李 穎， 齊士杰， 王 澤， 梁海峰， 劉應明， 劉建華

(1. 六盤水供電局，貴州 六盤水 553001；2. 華北電力大學 電氣與電子工程學院，河北 保定 071003)

0 引言

伴隨當今社會的穩(wěn)步發(fā)展，碳基能源消耗所帶來的環(huán)保問題成為人們的關注焦點，低碳已經(jīng)成為各國經(jīng)濟發(fā)展的主旋律[1]。面對中國的環(huán)境問題,電力既要發(fā)展,還要承擔起能源優(yōu)化利用的艱巨任務[2]?，F(xiàn)階段，我國的配電網(wǎng)系統(tǒng)建設和完善程度還不如輸電網(wǎng)，在實現(xiàn)配網(wǎng)規(guī)劃評價自動化的道路上仍有較長的路要走。配網(wǎng)規(guī)劃方案的質(zhì)量好壞和匹配方案實施的程度對社會的經(jīng)濟發(fā)展起著重要作用。配電網(wǎng)的超前建設或滯后建設都會給電網(wǎng)發(fā)展帶來部分消極的影響。因此，在配電網(wǎng)建設高額投資的情況下，提出配電網(wǎng)規(guī)劃方案的評估方法，以期評估規(guī)劃后的配電網(wǎng)取得的成效，并以此作為選擇規(guī)劃方案的依據(jù)之一，具有重要的工程實用價值。同時，通過將碳排放指標作為評估指標之一對配電網(wǎng)規(guī)劃方案進行評估，符合電網(wǎng)企業(yè)尋求低碳綠色的發(fā)展道路，具有現(xiàn)實意義。

配電網(wǎng)規(guī)劃評估指標體系是配電網(wǎng)規(guī)劃評估的基礎，支撐配電網(wǎng)規(guī)劃以及管理工作。傳統(tǒng)的配電網(wǎng)評估工作主要包括可靠性、安全性、供電質(zhì)量、經(jīng)濟性等單項評估，隨著配電網(wǎng)規(guī)劃理論的發(fā)展，評估指標不斷更新，評估體系也逐漸完善。文獻[3]分析了配電網(wǎng)發(fā)展的影響因素，得到配電網(wǎng)發(fā)展的8類基礎一級指標；文獻[4]利用灰色粗糙集模型實現(xiàn)了對繁復指標的篩選和綜合評估體系的構(gòu)建。一般而言，要考慮數(shù)據(jù)的采集和計算難度，按照系統(tǒng)、科學和實用的原則選擇評估指標[5]。在評估模型方面，多采用層次分析法(AHP)去評估配電網(wǎng)規(guī)劃成效指標體系，文獻[6]給出了配電網(wǎng)具體的層次分析法和熵權(quán)法結(jié)合的主客觀并重的評價方法；而經(jīng)典的AHP法在實際應用過程中沒有充分利用已有的定量信息，對指標的討論也不夠深入[7]，為解決實際問題，需建立一套更能準確反映指標間互相影響的評估體系[8]，文獻[9]建立了規(guī)范化評估指標與最優(yōu)評估方案的灰色關聯(lián)性分析模型，準確反映了各指標的重要程度；文獻[10]提出了一種基于合作博弈法和梯形云模型的配電網(wǎng)模糊綜合評估方法，在一定程度上改進了AHP。

以往評估體系所用指標多集中于可靠性指標，在低碳方面考慮不足，文獻[11]從電網(wǎng)的規(guī)劃、建設、運行和設備4個方面入手，提出了一系列低碳指標，但是依然沒有考慮規(guī)劃電網(wǎng)的發(fā)展?jié)摿?，以及碳排放情況。另外，在各評估指標權(quán)重的專家咨詢過程中，由于每個指標權(quán)重都是專家根據(jù)自己的經(jīng)驗給出的，存在一定的主觀偏差性。因此本文在指標權(quán)重的確定過程中對得到的指標相對重要性數(shù)據(jù)進行雙邊截斷映射，盡量減小主觀偏差的影響。最后，通過對貴州省某市配網(wǎng)規(guī)劃方案的實例評估驗證了所提評估方法的有效性。

1 評估模型與方法

1.1 評估體系的建立原則及流程

配電網(wǎng)規(guī)劃評估體系的建立需遵循可操作性、合理性和具體性的原則。

評估的流程包括原始數(shù)據(jù)的采集和格式處理、評估體系的建立、形成規(guī)劃方案與指標計算和規(guī)劃方案的評估與建議4部分。

(1)數(shù)據(jù)采集與格式處理：從調(diào)度、信息中心等部門采集配電網(wǎng)的基礎運行數(shù)據(jù)、設備參數(shù)、GIS數(shù)據(jù)，并基于后續(xù)規(guī)劃所需的數(shù)據(jù)格式、數(shù)據(jù)庫對接等要求，將數(shù)據(jù)進行格式以及編號上的對應轉(zhuǎn)換處理。

