丁萍剛， 楊洲， 王祎

(國網(wǎng)衢州供電公司，浙江 衢州 324000)

0 引 言

110 千伏主網(wǎng)建設(shè)能夠大大提高區(qū)域供電可靠性及網(wǎng)架發(fā)展適應性，提供更加可靠充足的電力供應，為助力地方區(qū)域經(jīng)濟社會高質(zhì)量發(fā)展提供有力的電力支撐[1]。因此為優(yōu)化國家電力產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，電網(wǎng)企業(yè)大力投資建設(shè)110 千伏主網(wǎng)基建工程。但建設(shè)過程中易受自然因素、經(jīng)濟因素及建設(shè)項目自身等因素的影響，導致基建工程質(zhì)量與工程項目風險管控不穩(wěn)定[2]。在確保國家電網(wǎng)高效穩(wěn)定的前提下，合理地管理110 千伏主網(wǎng)基建模型，增大國家電網(wǎng)建設(shè)的收益能力已經(jīng)成為國家電網(wǎng)公司亟需解決的問題。

目前，國家電網(wǎng)在資金投資預算和主網(wǎng)基建等方面進行了探索，電力部門也對主網(wǎng)基建模型開始了一些新的研究。然而，由于110 千伏主網(wǎng)基建投資測算關(guān)系復雜、影響因素多等原因，缺乏考慮因素全面的主網(wǎng)基建模型。隨著國家電網(wǎng)體制改革的逐步深化，電網(wǎng)的經(jīng)濟效益在投資決策中占據(jù)的比例越來越大，主網(wǎng)基建主體的多元化對110 千伏主網(wǎng)基建建模提出了新的挑戰(zhàn)[3]。針對上述背景及存在問題，本文對110 千伏主網(wǎng)基建的相關(guān)指標進行分析，將灰色關(guān)聯(lián)度應用到了主網(wǎng)基建模型設(shè)計中，提高主網(wǎng)基建模型的有效性。

1 基于灰色關(guān)聯(lián)度的110 千伏主網(wǎng)基建模型設(shè)計

1.1 選取110 千伏主網(wǎng)基建特征

每一個城市的110 千伏主網(wǎng)基建投資額及運行變化趨勢不同，導致每一個110 千伏主網(wǎng)基建數(shù)據(jù)指標計算出的灰色關(guān)聯(lián)度數(shù)值也不同。灰色關(guān)聯(lián)度分析屬于灰色關(guān)聯(lián)分析方法中的一種，能夠根據(jù)所研究項目的發(fā)展趨勢提供量化的度量，具有計算量較小的優(yōu)勢，適合主網(wǎng)基建過程的動態(tài)分析[4]，可以提取出影響主網(wǎng)基建運行的因素，從而提高主網(wǎng)建設(shè)效率。若按各城市110 千伏主網(wǎng)基建運行影響因素的選擇策略進行因素選擇，則各城市主網(wǎng)基建運行影響因素會存在差異，在進行110 千伏主網(wǎng)基建運行影響因素回歸樹訓練時，就無法選擇特征相近的城市數(shù)據(jù)一起參與訓練。因此需要選取統(tǒng)一的主網(wǎng)基建特征，來保證多個城市的主網(wǎng)基建特征與主網(wǎng)建設(shè)效率之間的關(guān)聯(lián)性。選取5個城市的110 千伏主網(wǎng)基建運行影響因素與主網(wǎng)建設(shè)效率數(shù)據(jù)，計算兩者之間的灰色關(guān)聯(lián)度，計算結(jié)果如表1所示。

表1 主網(wǎng)基建運行影響因素與主網(wǎng)建設(shè)效率的灰色關(guān)聯(lián)度數(shù)據(jù)

根據(jù)110 千伏主網(wǎng)基建運行影響因素與主網(wǎng)建設(shè)效率之間的關(guān)聯(lián)度數(shù)值，制訂主網(wǎng)基建特征選取步驟。

