本发明一种基于供电区域等级划分的多样化供电模式选择方法，属于基于供电区域等级划分的多样化供电模式选择方法
技术领域：
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背景技术：
：随着经济社会的发展，我国城镇化正处于加速发展的阶段，能源的需求还在日益增加，尤其对于电力的需求尤为显著，因此我国电力系统的发展从开始的扩张保电时期，重视输电网的发展，一直到现在经济发展进入新常态，用户越来越重视用电品质，特别是随着电力电子技术及储能领域的发展，使得电网提供多品质的电能成为可能；在保证电网安全稳定运行的前提下，提高并保证配电网用户的高品质用电需求，提供多样化的供电服务，成为城市配电网的发展方向。为实现多样化供电模式，基础在于对供电区域等级的划分，传统的供电区域往往是以行政区域为边界来划分的，这样划分并没有考虑到电网的实际运行情况，简单的通过用行政区划分供电区域会造成电网投资的浪费；即使按照现有标准，电网公司的相关标准规定，只是按照行政级别和负荷密度将供电区域划分成A+、A、B、C、D、E这6类区域，仍然没有实现最优的资源配置和对不同地区配电网的差异化规划，从而使得工作效率低，用户满意度较低。因此，需要设计一种新的基于供电区域等级划分的多样化供电模式选择方法，以提高配电网资源的最优配置，从而提高用户对电网的满意度，同时引导用户有序用电，全面提升配电网的经济效益、运行效益以及风险控制能力。技术实现要素：本发明为了克服现有技术存在的不足，所要解决的技术问题为，提供一种基于供电区域等级划分的多样化供电模式选择方法；为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：一种基于供电区域等级划分的多样化供电模式选择方法，包括以下步骤：步骤一：根据供电区域实际情况设置负荷密度、供电可靠性、电压偏差这三项指标的评分标准，以此来建立供电区域等级划分指标体系；步骤二：利用层次分析原理确定负荷密度，供电可靠性，电压偏差这三项指标的权重，利用加权计算综合分数的方式，根据不同的综合分数将供电区域进行划分，建立供电区域等级划分指标体系；步骤三：在此基础上，分析各供电区域用户对供电品质的需求，从接线模式和电价模式两个方面针对各个供电区域开展多样化供电模式的选择，以满足配电网不同用户对多样化供电的要求；在步骤一中所述负荷密度为每平方公里的平均用电功率，计算公式为：式中，ρ为负荷密度；P为区域内最大负荷功率，单位为MW；S为区域面积，单位为km2；在步骤一中所述的供电可靠性为城市供电系统对用户持续供电的能力，计算时结合实际可测量数据，采用平均供电可靠率指标ASAI，计算公式为：在步骤一中所述的电压偏差为电力供电系统供电电压偏离标称电压的程度，计算公式为：式中，ΔU为电压偏差；U为实际电压；U0为标称电压。在步骤二中所述的层次分析原理为确定同层元素之间的权重，归一化处理指标权重，使得同层元素之间的权重相加之和等于1；根据对各指标的相对重要性进行两两比较，用判断矩阵元素Bij表示指标Ii相对于指标Ij的重要程度，评判规则为：结合判断元素确定单层判断矩阵构造后，计算判断矩阵最大特征值λmax及其对应的特征向量ξ，然后将特征向量做归一化处理，获得同层元素各评价指标相对于上层任一指标重要性的排序权值，此过程为层次单排序；所述矩阵最大特征值λmax及对应的特征向量ξ计算公式为：|λE-B|＝0；(λmaxE-B)ξ＝0；式中：λ为特征值；E为单位矩阵；B为判断矩阵；λmax为最大特征值；ξ为最大特征值对应的特征向量；对构造的判断矩阵进行一致性检验，判断矩阵的一致性比例CR由一致性指标CI与平均随机一致性指标RI的比值确定，计算公式为：式中：CI为判断矩阵是否一致性指标；RI为平均随机一致性指标；CR为判断矩阵的一致性比例；当CR<0.1时，则判断矩阵的一致性在合理范围，否则应对其进行修正；对于判断矩阵阶数不大于2时已具有完全一致性，无需再进行一致性检验；最后由层次分析原理计算得到单层各指标对于总目标的层次总排序权重为：W＝[ω1,ω2,…,ωn]，各指标状态值为S＝[s1,s2,…,sn]T；则最后综合分值的计算公式为：式中：W为各指标的权重值，S为不同区域的指标状态值。