基于層次分析法的縣域配電網(wǎng)綜合評(píng)價(jià)

摘要：本文首次提出了基于層次分析法的縣域配電網(wǎng)綜合評(píng)價(jià)方法，該方法全面考慮了各種必要因素，對(duì)縣域配電網(wǎng)進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，為縣域電網(wǎng)建設(shè)和投資決策提供可靠依據(jù)。以河南省六個(gè)縣域配電網(wǎng)為例，評(píng)價(jià)結(jié)果符合電網(wǎng)實(shí)際情況，驗(yàn)證了該方法的有效性和可行性。

關(guān)鍵詞：縣域配電網(wǎng)；層次分析法；綜合評(píng)價(jià)；判斷矩陣

Abstract：This paper firstly proposed the comprehensive evaluation method of county distribution network based on the Analytic Hierarchy Process.The method can take many necessary factors into account overall，evaluate county distribution network in the round，provide reliable basis for county power grid construction and investment decision.Take the six county distribution network of Henan province for example，its result accorded with actual conditions and proved the effectiveness and feasibility of the method.

Key words：county distribution network；Analytic Hierarchy Process；comprehensive evaluation；Judgment Matrix

1 引言

縣域配電網(wǎng)包括縣域內(nèi)110千伏及以下各級(jí)電網(wǎng)。目前，我國(guó)縣域電網(wǎng)的共性特點(diǎn)是：電網(wǎng)分布面積廣，整體較為薄弱；用電負(fù)荷增長(zhǎng)快，供需矛盾較為突出；電力技術(shù)裝備有較大進(jìn)步，但整體上仍較落后。因此，加大縣域電網(wǎng)建設(shè)，尤其是縣域配電網(wǎng)的建設(shè)，成為當(dāng)前我國(guó)電網(wǎng)發(fā)展面臨的重要任務(wù)。國(guó)家對(duì)縣域農(nóng)村電網(wǎng)建設(shè)高度重視，2010年9月以來(lái)啟動(dòng)了新一輪農(nóng)網(wǎng)改造升級(jí)工程，極大地促進(jìn)了農(nóng)村電網(wǎng)發(fā)展。然而，如何科學(xué)評(píng)價(jià)縣域電網(wǎng)成為制定縣域電網(wǎng)規(guī)劃、研究資金分配策略的重要基礎(chǔ)性課題。本文通過(guò)運(yùn)用層次分析法，建立了一個(gè)縣域配電網(wǎng)評(píng)價(jià)模型，提出了一種切實(shí)可行的縣域配電網(wǎng)綜合評(píng)價(jià)方法。將該方法應(yīng)用于河南省六個(gè)縣域配電網(wǎng)評(píng)價(jià)中，結(jié)果印證了該方法的有效性。

2 層次分析法

層次分析法是系統(tǒng)工程中對(duì)非定量事件作定量分析的一種簡(jiǎn)便方法，它以系統(tǒng)性、靈活性、實(shí)用性等特點(diǎn)，適合于多因素的復(fù)雜系統(tǒng)的決策。其思路是通過(guò)建立清晰的層次結(jié)構(gòu)來(lái)分解復(fù)雜問(wèn)題。在此過(guò)程中，運(yùn)用兩兩比較的方法，用相對(duì)標(biāo)度將各種屬性標(biāo)量化，逐層建立判斷矩陣，并求得局部權(quán)重，最后計(jì)算各方案在總目標(biāo)下的綜合權(quán)重，從而確定其優(yōu)先順序[1]。層次分析法的應(yīng)用步驟如下。

2.1 建立層次結(jié)構(gòu)模型

基于層次分析法的綜合評(píng)判決策首先要建立決策問(wèn)題的層次結(jié)構(gòu)（Hierarchy）。層次結(jié)構(gòu)是層次分析法中把復(fù)雜問(wèn)題分解和簡(jiǎn)化的關(guān)鍵。一般情況下，層次結(jié)構(gòu)分為目標(biāo)層、指標(biāo)層（又稱(chēng)屬性層）和方案層三部分，其中指標(biāo)層根據(jù)問(wèn)題的復(fù)雜程度可由多層構(gòu)成。

2.2標(biāo)量化形成判斷矩陣

對(duì)層次結(jié)構(gòu)模型中的各層，通過(guò)標(biāo)量化構(gòu)造判斷矩陣。所謂標(biāo)量化，指通過(guò)一定的標(biāo)度體系將各種原始數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為可直接比較的規(guī)范化格式。這些原始數(shù)據(jù)包含定性和定量?jī)深?lèi)數(shù)據(jù)，都需要規(guī)范化后才能比較。對(duì)于定量數(shù)據(jù)，可由數(shù)據(jù)直接比較形成判斷矩陣。對(duì)于定性數(shù)據(jù)，則須引入一種標(biāo)度進(jìn)行標(biāo)量化，再構(gòu)造判斷矩陣，一般常采用1-9標(biāo)度作為定性數(shù)據(jù)的標(biāo)量化方法[2]。在專(zhuān)家采用1-9標(biāo)度法兩兩比較判斷的過(guò)程中，若比較量超過(guò)兩個(gè)，就可能出現(xiàn)不一致的判斷，還需要檢驗(yàn)判斷矩陣的一致性[3]。

