Shapley值法在配电网供电能力计算中的应用

刘国鑫 刘坤

摘要：配电网供电能力是评价配电网能否满足现有负荷需要、能否适应未来负荷增长的一个重要指标。近年来，配电网供电能力的计算、评估、优化提升及应用一直是业内关注的热点。目前，配电网供电能力的研究主要集中在最大供电能力（totalsupplycapability，TSC）和剩余供电能力（residuesupplycapability，RSC）两个方面。最大供电能力是指一定供电区域内配电网满足N−1安全准则且满足实际运行约束的最大负荷供应能力，该指标可用于指导配电网的远期规划。但TSC对负荷分布有一定要求，为达到理想的TSC，现有配电网需减少部分馈线负荷，而这往往是不现实的。剩余供电能力的提出解决了这一问题，该指标是指在满足N−1安全准则条件下，在保证配电网已有供电规模、不切减负荷时所能增加最大负荷，因此RSC在指导现有配电网的调度运行、负荷接入等方面具有更强的实用性。目前RSC的相关研究主要集中在中压配电网，未考虑更高电压等级电网设备对负荷增长可能存在的限制。基于此，本篇文章对Shapley值法在配电网供电能力计算中的应用进行研究，以供参考。

关键词：Shapley值法;配电网;供电能力计算;应用

引言

供电区域划分是配电网规划的一个关键问题。由于我国各地配电网的实际情况相差较大。若按统一的标准来建设，就会造成设备资产利用率不高甚至严重浪费等经济、技术上不合理的情况。科学、合理的配电网规划是电网建设和改造的基础依据，同时也是电网安全、可靠、经济运行的重要前提。配电网供电区域划分缺乏定量计算分析方法，主要是依靠专家经验定性分类，难以做到科学有效划分。本文提出一种基于Shapley值法，得到更加合理的改进Shapley值法，综合考虑电量波动情况以及跟踪负荷程度，使得分摊结果更加公平合理。

1Shapley值法

Shapley值法是合作博弈模型中常用的方法，在电力系统中运用广泛。假设集N={1，2，…，n}表示组成联盟的n个成员，Xi表示集合N中第i个成员从联盟S总成本CS中应分摊到的成本，则称X=（X1，X2，…，Xn）为合作博弈对策的分配策略。Xi满足以下公式：

C（S）=

ൌ1

设各成员随机合作时正好形成联盟S的概率为W（||），计算方法如下所示：

W（||）=ሺെ||ሻ！ሺ||െ1ሻ！，

可得基于Shapley值法成本分摊方式中，各成员分摊到的成本为

Xi=（||）[C（S）-C（S-i）]

其中[C（S）-C（S-i）]为成员i的边际成本。

利用Shapley值法分摊成本时，每个配电网供电能力计算到的成本取决于由于该成员加入联盟后，给联盟带来的成本增值大小，也就是配电网供电的边际成本。

2基于Shapley值法的配电网供电能力评估方法

配电网的供电能力函数能够反映出配电网的安全运行水平，并且也代表了配电网的实时运行状态。为了避免由相同比例的负荷增长引起的较大误差，本文对各负荷点处的负荷量，按照其实际增长规律，给出不同的增长模型。结合利益均衡情况下各售电公司向各发电公司的购电量，可计算得出电网中的潮流分布，进而得到不发生阻塞情况下配电网的最大供电能力。各售电公司利益均衡情况下的配电网供电能力计算步骤如下：1）针对售电商联盟U进行分析，计算联盟U的利润πU;2）针对联盟内的售电商k进行分析，将联盟U内包含k的所有子集设定为Si，计算Si的合作利润π（Si）和除售电商k外的合作利润π（Si-k）;3）计算售电商k参与合作后可分得的利润Φk;4）得到在利益均衡情况下各售电商的购电量以及各发电商的电力输出情况;5）给定负荷初始值C=C0，在已知发电商出力及某些发电商节点电压的情况下，即可计算得到系统潮流;6）令各节点负荷按照所得出的实际负荷增长模型，持续增长，反复调用步骤（5），直到出现第一次越限为止，记此时t=t0;7）给定精度ε=ε0，令d=t0-1，e=t0，构造闭区间[d，e]并用半分法求取满足精度要求的临界点，此时负荷点i处的负荷值为P（a）;8）此时各负荷节点总的负荷值，即為系统的供电能力。

3建议

3.1提高信息化建设水平，为构建利益分配机制提供依据

基于Shapley值的利益分配机制的实质是根据贡献值进行相应的利益分配，而贡献值需要准确详细的数据支撑。因此，在配电网供电能力计算合理的利益分配机制，统一的信息化平台是必要条件之一。而目前配电网供电能力计算内各数据差异。因此，迫在眉睫的是，要充分应用近年蓬勃发展的虚拟化、云计算、物联网和数据中心技术，建设以配电网供电能力计算为基础的大集中信息管理平台，推动基于集团化架构下的信息支撑平台的建设，不仅实现数据的大集中，更要实现业务的大集中，保证配电网供电步调一致、协同工作，为合理的利益分配提供客观依据。

3.2网格化方法

1.思路。此次规划配网的时候，根据网格化原则，分划区域。经过探索系统现实情况配网情况，整理出配电网产生的不良问题，根据负荷预测结果，明确规划目标。为达到这一目标，构建过渡网架，得到评估效果，判断现下网格化有无实现规划目标，倘若实现了，那么就可以构成规划方案，相反，则需要重建过渡网架，然后评估最终效果。2.配网现实情况。按照网格化划分的基本原则，此次把待规划区域分成若干网络，对每一个区域配网情况展开分析：第一，有关网络结构分析，将站间、中压线路联络率以及N-1通过率当成重要指标加以分析。倘若，中压线路供电线路半径过长，那么所占空间则很大，对供电影响也就更大。第二，分析装备水平，将中压主干线路与中压线路当成重要指标加以分析。第三，供电方面的分析，则是通过将中压线路承重与过载运行作为关键指标展开分析。3.负荷预测。此预测可以划分成远期与近期预测，远期就是根据用地性质一样的区域当成主要探索区域，借助负荷密度指标方式预测负荷密度值，按照地块强度与开发信息，预测网格负荷总量和规划区总量。近期预测就是探究区域中压线路负荷高低，得到指定区域供电负荷，接入推算出负荷增长规律。按照采集市区用户报装信息，建立数模，推算出网格与规划区负荷总量，获得预测结果。

结束语

综上所述，本文根据差价合约下售电商购电利益博弈模型，根据售电商之间进行合作以及Shapley值法，考虑联盟成员之间合理的利润分配，在各售电公司利益均衡情况下进行配电网供电能力的计算。通过仿真计算分析可知：和未考虑售电商利益均衡的情况相比，本文所研究的供电能力的准确性有所提高，误差减小，更符合实际。该研究为电力市场配电系统的优化运行提供有效的参考依据。

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