CN109359837A - 一种主动配电网技术经济效益评估与投资决策方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种主动配电网技术经济效益评估与投资决策方法；从配电网运行特性和建设投资的经济效益两方面出发，建立以技术类指标、经济类指标为主体的技术经济效益综合评估体系；筛选出主动配电网发展下的可配置资源，明确用于配电网改造的可选的建设项目，建立可选项目集；计算以可靠性为代表的技术类指标和以单位投资增供电量为代表的经济类指标，分析不同投资方案的技术、经济效益；针对建设目标选取用于综合评估的指标，采用改进后的熵权法确定指标权重，提出主动配电网技术经济效益综合评估方法；根据单体评估结果，建立投资决策模型，为主动配电网投资建设时获取包含多个建设项目的优选组合方案打下基础。

Description

一种主动配电网技术经济效益评估与投资决策方法

技术领域

本发明涉及电力系统领域，具体地，涉及一种主动配电网技术经济效益评估与投资决策方法。

背景技术

配电网投资分配决策工作能够促进配电网的科学发展，提高电网管理水平，提高资源利用率，产生较高的企业效益及社会效益。对配电网建设资金的合理规划、有效的分配，不仅关系到电网的可靠、安全运行，还能优化资源。配电网改造和投资决策是国家未来智能配电网战略发展的需要，在当前配电网建设改造风起云涌之际，面对大量投入的配电网投资，如何快速确定配电网的投资策略，如何解决配电网在投资决策方面遇到的难题，如何在考虑配电网投资社会效益的同时注重经济效益对供电企业至关重要。

配电网的投资决策内涵主要包括：投资必要性、投资目标、投资规模、投资方向、投资结构、投资成本与收益等方面，需要针对投资的具体内容所进行的评估、分析和方案选择，属于配电网发展策划层面的重要环节，是引领配电网各项具体规划合理设计与实施的关键。科学合理的指标体系是配电网投资效益评价的基础。不同的投资对象，对系统的不同性能改善程度不同，在配电网建设过程中，如何针对大量的投资元素进行性能评估分析，是一个亟待解决的问题。在主动配电网发展的大背景下，配电公司的投资手段已经不仅仅是传统的线路网架改造、变电站升级、网络重构等，还需要考虑分布式电源的安装、储能装置、配电自动化的配置等。每一次投资都会产生相应的性能提升与改善，因此，需要对配电网的规划方案进行评估，采用配电网技术经济效益指标反映不同投资决策方案的投资效果。在配电网整体评估中，希望一方面可以量化配电网的一次系统特征，另一方面又能够评估不同投资方案的投资收益。实际配电网建设改造过程中，由于可选措施种类多，单项投资项目与多种投资手段共同实施的组合投资项目都可能发生，而一定时间内建设需求多、总投资规模有限，这就要求电网企业对包含多个建设项目的组合方案进行优化。

发明内容

针对现有技术不能有效评估主动配电网投资规划决策方案的问题，本发明提供一种主动配电网技术经济效益评估与投资决策方法，通过主动配电网技术经济效益综合评估体系，对涉及DG扩容、DG新建、开关建设、线路建设等不同投资方案进行主动配电网技术经济效益评估，这些性能指标可用于主动配电网投资规划中的投资方案与指标结果关联性分析。

为实现上述目的，本发明的技术方案是：一种主动配电网技术经济效益评估与投资决策方法，所述方法包括：

步骤1：从配电网运行特性和建设投资的经济效益两方面出发，建立以技术类指标、经济类指标为主体的技术经济效益综合评估体系；

步骤2：筛选出差异化主动配电网发展下的可配置资源，明确用于配电网改造的可选的建设项目，建立可选项目集；

步骤3：基于可选项目集，计算以可靠性为代表的技术类指标和以单位投资增供电量为代表的经济类指标，根据单个指标的单体评估结果，分析不同投资方案的技术、经济效益；

步骤4：根据建设目标，采用主成分分析法从技术经济效益综合评估体系中选取部分指标用于技术经济效益综合评估，采用改进后的熵权法确定这些指标的权重，提出主动配电网技术经济效益综合评估方法；

