摘要：随着我国经济的快速发展，电力行业越来越普遍，电力行业中电网差异化规划是重要的部分。本文提出以负荷的停电损失、成本补偿投资回报率、负荷节点中心接近度、专家评定等级四个指标作为特殊负荷评估指标，该方法具有良好的实用性，对推进电网实行差异化规划，提高防灾抗灾性能具有重要作用。
关键词：差异化规划；负荷；模糊层次分析法
引言
电力安全是国家能源安全的重要组成部分，日益频发的重大自然灾害和人为攻击导致的大面积、长时间停电，使电力系统容灾、抗灾能力面临严峻挑战。提高容灾抗灾性能在三方面进行，加强灾前预警和电网本身的架构稳固，受灾时的应急管理与指挥系统以及灾后电网自身的自愈能力和外部电力抢修。
1 概述
围绕电力系统抗灾性能的提高，现有研究主要集中在两个方面：一种是电力元件本身对灾变的应对；另一种是在外部极端天气下电力系统灾后应急处理。而自2008年中国南方广大电网遭受罕见冰灾后，国家电网提出“普遍提高，重点加强”的差异化规划指导原则以来，差异化规划的研究应用得到了关注。提出了将常规电力系统与现代减灾系统相结合的“抗灾型电力系统”规划的新思路、方式、方法和机制；在电网网架方面，分别通过复杂网络理论和智能优化算法构建输电网最小骨干网络来实现差异化规划；在考虑到外部因素影响方面，从气象学模型的角度出发建立了抗灾型电力系统规划流程图；根据主要自然灾害的影响程度及范围，对各类灾害进行等级和区域划分，由此制定不同标准的电力元件指标来提高抗灾能力；对输电网规划模型进行了研究，分别建立了考虑典型自然灾害场景约束的抗灾型电网规划的数学模型和将灾害风险纳入缺电成本的规划模型。上述文献在考虑灾害影响时将重要负荷作为差异化保护对象，但是未明确给出重要负荷的量化指标，不能有效选择差异化规划的负荷，对基于有效可信对象建立的差异化规划模型有效性与可行性也难以保证。因此，本文定义特殊负荷为差异化规划中的保供电对象，建立方便有效的量化评估指标是得到可信的差异化规划模型和方案的前提，可以有效地提高差异化规划合理性。
2 特殊负荷的认定
2.1差异化规划中的特殊负荷
随着电力需求的不断增加和一级负荷在总负荷中所占的比重逐年提高，导致现有负荷分级的相关标准中一级负荷涵盖范围过广，在严重灾害下难以保证所有一级负荷的供电，因此需要推广特殊负荷在电网差异化规划中的应用。定义特殊负荷为在重大自然灾害等非正常状态下必须保证供电的重要负荷。特殊负荷一旦中断电力供应，将发生中毒、火灾、爆炸等情况或产生较大环境污染；甚至导致严重政治影响或经济损失；将使居民基本生活得不到保障，或造成较大范围社会公共秩序的严重混乱；使灾后救急措施不能及时实施将造成巨大的损失。因此在各类重大自然灾害下，必须保障特殊负荷的供电需求是电网规划的抗灾目标。
2.2特殊负荷的认定指标
在建立特殊负荷评价指标体系时，一方面要尽可能的全面反映特殊负荷的实际情况，另一方面，需要确保各个指标的独立性。基于上述原则，特殊负荷评估指标则由用户停电损失、成本补偿投资回报率、节点中心接近度、专家评定等级4个指标组成，其决策层次如图1所示。
2.2.1指标A：用户停电损失foc
灾后，停电损失越大的用户越重要，因此将用户的停电损失作为特殊负荷评估的重要指标。用户电量的停电损失与负荷规模LK（单位kW），分类用户单位停电损失SCUDF（单位元/（kW•h）），停电时间期望值DK（单位h/年），因提前通知时间tk（单位h）不同而变化的停电损失率β（%）有关。
（1）分类用户单位停电损失函数
用户停电损失正比于年停电时间期望值DK以及负荷点的平均负荷LK，因此，任一负荷点K平均在无提前通知情况下的年停电损失ECOSTK（单位元）求取如下式：
其中，SCUDF定义为在不考虑提前通知时间的情况下，三类产业用户每中断供电1kW•h损失的分产业地区生产总值，如式（2）：
式中，xi为第i年的分类用户用电量，yi为第i年的分类用户相应的地区生产总值。