(2)評估體系的建立：分析具體配電網(wǎng)運行特點，結(jié)合規(guī)劃目標，遵循可操作性、合理性和具體性原則確定綜合評估體系和各指標的評分標準。

(3)形成規(guī)劃方案與指標計算：通過一定約束條件和目標函數(shù)對現(xiàn)狀電網(wǎng)進行規(guī)劃，形成一系列規(guī)劃的初始方案；對各方案計算各個評估指標數(shù)值，并采用AHP法求取各方案評估得分。

(4)規(guī)劃方案的評估與建議：通過評估體系得分，將規(guī)劃方案成效量化參考，排序列出方案的評級用于備選，對比現(xiàn)狀電網(wǎng)的不足，再人為選擇出最終方案或給出建議。

1.2 評估模型的建立

模型的建立原則以層次分析法為核心思想，AHP法原理簡單，便于理解，應用靈活，在諸多領域得到了廣泛運用。

本文以貴州省某市10 kV配網(wǎng)規(guī)劃作為實際算例，建立了規(guī)劃成效綜合評估體系，如圖1所示。

圖1 配電網(wǎng)規(guī)劃方案綜合評估體系結(jié)構(gòu)

考慮到配電網(wǎng)的最大供電能力一定程度上反映了配電網(wǎng)的發(fā)展?jié)摿?，故在供電質(zhì)量和經(jīng)濟效益評估的基礎上加入“供電能力利用率”和“單位投資下供電能力提升量”2個指標以體現(xiàn)規(guī)劃電網(wǎng)的發(fā)展?jié)摿?，同時加入了相關碳排放指標，對配電網(wǎng)規(guī)劃方案進行評估。該評估模型主要有兩方面區(qū)別于以往，第一，以往的評估體系中各層指標是對于某個屬性的狀態(tài)量，在評估規(guī)劃方案時不能夠很好地反應出規(guī)劃后的方案對于現(xiàn)狀電網(wǎng)的提升程度，故本文的評估體系中采用了規(guī)劃方案對比現(xiàn)狀電網(wǎng)的某屬性變化量作為指標，通過狀態(tài)量指標和變化量指標的結(jié)合以更合理自然的思想評估電網(wǎng)的規(guī)劃成效(例如，“單位投資下供電能力提升量”指標在評估規(guī)劃方案時的側(cè)重點在于比現(xiàn)狀電網(wǎng)在單位投資上供電能力提升了多少)；第二，將配電網(wǎng)建設中的投資、線損與碳排放掛鉤，提出了“系統(tǒng)時耗碳排量”和“能源節(jié)約對應碳減量”2個指標，考量了規(guī)劃方案在低碳方面的表現(xiàn)。其中部分指標計算公式如下。

(1)主變負載率均衡度：

(1)

式中：x為n臺主變的負載率平均值，即求取所規(guī)劃區(qū)域n臺主變的負載率的方差，數(shù)值越小代表越均衡。

(2)供電能力利用率(%)：

(2)

式中：Lmax為年最大負荷，單位MW；PTSC為系統(tǒng)最大供電能力，單位MW，根據(jù)統(tǒng)計口徑不同，此指標可拓展為某一斷面的最大負荷與對應斷面的系統(tǒng)最大供電能力的比值，其數(shù)值在50%左右較為適宜，太低則表示沒有挖掘出電網(wǎng)供電潛力，太高則表示電網(wǎng)接納負荷的能力不足。

(3)單位投資下供電能力提升量(MW/萬元)：

(3)

式中：PTSCn為規(guī)劃改造后配電網(wǎng)的最大供電能力；PTSC0為現(xiàn)狀配電網(wǎng)的最大供電能力，單位MW；E為規(guī)劃方案總投資，單位萬元(本文算例的投資涉及新建線路，統(tǒng)一使用電纜，價格為2萬元/km)。

(4)系統(tǒng)時耗碳排量(t/h)：電網(wǎng)中線路、設備等每小時的電能損耗折算成的碳排放量(折算系數(shù)為每kW·h排放0.272 kg碳)，公式如下:

CP=0.272×ΔP/1 000

(4)

式中：ΔP為電網(wǎng)中時耗電能，單位kW。

(5)規(guī)劃方案提升碳排量(t/h)：

CM=0.272×(PTSCn-PTSC0)

(5)

按照規(guī)劃方案，對電網(wǎng)規(guī)劃改造后，最大供電能力的提升相當于挖掘了系統(tǒng)的供電潛力，也相當于取得了更大的碳排放權(quán)。

