层次分析法在城市电网电缆化改造中的应用

城市电网电缆化改造中的应用摘要：首先介绍了城市电网电缆化改造的基本方案，然后详细地论述了基于层次分析法的城市电网电缆化改造方法的原理和基本步骤，设计了功能区域评价的层次分析模型和10kV线路评价的层次分析模型，对整个城市电网架空线电缆化改造的工作进行了合理、有序的控制，实现了良好的社会经济效益。关键词：层次分析法，城市电网，电缆化改造城市范围内的电网人地改造在国内将是史无前例的，同时也面临着复杂的控制规划问题。城市中各地区都会有架空线电缆化改造的需求，因此需要通过某种方法对各个地区进行评判。而架空线入地改造涉及的因素众多，协调各因素间的关系，制订架空线电缆化改造的可行性方案，使之尽可能符合工程实际要求，达到城市电网规划的预期效果，是城市电网架空线路电缆化改造工程的基础工作。在电缆化改造评判的众多因素中，既有定量因素，也有定性的因素，而且各个因素之间关系复杂，从而使决策问题的难度增加。层次分析法是一种定性与定量相结合，针对多层次、多目标规划决策问题的有效决策方法，具有高度的逻辑性、系统性、简洁性和实用性。经过验算，基于层次分析法的城市电网电缆化改造方法有效可行，具有很好的应用价值。目前，虽然城市电网规划和改造工作得到了重视，但是由于起步晚，国内关于城市电网架空线电缆化改造控制方法的研究并不多见。城市电网电缆化改造工程涉及因素众多，而且相互之间关系复杂。基于层次分析法的城市电网架空线电缆化改造方法能够有效地处理这些因素，得到合理的结果，供决策人员参考。一、城市电网电缆化改造方案概述对于城市电网架空线入地改造的控制问题，国内学者提出广一些算法。这些方法的思路是把某区域内有待改造的架空线所在的各条道路作为评价对象，通过某种算法计算道路的优先权重，然后按照优先权的大小对各道路上的架空线进行人地改造控制。这种方法虽然对于决策具有一定的参考价值，但是它也存在局限性。首先，这种方法只对某一小区域内的几条道路进行评价和控制，缺乏对整个城市或城区统一的规划和安排，不能很好地和整个城市电网的远期发展规划结合起来，因此，这种方法的适用范围是十分有限的。其次，该方法虽然考虑了影响架空线人地改造的一些因素，但是相关因素考虑的不完整，仅仅考虑了有关城市建设和环境方面的因素，而对城市电网相关因素却未能周详地考虑。我们知道，城市电网架空线电缆化人地改造的根本目的是加强和优化城市电网的网络结构，提高配电网的供电能力，提高供电可靠性，而不仅仅简单地满足城市环境美化的要求，更不是简单的地下化。因此，该方法在评价准则的完善方面仍需改进。再次，该方法以架空线所在的道路为评判对象，这样按照评判结果来进行电缆化改造，势必在城市配电网中出现架空线和电缆交替供电的现象，这对提高城市电网的供电可靠性和供电能力是没有益处的，因此，评判对象的选取也不太合理。针对城市电网架空线电缆化改造的问题，本文提出了新的决策控制方法，它的总体思路是：将城市电网架空线电缆化改造纳入整个城市规划以及城市电网规划之中，先将整个城市电网以各个变电站的供电区域进行分区，然后各个变电站分别在自己的供电范围内制订10kV架空线的电缆化改造计划。在建立一个站内的层次分析模型时，全面考虑各种因素，以功能区域和10kV配电线路为评判对象，从而很好地解决于上述问题。对于一个变电站内的架空线电缆化改造的控制，本文首次提出了基于层次分析法的城市电网电缆化改造方法。该方法分两个阶段进行。第一阶段：确定变电站供电范围内各个功能区域的优先改造顺序。由于变电站在正常供电时都是开环运行、辐射式供电，因此，在控制规划时先按照城市功能对整个变电站的供电区域进行划分，分成几个小的城市功能区。