质为管理类表示该指标主要通过评判专家打分的方式进行评价，而技术类表示该指标可通过对规划方案中具体数据进行统计而得到。

表1 原始评估指标集

2 方案评估过程

2.1 指标相关性分析

如前所述配电网规划是一项复杂的系统性工作，这里涉及的指标因素众多，不可避免会有部分指标由于描述的是同一研究对象的不同形式，从而表现出具有较高的数据相关性，这样就会出现重叠评估的不良后果，从而影响评估结果的科学性。

本次工作中，考虑到地区电网一般每2年进行一次配电网滚动规划及项目库更新，评估人员将历史规划指标及相关评估结果也收集起来进行分析。

其中uij=E[(ti-Eti)(tj-Etj)]。易知协方差阵u为对称的，且其对角元为该对应指标变化的方差。

由统计学理论可知当行列式detu=0时，各指标间存在完全的线性关系，即有不全为0的(β1,…,βn)与b，使得：

成立。在工程中可设定一个阈值α1（如α1=0.2），当detu＜α1时即认为原始指标系统中存在较强相关性，需要进行精简。

这时，可通过一个如下优化过程来找出这个相关性。

在优化结果(β1,…,βn)T各分量中，将满足|βi|＞α2，i=1,…n的分量作为待精简分量，其中α2也为预先设定的阈值（本文设为α2=0.5）。

式（3）实际表示要找出具有最小方差的一个指标分量线性组合，易知当指标间相关性较强时，有z≈0。若精简掉一个指标分量（不妨设为β1），可通过类似优化过程判断余下指标间的相关性，如下：

这样，精简过程就是在所有待精简分量中找出这样的βi，使得余下分量构成的优化式（4）所得优化目标值最大，即得到max(minz')，其物理意义是使余下分量在样本空间中有最大分散度（其最小线性组合方差最大）。

实际工作中，若每次精简都运行一遍如式（4）优化过程会使得优化计算量变得较大，由此可在评估过程中采用一种简化处理方法，即在对式（3）进行优化得到分量间的最小线性组合(β1,…,βn)与对应的方差z后，找到如式（5）所对应的指标分量，以之作为精简分量。这里式（5）可以通过对式（3）进行简单变换得到，经测试式（5）得到的分量组合目标值已较为接近由式（4）优化所得结果，而其计算量大为减小。

如上，通过对原始指标集不断进行精简，最后得到满足detu=α1并具有较大样本分散度的最终评估指标集。

2.2 AHP法评估过程

层次分析法（AHP）是综合主观判断的客观方法，也是一种定性和定量分析相结合的系统分析方法，其特点是把复杂问题中的各种因素通过划分为相互联系的有序层次，使之条理化。在此基础上结合人工判断工具，从而挖掘出各层次因素与评判对象间隐含的关系。作为规划、决策和评价的工具，AHP自问世以来已在各个领域得到迅速普及和推广，取得了大量的研究成果[9,11]。

本次规划评估工作中，采用AHP法依精简后的指标集对规划方案进行综合评价，过程如下：

建立指标集层次结构体系；

对于结构中每一层判断，根据1～9标度打分原则构造判断矩阵A；

判断矩阵一致性检验，求出一致性指标CI，这里其中λmax为判断矩阵最大特征值，n为判断矩阵阶数；

计算判断矩阵一致性指标CR，这里RI为对应的平均一致性指标。当CR≤0.1时，认为矩阵具有一致性；

利用层次单排序计算结果，逐层计算出对更上一层次而言本层次所有元素重要性的权重值，从而得到指标集中每一指标因素相对于评估对象的综合权重wi；

对指标集中管理类指标，以评估专家打分形式给出百分制分值si，对指标集中技术类指标，根据历史数据以出现过的最差情况（或最大、最小值）设为0.5，以预计出现的最好情况（未来计划目标或最大、最小值）设为1，其他数值按此区间折算，从而也得出百分制分值si，最终规划方案综合评估的得分为：

3 算例分析

本文以云南省某地区电力公司配电网规划为例，进行2018年滚动规划方案评估。截至2017年底，该地区电网供电面积2.89万 km2，供电用户总数194.6万户，2017年全社会用电量260.3亿 kWh，最高负荷4503万kW。地区有220 kV变电站20座，主变42台，主变容量624万 kVA；110 kV变电站56座，主变105台，主变容量425.9万 kVA，110 kV线路160条，总长2601 km；35 kV变电站108座，主变195台，主变容量118.2万 kVA，35 kV线路226条，总长2738 km。地区供电辖区内10 kV公用线路共有1324条，总长2.5万 km，10 kV公用配变19269台，容量281.65万 kVA。根据2018年修编配电网规划报告，“十三五”规划总投资45.4亿元，较“十二五”实际完成投资增长32.89%。

本文依照本文所述建立原始评估指标集，此外还搜集到地区历史10年内的相关规划与评估数据。在评估工作中，对于管理类指标采用优、良、中、差4个等级打分，分别对应分值为90%、80%、60%、40%；对于技术类指标参照该指标的历史发展变化范围或其他先进地区同类指标情况设定基准值进行了标幺化处理。

通过指标相关性分析，精简掉预测年均负荷增长率、高压站点平均间距、估算供电可靠性（ASAI）、设备平均负载率、设备选型合理性等多个指标（主要集中在技术类指标上）。

最后应用AHP法对精简后的指标集进行指标权重分析，并在此基础上对地区配电网规划方案进行了评估，其中各一级指标评估得分情况为：规划依据完备性得分80.0、规划过程合理性得分76.2、规划结果科学性得分85.5、规划方案可实施性得分78.7、规划方案经济性得分84.2，最终得出该地区2018年配电网规划整体水平得分为81.3分。

4 结束语

本文提出了带有地区性特点并面向工程实际的配电网规划综合评价指标体系，综合考虑了规划依据完备性、规划过程合理性、规划结果科学性、规划方案可实施性、规划方案经济性等5个方面的特征，能够较为全面客观反映配电网建设的整体水平。在评估工作中提出指标相关分析算法，能够发现原始指标体系中隐含的相关性，从而精简掉具有较高重复度的指标因素，避免出现重叠评估现象，并突出参与评估指标数据的分散性，便于评判打分。采用上述体系和技术，运用AHP法对云南某地区的2018年配电网规划方案进行评估，很好指导了实际工作的开展。