城市中压配电网接线模式研究

城市中压配电网接线模式研究

欧阳忠学

(四川千行电力设计有限公司广东分公司广东省佛山市528000)

摘要：本文基于国内外对中压配电网规划接线模式的相关研究，提出了一种城市中压配电网规划接线模式方法。在考虑不同接线模式特点和不同区域配电网差异的基础上，从经济性、可靠性、可过渡性三个维度建立了中压配电网接线模式评价指标。该模型的构建及分析结果对选择给定区域中压配电网最优化接线模式提供了一定参考。

关键词：配电网；接线模式；模型

中压配电网络是电网的重要组成部分，其直接影响电力系统供电质量水平。近年来，国内外对中压配电网接线模式进行了研究，取得了显著的成果。但在实际工作中，因为中压配电网接线模式选择影响因素众多，对最优接线模式的选择带来了困难。

1中压配电网接线模式属性

为充分反映不同中压配电网接线模式特点以及不同类型区域中压配电网的差异，从经济性、可靠性、可过渡性三个维度建立评价属性，作为判别给定接线模式在给定区域契合程度的基础。

1.1经济性属性

在某区域给定主变容量和台数组合的前提下，考虑各种可能适合的中压配电网接线模式，并分别计算其总费用，然后，将总费用转化为单位供电容量费用值，以判定其经济性，具体计算公式如下：

AI＝(C+N×L×C0)/(μ×S)（1）

式中，AI为单位供电容量投资费用（万元/kVA）；C为某区域内110kV变电站总投资（万元）；N为110kV变电所出线总回数，回；L为每回主干线长度（km）；C0为单位长度的线路投资（万元/km）；μ为某种中压接线模式线路利用率；S为110kV变电站总供电容量（kVA），需考虑满足N-1校验，2台主变按60%负载率计算，3台主变按75%负载率计算。

1.2可靠性属性

在配电网发生停电事故时，对每种中压配电网接线模式计算其用户平均停电持续时间，然后，计算直接经济损失和间接经济损失。其中，直接经济损失为电力部门因为系统停电而少创造的经济效益；而间接经济损失为考虑停电所造成的社会影响经济损失，具体计算公式如下：

LO＝SAIDI×（α+k）×10-4（2）

式中，LO为停电所造成的经济损失，万元；SAIDI为系统平均停电持续时间指标，h；α为某区域综合售电收益，元/kV•h；k为某区域产电比，即某一时期某一区域GDP与所消耗电能的比值，元/kV•h。

1.3可过渡性属性

结合某区域已存在的各种中压配电网接线模式及占比，考虑全部过渡到某一种接线模式的代价，具体计算公式如下：

AC＝ci-j×niN（3）

式中，AC为平均过渡费用，万元/回；Ci-j为由每组第i种接线过渡到每组第j种接线所需的投资，万元/组；ni为第i种接线的组数/回；N为总线路回数/回。

2中压配电网接线模式最优化模型建立

2.1多属性决策问题模型建立

多属性决策问题主要解决具有多个属性的有限决策方案排序或优化问题，中压配电网接线模式最优化可采用多属性决策问题模型解决。假设J={J1，J2，…，Jm}为多属性决策问题的决策方案集，S={S1，S2，…，Sn}为属性集，Q=（Q1，Q2，…，Qn）T为指标的加权向量，且满足Qj＞0，Σn1Qj=1。

2.2属性决策矩阵建立

根据某区域的配电网状况，找出几种可能适合的接线模式，对不同接线模式的三个维度属性分别进行分析和计算，得出由各属性值组成的属性决策矩阵，并对属性决策矩阵进行规范化处理，以消除不同属性间量纲的影响。

决策方案集Ji中属性Sj的属性值为aij（i=1，2，…，m；j=1，2，…，n），则由这些属性值构成的矩阵A=（aij）m×n为“决策矩阵”。在对决策矩阵进行分析之前用极差变化对决策矩阵中的各维度属性进行规范化处理，以消除不同属性间量纲差异的影响,规范化后的决策矩阵为B=（bij）m×n其中：

bij=(amaxj-aij)/(amaxj-aminj)(4)

式中，m为多属性决策的方案数；n为每一方案的属性个数；i为第i个方案，i=1，2，…，m；j为方案中第j个属性，j=1，2，…，n；amaxj为属性Sj的最大值；aminj为属性Sj的最小值。

2.3综合权系数计算

为计算加权向量，根据不同接线模式属性值差异的大小来确定权系数，差异越大，则该属性的权系数越大，反之则越小。为了得出更合理准确的权系数，采用离差决策法、均方差法和嫡值法求出三组不同权系数，然后，计算出它们的Spearman等级相关系数矩阵，再通过它们的Spearman等级相关系数矩阵得出其平均相关程度，由此可运用平均相关程度综合以上三组权系数求得最后的综合权系数。

