基于層次分析法的縣域配電網綜合評價

摘要：本文首次提出了基于層次分析法的縣域配電網綜合評價方法，該方法全面考慮了各種必要因素，對縣域配電網進行綜合評價，為縣域電網建設和投資決策提供可靠依據。以河南省六個縣域配電網為例，評價結果符合電網實際情況，驗證了該方法的有效性和可行性。

關鍵詞：縣域配電網；層次分析法；綜合評價；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

縣域配電網包括縣域內110千伏及以下各級電網。目前，我國縣域電網的共性特點是：電網分布面積廣，整體較為薄弱；用電負荷增長快，供需矛盾較為突出；電力技術裝備有較大進步，但整體上仍較落后。因此，加大縣域電網建設，尤其是縣域配電網的建設，成為當前我國電網發展面臨的重要任務。國家對縣域農村電網建設高度重視，2010年9月以來啟動了新一輪農網改造升級工程，極大地促進了農村電網發展。然而，如何科學評價縣域電網成為制定縣域電網規劃、研究資金分配策略的重要基礎性課題。本文通過運用層次分析法，建立了一個縣域配電網評價模型，提出了一種切實可行的縣域配電網綜合評價方法。將該方法應用于河南省六個縣域配電網評價中，結果印證了該方法的有效性。

2 層次分析法

層次分析法是系統工程中對非定量事件作定量分析的一種簡便方法，它以系統性、靈活性、實用性等特點，適合于多因素的復雜系統的決策。其思路是通過建立清晰的層次結構來分解復雜問題。在此過程中，運用兩兩比較的方法，用相對標度將各種屬性標量化，逐層建立判斷矩陣，并求得局部權重，最后計算各方案在總目標下的綜合權重，從而確定其優先順序[1]。層次分析法的應用步驟如下。

2.1 建立層次結構模型

基于層次分析法的綜合評判決策首先要建立決策問題的層次結構（Hierarchy）。層次結構是層次分析法中把復雜問題分解和簡化的關鍵。一般情況下，層次結構分為目標層、指標層（又稱屬性層）和方案層三部分，其中指標層根據問題的復雜程度可由多層構成。

2.2標量化形成判斷矩陣

對層次結構模型中的各層，通過標量化構造判斷矩陣。所謂標量化，指通過一定的標度體系將各種原始數據轉換為可直接比較的規范化格式。這些原始數據包含定性和定量兩類數據，都需要規范化后才能比較。對于定量數據，可由數據直接比較形成判斷矩陣。對于定性數據，則須引入一種標度進行標量化，再構造判斷矩陣，一般常采用1-9標度作為定性數據的標量化方法[2]。在專家采用1-9標度法兩兩比較判斷的過程中，若比較量超過兩個，就可能出現不一致的判斷，還需要檢驗判斷矩陣的一致性[3]。

2.3 判斷矩陣權重求解

對于各層的判斷矩陣，采用特征向量法[4]來求解其最大特征值及其對應的特征向量。在特征向量法中，矩陣最大特征根對應的歸一化特征向量即為各評判對象的相對權重。

2.4 各方案綜合權重計算和排序

設各指標對于總目標的重要程度的權重為q，又將每個指標下各方案的相對權重作為列向量組成矩陣 ，則各方案對于總目標的綜合權重W由式（1）求得[5]：

（1）

3 基于層次分析法的縣域配電網綜合評價

在縣域各級配電網中，35千伏及以下電網往往是最為薄弱的環節，為有針對性地進行評價，本文取縣域35千伏及以下配電網作為評價對象。

3.1 建立評價縣域配電網的層次結構模型

對縣域配電網，從35千伏電網容載比、10千伏公用配變重過載比例、10千伏主干線路重過載比例、10千伏戶均配變容量等4個指標建立起評判的層次結構模型，以便評判其優劣。模型如圖1所示。

圖1 評價各縣域配電網的層次分析模型

“35千伏電網容載比”指標是指該縣最大負荷時35千伏電網容載比，為定量指標，從電網的裕度看，容載比越高，裕度越大，優越性越高，對目標層而言是正向指標。

“10千伏公用配變重過載比例”指標是指該縣負載率達80%及以上的10千伏配變臺數占全部10千伏配變臺數的比例，比例越高，電網供電壓力越大，對目標層而言是反向指標。

