利用 AHP-熵權(quán)法對負(fù)荷體系的測評優(yōu)化構(gòu)建與實現(xiàn)

占彤平 劉小龍 潘丹 鄭飄飄 謝妙紅

摘要：隨著我國城市配電網(wǎng)規(guī)模越來越大，運行特征也越發(fā)復(fù)雜，用電負(fù)荷也在逐年提升，對其供電能力的評估也更加深入。配電網(wǎng)的供電能力直接代表其供電可靠性和系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的優(yōu)劣。傳統(tǒng)的供電能力評估方法抓取風(fēng)險狀態(tài)的能力略顯不足，計算結(jié)果與實際情況偏差較大。基于此種背景，提出了應(yīng)用AHP-熵權(quán)法法對供電能力評估方法進(jìn)行優(yōu)化。并通過實例分析，證明此種評估方法具備可行性和有效性。

關(guān)鍵詞：城市配電網(wǎng)；權(quán)重設(shè)置；供電能力評估；實例分析

中圖分類號：TM73；TP39?????????? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A???????? 文章編號：1001-5922（2023）03-0183-05

Construction? and? evaluation ?optimization? of load? system based on AHP-entropy method

ZHAN Tongping1，LIU Xiaolong2，PAN Dan3，ZHENG Piaopiao3，XIE Miaohong4

（1. State grid fujian electric power Co.，LTD.，F(xiàn)uzhou 350000，China；2. State Grid Fujian Electric Power Co.，LTD.，Changting Electric POWER SUPPLY Branch，Changting 366300，F(xiàn)ujian China；3.State Grid Fujian Information &Telecommunication Company，F(xiàn)uzhou 350000，China；4. State grid xintongyili technology Co.，LTD.，F(xiàn)uzhou 350003，China）

Abstract： In recent years，as the increasingscale of my country s urban distribution network，its operating charac- teristics have become more complex，and the electricity load has also been increasing year by year，and the evalua- tion of its power supply capacity has become more in-depth. The power supply capacity of the distribution network directly represents its power supply reliability and the advantages and disadvantages of the system structure. The traditional power supply capacity assessment method has a slightly insufficient ability to grasp the risk status，and the calculation result deviates greatly from the actual situation. Based on this background，this paper proposes the application of AHP-entropy method to optimize the power supply capacity evaluation method. Through case analy- sis，it has been demonstratedthat this kind of evaluation method is feasible and effective.

Keywords： urban distribution network；weight setting；power supply capacity evaluation；case analysis

配電網(wǎng)供電能力既是技術(shù)指標(biāo)，也是評判系統(tǒng)能否穩(wěn)定運行的判斷依據(jù)。配電網(wǎng)供電能力是指：在當(dāng)前運行方式下，確保線路、變壓器等設(shè)備電量不過載的情況下，配電網(wǎng)所能承受的最大輸送電力值。傳統(tǒng)的評估方法包括模糊評價、德爾菲法等，因城市配電網(wǎng)系統(tǒng)越發(fā)復(fù)雜，傳統(tǒng)評估方法已經(jīng)難以很好的完成評估工作。因此提出了利用AHP-熵權(quán)法改進(jìn)評估方法的構(gòu)想，并通過實例分析證明其具備可應(yīng)用性。

1 城市配電網(wǎng)供電能力評估方法

1.1 常用評估方法

1.1.1 模糊評估法

模糊評估會先對所評估信息進(jìn)行量化處理，再對其進(jìn)行狀態(tài)判斷。應(yīng)用這種評估方法，可以提升評估標(biāo)準(zhǔn)描述的準(zhǔn)確性。運用模糊評估法創(chuàng)建評估模型的具體步驟為：①確定評估對象參數(shù)，精準(zhǔn)掌握被評估對象的屬性、性能，并對其質(zhì)量進(jìn)行綜合反映；②創(chuàng)建評估集，囊括該評估對象的全部評估結(jié)果[1]；③創(chuàng)建評估模糊關(guān)系矩陣，精準(zhǔn)掌握評估對象的隸屬度；④計算指標(biāo)權(quán)重和綜合評估值。在配電網(wǎng)供電能力評估體系中，在描述部分評估指標(biāo)時模糊不清，無法找到與之相對應(yīng)的定量關(guān)系，應(yīng)用模糊評估法就能很好的應(yīng)對這一情況。

