孟之光 趙娟

（1.中國(guó)電力建設(shè)股份有限公司 2.國(guó)網(wǎng)經(jīng)濟(jì)技術(shù)研究院有限公司）

0 引言

項(xiàng)目需求預(yù)判和投資優(yōu)化管理是關(guān)系電網(wǎng)安全發(fā)展、企業(yè)健康發(fā)展的關(guān)鍵所在，當(dāng)前，我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展進(jìn)入新常態(tài)，發(fā)展高強(qiáng)度投入、成本剛性增長(zhǎng)與電量增速趨緩、效益增長(zhǎng)困難之間的矛盾日益突出，保持穩(wěn)健經(jīng)營(yíng)、完成利潤(rùn)目標(biāo)的難度增大，對(duì)電網(wǎng)投資決策提出了更高要求。因此，開展新形勢(shì)下電網(wǎng)項(xiàng)目需求預(yù)判研究對(duì)于確保投資規(guī)模合理、方向精準(zhǔn)、結(jié)構(gòu)優(yōu)化、時(shí)序科學(xué)，嚴(yán)控低效投資，杜絕無(wú)效投資具有重要的理論和現(xiàn)實(shí)指導(dǎo)意義。

項(xiàng)目需求預(yù)判方法的研究，思路為：首先采用隸屬函數(shù)分析地區(qū)電網(wǎng)是否具有經(jīng)濟(jì)性需求、安全性需求和政策性需求，對(duì)具有需求的指標(biāo)進(jìn)行偏差考核得出指標(biāo)需求程度。再采用ANP項(xiàng)目需求成因診斷方法分層級(jí)最終求出地區(qū)電網(wǎng)對(duì)應(yīng)的經(jīng)濟(jì)性、安全性和政策性需求程度。

1 基于隸屬函數(shù)的需求成因分析模型

對(duì)項(xiàng)目需求成因進(jìn)行診斷時(shí)，首先要從各類指標(biāo)的需求診斷入手，確定電網(wǎng)項(xiàng)目所要滿足的需求條件。在電網(wǎng)工程項(xiàng)目需求成因診斷中采用隸屬函數(shù)模型，能夠?qū)㈦娋W(wǎng)公司對(duì)某類項(xiàng)目的某種指標(biāo)的需求程度用數(shù)值來(lái)表示，有效地將某地區(qū)難以量化的指標(biāo)完成情況用隸屬度刻畫出來(lái)，將復(fù)雜問(wèn)題簡(jiǎn)單化，便于后續(xù)分析該地區(qū)安全性、經(jīng)濟(jì)性和政策性需求的需求成因。

以2006年修訂的《城市電力網(wǎng)規(guī)劃導(dǎo)則》為指導(dǎo)依據(jù)，以導(dǎo)則中規(guī)定的設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)值作為各個(gè)指標(biāo)的參考標(biāo)準(zhǔn)。將區(qū)域電網(wǎng)各項(xiàng)項(xiàng)目指標(biāo)實(shí)際參數(shù)代入設(shè)置的隸屬函數(shù)中，得出每一個(gè)指標(biāo)屬于該指標(biāo)的診斷標(biāo)準(zhǔn)的隸屬度，從而判斷出該區(qū)域電網(wǎng)每一個(gè)指標(biāo)需求程度大小。對(duì)于存在需求的指標(biāo)，進(jìn)一步依據(jù)第一步設(shè)定的“城市電網(wǎng)需求判斷標(biāo)準(zhǔn)”計(jì)算出該指標(biāo)與診斷標(biāo)準(zhǔn)的偏差值，從而判斷地區(qū)電網(wǎng)對(duì)于該指標(biāo)的需求程度大小?；陔`屬函數(shù)的需求成因指標(biāo)診斷模式圖如圖1所示。

圖1 基于隸屬函數(shù)的需求成因指標(biāo)診斷模式

2 基于隸屬函數(shù)的需求成因分析方法

隸屬函數(shù)（Membership Function），是用于表征模糊集合的數(shù)學(xué)工具。為了描述元素u對(duì)U上的一個(gè)模糊集合的隸屬關(guān)系，由于這種關(guān)系的不分明性，它將用從區(qū)間[0，1]中所取的數(shù)值代替0，1這兩值來(lái)描述，表示元素屬于某模糊集合的“真實(shí)程度”。