步骤5：根据单体评估结果，建立投资决策模型，在电源、开关、线路多种建设项目同时用于提高可靠性时，决定主动配电网投资建设的多种建设项目的优选组合方案。

本发明可为后续的主动配电网投资决策关联性分析提供支撑。

提出的技术经济效益综合评估体系包括供电质量、网架结构、运行水平、技术装备，信息化水平、收入类、成本类7类。供电质量类指标：电压合格率、供电可靠性指标(可靠性指标一般用于评估配电网停电现象对用户的影响程度，包括用户平均停电时间(SAIDI)、系统期望缺供电量(EENS)、供电可靠率(RS-3)指标)。网架结构类指标包括线路分段数、供电半径、线路标准化水平等。运行水平类指标，是反映配电网运行水平和供电能力的相关指标，包括N-1通过率、线路平均负载率、线路重载比例等。技术装备类指标：清洁能源渗透率、线路电缆化率、架空线路绝缘化率等。信息化水平类包括光纤覆盖率、通信覆盖率等。收入类指标用来衡量电网投资带来的收入变化，包括：电网资产收入比、单位资产供电量、单位投资增供电量、单位投资增供负荷、单位投资DG增供电量等。成本类指标用来衡量电网投资带来的成本变化，包括：线损率(又称网损率)、单位投资减少的网损、容载比、单位电量供电成本、单位投资减少的用户停电时间、单位投资减少的失负荷量等。

进一步地，分析可选项目集。

本发明在表1中总结了24项较为典型的主动配电网建设改造措施，作为可选项目集。本发明一实例中采用的可行配电网改造方案包括在IEEE33节点上进行DG扩容、DG新建、开关建设、线路建设五种。方案一采用分布式能源扩容手段在14节点将原来的0.5MW光伏增加为额定功率为1.5MW的光伏。方案二采用新建分布式电源的方法在30节点上增加一个1MW的光伏，可与初试方案和方案一进行比较。方案三采用提升可靠性的措施，三遥开关不仅能提供电气信息，减少故障定位时间还能远程动作，减少故障隔离时间，在9节点和26节点加装三遥装置。方案四采用提升可靠性的措施，增设线路，可以使部分不能成功转供的区域被成功转供。采用提升可靠性的措施，增加备供容量，优先满足25-32馈线上的节点负荷或负荷分区(由分段设备划分)。可以原来使部分不能成功转供的区域被成功转供。方案五在31节点处增加1MW备供。

进一步地，选取技术经济效益综合评估体系中的部分指标分析技术、经济效益。

技术类指标和经济类指标的计算结果进行对比分析：

通过时序模拟得到各个方案各时段的常规刚性负荷、商用负荷、工业负荷负荷值，各时段电压，线损等数据，继而得到系统最大负荷、年供电量、网损量等指标。通过可靠性计算，得到系统平均停电频率、系统平均停电时间、系统失负荷量、供电可靠率等指标。对比不同方案的指标结果，可以分析其技术、经济效益。如：年供电量更大，说明这个投资方案有拉动电量增长的效果；系统平均停电时间更小，说明这个投资方案有改善电网可靠性的作用。

进一步地，选取用于进行技术经济效益综合评估的指标。

本发明提出的技术经济效益综合评估指标体系包含多个三级指标，这些指标不可能全部用于综合评估，应该根据实际情况和项目需求，选取部分指标用于技术经济效益综合评估。使用多个指标的技术经济效益综合评估方法是把多个描述被评价事物不同方面且量纲不同的统计指标，转化成无量纲的相对评价值，并综合这些评价值以得出对该事物一个整体评价的方法。本发明采用主成分分析法进行指标选择。主成分分析法是通过恰当的数学变换，使新变量主成分成为原变量的线性组合，并选取少数几个在变差总信息量中比例较大的主成分来分析事物的一种方法。主成分在变差信息量中的比例越大，它在综合评价中的作用就越大。由此在分析实际问题时，可只取前k个主成分来代表原变量的变差信息，以减少工作量。主成分分析中各主成分是按方差大小依次排列顺序的，在分析问题时，可以舍弃一部分主成分，只取前后方差较大的几个主成分来代表原变量，从而减少了计算工作量。

进一步地，建立改进的熵权法确定选取出来的指标的权重。

目前国内外关于采用多个指标的综合评估方法很多，根据权重确定方法的不同，这些方法大致可分为两类：一类是主观赋权法，如层次分析法、德尔菲法等，多是采用综合咨询评分的定性方法，这类方法因受到人为因素的影响，往往会夸大或降低了某些指标的作用，致使排序的结果不能完全真实地反映事物间的现实关系。另一类是客观赋权法，即根据各指标间的相关关系或各项指标值的变异程度来确定权数，避免了人为因素带来的偏差。如主成分分析法、因子分析法等。信息熵可以较好综合上述两种方法的特点，既能体现决策者对于评价指标的主观意愿，又能反映指标权重系数的客观真实性。基于信息熵理论，将采集专家意见的德尔菲专家调查法与模糊分析法相结合，用熵理论对权重排序进行定量化分析，能够消除指标权重分配中的不确定性问题。根据本发明的改进熵权法，决策者可根据不同规划周期配电网的建设目标合理修正模糊矩阵，使得评价结果更能反映当前配电网发展的实际情况。

