基于組合賦權(quán)法的電網(wǎng)規(guī)劃方案綜合協(xié)調(diào)性評價

陳宏偉，徐 謙，鄭 曉，蘭 洲

（1.浙江省電力設(shè)計院，杭州 310012；2.國網(wǎng)浙江省電力公司經(jīng)濟技術(shù)研究院，杭州 310008）

0 引言

我國電網(wǎng)已進入高電壓、大電網(wǎng)、大機組的階段[1]，高可靠性的各級電網(wǎng)實現(xiàn)各個部分的充分協(xié)調(diào)，不在個別地方形成瓶頸，也不在個別環(huán)節(jié)形成資源浪費，成為一個研究的重點問題[2-3]。以往關(guān)于電網(wǎng)規(guī)劃協(xié)調(diào)性的研究，停留在主電網(wǎng)或配電網(wǎng)的某兩級之間[4-6]，或是針對電源與電網(wǎng)之間[6-7]，目前沒有文獻對10kV配電網(wǎng)至500kV主電網(wǎng)各電壓等級之間的協(xié)調(diào)性進行全面系統(tǒng)地研究。

評價電網(wǎng)規(guī)劃方案的綜合協(xié)調(diào)性，首先需要確定各評價指標(biāo)和指標(biāo)的權(quán)重。就評價指標(biāo)方面，通常對待選的方案就安全性、經(jīng)濟性、可靠性、協(xié)調(diào)性等幾個方面進行分析比較和評價[8-9]，但是評價中主要采用一些定性的語言，顯得過于粗糙，在指標(biāo)選取上沒有一個統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，其中有些指標(biāo)意義不大或在實際電網(wǎng)中難以獲得原始數(shù)據(jù)。評價指標(biāo)的權(quán)重體現(xiàn)了各項指標(biāo)的相對重要程度，直接影響到綜合評價結(jié)果的科學(xué)性與合理性。采用單一方式確定權(quán)重，容易受賦權(quán)方式的影響而造成賦權(quán)結(jié)果的偏倚[10-11]。

為此，提出了一種基于組合賦權(quán)法全電壓電網(wǎng)規(guī)劃方案綜合協(xié)調(diào)性評價模型。該模型構(gòu)建了電網(wǎng)規(guī)劃方案綜合協(xié)調(diào)性評價指標(biāo)體系，采用組合賦權(quán)法將幾種典型的主、客觀賦權(quán)法相結(jié)合，對電網(wǎng)的評價指標(biāo)進行賦權(quán)，既能有效反映決策者的主觀意愿，又可以將客觀數(shù)據(jù)之間的統(tǒng)計反映在權(quán)重中，使得賦權(quán)的結(jié)果更加公正。

1 電網(wǎng)綜合協(xié)調(diào)性評價指標(biāo)

在電網(wǎng)的規(guī)劃過程中，協(xié)調(diào)性表現(xiàn)為規(guī)劃方案的經(jīng)濟性和可靠性之間的相互配合，通過各元件和參數(shù)的合理配置，形成以電網(wǎng)供電的高可靠性為目標(biāo)，適合電網(wǎng)發(fā)展的、各電壓等級相互協(xié)調(diào)配合的最優(yōu)全電壓電網(wǎng)。因此全電壓電網(wǎng)規(guī)劃方案協(xié)調(diào)性評價是基于可靠、優(yōu)質(zhì)、經(jīng)濟的前提下對電網(wǎng)規(guī)劃方案的綜合性評價。全電壓電網(wǎng)規(guī)劃綜合協(xié)調(diào)性評價指標(biāo)體系結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 綜合協(xié)調(diào)性評價指標(biāo)體系結(jié)構(gòu)

2 電網(wǎng)綜合協(xié)調(diào)性評價方法

2.1 組合賦權(quán)法確定指標(biāo)權(quán)重

主觀賦權(quán)法依據(jù)評價者對不同指標(biāo)的重視程度來賦權(quán)，與實際問題相符，但是不能考慮數(shù)據(jù)對權(quán)重的影響；客觀賦權(quán)法的權(quán)重值取決于數(shù)據(jù)值的分布，但評價結(jié)果可能會脫離現(xiàn)實問題的需要。因此，需要一種能夠?qū)⒅饔^和客觀結(jié)合起來的組合賦權(quán)法，既能與現(xiàn)實問題的需要相符，又能兼顧數(shù)據(jù)分布對權(quán)重的影響，從而彌補主、客觀賦權(quán)方法各自的不足。

