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        基于UTADIS方法的電能質(zhì)量綜合評估研究

        2015-03-23 08:08:14李俊州
        關鍵詞:效用監(jiān)測點電能

        李俊州, 武 瑩

        (1.開封大學 藝術設計學院, 河南 開封 475004; 2.開封大學 軟件職業(yè)技術學院, 河南 開封 475004)

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        基于UTADIS方法的電能質(zhì)量綜合評估研究

        李俊州1*, 武 瑩2

        (1.開封大學 藝術設計學院, 河南 開封 475004; 2.開封大學 軟件職業(yè)技術學院, 河南 開封 475004)

        針對傳統(tǒng)電能質(zhì)量綜合評估方法忽視決策人的經(jīng)驗偏好信息的不足,論文利用效用函數(shù)理論,基于UTADIS方法,提出了一種新的電能質(zhì)量綜合評估方法.該方法直接利用國家制定的評級界限作為節(jié)點,利用決策人或?qū)<乙延械慕?jīng)驗信息,構造出一個線性規(guī)劃模型估計出每個節(jié)點的效用值,并根據(jù)這些節(jié)點效用值再對待評的監(jiān)測點進行評級.實例驗證表明了所提方法的實用性與客觀性,為電能質(zhì)量的有效評估提供了一種新的思路.

        電能質(zhì)量; 線性規(guī)劃模型; 綜合評估

        隨著電力市場的不斷發(fā)展和智能電網(wǎng)的實施,電能作為一種特殊商品已經(jīng)引起了人們的廣泛關注,對其質(zhì)量評估也成為了一個重要的研究內(nèi)容[1].然而,關于電能質(zhì)量評估的國家標準只能用于評價電能的單項指標是否合格,并不能反映電能質(zhì)量的整體情況[2-3].因此,需要建立一套評價體系和選擇適當?shù)木C合評估方法,對電網(wǎng)中不同的監(jiān)測節(jié)點進行測量、評估,以及分類評級.

        目前,對電能質(zhì)量的評估主要采用模糊綜合評估法.文獻[4]在確定各電能質(zhì)量指標的隸屬度函數(shù)及隸屬度后,提出了一種模糊綜合評判的二級評判法,但其指標的權重都是事先主觀給定的,不利于電能質(zhì)量的客觀評價.為了克服主觀賦權法的不足,文獻[5]將層次分析法(AHP)和模糊方法相結(jié)合,先通過AHP得到主觀權值,再對得到的主觀權值進行修正形成可變的綜合權重.文獻[6]運用熵值法計算出多位專家對各指標的最終權重,并應用聯(lián)系度給出了電能質(zhì)量綜合評估的聯(lián)系度模型.文獻[7]運用多目標決策方法對各指標屬性進行無量綱處理,轉(zhuǎn)化成對應的相對優(yōu)屬度矩陣,然后通過綜合主觀權重與客觀權重,判斷出各監(jiān)測點電能質(zhì)量的等級.文獻[8]結(jié)合層次分析法(AHP)、熵以及模糊數(shù)學的方法對電能質(zhì)量進行綜合評估,通過構造層次分析法中的判斷矩陣,得出主觀權重值;再利用熵權的方法對主觀權值進行修正,得到可變的綜合權值.文獻[9]將電能質(zhì)量評價標準作為一個區(qū)間數(shù)進行處理,提出了基于區(qū)間數(shù)理論的電能質(zhì)量綜合評估模型.

        這些方法基本上都是通過計算每個指標的權重偏好信息,然后對每個監(jiān)測點的電能質(zhì)量進行綜合評判[10].然而,實際生活中決策人或?qū)<彝歉鶕?jù)經(jīng)驗來進行判斷,而這些方法對決策人的經(jīng)驗偏好信息沒有足夠重視[11].本文根據(jù)過去的評級經(jīng)驗,利用效用函數(shù)理論,基于UTADIS方法,提出了一種新的電能質(zhì)量綜合評估方法.該方法與傳統(tǒng)方法不同的是,它不需要等分每個指標的最小值最大值區(qū)間段,也不需要計算出每個指標下分段節(jié)點的位置,而是直接利用國家制定的評級界限作為節(jié)點,構造出一個線性規(guī)劃模型估計出每個節(jié)點的效用值,使之與以往的經(jīng)驗信息盡量一致.根據(jù)這些節(jié)點效用值再對待評的監(jiān)測點進行評級,為電能質(zhì)量的有效評估提供了一種新的思路.

