一种电网发展能力综合性诊断指标体系构建方法与流程
本发明涉及电力技术领域，具体是一种电网发展能力综合性诊断指标体系构建方法。
背景技术：
2015年国务院《关于进一步深化电力体制改革的若干意见》的九号文件“提升规划的覆盖面、权威性和科学性…建立规划实施检查、监督、评估、考核工作机制”对电网发展诊断提出了要求，电网发展诊断应该为电网发展规划提供客观的技术支撑，是提高电网管理水平的重要决策依据；同时按照国网公司精益化、精细化管理的要求，电网发展诊断已经成为每年的专项工作之一。进行电网发展诊断工作最基本的任务是建立能够反映电网发展现状及发展能力的综合性指标体系。
目前，国内外现有研究较少从系统上、整体上对地区电网进行深入的分析诊断，大多数从电网安全性、供电质量等单一方面对电网进行分析研究，诊断的覆盖面不够全面。
技术实现要素：
为了克服现有电网发展诊断指标体系的不足，本发明提出了一种电网发展能力综合性诊断指标体系构建方法，其结合电网发展规律，从电网发展自身条件及外部因素限制出发，选取影响电网发展的相关指标，并从电网长期发展的角度，考虑能源、环境、土地等资源对电网发展的制约，提出一种创新型指标。
一种电网发展能力综合性诊断指标体系构建方法，包括如下步骤：
步骤一、构建目标层，其为电网发展诊断指标体系；
步骤二、构建控制层，包括6项指标，分别为电网规模、电网结构、利用效率、安全可靠性、设备水平、运营环境；
步骤三、构建网络层，包括39个指标，分别对应控制层指标，
步骤四、基于网络层次分析法计算各项指标权重ωi；确定指标权重是综合评价模型的核心，权重系数的设置反映了对各指标的重视程度。为了更好地描述各指标之间的关联关系，考虑元素间的相互影响与支配，采用网络层次分析法构建电网发展诊断指标体系的anp模型，从而求得指标的权重系数ωi；
步骤五、构建集结模型：构建集结模型的目的在于由各指标的数值和权重系数求得综合评价值，采用线性加权综合的方式构建集结模型：
式中：yj为电网样本j的综合评价值；n为总指标数；xij为电网样本j指标i的指标值；
步骤六、诊断结果展示：提供对诊断结果的直观审视，由综合量化评价值实现对各电网发展状况的横纵向对比外，还由评价过程的中间结果绘制相应的雷达图，根据雷达图形状的对比，可以直观评判各电网发展的优势和不足。
进一步的，其中对应电网规模的网络层指标有变电站座数、变压器台数、变电容量、线路条数、线路长度、单位电网规模支撑等效装机及单位电网规模支撑用电负荷；
对应电网结构的网络层指标有变电容载比、线路容载比、500—10kv变电容量配比、电网连接度、110—10kv平均单条线路长度、110—10kv单回线路长度分布；
对应利用效率的网络层指标有线路年等效平均负载率、主变年等效平均负载率、变电站土地利用效率；
对应安全可靠性的网络层指标有220kv及以上短路电流分布、县域电网薄弱环节、综合电压合格率、10kv电网互联率；
对应设备水平的网络层指标有变压器可用系数、线路可用系数、变压器强迫停运率、线路强迫停运率、输变电资产退役设备平均寿命、智能变电站座数比例、变电站综合自动化率、配电自动化覆盖率、10kv电缆化率、10kv架空绝缘化率、10kv开关无油化率；
对应运营环境的网络层指标有装机容量、不同类型装机容量占比、全社会用电量、统调最大负荷、变电站土地资源裕度、线路走廊土地资源裕度、可再生能源发电量占比、碳排放裕度。
进一步的，所述基于网络层次分析法计算各项指标权重ωi，具体包括：
(1)判断矩阵和排序向量的建立
设电网发展诊断指标体系中控制层有n个元素b1，b2，…，bn，即相对目标的准则。网络层有n个元素集c1，c2，…，cn，ci中有元素ei1，ei2，…，
若cj中的元素不受ci中元素影响，则wij＝0；
