，，

(南瑞(武漢)電氣設(shè)備與工程能效測(cè)評(píng)中心，湖北 武漢 430074)

基于層次分析法的電網(wǎng)能效影響因子分析研究

饒堯，邱澤晶，彭旭東

(南瑞(武漢)電氣設(shè)備與工程能效測(cè)評(píng)中心，湖北 武漢 430074)

本文提出了基于層次分析法的電網(wǎng)能效影響因子分析方法，建立了整套分析流程，并結(jié)合典型配電網(wǎng)能效模型對(duì)各影響因子的影響權(quán)重進(jìn)行了實(shí)例定量運(yùn)算。案例計(jì)算表明，層次分析法合理簡(jiǎn)化了電網(wǎng)能效影響因子分析過程，且得出了處于方案層的各影響因子的權(quán)重?cái)?shù)據(jù)：技術(shù)改造62.95%，規(guī)劃設(shè)計(jì)33.22%，管理改造3.823%。

電網(wǎng)能效；影響因子；層次分析法

在電力系統(tǒng)中，輸電、變電、配電和營(yíng)銷各環(huán)節(jié)中都會(huì)產(chǎn)生電能損耗和損失，如何對(duì)線損進(jìn)行管理，提升電網(wǎng)能效，是電網(wǎng)企業(yè)成本管理的一項(xiàng)重要內(nèi)容。除了運(yùn)行層面，電網(wǎng)環(huán)節(jié)在規(guī)劃、建設(shè)階段的節(jié)能潛力也相當(dāng)顯著。在電力緊缺時(shí)期，往往只注重研究電力行業(yè)投資總量對(duì)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的作用，而忽視了投資效果對(duì)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的貢獻(xiàn)，因而造成電力行業(yè)面臨著諸多問題，其中比較突出的有電網(wǎng)布局、電壓等級(jí)、電源結(jié)構(gòu)以及線路設(shè)備等問題[1]。因此，在電網(wǎng)規(guī)劃建設(shè)階段開展對(duì)電網(wǎng)能效影響因子的分析工作，將可以獲得很大的電網(wǎng)能效提升空間，對(duì)于中國(guó)電力行業(yè)實(shí)現(xiàn)全面、有效的節(jié)能減排將發(fā)揮重要的作用。

本文將電網(wǎng)能效、能效影響因子和電網(wǎng)節(jié)能方案通過層次分析法聯(lián)系起來。根據(jù)電網(wǎng)各種影響因子之間的聯(lián)系與區(qū)別，把這些因子分類、分層構(gòu)成一個(gè)包括幾個(gè)層級(jí)的完整體系。先對(duì)體系末端的屬性進(jìn)行評(píng)價(jià)，通過一定的計(jì)算方法，層層向上計(jì)算，最后獲得一個(gè)對(duì)電網(wǎng)能效的綜合的、整體的評(píng)價(jià)。

1 電網(wǎng)能效影響因子

電網(wǎng)線損受多方面因素影響，按照各因素性質(zhì)可以分為四大類，分別為電網(wǎng)規(guī)劃建設(shè)因素、運(yùn)行管理因素、電網(wǎng)技術(shù)因素、外在因素。

電網(wǎng)規(guī)劃建設(shè)因素主要包括電網(wǎng)布局、電壓等級(jí)選擇、設(shè)備選擇、電網(wǎng)設(shè)備配置等因素。

運(yùn)行管理因素指采用的電網(wǎng)運(yùn)行方式、電網(wǎng)調(diào)度方式、三相負(fù)荷不平衡、供電設(shè)施維護(hù)、抄表方式及管理方面的一些因素(如人情電、關(guān)系電及竊電、線損統(tǒng)計(jì)口徑)等。

電網(wǎng)技術(shù)因素主要指對(duì)線損具有影響的不同裝備技術(shù)，主要包括：升壓改造、線路改造、更換非晶合金變壓器、加裝無功補(bǔ)償裝置、采用節(jié)能金具等。

