配電網(wǎng)設(shè)備立項需求迫切度量化評價方法

戚沁雅，安 義，劉發(fā)勝，歐陽文華，劉 蓓

（1.國網(wǎng)江西省電力有限公司電力科學(xué)研究院，江西南昌330096；2.國網(wǎng)江西省電力有限公司，江西南昌330077）

0 引言

配電網(wǎng)項目的特點(diǎn)是“體量大、數(shù)據(jù)雜、效率低”，相對于主網(wǎng)，配電網(wǎng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜、設(shè)備繁多、差異性大，從立項到投運(yùn)的全過程都依賴線下報送數(shù)據(jù)和人工主觀經(jīng)驗，缺乏系統(tǒng)性的評價方法，導(dǎo)致立項必要性、項目成效往往不能客觀評價，項目未能有效解決實際突出問題，難以保證投資的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益[1-2]。

隨著配電自動化、用電信息采集等業(yè)務(wù)系統(tǒng)的推廣，配網(wǎng)中會產(chǎn)生指數(shù)級增長的海量異構(gòu)、多態(tài)的數(shù)據(jù)，傳統(tǒng)利用人工主觀經(jīng)驗決策配網(wǎng)投資的工作模式已不再適應(yīng)。從公司長遠(yuǎn)發(fā)展來看，配網(wǎng)全業(yè)務(wù)管理理念和精準(zhǔn)投資理念不斷深入，通過數(shù)字化、智能化建設(shè)支撐配電網(wǎng)全業(yè)務(wù)鏈管理體系，已成為配電網(wǎng)科學(xué)發(fā)展的必然選擇。

基于上述現(xiàn)狀，文中提出了配電網(wǎng)設(shè)備立項需求迫切度量化評價方法。從實際問題出發(fā)，對配電網(wǎng)建設(shè)、運(yùn)行真正關(guān)注的問題梳理分類，通過數(shù)據(jù)中臺自動收集各業(yè)務(wù)系統(tǒng)中的相關(guān)問題，納入運(yùn)行、網(wǎng)架、發(fā)展問題庫，分離出問題中的立項因子，進(jìn)一步分析以量化每臺設(shè)備的立項迫切度，篩選出真正需要立項的設(shè)備，輔助決策人員為項目需求排序，提升配電網(wǎng)投資效率和效益。

1 配電網(wǎng)問題自動歸集方法

配電網(wǎng)設(shè)備立項需求迫切度量化評價旨在針對所有存在問題的設(shè)備，全面反映問題的嚴(yán)重程度，以此為設(shè)備立項需求排序，為投資決策提供正確導(dǎo)向。評價結(jié)果的準(zhǔn)確性取決于問題收集的真實性和全面性，因此，仍沿用以往人工收資的方式是不可取的，有必要建立適用于實際項目評價的問題指標(biāo)體系，集成信息化手段實現(xiàn)問題的自動收集。

通過系統(tǒng)、離線等方式收集近兩年全省配電網(wǎng)歷史項目基本資料，構(gòu)建配電網(wǎng)歷史項目數(shù)據(jù)集，基于數(shù)據(jù)集分析挖掘江西歷年項目特點(diǎn)，參考Q/GDW 1738—2012《配電網(wǎng)規(guī)劃設(shè)計技術(shù)導(dǎo)則》、Q/GDW 10370—2016《配電網(wǎng)技術(shù)導(dǎo)則》等標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，對配網(wǎng)問題進(jìn)行梳理分類，將問題歸集于10 kV 線路和臺區(qū)兩類設(shè)備，對于不同設(shè)備，需要立項的問題主要有三類：解決配電網(wǎng)運(yùn)行突出問題、完善目標(biāo)網(wǎng)架和滿足新增負(fù)荷的需求。

