刘秋华董丹丹韩 韬

（1. 南京工程学院经济与管理学院，南京 211167；2. 南京工程学院电力工程院，南京 211167；3. 国电南瑞科技股份有限公司，南京 211106）



基于层次分析法的配电网风险评估指标体系研究

刘秋华1董丹丹2韩 韬3

（1. 南京工程学院经济与管理学院，南京 211167；2. 南京工程学院电力工程院，南京 211167；3. 国电南瑞科技股份有限公司，南京 211106）

针对城市配电网发展过程中风险影响因素的不断增加，对城市配电网进行科学分析与评估，基于层次分析法建立了城市配电网运行风险评估指标体系，采用 1-9标度法确定了各指标的综合权重，并结合专家经验与定性、定量得出评估结果，实现了对配电网现状的量化评估。

配电网；层次分析法；综合评价；风险评估

配电网是电力系统的重要组成部分，其安全可靠性直接关系到经济、社会的发展。据相关资料统计，在我国，配电网故障引起的用户停电约占用户停电故障的 80%［1］。由此可知，城市配电网风险评估在实际应用中具有重要意义，而对风险问题的研究是解决配电网风险的关键［2-3］。

文献［4］根据配电网的可靠性原理，通过软件对配电网可靠性进行计算分析可靠性较差的环节，为配电网可靠性的提高提供依据。文献［5］运用蒙特卡洛法对配电网可靠性进行评估，仿真并计算指标概率分布，提出了两种非序贯仿真法，即简化区域仿真和准区域仿真。文献［6］从配电网安全性角度出发，以配电网结构以及运行特点为基础，比较全面的提出了安全性指标，成为配电网静态安全分析的基础。文献［7］从电能质量的各方面，对其进行了全面、客观的综合评价，并提出了电能质量模糊综合评估方法。文献［8］对电能质量指标，采取组合赋权的方法计算其综合权重，同时，结合模糊综合评价方法进行综合评估。

本文通过建立配电网风险评估指标体系，对配电网单项风险指标进行分析的同时，考虑单项指标对评估结果精确性的影响，将指标间的关系纳入到指标分析。采用层次分析法对风险指标进行量化，以定量形式的评估结果展现配电网薄弱环节，为防止配电网故障做出及时有效的预防预警工作提供指导。

常用风险评估方法有蒙特卡洛模拟法、模糊评价法等，蒙特卡洛模拟法虽然低成本且高效率，但对数据过度依赖，且风险指标间的联系也无法反映；模糊评价法采用隶属程度描述指标的模糊性，较好地解决了数据的不确定性，但在复杂系统中，相对隶属度权系数误差较大，使得评估结果不准确。而本文所选用的层次分析法把研究对象作为一个系统，按照分解、比较判断、综合的思维方式进行决策，这种方法既不单纯追求高深数学，又不片面地注重行为、逻辑、推理，而是把定性方法与定量方法有机地结合起来，使复杂的系统分解。

1 配电网风险评估指标体系的建立

技术合理性、安全可靠性［4-6］、供电质量［7-8］、经济性等单项评估是传统配电网评估工作的主要内容，对配电网的评估局限于单指标评估，往往忽略了指标间的相互联系，使得评估结果不精确。导致对配电网综合指标的评价较少，评估结果单一且指导性不强。由于配电网的复杂性，需要对各个指标进行评估，在建立配电网评估指标体系时，尽可能选取能够全面地反映电网实际情况的指标。本文在对配电网运行研究的基础上，综合各指标信息，建立较为合理的风险评估指标体系。

1.1评估体系建立方法

1）明确评估目标。界定评估目标，获取评估范围并划分各级评估指标。

2）选取评估指标。通过对相关文献的查阅、实践调研等选择对配电网安全运行具有评估意义的指标。

3）构建评估指标体系层次结构。根据配电网所处运行阶段及各指标对其安全运行的轻重缓急程度可知，各评估指标所占比重各不相同。因此可将评估指标按照其对电网安全运行的重要程度进行分层，各层指标因素共同影响配电网的安全稳定运行。

4）建立综合评估体系，对获取的各指标及构建的层次关系进行汇总。

1.2评估指标

配电网是城市电网中的重要环节，其涉及面积广泛，因此，配电网的安全运行对社会生产生活、国家的安全与发展具有重大影响。本文从配电网的运行风险，根据所举案例的风险指标进行研究，具体指标如下。