外在因素指氣象條件、電力設(shè)備生產(chǎn)材料等不受電網(wǎng)規(guī)劃建設(shè)及運(yùn)行管理影響的因素[4]。

2 層次分析法決策過程

層次分析法(AHP)是美國(guó)運(yùn)籌學(xué)家T.L.Saatv于20世紀(jì)70年代中期創(chuàng)立的一種定性與定量分析相結(jié)合的多目標(biāo)決策方法，方法的實(shí)質(zhì)是試圖使人的思維條理化、層次化。它充分利用人的經(jīng)驗(yàn)和判斷，并給予量化，進(jìn)而對(duì)決策方案進(jìn)行分層排序，形成一個(gè)有序遞階結(jié)構(gòu)，最后通過分析計(jì)算，得到?jīng)Q策方案權(quán)重優(yōu)劣的先后順序。因此，對(duì)那些目標(biāo)(因素)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，缺乏必要數(shù)據(jù)資料的問題，該方法更為合適[5]。

根據(jù)層次分析法的特點(diǎn)，可以合理運(yùn)用于電網(wǎng)能效影響因子的分析研究中，處理過程為：

(1)建立層次結(jié)構(gòu)模型——根據(jù)電網(wǎng)能效影響因子的特點(diǎn)對(duì)所涉及到的影響因子進(jìn)行分類，形成分析模型中的準(zhǔn)則層；根據(jù)提升電網(wǎng)能效的解決方案，形成分析模型中的方案層，并建立電網(wǎng)能效影響因子分析的層次結(jié)構(gòu)模型圖[6]，見圖1。

圖1 層次結(jié)構(gòu)模型圖

(2)構(gòu)造對(duì)比矩陣——在遞階層次結(jié)構(gòu)中，設(shè)上一層因素C為準(zhǔn)則，所支配的下一層因素為u1,u2,…,un。每次選取兩個(gè)因素ui和uj，用aij表示ui和uj對(duì)上一層因素C的影響程度之比，按1～9的比例標(biāo)度aij來度量(對(duì)重要性程度賦值)；n個(gè)因素彼此比較，便構(gòu)成一個(gè)兩兩比較的判斷矩陣[7～9]

(1)

其中判斷矩陣標(biāo)度及其含義如表1所示。

表1 標(biāo)度含義表

(3)計(jì)算權(quán)向量并作一致性檢驗(yàn)——由判斷矩陣計(jì)算被比較元素相對(duì)于該準(zhǔn)則的相對(duì)權(quán)重，利用一致性指標(biāo)進(jìn)行一致性檢驗(yàn)[10]。

第一步，對(duì)矩陣A進(jìn)行一致性判斷：

對(duì)于對(duì)比矩陣A

(2)

如果滿足：aij·ajk=aik(i,j,k=1,2,…,n)，則稱A為一致性矩陣。

第二步，因素權(quán)重計(jì)算：

對(duì)矩陣A做如下運(yùn)算

(3)

第三步，對(duì)矩陣A進(jìn)行一致性檢驗(yàn)：

在判斷矩陣的構(gòu)造中，并不要求判斷具有傳遞性和一致性，這是由客觀事物的復(fù)雜性與人的認(rèn)識(shí)的多樣性所決定的。但也不能出現(xiàn)“甲比乙極端重要，乙比丙極端重要，而丙又比甲極端重要”這樣違反常識(shí)的判斷，一個(gè)混亂的經(jīng)不起推敲的判斷矩陣有可能導(dǎo)致決策上的失誤[9]。

表2 RI取值表

當(dāng)CR<0.1時(shí)，A的不一致程度在容許范圍之內(nèi),可以用特征向量作為權(quán)向量。

當(dāng)CR≥0.1時(shí)，檢驗(yàn)不通過，要重新進(jìn)行成對(duì)比較，或?qū)σ延械腁進(jìn)行修正。

(4)計(jì)算權(quán)組合向量并作組合一致性檢驗(yàn)——計(jì)算各層元素對(duì)系統(tǒng)目標(biāo)的合成權(quán)重，利用一致性指標(biāo)進(jìn)行組合一致性檢驗(yàn)[11-12]。