在步骤三中所述的接线模式是指城市的中压网络由架空线和电缆线混合组成，中压配电网架的电压等级一般为10kV，接线模式有下列选择：包括：10KV架空单辐射接线模式，10KV架空手拉手接线模式，10KV两分段三联络接线模式，10KV电缆单环网接线模式，10KV电缆双环网接线模式；在步骤三中所述的电价模式是指根据不同的等级的供电区域确定不同的分时电价模式，所述分时电价是一种可行性的需求响应策略，根据区域内的系统负荷水平，将一整天划分为峰时、平时和谷时等多时段，为不同时段制定不同的电费标准；所述分时电价的计算公式为：式中：i表示供电区域的编号；j表示时段，N1为划分的供电区域数量，例如当N1＝6时，表示需要针对6块区域制定分时电价；N2为划分的时段数，例如当N2＝3时，j＝1，2，3分别表示峰、平、谷时的电价，Pij表示在第i号区域的第j时段的费率标准，单位为元/MWh；Po表示基础电价，单位为元/MWh；PRij表示各时段费率标准相对基础电价的浮动比率；针对不同等级供电区域的用户，所述费率标准的计算公式为：Pij＝P0·(1+Uj·PRi)；式中：PRi表示同一供电区域下的分时电价的浮动比率；Uj表示在第i号区域的对应时段费率标准与基础电价间的浮动关系，例如当j＝1，2，3时，Uj值分别为1、0、-1；在峰、平、谷3时段的分时电价下，电力用户日电费支出的计算公式为：式中：C表示用户日电费；Qj(j＝1，2，3)表示一天中各时段的用电量。本发明相对于现有技术具备的有益效果为：本发明基于负荷密度、平均供电可靠率、电压偏差这三项指标对供电区域进行有效划分，并利用层次分析原理设置指标权重，相对于原来依据行政级别和负荷密度划分供电区域更加科学合理，为后续的多样化供电模式的建立奠定了坚实的基础，在此基础上确定的多样化供电模式可以使不同用户的多样化用电需求得到满足，减少电网投资的浪费，从而实现了在特定地区最优的电网资源配置和不同地区配电网的差异化规划。附图说明下面结合附图对本发明做进一步说明：图1为本发明方法的流程示意图；图2为图1所示流程示意图中多样化接线模式中的10KV架空单辐射接线模式；图3为图1所示流程示意图中多样化接线模式中的10KV架空手拉手接线模式；图4为图1所示流程示意图中多样化接线模式中的10KV两分段三联络接线模式；图5为图1所示流程示意图中多样化接线模式中的10KV电缆单环网接线模式；图6为图1所示流程示意图中多样化接线模式中的10KV电缆双环网接线模式；图7为本发明实施例表示出的某地区未划分的供电区域示意图；图8为本发明实施例表示出的某地区划分后的供电区域示意图；图9为本发明实施例表示出的某地区划分后的各供电区域日负荷曲线示意图。具体实施方式下面结合附图对本发明作更进一步的说明，进一步阐明本发明，应理解这些实施例仅是本发明的优选实施方式，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种不脱离本发明原理的修改均落于本申请所附权利要求所限定的范围。本发明针对目前配电网系统的多样化供电模式的研究空白，相关的研究只是从供电区域的划分、变电站的最优供电半径或者是不同的接线模式上进行考虑，本发明根据供电区域实际情况设置负荷密度、供电可靠性、电压偏差这三项指标的评分标准，以此来建立供电区域等级划分指标体系；再利用层次分析原理确定负荷密度，供电可靠性，电压偏差这三项指标的权重，利用加权计算综合分数的方式，根据不同的综合分数将供电区域进行划分，建立供电区域等级划分指标体系；在此基础上，分析各供电区域用户对供电品质的需求，重点从接线模式和电价模式两个方面针对各个供电区域开展多样化供电模式的选择，以满足配电网不同用户对多样化供电的要求；最后，利用某地区的配电网实际算例来验证所提方法的有效性和合理性。