作者：张毅
目前，备用容量的研究大多是关于合理备用容量的确定方法、备用容量可靠性评估方法等，很少涉及备用容量监视指标．而该指标能为调度运行人员准确把握系统运行方式以及合理调控电网备用容量提供定量参考。
此外．为了最大限度地发挥电网输电能力，同时考虑主网输电线路和联络变压器的承载能力，有必要对线路和变压器的重载和越限情况进行定量监视．目前，国内外文献大多是关于配网供电能力评估，例如对城市配电网的运行水平和供电能力进行了分析，而未涉及主网供电能力评估和监视指标的研究。2010年国家电网公司发布的企业标准《城市配电网运行水平和供电能力评估导则》，其中通过分段线性函数对各项评价指标分别进行评分，并按照权重系数累加得到最终得分。然而，电力系统是一个高维数、具有较强时变性和非线性的系统，特别是对于呈现交直流混联、分层分区运行特点的江苏电网，传统的线性函数指标模式不再适用．
为此．本文利用指数函数的非线性特点．结合电网实际运行情况．提出了具有指数表述特征的电网备用容量监视指标、线路和变压器重载、越限监视指标的概念，并给出了相应的计算方法。由于江苏电网具有分层分区运行的特点，针对当前存在的21个220 kV电压等级的电网分区，本文还给出了分区备用容量的监视指标计算方法。在此基础上，本文提出利用Shepard相似插值对各分散评价指标进行有效融合，给出了电网运行的总体评价指标．各分散评价指标有助于调度运行人员针对性地调控电网运行方式，而总体评价指标则为评估和改进调度运行管理提供了依据和参考。
1 电网非线性评价指标计算
1.1 电网备用容量监视指标
一般来说．电网运行备用分为旋转备用和非旋转备用。系统运行备用容量一般应满足系统负荷预测误差并考虑最大一台运行机组的额定容量（若区外受电单线最大输送功率分摊容量大于单机最大机组容量时,应按区外受电单线最大输送功率分摊容量考虑）。旋转备用容量一般不低于系统预测最高负荷的2%。
1.1.1 全省备用容量监视指标
省级电网备用容量非线性监视指标计算为
式中：yreserve为全省备用容量监视指标；a为全网备用系数．备用系数定义为全省电网系统向上旋转备用与当前负荷的比值，a越大，表明系统向下旋转备用趋向不足：A为小于l的正数，当A取较小值（接近于0）时，Yreserve衰减趋势较明显；当A取较大值（接近于1）时，yreserve衰减较为平缓。
由于电力系统容量较大．惯性较强，单一冈子的变化引起指标变化的敏感度较低，据以往运行经验，式(1)中A取较大值0.96时具备较好效果。当a越大．系统向下备用越趋不足，备用容量监视指标值越小。当全网备用容量小于最高负荷的4%时，发出监视预警：当全网备用容量小于最高负荷2%时，给出不合格指标。
1.2.2分区备用容量监视指标
由前述可知,江苏电网采用分层分区的运行方式．500 kV电压等级的变电站为各分区主要电源受点．各分区内接入220 kV和110 kV电压等级的电厂为辅助电源受点,各分区间通过备用联络通道（充电线路）互联。当某个分区在当前运行方式下电能裕度不足时，在计及500 kV变压器稳定限额的情况下．通过分区间合解环对电能进行合理分配，以满足负荷需求。因此，在分析各分区备用容量时，应当考虑3个因素：(1)各分区内单机最大出力；(2)各分区500 kV变压器稳定限额裕度；(3)各分区内除最大出力单机外其他机组的旋转备用。
综上,某分区备用容量的监视指标ys*定义为
式中：PCmnx为本分区内单机最大出力：∑PTr为本分区500 kV变压器稳定限额裕度；∑PGr为本分区内除最大出力单机外其他机组的旋转备用：s为各分区编号．针对江苏省电网当前状况有21个分区：Ⅳ为权重因子，本文中取为2。
由式(2)可知，当分区内具有最大出力的单台发电机因某种原因手动解列或跳闸时，该分区内所有主变的受电限额裕度以及该分区内其他机组的备用容量应当能弥补退出运行的单台发电机的电能输出．从而保证该分区电能的稳定供应。
