侯佳，吳志力，崔凱

(國(guó)網(wǎng)經(jīng)濟(jì)技術(shù)研究院有限公司, 北京 102209)

為滿足我國(guó)新時(shí)代人民日益增長(zhǎng)的美好生活用能需要，現(xiàn)代化配電網(wǎng)規(guī)劃的目標(biāo)將從傳統(tǒng)的滿足負(fù)荷增長(zhǎng)需求向滿足用戶高品質(zhì)用電需求轉(zhuǎn)變，在滿足供電需求的基礎(chǔ)上，以供電可靠性為中心，為用戶提供友好互動(dòng)的用電體驗(yàn)。在保證供電可靠性的前提下，現(xiàn)代電力企業(yè)追求經(jīng)濟(jì)效益最大化的發(fā)展需求迫切要求提升配電網(wǎng)規(guī)劃的精益化水平。因此在傳統(tǒng)配電網(wǎng)規(guī)劃方法的基礎(chǔ)上，提出了網(wǎng)格化規(guī)劃，進(jìn)一步提高配電網(wǎng)規(guī)劃的精細(xì)程度，實(shí)現(xiàn)以網(wǎng)格為單位梳理現(xiàn)狀問題，制定目標(biāo)網(wǎng)架，給出明確的項(xiàng)目方案。

近些年，配電網(wǎng)網(wǎng)格化規(guī)劃研究較熱，在網(wǎng)格劃分、規(guī)劃方法方面[1-6]取得了較為豐富的成果。文獻(xiàn)[1]提出了配電網(wǎng)網(wǎng)格化規(guī)劃時(shí)需要遵循的基本原則，給出了配電網(wǎng)網(wǎng)格化規(guī)劃的總體思路。文獻(xiàn)[2]提出了一種配電網(wǎng)網(wǎng)格化規(guī)劃方法，結(jié)合規(guī)劃區(qū)域的發(fā)展定位制定目標(biāo)網(wǎng)架和過渡網(wǎng)架。在每個(gè)網(wǎng)格內(nèi)根據(jù)目標(biāo)年的10 kV出線規(guī)模確定負(fù)荷轉(zhuǎn)供能力，進(jìn)一步布置開關(guān)設(shè)施。文獻(xiàn)[3]主要介紹了城市配電網(wǎng)網(wǎng)格化規(guī)劃的理念，重點(diǎn)從配電自動(dòng)化、通信、分布式電源、電力管道等方面闡述了網(wǎng)格化規(guī)劃的技術(shù)要求。文獻(xiàn)[4]通過供電網(wǎng)格的劃分對(duì)中壓配電網(wǎng)進(jìn)行規(guī)劃，采用就近選擇負(fù)荷備供站和負(fù)荷聚類方法實(shí)現(xiàn)網(wǎng)格劃分的全局優(yōu)化。在各供電網(wǎng)格內(nèi)，依據(jù)供區(qū)典型優(yōu)選接線模式和建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行主干線布線規(guī)劃。文獻(xiàn)[5]采用分層分區(qū)的方法劃分網(wǎng)格，采用層次分析法與德爾菲法驗(yàn)證網(wǎng)格的合理性。文獻(xiàn)[6]介紹了城區(qū)配電網(wǎng)三級(jí)網(wǎng)格規(guī)劃“二分法”，同時(shí)模塊化了開閉所出線模式及臺(tái)區(qū)低壓側(cè)三相均衡接線。文獻(xiàn)[7]側(cè)重研究網(wǎng)格化規(guī)劃后評(píng)價(jià)模型，首先構(gòu)建三維度評(píng)價(jià)指標(biāo)，其次采用德爾菲法確定各指標(biāo)權(quán)重，通過曲線擬合最終確立指標(biāo)函數(shù)。

