王正陽， 詹智民， 羅　賓， 劉行波， 李源林， 葉　磊， 陳根永

(1.鄭州大學 電氣工程學院，河南 鄭州 450001； 2.湖北華中電力科技開發(fā)有限責任公司,湖北 武漢 430077)

0　引言

面對復雜嚴峻的經(jīng)濟形勢和艱巨的改革發(fā)展任務，電網(wǎng)作為社會重要基礎設施，應該在繼承中創(chuàng)新，在創(chuàng)新中發(fā)展，為服務國家經(jīng)濟和社會發(fā)展作出更大貢獻，因此有必要通過電網(wǎng)發(fā)展診斷，科學評價電網(wǎng)的發(fā)展現(xiàn)狀和電網(wǎng)的發(fā)展空間，尋找電網(wǎng)發(fā)展內(nèi)在驅(qū)動力，針對電網(wǎng)發(fā)展薄弱環(huán)節(jié)，提出準確有效的診斷建議，為電網(wǎng)發(fā)展提供技術(shù)支撐和決策依據(jù)，促進電網(wǎng)科學發(fā)展，提高電網(wǎng)管理水平[1]．

目前，電網(wǎng)發(fā)展診斷逐步受到電力公司和研究人員的重視，已有學者開展了相關(guān)研究工作．文獻[1]結(jié)合地市級電網(wǎng)的特點，從電網(wǎng)安全與質(zhì)量、速度與規(guī)模、協(xié)調(diào)性、運行效率和經(jīng)濟效益5個維度對電網(wǎng)發(fā)展進行綜合評價，并根據(jù)實地調(diào)研和數(shù)據(jù)挖掘方法確定了46個評價指標，從而構(gòu)建了電網(wǎng)發(fā)展評價與診斷雙層結(jié)構(gòu)模型.文獻[2]通過借鑒國際電力行業(yè)常用的指標體系，從安全可靠、經(jīng)濟高效、服務優(yōu)質(zhì)、綠色低碳、友好互動等5個方面，篩選了能夠表征世界一流電網(wǎng)特質(zhì)的核心指標，形成指標體系.文獻[3]將層次分析法和德爾菲法用于電網(wǎng)現(xiàn)狀評估中，并建立了高、中壓現(xiàn)狀配電網(wǎng)的評價體系，著重分析和研究同一層次中各指標的權(quán)重求解問題.文獻[4]采用熵權(quán)法和密切值法相融合的評估模型，對配電網(wǎng)評估指標體系進行了科學合理的評價．

筆者通過研究發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)有的電網(wǎng)發(fā)展診斷指標體系主要在于展示指標數(shù)據(jù)，沒有考慮指標間的相互聯(lián)系與制約，同時診斷的覆蓋面還不夠全面，缺乏電網(wǎng)發(fā)展與能源資源、環(huán)境資源、土地資源等方面關(guān)系的指標，現(xiàn)有的電網(wǎng)發(fā)展診斷指標體系還有待完善.

面對電網(wǎng)發(fā)展診斷的重大需求，筆者從電網(wǎng)規(guī)模、電網(wǎng)結(jié)構(gòu)、安全可靠性、利用效率、設備水平、外部環(huán)境6方面[5-8]對電網(wǎng)發(fā)展現(xiàn)狀及發(fā)展空間進行診斷，提出相應的指標分析方法，形成了基于網(wǎng)絡層次分析法[9-10]的診斷模型．用此模型對電網(wǎng)進行診斷，發(fā)現(xiàn)電網(wǎng)發(fā)展的薄弱環(huán)節(jié)，結(jié)合發(fā)展形勢、經(jīng)濟環(huán)境和政策環(huán)境，分析影響電網(wǎng)發(fā)展的限制因素，把握電網(wǎng)發(fā)展方向，明確電網(wǎng)投資重點，推動電網(wǎng)科學發(fā)展．