1.1.2 層次分析法

層析分析法（AHP），通過創(chuàng)建層次結(jié)構(gòu)將復(fù)雜的評估指標(biāo)進(jìn)行分解，即簡化了評估指標(biāo)，又不破壞其內(nèi)在聯(lián)系，更加具有靈活性和整體性。基本步驟為：①以評估目標(biāo)為依據(jù)，創(chuàng)建清晰的評估結(jié)構(gòu)；②采用測度理論，將評估對象兩兩對比，用相對標(biāo)度將評估結(jié)果表達(dá)出來；③逐層創(chuàng)建判斷矩陣，并計算出各層的屬性權(quán)重；④計算出綜合權(quán)重及排序。在對城市配電網(wǎng)供電能力進(jìn)行評估時，往往需要面對大量的多屬性復(fù)雜問題，如網(wǎng)架技術(shù)水平、配電網(wǎng)供電質(zhì)量等，AHP可以將復(fù)雜的問題簡單化、條理化，能夠更好的協(xié)調(diào)各評估數(shù)據(jù)之間的關(guān)系[2]。

1.1.3 德爾菲法

德爾菲法（Delphi）又稱專家打分法，被廣泛的應(yīng)用于決策領(lǐng)域和系統(tǒng)分析中。其以佚名的形式征求專家意見，再利用信息溝通、反饋的方式對專家意見進(jìn)行整合，使其趨于一致，更接近實際值。

在應(yīng)用 Delphi時，專家多年來實踐得來的經(jīng)驗得到了充分應(yīng)用，更適合應(yīng)用于復(fù)雜系統(tǒng)模型中，在進(jìn)行評估時，需要遵循以下判斷依據(jù)：

我們用E 來表示專家意見集中度，利用式（1）計算加權(quán)平均值。

以o 代表專家意見離散度，利用式（2）計算標(biāo)準(zhǔn)差，

式中：E 代表因素認(rèn)可程度；o 則代表在某一問題上的意見分歧程度。

1.2 構(gòu)建原則及方法

1.2.1 構(gòu)建原則

通常情況下，被評估體都擁有著結(jié)構(gòu)復(fù)雜、表選形式豐富的特性。雖然這些特性是為了更好的反應(yīng)被評估體的屬性，但若想更深層次的反映客體，應(yīng)掌握其內(nèi)在聯(lián)系，以指標(biāo)體系對其進(jìn)行評估。在構(gòu)建指標(biāo)體系時，應(yīng)確保各客體之間具有相對獨立性和可測性[3]。

依照上述原則，在構(gòu)建城市配電網(wǎng)供電能力評估指標(biāo)體系，在選擇指標(biāo)時，應(yīng)盡量挑選可以全面、精準(zhǔn)反應(yīng)供電情況的數(shù)據(jù)指標(biāo)，避免遺漏；此外要確保信息具有時效性。

1.2.2 構(gòu)建方法

構(gòu)建城市配電網(wǎng)供電能力評價指標(biāo)體系的目的是引導(dǎo)城市配電網(wǎng)朝著更好的方向發(fā)展。該評價指標(biāo)體系可以精準(zhǔn)的反應(yīng)城市配電網(wǎng)的供電能力，因此需要協(xié)調(diào)好各個指標(biāo)間的關(guān)系。在選擇指標(biāo)時，應(yīng)嚴(yán)格把控選擇標(biāo)準(zhǔn)，避免含義重復(fù)、隨意選擇等情況。其構(gòu)建步驟如圖1所示。