进一步地，进行技术经济效益综合评估。

综合评估是指将多个指标计算结果融合为一个综合值，将不同量纲、不同属性的多个指标结果转化为一个值，首先要确定这多个指标的权重，然后将指标计算结果排序，选择等级打分法将不同量纲、不同属性的指标结果统一标准化处理，接着将权重值和标准化处理后的指标值对应相乘再相加得到综合评估结果。首先，采用主成分分析法选取用于综合评估的指标，本发明实例中所选取的指标主要是参照IEEE33节点系统可以计算的指标，说明所提技术经济效益综合评估方法有效性；然后对指标进行无量纲统一化处理，这样才可以统一衡量不同指标的效果，本发明采用等级打分的方法实现；接下来是进行权重选择，采用改进熵权法作为权重确定方法；最后，将指标计算结果与对应权重相乘，累加后的结果用于技术经济效益综合评估。实例中，选取了8个指标进行综合分析；评估时对各计算指标排名，划分等级，根据等级打分，最优指标值计为100分，少一级等额降分，由于实例中共有五个投资方案，那么以指标结果最优值为100，次优90，以此类推，末者60的打分制对指标进行无量纲统一化处理。用X₁-X₈表示8个指标的权重值，综合分析最后得分为每项得分与权重的乘积之和。

进一步地，根据投资效益模型，分析主动配电网包含多个建设项目的优选组合方案。

现有配电网投资决策研究在单一类别改造措施的规划中取得了较好成效，然而配电网可靠性由多项改造措施共同影响，忽略措施之间的耦合效应可能导致改造措施的总体实施效果评估并不准确，因而难以形成最优组合改造方案。本发明计及多种改造措施产生的影响，采用一种基于投资效益模型的选择最优组合改造方案的方法。

与现有技术相比，本发明具有有益效果：提出了更为全面的技术经济效益综合评估体系，能够体现主动配电网特性；根据主动配电网可选项目集选择改造方案，计算技术经济效益指标，结合时序运行样本和计算的可靠性指标等指标值，可为后续的主动配电网投资决策关联性分析提供支撑；提出了具有主观赋权法和客观赋权法双重特性的改进熵权法，对权重确定方法的发展有良好的促进作用；提出了投资决策模型，能够为确定包含多种建设项目的投资方案打下基础。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定；

图1是本发明一种主动配电网技术经济效益综合评估流程的流程示意图；

图2是本发明提出的配电网技术经济效益评估指标体系示意图；

图3是本发明实施中改造后的IEEE 33节点模型示意图；

图4是本发明实施中按方案一改造后的IEEE 33节点模型示意图；

图5是本发明实施中按方案二改造后的IEEE 33节点模型示意图；

图6是本发明实施中按方案三改造后的IEEE 33节点模型示意图；

图7是本发明实施中按方案四改造后的IEEE 33节点模型示意图；

图8是本发明实施中按方案五改造后的IEEE 33节点模型示意图。

具体实施方式

为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本发明进行进一步的详细描述。需要说明的是，在相互不冲突的情况下，本申请的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是，本发明还可以采用其他不同于在此描述范围内的其他方式来实施，因此，本发明的保护范围并不受下面公开的具体实施例的限制。

一种主动配电网技术经济效益评估与投资决策方法，包括：从配电网运行特性和建设投资的经济效益两方面出发，建立以技术类、经济类两大类指标为主体的技术经济效益综合评估体系；筛选出差异化主动配电网发展下的可配置资源，明确用于配电网改造的可选的建设项目，建立可选项目集；基于可选项目集，计算以可靠性为代表的技术类指标和以单位投资增供电量为代表的经济类指标，根据单个指标的单体评估结果，分析不同投资方案的技术、经济效益；根据建设目标，采用主成分分析法从技术经济效益综合评估体系中选取部分指标用于技术经济效益综合评估，采用改进后的熵权法确定这些指标的权重，提出主动配电网技术经济效益综合评估方法，如图1所示；根据单体评估结果，建立投资决策模型，在电源、开关、线路等多种建设项目同时用于提高可靠性时，决定主动配电网投资建设中包含多种建设项目的优选组合方案。有以下三点需要注意：

1)差异化指标挑选：通过指标评分可以很直观的看出各种方案的优劣，本文提出的技术经济综合指标体系中，有的指标是不受配电网某一改造措施影响的且能直观看出，如电缆化率不会随电网清洁能源容量增大而变化。所以，在进行配电网投资效益单体指标评估时，首先需要针对具体地区实际可选项目集灵活地挑选指标，并且所选指标数量应尽可能广的涵盖上述指标体系的类别。

2)指标标准化处理：由于不同指标可能具有不同的特性、量纲和数量级，所以需要对计算得到的各指标进行无量纲化处理。常用的方法有差值法、最大值法、模糊数学法等，本发明采用等级打分差值法进行指标评价，能够满足标准化的要求且不影响评价结论，这种方法还克服了查表或曲线拟合法无法适应不同时期、不同地区差异化考核标准的问题，且在计算效率上有明显的优越性。

