基于層次分析法的電磁環網開環方案評價

李洪江

(云南電網有限責任公司電網規劃研究中心，昆明 650011)

基于層次分析法的電磁環網開環方案評價

李洪江

(云南電網有限責任公司電網規劃研究中心，昆明 650011)

電磁環網作為電網發展形成過程中一種特殊的網架結構，隨著電網的發展及運行方式的調整，適時對電磁環網進行解環具有重要意義。對各個解環方案進行定量評價將有助于選取最為合理、可靠的電網開環運行方案。本文用層次分析法建立模糊綜合評價模型，確定了各因素對應的權重，綜合考慮各相關因素，對開環方案作了出定量、全面的評價，為電磁環網解環方案的評價系統提出了一個實用的指標評價體系。

電磁環網；模糊綜合評價；層次分析；解環方案；PSASP

0 前言

高低壓電磁環網，是指兩組不同電壓等級運行的線路，通過兩端變壓器磁回路的聯系而并聯運行。對于電磁環網的產生背景、特點及優缺點已有大量書籍文獻做了詳細闡述。[1-2]。

基于電網電壓等級的不斷發展，在電網網架的形成過程中，必然會出現高低壓電網并聯運行的特殊形式，以滿足電網在一定期間的安全穩定運行，增強供電能力及可靠性。隨著高一級電壓電網的發展，過渡階段的電磁環網已不能滿足電網運行的要求，適時解環，使下級電壓電網逐步實現分區運行，避免和消除影響電網安全穩定的隱患。

當前，我國最為常見的電磁環網形式是750 kV/330 kV、500 kV/220 kV并聯運行的結構，規劃中對存在的220 kV/110 kV環網結構已要求考慮系統斷環方案。打開電磁環網前，需要對潮流、短路電流、暫態穩定、網損等計算，根據計算結果分析判斷，綜合考慮電網的安全可靠性、系統穩定性、運行經濟性等內容，以確定最優的運行方式。實現各方案的綜合評價是一個多目標、非結構性優化問題，難以建立相應的數學模型并求解。本文基于評價電磁環網開環的各因素建立了500 kV/220 kV高低壓電磁環網開環方案的模糊綜合評價模型[3～5]。并把該評價體系用于解環實例，說明了本文方法的有效性和可行性。

1 模糊綜合評價

建立在模糊數學基礎上的模糊綜合評價，基于模糊線性變換原理，綜合考慮與被評價事物相關的各種因素，對被評價事物做出全面綜合的評價[6]。通過模糊集對模糊性信息進行描述，以數學模型的形式把不確定信息進行模糊規劃計算。基于綜合評價的數學模型實現對不確定事物進行分級評判。

1.1 建立評判集

評判集為各評價指標的集合，可表示為如下形式：

式中vk=(k=1，2，...，m)為各級評價指標。如果對評判集中的各指標賦于相應的分數值，就把評判集轉化為與之對應的分數集：E=(e1，e2，...，em)。

1.2 確定因素集

因素集U為評價事物的指標體系。可以分為n類，每一類均有一個因素子集，因素集可以看似評判指標。

1.3 構造模糊矩陣

確定模糊矩陣前，需要對被評價事物從每個因素ui(i=1，2，……，p )上逐一進行量化，即確定從單因素來看被評價事物對等級模糊子集的隸屬度 (R ｜ui)，最終得到模糊關系矩陣：

矩陣R中第i行第j列元素rij，表示某個被評事物從因素ui來看對vj等級模糊子集的隸屬度。一個被評事物在某個因素ui方面的表現，是通過模糊向量來刻畫的。

1.4 確定評價因素的權向量

各評價因素對應的權向量可表示為：A= (a1，a2，……，ap)。A中的元素ai表征評價指標因素ui對模糊子集的隸屬度。本文利用層次分析法來確定權向量A中各元素的值，并進行歸一化處理。即

