黃裕春，雷才嘉，李柏新，賈 巍，胡嘉銘

(廣東電網(wǎng)廣州供電局，廣東 廣州 510656)

近幾年，電能依據(jù)其自身使用方便、清潔高效以及遠(yuǎn)距離傳輸?shù)奶攸c(diǎn)，成為世界各國(guó)廣泛使用的二次能源之一[1]。配電網(wǎng)作為電力輸送的最后一道關(guān)卡，在負(fù)責(zé)電力分配、聯(lián)系用戶的過程中起著舉足輕重的作用。合理的配電網(wǎng)規(guī)劃是優(yōu)化配置電力資源、完善配電網(wǎng)發(fā)展的重要舉措[2]。配電網(wǎng)在進(jìn)行擴(kuò)展規(guī)劃后，傳統(tǒng)的評(píng)價(jià)系統(tǒng)無法對(duì)其進(jìn)行評(píng)價(jià)，所以需要提出更加高效的配電網(wǎng)擴(kuò)展規(guī)劃綜合評(píng)價(jià)系統(tǒng)。

部分研究者提出電網(wǎng)綜合數(shù)據(jù)質(zhì)量評(píng)價(jià)系統(tǒng)及其軟件實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)方法，首先基于電網(wǎng)設(shè)備中的數(shù)據(jù)參數(shù)，獲取電網(wǎng)的穩(wěn)態(tài)數(shù)據(jù)以及故障數(shù)據(jù)特征；再基于故障特征，從多個(gè)角度提取電力數(shù)據(jù)的評(píng)價(jià)指標(biāo)；最后通過對(duì)各種指標(biāo)的主客觀權(quán)重配比實(shí)現(xiàn)配電網(wǎng)的綜合評(píng)價(jià)。該方法由于未能利用模糊決策理論對(duì)系統(tǒng)的規(guī)劃評(píng)價(jià)指標(biāo)進(jìn)行設(shè)計(jì)，所以該方法在綜合評(píng)價(jià)后無法檢測(cè)出配電網(wǎng)的電力負(fù)荷[3]。還有一部分研究者提出面向智慧商圈的多源數(shù)據(jù)采集與綜合評(píng)價(jià)系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法，首先基于Pyspider對(duì)系統(tǒng)的整體框架進(jìn)行設(shè)計(jì)；再利用整體框架采集數(shù)據(jù)，依據(jù)二分思想以及多邊形規(guī)則對(duì)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行邊界、內(nèi)點(diǎn)的判定；最后基于映射規(guī)則對(duì)不同的數(shù)據(jù)源進(jìn)行定義，利用融合數(shù)據(jù)對(duì)整體進(jìn)行分析，從而完成綜合評(píng)價(jià)。該方法由于在數(shù)據(jù)管理模塊設(shè)計(jì)時(shí)存在一定問題，所以該設(shè)計(jì)方法的覆蓋性能低[4]。另一部分研究者提出間歇性風(fēng)電并網(wǎng)能源調(diào)度綜合模糊評(píng)價(jià)系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法，首先對(duì)模糊評(píng)價(jià)系統(tǒng)的硬件架構(gòu)以及軟件實(shí)現(xiàn)流程進(jìn)行設(shè)計(jì)，依托數(shù)據(jù)管理、模糊評(píng)價(jià)、編輯查詢等模塊構(gòu)建可變模糊評(píng)價(jià)模型；再基于該模型確定指標(biāo)評(píng)價(jià)體系權(quán)重指標(biāo)以及隸屬度矩陣；最后利用模糊算子確定綜合評(píng)價(jià)向量矩陣，實(shí)現(xiàn)精確評(píng)價(jià)。由于該方法在軟件層次結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)數(shù)據(jù)層有較大誤差，所以其綜合評(píng)價(jià)效果較差[5]。

為解決上述系統(tǒng)中存在的問題，本文設(shè)計(jì)基于模糊決策的配電網(wǎng)擴(kuò)展規(guī)劃綜合評(píng)價(jià)系統(tǒng)。

1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案

1.1 整體框架設(shè)計(jì)

配電網(wǎng)擴(kuò)展規(guī)劃綜合評(píng)價(jià)系統(tǒng)需基于3層架構(gòu)理論進(jìn)行設(shè)計(jì)，3層架構(gòu)的具體結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 3層架構(gòu)的具體結(jié)構(gòu)Fig.1 Specific structure of the three-tier architecture

