周運斌，王衛(wèi)， 吳昊， 張再馳， 張文朝， 董楠

(1.國家電網(wǎng)北京市電力公司，北京 100031；2.北京科東電力控制系統(tǒng)有限責任公司，北京 100192； 3.太原理工大學 電氣與動力工程學院，山西 太原 030024)

0 引 言

隨著城市電網(wǎng)規(guī)模的不斷擴大，系統(tǒng)電氣聯(lián)系日益緊密，使得220 kV母線短路電流超過開關遮斷容量存在可能[1]。部分負荷密度高的城市電網(wǎng)已經(jīng)采取了電網(wǎng)分區(qū)措施以限制短路電流，但同時對潮流分布的合理性產生了一定影響。如何對分區(qū)方案的實際應用效果進行量化評估成為一個亟待解決的問題。

目前關于城市電網(wǎng)分區(qū)的研究集中于分區(qū)規(guī)模與分區(qū)方法的探索。文獻[2]基于電路等值理論構建了分區(qū)供電模型，并進行了準確性驗證，提出500/220 kV電網(wǎng)以2～3站4～6臺主變帶一片負荷的分區(qū)原則。文獻[3]提出了一種基于Dijkstra算法的電網(wǎng)分區(qū)方法，并以IEEE30節(jié)點系統(tǒng)與實際電網(wǎng)為例驗證了方法的可行性與適用性。分區(qū)方案評估屬于多屬性決策問題，需要根據(jù)電網(wǎng)實際運行的各方面因素構造評價指標，確定各指標的權重進而完成量化評估。文獻[4]構建了多級指標體系對電磁環(huán)網(wǎng)分區(qū)方案進行評估，能夠有效計及具有下級屬性指標對方案優(yōu)劣的貢獻。計算權重時，若僅采用單一賦權，主觀賦權法會受到主觀偏好性影響，客觀賦權法可能存在部分指標權重失衡的情況以及無法根據(jù)實際情況合理調整權重的局限性。文獻[5]基于博弈理論獲取變壓器狀態(tài)評估指標的組合權重，避免了單一權重確定方法導致的指標權重精確度差的弊端，使評估結果更加接近變壓器的真實狀態(tài)，為解決同類型問題提供了一種新思路。

針對城市電網(wǎng)分區(qū)方案評估問題，本文構建了涵蓋短路電流裕度、線路負載率、變壓器負載率、負載均衡度和最大外受電比例的多級評價指標體系。為突出不同方案之間的差異性，采用熵權法計算二級指標權重；利用合作博弈將專家調查法和變異系數(shù)法得出的主、客觀權重進行組合；在充分利用客觀信息的同時，結合專家的專業(yè)水平與工作經(jīng)驗對權重進行優(yōu)化，避免權重失衡。在此基礎上形成一種完整的分區(qū)方案量化評估方法，在保證評價過程嚴謹?shù)耐瑫r，提高了評價結果的準確性。

1 電網(wǎng)分區(qū)評估指標體系構建

綜合考慮電網(wǎng)分區(qū)在限制短路電流水平、發(fā)揮高一級電壓等級輸電能力和方便潮流控制等方面的作用，本文構建了涵蓋短路電流裕度、線路負載率、變壓器負載率、負載均衡度和最大外受電比例的電網(wǎng)分區(qū)評估指標體系。

1.1 短路電流裕度指標

為體現(xiàn)分區(qū)運行的短路電流限制效果，選取分區(qū)下短路電流最大的樞紐變電站與環(huán)網(wǎng)變電站的單相和三相短路電流計算短路電流裕度指標KSC：

(1)

1.2 線路負載率指標

在正常情況下電網(wǎng)線路負載率過高會造成N-1等故障，進而影響安全穩(wěn)定運行。選取樞紐變電站220 kV出線中的環(huán)網(wǎng)線路負載率計算線路負載率指標LLF：

(2)

式中:PLj為線路j的實際功率；PLNj為該條線路熱穩(wěn)極限；βj為第j條線路負載率的權重；B為所取線路集合。

1.3 變壓器負載率指標

電網(wǎng)分區(qū)運行需要關注主變負載率，以防止主變過載運行降低設備的使用年限并對電網(wǎng)安全造成隱患。變壓器負載率指標TLF計算公式為：

(3)

式中:PTm為第m臺主變的實際功率；PTNm為該主變額定功率；χm為第m臺主變負載率的權重；C為分區(qū)所有主變集合。

1.4 負載均衡度指標

負荷需求確定的情況下，不同的電網(wǎng)分區(qū)運行方案會導致潮流分布有較大差異，可采用負載均衡度[6]衡量分區(qū)方案合理性，建立負荷均衡度指標Lbal如下：

(4)

