一种基于配电网可靠性提升的网架评价方法与流程

本发明涉及电网网架的评价领域，尤其涉及基于配电网可靠性提升的网架评价方法。

背景技术：

近年来，全球范围内掀起了智能电网的研究和建设热潮。作为电网的重要组成部分，110kv电网网架的规划、设计、改造工作，有着十分重要的意义。开展110kv电网网架评价指标体系建立的研究工作，通过建立合理的评价指标体系，能够为110kv电网网架的规划提供工作基础，同时依据此能够对现行110kv电网网架进行诊断，对规划设计效果进行检验，为其改造提供有力依据。

110kv电网网架评价属于多属性复杂问题，通常将总目标分解为多级指标，再得到各级指标的权重系数，但多数研究未考虑到权重需主客观结合，因此对评价结果的准确性造成了影响。同时，指标的合理性也有待提高。

技术实现要素：

本发明针对以上问题，提供了一种在110kv电网网架的规划和改造过程中，首先对各指标进行评价，然后对各个方案进行技术经济比较，最终产生评价结果从而选取一个最优方案。通过量化多种定性分析结果，更精确地给出多种方案的综合水平，评价结果更为准确，对110kv电网网架的规划、设计、改造工作有着重要的指导性和依据性作用的基于配电网可靠性提升的网架评价方法。

本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：

包括以下步骤：

1)明确各级指标体系；

2)根据上述步骤1)中的指标内容，基于单点模糊评估的隶属度函数建立评分标准；

3)对上述步骤1)中的各项指标进行权重分配；

4)对上述步骤3)中的分配结果，采用了基于矩估计理论优化组合模型的方法对权重进行综合评价；

5)针对上述步骤1)中的指标，基于上述步骤2)进行评分并结合上述步骤4)中得到的权重自下向上地进行计算得到整个评价对象的综合评分。

步骤1)中的指标内容包括四个一级指标：技术性指标、安全性指标、经济性指标和可行性指标；

其中，技术性指标包括主板负载率和线路负载率两个二级指标；

安全性指标包括“n-1”通过率、同塔双回线“n-2”损失负荷、是否达到网架、短路电流四个二级指标；

经济性指标包括年费用一个二级指标；

可行性指标包括间隔充裕度、是否跨线和站址、路径可行性三个二级指标。

步骤2)利用隶属度函数反映被考察对象某种模糊性质或隶属某个模糊概念的程度，建立一个从论域到[1,5]上的映射。

步骤4)采用了基于矩估计理论优化组合模型的综合评价方法，将主观和客观赋权法相结合，达到主观和客观的统一，完成了权重的分配。

步骤5)在完成各底层指标计算的基础上说明评估对象的整体状况，逐层向上计算，直至得到整个评估对象的综合评分，综合评分计算方法为：

式中，aj^m+1表示结构中第m+1层中某指标xj^m+1的得分，n表示指标xm+1的下一层(m层)指标个数，ai^m表示xj^m+1下属m层的第i个指标xi^m的得分，wi^m则表示指标xi^m权重值。

计算得综合得分值范围为1分～5分，分值越高优化方案越好。

本发明采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：

110kv电网网架评价属于多属性复杂问题，本发明将总目标分解为多级指标，指标选取具有显著的科学性、全面性、代表性、实用性特征；再得到各级指标的权重系数，但多数现有技术未考虑到权重需主客观结合，因此对评价结果的准确性造成了影响，本发明为了既照顾到决策者的主观偏好，又兼顾到评价的客观真实性，采用了基于矩估计理论优化组合模型的综合评价方法，该方法将主观和客观赋权法相结合，达到主观和客观的统一，使得权重分配更具合理性，结果更准确，为110kv电网网架的规划、设计、改造工作起到了重要的指导性和依据性作用。

附图说明

图1是基于配电网可靠性提升的网架评价方法的流程图；

图2是110kv电网网架评价指标结构的示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的技术方案做进一步的详细说明，本发明的核心是基于配电网可靠性提升的网架评价方法，能够为110kv电网网架的规划、设计、改造工作起到重要的指导性和依据性作用：