本文中，假設(shè)論域U為實(shí)數(shù)域，是“城市電網(wǎng)需求判斷標(biāo)準(zhǔn)”中各指標(biāo)區(qū)間上限值的集合，A表示“需求程度大”，對(duì)于每一項(xiàng)指標(biāo)在“城市電網(wǎng)需求判斷標(biāo)準(zhǔn)”中都能找到對(duì)應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)區(qū)間，若地區(qū)的“城市電網(wǎng)需求判斷標(biāo)準(zhǔn)”第j項(xiàng)指標(biāo)不在其標(biāo)準(zhǔn)區(qū)間上，則判斷區(qū)域電網(wǎng)具有此項(xiàng)指標(biāo)對(duì)應(yīng)的需求；若第j項(xiàng)指標(biāo)值在其標(biāo)準(zhǔn)區(qū)間上，通過(guò)式（1）中的函數(shù)判斷該項(xiàng)指標(biāo)距離區(qū)間上限的距離大小，判斷區(qū)域該項(xiàng)指標(biāo)對(duì)應(yīng)的需求程度大小。指標(biāo)值距上限越近，說(shuō)明需求越大；指標(biāo)值距上限越遠(yuǎn)，說(shuō)明此項(xiàng)需求越小。設(shè)A(x)∈[0，0.3]時(shí)，需求較小；當(dāng)A(x)∈[0.3，0.6]時(shí)，需求程度一般；當(dāng)A(x)∈[0.6，1]時(shí)，需求較大。

（1）正指標(biāo)

當(dāng)指標(biāo)值越大，需求越大時(shí)：

式中，a為標(biāo)準(zhǔn)參考區(qū)間的上限；k為參考系數(shù)，依據(jù)不同指標(biāo)值設(shè)定。

（2）逆指標(biāo)

當(dāng)指標(biāo)值越大，需求越小時(shí)：

式中，a為標(biāo)準(zhǔn)參考區(qū)間的上限；k為參考系數(shù)，依據(jù)不同指標(biāo)值設(shè)定。

3 項(xiàng)目需求成因診斷路徑分析

項(xiàng)目需求成因診斷分析，需要建立項(xiàng)目需求成因診斷的分析方法，明確該方法首先要建立項(xiàng)目需求成因診斷路徑，具體需求成因診斷路徑見圖2。

圖2 項(xiàng)目需求成因診斷路徑

如圖2所示，挖掘項(xiàng)目需求成因時(shí)，首先基于偏差考核計(jì)算出的地區(qū)指標(biāo)偏差程度，利用項(xiàng)目成因診斷方法構(gòu)建影響指標(biāo)到項(xiàng)目二級(jí)需求的映射關(guān)系，再用同樣的方法構(gòu)建項(xiàng)目二級(jí)需求到一級(jí)需求的映射關(guān)系，從而確定當(dāng)前項(xiàng)目對(duì)經(jīng)濟(jì)性、安全性、政策性等方面的需求情況。在此基礎(chǔ)上，依據(jù)當(dāng)前需求建立不同項(xiàng)目到影響指標(biāo)的定量映射關(guān)系，最終通過(guò)項(xiàng)目需求成因診斷方法計(jì)算得出每個(gè)項(xiàng)目對(duì)一級(jí)需求的滿足情況。

4 項(xiàng)目需求成因診斷方法

建立項(xiàng)目到影響指標(biāo)的映射關(guān)系，以及影響指標(biāo)到二級(jí)需求再到一級(jí)需求的映射關(guān)系時(shí)，為了定量確定項(xiàng)目建設(shè)指標(biāo)的影響程度，本文利用ANP方法進(jìn)行定量評(píng)估，進(jìn)而確定每個(gè)項(xiàng)目對(duì)于各類二級(jí)需求和各類一級(jí)需求的效益滿足情況。