3)指标权重确定：改进后的熵权法，将采集专家意见的德尔菲专家调查法与模糊分析法相结合，用熵理论对权重排序进行定量化分析，能够消除指标权重分配中的不确定性问题，具有主观赋权法和客观赋权法的双重优点。此外，决策者可根据不同规划周期配电网的建设目标合理修正模糊矩阵，使得评估结果更能反映当前配电网发展的实际情况。

1、主动配电网技术经济效益综合评估体系

本发明提出的技术经济效益综合评估体系包括供电质量类指标、网架结构类指标、运行水平类指标、技术装备类指标、信息化水平、收入类指标、成本类指标7类，如图2所示。其中，部分指标的详细说明如下：

供电质量类指标

(1)电压合格率：实际运行电压在允许电压偏差范围内累计运行时间与对应总运行统计时间的占比，主要针对中低压地区进行分析。电压合格率作为电能质量的基本指标，影响着电力系统的运行情况，电压过高或过低会严重影响终端客户正常的生产生活秩序，关系到居民用户的用电安全，向来受到很大关注。

式中：T_up、T_down分别为电压超上限时间和超下限时间，T_all为电压检测总时间。

(2)供电可靠性指标：可靠性指标一般用于评估配电网停电现象对用户的影响程度。根据停电时间的差异，停电后用户可被分为3类：1)用户位于故障区域上游区段，则停电时间为区段间故障定位时间与故障隔离时间之和，记作T1。2)用户位于故障区域下游区段且能够通过备供通道转供，则停电时间为T1与故障转供时间之和，记作T2。3)用户位于故障区域下游区段且不能够通过备供通道转供，或用户位于故障区域中，则停电时间包括区段间故障定位时间、区段内故障定位时间与故障修复时间，记作T3。在此基础上，可对国际范围内广泛使用的众多可靠性评估指标进行计算。本文中涉及的系统平均停电时间、系统期望缺供电量(又称为系统失负荷量)、供电可靠率指标的计算公式如式(14)-(16)所示。

I_D＝λ_F(β₁T₁+β₂T₂+β₃T₃) (14)

I_E＝I_DP_L (15)

式中：I_D、I_E、I_R分别为馈线的SAIDI、EENS与RS-3指标；λ_F为馈线总故障率；PL为馈线负荷总量；β₁、β₂、β₃为停电用户分布系数，分别表示当馈线中任意设备发生故障时，以上3种类型用户的平均分布比例。

网架结构类指标

(1)线路标准化水平：导则规定截面选择范围的线路条数台数占总线路条数的比例。在导则规定截面选择范围内的线路条数/相应电压等级线路总条数×100％

式中：I_standard表示线路标准化水平；表示在导则规定截面选择范围内的线路条数；N_vol,i表示相应电压等级i线路总条数。

(2)线路平均分段数：用以反映配电网供电灵活性与失电影响范围。架空线路总分段数/架空线路总条数

式中：I_{mid_sub}表示架空线路平均分段数；N_{mid_sub}表示架空线路总分段数；N_mid表示架空线路总条数。

运行水平类指标(反映配电网运行水平和供电能力的相关指标)

(1)线路负载率：线路出现的最大负荷与线路本身最大载容量之比。线路负载率是评估配电网运行水平的重要指标，若线路长期处于重载或过载的运行水平，与之相应，电网事故率会提高，对电力系统运行的稳定性和安全性造成极大威胁。

式中：K_load为线路负载率；L_max表示10kV线路最大负荷；C_max为10kV线路最大载容量。

(2)线路重载比例：重载线路所占的比例，重载线路指最大负荷日最大负荷时刻负载率超过70％的线路。

式中：I_hload为线路重载比例；N_{mid_hload}表示重载线路条数；N_mid为10kV线路总条数。

技术装备类指标

(1)清洁能源渗透率：电网中清洁能源装机容量与系统总装机容量之比。

式中：K_new为清洁能源渗透率；C_{max_c}表示系统总装机容量；C_new为清洁能源装机容量。

(2)线路电缆化率：电缆线路长度所占的比值情况。需要各个规划阶段的地区线路规划方案和现阶段已实施的地区线路运行情况，才能得到这个指标。

式中：I_cable表示线路电缆化率；L_电缆线表示电缆线路总长度；L_中压线表示线路总长度。

(3)架空线路绝缘化率：架空线路中，绝缘线路长度所占的比值情况。架空线路绝缘化率一般用来评估电网的技术装备水平，10kV电网安全隐患主要来源于线路的裸露、放电，通过采用绝缘架空线，从而减小事故率，缩短用户平均停电时间，可提高10kV线路架空线绝缘化率。

