一种基于网格化规划的配电网精准投资方法与流程

本发明涉及一种基于网格化规划的配电网精准投资方法。

背景技术：

1、时代的蓬勃发展离不开电力系统，配电网作为电力系统的末端，直接和城市用户联系，在城市能源供给和电力消费中扮演着至关重要的角色。配电网投资作为配电网发展的重要指引、电网建设的关键环节，不仅要适应电网发展建设智能化、精细化的趋势，同时也要满足用户可靠用电和用电质量的需求。制定科学有效的配电网投资分配方法有助于提高配电网各项运行指标水平、优化资源利用、提高电力供应可靠性、支持可再生能源集成、推动智能电网建设，并促进可持续发展，为电力行业和社会带来巨大的经济效益。

2、在配电网建设需求逐年攀升，但配套建设资金无法满足巨大需求的背景下，配电网投资决策必须从投资必要性、投资规模、投资方向、投资结构、投资成本与收益等方面综合统筹与针对性取舍。而目前我国配电网投资建设存在投资规模不足、投资结构不合理、信息化应用不足等难点问题，产生部分低效投资，导致局部配电网存在变电站之间互相联系复杂、部分供电区域过大、电源与负荷失调等诸多问题。这不仅增加了设备故障处理的难度，而且使供电主体对外优质服务形象受损。为了解决这些问题，需要通过加强科学管理、提高技术水平、完善制度体系等方面的努力。

3、随着配电网规划技术的不断发展，配电网网格化规划方法为制定配电网精准投资策略提供了重要的思路和技术手段。电网公司依据相关导则中的技术条款要求，结合各地区特点，并考虑可靠性需求、用电负荷发展、负荷性质、重要用户构成、变电站供电范围的完整性、与地方规划有效衔接等因素，在a+、a、b、c、d类供电区域划分结果的基础上，构建了供电分区、供电网格、供电单元三级层次的配电网网格化规划框架，对应不同电网规划层级，各层级间相互衔接、上下配合。划分出的各供电网格内都采用标准接线方式，互相之间无论在地理上还是在电气上都相对比较独立，每个网格独自承担着区域内的正常供电需求，能够保证用电可靠性的基本要求，并为日后可能出现的负荷增长需求提供备用容量，表现出网络清晰、联络有序、负荷均衡等特点。上述网格规划方法将复杂的庞大供电区域划分成若干个相对独立的供电网格，以网格为单位进行规划和管理，将大幅提高配电网的建设和维护效益，有利于配电网精益化管理。

4、综上，深化网格化规划技术对于解决当前配电网精准投资中缺乏有效的决策支撑手段与全面统筹手段、管理局限性等问题具有重要意义。对基于网格化管理的配电网投资分配方法进行深入研究和探索，将有利于电网各项规划的有机衔接，使项目安排科学合理，不重不漏，精准解决薄弱问题，推动清洁替代、电能替代战略实施，适应内外部改革发展新形势。

5、当前不足之处：国家和电网公司投入大量资金用于配电网升级改造，然而当前配电网投资分配与项目审批并无完善标准，通常由历史数据或各地上报的资金需求确定投资金额的分配，但由于各地区电网规模及运行水平不同，因此常常导致资金分配不均，部分地区电网改造项目搁置，投资利用效率降低等问题出现。当前配电网投资分配策略的相关研究多为设定不同类型的配电网投资评价体系，并通过综合得分对电网资金分配进行决策，通常属于“自上而下”的投资模式，但配电网“自上而下”的投资模式更注重整体规划和长远战略，决策流程相对集中和刚性，容易忽视底层的维护和更新需求，从而造成资金和资源的不均衡分配，导致某些部分的配电网设施老化、故障风险增加，影响整体运营的可靠性和安全性。总体而言，当前的研究多聚焦于针对配电网整体或单个供电网格的规划进行分析，没有考虑网格规划与配电网规划之间的互相影响，无法实现“由下而上、上下结合”的发展要求。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种基于网格化规划的配电网精准投资方法，给出了一种配电网“自下而上”的投资模式，该模式更注重底层实践和问题解决，决策流程相对更加灵活和参与性强，可以确保投资资源得到最大程度的利用，满足实际需求，并有效推动配电网的持续改进和创新。