Step 1：將所有關(guān)聯(lián)度數(shù)值排序，選取每個城市前t個110 千伏主網(wǎng)基建數(shù)據(jù)指標。

Step 2：統(tǒng)計5個城市的110 千伏主網(wǎng)基建特征數(shù)據(jù)指標i，前t個110 千伏主網(wǎng)基建數(shù)據(jù)指標出現(xiàn)的次數(shù)ni。

Step 3：刪除影響最小的110 千伏主網(wǎng)基建數(shù)據(jù)指標。

Step 4：如果剩下的110 千伏主網(wǎng)基建數(shù)據(jù)量小于20，直接進入第五步；否則刪除出現(xiàn)次數(shù)最少的c個指標，令t=t-c，重復第一步[5]。

Step 5：綜合主網(wǎng)基建數(shù)據(jù)類別、出現(xiàn)次數(shù)ni，選取6個主網(wǎng)基建數(shù)據(jù)指標作為110 千伏主網(wǎng)基建特征。

110 千伏主網(wǎng)基建特征選取步驟的流程如圖1所示。

圖1 110 千伏主網(wǎng)基建特征選取步驟流程

為了防止110 千伏主網(wǎng)基建特征出現(xiàn)差別，通過計算110 千伏主網(wǎng)基建運行影響因素與主網(wǎng)建設(shè)效率之間的灰色關(guān)聯(lián)性，制訂了110 千伏主網(wǎng)基建特征選取步驟，完成了主網(wǎng)基建特征的選取[6]。

1.2 聚類處理110 千伏主網(wǎng)基建特征數(shù)據(jù)

利用均值聚類的最優(yōu)策略對110 千伏主網(wǎng)基建數(shù)據(jù)進行聚類處理，最優(yōu)策略會將主網(wǎng)基建數(shù)據(jù)看作附加變量，優(yōu)化操作在附加變量上進行，從而提高主網(wǎng)建設(shè)效率。主網(wǎng)基建數(shù)據(jù)聚類處理流程的具體實現(xiàn)步驟如下。

Step 1：整理110 千伏主網(wǎng)基建數(shù)據(jù)。

收集110 千伏主網(wǎng)基建數(shù)據(jù)樣本，用x1表示。設(shè)xij為待處理數(shù)據(jù)，將其加入110 千伏主網(wǎng)基建數(shù)據(jù)集合[7]。

Step 2：設(shè)置待處理數(shù)據(jù)的初始值。

Step 3：110 千伏主網(wǎng)基建數(shù)據(jù)隨機分類。

將110 千伏主網(wǎng)基建數(shù)據(jù)隨機分成c類，隨機得到每一類的初始聚類中心[8]。

Step 4：迭代次數(shù)初始化。

Step 5：計算灰色關(guān)聯(lián)度。

對于110 千伏主網(wǎng)基建數(shù)據(jù)的每一個110 千伏主網(wǎng)基建數(shù)據(jù)元素xij，利用式(1)計算得到110 千伏主網(wǎng)基建數(shù)據(jù)的灰色關(guān)聯(lián)度公式。

(1)

110 千伏主網(wǎng)基建數(shù)據(jù)的灰色關(guān)聯(lián)度需滿足以下條件：

uij>0

(2)

(3)

式中:uij為在第i個指標中j序列中的理想關(guān)聯(lián)系數(shù)。

Step 6：更新110 千伏主網(wǎng)基建數(shù)據(jù)聚類中心。

根據(jù)式(4)來更新110 千伏主網(wǎng)基建數(shù)據(jù)聚類中心。

(4)

式中:xj為給定聚類數(shù)；m為聚類密度。

Step 7：計算待處理110 千伏主網(wǎng)基建數(shù)據(jù)的關(guān)聯(lián)度。

對于待處理數(shù)據(jù)集合中的每一個待處理110 千伏主網(wǎng)基建數(shù)據(jù)xi′j′，利用式(5)計算待處理110 千伏主網(wǎng)基建數(shù)據(jù)的關(guān)聯(lián)度[9]。