式中：I_insulated表示10kV架空线路绝缘化率；L_绝缘线表示10kV架空线路中绝缘线路的长度；L_架空线表示10kV架空线路总长度。

信息化水平类指标

光纤覆盖率，用于表示光纤建设的水平。

式中：I_fiber表示光纤覆盖率；L _fiber表示有光纤覆盖的线路长度；L表示线路总长度。

收入类经济指标(收入类指标用来衡量电网投资带来的收入变化)

(1)电网资产收入比，可以通过电网公司的年度总售电收入除以电网公司资产总量来计算，该指标说明了每单位固定资产所能够带来的收入，在一定程度上反映了电网企业资产的利用率以及单位资产的盈利率。

式中：K_income表示电网资产收入比；C_income表示年度总售电收入；C_property表示电网资产总量。

(2)单位资产供电量。该指标反映电网资产的运行效率，包括存量资产和增量资产。用以引导各企业合理把握电网资产与非电网资产的比例关系，综合提高资产效益。

式中：P_pro表示单位资产供电量；P_total表示供电总量；C_property表示电网资产总量。

(3)单位投资增供电量，该指标是用供电量来表征企业投资的收益，描述投资与产出的关系。

式中：P_{Δ_g}表示单位投资增供电量；表示次年供电量，单位为kwh；表示当前年供电量；C_Δ表示电网投资额。

(4)单位投资增供负荷，是指电网单位投资对应的增供负荷，主要用于反映电网投资的经济效益。

式中：P_{Δ_l}表示单位投资增供负荷；表示次年供电最大负荷，单位为kw；表示当前年供电最大负荷；C_Δ表示电网投资额。

(5)单位投资DG增供电量：是指电网单位DG对应的增供电量，反映DG投入拉动电量增长的效果。

式中：P_{Δ_DG}表示单位投资DG增供电量；表示次年供电量，单位为kwh；表示当前年供电量；C_ΔDG表示电网投资的DG容量。

(6)单位投资DG降损电量：表征通过单位投资DG使电网降低的线损，引导各单位提高供电效率。

式中：I_{ΔDG_loss}表示单位投资DG降损电量；表示次年总线损量，单位为kw；表示当前年供电最大负荷；C_ΔDG表示电网投资的DG容量。

成本类经济指标(成本类指标用来衡量电网投资带来的成本变化)

(1)线损率指标，是指电网中损耗的电能(线路损失负荷)与向电力网络供应电能(供电负荷)的百分数，用来考核电网系统运行的经济性。线损率越高意味着电网供电中损失的电能越多，电网运行经济效果越差。通常用供电部门对所管辖(或调度)范围内电网的供、售电量之差与供电量的比值表示，反应损失的电能水平。

式中：I_loss表示单位投资降损电量；P_g表示供电量；P_load表示用电量。

(2)单位投资减少的网损指标，是指通过投资使电网结构得到优化而降低的线损。该指标的设立旨在引导各单位注重提高电网供电能力，并增强节能降耗意识，提高供电效率。

式中：I_{Δ_loss}表示单位投资降损电量；表示次年总线损量，单位为kw；表示当前年供电最大负荷；C_Δ表示电网投资额。

(3)容载比指标，是指电网各电压等级供电能力与实际负载的对比，评价变电容量和输电容量的裕度是否合适，该指标用于引导各电力企业合理控制投资规模。可以用某一供电区域、同一电压等级电网的变电设备总容量与对应的最大总负荷(网供负荷)的比值表示。相应电压等级年最大负荷日在役运行的公用变电总容量/该电压等级最大网供负荷×100％

式中：I_{cap_load}表示容载比；表示相应电压等级年最大负荷日在役运行的公用变电总容量；P_max,l表示该电压等级最大网供负荷。

(4)配变轻载比例指标，用于反映电网配变容量分布的合理性，为电网配变合理布局提供决策，避免电网投资局部过于滞后或过于超前，以较低的成本保障供电安全性和可靠性。

式中：I_{tr_l}表示配变轻载比例；N_{tr_l≤20％}表示轻载配变台数，轻载配变是指最大负荷日最大负荷时刻负载率低于20％的配变；N_tr表示电网配变总台数。

(5)单位电量供电成本指标，是指一定时期电网公司供电量和成本支出的比率，反映电网公司每一单位供电量需要支出多少成本，该比率越低，说明单位供电量的成本支出越低，即电网公司单位投资获取效益的能力越强。

