（电力系统及其自动化专业论文）基于统计学原理的地区电网建设规模综合评估研究.pdf

基于统计学原理的地区电网建设规模综合评估研究 a b s t r a c t d i s t r i b u t i o nn e t w o r ki st h eb a s i co fp o w e rs y s t e ma n dp o w e rm a r k e t b e i n g a f f e c t e db yt h ei n f l u e n c ef a c t o r s ，i ti sh a r dt oc o n t r o lt h ew h o l es c a l eo fd i s t r i b u t i o n n e t w o r ka n di t si n v e s t m e n t h o wt oe v a l u a t et h ew h o l es c a l eo fd i s t r i b u t i o nn e t w o r k ， a n dt om a k eu s eo ft h ee v a l u a t i o ni nl e a d i n gh e a l t h yc o n s t r u c t i o no f p o w e rs y s t e ma n d p o w e rm a r k e t ，i sam e a n i n g f u lr e s e a r c h i nt h i sp a p e r ，i no r d e rt oe v a l u a t et h ew h o l es c a l eo fd i s t r i b u t i o nn e t w o r k ， t r a n s f o r m i n gc a p a c i t y ，t h en u m b e ro fs u b s t a t i o n s ，l i n e l e n g t ha n dt h en u m b e ro fl o o p s a r ep u tf o r w a r da sm e m b e ri n d i c e so fe v a l u a t i o ni n d i c e ss y s t e mt od e s c r i b et h e p l a n n i n gs c a l e ；s o c i a le l e c t r i c i t yc o n s u m p t i o n ，h i g h e s tl o a d ，p o p u l a t i o n ，a n ds oo n ，a r e p u tf o r w a r da s i n f l u e n c ef a c t o r so ft h ee v a l u a t i o ni n d i c e s t h er u l eb e t w e e n e v a l u a t i o ni n d i c e sa n dt h e i rl e a d i n gi n f l u e n c ef a c t o r si sa n a l y z e dw i t hg r e yt h e o r y b a s e do n al a r g en u m b e ro fd a t ai ns t a t i s t i c sa n n u a l s a n db ym e a n so fa n a l y t i c h i e r a r c h yp r o c e s s ( a h p ) - b a s e dm e t h o d ，e v a l u a t i o ni n d i c e ss y s t e ma n di n t e g r a t e d m o d e la r eb u i l tu pt om a k er e a s o n a b l ee v a l u a t i o n so fd i s t r i b u t i o nn e t w o r ks c a l eo f14 a r e a si nh u n a np r o v i n c ed u r i n gt h ep e r i o do fs t a t en i n t hf i v e - y e a rp l a n n i n g t h e d i s t r i b u t i o nn e t w o r ks c a l ee v a l u a t i o na n di t sr e s e a r c hr e s u l th a v eas o u n dm e a n i n gi n l e a d i n gd i s t r i b u t i o nn e t w o r kc o n s t r u c t i o na n di t si n v e s t m e n t k e yw o r d s ：p o