1.5 模糊綜合評價

模糊綜合評價的結果向量B是由權向量A與各被評事物的模糊矩陣R合成得到。即：

其中bi是由A與R的第j列運算得到的，它表示被評事物從整體上看對vj等級模糊子集的隸屬程度。

式中j=1，2，…，m，bi為隸屬度，ai為權重值，rij為第i個評價指標隸屬于第j等級的隸屬度。

1.6 模糊綜合評價的優先度

以模糊綜合評價集S的元素Sk為權重，對分數集E中第k個元素進行加權平均，作為模糊綜合評價的優先V。

2 層次分析法

電磁環網的開環方案是一個多指標、非結構、多因素決策的過程。層次分析法 (AHP)把較復雜、模糊的問題進行分解，并將分解形成的各因素按支配關系構成遞階層次，通過相互比較確定各因素間的相對較重要的因素，是一種確定權系數行之有效的方法[7]。把原本復雜的各因素轉化為條理清晰且互相聯系的有序層，根據對客觀實際的模糊判斷，定量表示出每一層次的相對重要性，再通過數學方法計算出全部元素的相對重要性權系數。

2.1 確定目標和評價因素

若評價指標個數為P，得到指標集：

2.2 構造判斷矩陣

判斷矩陣中各元素值的大小代表各元素的重要性程度，通常以1～9及其倒數作為標度方法。但當能以實際比值來表示項目中比較因素的重要性時，則判斷矩陣各元素值即為實際的比值。從而形成判斷矩陣：

2.3 一致性檢驗

判斷矩陣的一致性檢驗，需計算出一致性指標CI及平均隨機一致性指標RI。當隨機一致性比率滿足下式：

其中

滿足式 (9)認為層次分析排序的結果有滿意的一致性，即權系數的分配是合理的；否則，要調整判斷矩陣元素的取值，以達到滿意的一致性。

3 電磁環網開環方案模糊綜合評價

3.1 評價指標體系

潮流計算。主要確定線路、變壓器負荷值及母線電壓值的范圍。

暫態穩定性。系統暫態穩定性的變化可以通過功角穩定、頻率穩定及電壓穩定進行確定。

N-1計算。電網實現負荷轉供能力的校驗。

短路電流計算。確定各運行方式下母線三相短路電流值，以確定斷路器的遮斷容量是否滿足電網運行要求。

網損。網絡實際運行方式下的有功功率損耗值。

3.2 模糊綜合評價

設待評價電磁環網有N個開環方案，對各方案評價步驟如下：

a.確定因評價對象集

P=開環方案的優先度。

b.構造評價因子集

u= {u1，u2，u3，u4，u5} = {潮流、網損、短路電流、N-1計算、暫態穩定}。

c.采用層次分析法計算評價因子集中各因素對應的權重W=(w1，w2，w3，w4，w5)。

d.確定評語集為V= (v1，v2，v3，v4，v5) = (可行性很好，可行性好，可行性一般，可行性差，可行性很差)，相應的分數集為E=(e1， e2，e3，e4，e5)= (5，4，3，2，1)。

e.利用PSASP計算各方案的模糊行為指標，并根據專家經驗法得到各因素子集的模糊綜合評價的隸屬度矩陣R。

f.模糊綜合評價。計算得到各因素子集的模糊綜合評價集S。

g.計算方案模糊綜合評價的優先度V。

根據各電磁環網開環方案V的大小，即可對各被評價的電磁環網開環方案進行排序。

4 應用實例

以某區域電網結構為參考模型進行算例分析，電網結構如圖1所示。

圖1 電網地理接線圖

按照電網分區運行的原則，根據結構提出以下五種開環方案。

方案1：斷開C站與b站220 kV線路；

方案2：斷開D站與g站220 kV線路；

方案3：斷開B站與d站220 kV線路；

方案4：斷開D站與d站220 kV線路；

方案5：斷開E站與f站220 kV線路。

4.1 方案計算分析

利用PSASP對五個方案行為指標進行計算，對實際計算結果進行簡要分析。

潮流計算：各個方案下各段母線電壓較為合理，沒有超出電壓上下限值，各元件功率也較為合理，未出現過載現象。

暫態穩定分析：計算采用的故障類型為輸電線路三相接地短路，500 kV故障切除時間為100 ms，220 kV故障切除時間為120 ms。經計算，各個開環方案下電網運行均能保持穩定。

