罗　玮，苗友忠，雷为民，贾　娜，杨晓亮（.国网冀北电力有限公司，北京　00053；.北京中恒博瑞数字电力科技有限公司，北京　00085）



基于网格化的城市配电网综合评价体系研究

罗玮1，苗友忠1，雷为民1，贾娜2，杨晓亮2
（1.国网冀北电力有限公司，北京100053；2.北京中恒博瑞数字电力科技有限公司，北京100085）

摘要：基于网格化的思想，对城市配电网的协调性、安全性、多样性等指标进行综合评价，以便找出配电网的薄弱环节，为改造或扩建的决策提供参考。首先对配电网进行网格划分；其次构建综合评价的指标体系，把一级指标分解成多个二级指标，并利用熵值法对各指标权重进行赋值；最后通过计算得出各个网格的评价分数，由此评判最薄弱的网格。

关键词：网格化；配电网；综合评价体系；熵值法

0　引　言

城市配电网规模越来越大，结构越来越复杂，对其发展状况需要有一个整体的把握。根据配电网辐射型的基本供电方式，把配电网根据供电的拓扑关系划分成一个个网格。通过对各个网格的横向对比，找出最薄弱的网格，把它作为配电网改造的首选对象，从而为城市配电网的规划建设改造提供参考依据。

目前，很多研究是基于单一特性对配电网进行评价，如配电网的可靠性、安全性、建设规模、电能质量等，对电网发展缺乏整体的指导意义。本文的主要思路是根据配电网的结构层级，把整个配电网划分成三层级的多个网格，建立涵盖各个网格的指标体系，通过熵值法对各个指标赋以权值，最后计算得出各个网格的评价结果，以此对各个网格进行横向对比，从而得出最需要关注的薄弱网格。

1　配电网的网格划分

配电网的网格划分有多种方法，文献[1]和文献[2]是基于行政区划分，前者以大城市作为一个子网格，区作为更小的子网格，此法主要针对大电网的研究；后者划分到乡镇、街道、村、社区等层级，网格更细小；但行政区划与配电网的契合度较低，不能体现配电网的特性，比如供电半径的约束，配变过负荷的约束等。文献[3]把供电区域看作正方形，按空间位置进行均匀等分，简单粗糙，不符合配电网供电范围及规则的实际情况。文献[4]是基于网架现状、负荷分布、地理分界来划分的，分成三个层级的网格，此方法具有一定的借鉴意义。

网格划分的原则如下：

（1）尽可能充分利用现有数据、信息、资源，比如配电网的拓扑结构、实测数据或历史数据；

（2）网格之间不重叠，也无空缺，覆盖整个配电网，既不能出现某些数据同时应用于两个或以上网格的情况，也不能出现某些数据不能用于任何网格的情况；

（3）网格要顺应配电网发展的需要，符合其发展规律。

文中采用三级网格，具体划分方法及其意义如下：

（1）以某一变电站所覆盖的整个供电范围作为一级网格，相关的几个一级网格放在一起分析，可以综合考察变电站的供电能力、可靠性、安全性，找出最薄弱的变电站；

（2）以某一10 kV出线所辐射的供电范围作为二级网格，考察10 kV出线数、网架结构、供电可靠性等是否合理，从而可以发现最薄弱的10 kV配电线路；

（3）以某一配电变压器所覆盖的供电范围作为三级网格，考察同一10 kV线路所带的配变的供电情况，以找出最需关注的配变。

由此可见，三级网格可以考察到高、中和低压配电网，涵盖了整个配电网络。

此种划分方法的优点是，网格的划分基于配电网的结构特点，可以方便地增减，非常灵活，如新增一条10 kV出线就可以相应地增加一个网格，并且可以方便地从配电网拓扑结构得到网格，利用现成资源便捷。

对混凝土表面敷设有机成膜涂层是最为经济、简单且有效的方法之一。在混凝土表面涂刷有机成膜涂层不仅可以起到美化和装饰的效果，而且通过在混凝表面形成一个完整的覆盖层，很大程度上封闭了混凝土与外部侵蚀性介质的联系，从而对混凝土起到一个保护作用。

2　建立评价体系

网格化的配电网综合评价体系是对某一配电网进行多级评价，以发现其中的薄弱环节，作为今后规划扩建改造的参考依据。不同层级的网格的评价结果起到不同的指导作用，因此也就有相应的不同指标。这些指标要反映出网格层级的特点，能够体现配电网的运行效果，符合供电企业最终的服务宗旨——安全可靠稳定地提供高质量的电能。因此，指标体系的构建要遵循一定的原则。为了建立多元负荷接入条件下的安全可靠配电网，三级网格下指标将从安全可靠性、协调性、多样性等方面提出，以此作为一级指标，其不同层级网格的细分的二级指标见表1。

指标体系中的各个指标均明确定义，而且比较方便地从相关管理系统直接得到或从基础数据计算得到。

对指标进行分类，根据指标对评价结果的影响分为正指标和负指标。其中正指标指其值越大评价结果越好的指标，负指标是指其值越小评价结果越好的指标。

评价结果从小到大排列，最小者为最需关注的参考对象。

3　用熵值法对指标权重赋值

熵值法在评价体系应用的基本原理是：假设对m个对象进行评价，采用评价指标有n个，则形成一个评价矩阵。针对某个具体的指标，若m个对象的相应取值之间的差距越大，则该指标在评价中的作用越大。

