配电网综合评价指标体系及评估方法

配电网综合评价指标体系及评估方法

冯新龙;孙岩;林声宏;刘明波;张滔

【摘 要】综合运用层次分析法、德尔菲法、鱼骨图分析法和模糊综合评价法等方法构建了配电网综合评价指标体系,从网络结构水平、负荷供应能力、装备技术水平和运行管理水平等方面对配电网进行定量评价,并引入全生命周期指标来反映配电网的运行管理水平.分析和论述了评价指标的筛选、分层结构体系的建立、指标权重的确定、指标评分标准和综合评估流程等,以某地区实际配电网为应用实例,验证该指标体系和评估方法在反映配电网整体发展水平方面的合理性和实用性.应用效果说明,通过对评估结果的分析,可以找到各配电网的薄弱环节,指导配电网的规划、建设和改造.

【期刊名称】《广东电力》

【年(卷),期】2013(026)011

【总页数】7页(P20-25,53)

【关键词】配电网;综合评价;指标体系;层次分析法;模糊综合评价法;鱼骨图分析法;德尔菲法

【作 者】冯新龙;孙岩;林声宏;刘明波;张滔

【作者单位】广东电网公司梅州供电局,广东梅州514000;华南理工大学电力学院,广东广州510640;华南理工大学电力学院,广东广州510640;华南理工大学电力学院,广东广州510640;广东电网公司梅州供电局,广东梅州514000

【正文语种】中 文 【中图分类】TM732

配电网具有结构复杂、设备数量庞大、改造建设频繁等特点[1]，对其进行综合评价所涉及的因素众多。目前，对配电网进行评价的做法通常是从供电可靠性、经济性、安全性、供电质量等单一特性指标出发[2-6]，从不同侧面评价配电网的技术水平。文献[7]从技术合理性、安全性等多个角度出发，针对现状配电网建立了较为全面的评价指标体系，并通过实例给出评估方法。文献[8]提出了基于区间层次分析法的城市电网规划综合评判决策方法。文献[9]运用层次分析法和德尔菲法对现状电网的综合指标进行评价，并应用于天津滨海新区现状电网的评估。这些研究成果侧重于传统技术指标，主要反映配电网的运行水平和供电能力，缺乏整体性评价，对电网建设的直接指导性还不够强。

本文拟构建一种可以对配电网整体状况进行量化评估的综合评价指标体系，以实现不同地区配电网之间的横向比较以及网架改造、建设前后的纵向比较，方便分析电网规划措施的实施效果，为配电网新建和改造项目的立项提供理论依据。

1.1 层次分析法

层次分析法的核心思想是通过建立清晰的层次结构来分解复杂问题[10]，它能够在有效处理各评价指标之间的内在联系及相互独立性的基础上，量化并综合各个指标，具有较强的灵活性和整体性，是评估中分析复杂问题和建立评估体系的关键技术。

层次分析法的基本步骤可归纳为：

a)针对评价目标建立清晰的层次结构，形成评价指标体系。

b)通过两两比较的相对标度法逐层建立判断矩阵，将人的主观判断标量化。

c)判断矩阵一致性校验通过后，求解各层判断矩阵的属性权重。

d)计算评价对象的综合评价值并排序。

1.2 鱼骨图分析法

鱼骨图分析法将问题的特性与受影响的因素按相互关联性整理成层次分明、条理清楚，并标出重要因素的图形[11]，是一种透过现象看本质的分析方法。本文采用对策型鱼骨图，它将某一问题或现象细分为若干方面来寻找原因，列举出要改善某一现状或达到某一目标可能需要的若干对策。

1.3 模糊综合评价法

模糊综合评价法是一种以模糊集合论为基础，对分析评价中的各种模糊信息作量化处理并进行状态判断的分析方法[12]。它采用隶属程度来描述差异的中间程度，能够将定性指标进行合理的量化，使综合评价中原始数据的不确定性及评价标准的模糊性等问题得到了较好的解决。在确定指标的评价标准时，根据指标类型，将隶属度评价函数分为效益型(正指标)、成本型(负指标)和适中型(中间型指标)三类。

