1、智能電網評估指標體系的構建方法王彬1,何光宇1,梅生偉1,陳艷波1,劉煒2(1.電力系統國家重點實驗室,清華大學電機系,北京市100084;2.陜西省地方電力(集團有限公司,陜西省西安市710061摘要:智能電網評估指標體系是科學評估智能電網發展水平和效用、指導智能電網趨優運營的載體,是智能電網建設的基礎。文中將指標體系劃分為戰略指標集和過程指標集2個層次,其中,戰略指標集是智能電網的宏觀表象,過程指標集則表征其中的微觀因素,兩者形成緊密的指標鏈。從智能電網利益相關者的需求出發,建立多層、多級的需求體系結構,在此基礎上對需求進行量化以構建智能電網戰略指標集,對戰略指標集進行多維度的分解轉化,形

2、成過程指標集。所構建的指標體系具有層次性強、指標關聯關系明確、便于應用等特點。關鍵詞:智能電網;指標體系;核心價值;戰略指標集;過程指標集收稿日期:2011-09-06;修改日期:2011-10-14。國家自然科學基金資助項目(51077079。0引言進入21世紀以來,全球范圍內掀起了智能電網的研究和建設熱潮1-4。智能電網對提高電網安全、靈活、自愈、互動、經濟、兼容、清潔等方面的水平,推動電力行業的能源結構調整和可持續發展將發揮至關重要的作用,是未來電網的發展方向5-6。隨著智能電網研究和建設工作的推進,亟需構建一套科學、合理、全面的評估體系,即智能電網評估指標體系:在宏觀戰略層面上,對電網

3、的智能化發展水平進行評價,對智能電網帶來的安全效益、經濟效益和社會效益進行評估,為智能電網的發展規劃提供科學指導;在微觀過程層面上,對電網運行狀態和薄弱環節進行分析、識別,為智能電網的運行管理提供決策依據。因此,構建智能電網評估指標體系是建設智能電網的基礎。文獻7從智能電網三要素(核心價值、主要特性和關鍵技術出發,介紹了美國智能電網的評估指標體系,建立了效果評估指標、主要特性指標和技術支撐評估指標的3層評估指標模型;文獻8從智能電網規模基礎、技術支撐能力和發展效果3個層次出發,建立了堅強智能電網的多級指標模型;文獻9從發、輸、配、用、調度等環節出發,梳理了電力低碳領域的相關指標。上述文獻提出的

4、指標體系雖然角度不盡相同,但基本思想一致,即按某種分類方法對電網指標集進行劃分,整合為指標體系。這種思路存在以下不足:指標選取往往只從電網本身出發,而整個智能電網生態圈包含多個利益相關者6,指標體系不能只考慮電網的需求,而應綜合反映整個智能電網生態圈所有利益相關者的需求;指標體系往往只是指標的集合,指標之間相對孤立,沒有挖掘指標之間的關聯關系,降低了指標體系對智能電網規劃、建設、運行等環節的指導意義。本文在前人研究的基礎上,提出了一種新的智能電網評估指標體系構建思路:從宏觀戰略和微觀過程這2個方面分別構建智能電網戰略指標集和過程指標集,以指標鏈的形式實現兩者的關聯,最終形成指標體系。該指標體系

5、層次性強、指標關聯關系明確,對后續智能電網自趨優運營具有重要的指導作用。1指標體系構建思路從宏觀和微觀2個層面出發,將智能電網評估指標體系劃分為戰略指標集和過程指標集。戰略指標是對智能電網所帶來的核心價值的評估,反映了智能電網的總體發展水平,是宏觀管理所關心的指標;過程指標是具體到相關部門、人員、設備和自動化系統的評估指標,反映了電網各環節的運行狀態,是微觀管理所關心的指標。智能電網核心價值的實現依托于各個部門、人員、設備和自動化系統的高性能運作,任一環節出現問題,都會對電網產生影響。因此,戰略指標反映的是結果(滯后指標,是過程指標的宏觀表征,而過程指標反映的是原因(領先指標,是戰略指標的影響

6、因素,不同的過程指標通過電網內部的運行機制層層遞進,共同作用于戰略指標。兩者關系可采用樹狀或者網狀的指標鏈來表征,如圖1所示。1第35卷第23期2011年12月10 日V o l .35N o .23D e c .10,2011 圖1戰略指標與過程指標的關系F i g .1R e l a t i o n s h i p b e t w e e n s t r a t e g ic i nde x a n d pr o c e s s i n d e x 2戰略指標集構建方法戰略指標是對智能電網所帶來的核心價值的評估,而價值是需求的體現,智能電網的核心價值正是電網利益相關者核心需求的體現。因此,