2.3.1均方差客观赋权法

首先，求出各属性的均方差，将这些均方差归一化，其结果即为各指标的客观权重系数。该方法的计算步骤为：①求各属性的均值，计算公式如下：

ej=1/mΣmi=1bij（5）

②求各属性的均方差，计算公式如下：

σj=Σmi=1（bij-ej）2（6）

③求各属性的权系数，计算公式如下：

Qj=σj/Σnj=1σj（7）

2.3.2嫡值法

将热力学概念“嫡”引入到多属性决策领域，先求出各属性的信息嫡，最后，根据信息嫡求出各属性的权系数，该方法的计算步骤为:

①计算过渡矩阵P，矩阵P中元素Pij的计算公式如下：

Pij=σj/Σmi=1bij（8）

②计算各属性的信息嫡，计算公式如下：

Sj=-（lnm）-1Σmi=1PijlnPij（9）

③用信息嫡计算各属性的权系数，计算公式如下：

Qj=(1-Sj)/(n-Σnj=1Sj)（10）

2.3.3离差决策法

首先，求出各属性的离差，再将这些离差归一化，其结果即为各指标的客观权重系数。该方法的计算步骤为：

①各属性的均差，计算公式如下：

ej=1/mΣmi=1bij（11）

②求出各属性的权系数，计算公式如下：

Qj=ej/Σni=1ej

2.3.4综合权系数

在非参数统计中，Spearman秩相关系数是用来判断两个随机变量正相关与否的检验统计量，将Spearman秩相关系数引入中压配电网接线模式优化问题中，以此来检验以上3种不同方法所得出的权系数的相关程度，并计算出综合客观权系数。其计算步骤为：

①根据三种赋权结果的属性权重排序矩阵P，计算对应于属性排序矩阵的Spearman等级相关系数矩阵C，等级相关系数矩阵中的元素Cik计算公式如下：

Cik=1-1/n（n2-1）Σnj=1（pij-pkj）2（13）

式中，Cik为第i种赋权结果与第k种赋权结果的等级相关系数；pij为第i种赋权结果的属性j在属性权重排序矩阵中的值；pkj为第k种赋权结果的属性j在属性权重排序矩阵中的值。

②计算第i种赋权结果与其余赋权结果的平均相关程度，计算公式如下：

Ci={1-(1/3-1)}Σ3k=1Cik（14）

式中，Ci为第i种赋权结果与其余赋权结果的平均相关程度；Cik为第i种赋权结果与第k种赋权结果的等级相关系数。

③将Ci进行归一化处理，计算公式如下：

βi=1-Ci/Σ3i=1Ci（15）

式中，βi为归一化后的第i种赋权结果与其余赋权结果的平均相关程度。

④计算综合权系数，计算公式如下：

Qj=Σni=1βiQj（i）（16）

式中，Qj（i）为第i种方法求得的权系数。

2.4最优权系数模型建立

将每一方案到理想点的误差平方和作为评价目标值，建立最优权系数模型，具体表示如下：

di=Σnj=1（bmaxj-bij）2Q2j（17）

式中，bmaxj为各方案中第j项属性中各方案的最大值。根据分析可知，距离理想点的偏差越小越好，即评价目标值越小就表明该方案越优。根据每一方案到理想点的距离作为评价目标值的思想，可以构造最优权系数模型如下所示：

Z＝min（d1，d2，…，dm）（18）

求解此最优化模型，首先求出综合权系数，最后，计算出不同接线模式的评价目标值，并通过比较各接线模式的评价目标值，得到最优化的接线模式。

3中压配电网接线模式最优化分析

以某中心城市电缆网为分析对象，主要有“2-1”单环网、3回一组“3-1”单环网、4回一组“3-1”单环网等接线模式。选取中心城区、一般市区和城郊地区，其现状中压配电网主要接线模式及规划构网模式，见表1。

根据三片区域的主变台数、容量、供电半径等配电网状况，分别对中压配电网接线模式进行最优化分析。根据最优化模型，评价目标值最小的接线模式方案，即为该区域的最优方案，见表2。

由表2可知，优化结果与各区域中压配电网规划构网模式相符。

4结语

本文在总结目前中压配电网接线模式优化方法的基础上，为充分体现不同接线模式特点和不同区域配电网差异，分别从经济性、可靠性、可过渡性三个维度确定中压配电网接线模式评价属性；建立最优权系数模型，通过计算可在给定接线模式范围中分析得出特定区域的最优接线模式。由算例可知，优化模型分析结果与区域实际规划定位相符，对中压配电网接线模式的优化具有较大的指导意义。

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