電網(wǎng)規(guī)劃的多層面協(xié)調(diào)性的綜合評估方法研究

徐　敏，沈靖蕾，閆震山

電網(wǎng)規(guī)劃的多層面協(xié)調(diào)性的綜合評估方法研究

徐敏1，沈靖蕾1，閆震山2

(1.南昌大學(xué) 自動化系，江西 南昌 330031； 2.國網(wǎng)河南清豐縣電業(yè)局，河南 清豐 457300)

摘要：運用熵權(quán)法和TOPSIS法對電力系統(tǒng)規(guī)劃中發(fā)電側(cè)、輸電側(cè)、配電側(cè)多層面的協(xié)調(diào)性評價問題進行了研究和分析，建立了相應(yīng)的評價模型，對算例的規(guī)劃方案協(xié)調(diào)性進行評價，驗證該評價模型的可行性和可靠性.通過對算例的評價結(jié)果分析可知，該規(guī)劃方案如果在電網(wǎng)結(jié)構(gòu)和新能源投資和合理利用方面，以及在規(guī)劃拓撲結(jié)構(gòu)上進行改善，協(xié)調(diào)性將會得到一定的改善.

關(guān)鍵詞：規(guī)劃；協(xié)調(diào)性；熵權(quán)法；TOPSIS；電力系統(tǒng)

0引言

自2002年以來，電力行業(yè)為了破除電力體制下的政企不分、廠網(wǎng)不分，在黨中央、國務(wù)院的領(lǐng)導(dǎo)下進行了一系列的電力體制改革.實行深化改革，既能完善廠網(wǎng)分開，又能保證廠、網(wǎng)、用戶三方的協(xié)調(diào).因此，筆者就協(xié)調(diào)性的評價做出了一些研究.

在對協(xié)調(diào)性進行綜合評價之前,首先要構(gòu)建合適的評價指標(biāo)體系；之后需解決各指標(biāo)的賦權(quán)問題；最后選擇合適的評價算法做出評價.而關(guān)于評價指標(biāo)權(quán)重的計算方法有很多種，主要可分為：主觀賦權(quán)法，包括層次分析法、專家咨詢法等；客觀賦權(quán)法，包括主成分分析法.現(xiàn)有的綜合評價算法包括層次分析法[1]、模糊評價法[2]，這兩種方法現(xiàn)已大量的應(yīng)用于電網(wǎng)規(guī)劃方案當(dāng)中，例如，文獻[3]在電網(wǎng)規(guī)劃的近期建設(shè)工程項目決策中應(yīng)用了模糊多目標(biāo)綜合評判決策理論；文獻[4]在層次分析法與線性規(guī)劃(linear programming, LP)的基礎(chǔ)上提出了工程項目規(guī)劃評價分析方法；文獻[5]結(jié)合層次分析法和區(qū)間線性遞增效用函數(shù)提出了多屬性分析評價方法；文獻[6]根據(jù)層次分析法確定多目標(biāo)規(guī)劃方案決策中各目標(biāo)函數(shù)的權(quán)重,在電網(wǎng)的無功規(guī)劃中使用了此方法.

筆者通過對大量文獻的閱讀和研究，發(fā)現(xiàn)現(xiàn)有評價體系和方法的主要問題在于:①沒有體現(xiàn)全面貫徹落實科學(xué)發(fā)展觀的中國科學(xué)技術(shù)發(fā)展的評價體系；②在指標(biāo)的賦權(quán)過程中受人為因素影響較大,缺乏客觀的賦權(quán)方法；③評價算法不夠簡單明了.

為了解決上述問題，筆者提出了基于熵權(quán)法和TOPSIS(technique for order preference by similarity to ideal solution)法相結(jié)合的評價方法.用此方法對電力系統(tǒng)規(guī)劃中發(fā)電側(cè)、輸電側(cè)、配電側(cè)多層面協(xié)調(diào)性進行綜合評估.用熵權(quán)法客觀賦權(quán)以及把經(jīng)濟學(xué)常用的TOPSIS綜合評價法運用在電力系統(tǒng)評價中，評價更加簡單方便.

