胡宏，羅慧，劉梅招，范韓璐

（1.國網江蘇省電力有限公司，江蘇 南京 210024；2.東南大學電氣工程學院，江蘇 南京 210096）

傳統(tǒng)的電網指標評價方法和評價體系主要基于層次分析法、專家打分法等主觀綜合評價法，這類方法可以充分利用行業(yè)人員的實際工作經驗，且實施起來簡單易行。先將電網分為輸電網和配電網2個主體，然后采用層次分析法和模糊評價法分別從電網的規(guī)劃和運行2個方面來進行評價，從而構建電網評價的整體框架。文獻以10kV配電網為研究對象，利用主成分分析法在一系列的指標中篩選出主要的指標，該算法利用了數(shù)據本身的相關度和偏離度，能夠客觀的反應數(shù)據的特性，降低評價指標維數(shù)，減少計算工作量。文獻運用TOPSIS法和熵權法來對配電網建設水平較高的城市進行分析，該方法可以直接利用原數(shù)據進行分析比較，無需設置主觀的權重。

本文結合《國家電網公司關于印發(fā)省公司、大型供電企業(yè)和省級專業(yè)機構內部對標指標體系》選取評價指標，對評價指標進行層次劃分，采用德爾菲法和層次分析法相結合的方式進行權重配置，設計了基于改進正態(tài)分布法的單項指標的評分方法，并通過加權綜合法計算出配電臺區(qū)的綜合得分，最后基于大數(shù)據方法對配電臺區(qū)的整體得分情況進行分布擬合和特征化分析。

1 配電臺區(qū)綜合能效評價指標體系設計

1.1 配電臺區(qū)評價指標層次結構的劃分

本文從配電臺區(qū)的運營管理出發(fā)，針對電壓質量、供電可靠性、負載水平、三相平衡、功率因數(shù)以及經濟效益6個方面，選取14個指標作為全面評價配電臺區(qū)的指標集合，結合層次分析法將配電網規(guī)劃運行評價指標分為3個層次。本文提出的指標體系為3層結構，聚合度高，結構簡單，能夠全面刻畫配電臺區(qū)運行發(fā)展過程中的特征，具有較好的整體性和適應性。

1.2 配電臺區(qū)評價指標權重的確定

主觀賦權法中的層次分析法（AHP法）是實際應用中使用最多的方法，它能將復雜問題層次化，將定性問題定量化。通過結合專家評分，AHP方法更加符合實際情況，滿足評價主體某種程度的偏好，實現(xiàn)對評價對象的特定評價要求。

（1）運用兩兩配對比較構建判斷矩陣。采用9分制評分法構造成對比較陣。從中間層開始，對從屬于上一層次的所有因素通過成對比較及1～9比較尺度構造矩陣。通過使用德爾菲法，評分組由公司專家組成，得到A層的1級指標要素B1，B2，B3，B4的判斷矩陣。

（2）采用方根法求矩陣A的主特征向量W，W即由同級要素的權重所構成的權重向量，計算判斷矩陣每一行的乘積：

先求Mi的n次方根W，然后進行歸一化。

（3）對權重進行一致性檢驗。計算最大主特征根：

式中，(AW)i表示AW的第i個元素。引入判斷矩陣一致性指標CI、平均隨機一致性指標RI和一致性比率CR判斷一致性。

1.3 基于改進正態(tài)分布法的單項指標評價模型

傳統(tǒng)的正態(tài)分布計分法將標準正態(tài)分布面積圖按照μ+ 3σ、μ+σ、μ-σ和μ-3σ4個值分成5個區(qū)間，每個區(qū)間的面積依次為16%、21%、26%、21%和16%，改進正態(tài)分布法在傳統(tǒng)正態(tài)分布法的基礎上，先將指標的相對累積頻數(shù)轉化為正態(tài)分布的積分面積，然后通過查正態(tài)分布表中概率值相對應的Z值，將其轉化為指標的得分，達到正態(tài)化的目的。設評價指標中共有n個不重復的采樣值，以正向排序的采樣值為例（即第1個采樣值最?。?，正態(tài)分布函數(shù)的概率密度函數(shù)為：

