城市高中壓配電網協調性綜合評價研究*

劉 超 張 鵬 張寓涵 趙 剛 吳延琳 岳園園

（國網陜西省電力公司經濟技術研究院 西安 710075）

1 引言

高壓配電網作為輸電主網的末端，承擔者向中壓配電網提供優質電能的任務；中壓配電網是連接高壓配電網與用電客戶之間的橋梁。高中壓配電網的協調性指的是高壓與中壓兩個電壓等級、不同設備之間的相互匹配與兼容程度。當高中壓配電網中任一環節出現欠協調的問題時，都將會導致配電網出現供電可靠性降低，供電質量下降，供電經濟性差，甚至無法滿足用電客戶的需求［1］。高中壓配電網只有實現較好的協調，才能避免配電系統內部出現供電瓶頸，保持電網運行的可靠性、安全性及經濟性，提高配電網的效益。

城市配電網的協調發展，既包括高壓配電網內部的協調性，又包括中壓配電網內部的協調性。目前，國內外的文獻對電網協調性的研究主要集中于高壓或者中壓配電網的規劃、結構、容量評估以及電網與電源、電網與負荷、電網與社會環境［2］等方面，而缺乏對高壓和中壓配電網兩個電壓等級的協調程度進行研究。

文章充分考慮影響高中壓配電網協調性的多種因素，在傳統的只考慮高壓或者中壓配電網協調程度的基礎上，又考慮了高中壓變壓器容量配比、高中壓線路容量配比以及變電站出線均衡度等三個指標，全面衡量高中壓配電網的配合協調程度。

2 城市高中壓配電網協調性指標體系

高壓配電網的協調性，指的是高壓配電網內部變電站、線路的容量、結構以及負載情況配合的協調程度；中壓配電網的協調性，指的是中壓配電網內部配電變壓器以及配電線路的結構、負載、容量以及間隔利用等指標的合理程度；高中壓配電網的協調性，指的是高壓配電網與低壓配電網之間在變壓器容量、線路容量以及負載與間隔的利用情況等配置的合理性。

本文基于層次分析法，從高壓配電網協調性、中壓配電網協調性以及高中壓配電網協調性［6］三個方面構建指標體系，如圖1所示。

圖1 城市高中壓配電網協調性指標體系

對圖1中的評價指標進行分析，其中，指標定義明確、計算較為簡單的指標計算方法如表1所示，其他指標需要進行指標定義、含義分析以及計算方法需具體介紹。

1）負載均衡性指標［8］

負載均衡性指的是設備負載率相對于均值負載率的均衡程度，可分為變壓器負載均衡性和線路負載均衡性。

表1 部分評價指標的計算方法

設某評估區域內有待評價設備（變壓器或者線路）的數量為N，某個設備i的負載率μi的表達式為

式中，Pi為設備i的負載值，Si為設備i的額定容量。所有設備負載率的均值μavg的表達式

選擇設備負載率標準差δ（其中，變壓器負載率標準差為δT，線路負載率標準差為δL）表征各設備負載率的均衡程度。δ值越大，表明設備負載率偏差越大，設備的負載越不均衡。

將該指標轉換為設備負載均衡性指標A（其中，AT為變壓器負載均衡性指標，AL為線路負載均衡性指標）。

A為正向指標，即A越大，設備負載均衡性越好。

本文中，AT1為110kV主變負載均衡性指標，AT2為10kV配變負載均衡性指標AL1為110kV線路負載均衡性指標，AL2為10kV線路負載均衡性指標。

2）高中壓設備容量協調度［2］

對于城市配電網而言，高壓配電網的設備容量SH即為110kV設備額定容量之和，中壓配電網的設備容量SM即為10kV設備額定容量之和。定義高中壓設備容量配比ε（其中，εT為高中壓變電容量配比，εL為高中壓線路容量配比）：

理論上而言，高壓設備容量與中壓設備容量的比值為1時，二者之間的協調性最好［7］。但考慮負荷同時率等因素的影響，一般取高壓與中壓配電網設備容量的最佳比值ε0為（εT0為高中壓變電最佳容量配比，εL0為高中壓線路最佳容量配比）0.9。ε越接近ε0，則高中壓配電網設備容量協調程度越高。將ε轉換為正向指標，定義高中壓變電容量協調度指標α：

α值越大，則高中壓配電網設備容量協調度越高。

3）變電站出線均衡度

變電站出線均衡度指的是110kV變電站的10kV出線均衡度，定義為變電站10kV間隔利用率與變壓器負載率的比值，該指標的意義在于衡量110kV變電站10kV出線規模的合理程度［9］。該指標為中間值指標，根據文獻［4］，該指標的合理取值為1.2～1.7。變電站出線均衡度越大，表明變電站的10kV間隔利用程度越不充分；變電站出線均衡度越小，表示變電站的10kV間隔的平均負載率越重。

3 城市高中壓配電網協調性指標權重與評分標準

3.1 評價指標權重的確定

指標權重的確定方法包括主觀賦權法和客觀賦權法。主觀賦權法需借助專家經驗進行權重確定，過程簡單，用于指標數較少的情況；客觀賦權法以數學理論為依據，借助數學模型，得到的權重結果客觀量化，消除了人為因素的影響，可用于多指標的權重確定。本文依據主觀賦權法與客觀賦權法的優點與不足，采用基于德爾菲法修正的層次分析法（AHP-Delphi）進行指標權重的確定［5］。該方法的具體步驟如下：