在圖1的體系結(jié)構(gòu)中，規(guī)劃方案成效綜合評估為最高層；協(xié)調(diào)兼容性(A)、供電質(zhì)量(B)、經(jīng)濟效益性(C)和低碳性(D)為中間層；主變負載率均衡度(A1)、供電能力利用率(A2)等指標為最底層。

由上述層次結(jié)構(gòu)，根據(jù)AHP方法，計算指標間相對重要性矩陣，再進行同層指標之間的兩兩比較，得到各個指標屬性的相應權(quán)重。通過各指標數(shù)值及評分原則，結(jié)合指標權(quán)重由底層向上逐層計算得分，最終得到最高層得分，公式如下式所示：

(6)

1.3 指標權(quán)重計算過程

在避免不了主觀性的情況下，為了獲得相對更客觀的權(quán)重數(shù)據(jù)，本文的評估算例中向10位專家咨詢了綜合評估體系中各個評估指標對于其上層指標要素的相對重要性數(shù)據(jù)，并對所獲結(jié)果進行下述處理，即對數(shù)據(jù)的客觀程度進行提升。

(7)

通過權(quán)重咨詢、求平均值和映射值的過程，得到符合“1-9標度法”的較為科學的專家意見。

表1 評估指標的相對重要性截斷平均值映射規(guī)則

2 評估算例

針對貴州省某市配網(wǎng)規(guī)劃方案的實例，建立如圖1所示的評估體系，其中，經(jīng)截斷映射后的兩兩比較矩陣及歸一化計算后所得的各指標權(quán)重w如表2所示。

表2 指標體系兩兩比較矩陣及權(quán)重

(b)“協(xié)調(diào)兼容性”下屬指標兩兩比較矩陣及權(quán)重

(c)“供電質(zhì)量”下屬指標兩兩比較矩陣及權(quán)重

(d)“經(jīng)濟效益性”下屬指標兩兩比較矩陣及權(quán)重

(e)“低碳性”下屬指標兩兩比較矩陣及權(quán)重

2.1 配電網(wǎng)現(xiàn)狀評估

2.1.1 待評估區(qū)域基本概況

針對貴州某市6個變電站(城中變、鳳凰變、荷城變、水城變、城西變、紅巖變)所涵蓋的配電網(wǎng)區(qū)域進行規(guī)劃改造，電網(wǎng)的設備參數(shù)等基礎數(shù)據(jù)概況如表3所示。

表3 待評估配電網(wǎng)現(xiàn)狀基礎數(shù)據(jù)

2.1.2 各項指標計算結(jié)果

利用AHP方法，通過各指標評分，電網(wǎng)現(xiàn)狀的評估計算結(jié)果如表4所示，表中括號內(nèi)數(shù)字代表權(quán)重值。以下對其中的一些具體問題進行說明：

(1)中壓配電網(wǎng)容載比是在達到最大供電能力時的數(shù)值。

表4 配電網(wǎng)現(xiàn)狀綜合評估結(jié)果

(2)“單位投資下供電能力提升量”、“系統(tǒng)時耗碳排量”和“規(guī)劃方案提升碳排量”等指標的評分原則無現(xiàn)有規(guī)定，本文按算例特點自行設置。

(3)由于現(xiàn)狀電網(wǎng)的變化量指標數(shù)值理論為零，為得到現(xiàn)狀電網(wǎng)評估分數(shù)，將部分指標做如下調(diào)整：現(xiàn)狀配電網(wǎng)不涉及單位投資下供電能力提升的問題，故將“經(jīng)濟效益性”指標中“線損率”的權(quán)重調(diào)整為1，而規(guī)劃方案之間的比較仍采用原始權(quán)重；同樣“低碳性”指標中也有類似改變。

現(xiàn)狀配電網(wǎng)綜合評估得分為76.5，尤其是在最大供電能力(體現(xiàn)在“供電能力利用率”指標)方面表現(xiàn)較差。

(1)在協(xié)調(diào)性方面得分為64，影響得分的主要原因是最大供電能力比較差，主變之間的負載率不均衡。該地區(qū)負荷的集中程度不同，導致負荷大且密集的地區(qū)變電站主變負載率較高。全網(wǎng)的容載比合格。

(2)在供電質(zhì)量方面得分為91，電壓合格率可以進一步提高。

(3)在經(jīng)濟方面得分為69.6，有提升空間。

2.2 近期規(guī)劃方案評估及選取

在配電網(wǎng)現(xiàn)狀基礎上，近期規(guī)劃擬以提高配電網(wǎng)最大供電能力為目標。在考慮電壓約束、主變?nèi)萘考s束、線路電流約束等約束條件基礎上，建立近期規(guī)劃模型，通過遺傳算法求解得到了一系列近期規(guī)劃方案。對這些方案經(jīng)過評估體系的評估，得到了每個方案的規(guī)劃成效綜合評估得分并降序排列。現(xiàn)取前15個方案與現(xiàn)狀電網(wǎng)(方案16)的評估結(jié)果一并列于表5。