為此，提出采用基于矩估計法理論的優(yōu)化組合模型，組合賦權(quán)模型的核心思想是：組合權(quán)向量對應(yīng)的評價值向量與原權(quán)向量對應(yīng)的評價值向量之間的偏差應(yīng)盡可能小。

設(shè)有k種賦權(quán)方法，其中有p種主觀賦權(quán)法，k-p種客觀賦權(quán)法，假設(shè)n個評價指標(biāo)的綜合權(quán)重向量為 A=[a1，a2，…，aj，…，an]，可以將k種賦權(quán)方法看作從總體中抽取的樣本。對于主觀權(quán)重，如果賦權(quán)的數(shù)量趨于很大時，由統(tǒng)計學(xué)的大數(shù)定理可知，其判斷的權(quán)重向量的綜合結(jié)果應(yīng)該接近綜合權(quán)重向量A；對于客觀權(quán)重，采用不同的算法得到的結(jié)果具有重復(fù)性。因此可以用已有的主、客觀權(quán)重來估計綜合權(quán)重向量A。

設(shè)分別從主觀權(quán)重總體中抽取p個樣本，客觀權(quán)重總體中抽取k-p個樣本，對于第i個評價指標(biāo)，有k個權(quán)重樣本，組成了該評價指標(biāo)的綜合權(quán)重ai，需要滿足ai與k個主客觀權(quán)重的偏差越小越好?；灸Ｐ腿缦拢?/p>

式中：ai為第i個指標(biāo)組合后的權(quán)重值；α，β分別為主觀、客觀權(quán)重的相對重要程度系數(shù)；gis，git分別為第s種主觀賦權(quán)法和第t種客觀賦權(quán)法對第i個指標(biāo)的賦權(quán)結(jié)果。

k個樣本來自2個總體，對于第i個評價指標(biāo)，根據(jù)數(shù)理統(tǒng)計的原理，計算指標(biāo)的主觀權(quán)重gis和客觀權(quán)重git的期望值：

根據(jù)上式，按照矩估計的基本思想，對于第i個指標(biāo)，其主客觀重要性系數(shù)分別為：

對于n個指標(biāo)，可以看成從2個總體中分別取出n個樣本，同樣按照矩估計的基本思想，可以得到綜合指標(biāo)中主、客觀重要性系數(shù)：

A=[a1，a2，…，aj，…，an]為 k種賦權(quán)法組合所得的最終權(quán)重向量?；诳偲钭钚〉膬?yōu)化組合賦權(quán)法不僅要利用權(quán)重信息，還將評估向量作為組合的基礎(chǔ)，將權(quán)重向量與評估值融合建立優(yōu)化模型。

為了求解a1，對該模型構(gòu)造拉格朗日函數(shù)L（ai，λ），根據(jù)極值存在的必要條件，分別對ai，λ求一階偏導(dǎo)數(shù)，并令其為0：

以i=1，2，…，n分別展開，可以得到主、客觀權(quán)重組合而得的綜合權(quán)重向量A=[a1，a2，…，aj，…，an]。

2.2 灰色關(guān)聯(lián)分析法確定評價值

灰色關(guān)聯(lián)分析法建立在充分利用客觀數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，通過規(guī)劃方案與理想方案序列曲線和幾何形狀的相似程度來判斷兩者的關(guān)聯(lián)程度；曲線和幾何形狀越接近，則說明其關(guān)聯(lián)度越大，方案越接近理想最優(yōu)，反之亦然。最后，依據(jù)關(guān)聯(lián)度大小排序，判斷方案的優(yōu)劣，對于小樣本無規(guī)律指標(biāo)的評價問題，決策準(zhǔn)確性較高。

設(shè)有n個對象，每個對象有m項指標(biāo)，對評價指標(biāo)數(shù)據(jù)進行規(guī)范化處理，規(guī)范化后的數(shù)據(jù)為x1，x2，…，xm。