配電網(wǎng)運(yùn)行突出問題主要包括配電網(wǎng)動態(tài)出現(xiàn)的、已經(jīng)引起停電或有可能引起停電的運(yùn)行類問題，對于此類問題應(yīng)全部納入問題庫。目標(biāo)網(wǎng)架的完善應(yīng)貫徹“網(wǎng)格化、單元制”管理理念，重點(diǎn)關(guān)注未達(dá)到目標(biāo)網(wǎng)架要求或未達(dá)到相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求的網(wǎng)架類問題，對于此類問題應(yīng)參考標(biāo)準(zhǔn)并結(jié)合地區(qū)現(xiàn)狀納入問題庫。滿足新增負(fù)荷的需求包括需配合市政規(guī)劃建設(shè)或電網(wǎng)不滿足地區(qū)未來經(jīng)濟(jì)發(fā)展需求的問題，主要將對應(yīng)園區(qū)、業(yè)擴(kuò)、分布式光伏、小水電等接入需求的發(fā)展類問題納入問題庫。問題具體分類如下：

1）10 kV 配電線路：運(yùn)行類問題主要有線路跳閘等故障導(dǎo)致的停電、配電線路重過載、頻繁停電投訴、線路缺陷隱患；網(wǎng)架類問題主要有配電線路不滿足聯(lián)絡(luò)或“N-1”校驗、線路運(yùn)行年限長、供電半徑長、分段數(shù)不足、線路不滿足絕緣要求；發(fā)展類問題主要有線路可開放容量不足、不滿足負(fù)荷增長需求、配合市政規(guī)劃。

2）10 kV 配電臺區(qū)：運(yùn)行類問題主要有臺區(qū)出口低電壓、臺區(qū)重過載、臺區(qū)（低壓）頻繁停電投訴、低電壓投訴及用戶低電壓、臺區(qū)及低壓缺陷隱患；網(wǎng)架類問題主要有臺區(qū)運(yùn)行年限超標(biāo)、出口兩相供電、低壓線路不滿足絕緣要求、低壓供電半徑長；發(fā)展類問題主要有臺區(qū)可開放容量不足、戶均容量低、不滿足負(fù)荷增長需求、配合市政規(guī)劃。

針對配電網(wǎng)的發(fā)展現(xiàn)狀和需求，文中確立了配網(wǎng)問題庫建庫規(guī)則，將問題歸集于10 kV 線路和臺區(qū)兩類設(shè)備，并分成運(yùn)行、網(wǎng)架、發(fā)展三大類，從立項源頭規(guī)范問題管理，以設(shè)備為紐帶建立項目與問題關(guān)聯(lián)關(guān)系，通過數(shù)據(jù)中臺自動收集各業(yè)務(wù)系統(tǒng)中的相關(guān)問題，為項目需求綜合分析提供科學(xué)依據(jù)。

2 配電網(wǎng)設(shè)備問題-需求模型構(gòu)建

2.1 問題運(yùn)維和立項因子區(qū)分

為實現(xiàn)配電網(wǎng)精準(zhǔn)投資的目標(biāo)，項目投資應(yīng)堅持效率效益優(yōu)先原則，通過分離問題中的運(yùn)維和立項因子，區(qū)分出真正需要安排項目解決的問題，可為發(fā)展策劃部門提供正確導(dǎo)向。

對于納入問題庫的所有問題類型，其導(dǎo)致問題發(fā)生的因素都可以看作由兩部分構(gòu)成，分別是外界因素和內(nèi)在因素。外界因素是指天氣、環(huán)境、人為等原因，當(dāng)問題的發(fā)生為主要受到外界因素影響，如車輛撞桿導(dǎo)致線路跳閘，故障原因可分類為運(yùn)維因子。內(nèi)在因素是指設(shè)備本身存在缺陷，如負(fù)荷突增導(dǎo)致的配變過載，過載原因是配變?nèi)萘坎蛔?，對于這類問題應(yīng)分類為立項因子。此外，對于已投產(chǎn)運(yùn)行的10 kV 及以下單一設(shè)備及附屬設(shè)備進(jìn)行改造的工程原則上不列入配電網(wǎng)項目需求，通過技改大修項目解決，即在本文中這類問題應(yīng)分類為運(yùn)維因子。