1）供电能力

随着城市经济的快速发展以及电力改革的不断市场化，人们对配电网供电能力的要求越来越高。充足的供电能力作为可靠、持续供电的基本条件，是研究配电网运行风险的基础。配电网供电能力指标包括电源容载比、重载线路占比、重载配变占比、N-1通过率及N-2通过率。

2）网架结构

配电网网架结构包括中压开关站、架空线路、配电室及电缆线路等。配电网网架结构指标主要从网架互联率、平均供电半径、负荷可转移率和单线重载负荷比四个方面进行评估。

3）可靠性

可靠性是衡量电网对负荷持续供电能力的主要指标之一，为用户提供可靠、优质的电力，有助于社会生产与生活，同时可靠性分析是配电网运行风险分析重要内容。配电网风险评估的可靠性主要评估停电时户数、停电负荷、设备故障率及高运行年限设备占比。

4）电能质量

电能质量反映在电网中各点电压或电流的幅值与波形上，电网结构与负荷性质决定了它的优劣程度。电压不合格率和三相电压不平衡度是配电网电能质量的反映。

2 基于层次分析法的评估模型

层次分析法（Analytic Hierarchy Process，AHP）［9］，在20世纪70年代由美国匹兹堡大学教授萨蒂（T. L. Saaty）提出，这是一种用于解决多目标决策的方法。通过建立清晰的层次结构，构造判断矩阵，并结合定性与定量的分析计算，从而解决复杂问题。AHP具有一定的主观性，但其应用仍具有一定的科学性和客观性。综合层次分析对模糊经验的量化以及不同专家的意见，则定性分析的量化过程就能做到相对客观。图1所示为层次结构示意图。

图1　层次结构示意图

可得层次分析法归纳为以下3点。

2.1明确评估目的并建立评估体系与层次结构

依据隶属关系对风险因素进行分层分类，通常情况分为三层：最高层只有一个元素，为总目标；中间层（也称准则层、策略层）包含两个及以上元素；最底层是最基本的评估指标元素层以本文研究的配电网风险评估为例，最高层为：配电网风险评估指标体系；中间层为：供电能力、网架结构、可靠性和电能质量；最底层分别为中间层元素所对应的评估指标，以供电能力为例，其对应的评估指标为：电源容载比、重载线路占比、重载线路占比、N-1通过率和N-2通过率。

2.2判断矩阵及其标度

表1所示为判断矩阵的一般形式，通过1～9标度互反性标度理论进行设定的评估因素之间相对重要性两两比较的结果为矩阵中元素的值。1～9标度方法见表2。采用1～9标度法确定各项指标的权重，由基于AHP得到的配电网评估综合得分为

式中，n为指标个数；iS为指标i的得分；iω为指标i的权重。

根据专家经验，当85S≥时，综合评分可视为优；当7585S≤＜时，综合评分可视为良；当6075S≤＜时，综合评分可视为中；当3560S≤＜时，综合评分可视为较差；当35S＜时，综合评分可视为差［10］。

表1　判断矩阵的一般形式

表2　1—9标度方法

2.3层次权重的确定及判断矩阵的一致性校验

各层元素对于其上一层直属元素的重要度即为元素的层次权重。通过判断矩阵 A，求解其特征根（AX=λA），得到最大特征值λ及其对应特征向量X，归一化后得到层次权重。为避免主观判断出现不一致的矛盾，确立判断矩阵后，需对其进行一致性校验，若不具备满意一致性，则需不断调整矩阵元素，直到其具备满意一致性。

矩阵A具备一致性的条件如下：

混凝土切缝时间比较关键，过早、过晚都不行。过早可能会导致混凝土粗料出现脱离情况，过晚则会出现裂缝和断板等问题。在进行切缝作业之前，首先要进行放桩，需要每间隔5m放置一根桩。在进行切缝作业过程中，切割机需要在定向架引导下进行施工作业，以便确保切缝的顺直[4]。

因此，一致性的变化将导致征根跟随其变化。通过指标BI来判断矩阵偏离一致性情况可应用于层次分析法中，即

为了解决判断矩阵的计算误差随阶数的增高而变大的问题，以及准确判断当判断矩阵的阶数不同时，对满意一致性的影响，引入RI（平均随机一致性指标），表3为对应于1～9判断矩阵的RI取值。

