基于层次分析法-德尔菲法的配电网不停电作业能力评估和分析

王庆泽, 张守强, 艾茂民, 王 佳, 张 硕

(国网山东省电力公司 菏泽供电公司, 山东 菏泽 274000)

0 引 言

随着经济与社会的快速发展,各行各业对电力不间断供应的要求越来越高,供电可靠性也是衡量供电企业供电能力的重要指标之一[1,2]。为满足各行各业对供电可靠性的要求,供电企业通常采取如下措施:不断改造老旧设备、完善网架结构、优化电网运行方式、积极开展不停电作业等[3,4]。

10 kV配电网直接面向终端电力客户,具有点多面广、结构复杂等特点,是保障电力“配得下、用得上”的关键环节,其供电可靠性至关重要。配电网不停电作业是实现客户零感知检修消缺,提高供电可靠性的重要技术手段,可促进配电网由停电检修向不停电检修转变,实现配电网检修模式不断升级,保障配电网安全可靠、不间断供电,满足经济社会发展[5,6]。文献[7]提出基于多因素综合评价和改进灰色关联的供电可靠性分析方法,可为配电网供电可靠性提升优选提供依据。文献[8]从配电网供电可靠性管理现状入手,分析了目前供电可靠性管理存在的问题,探讨了提升配电网供电可靠性的具体管理策略。文献[9]对配电网不停电作业管理体系进行了详细分析,提出了组群式城市结构下配电网不停电作业管理的新思路。文献[10]对配电自动化不停电作业安全影响进行了详细的分析。文献[11]对不停电作业的关键技术进行介绍,并运用于工程实践,评价了开展配电网不停电项目的可靠性与经济效益。文献[12]指出在一些大型检修工程中,运用综合不停电作业法进行负荷转供,可以减少用户停电时间。综上所述,配电网不停电作业可以减少用户停电时间,对于提高配电网供电可靠性具有重要意义。

但是从配电网不停电作业技术本身来讲,其作业能力又受到人员、工器具、特种车辆以及运转方式等多种因素制约,现有方法多基于主观经验判断薄弱点,难以精准高效地利用现有资源,最大限度地提高配电网不停电作业能力,实现整体效益的最大化。基于内外部发展形势要求,提出一种配电网不停电作业能力的层次分析(Aralytic Hierarchy Process,AHP)评估方法,以便在资源有限的条件下,准确找出影响作业能力关键因素,制定针对性措施,精准施策,持续提升配电网不停电作业能力。

1 基于AHP的配电网不停电作业能力影响因素评估方法

AHP法是美国运筹学家萨迪于20世纪70年代提出的,通过引入重要性标度,构造出判断矩阵,可以实现定性与定量分析相结合予以决策的目的[13-14]。该方法在太阳能光伏电站选址[15]、分布式电源准入容量评估[16]、配电网综合评价[17]等方面得到广泛应用。AHP评估实施流程如图1所示。层次评估指标体系构建的原则为全面性、独立性、实用性,其中,全面性要求覆盖面要大、不能有遗漏;独立性要求各个因素不相关;实用性要求评价指标具体可实施。

图1 AHP评估实施流程

步骤1:构建层次评估指标体系。确定评估目标,即配电网不停电作业能力,列出配电网不停电作业能力的影响因素有f1,f2,f3……,fk,共k个影响因素,遵循上述原则,筛选归类总结影响因素{F},形成递阶层次结构,构建出配网不停电作业能力影响因素层次评估指标体系;

步骤2:构造判断矩阵。采用Delphi法对同一层次的影响因素的重要性进行两两比较,形成该层次影响因素的判断矩阵,判断矩阵A的数学表达式为

(1)

其中,xij取值范围为[1,9],其含义为1、3、5、7、9分别表示xi与xj相比同等重要、稍微重要、明显重要、强烈重要、极端重要,2、4、6、8表示重要性位于相邻标度的中间。

x取值采用Delphi法得到。Delphi法赋值流程如图2所示。可最大程度规避人为主观因素的影响[18]。

图2 Delphi法赋值流程

判断矩阵A中元素间的数学关系为

(2)

其中,当i=j时,xij=1。

步骤3:影响因素重要程度计算排序。通过判断矩阵A,计算出最大特征值λmax及其对应的特征向量ω,并对特征向量ω进行归一化处理得到ω' 。计算判断矩阵A的最大特征值λmax及其对应的特征向量ω,计算式为

Aω=λmaxω

(3)

对所求特征向量ω进行归一化处理得到ω',即为该层次影响因素的重要性排序,计算式为

(4)

式中:ωi——特征向量ω的第i个元素;

n——判断矩阵阶数。

步骤4:一致性检验。为判断出ω'权重大小的合理性,需进行一致性检验,若一致性指标不满足要求,转步骤2重新构造判断矩阵执行;反之,转步骤5执行。

计算一致性指标CI,计算式为

(5)

计算一致性比率CR,计算式为

(6)

式中: RI——平均随机一致性比率。

平均随机一致性比率如表1所示。

表1 平均随机一致性比率

对一致性指标CR进行检验,检验标准为

CR<0.1

(7)

