基于結構熵權-多層次灰色關聯的配電網規劃方案綜合決策

賀　軍，李　明，劉　瑩，王壯壯

（1.國網四川省電力公司成都供電公司，四川 成都610000；2.山東國研電力技術有限公司，山東 濟南250101）

基于結構熵權-多層次灰色關聯的配電網規劃方案綜合決策

賀軍1，李明2，劉瑩2，王壯壯2

（1.國網四川省電力公司成都供電公司，四川 成都610000；2.山東國研電力技術有限公司，山東 濟南250101）

電網的復雜性和多目標性給配電網規劃綜合決策帶來巨大困難，建立既能滿足系統運行要求又能滿足經濟性要求的規劃方案具有重大意義。從經濟性、可靠性、適應性和社會影響性四個方面對配電網規劃進行研究，并構建綜合評價指標體系。利用結構熵權法確定權重，采用多層次灰色關聯法對配電網規劃方案進行綜合評價。最后，通過分析某地區3種電網規劃方案的評價結果，證明本文所建立的綜合評價指標體系和方法在配電網規劃方案優選中應用的有效性。

配電網規劃；結構熵權；多層次灰色關聯；綜合決策

0　引言

配電網規劃是在電網現狀分析及負荷預測的基礎上進行的，不僅要滿足供電安全可靠性，而且要滿足經濟性的要求，即在規劃方案中尋求一個較優的方案滿足各個決策屬性的要求[1]。目前，我國電網建設項目通常依靠決策者的經驗，項目決策水平較低，在一定程度上造成了資金的巨大浪費[2]。年年投資年年建設，問題仍然很多，形成這種局面的一個主要原因是缺乏系統、科學的電網分析評估方法和決策工具，因此，配電網評估具有重要的現實意義。

目前，在電網評估方面的研究取得了一些進展，包括單方面單角度的研究和綜合評價研究。文獻[3]主要從可靠性的角度對電網進行評估；文獻[4-5]從多個角度對電網進行研究，包括風險角度、停電損失、影響范圍等等；文獻[6]從電網可靠性和經濟性的角度闡述該方面的進展，數學模型可分為確定性模型和可靠性模型，規劃的求解主要集中在啟發式優化方法和數學優化方法。

1　構建綜合評價指標體系

在配電網規劃過程中，面臨許多綜合性的決策問題，如配電網安全性與經濟性間的平衡問題，即一方面電網作為社會的供電主體，必須保證供電和用電的安全性；另一方面作為企業，盈利是其主要目的，增加電網安全性勢必增加成本費用。安全性與經濟性間應該尋求平衡，諸如此類。

本文在考慮電網規劃評價工作的多目標性、復雜性以及各目標間的矛盾關系后，根據電網發展的根本目標，利用因果分析法繪制因果圖，對各基準層指標進行分解，得到指標層的各項指標。為了避免各指標間信息重疊，本文采用多元統計方法進行相應的處理。

2　結構熵權法確定指標權重

結構熵權法是一種主觀與客觀賦值相結合、定性與定量分析相結合的權重系數結構分析方法，其基本思想是，將 Delphi法與模糊分析法相結合，利用專家意見形成“典型排序”并計算“典型排序”的熵值，最后通過“盲度”分析來對可能產生潛在偏差的數據進行處理，降低數據中的“噪聲”，使專家意見具有“一致性”收斂。結構熵權法的基本步驟如下：

(1)利用專家意見確定評價指標的“典型排序”

通過調查問卷的形式，按照Delphi的方法和程序對指標進行“典型排序”，即專家根據已有的知識經驗結合項目的實際情況，對各個指標的重要性程度進行定性的判斷。

(2)對“典型排序”進行“盲度”分析

設有k個專家參加咨詢調查，得到k張排序表，每一張表對應一個集合，記為 U={u1，u2，…，un}，指標集對應的“典型排序”數組記為{ai1,ai2，…，ain}，指標集的“典型排序”矩陣記為 A，而 A=(aij)k×n，i=1，2，…，k；j=1，2，…，n；其中 aij表示第i個專家對指標 uj的評價。ai1,ai2，…，ain取{1,2，…，n}自然數中的任意一個數。排序數 aij的隸屬度函數記為：

其中，m為轉化參數量，m=n+2。通過式（1）可將排序矩陣A定量轉化為相應的隸屬度矩陣 B，其中 bij=μ(aij)。

平均認識度為k個專家對指標 uj的 “一致看法”，記為bj，令：

“認識盲度”為專家對因素uj由認知產生的不確定性，記做 Qj，則：

k個專家對指標 uj的認識度記為 Xj：

所有專家對各個評價指標的評價向量記為 X=(x1，x2，…，xn)。

(3)歸一化處理

對 Xj=bj(1-Qj)進行歸一化處理，計算指標 uj的權重，令：

W={w1，w2，…，wn}即為因素集 U={u1，u2，…，un}的權向量。

3　多層次灰色關聯綜合評價

電網規劃涉及因素眾多，是一個復雜的系統工程，各指標的實際值存在一定的不明確性，因此，灰色關聯分析法適合于規劃方案的評估，同時對于小樣本指標的處理具有較高的準確性，其基本步驟如下：