1　電網(wǎng)發(fā)展診斷指標體系

影響電網(wǎng)發(fā)展的因素分為兩類：①內(nèi)部限制因素；②外部限制因素．結(jié)合電網(wǎng)發(fā)展特點，考慮指標間的相互影響與支配，進行影響因素分析，通過聚類算法，將指標分為電網(wǎng)規(guī)模、電網(wǎng)結(jié)構(gòu)、利用效率、安全可靠性、設備水平、外部環(huán)境6個類別，下屬指標共39個．基于這些指標建立的電網(wǎng)發(fā)展診斷體系如圖1所示．

2　網(wǎng)絡層次分析法(ANP)

考慮到各個指標間的相互聯(lián)系與制約，筆者采用網(wǎng)絡層次分析法(analytic network process，ANP)對指標體系作進一步研究．網(wǎng)絡層次分析法是美國匹茲堡大學教授薩蒂在層次分析法(AHP)的基礎上，于1996年提出的一種適應非獨立遞接層次結(jié)構(gòu)，能夠解決存在內(nèi)部依存和反饋效應的復雜系統(tǒng)的決策方式.由于網(wǎng)絡層次分析法在其網(wǎng)絡層中可將問題的相關(guān)元素進行聚類而形成元素組，并可隨意描述各個元素之間的相關(guān)性，即構(gòu)造出網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)，盡管建模過程較為復雜，但可以更準確地描述決策問題，因而成為一種更加有效的決策方法．

2.1　ANP的基本結(jié)構(gòu)

ANP系統(tǒng)元素分為兩個部分：①由問題目標及決策準則構(gòu)成的控制層；②由控制層支配的所有元素構(gòu)成的網(wǎng)絡層，其內(nèi)部是相互影響的網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)．圖2是典型的ANP結(jié)構(gòu)形式．

圖2　典型ANP的結(jié)構(gòu)形式Fig.2　A typical ANP structure

2.2　ANP的計算步驟

①判斷矩陣和排序向量的建立．使用德爾菲法判斷ANP系統(tǒng)中各指標的相對重要性，常采用1—9標度法作為判斷標準．

(1)

若Cj中的元素不受Ci中元素影響，則Wij=0．

②超矩陣的建立．同理，將其他元素集元素的內(nèi)外關(guān)系依次進行比較，可得到由網(wǎng)絡層中各元素互相影響的排序向量構(gòu)成的無權(quán)重超矩陣W．

(2)

W的每個元素都是矩陣，列和是1，但W不是歸一化矩陣，為方便計算需將超矩陣列歸一化，即對W的元素加權(quán)，得到加權(quán)超矩陣．

③加權(quán)超矩陣的計算．在控制層Bn準則下，根據(jù)網(wǎng)絡層各組元素對Cj(j=1，…，n)的重要

程度進行比較，得到歸一化的排序向量

Hj=[h1j…h(huán)nj]T,

(3)

進而可以得到加權(quán)矩陣

(4)

④超矩陣W穩(wěn)定處理．計算每個超矩陣的極限相對排序向量

(5)

若該極限收斂且唯一，則原矩陣對應行的值為各指標的權(quán)重．通過式(5)計算可得各指標的權(quán)重值．

3　算例分析

基于上述電網(wǎng)發(fā)展診斷模型，分析指標應用場景，選取220 kV電網(wǎng)適應性評價指標，構(gòu)建220 kV電網(wǎng)發(fā)展診斷指標體系的ANP結(jié)構(gòu)，如圖3所示．

圖3　220 kV電網(wǎng)發(fā)展診斷指標體系的ANP結(jié)構(gòu)Fig.3　ANP structure of 220 kV power grid development diagnosis index system

圖3中C1與C3、C7、C17相關(guān)聯(lián)；C2與C4、C6、C18相關(guān)聯(lián)；C3與C7、C17相關(guān)聯(lián)；C4與C6、C18相關(guān)聯(lián)；C8與C17相關(guān)聯(lián)．

