基于組合賦權法的電網規劃方案綜合協調性評價

陳宏偉，徐 謙，鄭 曉，蘭 洲

（1.浙江省電力設計院，杭州 310012；2.國網浙江省電力公司經濟技術研究院，杭州 310008）

0 引言

我國電網已進入高電壓、大電網、大機組的階段[1]，高可靠性的各級電網實現各個部分的充分協調，不在個別地方形成瓶頸，也不在個別環節形成資源浪費，成為一個研究的重點問題[2-3]。以往關于電網規劃協調性的研究，停留在主電網或配電網的某兩級之間[4-6]，或是針對電源與電網之間[6-7]，目前沒有文獻對10kV配電網至500kV主電網各電壓等級之間的協調性進行全面系統地研究。

評價電網規劃方案的綜合協調性，首先需要確定各評價指標和指標的權重。就評價指標方面，通常對待選的方案就安全性、經濟性、可靠性、協調性等幾個方面進行分析比較和評價[8-9]，但是評價中主要采用一些定性的語言，顯得過于粗糙，在指標選取上沒有一個統一的標準，其中有些指標意義不大或在實際電網中難以獲得原始數據。評價指標的權重體現了各項指標的相對重要程度，直接影響到綜合評價結果的科學性與合理性。采用單一方式確定權重，容易受賦權方式的影響而造成賦權結果的偏倚[10-11]。

為此，提出了一種基于組合賦權法全電壓電網規劃方案綜合協調性評價模型。該模型構建了電網規劃方案綜合協調性評價指標體系，采用組合賦權法將幾種典型的主、客觀賦權法相結合，對電網的評價指標進行賦權，既能有效反映決策者的主觀意愿，又可以將客觀數據之間的統計反映在權重中，使得賦權的結果更加公正。

1 電網綜合協調性評價指標

在電網的規劃過程中，協調性表現為規劃方案的經濟性和可靠性之間的相互配合，通過各元件和參數的合理配置，形成以電網供電的高可靠性為目標，適合電網發展的、各電壓等級相互協調配合的最優全電壓電網。因此全電壓電網規劃方案協調性評價是基于可靠、優質、經濟的前提下對電網規劃方案的綜合性評價。全電壓電網規劃綜合協調性評價指標體系結構如圖1所示。

圖1 綜合協調性評價指標體系結構

2 電網綜合協調性評價方法

2.1 組合賦權法確定指標權重

主觀賦權法依據評價者對不同指標的重視程度來賦權，與實際問題相符，但是不能考慮數據對權重的影響；客觀賦權法的權重值取決于數據值的分布，但評價結果可能會脫離現實問題的需要。因此，需要一種能夠將主觀和客觀結合起來的組合賦權法，既能與現實問題的需要相符，又能兼顧數據分布對權重的影響，從而彌補主、客觀賦權方法各自的不足。

為此，提出采用基于矩估計法理論的優化組合模型，組合賦權模型的核心思想是：組合權向量對應的評價值向量與原權向量對應的評價值向量之間的偏差應盡可能小。

設有k種賦權方法，其中有p種主觀賦權法，k-p種客觀賦權法，假設n個評價指標的綜合權重向量為 A=[a1，a2，…，aj，…，an]，可以將k種賦權方法看作從總體中抽取的樣本。對于主觀權重，如果賦權的數量趨于很大時，由統計學的大數定理可知，其判斷的權重向量的綜合結果應該接近綜合權重向量A；對于客觀權重，采用不同的算法得到的結果具有重復性。因此可以用已有的主、客觀權重來估計綜合權重向量A。

設分別從主觀權重總體中抽取p個樣本，客觀權重總體中抽取k-p個樣本，對于第i個評價指標，有k個權重樣本，組成了該評價指標的綜合權重ai，需要滿足ai與k個主客觀權重的偏差越小越好?；灸Ｐ腿缦拢?/p>

式中：ai為第i個指標組合后的權重值；α，β分別為主觀、客觀權重的相對重要程度系數；gis，git分別為第s種主觀賦權法和第t種客觀賦權法對第i個指標的賦權結果。

k個樣本來自2個總體，對于第i個評價指標，根據數理統計的原理，計算指標的主觀權重gis和客觀權重git的期望值：

根據上式，按照矩估計的基本思想，對于第i個指標，其主客觀重要性系數分別為：

對于n個指標，可以看成從2個總體中分別取出n個樣本，同樣按照矩估計的基本思想，可以得到綜合指標中主、客觀重要性系數：

A=[a1，a2，…，aj，…，an]為 k種賦權法組合所得的最終權重向量?；诳偲钭钚〉膬灮M合賦權法不僅要利用權重信息，還將評估向量作為組合的基礎，將權重向量與評估值融合建立優化模型。