曲線與橫軸間的面積總等于1，相當于概率密度函數(shù)的函數(shù)從正無窮到負無窮積分的概率為1。將正態(tài)分布函數(shù)的面積等分成n個矩形，那么每個矩形的面積為1/n，以第n個矩形一半的面積加上其左側（n-1）個小矩形的面積作為第n個采樣值的累積分布函數(shù)F( n )，即第1個采樣值的累積分布函數(shù)F (1)=1/2n ，第2個采樣值的累積分布函數(shù)F(2)=3/2n ，第k個采樣值的的累積分布函數(shù)F( k )= (2 k -1)/2n ，改進正態(tài)分布法就是根據累積分布函數(shù)求出該采樣值對應的正態(tài)分布橫坐標值xk，如圖1所示。最后將所有正態(tài)分布值X投映到0～100分的區(qū)間上，作為采樣值的正態(tài)分布得分。

圖1 改進正態(tài)分布法原理圖

改進正態(tài)分布法主要根據采樣值在所有數(shù)值中的排序位置，而不考慮數(shù)據的原始采樣值的大小，有利于將數(shù)據集中分布的指標拉開得分差距。在進行綜合評價時，如果構成指標體系的各個指標的權重相等，可以直接采用簡單平均法進行綜合評價。采用加權算術平均綜合評價法，就是計算綜合評價指數(shù)，其基本計算公式如下：

式中，S為綜合評價值；Wi為第i個指標的權重；yi為第i個指標的評價得分。

2 算例分析

通過用電信息采集系統(tǒng)、智能公用配變系統(tǒng)、SCADA以及PMS系統(tǒng)來獲取配電臺區(qū)分析所需的評價指標。以臺變過電壓率指標為例，每個配電臺區(qū)的數(shù)據顆粒度為160萬點/天，那么兩市臺變過電壓率每天的數(shù)據量將達到9萬×160萬個，傳統(tǒng)的人工處理數(shù)據和評價計算的方法是難以實現(xiàn)的，因此，本文利用江蘇電網的大數(shù)據平臺來對配電臺區(qū)展開評價分析。

2.1 配電臺區(qū)指標采樣值分布情況

以平均功率因數(shù)指標為例，對A、B兩市的指標采樣數(shù)據的分布情況進行分析。參與綜合能效評價的配電臺區(qū)共有9萬多個，若采用傳統(tǒng)的正態(tài)分布法，使得各個等級的臺區(qū)數(shù)量均在1萬個以上，而同一等級臺區(qū)的平均功率因數(shù)指標得分均相同，無法體現(xiàn)配電臺區(qū)指標的差距。

2.2 各項指標計分模型的確定

當平均功率因數(shù)等于1計為100分，平均功率因數(shù)等于0.5計為60分，在(0.5，1)的區(qū)間上采用改進正態(tài)分布法進行評分，利用MATLAB軟件進行程序計算，得到平均功率因數(shù)的得分。改進正態(tài)分布法的得分分布滿足“中間大、兩頭小”的分布規(guī)律，可以更好的拉開差距和劃分指標層次，本文選用改進正態(tài)分布法作為平均功率因數(shù)指標的計分模型。配電臺區(qū)綜合能效評價指標中，除停電次數(shù)和非計劃停電次數(shù)兩項指標采用分段計分的方法，其余12項指標均采用改進正態(tài)分布法進行打分。

2.3 配電臺區(qū)的指標權重分配

本文采用德爾菲法和層次分析法相結合的方式進行權重配置。兩兩比較的數(shù)值根據數(shù)據資料、綜合專家經驗得出，逐層建立指標判斷矩陣。依據專家經驗各個指標的相對一級指標判斷矩陣J為：

求解判斷矩陣的最大特征根的值為3，根據RI參數(shù)表，當n=3時，RI=0.58，根據層次分析法一致性校驗的公式求得CR的值為0遠小于0.1，該結果可以使用。

表1 配電臺區(qū)各級評價指標權重

計算出底層各項指標的得分，依據層次分析理論，逐層遞推得出上級指標及總目標的得分。

2.4 配電臺區(qū)整體得分的分布擬合

Kolmogorov-Smirnov檢驗是檢驗正態(tài)分布的常用方法，Kolmogorov-Smirnov檢驗方法是以樣本數(shù)據的累積頻數(shù)分布與特定理論分布比較，若兩者間的差距很小，則推論該樣本取自某特定分布族。即對于假設檢驗問題：