(5)

式中:r為迭代次數(shù)；ui為在第i個指標的緊鄰均值。

Step 8：判斷迭代計算是否滿足結(jié)束條件，如果不滿足，進入Step 9，否則進入Step 10完成數(shù)據(jù)處理。

Step 9：令r=r+1，返回step 5。

Step 10：得到110 千伏主網(wǎng)基建數(shù)據(jù)聚類結(jié)果。

基于灰色關(guān)聯(lián)度的110 千伏主網(wǎng)基建數(shù)據(jù)聚類處理流程如圖2所示。

圖2 基于灰色關(guān)聯(lián)度的110 千伏主網(wǎng)基建數(shù)據(jù)聚類處理流程

以上根據(jù)110 千伏主網(wǎng)基建數(shù)據(jù)處理流程，將110 千伏主網(wǎng)基建數(shù)據(jù)整理并設(shè)置初始值，依據(jù)主網(wǎng)基建數(shù)據(jù)的隨機分類結(jié)果，計算了110 千伏主網(wǎng)基建數(shù)據(jù)的關(guān)聯(lián)度矩陣。利用110 千伏主網(wǎng)基建數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)度結(jié)束條件，完成110 千伏主網(wǎng)基建數(shù)據(jù)的聚類處理。

1.3 構(gòu)建110 千伏主網(wǎng)基建模型

依據(jù)基建數(shù)據(jù)聚類結(jié)果，采用數(shù)學方法構(gòu)建基于灰色關(guān)聯(lián)度的110 千伏主網(wǎng)基建模型，從已知主網(wǎng)基建聚類數(shù)據(jù)中獲取主網(wǎng)負荷和線路負載信息，來提高主網(wǎng)建設(shè)效率?；〝?shù)據(jù)指標體系具有數(shù)據(jù)量少、變化趨勢不穩(wěn)定等特點[10]，需要從數(shù)據(jù)中尋找歷史數(shù)據(jù)的變化規(guī)律構(gòu)建模型，具體步驟如下。

Step 1：預處理110 千伏主網(wǎng)基建數(shù)據(jù)。

設(shè)n年主網(wǎng)基建數(shù)據(jù)的歷史序列Y0為：

Y0=[y0(1),y0(2),…,y0(n)]

(6)

對110 千伏主網(wǎng)基建數(shù)據(jù)的歷史序列進行一次累加，得到：

(7)

式中:y1(k)為主網(wǎng)基建數(shù)據(jù)做一次累加處理后的指標值；y0(i)為主網(wǎng)基建數(shù)據(jù)歷史值。

Step 2：根據(jù)灰色關(guān)聯(lián)度計算110 千伏主網(wǎng)基建數(shù)據(jù)的灰色關(guān)聯(lián)度：

(8)

通過計算110 千伏主網(wǎng)基建運行影響因素與主網(wǎng)建設(shè)效率之間的關(guān)聯(lián)性，制訂了主網(wǎng)基建特征選取步驟，完成了基建特征的選??；設(shè)置主網(wǎng)基建數(shù)據(jù)初始值，依據(jù)基建數(shù)據(jù)的隨機分類結(jié)果，利用基建數(shù)據(jù)灰色關(guān)聯(lián)度結(jié)束條件，完成主網(wǎng)基建數(shù)據(jù)的聚類處理；實現(xiàn)基于灰色關(guān)聯(lián)度的110 千伏主網(wǎng)基建模型設(shè)計。