1.3 城市配電網(wǎng)供電能力評估指標(biāo)體系

1.3.1 負(fù)載能力指標(biāo)

該指標(biāo)主要對城市配電網(wǎng)的負(fù)荷能力，具體結(jié)構(gòu)如圖2所示。

（1）容載比。將選擇范圍設(shè)定在35～110 kV，并按照《國家電網(wǎng)公司城市電力網(wǎng)規(guī)劃設(shè)計導(dǎo)則》中提出的方法計算容載比；（2）線路重載比例，在配電線路中，若出現(xiàn)連續(xù)1 h負(fù)載率大于70%的情況，我們將其定義為線路重載，因運行方式錯誤產(chǎn)生的短暫大負(fù)載情況可以忽略不計；（3）配變重載比例，在配電線路中，若出現(xiàn)連續(xù)2 h負(fù)載率大于80%的情況，我們將其定義為配變重載，同樣忽略短時大負(fù)載情況。該數(shù)據(jù)一般來源于采集終端，因為當(dāng)前信息采集率較低，在選擇配變重載比例時，可將單日最大負(fù)載率當(dāng)做年最大負(fù)載率使用[4]。

1.3.2 轉(zhuǎn)供能力指標(biāo)

該指標(biāo)考核的是在非正常運轉(zhuǎn)情況下，配電網(wǎng)自身的負(fù)荷轉(zhuǎn)移和保障供電的能力，具體說明如圖3所示。

（1）線路滿足N-1比例。評估配電網(wǎng)在出現(xiàn)單一故障時，其供電安全性的強(qiáng)弱，評估側(cè)重點在轉(zhuǎn)供能力上。在《國家電網(wǎng)公司城市電力網(wǎng)規(guī)劃設(shè)計導(dǎo)則》中對其做出了明確規(guī)定，在評估時應(yīng)按照到則嚴(yán)格執(zhí)行；（2）組網(wǎng)方式匹配性。評估實際線路組網(wǎng)情況與預(yù)期組網(wǎng)情況是否相匹配；（3）線路聯(lián)絡(luò)率。評估城市配電網(wǎng)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)是否正常；（4）不同變粘聯(lián)絡(luò)線路比例。評估下級電網(wǎng)是否具備足夠的能力支撐上級電網(wǎng)。

但是，在實際操作過程中，傳統(tǒng)的供電能力評估方法和指標(biāo)體系難以適應(yīng)結(jié)構(gòu)越發(fā)復(fù)雜的城市配電網(wǎng)，亟需一種新的評估方法對供電能力進(jìn)行評估。

2? AHP-熵權(quán)法

2.1 模糊綜合評估流程

將德爾菲法和客觀數(shù)據(jù)信息與模糊評估法相結(jié)合，旨在提升評估的準(zhǔn)確性，使其結(jié)果更具可信度。評估流程如圖4所示。

2.2 基于AHP-熵權(quán)法的權(quán)重計算

權(quán)重值的確定，是評估城市配電網(wǎng)供電能力的前提保障，當(dāng)前較常應(yīng)用的確定權(quán)重值的方法有2種：主觀、客觀賦權(quán)法。主觀賦權(quán)法，以專家提出的科學(xué)理論為依據(jù)，對權(quán)重值進(jìn)行主觀性決策。這種方法適用于參考數(shù)據(jù)不充足、評估指標(biāo)體系難以確定的配電網(wǎng)，但是也存在著主觀性過強(qiáng)的弊端。客觀賦權(quán)法，以具體數(shù)據(jù)為參考，借助數(shù)學(xué)方法計算出權(quán)重值，這種以科學(xué)理論支撐的賦權(quán)法更具嚴(yán)謹(jǐn)性，不過分依賴主觀意見[5]。為了改變單一賦權(quán)造成的不準(zhǔn)確性，運用了組合賦權(quán)法，將主觀、客觀賦權(quán)法的優(yōu)點進(jìn)行融合，提出了基于AHP-熵權(quán)法的計算方法，為了獲取更具準(zhǔn)確性的權(quán)重系數(shù)。