w e rs y s t e m ；e l e e t r i e d i s t r i b u t i o nn e t w o r k ；i n t e g r a t e ds c a l e e v a l u a t i o n ；e v a l u a t i o ni n d i c e ss y s t e m ；g r a yc o r r e l a t i o nd e g r e e ；f u z z yc l u s t e r i n g ； i n t e g r a t e de v a l u a t i o nm o d e l i l i 硕士论文 插图索引 图1 1 论文总体研究分析思路流程框 图1 2 评估指标体系建立研究思路 图1 3 规模因子数据归一化后的曲线簇1 1 图1 4 影响因素数据归一化后的曲线簇l l 图3 1 关联系数一时间曲线示意图1 5 图4 1 聚类特征下三角矩阵2 5 图4 2 重心法系统聚类流程图2 6 图4 3 基于等价关系的模糊聚类流程图2 7 图4 4 地区分类的简单流程图2 9 图4 5 灰色模糊聚类基本流程图2 9 图4 6 欧氏距离矩阵结构图一3 1 图4 7 综合评估地区聚类特征向量图3 6 图4 8 ( 容量+ 座数+ 长度+ 条数) 综合评估地区聚类结果图3 6 图5 1 地区电网建设规模费用分解模型图一3 9 图5 2 层次分析法构建综合评估模型4 0 v 1 基于统计学原理的地区电网建设规模综合评估研究 附表索引 表i 1 长沙地区规模因子数据列表1 0 表1 2 长沙地区影响因素数据列表1 0 表3 1 长沙地区规模因子一影响因素关联度1 7 表3 2 影响因素一变电站座数规模灰色关联度1 8 表3 3 影晌因素一容量规模灰色关联度1 8 表3 4 影响因素一线路条数规模灰色关联度1 9 表3 5 影响因素一线路长度规模灰色关联度1 9 表3 6 影响因素一变电站总座数规模灰色关联度排序表2 0 表3 7 影响因素一容量规模灰色关联度排序表2 0 表3 8 影响因素一线路条数规模灰色关联度排序表2 1 表3 9 影响因素一线路长度规模灰色关联度排序表2 1 表4 1 排序一权重对应表2 4 表4 2 长沙地区关联度排序表一2 5 表4 3 长沙地区影响因素的权重值2 5 表5 1 地区电网建设规模量化评估结果表4 l i 湖南大学 学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取 得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其 他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个 人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果 由本人承担。 作者签名：刍f 栖吁 日期：。耐年，月日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学 校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查 阅和借阅。本人授权湖南大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关 数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位 论文。 本学位论文属于 1 、保密口，在年解密后适用本授权书。 2 、不保密 ( 请在以上相应方框内打“”) 日期：卅。年，月占日 日期：j 形年f 月钿日期：z j 涉年f 月汨 硕士论文 1 1 选题背景及其意义 第1 章绪论 地区电网主要供给一个地区的用电，按电压等级分类，可分为高压( 3 5 l l o k v ) 、中压( 6 1 0 k v ) 和低压( 3 8 0 v ) 三个等级。地区电网是电力系统的物 质技术基础、电力市场的物质载体，是电力系统的重要构成部分。由于历史原因， 与世界其它发达国家相比，我国的配电系统发展起步较晚，地区电网发展水平较 低。至2 0 世纪9 0 年代初期，我国地区电网建设及投资规模相对落后【l 】。 目前我国配电网的发展普遍存在一些问题：如配电网结构不合理，网架结构 薄弱；电力设备数量多但陈旧、性能落后、免维护水平低且不适合自动化要求， 导致停电事故率高；线路过载，网损严重；可靠性差、电压质量低等：输变电设 备重载情况普遍，备用容量不足；有的老城区配电网，己滞后于城市的经济发展， 成为制约城市发展的瓶颈。 随着国民经济的快速稳定发展和人民生活水平的日益提高，电力的供应和消 耗己渗透到社会生产、人民生活的各个角落，我国城乡用电负荷增长迅速，社会 对电力的需求量越来越大。自2 0 0 2 年以来，国内供电形势一直趋紧，电量缺口 很大。同时，随着我国产业结构的调整，工业用电比重减少，居民用电和商业用 电快速增长，电网峰谷差开始加大。