（2）有提前通知时间的停电损失率β
提前通知时间的长短影响用户停电损失的变化，因此在计算停电损失率时作为一个重要参数来考虑。提前通知的时间越短，特殊负荷缺电导致的损失就越高。文献[17]得出了停电损失β（%）与提前通知时间t（单位h）的关系式：
综合上述可得用户停电损失foc等于无提前通知情况下的停电损失ECOSTK乘以有提前通知时间的停电损失率β，如式（4）：
foc值越大则表示该用户停电损失越大，对供电可靠性的要求越高，可作为判定特殊负荷的指标之一。
2.22指标B：成本补偿投资回报率BCi
电力企业为实现特殊负荷保供电，使特殊负荷用户得到了可靠的用电保证以及更好的经济效益，增加了高标准规划建设投资。根据公平负担原则，特殊负荷用户应承担相应的成本补偿。用户承担成本补偿为除去国家/政府补偿、社会集资等的部分[18]，在估算电力销售收入和电力供电成本的基础上，利用收入减去成本的方法得到电力企业从用户处得到的补偿额；则特殊负荷成本补偿率=（销售电价-单位电量成本）/单位电量成本，即：
式中，成本补偿投资回报率BCi（%）；销售电价SSi（单位元/（kW•h））；单位电量成本REVi（单位元/（kW•h））。成本补偿率越高，电力企业从该用户进行差异化规划投资获得的经济效益越高。
2.23指标C：节点中心接近度
从负荷节点在网架拓扑结构中的重要性考虑，配电网拓扑结构可以等效解耦成数个带树枝的辐射状网络和树干网的结合。以图2为例，某一节点停电则可导致下一级节点断电，而离根节点越近的节点其附带下一级节点则越多，其重要性越大。
通过节点的中心接近度来说明节点的拓扑重要性，在配电网中，设电源变电站节点为根节点。则i点的中心接近度C(i)：其原理是在复杂网络环境下，一个节点到网络中所有可达节点的最短路径越小，则该节点在网络中更接近中心，其作用也就越大。判定如下：
2.24指标D：专家评定等级
专家根据实际情况和专业经验对单位负荷停电影响范围、用户性质、运行维护困难度赋予合适的权值，得到各负荷的评定等级，评定等级越高的负荷重要性越大。
3 模糊层次分析法的特殊负荷认定
3.1算法步骤
对于特殊负荷的认定整个算法步骤应用FAHP进行电网规划综合评判。步骤具体分析如下：（1）统计该城市配电网的所有负荷节点数据。（2）认真分析待选方案特点，建立决策层次结构及方案层。计算各个方案的指标值，并进行规范化处理；通过专家打分确定因素判断矩阵；利用FAHP求解各二级指标、决策方案的权重分配，各指标层的权重总和为1。（3）根据步骤（2）中求得的决策方案及二级指标的权重值，计算方案的综合评价值w，根据实际情况取评分较大的方案为最优方案即认定为特殊负荷。
3.2建立判断矩阵求解权向量
根据专家评定法对特殊负荷认定的准则层4个二级指标重要性来建立优先关系矩阵。优先关系矩阵由0.1到0.9的评分标准建立，得出二级指标之间相对于目标Q的关系如表1。
将表1转换为矩阵r后利用公式（7）计算：
求得的w为其指标权重，则准则层A、B、C、D的相对于目标层Q的值为：
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结束语
结果验证了本文方法的有效性和可行性。对特殊负荷进行了定量评估，其结果更符合实际，排除了一些在严重灾害下并不需要保供电的特殊负荷，有利于差异化规划的经济性和合理性。
参考文献
[13]张飞飞.考虑自然灾害影响的中压配电网规划方法[D].北京：华北电力大学，2013.
[14]徐国新，夏清，康重庆.抗灾型电网规划模式与模型[J].电力系统自动化，2010，34（3）：17-21.
论文作者:雷永兵,张捷
论文发表刊物:《电力设备》2017年第18期
论文发表时间:2017/11/7
标签：负荷论文; 节点论文; 指标论文; 差异化论文; 损失论文; 电网论文; 用户论文; 《电力设备》2017年第18期论文;