“10千伏主干線路重過載比例”指標是指該縣負載率達80%及以上的10千伏主干線路條數占全部10千伏主干線路條數的比例，比例越高，電網供電壓力越大，對目標層而言是反向指標。

“10千伏戶均配變容量”指標是指該縣10千伏公用配變容量與戶數之積，單位為千伏安/戶，該指標數值越大，表明平均分配到每戶的電網資源相對越多，對目標層而言是正向指標。

3.2 在各層構造判斷矩陣

在指標層，需要對四個指標的相對重要性進行評判，確定它們的相對權重。對于總目標而言，在四個指標重要程度不同的情況下，由于四個指標的相對重要性屬于定性數據，需要決策者根據經驗采用1-9標度來構造判斷矩陣，并進行一致性檢驗。在本模型中，我們認為指標層的四個指標對總目標而言具有相同的權重，即每個指標的權重系數均為0.25，這樣在本模型的指標層就無需建立判斷矩陣。

在方案層，對于每個指標，各方案均有定量數據，因此，在該層構建判斷矩陣可直接用定量數據比較即可。對于正向指標，可用定量數據直接兩兩比較即可構建，而對于反向指標，要用該指標定量數據的倒數進行兩兩比較來構建判斷矩陣。

3.3各層判斷矩陣的權重求解

對于指標層，由于本模型中認為四個指標具有相同的權重，無需構建判斷矩陣，四個指標的權重系數均為0.25。

對于方案層，可用特征向量法求得各縣域配電網在各指標下的相對權重。

3.4各縣域配電網的綜合權重求解

按照公式（1），求取各縣域配電網在總目標下的綜合權重，進而可排序確定它們的優劣。

4 算例分析

以河南省六個縣域配電網為例，依次為縣域A、縣域B、縣域C、縣域D、縣域E、縣域F，通過上述方法進行綜合評判。

在指標層中，四個指標的權重相同，各指標的權重可記為：

q = [0.25，0.25，0.25，0.25]

在方案層中，六個縣域配電網在四個指標下構建的判斷矩陣及相對權重計算情況分別如下：

（1）在“35千伏電網容載比”指標下，六個縣域配電網構建的判斷矩陣為

經計算，該矩陣的最大特征值為6，其對應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載比例”指標下，六個縣域配電網構建的判斷矩陣為

經計算，該矩陣的最大特征值為6，其對應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載比例”指標下，六個縣域配電網構建的判斷矩陣為

經計算，該矩陣的最大特征值為6，其對應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“10千伏戶均配變容量”指標下，六個縣域配電網構建的判斷矩陣為

經計算，該矩陣的最大特征值為6，其對應的歸一化的特征向量為

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

根據公式（1），六個縣域配電網在總目標下的綜合權重為

= ×

=

在綜合權重向量W中，數值越大，對應的縣域配電網越優。因此，從計算結構可以看出，六個縣域配電網從優到劣可依次排序為：縣域F、縣域C、縣域A、縣域D、縣域E、縣域B；其中，縣域配電網F最優，縣域配電網B相對而言最差。該評價結果與電網實際狀況基本吻合，體現了該方法的有效性，為科學合理安排電網投資提供了必要的決策依據。

5 主要結論

本文將層次分析法應用于縣域配電網評價工作中，該方法全面考慮各種必要因素，綜合評判縣域配電網的優劣，為制定縣域電網發展規劃、合理安排電網投資提供了充分的決策依據。從河南省六個縣域配電網評價實例看，該方法易于操作，結果有效可行，對于指導有關人員從事類似評價工作具有很好的參考價值。

參考文獻：

[1] 許樹柏.層次分析法原理.天津：天津大學出版社，1988.

[2] 徐澤水.AHP中兩類標度的關系研究[J].系統工程理論與實踐，1999，19（7）：97～101.

[3] 王斌，常顯奇，陳浩光.AHP方法中關于判斷矩陣一致性的研究.裝備指揮技術學院學報，2002，19（5）：48～52.

[4] 趙煥臣，許樹柏，和金生，層次分析法—一種簡易的新決策方法，北京：科學出版社，1986.

[5] 董智，韓明光，許長青，等.層次分析法在城市電網入地改造中的應用.繼電器，2006，34（22）：64～68.

作者簡介：

徐俊梅（1985—），女，大學，工程師，研究方向為煤電運營、能源電力經濟；

董 智（1979—），男，碩士，工程師，研究方向為電網規劃、電力系統分析。