目前的研究存在網(wǎng)格劃分標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一，缺乏各網(wǎng)格內(nèi)差異化規(guī)劃的考慮，無法實(shí)現(xiàn)網(wǎng)格化規(guī)劃的經(jīng)濟(jì)性與可靠性協(xié)調(diào)等問題。由于配電網(wǎng)網(wǎng)格化規(guī)劃與電力工業(yè)界關(guān)系密切，因此該領(lǐng)域的研究需要結(jié)合實(shí)際應(yīng)用需求，研究操作性強(qiáng)的網(wǎng)格化劃分方法、清晰的網(wǎng)格化規(guī)劃流程、統(tǒng)籌各網(wǎng)格規(guī)劃項(xiàng)目?jī)?yōu)選排序的科學(xué)量化工具。已有文獻(xiàn)關(guān)于配電網(wǎng)網(wǎng)格化規(guī)劃的研究多停留在原則和理念層面，缺乏實(shí)際操作流程指導(dǎo)和科學(xué)量化工具。工業(yè)界中配電網(wǎng)網(wǎng)格化規(guī)劃優(yōu)先在城市電網(wǎng)開展，未來5年提升城市電網(wǎng)的可靠性是發(fā)展重點(diǎn)，如何在達(dá)到可靠性目標(biāo)的同時(shí)降低經(jīng)濟(jì)成本，是現(xiàn)代電力企業(yè)所面臨的挑戰(zhàn)。本文在網(wǎng)格內(nèi)應(yīng)用容量(quantity，Q1)和供電可靠性(quality, Q2)雙Q規(guī)劃方法，一方面提升規(guī)劃的精準(zhǔn)程度，另一方面達(dá)到改進(jìn)可靠性和降低投資的雙重目標(biāo)?？紤]到各網(wǎng)格的差異性，基于網(wǎng)格內(nèi)主要用戶類型選取合適的可靠性指標(biāo)作為目標(biāo)，充分考慮區(qū)域負(fù)荷增長(zhǎng)潛力和長(zhǎng)遠(yuǎn)用電需求，按照飽和負(fù)荷配置相應(yīng)的容量?；谕ｋ姄p失模型估算可靠性目標(biāo)下的停電損失費(fèi)用，構(gòu)建規(guī)劃項(xiàng)目的全壽命周期成本模型，對(duì)網(wǎng)格內(nèi)的備選規(guī)劃項(xiàng)目進(jìn)行成本的量化計(jì)算。每個(gè)網(wǎng)格內(nèi)規(guī)劃項(xiàng)目的評(píng)估采用收益(Mbene)與成本(N)的增量比ΔMbene/ΔN方法，有效地減小投資預(yù)算，使單位投資的可靠性最大化。為驗(yàn)證新型規(guī)劃方法的有效性，采用傳統(tǒng)規(guī)劃方法進(jìn)行對(duì)比，在投資限額固定和達(dá)到相同供電可靠性目標(biāo)的2種規(guī)劃場(chǎng)景中，雙重驗(yàn)證了新型規(guī)劃方法在協(xié)調(diào)配電網(wǎng)可靠性和經(jīng)濟(jì)性方面更具明顯優(yōu)勢(shì)。

1 雙Q規(guī)劃方法

1.1 規(guī)劃目標(biāo)

現(xiàn)代配電網(wǎng)規(guī)劃人員面臨的挑戰(zhàn)是在滿足可靠性的目標(biāo)下盡量降低規(guī)劃方案的總投資，使電力企業(yè)獲取最大的經(jīng)濟(jì)效益。本文在網(wǎng)格內(nèi)應(yīng)用雙Q規(guī)劃方法，既能夠考慮網(wǎng)格差異化的規(guī)劃目標(biāo)，又能同時(shí)處理配電系統(tǒng)的Q1和Q2，達(dá)到降低投資同時(shí)改進(jìn)可靠性的雙重目標(biāo)[8-10]。

傳統(tǒng)的配電網(wǎng)規(guī)劃方法主要考慮單Q，可靠性一般通過遵循安全標(biāo)準(zhǔn)而得到保障，而不是作為具體的量化目標(biāo)提出。從經(jīng)濟(jì)角度出發(fā)，嚴(yán)格遵守安全標(biāo)準(zhǔn)并不總是有利的，一味滿足標(biāo)準(zhǔn)而安裝數(shù)量過多或容量過大的設(shè)備，會(huì)導(dǎo)致建設(shè)成本過高。新型規(guī)劃方法在各網(wǎng)格內(nèi)制定合適的規(guī)劃水平年可靠性目標(biāo)，根據(jù)可靠性目標(biāo)制定不同的規(guī)劃方案，每個(gè)方案具有不同的建設(shè)規(guī)模及投資。為達(dá)到各網(wǎng)格總體規(guī)劃方案投資最低，需要對(duì)電網(wǎng)的規(guī)劃方案進(jìn)行評(píng)估[11-12]，本文采用增量比ΔMbene/ΔN方法[13]使單位投資的可靠性最大化。

1.2 可靠性指標(biāo)

在電力工業(yè)界中，度量可靠性的指標(biāo)有兩類[14-16]：一類度量指標(biāo)僅為停電頻率；另一類度量指標(biāo)為停電持續(xù)時(shí)間。與用戶的用電規(guī)模無關(guān)的4個(gè)最常用的可靠性分析指標(biāo)，分別是系統(tǒng)平均停電頻率指標(biāo)(system average interruption frequency index, SAIFI)、用戶平均停電頻率指標(biāo)(customer average interruption frequency index, CAIFI)、系統(tǒng)平均停電持續(xù)時(shí)間指標(biāo)(system average interruption duration index,SAIDI)和用戶總平均停電持續(xù)時(shí)間指標(biāo)(customer total average interruption duration index, CTAIDI)。SAIFI和SAIDI 2個(gè)指標(biāo)要在系統(tǒng)的全部用戶范圍內(nèi)進(jìn)行停電統(tǒng)計(jì)；CAIFI和CTAIDI 2個(gè)指標(biāo)是在經(jīng)歷了停電的用戶范圍內(nèi)統(tǒng)計(jì)?？紤]到網(wǎng)格內(nèi)不同的用戶類型和指標(biāo)的普適性，新型規(guī)劃方法采用的可靠性分析指標(biāo)是ηSAIDI、μSAIFI。

2個(gè)可靠性分析指標(biāo)分別計(jì)算為：

(1)

(2)

式中：(為系統(tǒng)內(nèi)用戶總數(shù)；Fi為用戶i在統(tǒng)計(jì)期間的停電次數(shù)；Ti為用戶i在統(tǒng)計(jì)期間的停電時(shí)間。當(dāng)統(tǒng)計(jì)期間為1 a時(shí)，也可由供電可靠率目標(biāo)R值反向推算，即

ηSAIDI=(1-R)×8 760.