当CR<0.1时,认为判断矩阵A通过一致性检验;否则,需返回步骤2,重新计算,直至通过一致性检验后转步骤5输出结果。

步骤5:评估结果输出。输出判断矩阵及其对应影响因素的权重,即该层次影响因素的重要程度大小。

输出结果中归一化特征向量ω'中数值大小即代表该因素对配电网不停电作业能力影响的重要程度,决策者可以依据评估结果,集中现有优势资源解决重要性影响因素,并逐步制定措施处理其他非重要性因素,持续提升配电网不停电作业能力,实现整体效益的最大化。

2 案例分析

2.1 现状分析

某地区配电网不停电作业起步较晚,目前共有作业人员68人,绝缘斗臂车14辆,配电网架空线路长度约为23 000 km,人员和装备配置不足,配电网不停电作业化率和第四类作业次数比率较低,作业能力无法满足日益增加的配电网不停电作业需求,作业类型占比如图3所示。

图3 作业类型占比

2.2 基于AHP-Delphi因素权重的确定

针对该地区现状,列出配网不停电作业能力的影响因素F={人员配置f1,工器具配置f2,车辆配置f3,新技术应用f4,机构设置f5,运作模式f6,绩效考评f7,区域协作f8,停电计划审核f9,计划管理f10}。

遵循全面性、独立性、实用性原则,对所有影响因素进行归类总结,资源F1={f1,f2,f3,f4},体系F2={f5,f6,f7},业务F3={f8,f9,f10},配电网不停电作业能力影响因素评估体系如图4所示。

图4 配电网不停电作业能力影响因素评估体系

为定量分析配电网不停电作业能力,本文采用配电网不停电作业化率和第四类作业次数比率两个指标来衡量。

不停电作业化率计算式为

(8)

式中:η——不停电作业化率;

W——统计周期内不停电作业减少停电时户数;

W1——计划停电时户数;

W2——不停电作业减少停电时户数。

第四类作业次数比率计算式为

(9)

式中:ζ——第四类作业次数比率;

Cl——第l类作业次数。

其中,l取值范围为[1,4],且为整数。

本文采用Delphi法构建准则层判断矩阵,以准则层为例进行详细计算,因素层权重系数计算流程相同。

准则层判断矩阵为

(10)

本文采用方根法[19]进行求解特征向量ω,首先,计算准则层判断矩阵AF每一行元素的乘积mi;其次,计算mi的3次方根即为ωi;然后,采用式(11)对向量ω=(ω1,ω2,ω3)作归一化处理。

(11)

归一化向量ω′=(ω′1,ω′2,ω′3)即为该层各个影响因素的权重大小。

根据上述计算方法,可得准则层判断矩阵的特征向量ω=(1.817 1,0.793 7,0.693 3),归一化后可得特征向量ω′=(0.549 9,0.240 3,0.209 8)。

求最大特征值,计算式为

(12)

式中: (AFω)i——AFω的第i个元素。

计算可得,λmax=3.018 3。

综上,由于CR<0.1,所以,准则层判断矩阵具有满意的一致性,归一化的特征向量可以作为准则层各个因素的权重系数,准则层判断矩阵及权重系数如表2所示。

表2 准则层判断矩阵及权重系数

同理,可依次计算出因素层各个指标的权重系数。

因素层(资源F1)判断矩阵及权重系数如表3所示。

表3 因素层(资源F1)判断矩阵及权重系数

因素层(体系F2)判断矩阵及权重系数如表4所示。

表4 因素层(体系F2)判断矩阵及权重系数

因素层(业务F3)判断矩阵及权重系数如表5所示。

表5 因素层(业务F3)判断矩阵及权重系数

综上所述,准则层和因素层各个指标的权重大小分别如图5和图6所示。

图5 准则层各指标权重大小

图6 因素层各指标大小

从上述计算结果分析可知,该地区配电网不停电作业能力影响因素的权重从大到小依次为资源、体系、业务,因此可以按照逐步补足配电网不停电作业资源,优化体系,完善业务流程的顺序,精准施策,从而提高配电网不停电作业能力。

从具体因素角度分析可知,现阶段该地区配电网不停电作业能力影响大的因素为人员、工器具、车辆等资源因素,应重点予以重视并补充,可以采取增加岗位,引进专业人员,积极拓展资金渠道,逐步配齐、配全专业装备,同时随着资源的不断注入,应重点关注机构架构、计划管理、停电计划审核等相关因素,并制定针对性措施加以优化,从而持续提升配电网不停电作业能力,进一步提高供电可靠性。

3 结 语

为精准评估配电网不停电作业能力多种影响因素的重要程度,为配电网不停电作业优化决策提供有力支撑,提出基于AHP-Delphi的配电网不停电作业能力评估和分析方法,对各种影响因素进行全面、合理的评估,从而把握影响不停电作业能力的关键因素,以便高效地利用现有资源,最大限度地提高配网不停电作业能力。结果表明:该方法可以有效地对配电网不停电作业能力影响因素进行评估,并精准判断出关键因素,为决策者精准施策提供科学依据,实现整体效益的最大化。

此外,随着装备、人员等资源的不断注入以及相关技术发展,影响因素的权重将发生变化,且新的影响因素会涌现,可以进一步采用本文方法动态评估影响因素权重大小,滚动修正优化方案,以持续提升不停电作业能力。