2.2.1 層次分析法確定權(quán)重

層次分析法在20世紀(jì)70年代初首次被提出，此種方法的應(yīng)用核心是掌握矩陣具體構(gòu)造，將復(fù)雜的問題進(jìn)行層次化處理，擁有較強(qiáng)的實用性。其核心功能是推斷矩陣構(gòu)造，并對其進(jìn)行逐層比較，以兩兩相比的方式評判矩陣元素，得出下層指標(biāo)對上層的貢獻(xiàn)度，最終獲取權(quán)重排序結(jié)果。我們利用“1～9”標(biāo)度法，以德爾菲法選取數(shù)值標(biāo)度，對模糊化時間采取定量分析，各標(biāo)度值含義如表1所示。

構(gòu)建的城市配電網(wǎng)供電能力評估體系指標(biāo)中，二級指標(biāo)應(yīng)以一級指標(biāo)為劃分標(biāo)準(zhǔn)，劃分后進(jìn)行兩兩比較，構(gòu)建判斷矩陣P，將重要判斷結(jié)果與專家意見相結(jié)合，可以得到：

n 代表評價指標(biāo)的具體數(shù)量，得出判斷矩陣P 后，利用方根法完成特征向量的求解工作，得出乘積 Mi，并計算Mi 的n 次方根wi，計算公式為：

將 i 進(jìn)行歸一化處理后可以得出特征向量 W′=（w′1.w′2.w′3 ， … ，w′n），計算公式：

為確保判斷矩陣的可信性，需對其進(jìn)行一致性測試，計算其最大特征值imax和指標(biāo) CI 。

鑒于矩陣一致性會不受控制的出現(xiàn)偏離，因此CI 數(shù)值越大代表其一致性越差。當(dāng)imax=n、CI =0時，則代表其一致性相同。當(dāng)判斷矩陣階數(shù)變多時，保持一致性的難度也越來越大，為了更好的掌握一致性差異，我們引入了RI（平均隨機(jī)一致性指標(biāo)），將二者進(jìn)行比較可以得到一致性比率CR：

當(dāng) CR ＜0.1時，則代表權(quán)重系數(shù)合理；若 CR ＞0.1時，則代表權(quán)重系數(shù)不合理，判斷矩陣也需要重新優(yōu)化，直至其權(quán)重系數(shù)合理為止。

2.2.2 熵權(quán)法確定權(quán)重

在對城市配電網(wǎng)供電能力進(jìn)行評估時，由于各個因素的貢獻(xiàn)、作用各不相同，應(yīng)根據(jù)貢獻(xiàn)大小進(jìn)行合理的權(quán)重分配，提升評估結(jié)果的客觀性。熵權(quán)法根據(jù)指標(biāo)變異值分配權(quán)重，熵值越大，代表其信息量越多、所需的權(quán)重也越高。因其計算方法簡單、可信性強(qiáng)，所以得到了廣泛的應(yīng)用，其計算步驟如下：

（1）數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化，將評價指標(biāo)個數(shù)設(shè)為n，評價對象個數(shù)設(shè)為m，評估矩陣為 y =（yij）n× m ，（i=1，2，…， n；j=1，2，…，m），按式（10）對數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理：