(3)

SAIDI是衡量系統(tǒng)停電持續(xù)時(shí)間的指標(biāo)；SAIFI是衡量系統(tǒng)停電頻率的指標(biāo)，目前尚無研究證明哪個(gè)指標(biāo)比另一個(gè)更好，電力企業(yè)可根據(jù)區(qū)域電網(wǎng)發(fā)展需求和用戶類型選取合適的可靠性分析指標(biāo)，制定合理的規(guī)劃目標(biāo)[17]。

不同類型用戶的停電頻率和停電時(shí)間對(duì)其的影響差異極大：對(duì)于數(shù)字電子設(shè)備和計(jì)算機(jī)控制設(shè)備，短時(shí)的停運(yùn)，哪怕是0.5 s也會(huì)造成所有功能因停電而癱瘓，如某化工廠停電10 min，工廠內(nèi)所有的計(jì)算機(jī)和自動(dòng)化控制設(shè)備全部停運(yùn)，重新恢復(fù)正常工作需要幾個(gè)小時(shí)的啟動(dòng)時(shí)間，這類型的用戶，6次10 min的停電遠(yuǎn)比1次1 h的停電影響嚴(yán)重得多，停電頻率更適合作為此類用戶的可靠性指標(biāo)；對(duì)于鋼鐵廠等一些用戶，短暫的停電對(duì)其影響很輕微，但是持續(xù)的停電會(huì)造成產(chǎn)量嚴(yán)重下降，該類用戶的停電時(shí)間更適合采用可靠性指標(biāo)。

1.3 基于雙Q的網(wǎng)格化規(guī)劃

目前配電網(wǎng)規(guī)劃多采用的是整體規(guī)劃方法，就算采用雙Q理論將配電網(wǎng)規(guī)劃轉(zhuǎn)換成雙變量的數(shù)學(xué)模型，仍是一種粗糙的解決問題方式。為了適應(yīng)配電網(wǎng)差異化的規(guī)劃需求和操作性強(qiáng)的應(yīng)用需求，亟需尋找一種精益化和標(biāo)準(zhǔn)化的方法以實(shí)現(xiàn)配電網(wǎng)可靠性和經(jīng)濟(jì)性的協(xié)調(diào)。

網(wǎng)格化規(guī)劃是以供電網(wǎng)格為單位梳理配電網(wǎng)現(xiàn)狀問題，制定規(guī)劃目標(biāo)，確定目標(biāo)網(wǎng)架，優(yōu)選規(guī)劃項(xiàng)目。城市電網(wǎng)中開展網(wǎng)格化規(guī)劃，提升供電可靠性是首要目標(biāo)，因此如何在單個(gè)網(wǎng)格內(nèi)實(shí)現(xiàn)可靠性和經(jīng)濟(jì)性的協(xié)調(diào)是核心問題。本文提出的新型規(guī)劃方法就是將雙Q理論應(yīng)用于配電網(wǎng)網(wǎng)格化規(guī)劃，合理的網(wǎng)格劃分方法、考慮停電損失的項(xiàng)目全壽命周期成本模型、精確的項(xiàng)目評(píng)估方法是關(guān)鍵點(diǎn)。為了便于理解基于雙Q的網(wǎng)格化規(guī)劃，建立了新型的映射關(guān)系如圖1所示。

圖1 基于雙Q網(wǎng)格化規(guī)劃Fig.1 Grid planning based on double-Q theory

在新的規(guī)劃方法中，Q1對(duì)應(yīng)的是配電網(wǎng)的整體電量收益Mbene，而Q2對(duì)應(yīng)的是配電網(wǎng)整個(gè)規(guī)劃方案的全壽命周期總成本Ncost，包含停電損失成本。Mbene和Ncost的具體數(shù)學(xué)模型在第3節(jié)進(jìn)行詳細(xì)論述。

2 網(wǎng)格化規(guī)劃

2.1 基本理念

配電網(wǎng)網(wǎng)格化規(guī)劃是指以地塊用電需求為基礎(chǔ)、目標(biāo)網(wǎng)架為導(dǎo)向，將配電網(wǎng)供電區(qū)域劃分為若干供電網(wǎng)格，并進(jìn)一步細(xì)化為供電單元，分層分級(jí)開展配電網(wǎng)規(guī)劃。網(wǎng)格化規(guī)劃是在供電區(qū)域劃分的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步細(xì)分形成供電區(qū)域、供電網(wǎng)格、供電單元的三級(jí)網(wǎng)絡(luò)，三級(jí)網(wǎng)絡(luò)對(duì)應(yīng)配電網(wǎng)規(guī)劃的不同層級(jí)，各層級(jí)間相互銜接、上下配合。供電區(qū)域?qū)用嬷攸c(diǎn)開展高壓網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃，主要明確高壓配電網(wǎng)變電站布點(diǎn)和網(wǎng)架結(jié)構(gòu)。供電網(wǎng)格層面重點(diǎn)開展中壓配電網(wǎng)目標(biāo)網(wǎng)架規(guī)劃，主要從全局最優(yōu)角度，確定區(qū)域飽和年目標(biāo)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)，統(tǒng)籌上級(jí)電源出線間隔及通道資源。供電單元層面重點(diǎn)落實(shí)供電網(wǎng)格目標(biāo)網(wǎng)架，確定配電設(shè)施布點(diǎn)和中壓線路建設(shè)方案；供電單元是配電網(wǎng)規(guī)劃的最小單位。具體網(wǎng)格化規(guī)劃層次結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 網(wǎng)格化規(guī)劃層次結(jié)構(gòu)Fig.2 Grid planning hierarchy