2、为实现上述目的，本发明的技术方案是：一种基于网格化规划的配电网精准投资方法，包括：

3、(1)考虑经济性与可靠性的多优化目标与各类网格指标约束，基于由网格历史数据计算出的投资效益关系矩阵来建立网格投资的多目标规划模型，利用nsga-ii算法求解得到每个供电网格的最优pareto投资曲线；

4、(2)采用组合赋权技术确定配电网量化评价指标体系的权重；

5、(3)各网格基于求解出的所有最优pareto投资曲线，综合考虑总投资金额限制、网格指标约束与网格得分，得到最终的配电网最优投资分配方案。

6、在本发明一实施例中，所述(1)中，结合配电网特征，在配电网诊断分析的总体框架下，衔接网格化规划的特征，在供电网格层面以可量化可获取、构成简洁清晰、指标相对独立的原则选取具有典型代表性、能够反映配电网发展状况的指标，建立网格评价指标体系，包括安全可靠、绿色智能、经济高效3大维度，细分供电质量、供电能力、网架结构、智能互动、绿色发展和经济高效6个方面，共计24个三级指标。

7、在本发明一实施例中，所述(1)中，网格投资的多目标规划模型具体如下：

8、(1.1)投资效益关系矩阵

9、通过配电网历史投资数据及具体指标数据，实现配电网投资与具体指标之间的量化分析；其中投资分类从安全可靠、绿色智能和经济高效三个维度进行设置，将三个维度的投资金额分别用x1、x2、x3表示，细分成的24个三级指标数据分别用f1、f2、…、f23、f24表示；基于此，采用历史数据进行计算，得到变化量δx1、δx2、δx3与δf1、δf2、…、δf23、δf24；根据网格划分原则，城市电网已被划分为n个供电网格，由公式(1)求解各个网格的投资效益关系矩阵，得到网格三级指标变化与对应大类的投资成本变化之间的基本函数关系，实现配电网投资与指标之间的量化分析；

10、

11、式中：为投资效益关系矩阵，通过对各网格历史数据的统计和分析得到；

12、(1.2)多目标函数

13、在进行网格规划时，需要同时考虑经济性和可靠性目标，其中可靠性目标由各三级指标表示，以户均停电时间f1为例，对第n个供电网格的规划进行分析，网格规划的经济性目标y1与可靠性目标y2分别如公式(2)、(3)所示：

14、

15、y2＝max(δf1,n)   (3)

16、式中：xm,n为第n个供电网格的规划中对第m类投资的投资额；δf1,n为第n个供电网格在投资改造前后户均停电时间的变化值；其他三级指标数据的多目标函数建立方式与户均停电时间f1相类似；

17、(1.3)约束条件

18、供电网格的规划问题需要考虑投资额及可靠性的约束，如公式(4)、(5)所示：

19、

20、

21、式中：xn_max、xn_min分别为相应网格规划的投资金额上下限；fi,n为规划的三级指标数据，其中i＝1,2,…,24；分别为对应三级指标的期望值上限；分别为对应三级指标的期望值下限。

22、在本发明一实施例中，所述(1)中，利用nsga-ii算法求解得到每个供电网格的最优pareto投资曲线的具体方式为：

23、采用nsga-ii算法求解所有供电网格关于经济性目标y1与可靠性目标y2的最优pareto投资曲线，其中，可靠性目标y2在每一次求解完成后将f1依次更改为f2、…、f23、f24，并根据指标性质对应修改max或min，再进行求解；最终，每个网格将得到24条最优pareto投资曲线，对各曲线进行多项式拟合，得到各网格的最优投资曲线方程，如公式(6)所示：