表1　网格的一级、二级指标

定义第i个指标的熵为：

应用熵值法对指标的权重进行赋值，这是一种完全客观的方法，排除了主观因素的影响。特别要注意的是，不同的指标在量纲和取值上有很大的差异，在进行评价计算前，必须对各个指标值进行标准化处理。处理方式为：

式中：mma x (xij)表示m个评价对象在第j个指标的最大值；mmin (xij)表示m个评价对象在第j个指标的最小值；Z表示正指标集合；F表示负指标集合。

4　算例分析

为了进一步说明基于网格化的配电网综合评价体系的应用，现以某个县级城市的110 kV变电站JL为例，对其进行综合评价。

一级网格，就是整个JL的供电范围；二级网格，JL中的11条10 kV出线的供电范围；三级网格为所有10 kV线路下的83台配变的供电范围。如果为了一级网格的评价结果能有一个横向对比，则还需考察为该县城供电的另几座变电站，由于其评价原理与二级网格，故在此略过。三级网格的数量较大，针对具体某一条10 kV线路的三级网格，其数量则与其配变数量相等，同样其评价原理一样，故在此只以二级网格为例进行说明。

记11个二级网格为C1，C2，…，C11。其对应指标值见表2。为此这里共有11个被评价的对象，即11个二级网格，其评价指标有10个二级指标，2个一级指标。对所有二级指标进行分类，其中正指标有中压线路装接容量、中压线路负载均衡度、线路截面积规范化率、负荷可转供率、供电可靠率、中压线路N⁃1通过率等，其余为负指标。由式（3）得出标准化指标值，见表3。

表2　二级网格的指标值

表3　各二级指标的标准化值

由式（1）和式（2）求出二级指标的权重，见表4。从表4可以看出，协调性下的6个指标权重一致性较高，没有特别大和特别小的，说明网架协调性整体发展较好，其中C5网格虽然可转供率为0，但由于其对应的出线是新增不久的，自身带电能力较强，负荷在不断地快速接入，线路不断在完善中。安全可靠性下的4个指标权重离散度较高，其中供电可靠率权重最大，说明其可靠性越高得分越高，越不需要进行改造；其次线路N⁃1通过率较大，其值越大，说明安全性的地位越重要。线路负载率是一个负指标，其值越大，安全可靠性越低，点的权重也比较大。而运行年限权重最轻，一般线路的使用寿命都比较长。

表4　各二级指标的权重

再算出11个网格的对应于一级指标的加权得分，见表5。最后根据同样的思路，算出协调性、安全可靠性的权重分别为0.503，0.497，最终计算得到各个网格基于一级指标的综合得分，见表6。

表5　11个二级网格对应于一级指标的得分

表6　11个二级网格对应于一级指标的综合得分

从表6可看出，综合得分最低者是C6，这个网格是一条处于老城区的老线路，线路迂回较多，用电负荷主要以居民日常用电为主，负荷集中，但线路已经处于满载运行状态，且当其发生故障时，可以得到的转供功率仅为原先的52.3%，可以把它作为配电网改造的首选，另外C11和C5网格可以作为次选。

5　结　论

基于网格化的配电网综合评价体系，可以为配电网的改造、扩建提供参考。三级的网格划分，并且采用不同的指标体系，可以适用于不同电压等级的配电网；应用熵值法对指标的权重进行赋值，完全从客观因素出发，避免了主观可能导致的偏差，具有更强的客观性；最终的算例表明，此法具有较大的指导意义。在这里，各级网格的指标还可以进一步优化，指标的选取尽可能做到相互独立。文中主要是基于两卷变的变电站进行研究，对于有三卷变的变电站，具体细节还需进一步探索。比如，同一城市配电网中，为其供电的变电站有可能有110 kV/35 kV/10 kV，110 kV/10 kV，35 kV/10 kV三种，那么在对这个配电网进行实际综合评价的过程中，如何找出最薄弱的变电站，则还需加以仔细研究。

参考文献

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Study on gridding⁃based comprehensive evaluation system of urban power distribution network

LUO Wei1，MIAO Youzhong1，LEI Weimin1，JIA Na2，YANG Xiaoliang2
（1. State Grid Jibei Electric Power Company，Beijing 100053，China；2. Beijing Joinbright Digital Power Technology Limited Company，Beijing 100085，China）

Abstract：The coordination，security and diversity of urban power distribution network are evaluated comprehensively based on the thought of gridding. The evaluation results can reflect the weak links of the power distribution network，and pro⁃vide a reference for the decision⁃making of the transformation or expansion. A power distribution network is divided into several grids，a comprehensive evaluation index system is set up，and then the first⁃level indexes are decomposed into several second⁃level indexes. After that，the weight of each index is determined by means of the entropy method，and the evaluation score of each grid is calculated to find out the most weak grid.

Keywords：gridding；power distribution network；comprehensive evaluation system；entropy value method

中图分类号：TN926⁃34；TM727

文献标识码：A

文章编号：1004⁃373X（2016）10⁃0167⁃04

doi：10.16652/j.issn.1004⁃373x.2016.10.043

收稿日期：2015⁃11⁃04

作者简介：罗玮（1983—），男，北京人，高级工程师，硕士。研究方向为电网规划及电力系统分析。苗友忠（1976—），男，北京人，高级工程师，博士。研究方向为电网规划及电力系统分析。贾娜（1988—），女，天津人。研究方向为配电网规划及系统分析。杨晓亮（1985—），女，天津人，硕士。研究方向为配电网规划及系统分析。