2.1.1 供電區(qū)域

供電區(qū)域主要依據(jù)地區(qū)行政級(jí)別及負(fù)荷發(fā)展情況，參考經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)程度、用戶重要性、用電水平、GDP等因素，參照相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，劃定條件相似的供電范圍，分為A+、A、B、C、D、E 6類。

2.1.2 供電網(wǎng)格

供電網(wǎng)格是在供電區(qū)域劃分的基礎(chǔ)上，與城鄉(xiāng)控制性詳細(xì)規(guī)劃、城鄉(xiāng)區(qū)域性用地規(guī)劃等市政規(guī)劃及行政區(qū)域劃分相銜接，綜合考慮配電網(wǎng)運(yùn)維搶修、營(yíng)銷服務(wù)需求，進(jìn)一步劃分而成的若干相對(duì)獨(dú)立的網(wǎng)格。供電網(wǎng)格是制定目標(biāo)網(wǎng)架規(guī)劃，統(tǒng)籌廊道資源及變電站出線間隔的管理單位。

2.1.3 供電單元

供電單元是在供電網(wǎng)格基礎(chǔ)上，結(jié)合城市用地功能定位，綜合考慮用地屬性、負(fù)荷密度、供電特性等因素劃分的若干相對(duì)獨(dú)立的單元。供電單元是網(wǎng)架分析、規(guī)劃項(xiàng)目方案編制的基本單元。

2.2 劃分原則

供電網(wǎng)格劃分一般結(jié)合道路、河流、山丘等明顯的地理形態(tài)，與城鄉(xiāng)控制性詳細(xì)規(guī)劃及區(qū)域性用地規(guī)劃等市政規(guī)劃相銜接。應(yīng)遵循電網(wǎng)規(guī)模適中且供電范圍相對(duì)獨(dú)立的原則，遠(yuǎn)期一般應(yīng)包含2～4座具有10 kV出線的上級(jí)公用變電站。供電網(wǎng)格原則上不應(yīng)跨越供電區(qū)域(A+—E)。

供電單元?jiǎng)澐忠话阌扇舾蓚€(gè)相鄰的、開發(fā)程度相近、供電可靠性要求基本一致的地塊(或用戶區(qū)塊)組成。與市政規(guī)劃分區(qū)分片相協(xié)調(diào)，不宜跨越市政分區(qū)分片，不宜跨越控規(guī)邊界。對(duì)于無控制規(guī)定的區(qū)域，可按主供電源點(diǎn)供電范圍劃分供電單元。依據(jù)中壓配電網(wǎng)供電區(qū)不交叉、不重疊的原則，同時(shí)考慮飽和年變電站的布點(diǎn)位置、容量大小、間隔資源等影響，遠(yuǎn)期供電單元內(nèi)線路一般應(yīng)具備2個(gè)及以上主供電源，以1～3組10 kV典型接線為宜。

2.3 規(guī)劃流程

配電網(wǎng)網(wǎng)格化規(guī)劃流程如下：

a)資料收集。收集規(guī)劃所需的各項(xiàng)資料。

b)供電網(wǎng)格(單元)劃分。依據(jù)劃分標(biāo)準(zhǔn)將供電區(qū)域逐級(jí)劃分為供電網(wǎng)格、供電單元。

c)現(xiàn)狀電網(wǎng)分析。分析區(qū)域配電網(wǎng)布局以及負(fù)荷分布現(xiàn)狀，提出現(xiàn)狀電網(wǎng)存在的主要問題。

d)負(fù)荷預(yù)測(cè)。采用空間負(fù)荷預(yù)測(cè)為主的方法，逐級(jí)測(cè)算供電單元、供電網(wǎng)格飽和負(fù)荷以及各規(guī)劃水平年負(fù)荷。

e)目標(biāo)網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃。依據(jù)負(fù)荷預(yù)測(cè)結(jié)果，逐個(gè)供電網(wǎng)格搭建飽和年10 kV目標(biāo)網(wǎng)架。依據(jù)網(wǎng)架規(guī)劃結(jié)果優(yōu)化供電網(wǎng)格(單元)劃分。