在配電網(wǎng)擴(kuò)展規(guī)劃綜合評(píng)價(jià)系統(tǒng)設(shè)計(jì)過程中，需要對(duì)系統(tǒng)在設(shè)計(jì)時(shí)可能存在的影響因素進(jìn)行考慮[6-8]。利用全局設(shè)計(jì)以及分割的方法對(duì)其進(jìn)行集成處理，依照“簡(jiǎn)單化、規(guī)范化、流程化、模塊化”設(shè)計(jì)理念，遵循一定的設(shè)計(jì)原則對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)。

具體設(shè)計(jì)原則：①保持原有的電力規(guī)模，不能干涉配電網(wǎng)的日常運(yùn)行；②確保該設(shè)計(jì)的評(píng)價(jià)準(zhǔn)確性；③確保系統(tǒng)不存在應(yīng)用風(fēng)險(xiǎn)；④各功能模塊之間可以共享采集數(shù)據(jù)，并且可實(shí)時(shí)連通；⑤滿足配電網(wǎng)的評(píng)價(jià)需求，有可持續(xù)發(fā)展規(guī)劃。

配電網(wǎng)擴(kuò)展性規(guī)劃綜合評(píng)價(jià)系統(tǒng)需要將配電網(wǎng)的整合與改造相結(jié)合，以數(shù)據(jù)共享為前提，設(shè)置新的功能模塊，并加強(qiáng)與其他支撐系統(tǒng)的溝通。根據(jù)上述系統(tǒng)設(shè)計(jì)基本原則，結(jié)合3層架構(gòu)體系，完成系統(tǒng)的整體框架設(shè)計(jì)，如圖2所示。

圖2 整體框架Fig.2 Overall framework

1.2 數(shù)據(jù)庫層

該系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫層主要分為數(shù)據(jù)初始處理以及數(shù)據(jù)管理2個(gè)功能模塊[9-10]。①數(shù)據(jù)初始處理模塊主要負(fù)責(zé)對(duì)系統(tǒng)的初始化數(shù)據(jù)進(jìn)行校正以及轉(zhuǎn)換、修復(fù)等。數(shù)據(jù)在進(jìn)行轉(zhuǎn)換時(shí)需要將不同的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行統(tǒng)一處理，校正時(shí)需要基于網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行檢驗(yàn)，維修時(shí)需排除配電網(wǎng)異常數(shù)據(jù)，對(duì)正常數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化[11-13]。②在管理配電網(wǎng)數(shù)據(jù)時(shí)，需要對(duì)評(píng)價(jià)所需的各類數(shù)據(jù)進(jìn)行管理。使用Oracle數(shù)據(jù)庫進(jìn)行管理評(píng)價(jià)，并依靠數(shù)據(jù)庫自身的備份、恢復(fù)、訪問等功能來實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)管理。

1.3 功能邏輯層

功能邏輯層為3層架構(gòu)的中間層，它不但是上下層的連接紐帶，還是該系統(tǒng)的核心層。該層主要負(fù)責(zé)為數(shù)據(jù)庫建立連接通道，并根據(jù)用戶需求，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行相應(yīng)的抽取及儲(chǔ)存，最后將結(jié)果傳送至客戶端。由于該層是從業(yè)務(wù)處理中分離出來的，所以該層為獨(dú)立的中間層，其中包括指標(biāo)統(tǒng)計(jì)、評(píng)估分析以及規(guī)劃決策3部分，每一部分又分屬不同的功能模塊：①統(tǒng)計(jì)指標(biāo)模塊具有評(píng)估電能質(zhì)量以及可靠性考核的功能。該功能在運(yùn)行時(shí)，需計(jì)算配電網(wǎng)數(shù)據(jù)的安全指數(shù)以及配電網(wǎng)的設(shè)備情況。②評(píng)估分析模塊負(fù)責(zé)對(duì)配電網(wǎng)進(jìn)行技術(shù)的合理性分析，并對(duì)配電網(wǎng)結(jié)構(gòu)改進(jìn)以及短期改造方案提供指導(dǎo)。經(jīng)濟(jì)性評(píng)估功能是對(duì)配電網(wǎng)的階段性投資進(jìn)行積累，對(duì)評(píng)價(jià)結(jié)論進(jìn)行復(fù)核，計(jì)算投資的盈余。供電能力評(píng)估主要為從配電網(wǎng)的角度對(duì)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的合理性進(jìn)行評(píng)估。③規(guī)劃支持模塊主要負(fù)責(zé)總結(jié)分析配電網(wǎng)現(xiàn)狀，找出相對(duì)薄弱的部分對(duì)其進(jìn)行規(guī)劃，為擴(kuò)展規(guī)劃提供依據(jù)。

