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(píng)估方法研究

徐敏1，沈靖蕾1，閆震山2

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

摘要：運(yùn)用熵權(quán)法和TOPSIS法對(duì)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(píng)價(jià)問(wèn)題進(jìn)行了研究和分析，建立了相應(yīng)的評(píng)價(jià)模型，對(duì)算例的規(guī)劃方案協(xié)調(diào)性進(jìn)行評(píng)價(jià)，驗(yàn)證該評(píng)價(jià)模型的可行性和可靠性.通過(guò)對(duì)算例的評(píng)價(jià)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?fù)浣Y(jié)構(gòu)上進(jìn)行改善，協(xié)調(diào)性將會(huì)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(lái)，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(guó)務(wù)院的領(lǐng)導(dǎo)下進(jìn)行了一系列的電力體制改革.實(shí)行深化改革，既能完善廠網(wǎng)分開(kāi)，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(píng)價(jià)做出了一些研究.

在對(duì)協(xié)調(diào)性進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)之前,首先要構(gòu)建合適的評(píng)價(jià)指標(biāo)體系；之后需解決各指標(biāo)的賦權(quán)問(wèn)題；最后選擇合適的評(píng)價(jià)算法做出評(píng)價(jià).而關(guān)于評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重的計(jì)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(píng)價(jià)算法包括層次分析法[1]、模糊評(píng)價(jià)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(xiàn)[3]在電網(wǎng)規(guī)劃的近期建設(shè)工程項(xiàng)目決策中應(yīng)用了模糊多目標(biāo)綜合評(píng)判決策理論；文獻(xiàn)[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(xiàng)目規(guī)劃評(píng)價(jià)分析方法；文獻(xiàn)[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(píng)價(jià)方法；文獻(xiàn)[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(wú)功規(guī)劃中使用了此方法.

筆者通過(guò)對(duì)大量文獻(xiàn)的閱讀和研究，發(fā)現(xiàn)現(xiàn)有評(píng)價(jià)體系和方法的主要問(wèn)題在于:①?zèng)]有體現(xiàn)全面貫徹落實(shí)科學(xué)發(fā)展觀的中國(guó)科學(xué)技術(shù)發(fā)展的評(píng)價(jià)體系；②在指標(biāo)的賦權(quán)過(guò)程中受人為因素影響較大,缺乏客觀的賦權(quán)方法；③評(píng)價(jià)算法不夠簡(jiǎn)單明了.

為了解決上述問(wèn)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(píng)價(jià)方法.用此方法對(duì)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(jìn)行綜合評(píng)估.用熵權(quán)法客觀賦權(quán)以及把經(jīng)濟(jì)學(xué)常用的TOPSIS綜合評(píng)價(jià)法運(yùn)用在電力系統(tǒng)評(píng)價(jià)中，評(píng)價(jià)更加簡(jiǎn)單方便.

1評(píng)價(jià)原理

1.1評(píng)價(jià)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(píng)估指標(biāo)的影響因素；另一類是部分評(píng)估指標(biāo)的判定依據(jù).結(jié)合電網(wǎng)發(fā)展特點(diǎn)，進(jìn)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(jì)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(fù)載均衡度；②系統(tǒng)均衡度.

3)經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)的選取.①供需均衡指數(shù)；②發(fā)電側(cè)市場(chǎng)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(jì)性的同時(shí)，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(jià)水平選取為定性指標(biāo).

為了全面貫徹落實(shí)以科學(xué)發(fā)展觀為指導(dǎo)的中國(guó)科學(xué)技術(shù)發(fā)展的評(píng)價(jià)體系，筆者不僅對(duì)發(fā)、輸、配三側(cè)的指標(biāo)進(jìn)行了分析，還對(duì)指標(biāo)就可靠性、安全性、經(jīng)濟(jì)性的關(guān)聯(lián)度進(jìn)行檢驗(yàn).基于這些指標(biāo)建立的評(píng)估指標(biāo)體系結(jié)構(gòu)如圖1所示.

圖1　指標(biāo)評(píng)價(jià)體系

1.2評(píng)價(jià)原理

由于目前沒(méi)有對(duì)電力系統(tǒng)規(guī)劃協(xié)調(diào)性的大部分指標(biāo)具有一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的或系統(tǒng)的規(guī)定，所評(píng)價(jià)結(jié)果的合理性或成功程度就是一個(gè)相對(duì)模糊的概念，所以筆者采用TOPSIS法對(duì)評(píng)價(jià)體系作進(jìn)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(píng)價(jià)進(jìn)行精確的等級(jí)劃分.