f)過渡網(wǎng)架確定。依據(jù)飽和網(wǎng)架，結(jié)合現(xiàn)狀網(wǎng)架，逐供電單元、逐階段確定過渡規(guī)劃方案。

g)結(jié)合目標(biāo)網(wǎng)架，依據(jù)線路建設(shè)形式需求和區(qū)域道路規(guī)劃，制定電力廊道規(guī)劃。

3 規(guī)劃方案評(píng)估

3.1 成本和效益

為達(dá)到既定的可靠性目標(biāo)，滿足區(qū)域供電可靠性要求和新增負(fù)荷需求，有必要對(duì)配電網(wǎng)的成本和收益進(jìn)行量化分析，實(shí)現(xiàn)供電可靠性與經(jīng)濟(jì)性的協(xié)調(diào)。配電網(wǎng)規(guī)劃項(xiàng)目的成本包括初始投資成本、運(yùn)行維修費(fèi)用、停電損失費(fèi)用等。投資成本一般發(fā)生在配電網(wǎng)建設(shè)初期，在之后的運(yùn)行過程中，每年還會(huì)發(fā)生運(yùn)行維修費(fèi)用、停電損失費(fèi)等。后者的成本加和往往遠(yuǎn)大于初始建設(shè)投資，因此規(guī)劃設(shè)計(jì)人員需要綜合考慮這些因素得到最優(yōu)化的規(guī)劃方案。

在配電網(wǎng)規(guī)劃時(shí)貫徹資產(chǎn)全壽命周期理念，因此在分析規(guī)劃項(xiàng)目成本時(shí)采用全壽命周期成本模型，在既定的可靠性水平下實(shí)現(xiàn)資產(chǎn)全壽命周期內(nèi)成本最小。對(duì)于不同的可靠性目標(biāo)，項(xiàng)目的投資成本各不相同。對(duì)于可靠性高的目標(biāo)，項(xiàng)目的投資成本隨之升高，停電損失費(fèi)用隨之下降。對(duì)于可靠性低的目標(biāo)，項(xiàng)目的運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用及停電損失費(fèi)用隨之上升。不同的項(xiàng)目實(shí)施后給電網(wǎng)企業(yè)帶來的收益通過電量和電價(jià)乘積得到，總的投資成本將會(huì)在下一監(jiān)管周期影響電價(jià)[18]。項(xiàng)目全壽命周期總成本

Ncost=Cpre+Cmain+Closs.

(4)

式中：Cpre為初始投資成本;Cmain為運(yùn)行維修費(fèi)用，Closs為停電損失費(fèi)用。則項(xiàng)目總收益

Mbene=Q×P-Ncost.

(5)

式中：Mbene為項(xiàng)目總收益；Q為該網(wǎng)格內(nèi)項(xiàng)目實(shí)施后的電量；P為電價(jià)；Ncost為項(xiàng)目的全壽命周期總成本。

3.2 全壽命周期成本模型

配電網(wǎng)規(guī)劃項(xiàng)目的全壽命周期成本指的是所有設(shè)備在其全壽命周期內(nèi)所發(fā)生的總成本，如式(4)所示，其中設(shè)備運(yùn)行維修費(fèi)Cmain包括運(yùn)行費(fèi)和維修費(fèi)2部分。停電損失費(fèi)用Closs包括直接損失費(fèi)用和間接損失費(fèi)用2部分[19-21]。直接損失費(fèi)用即對(duì)用戶造成的直接經(jīng)濟(jì)損失費(fèi)用，間接損失費(fèi)用為停電造成的社會(huì)損失量化費(fèi)用。直接經(jīng)濟(jì)損失費(fèi)用根據(jù)項(xiàng)目的設(shè)備使用年限、供電可靠性指標(biāo)、單位停電經(jīng)濟(jì)損失計(jì)算得到。

項(xiàng)目的全壽命周期成本計(jì)算式為：

NLCC,i=Cpre,i+Cmain,i+Closs,i.

(6)

(7)

式中：NLCC,ij為第j個(gè)項(xiàng)目中第i個(gè)設(shè)備的全壽命周期成本；n為一個(gè)項(xiàng)目里涉及到的所有設(shè)備數(shù)量；m為規(guī)劃方案里涉及到的項(xiàng)目數(shù)量。

停電損失費(fèi)用模型如下：

Closs,f=μSAIFI×Closs,sin+Cnon.

(8)

Closs,t=ηSAIDI×Ctime+Cnon.

(9)

式中：Closs,f為停電頻率損失；Closs,t為停電時(shí)間損失；Closs,sin為單次停電損失值；Ctime為單位時(shí)間停電損失值；Cnon為間接損失費(fèi)用。

3.3 收益/成本增量比方法

電力企業(yè)可采用不同的方法對(duì)配電網(wǎng)規(guī)劃項(xiàng)目進(jìn)行評(píng)估，包括最小費(fèi)用法、基于利潤(rùn)的評(píng)估法、Mbene/N、ΔMbene/ΔN方法等。最小費(fèi)用法和基于利潤(rùn)的評(píng)估方法適用于傳統(tǒng)電力企業(yè)規(guī)劃模式，不做贅述。