1.5 最大外受電比例指標

城市電網(wǎng)區(qū)外受電比例越大，下送通道的負荷越重，發(fā)生故障后功率轉移會使得線路潮流進一步加大甚至過載?？紤]到該因素影響，提出最大外受電比例指標IndPR：

(5)

式中:PRmaxn為第n個分區(qū)最大外受電功率；PL∑n為第n個分區(qū)總負荷；δn為第n個分區(qū)最大外受電比例的權重；D為分區(qū)方案中的分區(qū)集合。

以上五個指標中，短路電流裕度指標、線路負載率指標、變壓器負載率指標和最大外受電比例指標均含有二級指標。此外，除短路電流裕度指標為極大型指標外，其余指標均為極小型指標。計算指標值時首先使用熵權法[7]計算二級指標對應的權重，利用熵權法在同一指標上指標值差別越大則權重越大的特點區(qū)分不同方案之間的差別；然后由式(1)～式(5)計算各指標的指標值；最后進行指標同向化處理，對極大型指標取其倒數(shù)從而將所有指標統(tǒng)一為極小型指標進行后續(xù)計算。

2 基于合作博弈的組合賦權

本文引入合作博弈的概念，將主客觀賦權的優(yōu)點相結合從而彌補單一賦權法的不足。在使用專家調查法[8]與變異系數(shù)法[9]得到指標主、客觀權重的基礎上，將主、客觀權重作為博弈參與者，進而得到更為合理的組合權重。計算指標組合權重的具體步驟如下：

使用p種賦權法分別得到q項指標的單一權重向量集Wp=(wp1,wp2,…,wpq)，p=1,2,…,l，本文中l(wèi)=2，q=5。定義ε=(ε1,ε2,…,εl)為單一權重向量組合系數(shù)，則向量的任意線性組合為：

(6)

基于合作博弈的權重集結思想，對上式中的線性組合系數(shù)ε1,ε2,…,εl進行優(yōu)化，以W與Wp的離差極小化為目標可得到最終的組合權重W，目標函數(shù)為：

(7)

根據(jù)矩陣微分性質，得到與上式等價的最優(yōu)化一階導數(shù)條件的線性方程組為：

(8)

由以上方程計算ε1，ε2，…，εl并進行歸一化處理：

(9)

最后得到基于合作博弈理論的組合賦權為：

(10)

則第x個方案的綜合得分Fx為：

(11)

式中:wj為第j項指標的組合權重;yxj為第x個分區(qū)方案的第j項指標值。由于指標已統(tǒng)一為極小型指標，故綜合得分最小的方案為推薦方案。

3 算例分析

以某城市電網(wǎng)的分區(qū)調整實施案例驗證評估方法的準確性與實用性。原分區(qū)方案的電網(wǎng)結構如圖1(a)所示，通過斷開1線，合上2線調整分區(qū)方案，新方案的電網(wǎng)結構如圖1(b)所示。

圖1 原、新分區(qū)方案電網(wǎng)結構示意圖

3.1 指標值計算

通過PSD-BPA仿真得到電網(wǎng)實際運行結果，根據(jù)上文所述方法計算五個指標的指標值。由于各指標的物理含義不同，需對其進行去量鋼化，計算結果如表1所示。

表1 指標值計算結果

3.2 確定指標權重

得到分區(qū)方案調整前后的五個指標值，分別根據(jù)專家調查法與變異系數(shù)法計算指標的主、客觀權重，繼而基于合作博弈理論計算各指標的組合賦權。指標權重計算結果如表2所示。

表2 指標權重計算結果

得到指標值和指標權重后，由式(11)計算調整前后分區(qū)方案的綜合得分，原分區(qū)方案綜合得分為0.822，調整后的新分區(qū)方案綜合得分為0.468，故新分區(qū)方案為推薦方案。從各指標數(shù)據(jù)定性分析:兩種方案的線路負載率無明顯差異；新分區(qū)方案在短路電流裕度、變壓器負載率和負載均衡度上較原分區(qū)方案均有一定程度的改善，僅在最大外受電比例指標上存在劣勢，因此新分區(qū)方案下的電網(wǎng)運行狀態(tài)優(yōu)于原分區(qū)方案，與量化評估結果一致。

4 結束語

電網(wǎng)的快速發(fā)展使得分區(qū)運行模式逐漸普遍。本文從評價指標構建和組合賦權兩方面出發(fā)，提出了一種大城市電網(wǎng)分區(qū)評估方法，并將其應用于實際電網(wǎng)分區(qū)調整實施的案例，驗證了評估方法的準確性與實用性。運行人員通過采集電網(wǎng)運行數(shù)據(jù)以及仿真計算獲取不同分區(qū)方案下的指標數(shù)據(jù)，參考所提方法得出評估結果，提升了評估工作效率，為電網(wǎng)分區(qū)運行提供了技術支持。