当(∑PTr+∑PGr)值大于PCmax时．ys*小于1，则本分区备用容量满足要求，指标合格；当(∑PTr+∑PCi)值小于PGrrux时，ys*不小于1，则指标不合格．需要通过方式调整保证该分区的电能供应裕度。设定ys*值等于0.9时为分区备用容量告警门槛值。在某一时刻断面下，调度员应当知晓全省备用容量监视指标值以及当前21个分区的备用容量监视指标值。
1.2输电线路、变压器重载和越限监视指标
当某个分区负荷较重，且该分区内接入220 kV及以下电网机组出力受阻时，该分区内500 kV主变压器及相应电网线路潮流易重载，严重时，还可能会越过稳定限额，影响设备的安全稳定运行。凶此,在电网调度运行管理巾，应当对设备越限进行密切监视。为此，考虑线路和主变压器的最大重载率、重载设备数以及越限设备数，对输电线路、变压器重载和越限监视的指标进行定义。
1.2.1 输电线路重载和越限监视指标
输电线路重载和越限监视指标L为
式中：K的取值为O<K<1，本文中K取值为0.9；p为线路最大重载率；q为重载和越限线路权重累加值．定义为
式中：NL为重载线路条数；NL'为越限线路条数；Q为权重调节参数，通常Q取不小于1的整数，通过设定Q值强调线路越限比重载情况更为严重，本文中Q取2。
重载线路是指线路年最大负载率达到或超过70%且持续1 h以上：越限线路是指线路负载率越过限额。
L值越小，表明电网重载和越限线路越多，监视指标越差；L值越大，表明指标越优；当p或q为0时，L取最大值1，表明此时电网无重载和越限线路。
1.2.2 变压器重载和越限监视指标
变压器重载和越限监视指标T为
式中：G的取值为O<G<1，本文中G取值为0.9；r为主变最大重载率：z为重载和越限丰变权重累加值，定义为
式巾：NT为重载主变台数；NT'为越限主变台数；Z为权重调节参数，通常Z取不小于1的整数，通过设定Z值强调主变越限比重载情况更为严重．本文中Z取3。
重载主变压器是指主变年最大负载率达到或超过80%且持续2h以上：越限主变压器是指主变负载率越过限额。
T值越小，表明电网熏载和越限变压器台数越多，监视指标越差；T值越大，表明指标越优：当r或z为0时，T取最大值1，表明此时电网无重载和越限变压器。
2基于Shepard相似插值算法的综合指标分析
由前述可知，基于电网运行信息，调度运行管理人员能分别获取实时的全省备用容量指标、
21个电网分区备用容量指标、输电线路重载和越限监视指标以及变压器重载和越限监视指标共计24个分散指标值，根据实时监视指标结果对电网的运行方式作出相应评估和调整，为调度运行管理人员调整机组出力和优化全网CPS考核指标提供了重要参考依据，、而输电线路、变压器重载和越限监视指标则关系到电网设备的安全运行和潮流的合理分布。
然而，为了对电网的整体运行水平进行评估，为调度运行管理提供可靠数据支持，有必要对24个监视指标进行融合，参照已制定的参考评价等级，对电网的运行状况进行等级划分。为此，本文提出了一种基于Shepard相似插值的综合指标分析方法。具体地说，Shepard相似插值在实际系统评价工作中常常是把评价对象各指标样本点与相应的系统评价标准表或其他已知评价等级的评价对象指标样本点系列逐个进行相似比较来进行的。对评价对象的综合评价过程，实质上就是根据这些已知评价等级的样本系列．内插出对应于评价对象指标样本点的评价等级值。表1中给出了本文中所述24个指标值的参考评价等级。
根据表1巾的参考评估标准产生指标样本。(i，j)（i=1，2，…，m; j=1，2，…，n）以及与其对应的24个指标值y(i)，其中，m=24，n=3。为消除各指标的量纲效应和规范各指标值的变化范围，使建模具有一般性，对各参考指标样本进行如下标准化处理：
式巾：Ei和Sj分别为原第i个指标{x*(i，j)∣i=l~m}的样本均值和样本标准差．