(2)超矩阵的建立
同理，将其他元素集元素的内外关系依次进行比较，可得到由网络层中各元素互相影响的排序向量构成的无权重超矩阵w：
w的每个元素都是矩阵，列和是1，但w不是归一化矩阵，为方便计算需将超矩阵列归一化，即对w的元素加权，得到加权超矩阵；
(3)加权超矩阵的计算
在控制层bn准则下，根据网络层各组元素对cj(j＝1，2，…，n)的重要程度进行比较，得到归一化的排序向量：
hj＝[h1j，…，hnj]t
进而可以得到加权矩阵：
将矩阵h和w相乘即为加权超矩阵
(4)超矩阵w稳定处理
计算每个超矩阵的极限相对排序向量：
若该极限收敛且唯一，则原矩阵对应行的值为各指标的权重，通过计算可得各指标的权重值ωi。
本发明中的电网发展能力综合性诊断指标体系主要特点有：(1)从电网规划者角度出发，为指导电网发展诊断服务；(2)结合电网发展规律，从电网发展自身条件及外部因素限制出发，选取影响电网发展的相关指标，并从电网长期发展的角度，提出了由电网规模、电网结构、安全可靠性、利用效率、设备水平、外部环境六方面构成的电网发展诊断指标体系；(3)该指标体系从宏观角度对电网的整体发展水平形成系统性的诊断分析，能够实现对电网发展的全方位、多角度的准确分析，有利于从总体上把握地区电网的发展水平，更全面地评价电网发展趋势，提高精益化管理水平；及时发现电网各个方面的漏洞与缺陷，提高电力设备利用率和节约资源，有利于电网的健康发展；有利于提升电网水平，更好的为经济发展服务；有助于更好的满足人民日益增长的电能需求，提高供电质量；(4)该指标体系使诊断的覆盖面更全面，考虑能源、环境、土地等资源对电网发展的制约，创新性地提出电网发展与经济、能源环境和环境资源等方面关系的诊断指标；(5)通过本发明所提出的指标体系分别从纵向(时间)和横向(空间)两个角度按电压等级分层对电网发展状况进行诊断分析，可以引导地区电源发展方向，优化能源结构，发现电网发展薄弱环节，评估电网发展空间，把握发展方向；(6)采用网络层次分析法赋权，建立元素组准则以致每个元素之间的相互联系，保证了计算的精确度，运算结果具有更高的可信度。
附图说明
图1是本发明构建的电网发展能力综合性诊断指标体系的示意图；
图2是本发明实施例中五地区电网发展诊断雷达图。
具体实施方式
下面将结合本发明中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述。
请参阅图1，本发明实施例提供一种电网发展能力综合性诊断指标体系构建方法，所述方法包括如下步骤：
步骤一、构建目标层，其为电网发展诊断指标体系；
步骤二、构建控制层，包括6项指标，分别为电网规模、电网结构、利用效率、安全可靠性、设备水平、运营环境；该控制层对上隶属于目标层，对下分别控制着一个网络结构；
步骤三、构建网络层，包括39个指标，分别对应控制层指标，
具体介绍如下：
电网规模要与地区社会经济发展水平相适应，随着经济发展，保持合理的电网规模对社会经济发展和电网正常运行来说至关重要。从电网规模角度出发，结合电网发展自身及外部条件限制，建立电网发展规模诊断体系，使电网运营、在建、规划规模在适应地区社会经济发展情况下，满足电源上网和负荷增长的需求的同时考虑资金的时间价值，使综合投资效益达到最大。
1)c1-1变电站座数。统计口径：公用变电站，500—10kv。
2)c1-2变压器台数。统计口径：公用变电站，500—10kv。
3)c1-3变电容量。统计口径：公用变电站，500—10kv。
4)c1-4线路条数。统计口径：公用线路(架空线/电缆)，500—10kv。
5)c1-5线路长度。统计口径：公用线路(架空线/电缆)，500—10kv。
