城市高中壓配電網(wǎng)協(xié)調(diào)性綜合評價研究

趙 磊，王明明

（1.山東電力工程咨詢院有限公司，山東 濟(jì)南 250013；2.國網(wǎng)山東省電力公司經(jīng)濟(jì)技術(shù)研究院，山東 濟(jì)南 250021）

0 引言

高壓配電網(wǎng)作為輸電主網(wǎng)的末端，承擔(dān)著向中壓配電網(wǎng)提供優(yōu)質(zhì)電能的任務(wù)。中壓配電網(wǎng)是連接高壓配電網(wǎng)與用電客戶之間的橋梁。高中壓配電網(wǎng)的協(xié)調(diào)性指的是高壓與中壓兩個電壓等級、不同設(shè)備之間的相互匹配與兼容程度。當(dāng)高中壓配電網(wǎng)中任一環(huán)節(jié)出現(xiàn)欠協(xié)調(diào)的問題時，都將會導(dǎo)致配電網(wǎng)出現(xiàn)供電可靠性降低，供電質(zhì)量下降，供電經(jīng)濟(jì)性差，甚至無法滿足用電客戶的需求［1］。高中壓配電網(wǎng)只有實現(xiàn)較好的協(xié)調(diào)，才能避免配電系統(tǒng)內(nèi)部出現(xiàn)供電瓶頸，保持電網(wǎng)運行的可靠性、安全性及經(jīng)濟(jì)性，提高配電網(wǎng)的效益。

城市配電網(wǎng)的協(xié)調(diào)發(fā)展，既包括高壓配電網(wǎng)內(nèi)部的協(xié)調(diào)性，又包括中壓配電網(wǎng)內(nèi)部的協(xié)調(diào)性。目前，國內(nèi)外的文獻(xiàn)對電網(wǎng)協(xié)調(diào)性的研究主要集中于高壓或者中壓配電網(wǎng)的規(guī)劃、結(jié)構(gòu)、容量評估以及電網(wǎng)與電源、電網(wǎng)與負(fù)荷、電網(wǎng)與社會環(huán)境［2］等方面，而缺乏對高壓和中壓配電網(wǎng)兩個電壓等級的協(xié)調(diào)程度進(jìn)行研究。

文章充分考慮影響高中壓配電網(wǎng)協(xié)調(diào)性的多種因素，在傳統(tǒng)的只考慮高壓或者中壓配電網(wǎng)協(xié)調(diào)程度的基礎(chǔ)上，又考慮了高中壓變壓器容量配比、高中壓線路容量配比以及變電站出線均衡度等3個指標(biāo)，全面衡量高中壓配電網(wǎng)的配合協(xié)調(diào)程度。

1 城市高中壓配電網(wǎng)協(xié)調(diào)性指標(biāo)體系

高壓配電網(wǎng)的協(xié)調(diào)性，指的是高壓配電網(wǎng)內(nèi)部變電站、線路的容量、結(jié)構(gòu)以及負(fù)載情況配合的協(xié)調(diào)程度。中壓配電網(wǎng)的協(xié)調(diào)性，指的是中壓配電網(wǎng)內(nèi)部配電變壓器以及配電線路的結(jié)構(gòu)、負(fù)載、容量以及間隔利用等指標(biāo)的合理程度。高中壓配電網(wǎng)的協(xié)調(diào)性，指的是高壓配電網(wǎng)與低壓配電網(wǎng)之間在變壓器容量、線路容量以及負(fù)載與間隔的利用情況等配置的合理性。

本文基于層次分析法，從高壓配電網(wǎng)協(xié)調(diào)性、中壓配電網(wǎng)協(xié)調(diào)性以及高中壓配電網(wǎng)協(xié)調(diào)性3個方面構(gòu)建指標(biāo)體系，如圖1所示。

圖1 城市高中壓配電網(wǎng)協(xié)調(diào)性指標(biāo)體系

對圖1中的評價指標(biāo)進(jìn)行分析，其中，指標(biāo)定義明確、計算較為簡單的指標(biāo)計算方法如表1所示，其他指標(biāo)需要進(jìn)行指標(biāo)定義、含義分析以及計算方法需具體介紹。

