李洪江

(云南電網(wǎng)有限責(zé)任公司電網(wǎng)規(guī)劃研究中心，昆明 650011)

基于層次分析法的電磁環(huán)網(wǎng)開(kāi)環(huán)方案評(píng)價(jià)

李洪江

(云南電網(wǎng)有限責(zé)任公司電網(wǎng)規(guī)劃研究中心，昆明 650011)

電磁環(huán)網(wǎng)作為電網(wǎng)發(fā)展形成過(guò)程中一種特殊的網(wǎng)架結(jié)構(gòu)，隨著電網(wǎng)的發(fā)展及運(yùn)行方式的調(diào)整，適時(shí)對(duì)電磁環(huán)網(wǎng)進(jìn)行解環(huán)具有重要意義。對(duì)各個(gè)解環(huán)方案進(jìn)行定量評(píng)價(jià)將有助于選取最為合理、可靠的電網(wǎng)開(kāi)環(huán)運(yùn)行方案。本文用層次分析法建立模糊綜合評(píng)價(jià)模型，確定了各因素對(duì)應(yīng)的權(quán)重，綜合考慮各相關(guān)因素，對(duì)開(kāi)環(huán)方案作了出定量、全面的評(píng)價(jià)，為電磁環(huán)網(wǎng)解環(huán)方案的評(píng)價(jià)系統(tǒng)提出了一個(gè)實(shí)用的指標(biāo)評(píng)價(jià)體系。

電磁環(huán)網(wǎng)；模糊綜合評(píng)價(jià)；層次分析；解環(huán)方案；PSASP

0 前言

高低壓電磁環(huán)網(wǎng)，是指兩組不同電壓等級(jí)運(yùn)行的線路，通過(guò)兩端變壓器磁回路的聯(lián)系而并聯(lián)運(yùn)行。對(duì)于電磁環(huán)網(wǎng)的產(chǎn)生背景、特點(diǎn)及優(yōu)缺點(diǎn)已有大量書(shū)籍文獻(xiàn)做了詳細(xì)闡述。[1-2]。

基于電網(wǎng)電壓等級(jí)的不斷發(fā)展，在電網(wǎng)網(wǎng)架的形成過(guò)程中，必然會(huì)出現(xiàn)高低壓電網(wǎng)并聯(lián)運(yùn)行的特殊形式，以滿足電網(wǎng)在一定期間的安全穩(wěn)定運(yùn)行，增強(qiáng)供電能力及可靠性。隨著高一級(jí)電壓電網(wǎng)的發(fā)展，過(guò)渡階段的電磁環(huán)網(wǎng)已不能滿足電網(wǎng)運(yùn)行的要求，適時(shí)解環(huán)，使下級(jí)電壓電網(wǎng)逐步實(shí)現(xiàn)分區(qū)運(yùn)行，避免和消除影響電網(wǎng)安全穩(wěn)定的隱患。

當(dāng)前，我國(guó)最為常見(jiàn)的電磁環(huán)網(wǎng)形式是750 kV/330 kV、500 kV/220 kV并聯(lián)運(yùn)行的結(jié)構(gòu)，規(guī)劃中對(duì)存在的220 kV/110 kV環(huán)網(wǎng)結(jié)構(gòu)已要求考慮系統(tǒng)斷環(huán)方案。打開(kāi)電磁環(huán)網(wǎng)前，需要對(duì)潮流、短路電流、暫態(tài)穩(wěn)定、網(wǎng)損等計(jì)算，根據(jù)計(jì)算結(jié)果分析判斷，綜合考慮電網(wǎng)的安全可靠性、系統(tǒng)穩(wěn)定性、運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性等內(nèi)容，以確定最優(yōu)的運(yùn)行方式。實(shí)現(xiàn)各方案的綜合評(píng)價(jià)是一個(gè)多目標(biāo)、非結(jié)構(gòu)性?xún)?yōu)化問(wèn)題，難以建立相應(yīng)的數(shù)學(xué)模型并求解。本文基于評(píng)價(jià)電磁環(huán)網(wǎng)開(kāi)環(huán)的各因素建立了500 kV/220 kV高低壓電磁環(huán)網(wǎng)開(kāi)環(huán)方案的模糊綜合評(píng)價(jià)模型[3～5]。并把該評(píng)價(jià)體系用于解環(huán)實(shí)例，說(shuō)明了本文方法的有效性和可行性。