6)c1-6单位电网规模支撑等效装机。该指标反映500kv电网变电容量和输电线路规模对电源装机的支撑情况.指标值过大说明电网规模不足以支撑电源装机规模或者电源装机容量过大，与电网实际发展速度不匹配；指标值过小说明电源建设不足或者电网规模建设速度过快，应结合地区社会经济发展速度、用电需求具体分析。统计口径：500kv.计算方法：单位变电容量支撑等效装机＝等效电源装机/变电容量之和；单位线路长度支撑等效装机＝等效电源装机/线路长度之和。
7)c1-7单位电网规模支撑用电负荷。该指标反映220kv电网变电容量和输电线路规模对用电负荷的支撑情况.指标值过大说明电网规模不足以支撑用电负荷，电网建设速度滞后于负荷增长需求，需重新调整规划，合理安排项目建设时序；指标值过小说明电网建设速度过快，会造成设备闲置，投资浪费。统计口径：220kv。计算方法：单位变电容量支撑用电负荷＝最高用电负荷/变电容量之和；单位线路长度支撑用电负荷＝最高用电负荷/线路长度之和。
电网按电压分层，按地区分区。分层是指电网按电压等级形成的纵向层次结构，是整个电网的纵向拓扑；分区是指电网可以分为一些能够独立运行的区域，是整个电网的横向拓扑，可以说现代电力系统是网络区域化和区域网络化。要进行电网发展诊断，就要研究电网各层、各区的结构特性，以优化网络结构，提高供电能力，降低损耗。
8)c2-1变电容载比。该指标从整体上反映某一区域电网变电容量对于负荷的供电能力。统计口径：500—35kv。
9)c2-2线路容载比。该指标指考虑线路长度作为权重系数，线路热稳定输送功率与系统最高负荷条件下线路输送潮流的比值。反映电网线路的整体输电能力裕度。计算方法：线路容载比＝σ(线路热稳定输送功率×线路长度)/σ(系统峰荷时的线路潮流×线路长度)。统计口径：500kv、220kv。
10)c2-3500—10kv变电容量配比。该指标反映500—10kv电压等级电网变电容量的配比，体现电网供电能力。统计口径：500—10kv。
11)c2-4电网连接度。反映某一电压等级变电站与其它变电站联系的紧密程度。计算方法：某一电压等级电网连接度＝(2×该电压等级线路条数)/变电站座数。统计口径：500kv、220kv。
12)c2-5110—10kv平均单条线路长度。该指标反映配电网线路的平均供电半径。统计口径：110—10kv。
13)c2-6110—10kv单回线路长度分布。该指标反映某一电压等级单回线路长度的分布情况。统计口径：110—10kv。
电网快速发展的同时，不仅要重视发展速度，同时应关注发展质量。目前国内外尚无成熟的电网利用效率评价方法和评价标准。因此，应该构建合理有效的电网利用效率诊断体系，提高资产利用效率，充分利用设备容量，提高运营水平，避免投资浪费。
14)c3-1线路年等效平均负载率。该指标表示某一电压等级所有线路年等效平均有功功率之和与经济输送功率之和之比。统计口径：500—10kv。
15)c3-2主变年等效平均负载率。该指标表示某一电压等级所有变压器年等效平均有功功率之和与额定变电容量之和之比。统计口径：500—10kv。
16)c3-3变电站土地利用效率。该指标表示某一电压等级变电站变电容量与所占土地面积之比。统计口径：500—110kv。
为了实现能源资源的大范围优化配置，电网建设步伐不断加快，电网规模越来越大，电网开始向以高电压、强互联为特征的大型互联电网发展，逐步进入以坚强智能电网为标志的新阶段。建立电网安全可靠性诊断体系，科学诊断地区电网的安全可靠性水平，为地区社会经济发展提供更安全可靠的电力供应，避免电网事故的发生，对电网发展至关重要。
17)c4-1220kv及以上短路电流分布。该指标指变电站母线短路电流在各个区间段的分布比例。统计口径：500kv、220kv。
18)c4-2县域电网薄弱环节。该指标指县域电网与主网联络薄弱个数与孤网运行县域电网个数之和。