7、戰略指標本質上是對電網利益相關者需求滿足程度的衡量。基于此,構建智能電網戰略指標集需要回答以下問題。1電網有哪些利益相關者。2每一利益相關者對電網的需求有哪些。3對每一利益相關者如何選擇合理的指標評估其某一具體需求被滿足的程度(可稱為需求指標。通過回答這些問題可得到各利益相關者的需求指標,對所有利益相關者的需求指標進行匯總歸納,即可構建利益相關者總的需求指標集,亦即戰略指標集。下文將回答上述3個問題,并以此完成智能電網戰略指標集的構建。2.1電網利益相關者電力系統作為一個復雜系統,受到發電企業、電網企業、電力用戶等各個參與者的影響。同時,應該看到電力系統還充當人類生產、生活所需能源的傳輸紐帶,

8、是國家能源安全的重要保障。國家和社會對電力系統的運行高度關注。對于某一區域的具體電網而言,其運營受到發電企業、電力用戶、與其互聯的電網企業、該區域的電網企業以及社會的關注。因此,電網的利益相關者包括電網本身、電力用戶、互聯電網、發電企業以及國家和社會,如圖2所示 。圖2電網利益相關者F i g .2S t a k e h o l d e r s o f p o w e r gr i d 隨著電網的發展,利益相關者的具體組成也會產生相應的變化:發電企業方面,除了包括傳統的火電廠、水電廠、抽水蓄能電廠和核電廠,還應包括各種新能源電廠,如風電場、光伏發電站和各種儲能電站等;電網企業方面,在輸電網和配

9、電網基礎上還應包括微電網;用戶方面,利益相關者不僅包括傳統的用戶,還包括各種可主動響應電網需求的用戶,如電動汽車充電站等。由于利益相關者的變化,由此出發構建的戰略指標集也將有一定的變化。2.2利益相關者的需求分析為了保證需求分析的全面,結合電力系統的運行特性,根據需求不被滿足將給利益相關者帶來的后果嚴重程度的不同,對利益相關者的需求進行分層劃分,如圖3所示 。圖3智能電網利益相關者需求層次F i g .3H i e r a r c h y c h a r t o fde m a n d s of s m a r t gr i d s s t a k e h o l d e r s 1安全性需求

10、:當某一需求不被滿足時,將會(或者可能會給該利益相關者帶來災難性的后果,則這一需求屬于安全性需求。2優質性需求:當某一需求不被滿足時,雖不會給該利益相關者帶來災難性的后果,但會給其正常運作帶來不利的影響,則這一需求屬于優質性需求。3高效性需求:當某一需求不被滿足時,雖不會影響該利益相關者的正常運作,但會給其運作效益帶來損失,則這一需求屬于高效性需求。4可持續性需求:當某一需求不被滿足時,若其影響了該利益相關者的可持續發展,則這一需求屬于可持續性需求。需要強調的是,此處的“安全性”、“優質性”、“高效性”和“可持續性”與傳統意義不再一致,此處均從后果出發,而非從電網本身的運行特性出發,不考慮過程

11、。此外,各層需求的劃分是相對于利益相關者而言的,即對于同一需求,不同的利益相關者可能隸屬于不同的需求層次。例如,減少停電事故的需求,對于電網公司而言是安全性需求,而對于電力用戶而言,只會影響其正常運作,屬于優質性需求。從后果出發進行分類的好處在于:層次清晰,各需求之間不重復、不遺漏,保證了需求分析的全面性;從后果出發,便于構造與之對應的指標,將需求 22011,35(23進行量化,從而為指標集的構建提供清晰的思路。進一步,在每層需求中,同樣可以根據需求不被滿足所帶來后果的嚴重程度進行分類,從而實現需求的細化,形成多層、多級的需求體系結構。例如,對電力用戶這一利益相關者的優質性需求,可根據“是否

12、有電可用”、“電能質量好壞”、“配套服務好壞”3個層次對其分類,進而可得到供電可靠性需求、電能質量需求和服務性需求共3類二級優質性需求。所有利益相關者的需求體系結構如圖4所示 。圖4智能電網利益相關者需求體系結構F i g.4A r c h i t e c t u r e c h a r t o f d e m a n d s o f s m a r t gr i d s s t a k e h o l d e r s 2.3需求指標選取形成多層、多級的需求體系結構后,即可針對底層最細化的需求,選取合理的需求指標,對需求進行量化,對需求的滿足程度進行評估。得到每個利益相關者的各層需求指標后,進