1評價原理

1.1評價指標(biāo)的選取

影響電網(wǎng)發(fā)展協(xié)調(diào)性的因素分為兩類：一類是作為評估指標(biāo)的影響因素；另一類是部分評估指標(biāo)的判定依據(jù).結(jié)合電網(wǎng)發(fā)展特點，進行影響因素分析，找出技術(shù)類指標(biāo)、特性類指標(biāo)和效應(yīng)類指標(biāo)的內(nèi)在耦合關(guān)系，形成指標(biāo)體系[7].筆者基于可靠性、安全性、經(jīng)濟性等各方面的考慮，分為定性指標(biāo)和定量指標(biāo).定量指標(biāo)的選取如下：

1)可靠性指標(biāo)的選取.①發(fā)電容量充裕度；②輸變電容量利用率.

2)安全性指標(biāo)的選取.①負載均衡度；②系統(tǒng)均衡度.

3)經(jīng)濟性指標(biāo)的選取.①供需均衡指數(shù)；②發(fā)電側(cè)市場力水平；③可再生能源發(fā)電比.

在考慮可靠性、安全性及經(jīng)濟性的同時，結(jié)合電網(wǎng)發(fā)展水平，筆者擬將電源結(jié)構(gòu)、電網(wǎng)結(jié)構(gòu)及電價水平選取為定性指標(biāo).

為了全面貫徹落實以科學(xué)發(fā)展觀為指導(dǎo)的中國科學(xué)技術(shù)發(fā)展的評價體系，筆者不僅對發(fā)、輸、配三側(cè)的指標(biāo)進行了分析，還對指標(biāo)就可靠性、安全性、經(jīng)濟性的關(guān)聯(lián)度進行檢驗.基于這些指標(biāo)建立的評估指標(biāo)體系結(jié)構(gòu)如圖1所示.

圖1　指標(biāo)評價體系

1.2評價原理

由于目前沒有對電力系統(tǒng)規(guī)劃協(xié)調(diào)性的大部分指標(biāo)具有一個標(biāo)準(zhǔn)的或系統(tǒng)的規(guī)定，所評價結(jié)果的合理性或成功程度就是一個相對模糊的概念，所以筆者采用TOPSIS法對評價體系作進一步研究，意在區(qū)分協(xié)調(diào)性的優(yōu)劣，而不在于將規(guī)劃評價進行精確的等級劃分.

1)模型的建立.設(shè)有n個評價對象，m個評價指標(biāo)，形成原始數(shù)據(jù)矩陣：

(i=1,2,…，m;j=1,2,…,n).

(1)

求出指標(biāo)集X的權(quán)重wi，則最后的評價結(jié)果采用逼近理想解法求出逼近系數(shù)，逼近值越大評價結(jié)果越優(yōu).

2)算法介紹.TOPSIS法意為逼近于理想解的方法[8-9].其核心思想是定義決策問題的理想解與負理想解，然后比較評價方案與理想解和負理想解的距離遠近，最后計算各個方案與理想解的相對貼近度，進行方案的優(yōu)劣排序，排前者優(yōu)于排后者.理想解一般設(shè)想是最好的方案，所對應(yīng)的各個屬性至少達到各個方案中的最好值.負理想解是設(shè)想最壞的方案，對應(yīng)的屬性至少不好于各個方案中的最差值[8].

由于TOPSIS法也是客觀評價法，筆者擬將熵權(quán)賦權(quán)與多目標(biāo)決策TOPSIS法相結(jié)合，用以評價電力系統(tǒng)發(fā)、輸、配多層面的協(xié)調(diào)性，這在很大程度上避免了評價的主觀性.

2評價過程

筆者結(jié)合熵權(quán)法和TOPSIS法對規(guī)劃方案的發(fā)、輸、配多層面協(xié)調(diào)性進行評價，并編程實現(xiàn)，其程序流程如圖2所示.

各框說明如下：

1)指標(biāo)量化.評價指標(biāo)分為定性指標(biāo)和定量指標(biāo).筆者選擇以下幾個定性指標(biāo)及定量指標(biāo).

定量指標(biāo)選擇的有：容量裕度、備用裕度、輸變電容量利用率、負載均衡度、供需均衡指數(shù)、發(fā)電側(cè)市場力水平和可再生能源發(fā)電比.