19)c4-3综合电压合格率。该指标反映各级配电网电能质量。
20)c4-410kv电网互联率。该指标指10kv线路满足互联结构的线路比例，反映线路互联互供能力。统计口径：10kv。
电网是技术密集型行业，技术创新对电网发展具有决定性、根本性的作用。电网发展中不可避免地要遇到各种困难和挑战，必须发挥技术创新的引领和推动作用，依靠科技进步提高电网供电能力、配置能力和经济性。因此应该建立电网设备水平诊断指标体系以更好地支撑电网健康发展。
21)c5-1变压器可用系数。该指标反映各电压等级变压器的可用小时数占比。统计口径：500—110kv。
22)c5-2线路可用系数。该指标反映各电压等级线路的可用小时数占比。统计口径：500—110kv。
23)c5-3变压器强迫停运率。该指标反映各电压等级变压器的强迫停运次数。统计口径：500—110kv。
24)c5-4线路强迫停运率。该指标反映各电压等级线路的强迫停运次数。统计口径：500—110kv。
25)c5-5输变电资产退役设备平均寿命。该指标统计包括变压器、断路器、隔离开关和全封闭组合电器(gis)。统计口径：500—110kv。
26)c5-6智能变电站座数比例。统计口径：500—110kv。
27)c5-7变电站综合自动化率。统计口径：500—110kv。
28)c5-8配电自动化覆盖率。该指标反映该地区实现配电自动化区域10kv线路的比例。统计口径：10kv。
29)c5-910kv电缆化率。统计口径：10kv。
30)c5-1010kv架空绝缘化率。统计口径：10kv(市辖供电区)。
31)c5-1110kv开关无油化率。统计口径：10kv。
电网发展与其在规划、建设、运营的各环节中与电源、负荷、能源资源、土地资源、环境资源等方面所形成的外部环境息息相关。建立电网发展外部环境诊断体系，分析电网发展与经济、能源资源和环境资源的关系，考虑土地、走廊资源的稀缺性，诊断电网发展空间。
32)c6-1装机容量。该指标反映该地区各电压等级电源装机接入容量。统计口径：500—10kv。
33)c6-2不同类型装机容量占比。反映该地区统计期间电源装机结构变化情况，反映随着清洁能源开发技术的突破，经济性和市场竞争力的不断提升，以清洁能源替代化石能源的发展趋势。诊断时应考虑在电力市场环境下，不同地区资源分布、开发成本和技术因素、能源利用难度、环境保护因素、政府政策等方面对本地区电源装机结构造成的影响。统计口径：全网。
34)c6-3全社会用电量。该指标反映统计期间全社会用电量。
35)c6-4统调最大负荷。该指标反映统计期间统调最大负荷。
36)c6-5变电站土地资源裕度。该指标表示变电站发展建设可以利用的土地面积占需要面积的比例，反映变电站土地资源的可用率。计算方法：变电站土地资源裕度＝变电站建设可用土地面积/变电站建设规模相适应需要土地面积。(注：可以利用土地面积是指已纳入城乡发展规划和土地利用规划中的电网建设用地。)
37)c6-6线路走廊土地资源裕度。该指标表示线路走廊发展建设可以利用的土地面积占需要面积的比例，反映线路走廊土地资源的可用率。
38)c6-7可再生能源发电量占比。该指标指电网可再生能源发电量(包括水电、风电、光伏和其他可再生能源)与电源年发电量比值。
39)c6-8碳排放裕度。该指标为地区年碳排放配额结余占碳排放配额的比例，反映地区碳排放裕度。
步骤四、基于网络层次分析法计算各项指标权重ωi；这是确定指标权重是综合评价模型的核心，权重系数的设置反映了对各指标的重视程度。为了更好地描述各指标之间的关联关系，考虑元素间的相互影响与支配，采用网络层次分析法构建电网发展诊断指标体系的anp模型，从而求得指标的权重系数ωi。