其中，F(xiàn)(x)為完全已知的分布函數(shù)，即不含有未知的參數(shù)。

對于上述大小為n的樣本，如以X(1)，…，X(n)表示其順序統(tǒng)計量，則其經驗分布函數(shù)F(x)為：

利用式(3.7)不難求出Dn的零分布表。當n→∞時，在H0下，有

利用以上結論，可以得出Dn的大樣本分位數(shù)，由此可以利用以上方法來檢驗某一隨機變量是否服從正 態(tài) 分 布。 則 單 樣 本Kolmogorov-Smirnov檢驗的原假設H0為：樣本總體服從的正態(tài)分布。經計算，Kolmogorov-Smirnov檢驗結果如表2所示。

表2 單樣本Kolmogorov-Smirnov檢驗結果

漸進顯著性（雙側）的值為0.074＞0.05，表示在顯著性a=0.05的條件下，臺區(qū)綜合能效得分服從的正態(tài)分布，即

配電臺區(qū)的綜合能效得分頻率分布直方圖呈正態(tài)分布，這是由于大多數(shù)臺區(qū)評價指標均采用改進正態(tài)分布的打分方法，這也證明了本文設計的配電臺區(qū)綜合能效評價模型能夠滿足可比性原則的評價要求。

3 配電臺區(qū)綜合能效的相關性分析

配電臺區(qū)投運時長是影響配電臺區(qū)的綜合能效的重要因素，根據工程經驗，配電臺區(qū)通常剛投運時，其綜合能效應當較好，隨著投運時間的增長，配電臺區(qū)的綜合能效會下降，臺區(qū)會出現(xiàn)各種問題，需要進行改造和治理。因此，配電臺區(qū)綜合能效與投運時長的相關性分析是必要的。

3.1 配電臺區(qū)數(shù)據的預處理

配電臺區(qū)投運時長和綜合能效數(shù)據的預處理步驟如下：（1）將配電臺區(qū)的各個單項指標的得分、綜合得分、臺區(qū)投運時長進行匯總。（2）將匯總的數(shù)據進行歸一化處理，線性變換至[0,1]之間。（3）將預處理后配電臺區(qū)單項指標得分數(shù)據、綜合得分數(shù)據和臺區(qū)投運時長數(shù)據進行正態(tài)分布檢驗或單峰分布檢驗，若檢驗未通過則進行適當?shù)淖儞Q使變換后的數(shù)據近似服從正態(tài)分布或單峰分布，縮小皮爾遜相關系數(shù)的計算誤差。經檢驗，各項數(shù)據均滿足正態(tài)分布檢驗或單峰分布檢驗，將通過正態(tài)分布或單峰分布檢驗的數(shù)據按配電臺區(qū)進行配對，準備計算各組數(shù)據的皮爾遜相關系數(shù)。

3.2 配電臺區(qū)投運時長與綜合得分的相關性分析

計算配電臺區(qū)投運時長與綜合得分的皮爾遜相關系數(shù)，計算結果如表3所示。

表3 配電臺區(qū)投運時長與綜合得分的皮爾遜相關系數(shù)

配電臺區(qū)投運時長和綜合得分的相關性系數(shù)為-0.138，對應的顯著性為0，根據設置的顯著性水平位0.05，則通過顯著性檢驗，即認為配電臺區(qū)投運時長和臺區(qū)綜合得分2個變量呈負相關。

以配電臺區(qū)投運時長作為研究對象，分析不同時期投運的配電臺區(qū)的綜合能效分布情況。對A市和B市不同投運年份配電臺區(qū)的能效得分進行統(tǒng)計，統(tǒng)計結果如圖2所示。

圖2 配電臺區(qū)綜合能效與臺區(qū)投運時長分布

臺區(qū)投運時長與綜合能效分布圖中可以看出，臺區(qū)投運第1年的綜合能效最高，投運前3年綜合能效呈現(xiàn)逐年下降的趨勢；臺區(qū)投運時間在4～9年時，其綜合能效基本保持平穩(wěn)；臺區(qū)投運時間在10年以上時，其綜合能效隨著投運時間的增長逐年下降。

4 結語

本文采用層次分析法和德爾菲法的組合賦權法，基于改進正態(tài)分布法的單項指標計分模型，設計了配電臺區(qū)綜合能效的評價體系，以兩市的9萬多個配電臺區(qū)的實際采樣數(shù)據作為實際算例，利用MATLAB工具進行配電臺區(qū)綜合能效計算，并通過分布擬合的方法驗證了本文評價體系的合理性。最后引入臺區(qū)投運時長作為關聯(lián)因素，對配電臺區(qū)綜合能效進行相關性分析，發(fā)現(xiàn)配電臺區(qū)在投運超過5年后，綜合能效下降明顯，需加強管理和改造。