基于上述分析，在區(qū)分問題中的運(yùn)維和立項因子時，可初步將網(wǎng)架、發(fā)展類問題劃分為立項因子，運(yùn)行類問題根據(jù)問題原因分類，問題原因中外界因素占主要則劃分為運(yùn)維因子，問題原因中內(nèi)在因素占主要則劃分為立項因子。

表1 配電網(wǎng)問題運(yùn)維和立項因子分類

2.2 構(gòu)建問題-需求數(shù)學(xué)模型

對問題庫中各類問題的運(yùn)維因子和立項因子初步分離后，為分辨出更需要立項的設(shè)備，應(yīng)對立項因子做進(jìn)一步分析，量化問題的嚴(yán)重程度，通過對一臺設(shè)備下所有問題立項因子的量化歸一計算，可構(gòu)建設(shè)備問題-需求數(shù)學(xué)模型，對設(shè)備立項迫切度量化評價，依據(jù)評價結(jié)果對項目需求排序，優(yōu)選出急需立項的設(shè)備。

要建立設(shè)備問題-需求數(shù)學(xué)模型，關(guān)鍵步驟有兩點(diǎn)：一是確定每類問題閾值，從而得到各類問題指標(biāo)的量化評價方法；二是設(shè)置權(quán)重以表征指標(biāo)的重要程度。

將某設(shè)備的問題-需求數(shù)學(xué)模型表述為：

式中，R（t）為設(shè)備立項迫切度，迫切度越高表明設(shè)備健康狀態(tài)越差、問題越嚴(yán)重，立項需求越強(qiáng)烈；Qi（t）為設(shè)備第i個問題評估得分，得分越高表明該項問題越嚴(yán)重；Wi（t）為指標(biāo)權(quán)重，表征每項指標(biāo)對于設(shè)備立項的作用力度。

利用大數(shù)據(jù)統(tǒng)計方法確定問題閾值時，應(yīng)考慮到問題相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范，對于網(wǎng)架、發(fā)展類問題，重點(diǎn)關(guān)注可能導(dǎo)致的運(yùn)行突出問題或其他不利后果。如戶均容量低問題，與之相關(guān)的主要有兩個方面，一是按照“十三五”規(guī)劃，戶均配變?nèi)萘繎?yīng)不低于2 kVA，二是戶均容量不足導(dǎo)致的不利結(jié)果通常是用戶低電壓。以江西電網(wǎng)為例，經(jīng)統(tǒng)計2019年464臺低電壓投訴臺區(qū)的平均戶均容量為1.1 kVA，戶均容量小于2 kVA 的被投訴臺區(qū)占84.3%，根據(jù)戶均容量問題待解決迫切程度，可將戶均容量按百分制折算，并設(shè)置兩個閾值1 kVA 和2 kVA，戶均容量小于1 kVA 單項問題得分100，戶均容量評估得分可表述為：

式中，x為被評估設(shè)備戶均容量。

值得注意的是，由于受到地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展和電網(wǎng)建設(shè)水平影響，部分指標(biāo)計算出來的結(jié)果可能存在較大地域差異性，因此在確定問題閾值時應(yīng)考慮地區(qū)因素。

為得到設(shè)備整體的問題-需求關(guān)系，需為各項指標(biāo)賦權(quán)。指標(biāo)權(quán)重可采用層次分析法[3-5]計算，把區(qū)域按照A、B、C、D 四類劃分，邀請不同單位的專家對各級指標(biāo)打分，基于單個專家打分計算出各項指標(biāo)權(quán)重，其結(jié)果以向量形式表現(xiàn)，通過多位專家打分則能夠得到指標(biāo)權(quán)重矩陣：