Mbene/N分析法通過收益與成本的比值作為評(píng)估規(guī)劃項(xiàng)目的選取依據(jù)。除了電力企業(yè)供電業(yè)務(wù)范圍內(nèi)的項(xiàng)目，只有當(dāng)項(xiàng)目的企業(yè)收益超過投資成本時(shí)，項(xiàng)目才能通過審批。當(dāng)項(xiàng)目的Mbene與N的比值越高，意味著項(xiàng)目單位成本的收益越高，對(duì)企業(yè)降低成本、提高效益有利，因此越容易通過審批。但這種項(xiàng)目評(píng)估方法無法適用于定額預(yù)算情景，Mbene/N可以保證成本最低，但無法實(shí)現(xiàn)在限定的預(yù)算下投資回報(bào)最優(yōu)。Mbene與N的增量比ΔMbene/ΔN方法是基于收益的增量與成本的增量的比值進(jìn)行項(xiàng)目評(píng)估，ΔMbene/ΔN實(shí)質(zhì)上是Mbene/N的邊際比。ΔMbene/ΔN被證明是有效的減小預(yù)算的工具，使得單位投資的可靠性最大化，可以選擇一個(gè)合適的選項(xiàng)而不是一個(gè)更便宜的選項(xiàng)[22-24]。

ΔMbene,j/ΔNj=

(Mbene,j-Mbene,j-1)/(Cpre,j-Cpre,j-1).

(10)

式中：ΔMbene,j為當(dāng)前第項(xiàng)目j與相鄰項(xiàng)目j-1(比之前項(xiàng)稍差選項(xiàng))的收益Mbene的差值；ΔN,j為當(dāng)前項(xiàng)目與相鄰項(xiàng)目的初始成本Cpre的差值。

4 新型配電網(wǎng)規(guī)劃方法流程

基于雙Q的新型配電網(wǎng)網(wǎng)格化規(guī)劃方法流程如下：

a)在供電區(qū)域劃分基礎(chǔ)上，進(jìn)一步細(xì)分形成供電區(qū)域、供電網(wǎng)格、供電單元三級(jí)網(wǎng)絡(luò)。

b)對(duì)于單個(gè)網(wǎng)格，選取合適的可靠性量化指標(biāo)，根據(jù)總體可靠性目標(biāo)，制定網(wǎng)格的可靠性目標(biāo)。

c)針對(duì)每個(gè)網(wǎng)格的現(xiàn)存問題，制定新建或改造項(xiàng)目的備選規(guī)劃項(xiàng)目，建立全壽命周期成本模型。

d)對(duì)各網(wǎng)格所有的備選項(xiàng)目的成本和效益進(jìn)行估算，并且采用ΔMbene/ΔN方法進(jìn)行評(píng)估。

e)將所有網(wǎng)格的備選項(xiàng)目依據(jù)ΔMbene/ΔN值排序，結(jié)合規(guī)定的預(yù)算限額，統(tǒng)籌各網(wǎng)格選出最佳的規(guī)劃項(xiàng)目組合?；陔pQ的新型配電網(wǎng)網(wǎng)格化規(guī)劃流程如圖3所示。

圖3 基于雙Q的新型配電網(wǎng)網(wǎng)格化規(guī)劃流程Fig.3 Novel grid planning procedure based on double Q theory for distribution network

5 實(shí)例驗(yàn)證

某電力公司A類供電區(qū)域應(yīng)用了該新型配電網(wǎng)網(wǎng)格化規(guī)劃方法，該A類供電區(qū)域分為2個(gè)網(wǎng)格。首先針對(duì)每個(gè)網(wǎng)格制定的規(guī)劃項(xiàng)目進(jìn)行評(píng)估，然后基于每個(gè)網(wǎng)格規(guī)劃項(xiàng)目所有方案的評(píng)估結(jié)果進(jìn)行方案優(yōu)選。

5.1 單個(gè)網(wǎng)格規(guī)劃項(xiàng)目評(píng)估

選取某電力公司A類供電區(qū)域的2個(gè)網(wǎng)格，闡述項(xiàng)目對(duì)應(yīng)的備選規(guī)劃方案采用ΔMbene/ΔN的方法進(jìn)行評(píng)估。網(wǎng)格1處于規(guī)劃建設(shè)區(qū)域，負(fù)荷增長(zhǎng)較為迅速，為滿足供電需求和供電可靠性目標(biāo)，需要新建線路來解決網(wǎng)格現(xiàn)存的問題，新建規(guī)劃項(xiàng)目有4個(gè)備選方案，方案依據(jù)ΔMbene/ΔN的評(píng)估結(jié)果進(jìn)行降序排列；網(wǎng)格2處于規(guī)劃建成區(qū)域，為進(jìn)一步提升供電可靠性，可通過改造線路來解決網(wǎng)格現(xiàn)存的問題，改造規(guī)劃項(xiàng)目有5個(gè)備選方案，并依據(jù)ΔMbene/ΔN的評(píng)估結(jié)果進(jìn)行降序排列。

5.1.1 新建規(guī)劃項(xiàng)目

方案1中，ΔMbene/ΔN=5.6，表示該方案每花1元就有5.6元收益(以此類推)；方案2中，ΔMbene/ΔN=5.4；方案3中，ΔMbene/ΔN=2；方案4中，ΔMbene/ΔN=0.9。 網(wǎng)格1新建規(guī)劃項(xiàng)目ΔMbene/ΔN評(píng)估結(jié)果見表1。

5.1.2 改造規(guī)劃項(xiàng)目

方案1中，ΔMbene/ΔN=2.6，表示該方案每花1元就有2.6元收益；方案2中，ΔMbene/ΔN=2；方案3中，ΔMbene/ΔN=1.3；方案4中，ΔMbene/ΔN=1.2；方案5中，ΔMbene/ΔN=0.2。網(wǎng)格2改造規(guī)劃項(xiàng)目ΔMbene/ΔN評(píng)估結(jié)果見表2。