表3　平均随机一致性指标

由上表可知，1、2阶判断矩阵RI值为0，具有完全一致性。当n≥3时，以BR作为为“随机一致性比例”指标，有

3 算例分析

为了说明所提出的风险指标分析方法能够准确反映系统的安全性，选用某城市配电网为案例，运用上述方法对该城市配电网运行风险进行评估，首先对原系统在完全健康运行状态下进行设定，对不同状态下的指标进行计算，分析此时风险值变动情况。针对上述情况，比较和分析系统安全性指标，说明建立的配电网风险指标体系的实际应用。

1）根据配电自动化系统对该城市配电网的评估，得到指标的统计值与得分见表4。

表4　某城市配电网风险评估指标数据（局部）

2）计算上表中风险指标的权重（以供电能力为例）。

表5所示为供电能力判断矩阵。

表5　某城市配电网风险评估指标数据（局部）

根据层次分析法进行权重计算，并进行归一化，其权重结果分别为0.04 0.32 0.16 0.32 0.16，同理可计算网架结构、可靠性、经济性、电能质量和技术水平相关指标的权重。

3）系统运行状态的综合评分

根据指标得分和权重，可计算得到各准则层风险指标的得分，并结合对应的权重最终求得系统运行状态的综合评分。经计算，本文算例中配电网的综合得分为 79.9，综合评价为良。该得分由电源容载比、重载线路占比、网架互联率、平均供电半径、停电负荷、高损耗率线路占比、电压不合格率、终端覆盖率等指标共同决定。

4 结论

本文针对城市配电网供电风险指标进行研究，提出了风险评估指标体系与评估方法。算例证明，本文所提出的配电网风险评估指标体系能够将风险进行量化，综合评估城市配电网的现状，有利于认识和分析风险，并为风险管控提供决策信息。

［1］陈文高. 配电系统可靠性实用基础［M］. 北京：中国电力出版社，1998.

［2］Li Wenyuan. Risk Assessment of Power Systems Models，Methods，and Applications［M］. A John Wiley & Sons，Inc.，Publication，2005.

［3］Li W，Pai S. Evaluating Unavailability of Equipment Aging Failures［R］. IEEE Power Engineering Review，2002，（2）：52-54.

［4］邱生，张焰，陶鹏，等. 配电网可靠性定量评估及成本/效益分析软件包研究［J］. 华东电力，2004，32（12）：15-18.

［5］王成山，谢莹华，崔坤台. 基于区域非序贯仿真的配电系统可靠性评估［J］. 电力系统自动化，2005，29（14）：39-43.

［6］刘伟，郭志忠. 配电网安全性指标的研究［J］. 中国电机工程学报，2003，23（8）：85-90.

［7］唐会智，彭建春. 基于模糊理论的电能质量综合量化指标研究［J］. 电网技术，2003，27（12）：85-88.

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［9］肖峻，高海霞，葛少云，等. 城市中压配电网评估方法与实例研究［J］. 电网技术，2005，29（20）：77-81.

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［11］何秋泠. 配电网网架结构的坚强性评估［D］. 成都：西南交通大学，2014.

Research on Risk Assessment Index System for Distribution Network based on Analytic Hierarchy Process

Liu Qiuhua1Dong Dandan2Han Tao3
（1. Acad. of Economics & Management，Nanjing Institute of Technology，Nanjing 211167；2. Acad. of Power Engineering，Nanjing Institute of Technology，Nanjing 211167；3. NARI Technology Co.，Ltd，Nanjing 211106）

It is very necessary for city distribution network planning to analyze and evaluate distributions scientifically，and with the continuous increasing influencing factors of the risk in the process of its development，a comprehensive evaluation indices system of city distribution networks based on analytic hierarchy process is established. By means of 1-9 scaling method the comprehensive weight of the index for single item is determined，thus，combine with the expert experience and quantitative and qualitative evaluation result，quantitative assessment of the situation of distribution network is realized.

distribution network； AHP； comprehensive evaluation； risk assessment

刘秋华（1963-），女，山东省青岛市人，博士，教授，主要从事电力技术经济分析工作。