1)模型的建立.設(shè)有n個(gè)評(píng)價(jià)對(duì)象，m個(gè)評(píng)價(jià)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(píng)價(jià)結(jié)果采用逼近理想解法求出逼近系數(shù)，逼近值越大評(píng)價(jià)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(wèn)題的理想解與負(fù)理想解，然后比較評(píng)價(jià)方案與理想解和負(fù)理想解的距離遠(yuǎn)近，最后計(jì)算各個(gè)方案與理想解的相對(duì)貼近度，進(jìn)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(duì)應(yīng)的各個(gè)屬性至少達(dá)到各個(gè)方案中的最好值.負(fù)理想解是設(shè)想最壞的方案，對(duì)應(yīng)的屬性至少不好于各個(gè)方案中的最差值[8].

由于TOPSIS法也是客觀評(píng)價(jià)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(píng)價(jià)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(píng)價(jià)的主觀性.

2評(píng)價(jià)過(guò)程

筆者結(jié)合熵權(quán)法和TOPSIS法對(duì)規(guī)劃方案的發(fā)、輸、配多層面協(xié)調(diào)性進(jìn)行評(píng)價(jià)，并編程實(shí)現(xiàn)，其程序流程如圖2所示.

各框說(shuō)明如下：

1)指標(biāo)量化.評(píng)價(jià)指標(biāo)分為定性指標(biāo)和定量指標(biāo).筆者選擇以下幾個(gè)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(fù)載均衡度、供需均衡指數(shù)、發(fā)電側(cè)市場(chǎng)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(jià)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(píng)價(jià)的各項(xiàng)指標(biāo)有越大越優(yōu)型和越小越優(yōu)型，故需對(duì)矩陣(2)中的特征值進(jìn)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(jì)算得出以下結(jié)論：某項(xiàng)指標(biāo)值的變動(dòng)越明顯,其相應(yīng)的熵值就越小，則其熵權(quán)越大，說(shuō)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(gè)用于體現(xiàn)信息量的指標(biāo)，其包含的有價(jià)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(jì)算各項(xiàng)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(shí)際出發(fā)，最大程度反映各備選方案的實(shí)際情況，為多指標(biāo)方案評(píng)價(jià)及優(yōu)選提供堅(jiān)實(shí)的事實(shí)依據(jù).

3)TOPSIS綜合評(píng)價(jià)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(fù)理想解x-，定義兩個(gè)方案(理想方案和負(fù)理想方案):

(6)

(7)

式中：U1屬于最理想型；U2屬于最負(fù)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(shí)際運(yùn)行數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析、權(quán)重制定，并通過(guò)筆者提出的協(xié)調(diào)性評(píng)價(jià)體系模型對(duì)該地區(qū)的電網(wǎng)規(guī)劃的多層面協(xié)調(diào)性情況進(jìn)行評(píng)價(jià)，且定量分析協(xié)調(diào)性評(píng)價(jià)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(píng)價(jià)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(jì)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(píng)價(jià)結(jié)果中所占權(quán)重較大，這說(shuō)明其對(duì)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(duì)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(jì)算結(jié)果

基于TOPSIS法評(píng)價(jià)得分如表3所示.

表3　評(píng)價(jià)結(jié)果

由評(píng)價(jià)結(jié)果可知，2011—2013年規(guī)劃評(píng)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(duì)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(lái)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?fù)浣Y(jié)構(gòu)，電網(wǎng)的多層面協(xié)調(diào)性將會(huì)得到顯著改善.

4結(jié)論

筆者首先對(duì)電網(wǎng)多層面協(xié)調(diào)性的評(píng)價(jià)方法進(jìn)行具體探討，確立指標(biāo)評(píng)價(jià)體系，然后結(jié)合熵權(quán)法確定其權(quán)重，運(yùn)用TOPSIS綜合評(píng)價(jià)法進(jìn)行評(píng)價(jià)方法的研究，最后通過(guò)具體算例驗(yàn)證本評(píng)估算法的合理性和實(shí)用性.除此之外，通過(guò)該評(píng)價(jià)方法對(duì)規(guī)劃方案進(jìn)行的定量化分析，不僅對(duì)于電網(wǎng)規(guī)劃的多層面協(xié)調(diào)性評(píng)價(jià)有一定的應(yīng)用價(jià)值，而且為未來(lái)電網(wǎng)規(guī)劃提供了一定的指導(dǎo)作用.

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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(xiàng)目:江西省科技計(jì)劃重點(diǎn)項(xiàng)目(2012BBE50049)

作者簡(jiǎn)介:徐敏(1963—)，女，浙江紹興人，南昌大學(xué)副教授，博士，研究方向?yàn)殡娏ο到y(tǒng)運(yùn)行與控制，E-mail：xumin-8660@163.com.

文章編號(hào):1671-6833(2016)01-0024-05

中圖分類號(hào)：TM76

文獻(xiàn)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(píng)估方法研究[J].鄭州大學(xué)學(xué)報(bào)(工學(xué)版)，2016，37(1)：24-28.