式中：C_aver表示单位电量供电成本；P_g表示年供电量；C_ex表示电网年成本支出额。

(6)单位投资减少的用户停电时间，是指用户停电时间的差额除以电网投资额，反映投资带来的可靠性收益，值越高说明收益越好。

式中：I_{Δ_pro}表示单位投资减少的用户停电时间；表示次年用户停电时间，单位为小时；表示当前年用户停电时间；C_Δ表示电网投资额。

(7)单位投资减少的失负荷量：是指失负荷量的差额除以电网投资额，反映投资带来的可靠性收益。

式中：I_{Δ_E}表示单位投资减少的失负荷量；表示次年系统失负荷量，单位为kwh；表示当前年系统失负荷量；C_Δ表示电网投资额。

2、可选项目集

表1配电网建设改造措施

根据在某电力公司的实际调研情况，考虑24项较为典型的配电网建设改造措施，如表1所示。本发明在案例说明中采用的可行配电网改造方案包括在IEEE33节点上进行DG扩容、DG新建、开关建设、线路建设。初始方案如图3所示。改造方案一采用分布式能源扩容手段在节点14将原来的0.5MW光伏增加为额定功率为1.5MW的光伏，如图4所示。方案二采用新建分布式电源的方法在30节点上增加一个1MW的光伏，如图5所示。方案三采用提升可靠性的措施，三遥开关不仅能提供电气信息，减少故障定位时间还能远程动作，减少故障隔离时间，在9节点和26节点加装三遥装置，如图6所示。方案四采用提升可靠性的措施，增设线路，可以使部分不能成功转供的区域被成功转供，如图7所示。采用提升可靠性的措施，增加备供容量，优先满足25-32馈线上的节点负荷或负荷分区(由分段设备划分)。可以原来使部分不能成功转供的区域被成功转供。方案五在31节点处增加1MW备供，如图8所示。

3、用于权重确定的改进熵权法

将采集专家意见的德尔菲专家调查法与模糊分析法相结合，用熵理论对权重排序结构定量化分析，能够消除指标权重分配中的不确定性问题，决策者可根据不同规划周期配电网的建设目标合理修正模糊矩阵，使得评价结果更能反映当前配电网发展的实际情况。

专家依据自己的知识和经验独立地给出自己对测评指标集重要性“排序”意见的定性判断。考虑m个专家、n个指标的综合决策问题的决策矩阵X如下所示：

其中x_ij表示第i个专家关于第j个指标的评价，若x₂₃为1，表示专家2认为指标3最重要，排序数为1；

当出现x₁₁＝1,x₂₁＝2,x₁₁≠x₂₁的同一列的值不统一的情况，表明不同专家对于同一指标的看法有偏差，某一个指标的权重又是不同专家的排序打分共同决定的，指标的权重不是某一专家直接确定的，是不同专家认知打分的不确定结果，那么，结合模糊理论，排序转化的隶属函数M为：

M(x)＝-λp_n(x)lnp_n(x) (2)

其中

式中，x为专家对各指标的排序数，x∈自然数集{1,2,…n}，x＝1表示该专家认为此指标最为重要；若定义最大序号为r，d为转化参数量，那么取d＝r+2；

排序数x对应的隶属度u(x)为：

模糊矩阵U由多名专家共同构建，若认为每个专家的重要性一致，那么m个专家的对指标j的平均认识度b_j为：

所有专家对于第i个指标的综合认知度c_j如式(6)所示：

c_j＝u_j(1-z_j) (6)

其中，z_j表示专家主观认识的不确定性，表示为：

将综合认知度c_j按式(8)所示进行归一化，得到各指标的权重w_j：

4、技术经济效益综合评估方法

首先，采用主成分分析法选取部分指标用于综合评估，本发明实例中所选取的指标主要是参照IEEE33节点系统可以计算的指标，说明所提技术经济效益综合评估方法有效性；然后对指标进行统一化处理(无量纲化)，这样才可以统一衡量不同指标的效果，本发明采用等级打分的方法实现；接下来是进行权重选择，科学、合理地确定权重是综合评价的关键环节，采用改进熵权法作为权重确定方法；最后，将指标计算结果与对应权重相乘，累加后的结果用于技术经济效益综合评估。实例中，选取了8个指标进行综合分析；评估时对各计算指标排名，划分等级，根据等级打分，最优指标值计为100分，少一级等额降分，由于实例中共有五个投资方案，那么以指标结果最优值为100，次优90，以此类推，末者60的打分制对指标进行无量纲统一化处理。用X₁-X₈表示8个指标的权重值，综合分析最后得分为每项得分与权重的乘积之和。

将指标进行统一标准化处理之后得到综合评估结果，技术经济效益综合评估公式为：

式中，Y为某投资方案下的综合评估值；w_j为权重系数，y_j为单项指标评分值。

5、实例分析

通过时序模拟得到各个方案各时段的常规刚性负荷、商用负荷、工业负荷负荷值，各时段电压，线损等数据，继而得到系统最大负荷、年供电量、网损量指标。通过可靠性计算，得到系统平均停电频率、用户平均停电时间、系统缺供电量、供电可靠率指标。指标计算的结果如表2所示，S1表示方案一，S2表示方案二，S3表示方案三，S4表示方案四，S5表示方案5。