由表5可以看出，規(guī)劃后的方案在總得分上都有所提高。因各指標之間的相對重要性和關注程度等主觀思想已量化體現(xiàn)在指標權(quán)重的求取過程當中，所以通過規(guī)劃成效綜合評估得分即可選出最終方案。

表5 規(guī)劃方案與現(xiàn)狀電網(wǎng)評估結(jié)果對比表

將方案7(總分最高)與現(xiàn)狀電網(wǎng)進行比較分析。其規(guī)劃改造方案的示意圖如圖2，圖中深色線路為規(guī)劃改造后新建的線路。

圖2 配電網(wǎng)(局部)規(guī)劃改造方案示意圖

經(jīng)過對地區(qū)配電網(wǎng)的規(guī)劃改造，規(guī)劃后的綜合評估得分由原來的76.5分升高到90.2分，其中協(xié)調(diào)兼容性由現(xiàn)狀網(wǎng)架的64.3分提升至85.7分，這是由于主變負載率均衡度和系統(tǒng)的最大供電能力提高所致；由于電壓合格率和線路重載比例得到改善，供電質(zhì)量由現(xiàn)狀電網(wǎng)的91.2分提升至98.7分；經(jīng)濟效益性由現(xiàn)狀網(wǎng)架的70分提升至77分，這是由于降低了線損率，即減小了經(jīng)濟損失，同時又挖掘了系統(tǒng)供電潛力，賦予電網(wǎng)更大發(fā)展空間；低碳性由現(xiàn)狀網(wǎng)架的91.5分提升至94.9分，這是由于一是網(wǎng)損減小，降低了系統(tǒng)時耗碳排量；二是提高了系統(tǒng)最大供電能力，相當于獲得了更大的碳排放權(quán)。

綜上，方案7在總分上的提升較為可觀，同時各中間層指標得分也都有提升，故最終可選擇方案7作為規(guī)劃方案，進行配電網(wǎng)的規(guī)劃改造工作。

3 結(jié)論

(1)建立了配電網(wǎng)規(guī)劃方案綜合評估體系，從協(xié)調(diào)兼容性、供電質(zhì)量、經(jīng)濟效益性、低碳性4個方面對配電網(wǎng)規(guī)劃方案進行綜合評估。

(2)對AHP方法中權(quán)重求取進行了改進，將收集到的專家對權(quán)重的評判意見進行雙側(cè)截斷求平均再映射，減少了主觀偏差的影響。

(3)引入了“系統(tǒng)時耗碳排量”和“規(guī)劃方案提升碳排量”的低碳指標，豐富了評估體系的內(nèi)容，同時順應了電網(wǎng)低碳綠色發(fā)展的要求。

[1]FOXON T J，HAMMOND G P，PEARSON P J G. Developing transition path ways for a low carbon electricity system in the UK[J].Technological Forecasting and Social Change，2010，77(8):1203-1213.

[2]王志軒.中國電力低碳發(fā)展的現(xiàn)狀問題及對策建議[J].中國能源，2015，37(7)：5-10.

[3]趙娟，楊博，張紅斌，等.配電網(wǎng)發(fā)展管理評估指標體系研究[J].標準科學，2016(11)：65-70.

[4]侯學良，王媛. 輸變電工程施工質(zhì)量綜合評價指標體系的構(gòu)建[J]. 華北電力大學學報(社會科學版)，2017(3)：41-46.

[5]陳岳峰，徐恩，姜念. 配電網(wǎng)綜合評估指標體系構(gòu)建與方法研究[J]. 山西電力，2017(2)：14-17.

[6]劉宇彬，劉建華. 基于層次分析法和熵權(quán)法的電網(wǎng)風險評估[J]. 電力科學與工程，2013，29(11)：37-43.

[7]張耀天，張旭成，賈明順，等. 基于層次分析法的自適應決策評價方法[J]. 北京航空航天大學學報，2016，42(5)：1065-1070.

[8]陳靖，路志英，劉洪，等. 基于改進ANP的配電網(wǎng)綜合評估方法及應用[J]. 電力科學與工程，2015，31(5)：21-28.

[9]陶芬，邵劍，張步涵，等. 基于灰色關聯(lián)和模糊層次分析的城市高壓配電網(wǎng)接線方式綜合評估[J]. 水電能源科學，2015，33(6)：190-194.

[10]宋人杰，丁江林，白麗，等. 基于合作博弈法和梯形云模型的配電網(wǎng)模糊綜合評價[J]. 電力系統(tǒng)保護與控制，2017，45(14)：1-8.

[11]孫彥龍，康重慶，陳宋宋，等. 低碳電網(wǎng)評估指標體系與方法[J]. 電力系統(tǒng)自動化，2014，38(17)：157-162.