本发明的一种基于供电区域等级划分的多样化供电模式选择方法，包括以下步骤：步骤一：根据供电区域实际情况设置负荷密度、供电可靠性、电压偏差这三项指标的评分标准，以此来建立供电区域等级划分指标体系，具体为：在步骤一中所述负荷密度是表征负荷分布密集程度的量化参数，负荷密度指标对供电区域界限的划分和选取过程起着至关重要的作用，并且负荷密度较其他指标更易获取。负荷密度是用每平方公里的平均用电功率的数值来表示：式中，ρ为负荷密度；P为区域内最大负荷功率，单位为MW；S为区域面积，单位为km2。结合实际算例，设置如下的负荷密度评分标准。评分等级评分标准＞2090～100(15，20]80～90(10，15]70～80(5，10]60～70(0，5]＜50在步骤一中所述的供电可靠性指城市供电系统对用户持续供电的能力，结合实际可测量数据，这里采用供电可靠性多项指标中的平均供电可靠率指标(AverageServiceAvailabilityIndex，ASAI)划分的供电可靠性评分标准：结合实际算例，设置如下的平均供电可靠率的评分标准：评分等级评分标准＞99.999％90～100(99.99％，99.999％]80～90(99.9％，99.99％]60～80＜99.9％＜50在步骤(1)中所述的电压偏差是指电力供电系统供电电压偏离标称电压的程度，表示为：式子中，ΔU为电压偏差；U为实际电压；U0为标称电压；结合实际算例，设置如下的电压偏差的评分标准。评分等级评分标准≤1.590～100(1.5，3]80～90(3，4.5]70～80(4.5，6]60～70(6，8]＜50步骤二：再利用层次分析原理确定负荷密度，供电可靠性，电压偏差这三项指标的权重，利用加权计算综合分数的方式，根据不同的综合分数将供电区域进行划分，建立供电区域等级划分指标体系；具体为：在步骤二中所述的层次分析原理是用来确定同层元素之间的权重，归一化处理指标权重，使得同层之间元素的权重相加之和等于1；根据对各指标的相对重要性进行两两比较，用判断矩阵元素Bij表示指标Ii相对于指标Ij的重要程度。结合判断元素的确定，单层判断矩阵构造后，计算判断矩阵最大特征值λmax及其对应的特征向量ξ，然后将特征向量归一化处理，获得同层各评价指标相对于上层某一指标重要性的排序权值，此过程即为层次单排序；所述矩阵最大特征值λmax及对应的特征向量ξ计算公式为：|λE-B|＝0；(λmaxE-B)ξ＝0；式中：λ为特征值；E为单位矩阵；B为判断矩阵；λmax为最大特征值；ξ为最大特征值对应的特征向量；结合实际算例，设置判断矩阵为：根据上述的判断矩阵列特征方程，得到特征根，其中最大的特征根为：λmax＝3，最大特征值对应的特征向量为：ω＝[313]T；归一化处理最大特征值对应的特征向量，得到三项指标的权重向量：W＝[0.430.140.43]T。构造的判断矩阵应进行一致性检验。判断矩阵的一致性比例CR由一致性指标CI与平均随机一致性指标RI的比值确定，其中，式中：CI是判断矩阵是否一致性指标；RI为平均随机一致性指标；CR判断矩阵的一致性比例；当CR<0.1时，则判断矩阵的一致性在合理范围，认为上述的权重设置是正确的，无需进行修复。由层次分析原理(AHP)计算得到单层各指标对于总目标的层次总排序权重为W＝[ω1,ω2,…,ωn]，各指标状态值为S＝[s1,s2,…,sn]T，则最后综合分值为：式中：W为各指标的权重值；S为不同区域的指标状态值。步骤三：在此基础上，分析各供电区域用户对供电品质的需求，重点从接线模式和电价模式两个方面针对各个供电区域开展多样化供电模式的选择，以满足配电网不同用户对多样化供电的要求；具体为：在步骤三中所述的接线模式是指一般城市的中压网络由架空线和电缆线混合组成；而中压配电网架的电压等级一般为10kV；不同等级的供电区域对配电网接线模式的要求也不一样。