配电网可靠性评估及分析

冯金帅 刘 杰

（国网山东省电力公司临沂供电公司）

0 引言

配电网络规划也就是在完善的规划下对于目标区域组织负荷预测和当前阶段网络架构的研究， 在符合负荷标准和安全稳定性的基础上， 对于目标区域电力网络在目前架构前提下进行合理布局规划，进而使其满足可靠性、 稳定性、 经济性要求。完善的电网规划可以有效降低公司的运营成本， 满足公司竞争需求， 同样有助于减少财政基建投资压力，为保障经济发展提供坚实的基础保障[1］。

配电网的设计方案的成功与否和落实程度都会对日后配电服务网络体系的负荷程度、 经济发展度发挥关键性影响， 配电网络的超前或滞后建设都会在一定程度上对电网整体的发展产生负面影响[2］。对于配电网络规划方案而言， 首要评估其是否满足发展需求， 是否满足可靠性要求， 这对于配电网络的长远发展是十分关键的[3］。

1 配电网的规划可靠性分析

（1） 可靠性分析方法

配电网络的主要功能是销售、 分配电力能源给目标客户， 和目标用户的日常生活工作有十分紧密的联系， 电力网络的波动会对终端客户的经济利益产生重要影响。因而精确的分析配电网络体系的稳定性对于保障民生质量、 促进经济稳定健康发展有十分关键的作用， 此外配电网络体系的稳定性评估是电网建设和持续发展的重要基础保障条件。当前阶段， 配电网络体系的稳定性评估重点使用的研究方法主要有蒙特卡洛抽样法和解析法两类[4-5］。

（2） 配电网评价方法

1） 鱼骨图分析法

也叫作因果研究法， 这一研究法的主要原理是寻求问题自身的特征和相关作用要素， 此后利用专项的逻辑研究来建立层级明确、 调理明细的程序图。能够这样说， 鱼骨分析时可以迅速触及目标本质的一种研究法。该核算方法是先把特定问题或现象的作用要素采集分类， 之后针对分类作用要素发表针对性的完善方案。

2） 模糊综合评价

模糊评估法也就是针对分析评估模型中的多类模糊指标实施量化处理， 进而实施状态评估的量化研究法。这一研究法通过隶属度来体现差异相关性。在应用层面， 依据指标种类， 把隶属度评估函数划分为适中型、 成本型、 效益型三种。成本型目的在于降低成本， 就是数值越低， 评价分数越高； 效益型目的在于提高效益， 也就是数值越高， 评价分数越高好。

3） 层次分析法

层次分析法是由美国学者所提出的， 又被称为AHP 法， 其基础方法是利用创建完善的层次体系来拆解复杂性问题。该研究法的一个重要前提是研究各指标的内部关联和特征， 进而合理规划权重分配和参考依据， 进而实现量化分析， 从而搭建归纳指标评估系统。该研究方法的优势体现为具备较强的灵活性和系统性， 是解决高难度问题并创建评估标准系统的重要方法。AHP 法的具体结构见下图1，从最高层元素依次往下递阶分析。

图1 层次分析法递阶性层次结构示意图

1） 建立对比分析判断矩阵

让隶属于相同层级的多指标实施对比研究， 第i个指标和第j个指标对比研究的结论为aij， 和自身对比分析结果记为aii， （aii=1）， 从而建立n×n阶的分析矩阵。

2） 检验矩阵的一致性指标

若1-9矩阵的对比量大于2， 就要调整这一评估矩阵， 使其能够符合一致性需要。通常使用随机一致性标准来评估其一致性， 运算方式如下：

①预算最大特征根λmax；

②按照式 （1） 核算一致性CI；

③依据矩阵阶数从表1采集对应的RI值；

表1 平均随机一致性指标

④按照式 （2） 求取随机一致性指标CR。

若CR<0.1， 论证该矩阵符合一致性要求。1阶和2阶的RI为0， 符合一致性要求， 无需进一步核算。

3） 求解判断矩阵的权重

在判断矩阵的一致性检验符合要求后， 最大特征根向量指标也就是对应权重值。若超过三阶矩阵， 就能够通过计算机协助运算。假定实现的权重目标值不符合预期， 能够通过专家意见设定权重指标。