1 模糊綜合評(píng)價(jià)

建立在模糊數(shù)學(xué)基礎(chǔ)上的模糊綜合評(píng)價(jià)，基于模糊線性變換原理，綜合考慮與被評(píng)價(jià)事物相關(guān)的各種因素，對(duì)被評(píng)價(jià)事物做出全面綜合的評(píng)價(jià)[6]。通過(guò)模糊集對(duì)模糊性信息進(jìn)行描述，以數(shù)學(xué)模型的形式把不確定信息進(jìn)行模糊規(guī)劃計(jì)算?；诰C合評(píng)價(jià)的數(shù)學(xué)模型實(shí)現(xiàn)對(duì)不確定事物進(jìn)行分級(jí)評(píng)判。

1.1 建立評(píng)判集

評(píng)判集為各評(píng)價(jià)指標(biāo)的集合，可表示為如下形式：

式中vk=(k=1，2，...，m)為各級(jí)評(píng)價(jià)指標(biāo)。如果對(duì)評(píng)判集中的各指標(biāo)賦于相應(yīng)的分?jǐn)?shù)值，就把評(píng)判集轉(zhuǎn)化為與之對(duì)應(yīng)的分?jǐn)?shù)集：E=(e1，e2，...，em)。

1.2 確定因素集

因素集U為評(píng)價(jià)事物的指標(biāo)體系?？梢苑譃閚類(lèi)，每一類(lèi)均有一個(gè)因素子集，因素集可以看似評(píng)判指標(biāo)。

1.3 構(gòu)造模糊矩陣

確定模糊矩陣前，需要對(duì)被評(píng)價(jià)事物從每個(gè)因素ui(i=1，2，……，p )上逐一進(jìn)行量化，即確定從單因素來(lái)看被評(píng)價(jià)事物對(duì)等級(jí)模糊子集的隸屬度 (R ｜ui)，最終得到模糊關(guān)系矩陣：

矩陣R中第i行第j列元素rij，表示某個(gè)被評(píng)事物從因素ui來(lái)看對(duì)vj等級(jí)模糊子集的隸屬度。一個(gè)被評(píng)事物在某個(gè)因素ui方面的表現(xiàn)，是通過(guò)模糊向量來(lái)刻畫(huà)的。

1.4 確定評(píng)價(jià)因素的權(quán)向量

各評(píng)價(jià)因素對(duì)應(yīng)的權(quán)向量可表示為：A= (a1，a2，……，ap)。A中的元素ai表征評(píng)價(jià)指標(biāo)因素ui對(duì)模糊子集的隸屬度。本文利用層次分析法來(lái)確定權(quán)向量A中各元素的值，并進(jìn)行歸一化處理。即

1.5 模糊綜合評(píng)價(jià)

模糊綜合評(píng)價(jià)的結(jié)果向量B是由權(quán)向量A與各被評(píng)事物的模糊矩陣R合成得到。即：

其中bi是由A與R的第j列運(yùn)算得到的，它表示被評(píng)事物從整體上看對(duì)vj等級(jí)模糊子集的隸屬程度。

式中j=1，2，…，m，bi為隸屬度，ai為權(quán)重值，rij為第i個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)隸屬于第j等級(jí)的隸屬度。

1.6 模糊綜合評(píng)價(jià)的優(yōu)先度

以模糊綜合評(píng)價(jià)集S的元素Sk為權(quán)重，對(duì)分?jǐn)?shù)集E中第k個(gè)元素進(jìn)行加權(quán)平均，作為模糊綜合評(píng)價(jià)的優(yōu)先V。