结合实际算例，分别确定不同等级区域的多样化接线模式有下列选择，如图2至图6所示：分别为10KV架空单辐射接线模式、10KV架空手拉手接线模式、10KV两分段三联络接线模式、10KV电缆单环网接线模式、10KV电缆双环网接线模式。在步骤三中所述的电价模式是指根据不同的等级的供电区域确定不同的分时电价模式，从而更利于资源的最优配置和用户的统一管理；分时电价是一种可行性的需求响应策略，它根据区域内的系统负荷水平，将一整天划分为峰时、平时和谷时等多时段，为不同时段制定不同的电费标准。分时电价可表示为：式子中：i表示供电区域的编号；j表示时段，N1为划分的供电区域数量，当N1＝6时，表示需要针对6块区域制定分时电价；N2为划分的时段数，当N2＝3时，j＝1，2，3分别表示峰、平、谷时的电价，Pij表示在第i号区域的第j时段的费率标准，元/MWh；Po表示基础电价,元/MWh；PRij表示各时段费率标准相对基础电价的浮动比率。针对不同等级供电区域的用户，设置不同的费率标准为：Pij＝P0·(1+Uj·PRi)；式子中：PRi表示同一供电区域下的分时电价的浮动比率；Uj表示在第i号区域的对应时段费率标准与基础电价间的浮动关系，j＝1，2，3时，其值分别为1、0、-1。在峰、平、谷3时段的分时电价下，电力用户日电费支出可表示为：式中：C表示用户日电费；Qj(j＝1，2，3)表示一天中各时段的用电量。下面以某地区实际配电网算例作为实施例，验证本发明所提规划方法的有效性和合理性。以某地区的配电网实际算例来进行分析，根据电网配电网技术导则，判断该地区大致属于B类负荷，但因为有大量重要负荷，如医院、政府机关等用电单位，同时也包括有大型工业负荷等一些用电大户，上述供电区域如图7所示，各块区域的具体指标数值详见下表：根据层次分析法对三项指标权重的确定，供电区域进行等级的划分，从而为后续多样化供电提供基础；根据上述的各项指标数据，结合各指标权重计算综合分数得到的划分结果如图8和下表所示：根据上述供电区域划分的结果，结合各个供电区域在某个典型日的负荷曲线，如附图9所示，从接线模式和电价模式两个方面得到针对各个供电区域的多样化供电模式，针对划分完的六块供电区域采用的多样化供电模式具体如下表所示：结果分析：结合上述表格中不同供电区域的得分区间和多样化供电模式的选择，可以看出，加权得分高的一号、三号供电区域，接线模式采用的是电缆双环线以满足一号、三号供电区域用户对电能的高品质需求，与此同时，同水平下，分时电价也要相应的比其他供电区域的电价要高；而对于加权得分较低的六号供电区域，采用架空手拉手接线模式，并且从经济性的角度考虑，未采用分时电价的模式，电价也相应的不高于比其他区域的平时电价；对每一供电区域选取合理的接线模式和电价模式，从而满足不同配电网用户对不同品质用电的需求，提供多样化的供电服务，以实现现代化城镇建设的要求。供电区域划分直接影响着配电网的建设标准，是差异化配电网规划和典型供电模式的基础。可见，本发明提出了一种基于供电区域等级划分的多样化供电模式选择方法，首先提出了一种适合现代化城镇建设的供电区域等级划分方法，其结果要比直接利用国网技术导则的行政区域和负荷密度划分更可靠和准确；通过采用层次分析法确定负荷密度、平均供电可靠率以及电压偏差三项指标的权重，利用加权计算综合分数，将22个小供电区域合理地划分为六个供电块，供电块内的各项指标差异较小，彼此相互紧密联系，供电区域间的各项指标存在着一定较大的差异；接着，分析了各供电区域用户对供电品质的需求，重点从接线模式和电价模式两个方面针对各个供电区域开展多样化供电模式的选择，并结合实际算例验证了该方法的合理性和可行性；从而以最有效、最便捷的方式达到满足整个地区配电系统的精益化规划的需求；为未来配电网规划的研究提供一定的参考意义。当前第1页1 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