2 配电网评价指标体系的构建

（1） 可靠性的影响因素分析

在配电网络稳定性分析上， 电力元器件是最基础的基建设施， 同样是最基础的研究分析目标。而配电服务网络体系的稳定性会对电力使用者的经济成本和目标效益产生直接影响， 因而稳定的评估标准能够从设施和元器件两大角度来论证。从设施和内部元器件这两大配电网络服务体系稳定性的作用要素分析， 枚举并选择了稳定性的部分下层指标， 通过这些指标可以将配电网的可靠性进行量化。

（2） 层次结构的建立

从配电网络体系电力供应能力、 稳定性和经济性三角度发表了具有可操作性的多评估标准系统进而建立完善的配电网络服务体系规划效果评估机制。该系统主要包含三个层级， 利用上述研究， 能够比较系统的体现网络建设流程的特征， 具有较强的适应力和系统性。

（3） 指标权重及指标判据

1） 设定指标权重

在设置权重比例的程序上， 需要综合考量指标的差异化影响要素权重和作用程度的差异化， 还需要全面考虑指标发生的概率程度也存在差异， 此外在相同层级下的指标权重之和应是1。此外， 配置指标权重还需要全面联系服务地区的市场规模、 建设状况、 负荷特点和服务客户特点等外部影响因素。最终得到的指标权重分配结果如表2。

表2 指标权重

2） 评价整体流程

如图2 所示， 图为配电网的可靠性、 经济性综合评价的整体实施流程。分析最终的评估结论， 根据评分分数里得分比较低的指标， 寻找配电网网架需要继续改进的地方， 从而给出对配电网系统建设、 改造科学合理的指导意见， 促进网架规划的科学决策。

图2 综合评价流程图

3 算例分析

1） 算例概况

算例分析中， 选择了某座城市的配电网作为样例来验证论文提出的评价体系和方法， 其大概状况如下：

某地区拥有79.6 平方km 的土地面积， 地区GDP总值为130 亿， 同比去年提高了13 个百分点， 地区人口规模达到28.58 万， 人均生产总值为4.55 万， 实现了完全城市化。在产业结构上， 由2012 年同期的16.2： 48.68： 35.12 变为13.68： 50.12： 36.20。该城市经济上持续发展， 其中第一产业的比例较2012年相对下降， 第二、 第三产业所占比例对比去年有所提高， 人均GDP 稳步提高， 且城镇比例提高。该地区的配电网络不涉及到农村地区。该区域在服务客户方面， 重点以居民和商业为主， 网络布局依据街道结构和发展趋势， 能够划分成五个片区开展研究。2019年该地区10kⅤ配电网运作状况见表3。

表3 10kV配电网概况

表4 2019年配电网成效指标评价结果

2） 配电网评价结果与分析

2019 年该配电网规划成效方面得分是76.41， 可以看出它在在可靠性方面得分相对较好， 各自30分都得到了26以上的分数。

该配电网络服务体系在稳定性角度的分值为74/100. 该地区配电网络服务体系的稳定性还有一定的提升空间。可以看到， 在可靠性的底层指标中， 系统用户年平均停电次数和用户平均停电频率指标的得分差不多， 分别为58， 60， 远远低于其他底层指标的得分。其作用因素主要是配电网由于故障导致的停电频率较高， 主要是由于城区正处于架空线路、 调整电缆分布路线的建设阶段， 因而计划的停电频率相对较高。

4 结束语

配电网位于供应电能的尾端， 连接着电力用户和输电网， 伴随市场经济迅速发展和社会各界对于能源利用的关注度提高， 电力供应逐步受到社会各级的普遍关注。为了推动配电网络服务体系的健康发展， 评估其发展层次， 不断完善网络架构， 对配电网络服务体系的目前状况和规划后的网架效果评估开展了深入研究。