令x0為理想方案，則x0與xi關(guān)于第k個元素的關(guān)聯(lián)系數(shù)為

Δxi（k）=x0（k）-xi（k），ρ為分辨系數(shù)，取值區(qū)間為[0，1]，這里取0.5。

第i個規(guī)劃方案與理想方案的關(guān)聯(lián)度為

從而根據(jù)每個方案與理想方案的關(guān)聯(lián)度大小來對方案進行排序，并選擇最優(yōu)方案。

3 全電壓電網(wǎng)綜合協(xié)調(diào)性評價方法

基于組合賦權(quán)法的全電壓電網(wǎng)規(guī)劃方案綜合協(xié)調(diào)性評價方法計算流程如圖2所示。

圖2 全電壓電網(wǎng)綜合評價方法流程

4 算例分析

[1]，假設(shè)1個面積為2250 km2、供電負(fù)荷為8000MW的區(qū)域，含有10kV，110kV，220kV，500kV 4個電壓等級，由3座主變壓器容量為4×1000 MVA的500kV變電站，21座主變壓器容量為3×240 MVA的220kV變電站，80座主變?nèi)萘繛?×50 MVA的110kV變電站和640個滿足“三雙”接線[12]的10kV標(biāo)準(zhǔn)單元。220kV變電站構(gòu)成的雙環(huán)網(wǎng)中500kV變電站第1級220kV送出線路及供區(qū)之間的聯(lián)絡(luò)線導(dǎo)線截面采用4×400mm2；第2級220kV送出線路導(dǎo)線截面采用2×630mm2，110kV架空線導(dǎo)線截面選用300mm2。年供電小時數(shù)按8760 h考慮，平均供電負(fù)荷為高峰負(fù)荷的60%，電價按0.4元/kWh計算，220kV網(wǎng)損為線路負(fù)載率的1%，110kV網(wǎng)損為線路負(fù)載率的2%。

現(xiàn)該地區(qū)有1個電網(wǎng)實際規(guī)劃方案，與理想方案相比，該方案采用22座主變?nèi)萘繛?×240 MVA的220kV變電站，640個10kV接線單元，其中1/3滿足“三雙”接線，2/3為普通接線。500kV變電站第1級220kV送出線路以及供區(qū)之間的聯(lián)絡(luò)線導(dǎo)線截面采用2×630mm2；第2級220kV送出線路導(dǎo)線截面采用2×400mm2。

理想方案與實際規(guī)劃方案各電壓等級下各項指標(biāo)值如表1所示。

通過專家打分的方法，對上述4類指標(biāo)重要性的主觀權(quán)重分別取：可靠性30%、優(yōu)質(zhì)性10%、經(jīng)濟性10%、協(xié)調(diào)性50%。假設(shè)每一類的各項指標(biāo)主觀權(quán)重值相同，則通過專家咨詢和熵權(quán)法[13]得到的各指標(biāo)主客觀的權(quán)重值如表2所示。

表1 各電壓等級綜合協(xié)調(diào)性指標(biāo)值

表2 各電壓等級綜合協(xié)調(diào)性指標(biāo)主觀、客觀權(quán)重

在表2的基礎(chǔ)上，利用基于矩估計法的組合賦權(quán)法，得到各指標(biāo)的綜合權(quán)重，如表3所示。

表3 各電壓等級綜合協(xié)調(diào)性指標(biāo)綜合權(quán)重

根據(jù)專家咨詢法和熵權(quán)法得到的主觀權(quán)重和客觀權(quán)重，以及采用組合賦權(quán)法得到的綜合權(quán)重，利用灰色關(guān)聯(lián)分析法得到的評價結(jié)果如表4所示。

表4 理想方案與規(guī)劃方案評價結(jié)果

通過上述計算可以看出，理想方案采用各評價方法得到的評價結(jié)果均好于實際規(guī)劃方案，這與采用灰色關(guān)聯(lián)法的理論相吻合。由于理想方案與實際規(guī)劃方案的最大區(qū)別在于220kV變電站的個數(shù)和供電可靠性上，使得理想方案和實際規(guī)劃方案的大部分指標(biāo)值相同，所以客觀權(quán)重值僅分配給了少數(shù)幾個值不同的指標(biāo)，導(dǎo)致分配到權(quán)重的單個指標(biāo)值權(quán)重都很大，造成熵權(quán)法得到的客觀評價結(jié)果和主觀評價結(jié)果差別較大。通過主客觀結(jié)合的評價方法，得到的綜合評價結(jié)果充分體現(xiàn)了主、客觀方法的優(yōu)缺點，既能有效反映決策者的主觀意愿，又可以將客觀數(shù)據(jù)之間的統(tǒng)計反映在權(quán)重中，使得賦權(quán)的結(jié)果更加公正。

5 結(jié)語

基于組合賦權(quán)法提出了一種全電壓電網(wǎng)規(guī)劃方案綜合協(xié)調(diào)性評價模型。該模型構(gòu)建了電網(wǎng)規(guī)劃方案綜合協(xié)調(diào)性評價指標(biāo)體系，提出了基于矩估計法的組合賦權(quán)方法，可以將主觀和客觀的評價指標(biāo)權(quán)重結(jié)合在一起，使得賦權(quán)的結(jié)果更加公正。算例分析表明，該綜合協(xié)調(diào)性評價模型具有可操作性，結(jié)果合理，適用于電網(wǎng)規(guī)劃方案的分析，具有重要的工程應(yīng)用價值。

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