2 0 0 4 年，持续酷暑高温使华东、华中、华南 出现历史用电高峰，根据国家电网公司公布的数据，2 0 0 4 年全国电力缺口达3 0 0 0 万千瓦。仅2 0 0 4 年上半年全国有2 4 个省级电网先后出现不同程度的拉闸限电，仅 国家电网公司系统就累计拉闸限电8 4 3 7 万次，损失电量2 2 4 1 7 亿千瓦，严重影响 国民生产和人民生活。 地区电网建设的根本目的是使之满足该地区国民经济和社会日益发展的需 要。近年来，国家电力公司已经加快和推进配电网的建设与改造。从1 9 9 8 年以后 近4 年的城市电网建设改造中，电力系统累计完成投资1 0 7 0 亿元，新增变电容量 7 1 0 0 万千伏安，农村电网建设改造累计投资1 4 8 8 亿元1 2 l 。 电力市场的逐步形成以及电价机制的完善，也对地区电网的经济性和可靠性 提出了新的要求。地区电网建设规模是否恰当，变电容量是否充足，容量配置是 否合理将关系到各市场成员的切身利益，关系到各参与方能否公平竞争，甚至影 响系统的安全运行。因此较传统的电网规划和投资而言，电力市场环境下，地区 电网建设规划及投资更为复杂，具有如下几个明显的特点： ( 1 ) 不确定性：由于受社会经济发展、有关政策法规、气候和自然环境、负 基于统计学的地区电网建设规模综合评估研究 荷增长和电源信息的不确定性、电力市场中的竞争与合作、投资者的主观判断甚 至个人喜好等众多具有不可预见性因素的影响，较之传统的电网规划中可能存在 负荷以及机组出力等不确定因素，电力市场条件下的电网建设规划具有更大的不 确定性【3 _ 5 】。地区电网建设的总体规划规模及其投资尤其难以把握：建设规模过大， 造成浪费、经济效益受损且错失机会成本；建设规模过小，轻则短时间影响人民 正常生活和国民安全生产，重则严重影响该地区下一阶段的社会各方面的正常发 展；不同地区电网各自的历史条件基础、存在的问题、发展特点均不相同，建设 规模和投资的不合理可能和加重地区电网建设的不均衡，进而引发电力经济、技 术、管理上的各种问题。反过来，这种宏观规模把握失误的影响，可能进一步增 大地区电网建设及投资的不确定性。 ( 2 ) 规模效应：地区电网的建设投资具有典型的规模效应1 2 1 。由于电力市场 价格的影响、电力设备材料、线路走廊等的成本价格变动，以及市场投资机会成 本的存在等，可能先期投入的边际成本大于后期投入的边际成本【2 j 。甚至边际投 资成本可能会随着支路容量的增加而下降。因此在电力市场条件下，地区电网建 设规模合理性的把握，其经济技术复杂性，较传统计划经济垄断条件下更加明显。 加大地区电网建设力度，尤其必须加强配电网总体规模的规划及其相应投资 方面的研究，并对之进行科学客观的评价，以加强对地区电网建设的指导，这是 电力市场条件下地区电网建设的必然要求。如何同时虑及电网建设的超前性，如 何客观评价地区电网建设的规模，科学指导资金合理部署，促使地区电网建设规 模科学，合理，有序地发展，以期在满足国民经济和社会发展要求的前提下，发 挥地区电网建设最大的综合投资效益，是电力市场环境下地区电网建设对电力规 划及电力市场监管部门提出的重要课题。 1 2国内外在地区电网研究领域的研究现状 地区电网作为电力系统的重要组成部分，规划细致繁琐，规划结果直接关系 到规划水平年地区电网建设的总体规模及投资。地区电网规划通常包括以下基本 步骤【1 、“7 l ：( 1 ) 基础资料的调查与收集；( 2 ) 电力负荷预测：( 3 ) 电力电量 平衡；( 4 ) 规划方案的设计：( 5 ) 规划方案的评定。电网规划属于一个复杂的 多决策变量、多约束条件优化问题，而且具有整数性、非线性、多目标性、动态 性及不确定性等特点，同时其复杂性随着系统规模的增大而增加【2 】。 地区电网规划研究重点主要有负荷预测方法1 8 9 10 1 、规划方法及其求解【1 2 “】、 规划( 方案) 的经济技术评估 2 4 - 3 1 三个方面。 地区电网日益庞大，仅靠规划人员的经验，难以进行有效规划。随着计算机 技术、数学优化方法、人工智能等理论的逐渐成熟与发展，人们开始研究采用新 理论、新技术，借助计算机辅助进行规划，以提高地区电网规划的质量和决策水 硕士论文 平。其中专家系统【1 2 1 3 】将实际规划工程中积累的大量的专家经验或建议存储于规 则库中，利用则具有较强推理能力的推理机，根据规则库进行分析和判断，并推 导出结论。但是难免由于获取信息的不完全致使可靠性不高，应用存在局限性。 遗传算法1 1 4 - 1 6 则是通过列出或随机产生一组待选规划方案作为祖先，经编码后通 过交叉和变异完成进化，直至得最优，算法操作简单，相对灵敏度、线性规划等 数学方法便于执行，且为多点寻优，不受搜索空间的限制性约束，不要求连续性、 导数存在、单峰等假设，可以考虑多种目标函数和约束条件，获得最优解的同时也 能提供次优解，为工程人员根据实际情况改变规划方案提供宝贵信息，这些弥补了 数学优化方法的不足，但是存在计算速度慢、有时收敛于局部最优点的问题。与 遗传算法相比，模仿生物进化过程的进化规划h 7 】采用控制参数而不需要对变量进 行编码和解码，更适合连续优化问题，但是缺点在于计算量大，计算时间较长。 