2.3 判斷矩陣權(quán)重求解

對(duì)于各層的判斷矩陣，采用特征向量法[4]來(lái)求解其最大特征值及其對(duì)應(yīng)的特征向量。在特征向量法中，矩陣最大特征根對(duì)應(yīng)的歸一化特征向量即為各評(píng)判對(duì)象的相對(duì)權(quán)重。

2.4 各方案綜合權(quán)重計(jì)算和排序

設(shè)各指標(biāo)對(duì)于總目標(biāo)的重要程度的權(quán)重為q，又將每個(gè)指標(biāo)下各方案的相對(duì)權(quán)重作為列向量組成矩陣 ，則各方案對(duì)于總目標(biāo)的綜合權(quán)重W由式（1）求得[5]：

（1）

3 基于層次分析法的縣域配電網(wǎng)綜合評(píng)價(jià)

在縣域各級(jí)配電網(wǎng)中，35千伏及以下電網(wǎng)往往是最為薄弱的環(huán)節(jié)，為有針對(duì)性地進(jìn)行評(píng)價(jià)，本文取縣域35千伏及以下配電網(wǎng)作為評(píng)價(jià)對(duì)象。

3.1 建立評(píng)價(jià)縣域配電網(wǎng)的層次結(jié)構(gòu)模型

對(duì)縣域配電網(wǎng)，從35千伏電網(wǎng)容載比、10千伏公用配變重過(guò)載比例、10千伏主干線路重過(guò)載比例、10千伏戶(hù)均配變?nèi)萘康?個(gè)指標(biāo)建立起評(píng)判的層次結(jié)構(gòu)模型，以便評(píng)判其優(yōu)劣。模型如圖1所示。

圖1 評(píng)價(jià)各縣域配電網(wǎng)的層次分析模型

“35千伏電網(wǎng)容載比”指標(biāo)是指該縣最大負(fù)荷時(shí)35千伏電網(wǎng)容載比，為定量指標(biāo)，從電網(wǎng)的裕度看，容載比越高，裕度越大，優(yōu)越性越高，對(duì)目標(biāo)層而言是正向指標(biāo)。

“10千伏公用配變重過(guò)載比例”指標(biāo)是指該縣負(fù)載率達(dá)80%及以上的10千伏配變臺(tái)數(shù)占全部10千伏配變臺(tái)數(shù)的比例，比例越高，電網(wǎng)供電壓力越大，對(duì)目標(biāo)層而言是反向指標(biāo)。

“10千伏主干線路重過(guò)載比例”指標(biāo)是指該縣負(fù)載率達(dá)80%及以上的10千伏主干線路條數(shù)占全部10千伏主干線路條數(shù)的比例，比例越高，電網(wǎng)供電壓力越大，對(duì)目標(biāo)層而言是反向指標(biāo)。

“10千伏戶(hù)均配變?nèi)萘俊敝笜?biāo)是指該縣10千伏公用配變?nèi)萘颗c戶(hù)數(shù)之積，單位為千伏安/戶(hù)，該指標(biāo)數(shù)值越大，表明平均分配到每戶(hù)的電網(wǎng)資源相對(duì)越多，對(duì)目標(biāo)層而言是正向指標(biāo)。

3.2 在各層構(gòu)造判斷矩陣

在指標(biāo)層，需要對(duì)四個(gè)指標(biāo)的相對(duì)重要性進(jìn)行評(píng)判，確定它們的相對(duì)權(quán)重。對(duì)于總目標(biāo)而言，在四個(gè)指標(biāo)重要程度不同的情況下，由于四個(gè)指標(biāo)的相對(duì)重要性屬于定性數(shù)據(jù)，需要決策者根據(jù)經(jīng)驗(yàn)采用1-9標(biāo)度來(lái)構(gòu)造判斷矩陣，并進(jìn)行一致性檢驗(yàn)。在本模型中，我們認(rèn)為指標(biāo)層的四個(gè)指標(biāo)對(duì)總目標(biāo)而言具有相同的權(quán)重，即每個(gè)指標(biāo)的權(quán)重系數(shù)均為0.25，這樣在本模型的指標(biāo)層就無(wú)需建立判斷矩陣。

在方案層，對(duì)于每個(gè)指標(biāo)，各方案均有定量數(shù)據(jù)，因此，在該層構(gòu)建判斷矩陣可直接用定量數(shù)據(jù)比較即可。對(duì)于正向指標(biāo)，可用定量數(shù)據(jù)直接兩兩比較即可構(gòu)建，而對(duì)于反向指標(biāo)，要用該指標(biāo)定量數(shù)據(jù)的倒數(shù)進(jìn)行兩兩比較來(lái)構(gòu)建判斷矩陣。