如图1所示，基于配电网可靠性提升的网架评价方法，包括以下具体步骤：

步骤1)明确各级指标体系的具体内容。指标内容需要具有科学性、全面性、代表性、实用性原则，构成一个整体，既可有效评价电网规划方案的优劣，也可用于现有电网的评价。

如图2所示，为110kv电网网架评价指标结构，主要包含以下4个一级指标：技术性指标、安全性指标、经济性指标、可行性指标，其中：

(1)技术性指标，包括主板负载率和线路负载率2个二级指标。

电网的技术性指标主要体现电网的供电能力，是衡量电网结构是否合理、输配电传送能力是否匹配的重要指标。

①变电站主变压器负载率λti：

式中：pti、sti分别为变压器i的最大负荷和容量。

②线路负载率λli：

式中：pli、sli分别为流过线路i的最大有功潮流和容量。评价等级时按变电站出线负载率最高线路的负载率值计算。

(2)安全性指标，包括“n-1”通过率、同塔双回线“n-2”损失负荷、是否达到网架、短路电流4个二级指标。

电网供电安全性指标是用数值大小来衡量电网安全性方面性质的量。

①“n-1”通过率pn-1：

式中：nn-1、n分别为满足“n-1”的线路条数和线路总数。

②同塔双回线“n-2”情况下的损失负荷δp1：

该指标表示同塔双回架设的线路发生“n-2”故障时，负荷损失的值δp1。

③是否达到目标网架

110kv网应充分利用现有电网结构的资源，因地制宜，因网制宜，逐步形成以链式结构为主的目标网架，减少辐射方式供电。

④短路电流

通过对电网短路电流与短路容量的分析计算，一般是对三相短路电流的计算，评价电网网架结构的合理性、变电站主接线形式以及一次电气设备选型的合理性等，为电网采取限值短路电流措施提供依据。

(3)经济性指标，包括年费用1个二级指标。

经济性指标由年费用f_ann描述，与电网网络损耗和建设成本有关。电网网络损耗指电网在运行期间所造成的损耗，主要考虑电网运行的有功功率损耗；电网建设成本指电网在建设、改建过程中，需要建设变电站和线路而产生的成本。

f_ann＝f_tot×η+f_op_ann(5)

f_tot＝f_t_tot+f_l_tot(6)

f_op_ann＝f_con_ann+f_los(8)

f_con_ann＝0.042×f_t_tot+0.022×f_l_tot(9)

f_los＝a×w_ann(10)

w_ann＝δp×t(11)

式中，f_tot为工程建设总投资，f_t_tot、f_l_tot分别为变电投资和线路投资；η为资金回收系数，i为投资收益率，按8％计算，y为计算期，按25年计算，由此可查表得η值为0.146；f_op_ann为年运行费用，f_con_ann、f_los分别为维护费和网损费，w_ann为全年电能损耗，δp为最大负荷时功率损耗，t为损耗小时数。

(4)可行性指标，包括间隔充裕度、是否跨线、站址路径可行性3个二级指标。

工程实施的难易程度通常需要从接入母线间隔是否充裕，是否需跨越其他线路或铁路、高速、河流等因素决定，并考虑站址和路径的可行性。

步骤2)根据上述步骤1)中的指标内容，基于单点模糊评估的隶属度函数建立评分标准。

步骤2)利用隶属度函数反映被考察对象某种模糊性质或隶属某个模糊概念的程度，建立一个从论域到[1,5]上的映射(即1-5级的评价等级)。

这样，基于单点模糊评估的隶属度函数在计算得到指标的具体数值后，便可获得指标的得分，即某项指标对应其隶属度函数上的一个确定隶属度。

指标的定性描述须通过量化转换成规范的定量数据，这是由不同的底层指标是基于不同含义和目的设计而决定的。另外，量化后的数据往往具有不同的量纲和数量级，需要规范化后才能进行比较或者综合。这种利用一定的标度体系将各种原始数据转化为可用于直接比较的规范化格式就是指标得分标准。