表1 部分評價指標(biāo)的計算方法

1.1 負(fù)載均衡性指標(biāo)

負(fù)載均衡性指的是設(shè)備負(fù)載率相對于均值負(fù)載率的均衡程度，可分為變壓器負(fù)載均衡性和線路負(fù)載均衡性［3］。

設(shè)某評估區(qū)域內(nèi)有待評價設(shè)備 （變壓器或者線路）的數(shù)量為N，某個設(shè)備i的負(fù)載率μi的表達(dá)式為

式中：Pi為設(shè)備i的負(fù)載值，Si為設(shè)備i的額定容量。所有設(shè)備負(fù)載率的均值μavg的表達(dá)式

選擇設(shè)備負(fù)載率標(biāo)準(zhǔn)差δ（其中，變壓器負(fù)載率標(biāo)準(zhǔn)差為δT，線路負(fù)載率標(biāo)準(zhǔn)差為δL）表征各設(shè)備負(fù)載率的均衡程度。δ值越大，表明設(shè)備負(fù)載率偏差越大，設(shè)備的負(fù)載越不均衡。

將該指標(biāo)轉(zhuǎn)換為設(shè)備負(fù)載均衡性指標(biāo)A（其中，AT為變壓器負(fù)載均衡性指標(biāo)，AL為線路負(fù)載均衡性指標(biāo)）。

A為正向指標(biāo)，即A越大，設(shè)備負(fù)載均衡性越好。

本文中，AT1為110 kV主變負(fù)載均衡性指標(biāo)，AT2為10 kV配變負(fù)載均衡性指標(biāo)，AL1為110 kV線路負(fù)載均衡性指標(biāo)，AL2為10 kV線路負(fù)載均衡性指標(biāo)。

1.2 高中壓設(shè)備容量協(xié)調(diào)度

對于城市配電網(wǎng)而言，高壓配電網(wǎng)的設(shè)備容量SH即為110 kV設(shè)備額定容量之和，中壓配電網(wǎng)的設(shè)備容量SM即為10 kV設(shè)備額定容量之和［2］。定義高中壓設(shè)備容量配比ε（其中，εT為高中壓變電容量配比，εL為高中壓線路容量配比）：

理論上而言，高壓設(shè)備容量與中壓設(shè)備容量的比值為1時，二者之間的協(xié)調(diào)性最好［4］。但考慮負(fù)荷同時率等因素的影響，一般取高壓與中壓配電網(wǎng)設(shè)備容量的最佳比值ε0為（εT0為高中壓變電最佳容量配比，εL0為高中壓線路最佳容量配比）0.9。ε越接近ε0，則高中壓配電網(wǎng)設(shè)備容量協(xié)調(diào)程度越高。將ε轉(zhuǎn)換為正向指標(biāo)，定義高中壓變電容量協(xié)調(diào)度指標(biāo)α

ε值越大，則高中壓配電網(wǎng)設(shè)備容量協(xié)調(diào)度越高。

1.3 變電站出線均衡度

變電站出線均衡度指的是110 kV變電站的10 kV出線均衡度，定義為變電站10 kV間隔利用率與變壓器負(fù)載率的比值，該指標(biāo)的意義在于衡量110 kV變電站10 kV出線規(guī)模的合理程度［5］。該指標(biāo)為中間值指標(biāo)，根據(jù)文獻(xiàn)［6］，該指標(biāo)的合理取值為1.2～1.7。變電站出線均衡度越大，表明變電站的10 kV間隔利用程度越不充分；變電站出線均衡度越小，表示變電站的10 kV間隔的平均負(fù)載率越重。

2 城市高中壓配電網(wǎng)協(xié)調(diào)性指標(biāo)權(quán)重與評分標(biāo)準(zhǔn)