（2）求取信息熵，依據(jù)定義，第i個指標(biāo)的熵值為：

當(dāng)Eij =0時 ，令EijlnEij =0；

（3）計算各指標(biāo)熵權(quán)。我們用式（12）表示第i個指標(biāo)的熵權(quán)：

可以得到指標(biāo)權(quán)重向量（ W′′）：

2.2.3 確定綜合權(quán)重

若想得到科學(xué)的權(quán)重值，應(yīng)將主客觀信息都充分利用起來，將層次分析法和熵權(quán)法相互融合，得到綜合權(quán)重向量：

3 城市配電網(wǎng)供電能力模糊綜合評估模型

在對城市配電網(wǎng)進(jìn)行供電能力評估時，需要涉及多個方面，所應(yīng)用的數(shù)據(jù)也存在多層次性、模糊性等特點。本文針對傳統(tǒng)供電能力評估所存在的弊端，提出了基于AHP-熵權(quán)法的評估方法構(gòu)建評估模型，其具體創(chuàng)建流程為：

（1）確定指標(biāo)集，以配電網(wǎng)運行的范圍和層次為依據(jù)建立指標(biāo)體系，用 U =}u1. u2.....unx來表示指標(biāo)集；（2）確定評價集，以評估對象的真實情況判定等級，用 V=}v1.v2.....vmx表示評價集，將評價對象細(xì)化為4個等級：高、較高、一般、低；（3）構(gòu)建模糊評估矩陣，選擇適宜的隸屬函數(shù)模型結(jié)合各數(shù)據(jù)之間的隸屬度創(chuàng)建模糊評估矩陣R。將指標(biāo)集和評價集結(jié)合，得出式（15）：

（4）評估對象所屬等級。比較不同城市配電網(wǎng)供電能力評估結(jié)果，以最大隸屬度判斷配電網(wǎng)供電能力，等級在一般及以下的配電網(wǎng)供電能力不達(dá)標(biāo)，需要進(jìn)行改造，其他等級則代表供電能力合格，可以使用，后期定期維護(hù)、完善即可。

4 算例分析

為了證明此種供電能力評估方法是否可行，我們選擇了1個覆蓋面積112 km2、13座變電站，變電總?cè)萘?90 MVA的城市配電網(wǎng)為評估對象，從此配電網(wǎng)中選取3個區(qū)域計算評估指標(biāo)值。得出一級指標(biāo)評估結(jié)果，具體如表2所示。

再利用層次分析法，將一級指標(biāo)拆分成PA，PB 此2個判斷矩陣：

將其帶入式（3）至式（9）中進(jìn)行計算，可以得出區(qū)域1的供電能力權(quán)重值：ZB+=[0.667，0.333]，因評價函數(shù)公式為F=ZX，可得供電能力評估結(jié)果：

依此流程，可以得知另外2區(qū)域的評估結(jié)果： FA2=[0.064 0.663 0.273 0]，F(xiàn)A3=[0 0.243 0.5190.238]。通過數(shù)值比對可以得知區(qū)域1、2、3的供電能力分別處于較高、較高和一般水平。由于區(qū)域1、2等級相同，在利用最大隸屬度原則進(jìn)行進(jìn)一步比較，可以得知在供電能力上：區(qū)域1＞區(qū)域2＞區(qū)域3。通過實例實驗，證明此種供電能力評估方式可以很好的應(yīng)用于城市配電網(wǎng)中，在工程實際中也能起到指導(dǎo)作用。

5 結(jié)語

城市配電網(wǎng)向萬千用戶提供電力服務(wù)，其供電能力的強(qiáng)弱直接影響著用戶的體驗感受。以往的評估過程中受數(shù)據(jù)模糊性、不確定性的影響，評估結(jié)果與實際情況偏差較大。針對這一問題，將層次分析法和熵權(quán)法相結(jié)合，設(shè)計出了一款新的供電能力評估方法，既尊重客觀性，又將主觀性融入其中，評估準(zhǔn)確性大大提升。將此種方法應(yīng)用于實際當(dāng)中，證明其擁有良好的可操作性，能精準(zhǔn)評估出配電網(wǎng)的供電能力。工作人員還可根據(jù)評估結(jié)果，找出配電網(wǎng)中的薄弱環(huán)節(jié)，對其加以完善，提升配電網(wǎng)供電穩(wěn)定性。

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