禁忌搜索( t a b us e a r c h ) 算法【1 8 】是一种高效的用于解决组合优化问题的启发式搜索 算法，采用禁忌技术，搜索过程中通过有选择地搜索已经到达过的局部最优点， 来避免落入局部最优解。目前比较常用的是d a n t z i g w o l f e 和b e n d e r s 分解1 1 9 】，主 要思想是将一个大而复杂的电网规划问题分解成多个相对简单的子问题，然后通 过求解各个小问题，得到最终的最优解的方法。除了以上几种主要的电网规划方 法之外，目前还有一些其它的理论和方法也被应用到电力网络规划中，例如模糊 规划法、模拟退火法、蚁群寻优法、盲数理论等【2 0 2 4 1 。地区电网的发展不可能一 步到位，经常是通过一定的扩展规划实现的。在电网扩展规划【2 5 】中的应用，已有学 者应用专家系统进行网络恢复决策和消除过负荷，决定配电系统变电所位置及馈 线结构。 地区电网规划( 方案) 评估 2 6 - 3 1 】，大体可分经济评估和技术评估两种。技术 评估中，可靠性作为评估规划方案的主要技术指标，包括充裕度和安全度两方面 内容：充裕度主要是分析稳态情况下，系统满足用户电力需求的能力；安全度研究 的是动态情况下系统的抗干扰能力。地区电网规划( 方案) 评估的方法则出现了 模糊层次分析法、基于反馈外延的模糊决策方法、基于关联函数的优度评价法、 集对分析评价法、模糊综合评判法、层次分析法及其改进方法等。在信息有限的 情况下，面向粗糙集的数据挖掘方法以及灰色聚类决策等方法也考虑引进到电网 规划的工作中来，相应的决策计算机辅助系统也有些。 其他有关谐波问题、无功补偿、安全稳定问题、济效益十分显著的线损问题 以及其他电压等级、运行方式等具体问题的研究也有不少报导【3 2 粕】。 综观现有相关研究成果的报导，基本上都是针对地区电网规划设计方法或方 案等“微观”方面。相对而言，电网建设规模的评估问题是从宏观出发，在总体把 握电网发展规划规模的基础上对之予以评估，有关此类工作的报道国内外鲜见。 本论文对地区配电网建设评估研究，具有一定的工程现实意义和理论创新。 基于统计学的地区电网建设规模综合评估研究 1 3 本文的主要工作 本文的主要研究内容是湖南大学与湖南省电力公司规划发展部合作的关于湖 南地区电网建设规模评估的研究科研课题。针对课题要求主要采用以下方法展开 研究工作。 1 3 1论文采用的研究方法 本文运用灰色关联度分析原理，系统地分析了直接反映地区电网建设规模的 各规模因子与影响地区电网建设规模的各影响因素二者之间的内在本质联系，深 入研究了二者的动态发展及其关联规律，明确各影响因素对规模因子影响程度及 其规律；针对各地市电网建设规模的地区特点，运用模糊聚类原理进行地区分类 使得属于同一类型中的不同地区其电网建设规模及其发展状况与社会经济发展的 适应情况具有相同或相似的特性；最终以层次分析法构建出既有明确针对性，又 有普遍适应性的地区电网建设规模评价指标体系以及综合评估模型。 1 3 2 本文的研究内容和取得的成果 本文提出以社会最高负荷、社会用电量及其行业构成、g d p 及其产业构成、 人口数及其城镇化率、人均可支配收入等电力市场条件下影响地区电网建设规模 的主要因素构成“影响因素集”，以变电站容量、座数和线路总长度、条数等直接 反映地区电网建设规模的指标构成“规模因子集”作为地区电网建设规模定量评估 的评价因子，对地区电网建设规模的评估研究做了以下研究： 1 比较地运用偏相关分析和灰色关联度分析原理，系统地分析了各规模因子 与各影响因素二者之间的内在本质联系，深入研究了二者的动态发展及其关联规 律，明确各影响因素对规模因子影响程度及其规律，提出了地区电网建设规模评 价指标体系。这部分内容见第三章，它是本论文所有工作的理论分析基础。 2 基于地区电网建设规模评估中地区分类的必要性，应用模糊聚类理论对湖 南全省各地市电网的建设规模进行分规模因子和综合规模的地区分类。本内容见 第四章，它是本论文地区电网建设规模评价指标体系的模型应用的理论分析基础。 3 以层次分析法构建出既具有明确针对性，又具有普遍适应性的地区电网建 设规模评价指标体系综合评估模型，并应用于湖南1 4 个地市“九五”期间建设规模 的量化评估实例。本内容见第五章，它是地区电网建设规模评估的实例，也是本 论文理论成果的应用检验。 本文所提出的地区电网建设规模评价指标科学、合理、客观，可操作性强。 其评价结论对电力市场环境下评估和指导电网建设各个方面协调建设以及合理规 划总体规模及其投资具有实际借鉴意义；同时，本文工作为地区电网建设规模的 科学评价提出了一种有实际指导和借鉴意义的系统分析方法。 硕士论文 第2 章地区电网建设规模评估指标体系研究 2 i引言 实现对地区电网的建设规模的综合评估，简单地说就是对地区电网以不同侧 面所得到地数据作出总的评估。综合评估【3 7 1 的依据就是指标，一般可分为实物指 标和价值指标、相对指标和绝对指标、单项指标和综合指标。随着指标体系的研 究发展，又出现了多指标综合评估方法，即把反映评估对象的多个指标信息综合 起来合成一个综合评估指标，使评估结果更为全面、客观、合理。 