2 層次分析法

電磁環(huán)網(wǎng)的開(kāi)環(huán)方案是一個(gè)多指標(biāo)、非結(jié)構(gòu)、多因素決策的過(guò)程。層次分析法 (AHP)把較復(fù)雜、模糊的問(wèn)題進(jìn)行分解，并將分解形成的各因素按支配關(guān)系構(gòu)成遞階層次，通過(guò)相互比較確定各因素間的相對(duì)較重要的因素，是一種確定權(quán)系數(shù)行之有效的方法[7]。把原本復(fù)雜的各因素轉(zhuǎn)化為條理清晰且互相聯(lián)系的有序?qū)?，根?jù)對(duì)客觀實(shí)際的模糊判斷，定量表示出每一層次的相對(duì)重要性，再通過(guò)數(shù)學(xué)方法計(jì)算出全部元素的相對(duì)重要性權(quán)系數(shù)。

2.1 確定目標(biāo)和評(píng)價(jià)因素

若評(píng)價(jià)指標(biāo)個(gè)數(shù)為P，得到指標(biāo)集：

2.2 構(gòu)造判斷矩陣

判斷矩陣中各元素值的大小代表各元素的重要性程度，通常以1～9及其倒數(shù)作為標(biāo)度方法。但當(dāng)能以實(shí)際比值來(lái)表示項(xiàng)目中比較因素的重要性時(shí)，則判斷矩陣各元素值即為實(shí)際的比值。從而形成判斷矩陣：

2.3 一致性檢驗(yàn)

判斷矩陣的一致性檢驗(yàn)，需計(jì)算出一致性指標(biāo)CI及平均隨機(jī)一致性指標(biāo)RI。當(dāng)隨機(jī)一致性比率滿足下式：

其中

滿足式 (9)認(rèn)為層次分析排序的結(jié)果有滿意的一致性，即權(quán)系數(shù)的分配是合理的；否則，要調(diào)整判斷矩陣元素的取值，以達(dá)到滿意的一致性。

3 電磁環(huán)網(wǎng)開(kāi)環(huán)方案模糊綜合評(píng)價(jià)

3.1 評(píng)價(jià)指標(biāo)體系

潮流計(jì)算。主要確定線路、變壓器負(fù)荷值及母線電壓值的范圍。

暫態(tài)穩(wěn)定性。系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定性的變化可以通過(guò)功角穩(wěn)定、頻率穩(wěn)定及電壓穩(wěn)定進(jìn)行確定。

N-1計(jì)算。電網(wǎng)實(shí)現(xiàn)負(fù)荷轉(zhuǎn)供能力的校驗(yàn)。

短路電流計(jì)算。確定各運(yùn)行方式下母線三相短路電流值，以確定斷路器的遮斷容量是否滿足電網(wǎng)運(yùn)行要求。

網(wǎng)損。網(wǎng)絡(luò)實(shí)際運(yùn)行方式下的有功功率損耗值。

3.2 模糊綜合評(píng)價(jià)

設(shè)待評(píng)價(jià)電磁環(huán)網(wǎng)有N個(gè)開(kāi)環(huán)方案，對(duì)各方案評(píng)價(jià)步驟如下：

a.確定因評(píng)價(jià)對(duì)象集

P=開(kāi)環(huán)方案的優(yōu)先度。

b.構(gòu)造評(píng)價(jià)因子集

u= {u1，u2，u3，u4，u5} = {潮流、網(wǎng)損、短路電流、N-1計(jì)算、暫態(tài)穩(wěn)定}。

c.采用層次分析法計(jì)算評(píng)價(jià)因子集中各因素對(duì)應(yīng)的權(quán)重W=(w1，w2，w3，w4，w5)。

d.確定評(píng)語(yǔ)集為V= (v1，v2，v3，v4，v5) = (可行性很好，可行性好，可行性一般，可行性差，可行性很差)，相應(yīng)的分?jǐn)?shù)集為E=(e1， e2，e3，e4，e5)= (5，4，3，2，1)。