為了求解a1，對該模型構造拉格朗日函數L（ai，λ），根據極值存在的必要條件，分別對ai，λ求一階偏導數，并令其為0：

以i=1，2，…，n分別展開，可以得到主、客觀權重組合而得的綜合權重向量A=[a1，a2，…，aj，…，an]。

2.2 灰色關聯分析法確定評價值

灰色關聯分析法建立在充分利用客觀數據的基礎上，通過規劃方案與理想方案序列曲線和幾何形狀的相似程度來判斷兩者的關聯程度；曲線和幾何形狀越接近，則說明其關聯度越大，方案越接近理想最優，反之亦然。最后，依據關聯度大小排序，判斷方案的優劣，對于小樣本無規律指標的評價問題，決策準確性較高。

設有n個對象，每個對象有m項指標，對評價指標數據進行規范化處理，規范化后的數據為x1，x2，…，xm。

令x0為理想方案，則x0與xi關于第k個元素的關聯系數為

Δxi（k）=x0（k）-xi（k），ρ為分辨系數，取值區間為[0，1]，這里取0.5。

第i個規劃方案與理想方案的關聯度為

從而根據每個方案與理想方案的關聯度大小來對方案進行排序，并選擇最優方案。

3 全電壓電網綜合協調性評價方法

基于組合賦權法的全電壓電網規劃方案綜合協調性評價方法計算流程如圖2所示。

圖2 全電壓電網綜合評價方法流程

4 算例分析

[1]，假設1個面積為2250 km2、供電負荷為8000MW的區域，含有10kV，110kV，220kV，500kV 4個電壓等級，由3座主變壓器容量為4×1000 MVA的500kV變電站，21座主變壓器容量為3×240 MVA的220kV變電站，80座主變容量為3×50 MVA的110kV變電站和640個滿足“三雙”接線[12]的10kV標準單元。220kV變電站構成的雙環網中500kV變電站第1級220kV送出線路及供區之間的聯絡線導線截面采用4×400mm2；第2級220kV送出線路導線截面采用2×630mm2，110kV架空線導線截面選用300mm2。年供電小時數按8760 h考慮，平均供電負荷為高峰負荷的60%，電價按0.4元/kWh計算，220kV網損為線路負載率的1%，110kV網損為線路負載率的2%。

現該地區有1個電網實際規劃方案，與理想方案相比，該方案采用22座主變容量為3×240 MVA的220kV變電站，640個10kV接線單元，其中1/3滿足“三雙”接線，2/3為普通接線。500kV變電站第1級220kV送出線路以及供區之間的聯絡線導線截面采用2×630mm2；第2級220kV送出線路導線截面采用2×400mm2。

理想方案與實際規劃方案各電壓等級下各項指標值如表1所示。

通過專家打分的方法，對上述4類指標重要性的主觀權重分別?。嚎煽啃?0%、優質性10%、經濟性10%、協調性50%。假設每一類的各項指標主觀權重值相同，則通過專家咨詢和熵權法[13]得到的各指標主客觀的權重值如表2所示。

表1 各電壓等級綜合協調性指標值

表2 各電壓等級綜合協調性指標主觀、客觀權重

在表2的基礎上，利用基于矩估計法的組合賦權法，得到各指標的綜合權重，如表3所示。

表3 各電壓等級綜合協調性指標綜合權重

根據專家咨詢法和熵權法得到的主觀權重和客觀權重，以及采用組合賦權法得到的綜合權重，利用灰色關聯分析法得到的評價結果如表4所示。

表4 理想方案與規劃方案評價結果

通過上述計算可以看出，理想方案采用各評價方法得到的評價結果均好于實際規劃方案，這與采用灰色關聯法的理論相吻合。由于理想方案與實際規劃方案的最大區別在于220kV變電站的個數和供電可靠性上，使得理想方案和實際規劃方案的大部分指標值相同，所以客觀權重值僅分配給了少數幾個值不同的指標，導致分配到權重的單個指標值權重都很大，造成熵權法得到的客觀評價結果和主觀評價結果差別較大。通過主客觀結合的評價方法，得到的綜合評價結果充分體現了主、客觀方法的優缺點，既能有效反映決策者的主觀意愿，又可以將客觀數據之間的統計反映在權重中，使得賦權的結果更加公正。

5 結語

基于組合賦權法提出了一種全電壓電網規劃方案綜合協調性評價模型。該模型構建了電網規劃方案綜合協調性評價指標體系，提出了基于矩估計法的組合賦權方法，可以將主觀和客觀的評價指標權重結合在一起，使得賦權的結果更加公正。算例分析表明，該綜合協調性評價模型具有可操作性，結果合理，適用于電網規劃方案的分析，具有重要的工程應用價值。

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