本论文以地区电网的宏观建设规模的综合评估作为研究课题，拟完成以下两 大任务： 一、建立地区电网络建设规模的评估指标体系，实质上即是要确定电力市场 条件下地区电网规模的主要影响因素以及直接反映地区电网建设规模评价因子， 分别称之为“规模因子集”和“影响因素集”。 二、建立地区电网络建设规模的综合评估应用模型，实质上即是要确定了地 区电网规模评估指标体系的基础上，进一步掌握实现地区电网规模及其影响因素 二者变化发展的关联规律，以实现对各地区电网总体规模的通用的、模型化的客 观量化评价。 实现地区电网建设规模评估课题的总体思路如下： ( 1 ) 首先，明确课题的目标和要求； ( 2 ) 然后对国内类外相关研究资料进行研读，初步确定规模评估指标和影响 因素； ( 3 ) 设计规模评估指标和影响因素调研方案和数据调查表； ( 4 ) 根据调研方案和数据调查表，进行数据的整理、反复查证；从得到的数 据中分析主要影响因素和可行的评估指标，并分析他们之问的解析关系； ( 5 ) 依据分析得到的关系和相关理论、经验，初步建立评估模型： ( 6 ) 利用已实现或者在实施的规划以及国内外先进经验检验模型改进评估模 型； ( 7 ) 模型通过实例应用检验和修正，以便将来软件实现。 本论文总体研究分析思路的流程框图如下示： 基于统计学的地区电网建设规模综合评估研究 明确目标与要求：地区电网建设规模的评估一一评估方法和定量指标 上 研读国内类外相关研究及成果资料 上 l 初步确定规模评估指标：l l o ，3 5 ，l o ( 6 ) k v 配网的变电站座数、变压器台数、线路条数及长度k 一 上 l 初步确定影响因素：人口数、国内生产总值g d p 及构成、人均可支配收入、分产业用电情况、l 卜 l 全社会用电量、最大负荷、气候、自然环境、交通、能源等 l 上 设计规模评估指标和影响因素调研方案和数据调查表，展开调研i 00 数据整理，反复查证 数据整理，反复查证 00 数据预处理数据预处理 f 上 变电所规模指标各种影响因素线路规模指标 、r 0 供电要求 统计分析，确立影响因素与规模评估指标之间的解析关系经济特性 其他补充 t i 建立完整的评估指标数学模型规模：规模指标= f ( 各影响因素) i ! ll 1 变电规模评估指标模型线路规模评估指标模型 上 综合评估模型 土 已实现规划，在实施规划 模型检验国内先进经验 一修正l 有关文献理论参考 上 软件、数据库实现及其试用、验收 图1 1 论文总体研究分析思路流程框图 6 硕士论文 2 2 地区电网建设规模评估指标体系的建立 2 2 1 评估指标体系建立的研究思路和基本原则 地区电网建设规模宏观上需要有科学明确、公正合理的统一尺度作为监督、 控制和指导，其规模大小及影响因素，以及二者之间的关系不能凭主观臆测，需 要用科学的方法、系统严谨的加以量化分析。 本文拟建立评估指标体系，研究思路与基本步骤如图1 2 示：从反映地区电 网建设规模的主导信息出发，提出符合地区网情的地区电网规模因子；以地区电 网规划文本及年鉴数据作为主要原始信息，全面客观分析配网建设规模因子的影 响因素及其影响程度，确定主要影响因素；最后运用统计分析等原理和方法，确 定规模因子与主要影响因素之间明确、量化的解析关系，以一定的构建方法建立 起地区电网建设规模的定量评估指标体系。 则： 规模因子1 规模因子2 规模因子m 影响因素1 影响因素2 影响因素n 选 取 原 则 _ _ 选 取 原 则 因子 确定 因素 确定 不合理，修正 尝试 比较 不合理，修正 关 联 量 化 分 析 与 结 果 讨 论 可能集 权重 建 方 法 贡献因子 电 网 建 设 规 模 评 估 指 标 体 系 筛选层 分析层 构建层 图1 2 评估指标体系建立研究思路 为确保评估切实可行、结论科学合理，指标体系的建立应当遵循以下几个原 ( 1 ) 客观，且物理意义清晰，能够量化分析； ( 2 ) 既具有普遍适用性，又具有明确的针对性； ( 3 ) 着重宏观把握，突出主要矛盾： ( 4 ) 全面反映地区电网一次规模，但要避免交叉评价和重复描述； ( 5 ) 可操作性好，易于实现。 基于统计学的地区电网建设规模综合评估研究 2 2 2 衡量地区电网建设规模的规模指标选取 据上述原则，首先对电力系统一次规划设计及其投资进行分析，在此基础上 选取规模因子。因不同地区地区电网络的情况复杂多样，考虑到“适应性原则”， 只研究总体建设规模的全社会公用电情况。 地区地区电网络建设投资主要取决于变电站的建设费用和线路总投资费用。 其中变电站的投资与变压器总容量、变压器的台数、变电站的固有建设费用直接 相关。考虑到“普遍适用性原则”，其他的通讯和无功补偿等装备水平非一般性问 题，本文没有单独列出。线路投资包括出线走廊、架设杆塔、导线等，可比条件 下，关键取决于长度和回路数。 考虑至中长期规划完成时间较长，从建设实施到产生经济、社会效应，建设 费用及维护费用分摊到不同时期的现额不同，而且建成部分还存在折旧的问题。 