e.利用PSASP計(jì)算各方案的模糊行為指標(biāo)，并根據(jù)專(zhuān)家經(jīng)驗(yàn)法得到各因素子集的模糊綜合評(píng)價(jià)的隸屬度矩陣R。

f.模糊綜合評(píng)價(jià)。計(jì)算得到各因素子集的模糊綜合評(píng)價(jià)集S。

g.計(jì)算方案模糊綜合評(píng)價(jià)的優(yōu)先度V。

根據(jù)各電磁環(huán)網(wǎng)開(kāi)環(huán)方案V的大小，即可對(duì)各被評(píng)價(jià)的電磁環(huán)網(wǎng)開(kāi)環(huán)方案進(jìn)行排序。

4 應(yīng)用實(shí)例

以某區(qū)域電網(wǎng)結(jié)構(gòu)為參考模型進(jìn)行算例分析，電網(wǎng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 電網(wǎng)地理接線圖

按照電網(wǎng)分區(qū)運(yùn)行的原則，根據(jù)結(jié)構(gòu)提出以下五種開(kāi)環(huán)方案。

方案1：斷開(kāi)C站與b站220 kV線路；

方案2：斷開(kāi)D站與g站220 kV線路；

方案3：斷開(kāi)B站與d站220 kV線路；

方案4：斷開(kāi)D站與d站220 kV線路；

方案5：斷開(kāi)E站與f站220 kV線路。

4.1 方案計(jì)算分析

利用PSASP對(duì)五個(gè)方案行為指標(biāo)進(jìn)行計(jì)算，對(duì)實(shí)際計(jì)算結(jié)果進(jìn)行簡(jiǎn)要分析。

潮流計(jì)算：各個(gè)方案下各段母線電壓較為合理，沒(méi)有超出電壓上下限值，各元件功率也較為合理，未出現(xiàn)過(guò)載現(xiàn)象。

暫態(tài)穩(wěn)定分析：計(jì)算采用的故障類(lèi)型為輸電線路三相接地短路，500 kV故障切除時(shí)間為100 ms，220 kV故障切除時(shí)間為120 ms。經(jīng)計(jì)算，各個(gè)開(kāi)環(huán)方案下電網(wǎng)運(yùn)行均能保持穩(wěn)定。

短路電流計(jì)算：取500 kV及220 kV斷路器開(kāi)斷電流上限值均為50 kA，各方案短路電流計(jì)算值都在斷路器上限值之內(nèi)。

N-1計(jì)算：在各開(kāi)環(huán)方案下，電網(wǎng)N-1過(guò)負(fù)荷情況如表1所示：

表1 N-1計(jì)算線路過(guò)負(fù)荷結(jié)果

系統(tǒng)網(wǎng)損：在確定的五個(gè)開(kāi)環(huán)方案下，有功網(wǎng)損計(jì)算結(jié)果分別為：131.38、153.57、174.62、172.27、169.41 MW。

4.2 模糊綜合評(píng)價(jià)

指標(biāo)權(quán)重的計(jì)算，采用層次分析法求出指標(biāo)權(quán)重，構(gòu)造判斷矩陣S，并根據(jù)式 (9)判斷矩陣S的一致性要求。得到潮流、網(wǎng)損、短路電流、N -1計(jì)算、暫態(tài)穩(wěn)定五個(gè)評(píng)價(jià)因子的最終權(quán)重向量為：

w= [0.343 5，0.055 1，0.129，0.343 5，0.129]

通過(guò)專(zhuān)家經(jīng)驗(yàn)法對(duì)PSASP計(jì)算五個(gè)方案結(jié)果評(píng)價(jià)得到的隸屬度矩陣R，并按公式 (4)計(jì)算得到模糊綜合評(píng)價(jià)結(jié)果向量如表2所示。