短路電流計算：取500 kV及220 kV斷路器開斷電流上限值均為50 kA，各方案短路電流計算值都在斷路器上限值之內。

N-1計算：在各開環方案下，電網N-1過負荷情況如表1所示：

表1 N-1計算線路過負荷結果

系統網損：在確定的五個開環方案下，有功網損計算結果分別為：131.38、153.57、174.62、172.27、169.41 MW。

4.2 模糊綜合評價

指標權重的計算，采用層次分析法求出指標權重，構造判斷矩陣S，并根據式 (9)判斷矩陣S的一致性要求。得到潮流、網損、短路電流、N -1計算、暫態穩定五個評價因子的最終權重向量為：

w= [0.343 5，0.055 1，0.129，0.343 5，0.129]

通過專家經驗法對PSASP計算五個方案結果評價得到的隸屬度矩陣R，并按公式 (4)計算得到模糊綜合評價結果向量如表2所示。

表2 模糊綜合評價計算結果

最后，通過式 (6)計算得到五個開環方案的優先度值分別為：3.546 4、4.370 1、3.812 3、2.997 7、3.913 3。由結果可知，開環方案2的可行性最好，其次為方案5、方案3、方案1，方案4的可行性最差。把以上各方案的模糊綜合評價結果同技術專家的實際分析判斷結果相一致。

5 結束語

本文以層次分析法及模糊綜合評價確定開環方案的優先度。層次分析法的判斷矩陣得到了各因素的權重值，模糊綜合評價則對方案的各項指標定量且全面的綜合評價。把模糊性標準轉換成定量指標，為評價開環方案提供了合理的依據。

[1] 王梅義，吳競昌，蒙定中.大電網系統技術 [M].北京：水利電力出版社，1991.

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[3] 孔濤，王洪濤，劉玉田，等.500 kV-220 kV電磁環網開環研究 [J].電力自動化設備，2003，23(12)：13-16.

[4] 司大軍，徐東文.2015年昆明電磁環網分析研究 [J].云南電力技術，2014，42(2)：1-3.

[5] 顏俊，程改紅，張中慶，等.南方電網500 kV/220 kV電磁環網運行方式研究 [J].南方電網技術，2013，7(6)：76-80.

[6] 陳水利，李敬功，王向公.模糊集理論及其應用 [M].北京：科學出版社，2005.

[7] 趙煥臣，許樹柏，和金生.層次分析法 [J].北京：科學出版社，1986.

Research on Fuzzy Comprehensive Evaluation of Open Scheme of Electromagnetic Loop Based on Analytic Hierarchy Process

LI Hongjiang
(Yunnan Power Grid Planning＆Research Center，Yunnan Power Grid Co.，Ltd.，Kunming，650011，China)

Electromagnetic loop network is a special kind of space truss structure in the development of power system，with the development of power network and the adjustment of operation mode，it is very important to solve the electromagnetic loop network in time.The quantitative evaluation of the various solutions will be helpful for the selection of the most reasonable and reliable operation scheme of the power network.In this paper，a fuzzy comprehensive evaluation model is established by using analytic hierarchy process，which determine the weight of each factor and consider all the relevant elements，it can evaluate the scheme of the open electromagnetic loop quantificationally and roundly，and present a practical evaluation indicator for the evaluation system of the solution of the electromagnetic loop network.

electromagnetic loop；fuzzy comprehensive evaluation；analytic hierarchy process；scheme of open electromagnetic loop；PSASP

TM74

B

1006-7345(2015)06-0013-04

2015-08-28

李洪江 (1986)，男，碩士，工程師，云南電網有限責任公司電網規劃研究中心，從事電網項目評審、規劃研究方面工作(e-mail)shoupi56＠163.com。