1.4 用戶界面層

用戶界面層主要負(fù)責(zé)對(duì)評(píng)價(jià)結(jié)果進(jìn)行查詢以及統(tǒng)計(jì)，將評(píng)價(jià)結(jié)果進(jìn)行發(fā)布，并以圖、表的形式進(jìn)行輸出。系統(tǒng)在該層中還具備評(píng)價(jià)參數(shù)設(shè)置以及修改的功能，用戶可依據(jù)具體情況以及實(shí)際需求，設(shè)置相應(yīng)的參數(shù)以及評(píng)估指數(shù)。

2 軟件設(shè)計(jì)

設(shè)計(jì)的配電網(wǎng)擴(kuò)展規(guī)劃綜合評(píng)價(jià)系統(tǒng)的軟件功能與用戶的需求相關(guān)，所以該系統(tǒng)在軟件設(shè)計(jì)上需要遵循“頁面簡(jiǎn)潔，方便操作”的理念進(jìn)行具體設(shè)計(jì)[14-17]。用戶需通過訪問人機(jī)交互界面，在系統(tǒng)中依據(jù)數(shù)據(jù)屬性完成導(dǎo)入、下載以及查詢等操作，并能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)處理、綜合對(duì)比等業(yè)務(wù)。

2.1 軟件框架設(shè)計(jì)

配電網(wǎng)擴(kuò)展規(guī)劃的綜合評(píng)價(jià)系統(tǒng)軟件框架具體結(jié)構(gòu)如圖3所示。

圖3 軟件設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)Fig.3 Structure of the software design

2.2 軟件結(jié)構(gòu)

該系統(tǒng)的軟件結(jié)構(gòu)是數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)管理以及信息發(fā)布、決策分析4層架構(gòu)。數(shù)據(jù)層由數(shù)據(jù)系統(tǒng)以及數(shù)據(jù)輸入系統(tǒng)組合而成的，該數(shù)據(jù)層主要對(duì)系統(tǒng)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)進(jìn)行采集交換等處理。數(shù)據(jù)管理層是由數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)組合構(gòu)建成的，主要負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)管理操作。信息發(fā)布層是由信息發(fā)布系統(tǒng)、報(bào)告圖表系統(tǒng)組合構(gòu)成的，該發(fā)布層主要負(fù)責(zé)圖表查看、數(shù)據(jù)查詢、報(bào)告發(fā)布等功能。功能分析層主要由數(shù)據(jù)的處理系統(tǒng)、綜合分析評(píng)價(jià)系統(tǒng)組合構(gòu)成的，主要負(fù)責(zé)計(jì)算配電網(wǎng)中的原始數(shù)據(jù)，并對(duì)結(jié)果進(jìn)行具體分析，儲(chǔ)存到數(shù)據(jù)層中。

2.3 軟件層次結(jié)構(gòu)

該系統(tǒng)設(shè)計(jì)的軟件層次結(jié)構(gòu)如圖4所示。

圖4 系統(tǒng)軟件層次結(jié)構(gòu)Fig.4 System software hierarchical structure diagram

配電網(wǎng)擴(kuò)展規(guī)劃綜合評(píng)價(jià)系統(tǒng)的軟件層次結(jié)構(gòu)分為數(shù)據(jù)層、計(jì)算分析層、頁面顯示層。

(1)數(shù)據(jù)層。數(shù)據(jù)層需要將存儲(chǔ)在軟件中的配電網(wǎng)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，并往來輸送配電網(wǎng)規(guī)劃管理中所需的原始數(shù)據(jù)以及處理過后的數(shù)據(jù)。

(2)計(jì)算分析層。計(jì)算分析層不僅需要負(fù)責(zé)計(jì)算配電網(wǎng)線路的負(fù)載率以及整理線路在配電網(wǎng)中的分布、變化趨勢(shì)，預(yù)測(cè)配電網(wǎng)線路負(fù)荷，還需要對(duì)配電網(wǎng)的相關(guān)規(guī)劃進(jìn)行必要的裕度分析以及現(xiàn)狀評(píng)估分析。