表2 模糊綜合評(píng)價(jià)計(jì)算結(jié)果

最后，通過(guò)式 (6)計(jì)算得到五個(gè)開(kāi)環(huán)方案的優(yōu)先度值分別為：3.546 4、4.370 1、3.812 3、2.997 7、3.913 3。由結(jié)果可知，開(kāi)環(huán)方案2的可行性最好，其次為方案5、方案3、方案1，方案4的可行性最差。把以上各方案的模糊綜合評(píng)價(jià)結(jié)果同技術(shù)專(zhuān)家的實(shí)際分析判斷結(jié)果相一致。

5 結(jié)束語(yǔ)

本文以層次分析法及模糊綜合評(píng)價(jià)確定開(kāi)環(huán)方案的優(yōu)先度。層次分析法的判斷矩陣得到了各因素的權(quán)重值，模糊綜合評(píng)價(jià)則對(duì)方案的各項(xiàng)指標(biāo)定量且全面的綜合評(píng)價(jià)。把模糊性標(biāo)準(zhǔn)轉(zhuǎn)換成定量指標(biāo)，為評(píng)價(jià)開(kāi)環(huán)方案提供了合理的依據(jù)。

[1] 王梅義，吳競(jìng)昌，蒙定中.大電網(wǎng)系統(tǒng)技術(shù) [M].北京：水利電力出版社，1991.

[2] 南哲，侯玉璔，寧遼逸.500 kV/220 kV電磁環(huán)網(wǎng)解環(huán)與分區(qū)運(yùn)行研究 [J].東北電力技術(shù)，2014，35(3)：4-8.

[3] 孔濤，王洪濤，劉玉田，等.500 kV-220 kV電磁環(huán)網(wǎng)開(kāi)環(huán)研究 [J].電力自動(dòng)化設(shè)備，2003，23(12)：13-16.

[4] 司大軍，徐東文.2015年昆明電磁環(huán)網(wǎng)分析研究 [J].云南電力技術(shù)，2014，42(2)：1-3.

[5] 顏俊，程改紅，張中慶，等.南方電網(wǎng)500 kV/220 kV電磁環(huán)網(wǎng)運(yùn)行方式研究 [J].南方電網(wǎng)技術(shù)，2013，7(6)：76-80.

[6] 陳水利，李敬功，王向公.模糊集理論及其應(yīng)用 [M].北京：科學(xué)出版社，2005.

[7] 趙煥臣，許樹(shù)柏，和金生.層次分析法 [J].北京：科學(xué)出版社，1986.

Research on Fuzzy Comprehensive Evaluation of Open Scheme of Electromagnetic Loop Based on Analytic Hierarchy Process

LI Hongjiang
(Yunnan Power Grid Planning＆Research Center，Yunnan Power Grid Co.，Ltd.，Kunming，650011，China)

Electromagnetic loop network is a special kind of space truss structure in the development of power system，with the development of power network and the adjustment of operation mode，it is very important to solve the electromagnetic loop network in time.The quantitative evaluation of the various solutions will be helpful for the selection of the most reasonable and reliable operation scheme of the power network.In this paper，a fuzzy comprehensive evaluation model is established by using analytic hierarchy process，which determine the weight of each factor and consider all the relevant elements，it can evaluate the scheme of the open electromagnetic loop quantificationally and roundly，and present a practical evaluation indicator for the evaluation system of the solution of the electromagnetic loop network.

electromagnetic loop；fuzzy comprehensive evaluation；analytic hierarchy process；scheme of open electromagnetic loop；PSASP

TM74

B

1006-7345(2015)06-0013-04

2015-08-28

李洪江 (1986)，男，碩士，工程師，云南電網(wǎng)有限責(zé)任公司電網(wǎng)規(guī)劃研究中心，從事電網(wǎng)項(xiàng)目評(píng)審、規(guī)劃研究方面工作(e-mail)shoupi56＠163.com。