ANP方法即網(wǎng)絡(luò)分析法，是在AHP法的基礎(chǔ)上提出的，根據(jù)各個(gè)風(fēng)險(xiǎn)因素之間關(guān)系建立一個(gè)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，考慮了各層次之間因素的影響關(guān)系及上層因素對(duì)下層因素的反饋影響。典型的ANP模型結(jié)構(gòu)將指標(biāo)因素分為控制層和網(wǎng)絡(luò)層兩部分，本文以經(jīng)濟(jì)性、安全性和政策性為控制層的目標(biāo)，以滿足新增負(fù)荷需求、常規(guī)電源送出、電源接入、降低能耗、優(yōu)化網(wǎng)架結(jié)構(gòu)、解決設(shè)備重過(guò)載、消除安全隱患、煤改電政策、農(nóng)網(wǎng)改造政策、偏遠(yuǎn)地區(qū)通電政策等指標(biāo)為準(zhǔn)則層，各個(gè)項(xiàng)目作為方案層進(jìn)行分析。

以控制層一級(jí)需求為目標(biāo)，網(wǎng)絡(luò)層中每個(gè)元素集（即為各個(gè)二級(jí)需求）Ui（i=1，2，…，n）為準(zhǔn)則，利用五標(biāo)度法，將其他二級(jí)需求元素集Uj（j=1，2，…，n）對(duì)的影響程度進(jìn)行優(yōu)勢(shì)度打分得到比較矩陣，利用特征根算法計(jì)算每個(gè)比較矩陣的特征向量，得出二級(jí)需求的權(quán)重矩陣P：

分別以各項(xiàng)目二級(jí)需求元素集Ui（i=1，2，…，n）中元素ei1（l=1，2，…，ki）為準(zhǔn)則，計(jì)算各項(xiàng)目二級(jí)需求間的超矩陣W：

將超矩陣中各子矩陣乘以權(quán)重，權(quán)重為二級(jí)需求的權(quán)重矩陣P中各元素，得到加權(quán)超矩陣：

則A=（ω1，ω2，…，ωn）為所求的特征向量，即各個(gè)項(xiàng)目對(duì)于二級(jí)需求各個(gè)指標(biāo)因素的權(quán)重值。同理可求得二級(jí)需求對(duì)于一級(jí)需求的權(quán)重值B=（λ1，λ2，…，λm）。

在求得權(quán)重值的基礎(chǔ)上，建立各個(gè)項(xiàng)目對(duì)二級(jí)需求指標(biāo)的滿足程度指標(biāo)矩陣為：

加權(quán)平均則得到從影響指標(biāo)求得滿足二級(jí)需求程度的加權(quán)矩陣為：

進(jìn)而加權(quán)得到項(xiàng)目滿足區(qū)域一級(jí)需求程度矩陣為：

式中，“?！北硎緩V義模糊合成運(yùn)算，比較常用的算子有(+，×)算子，即加權(quán)平均算子。

5 應(yīng)用舉例

選取某區(qū)域電網(wǎng)進(jìn)行案例分析。該區(qū)域目前供電面積1590平方公里，2018年常住人口86.57萬(wàn)人，全區(qū)GDP為381億元，同比增長(zhǎng)4.8%，人均GDP為4.4萬(wàn)元/人。供電范圍內(nèi)共有220kV公用變電站2座，容量720MVA；110kV公用變電站10座，容量963MVA。以該地區(qū)35kV電網(wǎng)為例。

該區(qū)域35kV電壓等級(jí)電力工程項(xiàng)目需求具體可以分為安全性需求、經(jīng)濟(jì)性需求和政策性需求。其中安全性需求又可以細(xì)化為優(yōu)化網(wǎng)架結(jié)構(gòu)，提高供電可靠性的需求、解決設(shè)備重過(guò)載的需求、解決設(shè)備安全隱患的需求；經(jīng)濟(jì)性需求主要為滿足新增負(fù)荷的需求；政策性需求主要為煤改電的需求。各影響因素2016年、2017年和2018年具體指標(biāo)及相關(guān)指標(biāo)數(shù)據(jù)如下表所示。