(3)頁面顯示層。頁面顯示層主要負(fù)責(zé)為用戶提供查詢結(jié)果，并將其輸送至終端進(jìn)行顯示，成為獲取數(shù)據(jù)的窗口。

2.4 數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)

系統(tǒng)軟件主數(shù)據(jù)庫由配網(wǎng)線路運(yùn)行數(shù)據(jù)表、工程規(guī)劃數(shù)據(jù)表、電網(wǎng)結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)表、計(jì)算評(píng)價(jià)結(jié)果表組合而成。具體結(jié)構(gòu)如圖5所示。

圖5 軟件主數(shù)據(jù)庫具體結(jié)構(gòu)Fig.5 Specific structure of software main database

(1)配電網(wǎng)線路運(yùn)行數(shù)據(jù)表主要負(fù)責(zé)對(duì)線路名稱以及配電網(wǎng)的線路所屬分區(qū)、線路額定負(fù)荷等數(shù)據(jù)進(jìn)行保存[18-20]。

(2)結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)表主要儲(chǔ)存配電網(wǎng)電纜型號(hào)、干線型號(hào)等數(shù)據(jù)。

(3)配電網(wǎng)規(guī)劃項(xiàng)目數(shù)據(jù)表主要負(fù)責(zé)對(duì)配電網(wǎng)擴(kuò)展規(guī)劃基金以及相應(yīng)數(shù)量數(shù)據(jù)進(jìn)行儲(chǔ)存。

(4)結(jié)算評(píng)估結(jié)果表主要對(duì)配電網(wǎng)的負(fù)載以及規(guī)劃項(xiàng)目的統(tǒng)計(jì)情況進(jìn)行保存。該表的主要數(shù)據(jù)來源于線路運(yùn)行表和網(wǎng)架結(jié)構(gòu)表。

2.5 評(píng)價(jià)指標(biāo)設(shè)計(jì)

基于模糊決策理論對(duì)系統(tǒng)的規(guī)劃評(píng)價(jià)指標(biāo)進(jìn)行設(shè)計(jì)。①協(xié)調(diào)性指配電網(wǎng)中不同部分的默契，以及相互之間的適應(yīng)度。②適應(yīng)性是指配電網(wǎng)規(guī)劃方案與可持續(xù)發(fā)展之間的適應(yīng)度。③經(jīng)濟(jì)性是指評(píng)價(jià)擴(kuò)展規(guī)劃方案是否可行的重要指標(biāo)，主要考察配電網(wǎng)中設(shè)備的新舊以及好壞情況。④可靠性在評(píng)價(jià)指標(biāo)中會(huì)與經(jīng)濟(jì)性相矛盾，它不但需要考慮統(tǒng)計(jì)的意義，還需要衡量配電網(wǎng)的供電可靠性與負(fù)荷供電可靠性。

評(píng)價(jià)結(jié)果的查詢流程如圖6所示。

3 仿真實(shí)驗(yàn)分析

為了驗(yàn)證本文設(shè)計(jì)系統(tǒng)的整體有效性和應(yīng)用效果，對(duì)本文設(shè)計(jì)的基于模糊決策的配電網(wǎng)擴(kuò)展規(guī)劃綜合評(píng)價(jià)系統(tǒng)進(jìn)行測(cè)試。配電網(wǎng)擴(kuò)展規(guī)劃綜合評(píng)價(jià)系統(tǒng)數(shù)據(jù)監(jiān)控后臺(tái)如圖7所示。

圖6 評(píng)價(jià)結(jié)果查詢流程Fig.6 Evaluation result query flow chart

圖7 評(píng)價(jià)系統(tǒng)數(shù)據(jù)監(jiān)控后臺(tái)Fig.7 Evaluation system data monitoring background

(1)在配電網(wǎng)中隨機(jī)選取一段時(shí)間，通過評(píng)價(jià)系統(tǒng)數(shù)據(jù)監(jiān)控后臺(tái)，對(duì)本文設(shè)計(jì)的基于模糊決策的配電網(wǎng)擴(kuò)展規(guī)劃綜合評(píng)價(jià)系統(tǒng)評(píng)價(jià)后的配電網(wǎng)電力負(fù)荷曲線進(jìn)行檢測(cè)，并將檢測(cè)結(jié)果與標(biāo)準(zhǔn)電力負(fù)荷曲線進(jìn)行對(duì)比，對(duì)比結(jié)果如圖8所示。

