配电网网格化运行状态综合评价

武晨晨，苗 霁，祝佳楠，陈 鹏

（1.国网江苏省电力有限公司宿迁供电分公司，江苏 宿迁 223800；2.南京理工大学 自动化学院，江苏 南京 210094）

近年来，高速发展的经济使得配电网需要进行进一步优化，提升供电质量，增加供电可靠性，改善配网结构等各个领域协同发展。要全方位掌握全国各地城市配电网发展情况，必须建立一个科学、合理的城市配电网网格化综合评估指标体系，发现城市配电网网格化中存在的问题，为城市配电网网格化发展指引方向。

文献[1]采用序关系分析法和基于指标相关性的赋权法进行主客观组合赋权的直流多馈入受端系统故障排序方法。文献[2]采用模糊综合评价法实现整个配电网状况的评估，结果更为准确全面。本文从配电网五个方面建立了配电网网格化综合评价指标体系。将指标数据分为3 类，根据指标的本身特性制定评分标准，并利用数据拟合工具得到各指标的评分函数，通过主观法与客观法两者有机结合求出指标综合权重，从而建立地区配电网网格化综合评价模型。最后，通过对江苏省某市配电网网格化的实际评价验证了综合评价模型的有效性。

1 评价体系构建

1.1 指标体系构建原则

1.1.1 具有全面性

配电网含有大量影响其运行性能指标，因此需反映出具有经济性、技术性、适应性和社会性的指标，才能保证对配电网网格化进行综合评价具有客观性和科学性。

1.1.2 具有可测性

因需要大量数据为权重分配和评价模型做铺垫，配电网网格化综合评价中各指标具有便于采集，便于测量的特点，为后期的数据处理及分析带来简便。

1.1.3 具有可比性

需要选择具有可比性的相关指标，使后期的权重分配能够具有科学性和说服力，并且突出具有指导性的评价。

1.1.4 具有独立性和全面性

因配电网网格化的指标较多且部分指标具有一定相关性，因此有必要尽可能避免指标重叠，使指标具有独立性和全面性，保证评价模型的全面性。

1.2 指标体系框架

以网架结构水平对于供电可靠率的影响为例，主要体现在上级变电全停时负荷转移能力、中压线联络情况以及网架调整操作的灵活便利等，构成的三级指标均为以上考虑到的相关影响因素。同理，可以得到其他四方面的三级指标，从而得出配电网网格化发展综合评价指标体系。如图1 所示。C1、C2、C3等为三级指标简称，D1、D2等为相应三级指标下的因素层指标简称。

图1 配电网网格化综合评价指标体系

2 评价方法

2.1 层次分析法原理

层次分析法是一种定性与定量相结合的多属性决策方法[3]，其基本原理是通过具有递阶层次结构的相关因素（目标、准则、对象）来评价方案。构造比较判别矩阵进行两两比较，然后将判别矩阵的最大特征根对应的特征向量归一化，其数值为同一层次因素相对于上一层次的权重，最后综合求出各方案的权重。

应用AHP 法确定指标主观权重步骤如下。

（1）建立层次结构模型：目标层为实现对配电网网格化运行状态的评价，准则层为网架水平、装备水平、负荷供应能力、运行水平及投资效益5 个二级指标，因素层是准则层更为精细的分支。

（2）构造判别矩阵：构造判别矩阵B=（Bij）n×n对同一层次因素相对上级层次的重要性进行两两比较。Bij表示因素i 相对于因素j 对于目标的重要程度[4]。通过邀请该领域专家使用saaty 九级标度法对各层次进行多次打分，最后构造出各层次的判别矩阵。

（3）层次单排序与一致性检验：计算该层次因素的相对权重，具体步骤为：

a.对判断矩阵各列进行归一化处理

b.对处理后的判断矩阵按行相加

d.一致性检验

多目标评价问题通常都是复杂的非线性问题，会使判断带有主观性和片面性。完全要求每次比较判断的思维标准一致是困难的，因此可能会出现评价结论矛盾的情况[5]。有必要通过一致性检验来判断评价结果的准确性。求出一致性比率CR 值。CR=CI/RI，CI 为判断矩阵一致性指标，RI 则为不同阶数矩阵的随机一致性指标。由此可知，首先需求出，式中，λmax为判断矩阵最大特征根，然后引入随机一致性指标RI，见表1。从而求得CR=CI/RI。若求得CR 值小于0.1，则判断矩阵通过一致性检验，否则需进行调整。

表1 随机一致性指标

（4）层次总排序与一致性检验：层次总排序为所有因素相对于目标层的重要性权重。这一过程是从目标层到因素层依次进行逐层计算，为该要素各隶属层层次单排序的累积乘积，其结果为该指标在层次分析法下对于目标的重要性权重。其结果仍需要进行一致性检验来判断合理性，CR=CI/RI，其中。当CR 值小于0.1 时，则认为通过一致性检验。