        1 UTADIS方法基礎知識

        UTADIS方法是決策科學中的一種常見的基于效用函數(shù)的多準則分類方法,也是一種序數(shù)回歸方法[12].它要求決策人或?qū)<腋鶕?jù)經(jīng)驗能提供反映整體偏好的訓練集[13],即,將決策人已經(jīng)將一些方案(稱為案例)分配到一些連續(xù)的有序類中,通過構造推斷決策模型,估計出加性效用函數(shù)和區(qū)分相鄰類的效用閾值,使該模型與先前的案例盡可能一致,進而確定新方案的分類.

        UTADIS方法假設效用函數(shù)滿足可加性,也即每個方案的綜合效用值是各準則效用值之和[14];但與傳統(tǒng)線性模型不同的是,它建立的是分段線性效用函數(shù)模型.計算出每一個備選方案的綜合效用值后,通過如下的分類規(guī)則,可將每個方案分配到不同的類中:當且僅當tr≤U(xi)t2>…>tk-1是區(qū)分不同類的閾值[15].

        在多指標評價問題中,首先確定有m個指標g=(g1,g2,…,gm),然后根據(jù)決策人的偏好,任何一個評估對象a的各項指標都可以整合成累積效用函數(shù)的形式:

        (1)

        (2)

        (3)

        針對所評估的對象,UTADIS方法要求決策人根據(jù)自己的偏好和以往的經(jīng)驗,給出一組評估對象的訓練集A*,A*中的各元素已分配到不同的等級.當tk≤U(a)

        相應的約束條件為:

        2 基于UTADIS方法的電能質(zhì)量綜合評估

        電力市場環(huán)境下的電能質(zhì)量評價指標主要包括技術性指標和非技術性指標兩方面[9].技術性指標體現(xiàn)了供電是否合格,包括電壓質(zhì)量、頻率質(zhì)量和供電可靠性3方面[7].電壓質(zhì)量又包括電壓偏差、電壓暫降、電壓波動和閃變、三相電壓不平衡度以及諧波含量等方面;頻率質(zhì)量主要以頻率偏差來衡量;供電可靠性指標主要考慮系統(tǒng)的供電可靠率[7].另外,隨著電力的市場化,電能質(zhì)量的非技術性指標也越來越受到人們的重視,它主要兼顧社會效益和用戶適應度等方面的因素,體現(xiàn)了電力的公益服務性,稱為服務性指標[4].這些指標的層次結(jié)構如下圖1所示.

        圖1 電能質(zhì)量指標層次結(jié)構圖

        假設這9個指標是相互獨立的,則它們滿足效用可加性;每個監(jiān)測點i在指標gj下電能質(zhì)量的測量值記為vij,將其轉(zhuǎn)換成對總目標的效用,則根據(jù)公式(1),監(jiān)測點i的電能質(zhì)量綜合效用可表示為:

        表1 電能質(zhì)量各評估指標的等級界限

        決策人以往的評級經(jīng)驗,實質(zhì)上蘊含了決策人或?qū)<业囊恍┢眯畔ⅲ嘀仄眯畔?,本文假設已知一些監(jiān)測點i已被分為一些等級Ck,k=1,…,r,通過構造效用函數(shù)模型,估計出每個界限節(jié)點的效用值和指標的權重值,使之與已有的案例信息誤差最小.針對電能質(zhì)量評級問題,可建立如下的線性規(guī)劃模型:

        為了保證U(a)

        其中,當err*=0時,設k=0;err*>0時,k一般使用一個極小的正數(shù).最后,通過求解多個線性規(guī)劃,采用平均值作為最終的效用函數(shù)和分類閾值.