表2各方案技术经济指标结果

将表中的技术类指标和经济类指标的计算结果进行对比分析，可以得到以下结论：

1)各方案没有单位投资增供负荷和单位投资增供电量收益，说明这些方案还没有拉动电量增长的效果；

2)各方案的都获得了减少网损收益，说明清洁能源的加入能够减小系统网损；

3)各个方案都减少了停电时间，方案三在添加开关后效果最明显，说明原系统本身结构有待优化，其次，方案二、五的效果较好，单位投资减少的停电时间比较大，说明DG和备供电源有提高系统可靠性的作用；

4)方案四对可靠性的提升效果并不明显，单位投资减少的停电时间和单位投资降低的失负荷量较小，说明增设线路对于当前网架来说成本较大，收益较小，这种方案可以在电网的开关和备供建设之后考虑；

5)各个方案都获得了降失负荷量收益，方案三减少的失负荷量最大，说明现有网架有必要建设新开关。方案五减少失负荷量的效果也比较好说明目前系统中的备供容量还有提升的空间，但是方案二和方案一增加分布式能源也对这一指标有提升作用，备供容量不能无限制的扩大这不利于经济性。说明可以将备供和分布式能源配合使用，具体如何配合还需进一步的投资决策分析。

以表2中第3-9个指标来说明权重确定方法，后续可采用更多的指标进行综合评估。在此，选取了10位专家关于评估对象的关键指标问卷调查，采集到的专家排序矩阵X为：

取d＝9，将得到的隶属度矩阵U代入式(6-7)，得到专家主观认识度矩阵Z和各指标的综合认知度矩阵C为：

Z＝[0.1158 0.0988 0.0721 0.0843 0.0257 0.0453 0.0315]

C＝[0.5083 0.6128 0.7558 0.7360 0.9618 0.9231 0.9312]

经过归一化处理后，得到所选指标集权重为：

W＝[0.0936 0.1129 0.1392 0.1356 0.1772 0.1700 0.1715]

进行综合分析评估时，对各计算指标排名，划分等级，根据等级打分，最优指标值计为100分，少一级等额降分，由于这里五个方案，各个指标按照最优值100，次优90，以此类推，末者60的打分制对指标进行无量纲处理。综合分析最后得分为每项得分与权重的乘积之和。利用式(9)计算综合评估结果。所以，改造方案一综合得分78.877分，方案二得分88.801分，方案三得分90.987分，方案四得分60.975分，方案五得分86.385分，综合分析结果表明，方案三为提升可靠性的技术经济效益最好的投资方案。

6、主动配电网投资决策模型

现有配电网投资决策研究在单一类别改造措施的规划中取得了较好成效，然而配电网可靠性由多项改造措施共同影响，忽略措施之间的耦合效应可能导致改造措施的总体实施效果评估并不准确，因而难以形成最优组合改造方案。本发明根据投资决策模型选择最优组合改造方案。

每个投资项目的实现与否用0-1整型变量描述，对于a种投资项目组合的改造方案，用式(10)表示：

因此，在投资方案各指标计算结果的基础上，根据实际配电网建设和技术性能需求，综合考虑不同投资手段，确定配电网建设改造组合方案。

在一定的投资规模下，配电网改造投资组合目标函数为：

F＝max{X₁,X₂,...,X_h} (11)

其中，X_h表示与可靠性有关的第h个对应的指标评分，与可靠性有关的指标如系统平均停电时间、系统失负荷量和供电可靠率。

对应的约束条件为：

式中：C_i为第i个单体项目投资金额；P_max为配电网改造项目投资限额；I_R为需要计算的其他指标(如，线路最大分段数、电压水平、配电自动化终端最大数量；为其容许的指标最小值、最大值。

本发明提出了一种主动配电网的技术经济效益评估与投资决策方法。从配电网运行特性和建设投资的经济效益两方面出发，建立以技术类、经济类两大类指标为主体的技术经济效益综合评估体系；筛选出差异化主动配电网发展下的可配置资源，明确用于配电网改造的可选的建设项目，建立可选项目集；基于可选项目集，计算以可靠性为代表的技术类指标和以单位投资增供电量为代表的经济类指标，根据单个指标的单体评估结果，分析不同投资方案的技术、经济效益；根据建设目标，采用主成分分析法从技术经济效益综合评估体系中选取部分指标用于技术经济效益综合评估，采用改进后的熵权法确定这些指标的权重，提出主动配电网技术经济效益综合评估方法；根据单体评估结果，建立投资决策模型，在电源、开关、线路等多种建设项目同时用于提高可靠性时，决定主动配电网投资建设的多种建设项目的组合方案选择。此外，结合时序运行样本和计算的可靠性指标等指标值，可为后续的主动配电网投资决策关联性分析提供支撑。

尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (7)