然后用层次分析法从城市建设、城市环境、电网结构以及可靠性、经济性等指标对这几个功能区域进行评价，得到优先权值，从而确定电缆化改造的优先顺序。第二阶段：确定每个功能区域内10kV线路的改造顺序。在各个功能区域内，用层次分析法从线路的城市环境、可靠性、经济性等方面对变电站在该功能小区内辐射出来的10kV中压线路进行评价，得到对该功能小区内中压架空线路的优先权值，从而确定该功能区域内各条中压线路的改造顺序。这样，整个变电站供电区域内架空线的电缆化改造就有了一个合理的控制和规划，从而实现城市电网电缆化改造工程良好的社会经济效益。二、层次分析法在城市电网电缆化改造中的应用根据本文提出的城市电网电缆化改造工程的总体思路可知，一个变电站供电区域内的架空线电缆化改造是整个城市电网架空线的电缆化改造工程的基本单元。变电站供电区域内架空线电缆化改造分两个阶段来进行。1.确定变电站供电范围内各个功能区域电缆化改造的优先顺序层次分析法综合评判决策首先建立决策问题的层次结构。层次结构是把复杂问题分解简化的关键，必须建立在对决策问题深刻分析和对决策目标以及决策主体意图的充分理解之上。层次结构的建立过程是首先确定决策目标，其次罗列出与该目标相关的各种因素(也称准则或属性)，然后分析这些因素间的逻辑关系，最后绘制决策的层次结构图。对各个功能区域进行综合评判的目标是确定各个功能区域电缆化改造的优先顺序，实现良好的社会经济效益。根据层次分析、法的总目标，可以对各个功能区域可以从“改善城市环境”、“用户可靠性要求”、“工程经济性”和“区域地理位置”四个准则来进行评价。“改善城市环境”指标在整个评价指标中占有重要的位置，城市电网电缆化改造的主要目的之—就是要改善城市中架空线纵横交错、乱如蛛网的局面，减少城市中的视觉污染，改善城市市容环境，因此，“改善城市环境”指标是一个重要的评价准则。显然，如果某个功能区域中包含有景观地带、重点旅游区或繁华地段，则该功能区域将得到优先电缆化改造的机会。“用户可靠性要求”指标是根据电缆化改造的最终目标确定的。城市电网架空线电缆化改造的根本目的是加强和优化城市电网的网络结构，提高配电网的供电能力，提高供电可靠性。为了对“用户可靠性要求”指标进行量化，可选取区域的平均负荷密度作为“用户可靠性要求”指标的代表。平均负荷密度大，标志着该地区用户密集、可靠性要求高，而且架空线路的承载率也相对较高，容易出现故障。因此，平均负荷密度大的功能区域得到优先电缆化改造的机会。“工程经济性”指标是指该区域架空线电缆化改造费用相对于别的功能区域架空线电缆化改造费用的节省情况。由于城市电网架空线电缆化改造的费用巨大，因此，改造工程的经济性是评价改造工程的重要指标之—。为了对该指标进行定量化，我们选取该区域的L0kV中压架空线路总长度的倒数作为“工程经济性”指标的代表，因为一个区域架空线电缆化改造的费用是与该区域待改造的中压配电线路的总长度成正比的，待改造的中压线路越长，电缆化改造的费用显然就越高。因此，用该地区的10kV中压配电架空线路总长度的倒数作为“工程经济性”指标的标度是有效的。“区域地理位置”指标主要是指该区域在城市规划中的位置。假设一个城市的市区分为内环、中环和外环，根据城市发展规划的规定，城市建设应按照“先内环，再内外环间，后外环”的顺序进行。相应地，城市电网电缆化改造也应最先实现内环线路的电缆化改造，然后按照内外环之间、外环线外的顺序进行。因此，“区域地理位置”也是一个必须考虑的参考因素。在确定好层次决策的总目标和各个评价准则之后，就要确定待评价的各个方案，即功能区域的情况。因此，要对变电站的整个供电区域进行分区。