13、行匯總歸納,形成智能電網戰略指標集,如圖5所示 。圖5智能電網戰略指標集F i g .5S t r a t e g y i n d e x s e t o f s m a r t g r i d 3·專題研討智能電網·王彬,等智能電網評估指標體系的構建方法在選擇需求指標時,除了要遵循制定指標體系的基本原則外,還應遵循以下具體的原則。1指標應反映利益相關者整體的、跨整個考察周期的、宏觀的需求。例如,為電網本身這一利益相關者高效層面下的網損需求選擇指標時,應選擇全網全年(或整個考察期的總網損作為評估指標,而不應選擇全網在某一天的網損作為評估指標。從下文的分析中可以知道,在確定全

14、網全年的總網損后,可通過分解和轉化,將其分解到每個時段、每個設備上(這些指標即上文所述的過程指標。2指標定義應完整。定義指標時,要給出指標名、指標作用以及指標計算方法。對具體對象和指定時間段,還應根據需求分析或分解和轉化等方法給出相應指標的指標界。3指標應易于計算,計算所需的數據應便于獲取,便于實現和在線應用。4盡量選擇常用的、易于理解的指標,便于運營人員掌握。例如電力用戶優質性需求,可按照3類二級需求分別選取:供電可靠性需求,選取用戶平均停電時間和用戶平均停電次數;電能質量需求,選取電壓合格率、頻率合格率和諧波含有率;電力服務性需求,選取用戶投訴率。3過程指標集構建方法戰略指標集是宏觀層面的

15、,反映的是結果,是智能電網發展的戰略目標,顯然不利于直接指導智能電網的運行管理。而過程指標集是微觀層面的,反映的是原因,是智能電網內部運營人員需求的量化。構建過程指標集,有利于為電網運營的評估和薄弱環節的分析提供全面、可靠的數據基礎以及合理的輔助決策,在一定程度上緩解電網運營人員的工作強度和工作壓力。由于過程指標和戰略指標可以采用指標鏈的形式進行關聯,因此可以從戰略指標集出發構建過程指標集。過程指標集的構建步驟如下。1對于每一個需求指標,綜合分析其組成部分和影響因素。2對這一需求指標按照其組成部分和影響因素進行分解和轉化,形成多過程指標的指標鏈。3匯總歸納所有指標鏈上的指標,形成過程指標集。由

16、上不難看出,構建過程指標集的過程本質上是對戰略指標進行分解和轉化的過程。其中:指標分解是指標在時間維、空間維和對象維上的分解;指標轉化是找到影響某指標的各個影響因素,并針對每個影響因素,選取合適的過程指標進行量化和評估,進而形成具有因果關系的一系列指標。指標分解和轉化的目的在于落實,即將整體的、長期的、宏觀的戰略指標分解和轉化為一系列可以評估和可以控制的針對具體業務部門某一個考核周期的微觀指標。3.1分解1指標在不同維度上的分解分解的維度包括時間維度、空間維度和對象維度,結合不同的考察點,往往很容易將指標分解到某一維度的不同尺度上。例如,對于調度部門年網損率指標,時間維上可分解為每月每日等時段

17、,空間維上可分解為不同的區域,對象維上可分解為不同的設備。2指標界在不同維度上的分解在將指標在不同維度上進行分解的基礎上,將指標界分解為可供分解對象在特定維度上的界。例如,調度部門希望年網損率指標不大于某一值a ,則指標界分解就是將值a 分解到每月每日不同區域的不同線路、變壓器,以保證年網損率指標的完成。3.2轉化1指標影響因素剖析剖析指標的影響因素,往往通過業務流程分析得到或者通過數據挖掘方法找到隱含的影響因素。例如,影響網損指標的技術因素可通過業務流程分析方法,歸納為無功裝置地點和投運情況、分布式電源的安裝地點和容量以及負荷預測準確率等方面。2指標界的轉化在指標影響因素剖析的基礎上,將指標

18、界轉化為其影響因素的界。這一問題通常較為困難,需要具體問題具體分析。其常用方法包括靈敏度分析、建立相應的最優潮流模型等,也可通過貝葉斯網絡、聚類分析、關聯分析等方法,分析指標與其影響因素的概率性因果關系。4智能電網指標集構建流程綜上,智能電網指標體系的構建步驟如下。1對各利益相關者,分別構建其需求指標集。2在各利益相關者的需求指標集基礎上,構建智能電網戰略指標集。3將智能電網戰略指標集分解和轉化為其所屬各環節(規劃、建設、運行、維護、營銷等的戰略指標集。4對每一個環節的戰略指標集,通過分解和轉化,得到相應的過程指標集。 42011,35(23智能電網指標集構建流程如圖6所示 。圖6智能電網指標