2.1 評價指標(biāo)權(quán)重的確定

指標(biāo)權(quán)重的確定方法包括主觀賦權(quán)法和客觀賦權(quán)法。主觀賦權(quán)法需借助專家經(jīng)驗進(jìn)行權(quán)重確定，過程簡單，用于指標(biāo)數(shù)較少的情況；客觀賦權(quán)法以數(shù)學(xué)理論為依據(jù)，借助數(shù)學(xué)模型，得到的權(quán)重結(jié)果客觀量化，消除了人為因素的影響，可用于多指標(biāo)的權(quán)重確定。本文依據(jù)主觀賦權(quán)法與客觀賦權(quán)法的優(yōu)點與不足，采用基于德爾菲法修正的層次分析法（AHP-Delphi）進(jìn)行指標(biāo)權(quán)重的確定［7］。該方法的具體步驟如下：

1）對待評估指標(biāo)體系建立層次結(jié)構(gòu)。對于本文中研究的問題，建立了目標(biāo)層、準(zhǔn)則層及指標(biāo)層的三層結(jié)構(gòu)。

2）構(gòu)建評價指標(biāo)的判斷矩陣。依據(jù)AHP理論，對同一層次的m個指標(biāo)，依據(jù)薩蒂的1～9重要性標(biāo)度方法，建立兩兩比較的判斷矩陣：

式中：aij為同層次指標(biāo)i和j之間相對于上層指標(biāo)的重要性表征，且 aji=1／aij。

3）對判斷矩陣進(jìn)行指標(biāo)賦值。引入德爾菲法進(jìn)行各判斷指標(biāo)的賦值，由n位行業(yè)專家對判斷矩陣A進(jìn)行獨立賦值，形成n個不同的判斷矩陣。

4）對判斷矩陣進(jìn)行優(yōu)化處理。由于專家分析問題的角度不同以及專家經(jīng)驗的差異，可能使判斷矩陣結(jié)果差異較大，數(shù)據(jù)分析不合理，因此需要對判斷矩陣進(jìn)行優(yōu)化處理。具體方法如下：

對n個判斷矩陣的每一組指標(biāo)求取平均值，形成平均值矩陣A：

設(shè)置判斷閾值的范圍為［0.5aij，1.5aij］，對每位專家初始判斷矩陣中的相對權(quán)重值與平均值矩陣中的數(shù)值進(jìn)行比較，若第k個判斷矩陣中存在數(shù)值超過預(yù)設(shè)閾值的情況，則認(rèn)為該矩陣數(shù)據(jù)無效，將該矩陣剔除。最后，得到n′個有效的判斷矩陣。

平均化處理n′個有效的判斷矩陣，得到經(jīng)過優(yōu)化處理的判斷矩陣：

5）計算優(yōu)化判斷矩陣的指標(biāo)權(quán)重。

6）評價指標(biāo)一致性檢驗。若一致性檢驗通過，則得到了評價指標(biāo)的權(quán)重；若一致性檢驗未通過，則重新收集專家的意見，回到步驟（2）進(jìn)行計算，直至一致性檢驗通過為止。

2.2 評價指標(biāo)的評分

使用德爾菲法對評價指標(biāo)進(jìn)行評分，邀請電力系統(tǒng)專家確定指標(biāo)的評價標(biāo)準(zhǔn)。本文所述的評價指標(biāo)包含數(shù)值越大越好的正向指標(biāo)、數(shù)值越小越好的負(fù)向指標(biāo)和數(shù)值在某一區(qū)間內(nèi)為最優(yōu)的中間值指標(biāo)［8］。正向指標(biāo)和負(fù)向指標(biāo)均按照標(biāo)準(zhǔn)分?jǐn)?shù)的間隔進(jìn)行打分，中間值指標(biāo)分為低值分?jǐn)?shù)和高值分?jǐn)?shù)，表示中間值指標(biāo)在某一范圍內(nèi)最優(yōu)。評分分?jǐn)?shù)以百分?jǐn)?shù)表示，高壓配電網(wǎng)協(xié)調(diào)性指標(biāo)的指標(biāo)值與評價分?jǐn)?shù)的對應(yīng)關(guān)系［9-10］如表2所示。

由于評價分?jǐn)?shù)是離散的，為使評分分?jǐn)?shù)更易計算，對該離散的評分分?jǐn)?shù)使用Curve Expert工具進(jìn)行曲線擬合，得到評分函數(shù)如表3所示。

