陸武軍

(上海市南電力(集團(tuán))有限公司青浦分公司，上?！?01700)

基于層次分析法研究35 kV配電線路工程的實(shí)施

陸武軍

(上海市南電力(集團(tuán))有限公司青浦分公司，上海201700)

摘要：針對(duì)35 kV配電線路工程實(shí)施進(jìn)行了系統(tǒng)、科學(xué)的分析與評(píng)估，基于層次分析法(AHP)構(gòu)建了35kV配電線路工程實(shí)施的基本模型。根據(jù)性能需求確定單項(xiàng)指標(biāo)的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，實(shí)現(xiàn)工程專家經(jīng)驗(yàn)和定量、定性科學(xué)評(píng)估結(jié)果的結(jié)合。該模型對(duì)于中高壓配電網(wǎng)在方案設(shè)計(jì)、工程施工以及竣工驗(yàn)收等環(huán)節(jié)具有良好的理論和實(shí)踐指導(dǎo)意義。

關(guān)鍵詞：AHP分析法；35 kV配電線路；中高壓配電網(wǎng)

35 kV配電線路已成為我國中高壓配電網(wǎng)中的重要組成?？紤]到35 kV配電線路地域范圍大、設(shè)計(jì)方案條件差異大等特點(diǎn)，在方案設(shè)計(jì)、項(xiàng)目投標(biāo)、工程施工以及竣工驗(yàn)收等環(huán)節(jié)需要通過合理科學(xué)的過程控制，才能真正實(shí)現(xiàn)有效的成本控制的目標(biāo)。

AHP基于一種先分解后綜合的思想，面向多目標(biāo)復(fù)雜系統(tǒng)，開展定型和定量相結(jié)合的分析決策法。利用分析決策者的經(jīng)驗(yàn)衡量判斷不同目標(biāo)之間的相對(duì)重要性，并對(duì)每個(gè)決策方案的標(biāo)準(zhǔn)給出對(duì)應(yīng)權(quán)數(shù)，針對(duì)權(quán)數(shù)運(yùn)用數(shù)學(xué)方法定量的計(jì)算出各類決策方案的優(yōu)劣順序供決策者選用。

運(yùn)用AHP法構(gòu)建模型時(shí)，主要分為4個(gè)步驟：(1)構(gòu)建層次結(jié)構(gòu)模型；(2)構(gòu)造判斷決策矩陣數(shù)學(xué)模型；(3)相對(duì)重要度計(jì)算及一致性檢驗(yàn)；(4)綜合重要度及一致性檢驗(yàn)。

本文基于層次分析法(AHP)構(gòu)建了35 kV配電線路工程實(shí)施的基本模型，該模型對(duì)于中高壓配電線路建設(shè)具有理論和實(shí)際指導(dǎo)意義。

135 kV配電線路工程實(shí)施層次結(jié)構(gòu)模型

構(gòu)建層次結(jié)構(gòu)模型就是要根據(jù)決策目標(biāo)、依照決策準(zhǔn)則，分析研究決策對(duì)象之間的相互關(guān)聯(lián)性，分層遞進(jìn)的給出層次化的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。層次結(jié)構(gòu)模型一般分為三個(gè)等級(jí)：最高層為決策所需完成的目標(biāo)；中間層為影響目標(biāo)實(shí)現(xiàn)的基本準(zhǔn)則；最底層為完成目標(biāo)的具體措施。

根據(jù)中高壓配電線路建設(shè)的相關(guān)技術(shù)規(guī)程，經(jīng)過實(shí)際調(diào)研分析，給出了基于AHP分析法建立的35 kV配電線路工程實(shí)施的層次結(jié)構(gòu)模型，如圖1所示。該層次結(jié)構(gòu)模型分為配電變壓器(B1)、配電線路(B2)、無功補(bǔ)償(B3)和配電網(wǎng)結(jié)構(gòu)(B4)4個(gè)準(zhǔn)則層指標(biāo)，9個(gè)單項(xiàng)評(píng)價(jià)的措施層指標(biāo)(C1～C9)。

圖1　35 kV配電線路工程實(shí)施的層次結(jié)構(gòu)模型

2構(gòu)造判斷決策矩陣數(shù)學(xué)模型

判斷決策矩陣的構(gòu)造方法是：根據(jù)層次結(jié)構(gòu)模型，將每個(gè)具有向下隸屬關(guān)系的元素作為矩陣的首要元素，放置在矩陣的左上角，該元素的下屬關(guān)系元素依次排列在舉證的行和列上。

表2　35 kV配電線路工程實(shí)施判斷決策矩陣表

設(shè)判斷決策矩陣為A=(aij)n×n，判斷決策矩陣具有如下性質(zhì)：

aij>1，aij=1/aij，aii=1

依據(jù)兩個(gè)元素的相對(duì)重要度，給出了相應(yīng)的權(quán)數(shù)，以便于對(duì)決策方案進(jìn)行定量計(jì)算，重要度含義如表1所示。