(1)確定評價指標及最優指標集

通過建立多屬性多層次的評價指標來評價研究對象，其中最優指標集合就是各個評價對象中最優的一個所組成的數集，記為{X0(k)}，k=1，2，…，n。

(2)數據無量綱化處理

常用的處理方法是數據均值化，假設有m個評價方案，有 n個評價指標，則：

(3)評價矩陣的確定

將步驟(2)中處理后的數據代入式（7）即可得到第i種配電網規劃方案各指標數值與最優指標集比較時，第k個指標的灰色關聯系數，具體如下：

分辨系數ρ這里取0.4，各關聯系數組成評價矩陣E：

(4)計算權重、灰色綜合評價

由結構熵權法確定指標權重為R，評價矩陣E和權重系數向量R，得到灰色綜合評價結果為：

4　應用實例

(1)電網規劃綜合評價指標體系

電網規劃綜合評價指標體系如圖1所示，各方案灰色關聯系數計算值如表1所示。

圖1　綜合評價指標體系

表1　各方案灰色關聯系數計算值

(2)通過專家打分得到的原始決策矩陣進行歸一化處理得標準矩陣y：

(3)求差序列、最大差和最小差

最優樣本為:

根據公式 △ij=|Xoj-Xij|，i=1，2，…，m；j=1，2，…，n計算絕對差值矩陣：

最大差、最小差分別為：max(△)=0.771 3，min(△)=0。

(4)計算關聯系數矩陣

本文分辨系數取 0.4，關聯系數矩陣：

(5)計算關聯度

根據結構熵權法計算所得的權重系數可以得到3種方案的灰色關聯度：

從上述3種方案的關聯度數來看：3種方案的綜合效益都是比較好的。方案3的關聯度最大，說明該方案的綜合效益值最好；次之是方案2的綜合效益；排最后的為方案1的關聯度，說明其綜合效益在這3個方案中最小，優化空間最大。

5　結論

本文在考慮電網規劃評價工作的多目標性、復雜性以及各目標間的矛盾關系后，根據電網發展的根本目標，從經濟性、可靠性、適應性和社會影響性4個方面對配電網規劃進行研究，并構建綜合評價指標體系；利用結構熵權法確定權重；采用多層次灰色關聯法對配電網規劃方案進行綜合評價。最后，通過對某地區的3種電網規劃方案的評價結果的比較，得出關聯度最大的方案綜合效益值最好。

[1]章文俊，程浩忠.配電網優化規劃研究綜述[J].電力系及其自動化學報，2008，20(5)：16-23.

[2]肖峻，高海霞，葛少云，等.城市中壓配電網評估方法與實例研究[J].電網技術，2005，29(20)：81-85.

[3]SANGHVI A P，BALU N J，LAUBY M G．Power system reliability planning practices in North America[J]．IEEE Trans on Power Systems，1991，6(4)：1485-1492．

[4]劉健，司玉芳.考慮負荷變化的配電網架安全評估及其應用[J].電力系統自動化，2011，35(23)：70-74.

[5]肖峻.配電網最大供電能力與N-1安全校驗的對比驗證[J].電力系統自動化，2012，36(18)：86-91.

[6]牛輝，程浩忠.電網擴展規劃的可靠性和經濟性研究綜述[J].電力系統自動化，2000(1)：51-56.

Distribution network planning integrated decision based on the structure entropy and a multi-level gray relationship

He Jun1，Li Ming2，Liu Ying2，Wang Zhuangzhuang2
（1.State Grid Sichuan Electric Power Company Chengdu Power Company，Chengdu 610000，China；2.Shandong Guoyan Electric Power Technology Co.，LTD，Jinan 250101，China）

The complexity and multi-objective power make enormous difficulties to integrated decision-making of distribution network,to build a system can meet the operational requirements as mell as the economic requirements of the plan is of great significance.From the four aspects of the economy,reliability,adaptability and social impact，the distribution network planning studies are done,and an evaluation system is given.Structural entropy method is used to determine the weights，and multi-level gray correlation method is used for a comprehensive evaluation plan of distribution network.Finally,the analysis of the evaluation results of the three network planning of an area indicate the effectiveness of comprehensive evaluation index system and the method established in distribution network planning scheme optimization applications.

distribution network planning；structural entropy；multi-level gray relationship；integrated decision-making

TM7

A

0258-7998(2015)01-0153-03

10.16157/j.cnki.0258-7998.2014120101206

2014-11-25)

賀軍（1970-），男，碩士，高級工程師，主要研究方向：電力系統分析、規劃等技術。

李明（1979-），男，本科，高級工程師，主要研究方向：電力技術研發、管理。

劉瑩（1988-），女，本科，工程師，主要研究方向：配電網規劃。