在得到指標(biāo)層各項評價指標(biāo)的得分以后，按照遞推原則，將各指標(biāo)的相對權(quán)重與評分進(jìn)行相乘加權(quán)求和，依次得到準(zhǔn)則層及目標(biāo)層的最終評分。

表2 高壓配電網(wǎng)協(xié)調(diào)性的指標(biāo)值與評價分?jǐn)?shù)的對應(yīng)關(guān)系

表3 高壓配電網(wǎng)協(xié)調(diào)性的指標(biāo)評分函數(shù)

3 算例

本文選取某城市開發(fā)區(qū)配電網(wǎng)為例，進(jìn)行高中壓配電網(wǎng)協(xié)調(diào)性分析。該區(qū)共有110 kV變電站4座，主變8臺，變電總?cè)萘繛?00 MVA，110 kV線路為單輻射接線，110 kV變電容載比為2.26，無單線或單變的變電站。有一座變電站主變負(fù)載率超過80%，一座變電站為新投運站，負(fù)載率在20%以下，其他兩座變電負(fù)載率在50%左右。110 kV變電站的10 kV出線間隔共38個，已利用29個，其中專線間隔9個，公用線路間隔20個。該地區(qū)為新開發(fā)區(qū)域，無35 kV電壓等級，10 kV公用配變共2 632臺，配變?nèi)萘抗?52.5 MVA，無高損配變。10 kV線路均為電纜線路，供電半徑平均為4.2 km，有5條線路供電半徑較長。10 kV線路均為雙射接線形式，線路間基本實現(xiàn)互聯(lián)，但故障情況下負(fù)荷無法完全轉(zhuǎn)供。

依據(jù)前述的指標(biāo)權(quán)重及評價分?jǐn)?shù)的確定方法，得到該地區(qū)高中壓配電網(wǎng)協(xié)調(diào)性指標(biāo)的相對權(quán)重及評分，如表4所示。

表4 指標(biāo)的相對權(quán)重及評分

由表4可計算得到該地區(qū)城市高中壓配電網(wǎng)協(xié)調(diào)性的綜合評價得分是82.0分。其中，高壓配電網(wǎng)協(xié)調(diào)性得分較高，但110 kV主變負(fù)載率分布不均衡，存在部分重載或輕載現(xiàn)象中壓配電網(wǎng)協(xié)調(diào)性指標(biāo)中。10 kV配變負(fù)載均衡性得分不高，10 kV部分負(fù)荷無法轉(zhuǎn)供。高中壓配電網(wǎng)協(xié)調(diào)性指標(biāo)中，高中壓線路容量協(xié)調(diào)度指標(biāo)需要進(jìn)一步提升。在今后的規(guī)劃工作中，該地區(qū)應(yīng)考慮進(jìn)行負(fù)荷切改，著力解決地區(qū)110 kV主變、10 kV配變負(fù)載分布不均問題，提高負(fù)荷可轉(zhuǎn)供率，更換部分老舊電纜線路，減少重載線路，提高高中壓線路的容量協(xié)調(diào)程度，進(jìn)一步保證地區(qū)負(fù)荷發(fā)展。

4 結(jié)論

高中壓配電網(wǎng)的協(xié)調(diào)發(fā)展是供電可靠性、安全性的重要保證。本文建立了城市高中壓配電網(wǎng)協(xié)調(diào)性分析的指標(biāo)體系，使用基于德爾菲修正的層次分析法確定了指標(biāo)權(quán)重，使用德爾菲法進(jìn)行指標(biāo)評分，并將離散的評分進(jìn)行曲線擬合，建立了城市高中壓配電網(wǎng)協(xié)調(diào)性綜合評價模型。

最后，通過對某地區(qū)高中壓配電網(wǎng)進(jìn)行協(xié)調(diào)性分析，發(fā)現(xiàn)了該地區(qū)配電網(wǎng)在高壓與中壓配電網(wǎng)協(xié)調(diào)發(fā)展方面存在的問題，指導(dǎo)該地區(qū)配電網(wǎng)的發(fā)展建設(shè)。實例證明，該評價模型在進(jìn)行配電網(wǎng)發(fā)展協(xié)調(diào)性方面具有較好的效果，可指導(dǎo)地區(qū)配電網(wǎng)的規(guī)劃發(fā)展。

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