2.2 熵权法原理

通过熵的性质，计算出各个指标的熵值，如果某个指标的信息熵越小，就表明该指标变异程度越大，提供的信息量越大，在综合评价中的作用也就越大，相应的该指标因其突出作用能被分配到更多的权重。

熵权法求解客观权重步骤。

（1）数据标准化处理：

本文运用“最小-最大值标准化”法对指标进行标准化处理。其中xij为第i 条规则下的第j 条因素指标的原始数据，maxxij正向指标的最大值，亦为正向指标理想值。minxij为负向指标的最小值，亦为负向指标理想值。为标准化数据。则，

正向指标的标准化处理

负向指标的标准化处理

（2）计算第j 指标下样本的特征比重：

（3）计算第j 项指标的熵值：

（4）对第j 项指标的差异化系数进行计算，差异系数的计算公式为：

（5）将差异系数归一化，得到指标的权重：

2.3 指标组合权重确定

通过层次分析法求得的主观权重ωs和熵权法求得的客观权重ωk线性组合便可得指标的组合权重[6]。组合权重的结果由ωs和ωk的分配系数的确定决定。

组合权重ωz：这里取α=0.5，β=0.5。

2.4 指标评价判据制定

指标的评价标准是判断指标优劣的重要判别依据，依据该“标尺”可以衡量不同量纲和数量级的指标的优劣，直观地表现指标在配电网网格化中的具体情况。由于各个指标之间存在差异，如计算公式和含义等不同，需对指标进行规范化处理后才能对评价目标进行综合评价。在实际的使用中，按照指标的具体特性可把指标类型分为成本型、效益型和适中型3 类，其函数曲线如图2 所示。

图2 评分函数曲线示例

本文采用的是1-100 标度[7]。综合考虑配电网实际发展情况和指标性质，并通过相关文献资料以及相关领域专家意见制定标评分标准。以中压线路联络率为例。其结果见表2，表3。

表2 指标类型与评分标准设置

表3 综合评价指标体系评分函数

通过拟合的函数计算出各个指标的具体得分yi，将得分与权重做线性组合得到该网格的综合评分：

3 算例分析

为验证所提配电网网格化评价方法的有效性，本案例以某市6 个片区典型网格化A～F 作为评价对象进行综合评价。

3.1 主观权重

根据上一节所述步骤，采用层次分析法对各项因素的主观权重进行计算。以一位专家对5 个二级指标打分表为例。可得指标权重为α=[0.1628，0.1628，0.2826，0.282 6，0.1092]。由此得到层次单排序，再计算出层次总排序，以中压线联络率指标相对于目标层的权重为例说明：ω=0.1628×0.1585×0.333=0.0086，同理可求得剩余因素层指标整体权重。将多名专家的打分表按上述步骤计算，得到的结果取平均值即为主观权重法所得到的结果。

3.2 客观权重

按照上一节提出的“最小-最大值标准化”方法处理正负指标数据。以中压线路联络率D1、中压线路站间联络率D2、上级变电站全停时负荷转移能力C2 以及线路“N-1”通过率C3 四个指标为例具体见表4。

表4 标准化数据

可得指标权重为α=[0.017，0.031，0.02，0.046]。同理可得剩余指标权重。

3.3 综合权重计算

根据上节内容，可得所有指标综合权重见表5。

表5 综合权重

3.4 综合评分

根据式（11），可以得到6 个网格化的评分，见表6。

表6 网格化综合评价结果

从综合评分结果来看可知地区发展水平优劣顺序为C＞B＞A＞F＞E＞D。各区域在各个方面发展水平不一，且6 个地区在装备水平、运行水平两个方面发展都相对较差，亟需规划和改善。而负荷供应能力处于中等水平，其余两个方面较为优秀。

（1）装备水平。6 个区域的评分普遍不高且存在较大差异。A、B、C 3 个区域在线路绝缘化率方面都得分不高，而D、E、F 在线路电缆化率方面都得分不高，其主要原因可能是城镇之间的差异。A 区域老设备占比得分较低，其主要原因是A 区域为老城区。A、C、D、E在接地选线装置率方面得分均不高。

（2）运行水平。运行水平方面6 个区域评分均处于中等水平，且差异不大，其中D、E 两区域得分略低于其余4 个区域。其主要表现在6 个区域FA 投运率得分都非常低，线路故障停运率得分、三遥开关可用率得分、配比重复停运率得分都层次不齐，差异较大。

（3）负荷供应能力。6 个区域存在较小差异。但A、C、E 3 个区域评分较为相近且明显高于B、D、F 3 个区域。A、B、C 3 个城区区域的户均容量和用户平均停电频率两方面得分明显高于D、E、F 3 个乡镇区域。除E 区域外，其余5 个区域配变重超载率得分均为超过60 且存在较大差异。

4 结论

通过对A、B、C、D、E、F 6 个地区配电网网格化在各方面对比分析，可以发现各片区配电网网格化的优缺点以及发展程度，能指出配电网发展中存在的问题，为配电网规划和改善提供指导方向。