制定指标得分标准的方法采用最为广泛的是模糊隶属度法，利用隶属度函数反映被考察对象某种模糊性质或隶属某个模糊概念的程度，即建立一个从论域(被考察对象的全体)到[1,5]上的映射。实际工程中，隶属度函数通常可以分为成本型、效益型和适中型三类。指标的得分标准实际就是该指标的隶属度函数。隶属度函数多为单点模糊评估，在计算得到指标的具体数值后，直接对照该指标的隶属度函数，便可获得指标的得分，即某项指标对应其隶属度函数上的一个确定隶属度。本发明将典型网架分为5级，分级标准见表1。

表1分级标准

步骤3)对上述步骤1)中的各项指标进行权重分配。

指标权重是指各项考察指标的相对重要性程度及其在整体中所占价值比例的量化数据。平级指标权重之和必等于1，平级指标的权重大小反映其相对于其他指标重要性的高低，一般可用向量表示，如具有n项指标的某层权重可表示为{x1，x2，…，xn}，且x1+x2+…+xn＝1。指标数量不多时，通常由专家直接确定其权重；指标数量较多时，专家很难兼顾全局，此时通常按照两两比较的方式确定其权重大小。

步骤4)对上述步骤3)中的分配结果，采用了基于矩估计理论优化组合模型的方法对权重进行综合评价。

1)设n个评价指标的综合权重向量为a。对于主观权重，如果赋权的数量趋于很大时，由统计学的大数定理可知，其判断的权重向量的综合结果应接近权重向量a；对于客观权重，采用不同的算法得到的结果具有重复性。因此，可以用已有的主、客观权重来估计综合权重向量a。

2)设有k种赋权方法，其中p种为主观赋权法，k-p种为客观赋权法。对于第i个评价指标，由k个权重样本组成了该评价指标的综合权重ai。

组合赋权模型的核心思想是，组合权向量对应的评价值向量与原权向量对应的评价值向量之间的偏差应尽可能小，则组合权重的优化模型为：

式中，gil为第i种赋权法对第i个指标的赋权结果；ai为第i个指标组合后的权重值；fij为由各指标标准化后形成的评判矩阵f的第i行、第j列的值。

为了求解ai，对该模型构造拉格朗日函数l(ai,λ)为：

分别对ai，λ求一阶偏导数，并令其为零：

将式(13)以i＝1，2，…，n分别展开，并形成矩阵形式为：

式中：

e^t＝diag[1,1,…,1]；a^t＝diag[a1,a2,…,an]；

求解矩阵方程得：

式(16)即为由主客观权重组合而得的综合权重向量a＝[a1,a2,…,aj,…,an]。应用模糊评价理论，得到综合评价的隶属度矩阵b。b为m维行向量，m为评价等级数，bj表示评价结果对等级j的隶属度。

经过加权平均计算得到最终的综合评价结果s为：

根据上述综合评价方法得综合评价体系中各指标权重，见表2。

表2综合评价体系各指标权重

步骤5)针对上述步骤1)中的指标，基于上述步骤2)进行评分并结合上述步骤4)中得到的权重自下向上地进行计算得到整个评价对象的综合评分。综合评分计算方法为：

式中，aj^m+1表示结构中第m+1层中某指标xj^m+1的得分，n表示指标xm+1的下一层(m层)指标个数，ai^m表示xj^m+1下属m层的第i个指标xi^m的得分，wi^m则表示指标xi^m权重值。

根据得分标准，计算得综合得分值范围为1分～5分，分值越高优化方案越好。

以扬州某变电站a的网架设计为例，针对上述变电站的优化方案计算综合评价指标，评价两个方案优劣。

计算方案一和方案二的综合评分，如表3～表4所示。

表3方案一综合评分

表4方案二综合评分

由上述结果可以发现，变电站a方案一综合评分高于方案二，方案一优于方案二。

本发明能够量化多种定性分析结果，更精确地给出多种方案的综合水平，评价结果更为准确，为110kv电网网架的规划、设计、改造工作提供重要的指导性和依据性作用。