19、集構建流程F i g .6S c h e d u l i n g f l o w c h a r t o f s m a r tg r i d s i n d e x s e t 5結語本文將智能電網評估指標體系分解為戰略指標集和過程指標集。從智能電網利益相關者的需求出發,對需求根據后果的嚴重程度進行分層,并提取相應的需求指標,形成需求指標集,從而實現智能電網戰略指標集的構建;在此基礎上,對戰略指標集進行分解、轉化,形成過程指標集。本文構建的智能電網評估指標體系涵蓋了智能電網所有利益相關者的需求,實現了對智能電網的全面、深入評估,同時揭示了指標之間的關聯關系,為后續指導智能電網自趨優運營打下了

20、堅實的基礎。參考文獻1G R I D 2030:a n a t i o n a l v i s i o n f o r e l e c t r i c i t y s s e c o n d 100y e a r s R .W a s h i n g t o n ,D C ,U S A :U n i t e d S t a t e s D e p a r t m e n t o f E n e r g y O f f i c e o f E l e c t r i c T r a n s m i s s i o n a n d D i s t r i b u t i o n ,2003.2E

21、u r o p e a n S m a r t G r i d s t e c h n o l o g y p l a t f o r m :v i s i o n a n d s t r a t e g y f o r E u r o p e s e l e c t r i c i t y n e t w o r k s o f t h e f u t u r e R .B r u s s e l s ,B e l g i u m :E u r o p e a n C o m m i s s i o n ,D i r e c t o r a t e -G e n e r a l f o r

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26、18.WA N G Z h i d o n g ,L I H u i ,L I J u n ,e t a l .A s s e s s m e n t i n d e x s y s t e m f o r s m a r t g r i d s J .P o w e r S y s t e m T e c h n o l o g y,2009,33(17:14-18.9譚偉,何光宇,劉鋒,等.智能電網低碳指標體系初探J .電力系統自動化,2010,34(17:1-5.T A N W e i ,H E G u a n g y u ,L I U F e n g ,e t a l .E l e m

27、 e n t a r y r e s e a r c h o n s m a r t g r i d s l o w -c a r b o n i n d e x s y s t e m J .A u t o m a t i o n o f E l e c t r i c P o w e r S ys t e m s ,2010,34(17:1-5.王彬(1987,男,通信作者,博士研究生,主要研究方向:電力系統優化和控制。E -m a i l :w -b 09m a i l s .t s i n gh u a .e d u .c n 何光宇(1972,男,副教授,博士生導師,主要研究方向:電

28、力系統經濟運行及優化理論在電力系統中的應用。梅生偉(1964,男,教授,博士生導師,主要研究方向:電力系統分析與控制。C o n s t r u c t i o n M e t h o d o f S m a r t G r i d s A s s e s s m e n t I n d e x S ys t e m WA N G B i n 1,H E G u a n g y u 1,M E I S h e n gw e i 1,C H E N Y a n b o 1,L I U W e i 2(1.S t a t e K e y L a b o f P o w e r S y s t e

29、m s ,D e p a r t m e n t o f E l e c t r i c a l E n g i n e e r i n g ,T s i n g h u a U n i v e r s i t y ,B e i j i n g 100084,C h i n a ;2.S h a a n x i R e g i o n a l E l e c t r i c P o w e r G r o u p C o .L t d .,X i a n 710061,C h i n a A b s t r a c t :T h e a s s e s s m e n t i n d e x

30、s y s t e m o f a s m a r t g r i d i s t h e c a r r i e r t h a t s c i e n t i f i c a l l y a s s e s s e s t h e d e v e l o p m e n t l e v e l a n d e f f e c t i v e n e s s o f t h e s m a r t g r i d a n d t h e f o u n d a t i o n o f s m a r t g r i d c o n s t r u c t i o n .T h e i n d e x s y s t e m o f s m a r t g r i d i s d i v i d e d i n t o t h e s t r a t e g i c i n d e x s e t a n d p r o c e s s i n d e x s e t .A s t h e f o r m e r r e p r e s e n t s t h e m a c r o s c o p i c f e a t u r e s w h i l e t h e l a t t e r r e pr e s e n t s t h e m i c r o s c