24、

25、式中：为第n个网格的第i个三级指标规划值与总投资规划额的最优函数关系；xn为第n个供电网格的总投资规划额。

26、在本发明一实施例中，所述(2)具体实现方式为：

27、综合考虑主客观赋权法的优缺点，结合层次分析法和变异系数法，确定各三级指标的综合权重；

28、(2.1)主观赋权

29、获取专家线下对于各三级指标，根据预设标度的评分信息，构建比较矩阵，如公式(7)所示：

30、

31、其中，对角线元素均为1，aij为第i个指标对于第j个指标的标度，n为三级指标个数；

32、将比较矩阵的每一列元素进行归一化处理，如公式(8)所示：

33、

34、将每一列经归一化处理后的比较矩阵按行相加，得到初始主观权重α'i，如公式(9)所示：

35、

36、对初始主观权重进行归一化处理，得到最终主观权重矩阵α，如公式(10)所示：

37、α＝[α1,α2,…,αn]t   (10)

38、式中：αi(i＝1,2,…,n)为第i个指标的主观权重值；

39、(2.2)客观赋权

40、建立包含m个受资单位，n个三级指标值的原始矩阵，如公式(11)所示：

41、x＝[aij]m×m   (11)

42、对于供电可靠率指标和综合电压合格率指标，通过前沿距离方式调整参数对标准类指标数据进行弱化处理，如公式(12)所示：

43、qyj＝100％-aj   (12)

44、式中：qyj为第j个指标的前沿距离，aj为供电可靠率指标或综合电压合格率指标；

45、由此得到标准化矩阵，如公式(13)所示：

46、k＝[bij]m×n   (13)

47、对于各三级指标，根据各受资单位计算标准差，如公式(14)所示：

48、

49、其中，m为受资单位总数，bij为第i个受资单位的第j个三级指标标准化数值，为各单位第j个三级指标标准化数值的平均值，dj为第j个三级指标的标准差；

50、由公式(15)计算各三级指标的变异系数cvj：

51、

52、得到最终客观权重矩阵β，如公式(16)所示：

53、β＝[β1,β2,…,βn]t   (16)

54、其中，

55、式中：βj(j＝1,2,…,n)为第j个指标的客观权重值；

56、(2.3)综合权重

57、根据最终主观权重矩阵α与客观权重β，计算各三级指标的综合权重w，如公式(17)所示：

58、

59、其中，λ1和λ2分别为预设的层次分析法的加权系数和预设的变异系数法的加权系数。

60、在本发明一实施例中，所述(3)具体实现方式为：

61、(3.1)指标评分

62、(3.1.1)指标投资相关性

63、对各指标从投资角度确定指标正负向，即对其进行投资相关性判断；若指标值越大为越需要投资的情况，则将该指标视为正向；若指标值越小为越需要投资的情况，则将该指标视为负向，共有正向指标14个，负向指标10个；

64、(3.1.2)指标目标值

65、基于收集到的所有网格的各指标数据，得到不同分区的各指标目标值；

66、(3.1.3)指标扣分依据

67、基于各指标投资相关性，得到指标扣分依据；

68、(3.2)确定配电网投资方案

69、由各网格最优投资曲线方程，即公式(6)，其自变量为网格投资金额，因变量为各指标优化值；在有投资金额上下限的约束下，逐渐改变自变量xn，通过函数得到对应的f1,n、f2,n、…、f23,n、f24,n，指标优化值应满足指标约束，如公式(5)所示；将其与投资前的指标对比，通过指标扣分依据与确定的配电网量化评价指标体系的权重，计算得到投资后的各网格得分，进而求和得到总得分。

70、在结合各县投资金额的约束下，利用遗传算法求解总得分最高时对应的各网格投资金额。投资规划考虑如公式(18)所示的投资额约束，其目标函数如公式(19)所示。

71、xn'_min≤∑xn≤xn'_max,n∈n'   (18)

72、

73、式中：xn'_max、xn'_min由经验人为规定的第n’个县的投资金额上下限，sn为第n个供电网格得到投资后的得分。

74、即通过对比不同投资金额下的总得分，输出总得分最高时对应的投资金额。

75、相较于现有技术，本发明具有以下有益效果：本发明方法以网格为单位建立“自下而上”的城市配电网投资分配模型，不仅可以满足电网发展的差异化需求，而且可以实现针对提升各方面性能的精准化投资，提升城市配电网的投资效益，具有较好的经济性。