        3 實例驗證

        考察文獻[9]給出的數(shù)據(jù)(見表2),指標屬性有9個,g1:電壓偏差,g2:暫態(tài)壓降,g3:三相不平衡,g4:電壓波動,g5:電壓閃變,g6:電壓諧波,g7:頻率偏差,g8:供電可靠性,g9:服務性指標.針對5個監(jiān)測點,假設決策人根據(jù)以往的經(jīng)驗,確定了監(jiān)測點2和監(jiān)測點5為Ⅳ級,監(jiān)測點3為Ⅲ級,要求確定監(jiān)測點1和監(jiān)測點4的級別.

        表2 監(jiān)測點的實測數(shù)據(jù)

        利用第2節(jié)介紹的方法,可構造如下的線性規(guī)劃模型:

        其中,未知變量個數(shù)為55,除邊界約束和單調(diào)約束外,約束條件有10個.這里采用yalmip工具箱計算,得各等級節(jié)點對應的效用值(表3)和每個等級的分類閾值(表4),最優(yōu)值err*=0.

        表3 各等級節(jié)點對應的效用值

        表4 每個等級的分類閾值

        考慮到模型未知變量相對約束條件較多,進行再優(yōu)化分析.將err*=0添加到約束條件中,目標函數(shù)改成各指標權重求極大或求較小,重復解18個線性規(guī)劃,取平均值,得到各等級節(jié)點對應的效用值如表5和每個等級的分類閾值見表6.

        表5 各等級節(jié)點對應的平均效用值

        表6 每個等級的平均分類閾值

        在已知監(jiān)測點2和監(jiān)測點5為IV級,監(jiān)測點3為III級的基礎上,利用表中的數(shù)據(jù),可計算監(jiān)測點1的效用評價值為U(1)=0.2331;和監(jiān)測點4的效用評價值為U(4)=0.0562,與表中的閾值比較,易知監(jiān)測點1屬于II級;監(jiān)測點4屬于IV級.

        表7 評估結(jié)果比較

        由表7可知,在監(jiān)測點2、3、5評級相同的情況下,監(jiān)測點1、4的評級與文獻[5,9]的方法得出的結(jié)果一致,只有監(jiān)測點4用文獻[4]的方法被分為III級,而根據(jù)文獻[9]的分析,將該點判定為IV級更為合理.

        由于New-UTADIS方法不需要等分每個指標的最小值最大值區(qū)間段,也不需要計算出每個指標下分段節(jié)點的位置,而是直接利用國家制定的評級界限作為節(jié)點,構造出一個線性規(guī)劃模型估計出每個節(jié)點的效用值,使之與以往的經(jīng)驗信息盡量一致,并根據(jù)這些節(jié)點效用值再對待評的監(jiān)測點進行評級,這就使得該方法在評判電能綜合質(zhì)量等級時更趨于合理性.

        4 結(jié)束語

        隨著電力市場的不斷深化,電能質(zhì)量的綜合評價已成為一種必然趨勢.鑒于電能質(zhì)量是由多指標多因素決定的特點和等級界限已確定的情形下,本文在傳統(tǒng)的UTADIS方法基礎上,提出了New-UTADIS方法,并將其運用到電能質(zhì)量的綜合評價中,得出了目標電能質(zhì)量的等級劃分.該方法能充分利用決策人或?qū)<乙酝脑u級經(jīng)驗,可以有效地將方案或樣本劃分到不同的有序等級,并且不需要特別的權重計算,具有一定的可操作性.

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        Power quality comprehensive evaluation based on UTADIS method

        LI Junzhou1, WU Ying2

        (1.College of Art and Design, Kaifeng University, Kaifeng, Henan 475004;2.College of Software Technology, Kaifeng University, Kaifeng, Henan 475004)

        Traditional power quality comprehensive evaluation methods often ignore the executive experience preference information. In view of the problem, the paper used the utility function theory, put forward a new method of power quality comprehensive evaluation based on UTADIS.The proposed method firstly directly employs rating line formulated by the state as nodes, and then uses the experience information of executives or experts construct a linear programming model to estimate the utility value of each node. Finally, according to the utility values, it rates monitoring points. Example shows that the proposed method is practical and objective, and can effectively evaluate the level of power quality.

        power quality; linear programming model; comprehensive evaluation

        2014-04-07.

        1000-1190(2015)01-0060-06

        TM714

        A

        *E-mail: lijunzhou0724@163.com.

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