表 35kV電網(wǎng)需求現(xiàn)狀

由表分析可知，35kV電網(wǎng)具有安全性、經(jīng)濟(jì)性和政策性三個(gè)方面的需求。對(duì)35kV電網(wǎng)三個(gè)方面進(jìn)行隸屬度計(jì)算，分析得出區(qū)域35kV電網(wǎng)需求程度。

在安全性方面，該區(qū)域規(guī)劃設(shè)計(jì)較合理，N-1通過(guò)率較高，N-1達(dá)到100%；該區(qū)域近三年供電可靠率不足100%，可靠率隸屬度為A(x)=0.64，供電可靠性仍有待提高；短路電流超過(guò)開關(guān)遮斷容量80%母線節(jié)點(diǎn)占比至2018年仍高達(dá)12%，隸屬度A(x)=0.8；區(qū)域2016年、2017年、2018年變壓器最大負(fù)載率為114%、114%、93%，根據(jù)2006年修訂的《城市電力網(wǎng)規(guī)劃導(dǎo)則》規(guī)定，500kV～35kV變電站中正常運(yùn)行的變壓器短時(shí)不超過(guò)113%，隸屬度A(x)=0.78，由此區(qū)域負(fù)載率達(dá)標(biāo)，但負(fù)載率處于較高水平；變電設(shè)備和線路超過(guò)運(yùn)行年限21年比例仍然較大，設(shè)備老舊問(wèn)題嚴(yán)重，2016年、2017年、2018年線路年限超過(guò)21年以上分別為：3.69%、14.57%、15.99%。隸屬度A(x)=0.83，故該區(qū)域在安全性方面存在優(yōu)化網(wǎng)架結(jié)構(gòu)，提高供電可靠性以及解決設(shè)備安全隱患的需求。

經(jīng)濟(jì)性方面，經(jīng)濟(jì)發(fā)展帶動(dòng)電力需求增長(zhǎng)，220kV網(wǎng)供負(fù)荷逐年上漲，2018年較2017年增長(zhǎng)10%，屬于中等增長(zhǎng)水平，計(jì)算得到A(x)=0.4；低電壓用戶數(shù)為0，故不存在此方面需求；三年容載比分別為2.06、2.07、2.09，根據(jù)2006年修訂的《城市電力網(wǎng)規(guī)劃導(dǎo)則》規(guī)定，負(fù)荷增長(zhǎng)屬于中等增長(zhǎng)水平的容載比范圍應(yīng)在1.9～2.1之間，區(qū)域容載比符合導(dǎo)則要求。隸屬度計(jì)算得A(x)=0.75，說(shuō)明區(qū)域在容載比優(yōu)化方面存在經(jīng)濟(jì)性需求。綜上，區(qū)域存在滿足新增負(fù)荷經(jīng)濟(jì)性方面的需求。

政策性方面，在煤改電政策推行下，燃煤取暖用戶數(shù)量逐年下降，但燃煤用戶比例仍處于較高位。由導(dǎo)則及其他標(biāo)準(zhǔn)得出，區(qū)域用煤比例應(yīng)控制在20%以下。該指標(biāo)屬于正指標(biāo)，區(qū)域用煤占比的隸屬度A(x)=0.77。說(shuō)明區(qū)域煤改電政策已在進(jìn)行中，還需進(jìn)一步推行，所對(duì)應(yīng)的“煤改電政策需求”較大。

為解決35 kV電網(wǎng)問(wèn)題，安排了一項(xiàng)項(xiàng)目為煤改電徐各莊35kV變電站擴(kuò)建工程：工程響應(yīng)國(guó)家煤改電政策，可解決徐各莊站接入煤改電負(fù)荷后主變重載、不滿足N-1的問(wèn)題，滿足地區(qū)的政策性需求、安全性需求和經(jīng)濟(jì)性需求。

該項(xiàng)目可滿足區(qū)域經(jīng)濟(jì)性及政策性需求。

（1）安全性

薊州區(qū)禮明莊鄉(xiāng)及別山鎮(zhèn)等區(qū)域共計(jì)約3626戶，用電采暖負(fù)荷需要增加2.256萬(wàn)kVA，農(nóng)村地區(qū)60～120m2電采暖戶均容量按照7kW/戶，同時(shí)率按0.8，功率因數(shù)按0.9計(jì)算），目前徐各莊站2017年度冬期間最大平均負(fù)載率為53.71%，接入煤改電負(fù)荷后N-1負(fù)載率將達(dá)220%，不滿足N-1的要求，徐各莊站現(xiàn)狀變電規(guī)模將不能滿足要求，需進(jìn)行擴(kuò)建3#主變。在滿足政策性的同時(shí)，該項(xiàng)目的實(shí)施還可滿足安全性，解決負(fù)載率過(guò)高的問(wèn)題。

