基于層次分析法的艦船電力系統設計方案決策

侯玉 王志剛

（海軍駐大連426廠軍事代表室， 大連 116001）

艦船電力系統擔負著確保全艦所有設備用電連續性和可靠性的重任，是艦船的一級系統。在進行艦船電力系統方案設計過程中，通常會根據電力系統各個設備的組成方式、數量以及功能的不同形成若干設計方案，因此需對各個方案進行決策評估，選取綜合性能最優的方案。現階段對方案的決策一般采取在滿足設計要求的前提下定性分析評估的方式，而艦船電力系統的方案評估決策需要綜合考慮經濟性、可行性、可靠性、安全性、可維修性等多種指標，屬于多目標問題決策的問題，在選擇最優方案時，不僅需要進行定性分析，還需要進行定量分析，以提高決策水平。

多目標決策問題有很多定量分析方法，其中層次分析法是解決多目標決策問題的一種很好的方法。隨著層次分析法在國內的普及，層次分析法在電力系統中的應用越來越廣泛。文獻[1]綜述了層次分析法在電力系統中的應用現狀，介紹了層次分析法在電廠選址決策、優化發電技術、電力機組恢復秩序以及電力負荷預測等方面的應用，文獻[2]研究了火電廠選址決策的層次分析法，文獻[3]研究了發電技術綜合評價的層次分析法，但利用層次分析法對艦船電力系統設計方案進行決策的研究在國內外還比較少，很難查到有關文獻資料。本文利用層次分析法建立艦船電力系統方案決策模型，利用專家打分定量分析各個方案相對于經濟性、可行性、可靠性、安全性、可維修性等五種指標的重要程度，結合五種指標在電力系統綜合性能中的排序尋找最優方案，為艦船電力系統設計方案決策提供依據。

1 層次分析法[4,5]

層次分析法原理：

（1） 層次分析法通過分析復雜系統所包含的因素及其相互關系，將系統分解為不同的要素，并將這些要素劃歸不同層次，從而客觀上形成多層次的分析結構模型。

在完成層次結構模型后，將每一層內各因子對上一層中某一因子有關的因素影響大小逐對地進行兩兩比較判斷，并根據一定的比較標度將這種結果定量化，形成判斷矩陣。判斷矩陣標度和含義如表1所示。

假設某指標受m個因素影響，可構造判斷矩陣表，要求專家根據各因素對指標的重要性程度和判斷標度，并填寫相應數字。表1顯示了判斷矩陣標度和含義。

表1 判斷矩陣標度和含義

得到單位化向量W=[W1,W2,……Wm]T。

設(AW)i（i=1,2,……m)表示上述判斷矩陣 A第i行與W的乘積，λmax表示判斷矩陣的最大特征向量，則：

（3）進行一致性檢驗

矩陣隨機一致性指標RI值如表2所示。

為評價判斷矩陣的一致性如何，需要計算判斷矩陣的一致性指標CI和判斷矩陣的隨機一致性比例CR。

表2 矩陣隨機一致性指標RI值

根據CR是否小于臨界值 0.1來檢驗判斷矩陣A是否具有滿意的一致性。

2 艦船電力系統性能層次模型的建立與求解

2.1 建立層次模型

影響電力系統的性能指標有很多，歸納起來主要包括經濟性、可行性、可靠性、安全性和可維修性等五個指標。在對電力系統設計方案進行決策過程中，不同方案會對上述五項指標產生不同的影響，而上述五項指標相對于艦船電力系統綜合性能的權重又不一樣，因此，假定當前有三套電力系統設計方案，建立艦船電力系統性能層次模型如圖1所示。

圖1 艦船電力系統性能層次模型

2.2 構建判斷矩陣

利用專家打分，構建判斷矩陣如下：

各指標B對目標A的判斷矩陣：

各方案C對各個指標B的判斷矩陣：

2.3 計算判斷矩陣

求各方案C對各個指標B的判斷矩陣的特征向量并將其正規化得：

求各個指標B對目標A的判斷矩陣的特征向量并將其正規化得：

求得方案C對目標A的權重：

2.4 一致性檢驗

對判斷矩陣進行一致性檢驗，

符合一致性要求。

故電力系統第一種設計方案性能最好。

3 結束語

層次分析法主要是將復雜的問題層次化，是解決多準則、多目標問題的行之有效的方法。引用層次分析法進行艦船電力系統設計決策，量化決策中需要考慮的各種指標，是一種值得研究的途徑。

[1] 趙云飛，陳金富. 層次分析法及其在電力系統中的應用[J]. 電力自動化設備，2004, 24（9）：85-87.

[2] 呂蓬，邢棉，康怡. 火電廠選址最優規劃中的層次分析法[J]. 華北電力學院學報, 1994, 21（4）：99-105.

[3] 周宏，戴韌，黃婷等. 發電技術綜合評價的層次分析法[J]. 電力建設，2001,22（4）：23-25.

[4] 汪應洛. 系統工程導論[M]. 北京：機械工業出版社，1982：128-136.

[5] 許樹柏. 層次分析法分析原理[M]. 天津：天津大學出版社, 1988:2-5.