因此不便于直接考虑费用最优问题，而是通过实际设备的需求量来描述所需要的 建设规模。故在文中选取变电总容量、变电站总座数、线路总长度和总条数4 个 指标构成评估地区电网建设规模的“规模因子集”。 2 2 - 3主要影响地区电网建设规模的因素选取 影响地区电网系统规划的因素有很多。负荷的不断增长，输电网络的发展， 地区电网电压等级的升高，配电系统自动化的要求，城市规划和环境的制约，以 及社会、政治、经济、工业和人民生活水平的发展变化，都会对配电系统的发展 产生深远的影响。一含地区的人口增长、城镇化率、g d p 及其构成的增长、人均 可支配收入、全社会用电量及其用电构成、最高用电负荷、燃料、能源、交通状 况、气候、地形地貌等等也都会影响到电网规模的发展。根据上述原则，首先结 合影响因素及其数据样本的自身特点进行分析，在此基础上加以筛选确定。 地区电网作为配送电能的直接物质载体，其配备与负荷情况直接相关。全社 会用电量和最高用电负荷这两个量分别反映该载体的一贯利用情况和资源配置承 担峰荷的能力，必须首先予以考虑。而且二者缺一不可，因为若只满足前者而忽 略后者的规划结果，可能造成电力阻塞、拉闸限电，甚至系统不稳等后果；倘若 一味地考虑后者，则会造成电力资源的大量闲置和浪费。 国民生产离不开用电，一个地区的g d p 的增长，可以反映总体用电状况。不 同的行业，用电单耗差距较大，要分开考虑。为简化起见，分产业考虑。由g d p 的产业构成和用电构成的增长反映。同样人民生活也离不开用电，一个地区的人 口增长、城镇化率人均可支配收入，都必然会影响到该地区的照明灯、空调、电 饭锅、电热水器等家电设备的使用及电耗。其他，燃料、能源、交通状况、气候、 地形地貌等等都会影响到电网规模的发展。 地区电网建设的根本目的是为了满足地区社会、经济发展对用电的需求。其 硕士论文 中经济发展对地区电网建设规模的影响主要体现在国民经济总量以及各产业结 构，而且产业结构通过其用电结构影响电网建设规模；社会发展则主要体现在人 口、城镇化率、人均可支配收入等。 综上所述，本文选择全社会总用电量、电网最高负荷、用电量构成一产业、 用电量构成二产业、用电量构成三产业、居民生活用电、g d p 、g d p 构成一产业、 g d p 构成二产业、g d p 构成三产业、总人口数、城镇化率、人均可支配收入等 指标构成影响地区电网建设规模的“影响因素集”。 个别因素不便用数据描述，或者在实际分析中历史数据的样本不全，不便于 应用。综合考虑，尽量收集诸影响因素，规范、量化后首先将其作为整体考虑。 由于电网规划、建设到产生经济社会效应，不是即时完成，故考虑各因素的发展 变化对电网规模的发展的动态影响。 我国不完全电力市场受多种主观因素的影响较大，且国家能源和产业结构等 宏观政策也可能根据社会的不同发展阶段进行调整。为了尽可能避免主观因素的 影响，准确地揭示客观规律，以一个五年规划阶段作为分析期为宜；同时也为最 大可能地保证原始资料的完整性，本文选取数据比价完整的“九五”规划作为研究 对象，以湖南省各地市的“九五”电网规划作为研究对象。 2 3 数据的采集与整理 基于统计学原理的地区电网建设规模评估和具体的规划设计一样做好数据采 集与整理工作是基于统计分析原理作相关研究的首要前提和基础。数据收集的基 本原则： 1 数据来源真实、可靠； 2 数据内容翔实、完整。 根据上述原则，数据采自统计局和电力部门统计的权威资料，所有主要从 1 9 9 0 年至2 0 0 4 年的湖南统计年鉴、省电力公司提供的内部资料湖南电力统 计资料、电力工业资料摘编和各电业局提供的地区电网规划蓝本上收 集整理，个别数据从统计部门或者政府部门信息发布的公开网站上获取。 整理的过程中，依然发现存在不少问题： 1 项目名称可能相同( 似) ，但实际统计口径不一致； 2 统一数据项目，确实存在数值不完全相同的情况。 根据上述问题，我们展开了深入的调查，逐个专业问题向有关专家请教，在 弄清楚数据统计涵义和统计口径的基础上进行多方查证和比较，最终完成原始数 据的收集工作。 9 基于统计学的地区电网建设规模综合评估研究 ， 2 4 数据的初步分析 2 4 1 数据时间序列变化趋势 各项统计数据值可由不同的时问序列描述，其元素数值可能相差甚远，甚至 量纲不具有可比性。本文采用首归一处理，即各序列分别除以第一年的数值作归 一处理，得到无量纲化序列的同时将对应曲线的起始点拉至同一点，以便比较。 以长沙地区为例，1 9 9 5 年至2 0 0 0 年的规模因子及其影响因素的统计数据分 别列表如表1 1 和表1 2 所示。 