在計(jì)算了各級(jí)指標(biāo)對(duì)上一級(jí)指標(biāo)的權(quán)重以后，即可從最上一級(jí)開始，自上而下的求出各級(jí)指標(biāo)關(guān)于評(píng)價(jià)目標(biāo)的組合權(quán)重，其計(jì)算過程如下：

(4)

即某一級(jí)指標(biāo)的組合權(quán)重是該指標(biāo)的權(quán)重和上一級(jí)指標(biāo)的組合權(quán)重的乘積值。

3 算例介紹

文中以典型配電網(wǎng)能效影響因子分析為例，利用層次分析方法進(jìn)行權(quán)重計(jì)算[13-14]。

(1)建立層次結(jié)構(gòu)模型圖——以電網(wǎng)能效作為目標(biāo)層，針對(duì)當(dāng)前典型電力網(wǎng)架，重點(diǎn)考慮當(dāng)前電網(wǎng)主要能效影響因子，包括諧波率、功率因數(shù)、電壓等級(jí)、變壓器型號(hào)、導(dǎo)線截面積作為準(zhǔn)則層，以技術(shù)改造、管理改造和規(guī)劃設(shè)計(jì)作為解決方案層。如圖2所示。

圖2 算例層次結(jié)構(gòu)模型圖

(2)構(gòu)造準(zhǔn)則層對(duì)目標(biāo)層及方案層對(duì)準(zhǔn)則層的判斷矩陣，并利用和法求解最大特征值、特征向量，根據(jù)引入公式計(jì)算一致性指標(biāo)、隨機(jī)一致性比率。

表3 判斷矩陣Z-C

λmax=5.357 6CI=0.089 4CR=0.079 8滿足一致性需求

表4 判斷矩陣C-P

五個(gè)矩陣均有λmax=2CI=0CR=0

(3)各方案對(duì)總目標(biāo)的層次總排序：

(4)總排序一致性檢驗(yàn)：

三種方案的相對(duì)優(yōu)先排序?yàn)椋篜2>P3>P1

影響能效的權(quán)重為：技術(shù)改造62.95%，規(guī)劃設(shè)計(jì)33.22%，管理改造3.823%。

4 結(jié)語

本文通過采用基于層次分析法的分析決策方法，科學(xué)地分解簡(jiǎn)化了電網(wǎng)能效影響因子這一復(fù)雜元素，較好地結(jié)合了專家經(jīng)驗(yàn)與定量計(jì)算，合理地處理了決策因素的不確定性和專家判斷的模糊性，從而適應(yīng)了電網(wǎng)“柔性”建設(shè)的需要。

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AnalysisofGridEnergyEfficiencyFactorsBasedonAnalyticHierarchyProcess

RAO Yao，QIU Ze-jing，PENG Xu-dong

(Nari(WuHan)Electrical Equipment & Engineering Efficiency Evaluation Center)

Analytic hierarchy process (AHP) in grid energy efficiency analysis was put forward in this paper. Based on AHP, analysis process of grid energy efficiency was proposed. Besides, practical application of AHP for energy efficiency analysis of typical distribution network was presented. Case study indicated that AHP method effectively simplified grid energy efficiency analysis, and provided impact weight of final impact factors:technical innovation, construction design and management innovation weighted 62.95%,33.22%, and 3.823% respectively.

grid energy efficiency; impact factor;analytic hierarchy process

2013-02-28修訂稿日期2013-07-01

饒堯(1988～)，男，學(xué)士，助理工程師，從事能效測(cè)評(píng)、節(jié)能檢測(cè)、電網(wǎng)節(jié)能降損等工作。

TM711:TP183

A

1002-6339 (2014) 01-0051-04