35 kV配電線路工程實(shí)施判斷決策矩陣表如表2所示。矩陣表中的具體標(biāo)度需要根據(jù)工程實(shí)際進(jìn)行配置。

表1　重要度含義表

下面給出措施層部分單項(xiàng)指標(biāo)的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。

2.1變壓器允許容量

影響變壓器允許容量的主要因素有：高壓側(cè)和低壓側(cè)電壓、短路阻抗、短路電流以及并列運(yùn)行變壓器臺(tái)數(shù)。變壓器允許容量S可計(jì)算為：

(1)

式中IH——高壓側(cè)短路電流，kA；UH——高壓側(cè)電壓等級(jí)，kV；UT——低壓側(cè)電壓等級(jí)，kV；IT——低壓側(cè)短路電流，kA；UK——單臺(tái)變壓器短路電壓百分比，%；n——變壓器并列運(yùn)行臺(tái)數(shù)，臺(tái)。

當(dāng)變壓器高壓和低壓測(cè)電壓等級(jí)一定時(shí)，高壓側(cè)短路電流越小，短路阻抗越大，且低壓側(cè)短路電流越大時(shí)，則變壓器允許容量越大。變壓器短路阻抗ZT可以用UK表示：

2.2變壓器經(jīng)濟(jì)運(yùn)行

在額定電壓工作狀態(tài)下，當(dāng)額定電流通過變壓器繞組時(shí)，其運(yùn)行效率η為：

(2)

式中cosΦ——變壓器的功率因數(shù)；ΔP0——變壓器空載有功功率，kW；ΔPk——變壓器滿載有功損耗，kW。

變壓器視在功率中主要包含了有功功率和無功功率。變壓器功率因數(shù)是指有功功率占視在功率的百分比。因此提高功率因數(shù)可以有效地提高變壓器的運(yùn)行效率。

2.3變壓器位置

配電變壓器與負(fù)荷中心的相對(duì)位置對(duì)于35 kV配電線路工程實(shí)施具有重要的評(píng)價(jià)意義。變壓器距離負(fù)荷中心的位置可以以二維坐標(biāo)(x，y)來表示：

(3)

式中P1～Pn——負(fù)荷點(diǎn)有功功率，kW；x1～xn和y1～yn——負(fù)荷點(diǎn)的橫坐標(biāo)和縱坐標(biāo)(m)。

通過負(fù)荷中心的配電變壓器占變壓器總量的百分比確定變壓器位置評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。一般來說，百分比越高對(duì)于35 kV配電線路越有益。

2.4配電線路供電范圍

35 kV配電線路供電半徑為20～50 km，為保障線路損耗和配電線路壓降，依據(jù)負(fù)荷密度可以得出經(jīng)濟(jì)供電半徑：

(4)

式中Pm——配電線路供電功率，kW；σ——負(fù)荷密度，kW/m2；K——配電線路成本系數(shù)，如銅導(dǎo)線的成本系數(shù)為38.75。

配電線路供電范圍評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)是根據(jù)經(jīng)濟(jì)供電半徑內(nèi)的線路占35 kV配電線路總量的百分比，百分比越高越有益。

2.5線路電壓降和線損率

采用了電壓損失法來計(jì)算配電線路的電壓降和線損率。忽略線路本身的電抗，電壓降ΔU和線損率ΔPL可計(jì)算為：

令cosφi=cosφ，可以得出線路線損率與電壓降的比值K可計(jì)算為：

(5)

式中Ii——從變壓器輸出端到電壓最低點(diǎn)流過第i段線路的電流，A；Ri——第i段線路的電阻，Ω；I——流過線路開始的電流，A；φi——第i段線路電壓與電流的相位差；n——從變壓器出口到電壓參考點(diǎn)之間的線段數(shù)。

2.6無功功率補(bǔ)償容量

在35 kV配電線路工程中，一般按照變壓器容量的15%～30%來配置無功功率補(bǔ)償容量。無功功率補(bǔ)償容量QC的計(jì)算式為：

QC=Pmax(tanφ1-tanφ2)

(6)

式中Pmax——配電變壓器最大負(fù)荷功率，kW；φ1和φ2——補(bǔ)償前和補(bǔ)償后的功率因數(shù)角。

2.7配電網(wǎng)安全性和可靠性

配電網(wǎng)的結(jié)構(gòu)可以通過安全性和可靠性兩個(gè)指標(biāo)來衡量。

(1)安全性：配電網(wǎng)的安全性是指運(yùn)行過程中發(fā)生故障時(shí)，配電網(wǎng)對(duì)負(fù)荷保持持續(xù)供電的能力。常用 “N-1”基本安全規(guī)則來衡量配電網(wǎng)安全性。針對(duì)35 kV配電網(wǎng)多主變壓器的配置情況，以2回路停電所造成瞬間負(fù)荷占總負(fù)荷的比例作為校驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)，定義了一種“N-2”校驗(yàn)作為35kV配電網(wǎng)安全性規(guī)則。