式中所表述的為第j類地區(qū)（j=1，2，3，4，分別對應(yīng)A、B、C、D四類地區(qū)），n為問題數(shù)，m為參與打分的專家數(shù)，每個專家對所有問題打分的結(jié)果為一個列向量。運(yùn)用代數(shù)平均法對上式按列平均，求得平均值ai：

對ai（i=1，2，…，n）歸一化處理，得到第i項指標(biāo)的權(quán)重系數(shù)wi：

基于群體決策確定指標(biāo)主觀權(quán)重，再選取配電網(wǎng)項目資料樣本，挖掘?qū)嶋H項目立項與各項影響因素的關(guān)系，對結(jié)果進(jìn)行修正，得到最終的指標(biāo)權(quán)重集。

為便于實際工程應(yīng)用，應(yīng)考慮到除了根據(jù)文中計算得到設(shè)備立項迫切度較高時，還存在另一種情況需要立項，即設(shè)備單項問題已經(jīng)十分嚴(yán)重，若任其發(fā)展很可能導(dǎo)致停電或是設(shè)備損壞，因此文中針對部分問題設(shè)置了直接立項條件，如表2所示。

表2 配電網(wǎng)問題直接立項條件

3 實例分析

抽選20 個2018 年計劃項目，以2017 年作為基準(zhǔn)年，2019 年作為成效評價年，構(gòu)建設(shè)備問題-需求模型，對項目需求迫切度排序，以此評價立項前項目必要性和投運(yùn)后項目成效。

按照文中提出的問題歸集和評分方法計算，通過在智能化供電服務(wù)指揮系統(tǒng)和PMS2.0系統(tǒng)收集歷史問題，對當(dāng)年設(shè)備立項需求迫切度評分，結(jié)果如表3所示。

表3 20個工程評分結(jié)果

從表3 中16 個臺區(qū)工程的兩次評分結(jié)果可以看出，臺區(qū) 1、臺區(qū) 2、臺區(qū) 5、臺區(qū) 7、臺區(qū) 9、臺區(qū) 16 在2017 年評分較低，其中臺區(qū)1、臺區(qū)2 戶均容量低于0.8 kVA，達(dá)到直接立項條件，其他臺區(qū)2017 年僅發(fā)生重載或無問題，立項必要性較低，不建議立項。此外，2019 年至今有6 個臺區(qū)仍然出現(xiàn)同類問題，表明工程未按期完成或?qū)嵤┏尚л^差。

對于4 條10 kV 配電線路，由于當(dāng)年線路工程不僅是解決線路本身問題，而且存在解決臺區(qū)問題的情況，即只包含線路一段支線的改造，因此對于立項必要性和實施成效難以僅采用線路問題評價，但通過兩次評分結(jié)果仍可以看出線路工程對問題解決得不夠徹底，項目前期工作考慮不夠完備。

評價結(jié)果表明，文中提出的方法可用于實際項目立項前期分析和項目后評價工作中，能夠在合理范圍內(nèi)對項目需求迫切度量化評價，以提升投資決策的科學(xué)性和合理性。

4 結(jié)語

文中提出了一種配電網(wǎng)設(shè)備立項需求迫切度量化評價方法。首先對配網(wǎng)問題梳理分類，將問題歸集于10 kV 線路和臺區(qū)兩類設(shè)備，并分成運(yùn)行、網(wǎng)架、發(fā)展三大類建立問題庫，從立項源頭規(guī)范問題管理。對問題庫中各類問題的運(yùn)維因子和立項因子初步分離后，進(jìn)一步分析立項因子，量化問題的嚴(yán)重程度，通過對一臺設(shè)備下所有問題立項因子的量化歸一計算，構(gòu)建設(shè)備問題-需求數(shù)學(xué)模型，對設(shè)備立項迫切度量化評價，排序優(yōu)選出迫切度更高的設(shè)備，從而實現(xiàn)數(shù)據(jù)驅(qū)動的輔助立項決策。本方法適用于項目前期工作，可用于輔助決策人員為項目需求排序，合理安排投資，實現(xiàn)更高效的項目管理工作。