所述基于网络层次分析法计算各项指标权重ωi，具体包括：
(1)判断矩阵和排序向量的建立
使用德尔菲法判断电网发展诊断指标体系中各指标的相对重要性，常采用1～9标度法作为判断标准。
设电网发展诊断指标体系中控制层有n个元素b1，b2，…，bn，即相对目标的准则。网络层有n个元素集c1，c2，…，cn，ci中有元素ei1，ei2，…，
若cj中的元素不受ci中元素影响，则wij＝0；
(2)超矩阵的建立
同理，将网络层其他元素集元素的内外关系依次进行比较，可得到由网络层中各元素互相影响的排序向量构成的无权重超矩阵w：
w的每个元素都是矩阵，列和是1，但w不是归一化矩阵，为方便计算需将超矩阵列归一化，即对w的元素加权，得到加权超矩阵；(3)加权超矩阵的计算
在控制层bn准则下，根据网络层各组元素对cj(j＝1，2，…，n)的重要程度进行比较，得到归一化的排序向量：
hj＝[h1j，…，hnj]t
进而可以得到加权矩阵：
将矩阵h和w相乘即为加权超矩阵
(4)超矩阵w稳定处理
计算每个超矩阵的极限相对排序向量：
若该极限收敛且唯一，则原矩阵对应行的值为各指标的权重，通过计算可得各指标的权重值ωi。
步骤五、构建集结模型：构建集结模型的目的在于由各指标的数值和权重系数求得综合评价值，采用线性加权综合的方式构建集结模型：
式中：yj为电网样本j的综合评价值；n为总指标数；xij为电网样本j指标i的指标值；
步骤六、诊断结果展示：提供对诊断结果的直观审视，由综合量化评价值实现对各电网发展状况的横纵向对比外，还由评价过程的中间结果绘制相应的雷达图，根据雷达图形状的对比，可以直观评判各电网发展的优势和不足。
基于上述电网发展诊断方法，分析指标的应用场景，选取220kv层电网适应性评价指标，构建220kv电网发展诊断指标体系的anp结构。其中c1与c3、c7、c17相关联；c2与c4、c6、c18相关联；c3与c7、c17相关联；c4与c6、c18相关联；c8与c17相关联。
以a、b、c、d、e五省2016年220kv电网规划和实际运行数据(表1)为基础，对220kv电网进行发展诊断分析。鉴于部分指标数据较难收集，诊断工作将仅基于现有数据展开，涉及更多指标、更多电压等级的区域电网整体发展诊断分析需进一步加强数据统计收集工作，其诊断流程是在本算例基础上的扩展。
表1五省2016年220kv电网发展诊断相关数据
anp计算过程异常繁复，对于大型系统，基本无法进行手工计算。本发明人采用基于anp理论的专业计算工具superdecisions软件进行权重计算，所得各指标权重如表2所示。
表2指标权重计算结果
基于层次分析法的评价得分如表3所示。诊断结果可以从总体上判断220kv电网发展现状。同时，由诊断过程中间结果绘制相应的雷达图。从雷达图形状的对比可以发现各地区220kv电网的薄弱环节和发展方向。
表3评价结果
由表3及图2可知，e地区220kv电网较其它四地区相比诊断得分最低，电网规模、电网结构发展滞后于社会经济发展和负荷发展需求，电网利用效率较低，建议合理优化分区，加强网络结构建设，着重解决变电容量与负荷的空间分布不均和局部地区供电能力不足等问题，提高电网运行水平；外部环境方面，建设环境变化快，可供电网发展所利用的资源裕度较小，为了积极抢占稀缺资源，满足未来负荷飞跃发展的需求，建议该地区要加大220kv电网投资力度，适度超前开展输变电工程建设。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何属于本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。
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