圖8 配電網(wǎng)電力負(fù)荷曲線檢測(cè)結(jié)果Fig.8 Test results of power load curve of distribution network

依據(jù)圖8可知，本文設(shè)計(jì)的基于模糊決策的配電網(wǎng)擴(kuò)展規(guī)劃綜合評(píng)價(jià)系統(tǒng)可以有效檢測(cè)出配電網(wǎng)的電力負(fù)荷曲線，并且檢測(cè)出的電力負(fù)荷曲線與標(biāo)準(zhǔn)電力負(fù)荷曲線接近，這主要是因?yàn)楸疚脑O(shè)計(jì)的基于模糊決策的配電網(wǎng)擴(kuò)展規(guī)劃綜合評(píng)價(jià)系統(tǒng)利用了模糊決策理論對(duì)系統(tǒng)的綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)進(jìn)行設(shè)計(jì)，配電網(wǎng)經(jīng)過本文所設(shè)計(jì)系統(tǒng)的綜合評(píng)價(jià)后，能夠有效地檢測(cè)出配電網(wǎng)的電力負(fù)荷曲線。

(2)在本文設(shè)計(jì)的基于模糊決策的配電網(wǎng)擴(kuò)展規(guī)劃綜合評(píng)價(jià)系統(tǒng)中添加隨機(jī)干擾源，對(duì)配電網(wǎng)的覆蓋性能進(jìn)行測(cè)試，測(cè)試結(jié)果如圖9所示。

圖9 配電網(wǎng)覆蓋性能測(cè)試結(jié)果Fig.9 Distribution network coverage performance test results

依據(jù)圖9可知，本文設(shè)計(jì)的基于模糊決策的配電網(wǎng)擴(kuò)展規(guī)劃綜合評(píng)價(jià)系統(tǒng)能夠在綜合評(píng)價(jià)時(shí)將配電網(wǎng)中的電力數(shù)據(jù)覆蓋率穩(wěn)定在70%以上，雖然受到隨機(jī)干擾源的影響，無法做到對(duì)配電網(wǎng)的全面覆蓋，但是該系統(tǒng)的配電網(wǎng)覆蓋性能較好。

(3)基于上述實(shí)驗(yàn)結(jié)果，對(duì)本文設(shè)計(jì)的基于模糊決策的配電網(wǎng)擴(kuò)展規(guī)劃綜合評(píng)價(jià)系統(tǒng)的綜合評(píng)價(jià)效果進(jìn)行測(cè)試，綜合評(píng)價(jià)的評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)見表1。

表1 綜合評(píng)價(jià)的評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)Tab.1 Scoring criteria for comprehensive evaluation

整體來看，本文設(shè)計(jì)的基于模糊決策的配電網(wǎng)擴(kuò)展規(guī)劃綜合評(píng)價(jià)系統(tǒng)的綜合評(píng)價(jià)測(cè)試結(jié)果與綜合評(píng)價(jià)的評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)相接近，綜合評(píng)價(jià)效果較理想。

4 結(jié)語

近幾年，我國(guó)的電網(wǎng)技術(shù)水平不斷上升，配電網(wǎng)的結(jié)構(gòu)也隨之改變，由原來的單一結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)楝F(xiàn)今多變的復(fù)雜結(jié)構(gòu)，從而使傳統(tǒng)的擴(kuò)展規(guī)劃綜合評(píng)分方法無法有效地完成擴(kuò)展規(guī)劃的綜合評(píng)價(jià)，提出一種新型的擴(kuò)展規(guī)劃綜合評(píng)價(jià)系統(tǒng)，成為行業(yè)中急需解決的問題。針對(duì)傳統(tǒng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法中存在的問題，設(shè)計(jì)基于模糊決策的配電網(wǎng)擴(kuò)展規(guī)劃綜合評(píng)價(jià)系統(tǒng)。首先對(duì)系統(tǒng)的整體框架進(jìn)行設(shè)計(jì)；再對(duì)系統(tǒng)的軟件方面進(jìn)行具體的功能設(shè)計(jì)；最后通過系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)配電網(wǎng)的擴(kuò)展規(guī)劃綜合評(píng)價(jià)。該系統(tǒng)由于在設(shè)計(jì)系統(tǒng)軟件時(shí)還存在一定問題，今后會(huì)針對(duì)這一缺陷繼續(xù)對(duì)該系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化。