首先，根據(jù)以上情況結(jié)合權(quán)重賦值方法對(duì)安全性層級(jí)下的二級(jí)需求優(yōu)化網(wǎng)架結(jié)構(gòu)、解決設(shè)備重過(guò)載、消除安全隱患、增強(qiáng)變電站可靠性進(jìn)行賦權(quán)，不同項(xiàng)目在此區(qū)域的安全性指標(biāo)權(quán)重有所偏差，依據(jù)AHP方法求得權(quán)重：A=（0.3，0.6，0.4，0.5）。

其次，為求得該項(xiàng)目對(duì)二級(jí)需求的滿足程度，進(jìn)行優(yōu)勢(shì)度分析。區(qū)域年度冬期間最大平均負(fù)載率為53.71%，接入煤改電負(fù)荷后N-1負(fù)載率將達(dá)220%，工程實(shí)施后可降低約166.29%，使之滿足N-1需求，故解決設(shè)備重過(guò)載一項(xiàng)可得分10分，不滿足其余指標(biāo)，即得到向量：φ=（0，10，0，0）。

最終加權(quán)平均求得陽(yáng)薊312線路切改工程項(xiàng)目滿足區(qū)域安全性系數(shù)為：b2=A×φ=6。

（2）政策性

面對(duì)國(guó)家節(jié)能減排和治理大氣污染力度不斷加大、尤其是京津冀霧霾治理要求不斷提高的形勢(shì)，國(guó)網(wǎng)天津電力按照“美麗天津”建設(shè)“清新空氣、清水河道、清潔村莊、清潔社區(qū)和綠化美化”的“四清一綠”行動(dòng)部署，扎實(shí)推動(dòng)電能替代工作，積極推動(dòng)清潔電采暖，優(yōu)化能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)。

首先，根據(jù)以上情況結(jié)合權(quán)重賦值方法對(duì)政策性層級(jí)下的二級(jí)需求煤改電政策、農(nóng)網(wǎng)改造政策、偏遠(yuǎn)地區(qū)通電政策進(jìn)行賦權(quán)，不同項(xiàng)目在此區(qū)域的經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)權(quán)重有所偏差，依據(jù)AHP方法求得權(quán)重：A=（0.8，0.8，0.8，0.5）。

其次，為求得該項(xiàng)目對(duì)二級(jí)需求的滿足程度，進(jìn)行優(yōu)勢(shì)度分析。依據(jù)國(guó)家政策緊迫性，滿足煤改電政策、農(nóng)網(wǎng)改造政策、偏遠(yuǎn)地區(qū)通電政策分別可得分6分、5分、5分、4分。該工程項(xiàng)目滿足煤改電政策，此項(xiàng)可得分6分。不滿足其余指標(biāo)，即得到向量：φ=（6，0，0）。

最終加權(quán)平均求得煤改電徐各莊35kV變電站擴(kuò)建工程項(xiàng)目滿足區(qū)域政策性系數(shù)為：c2=A×φ=4.8。

6 結(jié)束語(yǔ)

本文首先采用隸屬函數(shù)分析地區(qū)電網(wǎng)是否具有經(jīng)濟(jì)性需求、安全性需求和政策性需求，對(duì)具有需求的指標(biāo)進(jìn)行偏差考核得出指標(biāo)需求程度。再通過(guò)ANP項(xiàng)目需求成因診斷方法分層級(jí)最終求出地區(qū)電網(wǎng)對(duì)應(yīng)的經(jīng)濟(jì)性、安全性和政策性需求程度。通過(guò)此方法可篩選出在一定條件下可最大程度滿足地區(qū)電網(wǎng)需求的項(xiàng)目安排。