表1 1 长沙地区规横因子数据列裹 表1 2 长沙地区影响因素数据列表 1 9 9 5i 9 9 61 9 9 7 1 9 9 s1 9 9 92 0 0 0 ：人口，万 5 6 285 6 75 5 7 19 5 7 695 8 255 3 32 b ：城镇化率，2 92 3 05 3 i i3 143 22 3 3o 6 ：g d p 亿元 3 2 0 44 0 014 8 295 4 295 8 846 5 6 4 矗：一产业g d p ，1 421 461 4 21 301 2 21 13 如：二产业g d p m4 294 274 304 334 274 0 9 矗：三产业g d p 惕4 29 4 27 4 28 4 37 4 5 14 7b 6 ：用电量亿k w h 3 7 94 0i 4 27 4 594 945 72 矗：展高负荷m w 6 1 07 0 37 4 28 6 39 4 61 1 0 2 b ：一产用电量， 68g , 688g 6g g8 1 o ：二产用电量，5 6 65 205 264 824 774 76 n 1 ：三产用电量 01 05 1 0 0 1 261 221 14 1 18 h 2 ；居民用电量惭 2 622 942 59 3 3 2 l 3 25 1 正璺暮邕蝗! 匹! ! 1 2 ：坠2 2 2 1 1 垫 2 2 笠z 2 归一化后因变量及自变量的数据序列分别画成的曲线簇如图1 3 、图1 4 所示。 1 0 硕士论文 围1 3 规模因子数据归一化后的曲线蔟 其他地区的数据分析类似，限于篇幅，不一一列出。 通过将各数据项的时间序列画成同一起始点的曲线，不难看出总体上呈正向 增长趋势，但由于数据项目较多，难于直观比较，还需进一步分析。 图1 4 影响因素数据归一化后的曲线簇 2 4 2 综合法求平均发展速度 研究数据增长变化趋势时通常会采用增长率来描述。要找出各项数据变化趋 势的规律，对不同地区进行比较，必须采用合适的衡量指标作为统一的尺度。 平均发展速度是反映经济等现象有关数据在时间上的变化趋势的基本指标。 现行计算平均发展速度的方法有三类：一类是水平法，计算简便，但准确性不高； 基于统计学的地区电网建设规模综合评估研究 另一类是累计法，准确性高，但计算复杂，难度大；第三类是在水平法和累计法 基础上发展起来的新方法，如迭代法、综合法和加权法，兼具计算简便和准确性 高的特点，其中综合法的独到之处在于它适合不完全资料计算平均发展速度 38 1 。 不同地区统计数据的不完整程度并不相同，因此考虑采用允许数据缺项的综 合法求解平均发展速度。 对于某时间数列a ( t o ) ，a ( 1 1 ) ，a ( ，。) ，按综合法求平均发展速度的公 式如( 1 1 ) 所示： 函一叫筹甏暑器a ( t ， 、口o o ) 口( f 。) xo ) 从求解平均发展速度的公式可见，综合法表现为超几何平均数。正因如此， 综合法具有计算准确、适于不完全资料计算平均发展速度。 根据式( 1 1 ) 求出平均发展速度，即可量化地反映出各规模因子及其各影响 因素的动态变化发展情况。计算结果见附表。 2 。5 小结 本文选择全社会总用电量、电网最高负荷、用电量构成一产业、用电量构成 二产业、用电量构成三产业、居民生活用电、g d p 、g d p 构成一产业、g d p 构 成二产业、g d p 构成三产业、总人口数、城镇化率、人均可支配收入等指标构 成影响地区电网建设规模的“影响因素集”；选取变电总容量、变电站总座数( 变 压器总台数) 线路总长度和总条数等4 个指标构成评估地区电网建设规模的“规模 因子集”；二者综合构成地区电网建设规模评估指标集或地区电网建设规模综合 评价指标体系从已有的历史统计数据和上述初步分析来看，利用上述地区电网评 估指标体系对湖南地区电网“九五规划”阶段的建设规模进行量化评估研究是有历 史数据基础的，下一章拟采用统计分析法进行探索性研究。 硕士论文 第3 章地区电网建设规模评估指标关联规律研究 3 1引言 本文第一章建立了评估指标体系( 即“规模因子集”和“影响因素集”) ，进一步 需要解决两个关键问题：一是科学地揭示各相关指标之间的内在客观关联规律， 二是建立科学合理的综合评估模型，并将之应用到实际地区电网建设规模规模的 综合量化评估中加以检验。地采用科学、恰当的分析方法，透彻掌握各指标之间 的关联规律及其变化发展的相互影响作用，是解决上述问题的首要环节，也是本 章内容的关键。 对多个变量的历史数据进行有关分析属于多元统计分析的范畴。近年来，多 元统计分析发展迅速【3 9 】：为解决多指标综合评估时各指标间的信息重复问题，出 现了主成分分析法、因子评价法、d e a 分析法( d a t a e n v e l o p m e n t a n a l y s i s ，数据 包络分析) 、判别分析和聚类分析等；多目标决策的发展需要，出现了功效系数法 和层次分析法等；信息论、灰色系统理论的引入，产生了熵值法、灰色关联度评 价法等，提高了对评估对象的信息分析和利用能力：此外还有多维度分析以及空 间统计学的发展提高了统计分析技术上的整合能力。 3 2 影响因素与规模因子的关联程度分析方法 经典的多元统计分析方法用于评价问题的研究时，存在以下不足p 引：( 1 ) 必 须判断统计数据是否服从正态分布；( 2 ) 要求具有大量的数据样本；( 3 ) 计算过 程复杂，容易产生计算错误；( 4 ) 分析原理不直观，给电力部f - i 作人员带来应 用困难。根据数据样本的线性特点，本文拟采用多元线性回归的偏相关分析法和 灰色关联度分析法求取规模因子与影响因素之间的解析关系。 