表1 網(wǎng)格1新建規(guī)劃項(xiàng)目ΔMbene/ΔN評(píng)估結(jié)果
Tab.1 ΔMbene/ΔNevaluation results of new planning project for grid 1

方案描述預(yù)期ηSAIDI/h初始投資成本/萬元運(yùn)行維修費(fèi)用/萬元停電損失費(fèi)用/萬元總成本/萬元收益的增量/萬元成本的增量/萬元ΔMbene/ΔN0維持現(xiàn)狀8 760110 257110 2571112大主干線6185211454411 0361855.62335大主干線3190201274182755.43690大主干線32081742640836182.04811大主干線1253130038312130.9

表2 網(wǎng)格2改造規(guī)劃項(xiàng)目ΔMbene/ΔN評(píng)估結(jié)果
Tab.2 ΔMbene/ΔNevaluation results of renovation planning project for grid 2

方案描述預(yù)期ηSAIDI/h初始投資成本/萬元運(yùn)行維修費(fèi)用/萬元停電損失費(fèi)用/萬元總成本/萬元收益的增量/萬元成本的增量/萬元ΔMbene/ΔN1僅修復(fù)最重要的環(huán)節(jié)10.530714714878302.62更換開關(guān)7.240653614120102.03更換主干線6.251572813617131.34更換主變4.270551614121171.25全面更換1.015053020311700.2

5.2 規(guī)劃方案制定

為驗(yàn)證新型規(guī)劃方法的有效性，同時(shí)采用新型規(guī)劃方法和傳統(tǒng)規(guī)劃方法進(jìn)行規(guī)劃方案制定。

5.2.1 新型規(guī)劃方法

網(wǎng)格1和網(wǎng)格2所有的項(xiàng)目按照ΔMbene/ΔN比降序排列結(jié)果見表3，最右側(cè)增加了1列累計(jì)投資成本。假設(shè)投資預(yù)算為250萬元，規(guī)劃人員只需要按照表3的2個(gè)網(wǎng)格總體評(píng)估結(jié)果，從上向下逐個(gè)方案找，直到累計(jì)投資成本超過預(yù)算。尋找最優(yōu)規(guī)劃項(xiàng)目組合的過程如下：

a)投資28萬元在網(wǎng)格1的方案1上，累計(jì)投資成本為185萬元，總收益為1 036萬元。

b)將網(wǎng)格1的方案1升級(jí)為方案2，累計(jì)成本為190萬元，總收益1 063萬元。

c)投資30萬元在網(wǎng)格2的方案1，累計(jì)成本220萬元，總收益1 141萬元。

d)將網(wǎng)格1的方案2升級(jí)為方案3，累計(jì)成本238萬元，總收益1 177萬元。

e)將網(wǎng)格2的方案1升級(jí)為方案2，累計(jì)成本248萬元，總收益1 197萬元。

由于項(xiàng)目投資預(yù)算是250萬元，下一步的累計(jì)成本已達(dá)261萬元，因此選擇過程結(jié)束。最終的優(yōu)化規(guī)劃項(xiàng)目組合： 對(duì)于網(wǎng)格1，選擇方案3，初始投資成本為208萬元，收益為1 099萬元； 對(duì)于網(wǎng)格2，選擇方案2，初始投資成本為40萬元，收益為98萬元。2個(gè)方案總投資成本為248萬元，總收益為1 197萬元，預(yù)期SAIDI平均值為5.1 h。

表3 各網(wǎng)格規(guī)劃項(xiàng)目ΔMbene/ΔN總體評(píng)估結(jié)果
Tab.3 General ΔMbene/ΔNevaluation results of all grid planning projects

網(wǎng)格方案描述預(yù)期ηSAIDI/h初始投資成本/萬元全壽命周期成本/萬元收益的增量/萬元成本的增量/萬元ΔMbene/ΔN累計(jì)投資成本/萬元11112大主干線6.018544110361855.618512335大主干線3.01904182755.419021僅修復(fù)最重要的環(huán)節(jié)10.53014878302.622013690大主干線3.020840836182.023822更換開關(guān)7.24014120102.024823更換主干線6.25113617131.326124更換主變4.27014121171.227814811大主干線1.025338312130.929125全面更換1.015020311700.2361

表4 傳統(tǒng)規(guī)劃方法項(xiàng)目總體評(píng)估結(jié)果
Tab.4 General ΔMbene/ΔNevaluation results of all planning projects by using traditional method

5.2.2 傳統(tǒng)規(guī)劃方法

用傳統(tǒng)的規(guī)劃方法進(jìn)行項(xiàng)目選擇，網(wǎng)格1和網(wǎng)格2所有的項(xiàng)目按照預(yù)期SAIDI值降序排列見表4。