分区之前，首先要对该变电站供电区域内的城市规划情况和电网规划情况进行调查分析。一般情况下，一个变电站的供电半径大约在几公里之内。变电站正常供电运行方式大多为开环运行、辐射式供电。根据城市规划，城市—般可分成以下几个功能区：工业区、商业区、普通居民住宅区、高档居民住宅区、仓储区、市政区、学校区、娱乐区、风景区等。因此，在分区时可以按照城市功能将变电站的供电区域分成若干个功能区域。这几个功能区域就是我们要进行综合评判的对象。这里要说明的是，在对变电站供电区域进行分区时，分区的个数要适中，既不要太多，也不要太少，一般以3—10个为宜。确定好了层次分析模型的总目标、方案之后，我们就可以建立功能区域电缆化改造评判的层次分析模型，如图1所示。2.分别确定各个功能区域内10kV中压线路电缆化改造的优先权重一个功能区域内通常有众多中压架空线路，由于电缆化改造工程量和所需费用庞大，对这些线路同时进行电缆化改造常常难以实现的，因此，功能区域内10kV架空线的电缆化改造需要进一步进行控制。中压配电架空线路评判的总目标是确定各条中压线路电缆化改造的优先权值，实现功能区域内电缆化改造的社会经济效益最大化。根据总目标，对功能区域内的中压线路，可以从“线路平均负载率”、“线路重要负荷”、“沿线道路等级”、“工程经济性”这四个指标来对它们进行评判。“线路平均负载率”指标是指一条中压线路上实际负荷与线路承载的额定容量的比值，负荷率越高，虽然线路的利用率越高，但是可靠性越低。当线路的负载率长期超过80%时，可靠性大大下降，应当更换线路或进行电缆化入地改造。因此，“线路平均负载率”是评价架空线路电缆化改造的重要指标之—。“线路重要负荷”指标是指在10kV中压线路上重要负荷的情况。对于一级负荷，中断供电的后果是极为严重的：可能发生危及人身安全的事故，使工业生产中的关键设备遭到难以修复的损坏，以致生产次序长期不能恢复正常，造成国民经济的重大损失，使市政生活的重要部门发生混乱等。一级负荷对供电可靠性有很高的要求，因此，对带有重要负荷的线路应优先进行电缆化改造。“沿线道路等级”是指整个10kV中压线路沿途道路的等级水平，即景观道路和交通干道情况。如果一条线路沿途的景观道路和交通干道较多，则该架空线路应该优先进行改造，这对于美化城市环境、改善城市形象具有十分重要的意义；“工程经济性”指标是指各条10kV中压线路电缆化改造时的投资费用情况及其相对优越性。架空线电缆化改造工程的费用是相当高的，单位长度的中压线路电缆化改造都需要投入很多资金，因此，对一条中压配电线路进行电缆化改造时，必须从“工程经济性”方面对其进行考察和评价，考虑到城市建设和架空线路入地改造的紧迫性，短线路有较高的优先级，应先于长线路进行电缆化改造。中压线路评判模型中的方案就是功能区域内所有从变电站辐射出的10kV中压配电架空线路。城市里的中压变电站一般都是辐射型供电，其变电站容量的配置主要有2x40、2x50、2x63、3x40、3x50MVA等，中压变电站出线数从几根到几十根不等。在划分功能区域时，一个功能区域内的中压配电线路尽量不要分得过多或过少，一般不少于3根而又不超过10根为宜。确定了线路改造评判层次分析模型的目标、准则和方案之后，我们就可以建立10kV线路改造评判的层次分析模型，如图2所示。三、结论至此，整个变电站供电范围内电缆化改造的控制规划工作进行完毕。城市电网中其他变电站也可以按照本方法制订其辖区内功能区域及10kV中压线路电缆化改造的规划。整个城市电网电缆化改造工作可以分站进行，从而能对整个城市电网架空线电缆化改造的工作进行合理、有序的控制，实现良好的社会经济效益。