3 2 1多元线性回归的偏相关分析 通常可利用相关系数来分析变量之间的线性相关程度。然而当所考虑的多个 变量都在变化的条件下，两变量间的简单相关系数往往不能正确的反映这两个变 量间的关系。此时需要考虑偏相关系数，即其他变量都保持不变的条件下，衡量 其中某两个之间的线性相关程度【”】。偏相关系数的绝对值愈大( 愈接近1 ) ，表明 这两个变量之间的线性相关程度愈高；否则反之。按照偏相关系数的大小，可选 出强相关因素，排除弱相关和不相关因素。 基于统计学的地区电网建设规模综合评估研究 已知r 1 个自变量( 对应影响因素) 而( 户1 , 2 ，”) 和m 个因变量( 对应规模 因子) y j ( ，= 1 , 2 ，m ) 均为时间t 的样本，按式( 3 1 ) 做因变量肋的线性拟合： 多j = b o + b l x l j + 6 2 x 2 ，+ + 屯x 唧 ( 3 1 ) 多，一预测值，又称因变量的估计值； 斯一与弗有关的自变量； 6 ，一回归方程的回归系数； 按式( 3 2 ) 求出拟合值与实际值的残差平方和： q = 壹k h + 6 吼+ 妒畸+ 斗岛再w 汗 ( 3 2 ) j = l 再按式( 3 3 ) 求变量y 对靖的偏相关系数： l = + - 4 1 一q q ( 3 3 ) 依偏相关系数排序，逐次消减对因变量影响小的自变量，在重新计算偏相关 系数、排序、筛选。自变量减至满足系统误差检验最小的几个为止。 3 2 2 灰色关联度分析 在统计分析中，原始数据往往存在较大的灰度，给相关统计分析带来了较大 困难。1 9 8 0 年代初，中国学者提出的灰色理论【4 0 l 有效地解决了统计分析的这一问 题，并被广泛地成功应用到经济、农业、工业、能源、交通、生物等众多研究领 域。 灰色关联分析的基本思想是根据序列曲线几何形状的相似程度来判断其联系 是否紧密。曲线越接近，相应序列之间的关联度越大，反之就越小。 设有s 和f 两个不同的集合：分别对应本文中设反映地区电网建设规模的三 个指标构成“规模因子集”和m 个影响建设规模的主要因素构成“影响因素集”。 集合中的任一元素均为关于时问的函数值。对于每个元素，给定一系列时间 点，相应得至一个关于时间的序列。分别记为： s = s l ( f ) ，s t ( t ) ，s l ( f ) f = 0 ) ，二0 ) ，f m ( f ) 应用灰色关联度原理分析所有影响因素厶( ，) 对某一规模因子j 0 的关联程度 之基本过程如下： ( 1 ) 以各时问序列起始值为基准将序列归一化。如s t ( t ) 的归一化值表达式如 式( 3 4 ) ，余类同。 b s t ) 23 ，( t k ) s t ( o ) ( 3 4 ) ( 2 ) 计算某一s t ( t ) 与各厶( f ) 之间在各给定时间点之差值的绝对值，如式( 3 5 ) 。 硕士论文 a ；。( k ) 2 阮( t k ) 一( f t ) i ( 3 5 ) 七= 1 ，2 ，p 为离散时间点数；m = 1 ，2 ，m 对应于所有厶( o ；式( 3 4 ) 中，对于每一个5 _ f ( 力，必须对所有厶( ，) 的全部为离散时问点( k = o ，1 ，p ) 进行计算。 ( 3 ) 求出所有厶( ，) ( 肌= 1 ，2 ，肘) 在各时间点对应于s t ( o 之差值绝对 值的最大值和最小值，如式( 3 6 ) 。 芸嚣麓； 6 ， 目。5 譬 m 虫 。( ) ( 4 ) 计算规模因子序列 s 的权重值，满足式( 4 4 ) 。 j 篆i q ) - 1 ( 4 4 )ji ：t t i c j ( ) = 1 i = l 据式( 4 3 ) 的计算结果，可得为权值一权值对应转换表4 1 。 表4 1 排序一权重对应表 排序p 1234567891 01 11 21 3 权重c 0 1 40 1 30 。1 20 1 l0 1 00 ，0 90 0 80 0 70 0 500 40 0 300 200 l1 0 硕士论文 以长沙地区为例，各规模因子与所有的影响因素之间的灰色关联度按降序排 列得到的排序结果，如表4 2 所示。 对照排序一权重对应转换表，从而可以得到长沙地区各影响因素对不同规模 因子的影响权重，如表4 3 示。 表4 2 长沙地区关联度排序表 r a n k f 2lf 5厶f 7岛f 9 r i o “i 2 3 表4 3 长沙地区影响因素的权重值 g j “ f 2b厶毛 坛 f 7f 8f 9 of n2 “， 4 2 ，2 系统聚类之重心法 系统聚类法【4 3 】的基本思想是：先将拧个对象各自看成一类，计算比较对象之 间的距离系数，将距离最小的一对合并成一个新类；再计算新类和其他类的类间 距离，将距离最小的两类合并。这样逐次减少一类，直至聚成一类为止。通常用 聚类特征矩阵表示，根据对称性，只取矩阵的下三角进行聚类，如图4 1 表示。 g l( 3 2 g 3 g d g q g m 1 g 2 d l ，2 g 3 d l ，3 ( b 3 g pd 1 pd 2 t p d p 1 ，p g q d l , qd 2 ，q d p ，