本文通过梳理和分析已有的配电网运行水平和供电能力的相关指标，采取鱼骨图分析法和德尔菲法相结合的方法筛选指标，德尔菲法能够充分综合专家的指导意见[13]，并通过层次分析法建立指标体系的层次性结构。对于单个指标，主要采用总量类指标和相对类指标。总量类指标反映电网在一定时间尺度上的规模或水平，在数值上表现为绝对数，如变电容载比；相对类指标表示的是一种数量对比关系，一般用百分数表示，能够将电网特征中绝对数的差异抽象化，如过载的中压线路比例、中压线路可转供电率等。

2.1 指标的筛选

可以用两类指标反映配电网的发展过程。一是效果类指标，反映的是配电网运行的结果，也是电网的利益相关方最为关切的指标；二是特性类指标，即建设什么样的配电网，明确反映了配电网建设的具体内容和特点，并且直接决定了配电网建设的效果。效果类指标和特性类指标相互关联，对效果类指标的影响因素进行分析，即可得出与配电网发展水平关联最大、能够直接指导配电网建设的特性类指标。

从电网公司利益的角度出发，电网公司最关注的是企业效益，即在保证电能质量的同时使损耗率最小、设备利用率最高。从电力用户的利益角度出发，电力用户希望以尽可能少的支出获得尽可能优质的电能，表现为高供电可靠率和高电压合格率，同时电价尽可能低。从社会效益的角度出发，当今社会大力倡导节能减排，对于配电网来说主要体现为线损率最低。因此，配电网运行的效果类指标可选取线损率、设备利用率、供电可靠率和综合电压合格率(以下简称“四率”)。

通过对影响配电网建设的效果类指标进行分析，可得到配电网建设的特性类指标。采用德尔菲法，对一级指标“四率”的影响可归纳为4个方面：网络结构水平，用于评价电网架构的好坏；负荷供应能力，用于反映电网在负荷供应方面的具体表现；装备技术水平，指电网设备的先进性和使用情况；运行管理水平，用于刻画电力企业对电网的监管水平。

以供电可靠率的影响因素为例说明运用鱼骨图分析法寻找二级指标的方法。供电可靠率的影响因素如图1所示。

在网络结构方面，对供电可靠率的影响主要体现在发生故障时负荷能否及时转供，以及能否减小停电范围和缩短停电时间。具体表现在两个方面：一是网络的备用，指标有变电站单电源线率、变电站单变率和主干截面合格率，其中变电站单变率和单电源线率决定了是否有备用，主干截面的合格与否直接影响线路的输送能力，即备用容量的大小；二是线路间的联络，指标有中压线路联络率，包括站内联络率和站间联络率，考察的是网络结构调整的方便性和灵活性，同时涉及的指标还有网络典型接线率。

在负荷供应方面，影响供电可靠率的主要是负荷的转供能力，主变压器“N-1”准则通过率和中压线路可转供电率是影响负荷转供能力最直接的指标。

在电网设备方面，影响供电可靠率的主要是设备的故障率和故障排除时间。线路的绝缘化和电缆化会减少由于外力导致的故障发生次数；无油化开关能够大大减小误跳闸的次数和日常维护、检修的工作量，提高设备安全运行的可靠性；配电网自动化设备的使用能够大幅度提高故障的甄别、定位以及隔离的时间。 运行管理水平对供电可靠率的影响也比较大，有效的管理模式能够显著提高设备管理水平和资产运营效率，进而提升企业的综合绩效。近年来，电网企业普遍引入设备全生命周期管理的理念，强调对设备的全寿命过程进行计划、组织、协调和控制[14]。因此，本文以10 kV配电变压器交接试验不合格率等13项全生命周期指标作为运行管理水平的二级指标。