圖2　程序流程圖

定性指標(biāo)筆者選擇的有：電源結(jié)構(gòu)、電網(wǎng)結(jié)構(gòu)和電價水平.

2)熵權(quán)的確定.原始數(shù)據(jù)矩陣標(biāo)準(zhǔn)化：由于參考評價的各項指標(biāo)有越大越優(yōu)型和越小越優(yōu)型，故需對矩陣(2)中的特征值進行歸一化處理.

(2)

據(jù)此可得到歸一化矩陣X′:

(3)

指標(biāo)信息熵為

k=1/lnn.

指標(biāo)權(quán)重：

(5)

根據(jù)信息論中熵值與熵權(quán)的定義及計算得出以下結(jié)論：某項指標(biāo)值的變動越明顯,其相應(yīng)的熵值就越小，則其熵權(quán)越大，說明該指標(biāo)隱含的信息量越豐富；反之，若某指標(biāo)提供的信息量有限，其相應(yīng)的權(quán)重就越小[10].即熵權(quán)可以視為一個用于體現(xiàn)信息量的指標(biāo)，其包含的有價值的信息量與其數(shù)值正相關(guān).筆者利用熵權(quán)的概念計算各項影響指標(biāo)的權(quán)重，可以很大程度上避免主觀判斷的失誤，一切從客觀實際出發(fā)，最大程度反映各備選方案的實際情況，為多指標(biāo)方案評價及優(yōu)選提供堅實的事實依據(jù).

3)TOPSIS綜合評價法.①構(gòu)造加權(quán)標(biāo)準(zhǔn)化矩陣

Z=(zij)mXn，其中,zij=wixij，i∈m,j∈n.

②定理想解x*和負理想解x-，定義兩個方案(理想方案和負理想方案):

(6)

(7)

式中：U1屬于最理想型；U2屬于最負理想型

(8)

(9)

式中：zj=(z1j,z2j,…,zmj)，是與指標(biāo)xi相應(yīng)的加權(quán)標(biāo)準(zhǔn)化決策矩陣Z=(zij)mXn的第j列.

3算例分析

以江西某地區(qū)電網(wǎng)2011—2013期間規(guī)劃和實際運行數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)進行統(tǒng)計分析、權(quán)重制定，并通過筆者提出的協(xié)調(diào)性評價體系模型對該地區(qū)的電網(wǎng)規(guī)劃的多層面協(xié)調(diào)性情況進行評價，且定量分析協(xié)調(diào)性評價各因素的影響程度.

該地區(qū)2011—2013期間電網(wǎng)協(xié)調(diào)性評價指標(biāo)相關(guān)數(shù)據(jù)如表1所示.由熵權(quán)法求得權(quán)重如表2所示.從權(quán)重計算結(jié)果顯示可知：電網(wǎng)結(jié)構(gòu)中電源分布系數(shù)和系統(tǒng)供需均衡指數(shù)在評價結(jié)果中所占權(quán)重較大，這說明其對電網(wǎng)規(guī)劃的多層面的協(xié)調(diào)性的影響較大，造成這種情況的原因可能是電源側(cè)的投入較大.而其他指標(biāo)影響相對較小，造成這種情況的原因可能是輸電側(cè)和配電側(cè)的投入較小，變化較少.

表1　2011—2013江西某地區(qū)規(guī)劃指標(biāo)數(shù)據(jù)

表2　指標(biāo)權(quán)重計算結(jié)果

基于TOPSIS法評價得分如表3所示.

表3　評價結(jié)果

由評價結(jié)果可知，2011—2013年規(guī)劃評分分別為0.62、0.55、0.43，該系統(tǒng)協(xié)調(diào)性處于一般水平.結(jié)合權(quán)重結(jié)果分析，由于電源側(cè)的投入較大，輸配電側(cè)的投入相對較小，系統(tǒng)供需不平衡，即供大于求，從而導(dǎo)致系統(tǒng)在發(fā)、輸、配三方的不協(xié)調(diào).若是在接下來的規(guī)劃中，協(xié)調(diào)好系統(tǒng)的供需投入，以及改善規(guī)劃的拓撲結(jié)構(gòu)，電網(wǎng)的多層面協(xié)調(diào)性將會得到顯著改善.