以國家電網(wǎng)公司一體化電網(wǎng)規(guī)劃設計平臺中2016年電網(wǎng)規(guī)劃和實際運行數(shù)據(jù)為基礎(見表1)，選取河南、湖北、山東、江蘇、北京5地區(qū)220 kV電網(wǎng)進行診斷分析．鑒于部分數(shù)據(jù)較難收集，診斷工作將僅基于現(xiàn)有數(shù)據(jù)展開，涉及更多指標、更多電壓等級的區(qū)域電網(wǎng)整體發(fā)展診斷分析需進一步加強數(shù)據(jù)統(tǒng)計收集工作，其診斷流程是在本算例基礎上的擴展．

ANP計算過程異常繁復，對于大型系統(tǒng)，基本無法進行手工計算．筆者采用基于ANP理論的專業(yè)計算工具Super Decisions軟件進行權(quán)重計算，所得各指標權(quán)重如表2所示．

基于ANP的評價得分如表3所示．診斷結(jié)果可以從總體上判斷220 kV電網(wǎng)發(fā)展現(xiàn)狀．同時，由診斷過程中間結(jié)果繪制相應的雷達圖,如圖4所示．從雷達圖可以發(fā)現(xiàn)各地區(qū)220 kV電網(wǎng)的薄弱環(huán)節(jié)和發(fā)展方向．

由表3及圖4可知，北京220 kV電網(wǎng)診斷得分最低，其中電網(wǎng)規(guī)模、電網(wǎng)結(jié)構(gòu)發(fā)展略超前

表1　5省2016年220 kV電網(wǎng)發(fā)展診斷相關(guān)數(shù)據(jù)

表2　指標權(quán)重計算結(jié)果

表3　評價結(jié)果

圖4　5省電網(wǎng)發(fā)展診斷雷達圖Fig.4　Rader of five provinces power grid development diagnosis

于社會經(jīng)濟發(fā)展和負荷發(fā)展需求.在發(fā)展過程中主要存在中心城區(qū)變電站數(shù)量不足、電力通道資源匱乏的緊張局面，建議合理優(yōu)化分區(qū)，加強網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)建設，著重解決變電容量與負荷的空間分布不均和局部地區(qū)供電能力不足等問題，提高電網(wǎng)運行水平．安全可靠性得分最高，這是因為考慮到首都能源安全大局，北京電網(wǎng)在發(fā)展過程中始終將安全可靠性作為發(fā)展重心．電網(wǎng)發(fā)展資源裕度從內(nèi)部來看，利用效率處于中等水平，未充分利用已有設備容量，設備重載和輕載現(xiàn)象同時存在.下一步建議考慮增加輕載輸變電設備負荷傳輸，打通高、低容載比地區(qū)的電力傳輸通道，同時考慮對部分變電站土地資源利用效率較低的重載變電站采取合理緊湊的布置方式進行擴建以提高供電能力,并達到節(jié)約土地資源、提高土地利用效率的目的.從外部來看，運營環(huán)境得分最低，建設環(huán)境變化快，可供電網(wǎng)發(fā)展所利用的資源裕度較小，為了積極搶占變電站站址、電力管溝、線路廊道等稀缺資源，滿足未來負荷飛躍發(fā)展的需求，建議該地區(qū)加強與政府規(guī)劃部門協(xié)調(diào)，爭取從政策上保障土地資源的可獲得性，并加大220 kV電網(wǎng)投資力度，適度超前開展輸變電工程建設．

4　結(jié)論

筆者結(jié)合電網(wǎng)發(fā)展特點，從電網(wǎng)自身及外部環(huán)境入手，選取電網(wǎng)結(jié)構(gòu)、利用效率、安全可靠性、設備水平、外部環(huán)境等指標，建立一套電網(wǎng)發(fā)展診斷指標體系，并提出相應的指標分析方法，形成電網(wǎng)發(fā)展綜合診斷模型．通過電網(wǎng)發(fā)展診斷，研究電網(wǎng)發(fā)展現(xiàn)狀，發(fā)現(xiàn)電網(wǎng)薄弱環(huán)節(jié)，尋找電網(wǎng)發(fā)展方向，并根據(jù)診斷結(jié)論制定針對性措施，以保證地區(qū)電網(wǎng)健康發(fā)展．

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