运用同样的分析方法对综合电压合格率、线损率和设备利用率的影响因素进行分析，完成配电网综合评价所需特性类指标的筛选，共计37项。

2.2 分层结构体系的建立

配电网综合评价指标体系的递阶性层次结构如图2所示。在图2中，网络结构水平(a)、负荷供应能力(b)、装备技术水平(c)、运行管理水平(d)4项指标构成与评估目标直接相关的第一层子属性，变电站单电源线率(a1)、变电站单变率(a2)等又构成与网络结构水平相关的下一层子属性。

本文提出的指标体系为3层结构，层次分明，结构简单，能够全面刻画配电网建设发展过程中的特征，具有较好的整体性和适应性。各底层指标意义明确，计算所需的基础数据容易获取且计算方法简单。以网络典型接线率为例进行说明，其指配电网中采用典型接线方式的线路占中压线路总条数的比例，典型接线方式为文献[15]所规定的接线方式，考察网络接线的标准化情况。

目前，中国尚无统一的配电网评价指标体系，为了进一步验证本文所提指标体系的合理性，将文献[16]的评价指标体系(如图3所示)与本文的指标体系进行对比，分析二者的异同点。

从结构上讲，二者都采用了目前广泛应用的递阶层次结构，但侧重点有所不同。说明如下：

a)指标的独立性。本文的指标体系将效果类指标和特性类指标这两种存在因果关系的指标分开考虑，并最终采用特性类指标组成评价体系，充分体现了配电网评估的目的性。文献[16]的评价指标体系则将这两种不同属性的指标放在同一指标体系中。

b)指标的完整性。本文指标体系的指标数略多一些，并根据电网实际运行情况加入了管理方面的指标(全生命周期指标)。文献[16]的评价指标体系对中压配电变压器的考虑更为全面，如考虑了线路配电变压器装接容量、配电变压器负载率、配电变压器标准化率等因素。

c)底层指标的类型。两个指标体系的二级指标均多以百分比作为单位，而不是单纯统计存在问题的主变压器、线路或配电变压器的数量。

本文采用德尔菲法和层次分析法两两比较的方法进行赋权，更多地利用专家知识和经验，合理确定各指标权重之间的排序。

同层指标数小于9个时，比较容易满足判断矩阵的一致性，采用两两比较法给定权重；同层指标数超过9个时，对比判断的准确性将受到严重影响，采用德尔菲法进行赋权。在具体操作的过程中，两种方法均采纳多位专家的意见，使结果更具有客观性基础，并且对权重结果进行近似取整，使计算直观、方便。表1为对应于网络结构水平的二级指标的权重设定结果。

由表1可知，在网络结构水平下，决定配电网可靠性和灵活性的中压线路联络率十分重要，决定电源进线及主变压器是否有备用的变电站单电源线、单变率也很重要，而中压线路的长度是否在合理的范围内会影响电压合格率和线损率的大小，在权重体系中占据了一定地位，其余指标的重要性则相对低一些。

本文采用基于隶属度的模糊典型点折线法，按照正指标、负指标和中间型指标3种隶属度函数逐一确定各指标的评价标准。邀请多位电力专家，采用德尔菲法为指标选择贴合其建设特点的评价判据和评分标准。表2为网络结构水平的二级指标评分标准。

表2的评分标准是离散的，无法快速地计算指标处于任意值时的分数，本文采用曲线拟合工具对评分标准进行处理，得到各指标值与得分的函数关系式。如主干长度偏长比例的评分公式为：

式中：y为指标得分，x为指标值。

在得到所有底层指标的评分后，逐层向上计算，得到评价体系中各层指标的评分，其计算式为

式中：s(k+1)为层次结构中第k+1层属性A(k+1)的评分，n为属性A(k+1)的k层子属性个数为属性A(k+1)的k层子属性j的评分为子属性j的权重。

综上所述，配电网综合评价的整体流程为：首先确定待评估的区域；然后根据得到的基础数据，以指标评价判据为阈值计算底层指标的数值，将指标数值与指标评价标准进行对照并量化为评分值；最后根据指标权重计算评价对象各层次的评分及总体评分，并通过对评估结果的分析找到配电网的薄弱环节，指导配电网的规划、建设和改造。