Shepard插值的基本思想为：得到实际中待评估对象的{x(i+1，i)}后，利用上述产生的m个样本进行插值，得到待评估指标对象的y(i+1)，使式最小。
其中。
式中：d，为第i个样本点与待评价对象之间的距离：ωi为权重，表示第i个样本对内插待评价对象的评价等级y(i+1)的贡献大小；b为待定参数，一般为大于l的常数．b取得愈大，在点{x(i+l，j)|(j=1~n)}附近的拟合曲面将变得越来越平坦，而使远离点{x(i+1，j)∣(i=1~n))的拟合曲面变得越陡峻。
对式(8)求导，并令其为0，则当且仅当满足式(10)条件时，式(8)达到最小值。
在样本序列中取样i,由其他的m-1个样本进行Shepard插值，得到对应的y(i)的捕值记为y(i)'，则可通过求解如下优化问题来优化估计参数b．可表示为
使式(11)为最小的6值即为6的最优值，将该b值代入式(9)中，求取权重值ωi，将该ωi值代入式(10)可以获取相应的指标参数，并与表1中的参考评价等级进行匹配，可以对当前电网的运行情况进行等级评估。
3算例研究
本算例结合电网实际运行情况，对本文提出的电网非线性评价指标体系作进一步阐述。不失一般性，本文选取2014年4月份某日早峰时刻断面的江苏电网的基本运行情况作为基础数据样本进行分析研究。表2给出了全省统调负荷数据。表3和表4分别给出了当日输电线路重载和越限统计数据。图1给出了当日24 h的旋转备用变化曲线。由于该时刻断面全网主变压器未有重载和越限情况，本算例中未涉及主变压器重载和越限指标计算。
基于上述电网运行情况，根据式(1)~(6)获取备用容量监视指标、各区分备用容量监视指标、线路重载和越限监视指标如表5所示。
由表5数据可知，本算例所分析的断面时刻的全省备用容量存在充足裕度，未达到预警值4%．全省21个分区中，除斗陆分区备用容量达到预警值90%外，其他分区备用容量均在合理裕度范围内。通临双线一共出现过9次重载，斗陆线、斗桥线一共出现过2次重载，由于斗陆分区潮流较大，斗陆线、斗桥线、斗长线还出现过5次越限。根据线路重载和越限情况，获得相应监视指标值为71.37%，符合表1中Level 2范围。由于所分析的时刻断面并未出现变压器重载和越限．该项指标不存在、表5显示的监视指标分析结果与当时电网实际运行情况一致，表明本文提出的电网非线性指标计算方法正确、有效。
根据表5数据和表1给出的参考评价等级，利用Shepard相似插值方法，即式(7)~(11)，获取的指标参数与表1中的参考评价等级范围进行匹配，获取2014年4月份某日早峰断面时刻江苏电网的运行评价情况，结果显示为Level 2，表明总体运行情况较优，为调度运行管理人员采取相应的调控措施提供了参考。
4结语
为了给调度运行管理提供可靠的电网运行评价指标，本文构造了基于指数函数的非线性评价指标体系，并相应给出了全省备用容量监视指标、各分区备用容量监视指标、线路重载和越限监视指标以及500 kV主变压器重载核越限监视指标的计算方法。相比于传统的基于线性评价指标体系的评价方法，本文所提出的白适应非线性评价指标函数能较好地适应电力系统强非线性和时变性的特点。
5摘要：为了准确获取全网运行备用容量以及线路、主变压器的负载情况，为调度运行管理提供可靠数据基础．提出一种基于非线性指数函数的电网评价指标体系，分别给出了全省备用容量监视指标、各分区备用容量监视指标以及线路、主变压器重载和越限指标计算方法，并利用Shepard相似插值算法对各分散指标数据进行融合．给出了电网运行的综合评价指标．相比于传统的线性评价方法，非线性评价体系更符合电网时变性和强非线性的本质特征、最后，利用江苏电网实际运行算例验证了所提出的评价指标体系的正确性和有效性．综合评价指标能客观反映电网总体运行情况，为调度运行管理提供了可靠评价依据。
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