1.一种主动配电网技术经济效益评估与投资决策方法，其特征在于，所述方法包括：

步骤1：从配电网运行特性和建设投资的经济效益两方面出发，建立以技术类指标、经济类指标为主体的技术经济效益综合评估体系；

步骤2：筛选出差异化主动配电网发展下的可配置资源，明确用于配电网建设改造的可选的建设项目，建立可选项目集；

步骤3：基于可选项目集，计算以可靠性为代表的技术类指标和以单位投资增供电量为代表的经济类指标，根据单个指标的单体评估结果，分析不同投资方案的技术、经济效益；

步骤4：根据建设目标，采用主成分分析法从技术经济效益综合评估体系中选取部分指标用于技术经济效益综合评估，采用改进后的熵权法确定这些指标的权重，提出主动配电网技术经济效益综合评估方法；

步骤5：根据单体评估结果，建立投资决策模型，在电源、开关、线路多种建设项目同时用于提高可靠性时，决定主动配电网投资建设的多种建设项目的优选组合方案。

2.根据权利要求1所述的主动配电网技术经济效益评估与投资决策方法，其特征在于，所述步骤1的技术经济效益综合评估体系具体包括：具有三级层次结构的技术经济效益综合评估体系，第一级分为技术类、经济类，第二级分为供电质量、网架结构、运行水平、技术装备，信息化水平、收入类、成本类，第三级包括供电可靠性、电压合格率、线路分段数、N-1通过率、清洁能源渗透率。

3.根据权利要求1所述的主动配电网技术经济效益评估与投资决策方法，其特征在于，所述步骤2的可选项目集具体包括：24项典型的配电网建设改造措施，其中，在传统线路建设、网架改造基础上，增加包括增设分布式电源、储能、二遥终端、三遥终端的可选项目。

4.根据权利要求1所述的主动配电网技术经济效益评估与投资决策方法，其特征在于，所述步骤3的分析不同投资方案的技术经济效益具体包括：通过时序模拟得到各个方案各时段的常规刚性负荷、商用负荷、工业负荷的负荷值，各时段电压，线损数据，针对不同投资方案，通过计算系统平均停电时间、系统失负荷量、供电可靠率、线损率、电压合格率、单位投资增供电量、单位投资增供负荷指标的单体指标，对比同一指标在不同投资方案的结果，分析不同投资方案的技术经济效益。

5.根据权利要求1所述的主动配电网技术经济效益评估与投资决策方法，其特征在于，步骤4中改进后的熵权法具体包括：采用如下所示的步骤确定n个指标权重。

考虑m个专家、n个指标的综合决策问题的决策矩阵X如式(1)所示：

其中x_ij表示第i个专家关于第j个指标的评价；

结合模糊理论，排序转化的隶属函数M为：

M(x)＝-λp_n(x)lnp_n(x) (2)

其中

式中，x为专家对各指标的排序数，x∈自然数集{1,2,…n}，x＝1表示该专家认为此指标最为重要；若定义最大序号为r，d为转化参数量，那么取d＝r+2；

排序数x对应的隶属度u(x)为：

模糊矩阵U由多名专家共同构建，若认为每个专家的重要性一致，那么m个专家的对指标j的平均认识度b_j为：

所有专家对于第i个指标的综合认知度c_j为：

c_j＝u_j(1-z_j) (6)

其中，z_j表示专家主观认识的不确定性；

将综合认知度c_j按式(8)所示进行归一化，得到各指标的权重w_j：

6.根据权利要求1所述的主动配电网技术经济效益评估与投资决策方法，其特征在于，步骤4的主动配电网技术经济效益综合评估方法具体包括：通过等级打分法将不同量纲、不同属性的指标结果无量纲统一化处理，结合处理后的指标结果和对应权重值得到综合评估结果，技术经济效益综合评估公式为：

式中，Y为某投资方案下的综合评估值；w_j为权重系数，y_j为单项评估结果。

7.根据权利要求1所述的主动配电网技术经济效益评估与投资决策方法，其特征在于，所述步骤5具体包括：以提升可靠性为目标，以建设资金和包括线路最大分段数、电压水平、配电自动化终端最大数量的技术类指标为约束，建立投资决策模型，确定包含电源、开关、线路多种建设项目的优选组合方案；投资决策模型如下所示：

每个投资项目的实现与否用0-1整型变量描述，对于第a种投资项目组合的改造方案，用式(10)表示：

在一定的投资规模下，配电网改造投资组合目标函数为：

F＝max{X₁,X₂,...,X_h} (11)

其中，X_h表示与可靠性有关的第h个对应的指标评分，与可靠性有关的指标如系统平均停电时间、系统失负荷量和供电可靠率；

对应的约束条件为：

式中：C_i为第i个单体项目投资金额；P_max为配电网改造项目投资限额；I_R为配电网必须满足的性能要求对应的指标，包括线路最大分段数、电压水平、配电自动化终端最大数量；为其容许的指标最小值、最大值。