1）對待評估指標體系建立層次結構。對于本文中研究的問題，建立了目標層、準則層及指標層的三層結構。

2）構建評價指標的判斷矩陣。依據AHP理論，對同一層次的m個指標，依據薩蒂的1～9重要性標度方法，建立兩兩比較的判斷矩陣

式中，aij為同層次指標i和j之間相對于上層指標的重要性表征，且aji=1/aij。

3）對判斷矩陣進行指標賦值。引入德爾菲法進行各判斷指標的賦值，由n位行業專家對判斷矩陣A進行獨立賦值，形成n個不同的判斷矩陣。

4）對判斷矩陣進行優化處理。由于專家分析問題的角度不同以及專家經驗的差異，可能使判斷矩陣結果差異較大，數據分析不合理，因此需要對判斷矩陣進行優化處理。具體方法如下：

（1）對n個判斷矩陣的每一組指標求取平均值，形成平均值矩陣Aˉ：

（2）設置判斷閾值的范圍為［0.5aˉij，1.5aˉij］，對每位專家初始判斷矩陣中的相對權重值與平均值矩陣中的數值進行比較，若第k個判斷矩陣中存在數值超過預設閾值的情況，則認為該矩陣數據無效，將該矩陣剔除。最后，得到n'個有效的判斷矩陣。

（3）平均化處理n'個有效的判斷矩陣，得到經過優化處理的判斷矩陣

5）計算優化判斷矩陣的指標權重。

6）評價指標一致性檢驗。若一致性檢驗通過，則得到了評價指標的權重；若一致性檢驗未通過，則重新收集專家的意見，回到步驟2）進行計算，直至一致性檢驗通過為止。

3.2 評價指標的評分

使用德爾菲法對評價指標進行評分，邀請電力系統專家確定指標的評價標準。本文所述的評價指標包含數值越大越好的正向指標、數值越小越好的負向指標和數值在某一區間內為最優的中間值指標［10］。正向指標和負向指標均按照標準分數的間隔進行打分，中間值指標分為低值分數和高值分數，表示中間值指標在某一范圍內最優。評分分數以百分數表示，高壓配電網協調性指標的指標值與評價分數的對應關系［3～4］如表2所示。

表2 高壓配電網協調性的指標值與評價分數的對應關系

由于評價分數是離散的，為使評分分數更易計算，對該離散的評分分數使用Curve Expert工具進行曲線擬合，得到評分函數如表3所示。

在得到指標層各項評價指標的得分以后，按照遞推原則，將各指標的相對權重與評分進行相乘加權求和，依次得到準則層及目標層的最終評分。

表3 高壓配電網協調性的指標評分函數

4 算例

本文選取某城市開發區配電網為例，進行高中壓配電網協調性分析。該區共有110kV變電站4座，主變8臺，變電總容量為400MVA，110kV線路為單輻射接線，110kV變電容載比為2.26，無單線或單變的變電站，有一座變電站主變負載率超過80%，一座變電站為新投運站，負載率在20%以下，其他兩座變電負載率在50%左右；110kV變電站的10kV出線間隔共38個，已利用29個，其中專線間隔9個，公用線路間隔20個。該地區為新開發區域，無35kV電壓等級，10kV公用配變共2632臺，配變容量共452.5MVA，無高損配變；10kV線路均為電纜線路，供電半徑平均為4.2km，有5條線路供電半徑較長；10kV線路均為雙射接線形式，線路間基本實現互聯，但故障情況下負荷無法完全轉供。

依據前述的指標權重及評價分數的確定方法，得到該地區高中壓配電網協調性指標的相對權重及評分，如表4所示。

由表4可計算得到該地區城市高中壓配電網協調性的綜合評價得分是82.0分。其中，高壓配電網協調性得分較高，但110kV主變負載率分布不均衡，存在部分重載或輕載現象中壓配電網協調性指標中，10kV配變負載均衡性得分不高，10kV部分負荷無法轉供；高中壓配電網協調性指標中，高中壓線路容量協調度指標需要進一步提升。在今后的規劃工作中，該地區應考慮進行負荷切改，著力解決地區110kV主變、10kV配變負載分布不均問題，提高負荷可轉供率，更換部分老舊電纜線路，減少重載線路，提高高中壓線路的容量協調程度，進一步保證地區負荷發展。

表4 指標的相對權重及評分

5 結語

高中壓配電網的協調發展是供電可靠性、安全性的重要保證。本文建立了城市高中壓配電網協調性分析的指標體系，使用基于德爾菲修正的層次分析法確定了指標權重，使用德爾菲法進行指標評分，并將離散的評分進行曲線擬合，建立了城市高中壓配電網協調性綜合評價模型。

最后，通過對某地區高中壓配電網進行協調性分析，發現了該地區配電網在高壓與中壓配電網協調發展方面存在的問題，指導該地區配電網的發展建設。實例證明，該評價模型在進行配電網發展協調性方面具有較好的效果，可指導地區配電網的規劃發展。