為達(dá)到同樣的可靠性水平，規(guī)劃人員只需要按照表4的項(xiàng)目總體評(píng)估結(jié)果，從上向下1個(gè)1個(gè)方案找，直到累計(jì)投資成本超過預(yù)算。尋找最優(yōu)規(guī)劃項(xiàng)目組合的過程如下：

a)投資30萬元在網(wǎng)格2的方案1上，累計(jì)投資成本為30萬元，總收益為78萬元。

b)將網(wǎng)格2的方案1升級(jí)為方案2，累計(jì)成本40萬元，總收益98萬元。

c)將網(wǎng)格2的方案2升級(jí)為方案3，累計(jì)成本51萬元，總收益115萬元。

d)投資185萬元在網(wǎng)格1的方案1，累計(jì)成本236萬元，總收益1 151萬元。

e)將網(wǎng)格2的方案3升級(jí)為方案4，累計(jì)成本255萬元，總收益1 172萬元。

由于項(xiàng)目投資預(yù)算是250萬元，步驟e)的累計(jì)成本已達(dá)255萬元，因此選擇到步驟d)第4步結(jié)束，累計(jì)成本236萬元。最終的優(yōu)化規(guī)劃項(xiàng)目組合為：對(duì)于網(wǎng)格1，選擇方案1，初始投資成本為185萬元，收益為1 036萬元；對(duì)于網(wǎng)格2，選擇方案3，初始投資成本為51萬元，收益為115萬元。

2個(gè)方案總投資成本為236萬元，總收益為1 151萬元，預(yù)期SAIDI平均為6.1 h。傳統(tǒng)規(guī)劃方法選出來的方案比新型規(guī)劃方法選出的方案投資少了12萬元，總收益少了46萬元，預(yù)期SAIDI多了1 h。顯然在投資限額固定的情況下，新型配電網(wǎng)規(guī)劃方法得到了供電可靠性更高的方案。

若為了和新型規(guī)劃方法達(dá)到相同的可靠性水平，則到步驟e)選擇過程才結(jié)束，最終的優(yōu)化規(guī)劃項(xiàng)目組合為：對(duì)于網(wǎng)格1，選擇方案1，初始投資成本為185萬元，收益為1 036萬元；對(duì)于網(wǎng)格2，選擇方案4，初始投資成本為70萬元，收益為136萬元。

2個(gè)方案總投資成本為255萬元，總收益為1 172萬元，預(yù)期SAIDI平均為5.1 h。在達(dá)到同樣的可靠性水平5.1 h，傳統(tǒng)規(guī)劃方法選出來的方案比新型規(guī)劃方法選出來的方案多投入7萬元，總收益少25萬元。顯然在達(dá)到相同的供電可靠性目標(biāo)時(shí)，新型配電網(wǎng)規(guī)劃方法經(jīng)濟(jì)性更好。以上2個(gè)案例從規(guī)劃的2個(gè)場(chǎng)景雙重驗(yàn)證了新型規(guī)劃方法的有效性。

6 結(jié)束語

本文提出了一種基于雙Q的新型配電網(wǎng)網(wǎng)格化規(guī)劃方法，改變了配電網(wǎng)整體規(guī)劃的粗糙方式，以1種精益化和標(biāo)準(zhǔn)化的方法實(shí)現(xiàn)以網(wǎng)格為單位的配電網(wǎng)可靠性和經(jīng)濟(jì)性協(xié)調(diào)。該方法基于供電網(wǎng)格開展配電網(wǎng)規(guī)劃，可靈活根據(jù)網(wǎng)格內(nèi)用戶類型和供電需求，選取系統(tǒng)停電持續(xù)時(shí)間或者系統(tǒng)停電頻率作為可靠性目標(biāo)，根據(jù)規(guī)劃的可靠性目標(biāo)制定每個(gè)網(wǎng)格的備選項(xiàng)目，建立考慮停電損失成本的項(xiàng)目全壽命周期成本模型，對(duì)所有網(wǎng)格的備選規(guī)劃項(xiàng)目進(jìn)行ΔMbene/ΔN評(píng)估，依據(jù)累計(jì)投資在預(yù)算限額內(nèi)選出最優(yōu)規(guī)劃項(xiàng)目組合，實(shí)現(xiàn)在不同的投資水平下優(yōu)選出供電可靠性水平最高的規(guī)劃方案。在規(guī)劃的2個(gè)場(chǎng)景中采用傳統(tǒng)規(guī)劃方法與新型規(guī)劃方法進(jìn)行方案優(yōu)選，雙重驗(yàn)證了新型規(guī)劃方法在協(xié)調(diào)配電網(wǎng)可靠性和經(jīng)濟(jì)性方面的有效性。一場(chǎng)景是在達(dá)到相同的供電可靠性目標(biāo)時(shí)，新型配電網(wǎng)規(guī)劃方法經(jīng)濟(jì)性更好；另一場(chǎng)景是在投資限額固定的情況下，新型配電網(wǎng)規(guī)劃方法得到了供電可靠性更高的方案。在今后的研究工作中，為更準(zhǔn)確地估算項(xiàng)目的成本和收益，需要建立更加合理精細(xì)的模型。此外如何協(xié)調(diào)各網(wǎng)格的可靠性目標(biāo)與供電區(qū)域的總體可靠性目標(biāo)仍需要深入研究，以實(shí)現(xiàn)達(dá)到總體目標(biāo)的同時(shí)又滿足供電網(wǎng)格內(nèi)不同用戶的供電要求。