3.3各層判斷矩陣的權(quán)重求解

對(duì)于指標(biāo)層，由于本模型中認(rèn)為四個(gè)指標(biāo)具有相同的權(quán)重，無(wú)需構(gòu)建判斷矩陣，四個(gè)指標(biāo)的權(quán)重系數(shù)均為0.25。

對(duì)于方案層，可用特征向量法求得各縣域配電網(wǎng)在各指標(biāo)下的相對(duì)權(quán)重。

3.4各縣域配電網(wǎng)的綜合權(quán)重求解

按照公式（1），求取各縣域配電網(wǎng)在總目標(biāo)下的綜合權(quán)重，進(jìn)而可排序確定它們的優(yōu)劣。

4 算例分析

以河南省六個(gè)縣域配電網(wǎng)為例，依次為縣域A、縣域B、縣域C、縣域D、縣域E、縣域F，通過(guò)上述方法進(jìn)行綜合評(píng)判。

在指標(biāo)層中，四個(gè)指標(biāo)的權(quán)重相同，各指標(biāo)的權(quán)重可記為：

q = [0.25，0.25，0.25，0.25]

在方案層中，六個(gè)縣域配電網(wǎng)在四個(gè)指標(biāo)下構(gòu)建的判斷矩陣及相對(duì)權(quán)重計(jì)算情況分別如下：

（1）在“35千伏電網(wǎng)容載比”指標(biāo)下，六個(gè)縣域配電網(wǎng)構(gòu)建的判斷矩陣為

經(jīng)計(jì)算，該矩陣的最大特征值為6，其對(duì)應(yīng)的歸一化的特征向量為

V1 = [0.1666，0.1755，0.1553，0.1877，0.1620，0.1529]

（2）在“10千伏公用配變重過(guò)載比例”指標(biāo)下，六個(gè)縣域配電網(wǎng)構(gòu)建的判斷矩陣為

經(jīng)計(jì)算，該矩陣的最大特征值為6，其對(duì)應(yīng)的歸一化的特征向量為

V2 = [0.1572，0.1383，0.1698，0.1447，0.1887，0.2013]

（3）在“10千伏主干線路重過(guò)載比例”指標(biāo)下，六個(gè)縣域配電網(wǎng)構(gòu)建的判斷矩陣為

經(jīng)計(jì)算，該矩陣的最大特征值為6，其對(duì)應(yīng)的歸一化的特征向量為

V3 = [0.1875，0.0781，0.2344，0.1953，0.0859，0.2187]

（4）在“10千伏戶(hù)均配變?nèi)萘俊敝笜?biāo)下，六個(gè)縣域配電網(wǎng)構(gòu)建的判斷矩陣為

經(jīng)計(jì)算，該矩陣的最大特征值為6，其對(duì)應(yīng)的歸一化的特征向量為

V4 = [0.1768，0.1825，0.1665，0.1361，0.1517，0.1864]

根據(jù)公式（1），六個(gè)縣域配電網(wǎng)在總目標(biāo)下的綜合權(quán)重為

= ×

=

在綜合權(quán)重向量W中，數(shù)值越大，對(duì)應(yīng)的縣域配電網(wǎng)越優(yōu)。因此，從計(jì)算結(jié)構(gòu)可以看出，六個(gè)縣域配電網(wǎng)從優(yōu)到劣可依次排序?yàn)椋嚎h域F、縣域C、縣域A、縣域D、縣域E、縣域B；其中，縣域配電網(wǎng)F最優(yōu)，縣域配電網(wǎng)B相對(duì)而言最差。該評(píng)價(jià)結(jié)果與電網(wǎng)實(shí)際狀況基本吻合，體現(xiàn)了該方法的有效性，為科學(xué)合理安排電網(wǎng)投資提供了必要的決策依據(jù)。

5 主要結(jié)論

本文將層次分析法應(yīng)用于縣域配電網(wǎng)評(píng)價(jià)工作中，該方法全面考慮各種必要因素，綜合評(píng)判縣域配電網(wǎng)的優(yōu)劣，為制定縣域電網(wǎng)發(fā)展規(guī)劃、合理安排電網(wǎng)投資提供了充分的決策依據(jù)。從河南省六個(gè)縣域配電網(wǎng)評(píng)價(jià)實(shí)例看，該方法易于操作，結(jié)果有效可行，對(duì)于指導(dǎo)有關(guān)人員從事類(lèi)似評(píng)價(jià)工作具有很好的參考價(jià)值。

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作者簡(jiǎn)介：

徐俊梅（1985—），女，大學(xué)，工程師，研究方向?yàn)槊弘娺\(yùn)營(yíng)、能源電力經(jīng)濟(jì)；

董 智（1979—），男，碩士，工程師，研究方向?yàn)殡娋W(wǎng)規(guī)劃、電力系統(tǒng)分析。