4結(jié)論

筆者首先對電網(wǎng)多層面協(xié)調(diào)性的評價方法進行具體探討，確立指標(biāo)評價體系，然后結(jié)合熵權(quán)法確定其權(quán)重，運用TOPSIS綜合評價法進行評價方法的研究，最后通過具體算例驗證本評估算法的合理性和實用性.除此之外，通過該評價方法對規(guī)劃方案進行的定量化分析，不僅對于電網(wǎng)規(guī)劃的多層面協(xié)調(diào)性評價有一定的應(yīng)用價值，而且為未來電網(wǎng)規(guī)劃提供了一定的指導(dǎo)作用.

參考文獻：

[1]李春祥,牛東曉,孟麗敏.基于層次分析法和徑向基函數(shù)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的中長期負荷預(yù)測綜合模型[J].電網(wǎng)技術(shù),2009,33(2):4-6.

[2]曹炳元.應(yīng)用模糊數(shù)學(xué)與系統(tǒng)[M].北京:科學(xué)出版社,2005:66-72.

[3]張文亮,周孝信,印永華,等.華北-華中-華東特高壓同步電網(wǎng)構(gòu)建和安全性分析[J].中國電機工程學(xué)報,2010,30(16): 1-5

[4]CARRERAS B A, NEWMAN D E, DOBSON I, et al. “Evidence for Self Organized Criticality in Electric Power System Blackouts”[C]∥Hawaii international conference on system sciences. Maui Hawaii: IEEE Press, 2001.

[5]楊高峰,康重慶,谷興凱,等.電力市場中基于情景分析的電網(wǎng)規(guī)劃方案適應(yīng)性評價[J].電網(wǎng)技術(shù),2006,30(14): 64-70.

[6]李晨光,郭劍波,張東霞.國外電網(wǎng)規(guī)劃可靠性準(zhǔn)則綜述[J].中國電力,2000,33(10):28-30.

[7]劉敦楠,陳雪青,何光宇,等.電力市場評價指標(biāo)體系的原理和構(gòu)建方法[J].電力系統(tǒng)自動化,2005,29(23): 2-7.

[8]梁昌勇,戚筱雯,丁勇,等．一種基于TOPSIS的混合型多屬性群決策方法[J].中國管理科學(xué),2012,20(4)：109-116．

[9]胡永宏.對TOPSIS法用于綜合評價的改進[J].數(shù)學(xué)的實踐認識,2002,32(4): 572-575.

[10]尹鵬,楊仁樹,丁日佳,等.基于熵權(quán)法的房地產(chǎn)項目建筑質(zhì)量評價[J].技術(shù)經(jīng)濟與管理研究,2013(3):3-7.

The Analysis of Comprehensive Assessment Method on Multi-section Coordination of Power Network Planning

XU Min1, SHEN Jinglei1, YAN Zhenshan2

(1.School of Electric Power System and Its Automation, Nanchang University, Nanchang 330031, China; 2.State Grid Cooperation of China in Qingfeng, qinfeng 457300, China)

Abstract:In this paper, Entropy Weights Method and TOPSIS method are used to study and analyze the evaluation of multi-section coordination level of the generation side, the transmission side, the distribution side in power system planning. We establish the corresponding evaluation model and evaluate the coordination level of planning examples to verify the feasibility and reliability of the evaluation model. We can learn from the analysis of the evaluation result that the plan need improve the grid structures, new energy investments and reasonable utilization, as well as topological structure. Then coordination will be improved to some extent.

Key words:planning; coordination; entropy method; TOPSIS; power system

收稿日期:2014-09-27；

修訂日期：2014-11-14

基金項目:江西省科技計劃重點項目(2012BBE50049)

作者簡介:徐敏(1963—)，女，浙江紹興人，南昌大學(xué)副教授，博士，研究方向為電力系統(tǒng)運行與控制，E-mail：xumin-8660@163.com.

文章編號:1671-6833(2016)01-0024-05

中圖分類號：TM76

文獻標(biāo)志碼：A

doi:10.3969/j.issn.1671-6833.201410032

引用本文:徐敏，沈靖蕾，閆震山.電網(wǎng)規(guī)劃的多層面協(xié)調(diào)性的綜合評估方法研究[J].鄭州大學(xué)學(xué)報(工學(xué)版)，2016，37(1)：24-28.