2 仿真試驗與分析

2.1 試驗環(huán)境

為檢驗此次構(gòu)建模型的有效性，以基建工程質(zhì)量控制標準(WHS)合格率及基建的建設(shè)風險值為試驗指標，與基于BIM構(gòu)建的模型、基于運營數(shù)據(jù)的模型作對比。以浙江省某110 千伏工程項目基建數(shù)據(jù)為試驗樣本。采用電力系統(tǒng)的分析軟件ETAP進行仿真建模。

2.2 主網(wǎng)基建質(zhì)量合格率對比

為驗證此次構(gòu)建模型的有效性，在仿真平臺運用三種模型建設(shè)110 千伏主網(wǎng)基建工程，檢驗不同模型的主網(wǎng)基建質(zhì)量。以WHS合格率作為評價標準。WHS合格率的指標考核內(nèi)容為工程實體質(zhì)量水平和施工、監(jiān)理、建設(shè)和設(shè)計等單位的現(xiàn)場質(zhì)量管理水平，是評價電網(wǎng)基建工程質(zhì)量的指標之一[11]。WHS合格率以一周為報送周期，其計算公式如式(9)所示。

(9)

式中:μ為本項工程WHS質(zhì)量控制點執(zhí)行抽檢合格點數(shù)；φ為抽檢總點數(shù)。WHS合格率Q≥80%時，項目質(zhì)量為合格。

基于上述試驗環(huán)境，對比不同模型的基建工程合格率，具體WHS合格率試驗結(jié)果如圖3所示。

圖3 不同模型的基建工程合格率

由圖3對比結(jié)果可知，對比其他兩種模型的WHS合格率，所設(shè)計模型的WHS合格率高于90%，說明基建工程質(zhì)量較佳。因為該模型選取了主網(wǎng)基建特征，并對特征數(shù)據(jù)進行了聚類處理，提高了基建工程的WHS合格率。

2.3 基建工程項目風險對比

為驗證此次設(shè)計模型的建設(shè)效率，對比三種方法的基建工程項目風險。由于工程項目風險包含的內(nèi)容較多，選擇與110 千伏主網(wǎng)基建關(guān)系較為緊密的三個方面(技術(shù)風險、運行風險和環(huán)節(jié)控制風險)作為主要考察指標[12]，得到整體建設(shè)風險計算公式。

D=P+F+S

(10)

式中：P為技術(shù)風險；F為運行風險；S為環(huán)節(jié)控制風險。不同的風險通過風險可能發(fā)生的概率、頻率以及嚴重程度的量化數(shù)值乘積計算，不同風險的量化值范圍均為1～10?；谏鲜鲈囼灜h(huán)境及建設(shè)風險計算公式，對比三種模型的基建工程項目風險，具體結(jié)果如圖4所示。

從圖4可以看出，對比模型的基建工程項目風險值均高于12，而所設(shè)計模型的風險值則低于5，遠小于其他兩種模型的建設(shè)風險。所設(shè)計的模型計算了影響主網(wǎng)基建運行因素與主網(wǎng)建設(shè)效率之間的灰色關(guān)聯(lián)度，排除了關(guān)聯(lián)度較低的因素，降低了建設(shè)風險。

圖4 不同模型的基建工程項目風險

3 結(jié)束語

針對主網(wǎng)基建過程影響因素較多的問題，提出了基于灰色關(guān)聯(lián)度的110 千伏主網(wǎng)基建模型研究。對影響主網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施運行的因素和主網(wǎng)建設(shè)效率進行灰色關(guān)聯(lián)計算，剔除關(guān)聯(lián)程度低的影響因素，選取主網(wǎng)基建特征數(shù)據(jù)并對其進行聚類處理。結(jié)合主網(wǎng)歷史序列數(shù)據(jù)構(gòu)建主網(wǎng)基建函數(shù)模型，通過主網(wǎng)基建模型的構(gòu)建，實現(xiàn)了基于灰色關(guān)聯(lián)度的110 千伏設(shè)計。仿真試驗表明，此次設(shè)計模型的基建工程WHS合格率高于90%，且基建風險較低。