(2)可靠性：配電網(wǎng)的可靠性是指配電網(wǎng)對(duì)負(fù)荷持續(xù)穩(wěn)定供電的能力，可靠性指標(biāo)可以通過眾多指標(biāo)進(jìn)行量化。根據(jù)AHP中各指標(biāo)相對(duì)獨(dú)立的要求，選用了“系統(tǒng)平均停電持續(xù)時(shí)間SAIDI”和“系統(tǒng)平均停電頻率SAIFI”這兩個(gè)指標(biāo)來反映配電網(wǎng)的可靠性。

系統(tǒng)平均停電持續(xù)時(shí)間SAIDI指每個(gè)由配電網(wǎng)供電的負(fù)荷點(diǎn)在一年中平均停電持續(xù)時(shí)間，通過停電時(shí)間總和與負(fù)荷數(shù)之比來表示：

式中Nij——配電線路j上負(fù)荷點(diǎn)i的用戶數(shù)；Mij——配電線路j上負(fù)荷點(diǎn)i的年平均停運(yùn)時(shí)間；R——配電線路j上負(fù)荷點(diǎn)集合；N1——配電線路總數(shù)。

系統(tǒng)平均停電頻率SAIFI指每個(gè)由配電網(wǎng)供電的負(fù)荷點(diǎn)在單位時(shí)間內(nèi)所遭受到的平均停電次數(shù)：

式中λij——配電線路j上負(fù)荷點(diǎn)i的年平均停運(yùn)率。

3相對(duì)重要度計(jì)算及一致性檢驗(yàn)

相對(duì)重要度是指將隸屬于同一準(zhǔn)則的所有元素進(jìn)行重要度評(píng)定，并給出相應(yīng)的量化值(權(quán)向量)。相對(duì)重要度的計(jì)算方法是先求出判斷決策矩陣的特征向量，然后再求其相對(duì)應(yīng)的最大特征根。計(jì)算權(quán)向量最常用和積法和方根法。

和積法的基本步驟是：首先對(duì)判斷決策矩陣的每一列元素作歸一化處理；然后將處理后的判斷決策矩陣按行相加，得到該列向量；接著將判斷決策矩陣的權(quán)向量W=[W1，W2，W3…Wn]進(jìn)行歸一化處理，得到判斷決策矩陣的特征向量Wi；最后，計(jì)算出判斷決策矩陣最大特征根λmax，n代表判斷決策矩陣的階數(shù)：

判斷決策矩陣進(jìn)行一致性檢驗(yàn)通過計(jì)算一致性比例C.R.(Consistency ratio)來決定：

(7)

(8)

式中R.I.(Random index)——平均隨機(jī)一致性指標(biāo)，其取值與判斷決策矩陣的階數(shù)n有關(guān)。

當(dāng)C.R.<0.1時(shí)，認(rèn)定判斷決策矩陣具有可以接受的一致性。如果C.R.>0.1，則需要重新調(diào)整判斷決策矩陣，使之達(dá)到一致性標(biāo)準(zhǔn)。

4綜合重要度及一致性檢驗(yàn)

在得到了相對(duì)重要度后，采用從上至下的方法，求出各級(jí)元素相對(duì)于總體決策總目標(biāo)的綜合重要度。

綜合重要度結(jié)果也必須進(jìn)行一致性檢驗(yàn)。

當(dāng)C.R.(k)<0.1時(shí)，認(rèn)為判斷決策矩陣綜合重要度致性是滿意的。

5結(jié)語

本文提出了一種基于AHP分析法的35kV配電線路工程實(shí)施基本模型，該模型能夠有效評(píng)估配電網(wǎng)的性能需求，簡化了數(shù)據(jù)收集整理工作，降低了數(shù)據(jù)分析的難度，更加便于操作。采用該模型對(duì)于中高壓配電網(wǎng)的方案設(shè)計(jì)、工程施工以及竣工驗(yàn)收等環(huán)節(jié)，具有良好的理論和實(shí)際指導(dǎo)意義，能夠極大的提高過程控制的效率。

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(本文編輯：趙艷粉)

AHP-Based Analysis of 35 kV Distribution Line Construction

LU Wu-jun

(Qingpu Branch, Shanghai Shinan Electric Power (Group) Co., Ltd., Shanghai 201700, China)

Abstract:This paper makes a systematic and scientific analysis and assessment of 35 kV distribution line construction. Based on the analytic hierarchy process (AHP), it constructs the basic model of 35 kV power distribution line project. The single index evaluation standard is defined according to performance requirements, and engineering expert experience and the quantitative and qualitative scientific evaluation results are integrated. The model has good theoretical and practical guidance value for high/medium voltage distribution network in the course of project design, construction and completion inspection.

Key words:AHP analysis method; 35 kV power distribution line; high/medium voltage distribution network

DOI：10.11973/dlyny201603002

作者簡介：陸武軍(1971)，男，技師，從事配電線路施工管理工作。

中圖分類號(hào)：TM731

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號(hào)：2095-1256(2016)03-0274-04

收稿日期：2016-02-14