多目標決策法在電網調度關系轉移中的應用

夏榆杭，滕歡，姚崇固

（四川大學電氣信息學院，成都 610065）

多目標決策法在電網調度關系轉移中的應用

夏榆杭，滕歡，姚崇固

（四川大學電氣信息學院，成都 610065）

為了對電網進行調度關系的轉移，給出了一種將其劃分為不同區域進行調度關系轉移的方法，并建立了合理的區域電網調度關系轉移的評價指標體系，分別運用層次分析法和熵權法計算出主觀和客觀權重，得到其綜合權重集，再利用接近理想點法計算出各個分區電網適合進行調度關系轉移的順序。以某省電網為算例，首先對其分區，得到了9個區域電網，再進行相應的綜合評價，所得的結果與實際操作中進行調度模式優化相一致，驗證了該方法的正確性。

調度關系；轉移；分區電網；層次分析法；熵權法

隨著我國電力工業的不斷發展，電網規模急劇擴大，大量電源投產，各級電力調度機構需要進行調度的對象（發電機組、變電站）越來越多，電網穩定問題越來越突出，而且由于大區電網的互聯只是在區域電網的基礎上就近聯接，多屬于弱聯網，可能帶來一系列新的穩定問題[1，2]。在確保電網安全、經濟運行的統一目標[3]下，適時地進行電網調度關系的轉移[4]，合理調整各級調度的管轄范圍，優化電力資源的合理配置，已經成為各級調度機構適應電網快速發展的內在要求，這適應了我國建設智能電網的要求，確保了電網安全、優質、經濟運行，發揮了調度系統的整體優勢，優化了電力資源的配置。

1 分區電網的基本思想

在用電需求和電源不斷增長的情況下，良好的電網結構能便利地實現電力的供需平衡，較好地解決能源資源和負荷在地理分布上不均衡的矛盾，更合理地利用遠離負荷中心的動力資源，有利于實現負荷特性互補，減緩增加裝機容量和采用高效率大容量發電機組等。一般來說，合理的電網結構能在滿足供電需要的輸送容量、電壓質量和供電可靠性等基本要求的基礎上，把電力系統各部分組合起來使其整體運行安全且效率最高，經濟上最合理，并能適應系統不斷發展的需要。在《電力系統安全穩定導則》中，對電網結構大體可概括為4點[5]要求。

為了保障電網的安全性、穩定性和可靠性，便于在緊急事故狀態下采取措施，化解風險，避免電網過于緊密而導致的一系列技術問題，可以將其劃分為不同區域電網。依據地理位置和用電水平，將一個大的系統區劃成若干個相對獨立的區域，力求各區域內部能實現電力平衡。電網實現分區劃分后，當系統發生復雜故障時，可以分區運行，各區內電力大體自行平衡，避免事故擴大。此外，分區域供電還可為未來更高一級電壓電網的建設做準備。當更高一級電壓的網架建成后，可在其分區的基礎上，實施分區供電，以簡化網絡結構[6]。

電網分區應體現下列特點：分層分區，主次分明；受電中心區應組成堅強的環網；電廠之間沒有直接互聯；受電中心地區或其附近保持一定的電壓支撐能力；能防止發生連鎖反應而導致的大面積停電。

因此，在進行電網分區時，要參考該電網的特點，提取出該電網中的典型結構，把聯系緊密的線路和變電站設備分在一起，避免電網線路和設備分割的混亂。盡量使電網結構緊密，重要負荷劃分在不同的分區，盡量使同一分區里的電網設備與線路連接在一起，而且一般以電網中的備用線路作為劃分不同電網結構的分界點。此外，一些分部分運行的變電站也可以作為劃分電網結構的依據。

2 分區電網的評價指標體系

2.1 指標體系構成的分析

進行電網調度模式優化的研究，首先要對分區的電網結構進行研究分析，建立相應的分區電網結構評價指標體系，然后對其進行綜合評價，得到優先可以進行調度模式優化的分區電網結構，從而對具體操作起指導作用。確定調度模式優化的電網結構評價指標是進行該研究的最重要步驟，并結合其相關的可能情況和影響其調度模式優化的相關因素，從以下5個方面考慮建立分區電網調度模式評價指標體系。

2.1.1 清晰性

電網結構的清晰性是進行調度關系轉移時首先要考慮的一個因素。電網結構越清晰，進行轉移就越容易。根據復雜網絡理論，可以將一個具體的電力網絡抽象為一個由點集V和邊集E組成的圖G=（V，E）。電力網絡抽象為一張具有n個節點的稀疏連通圖，可以用n×n鄰接矩陣{Aij}表示，利用復雜網絡節點的度來度量線路和節點之間的聯系，得到網絡平均度[7]，反映網絡中線路和節點之間的關系。網絡平均度越小，表明線路和節點之間的聯系越不復雜，清晰性越好。其計算公式為

2.1.2 管轄權

在進行分區電網調度關系轉移時，需要考慮各個分區電網結構內部不同線路之間聯系的復雜性，比如一條線路聯系兩個屬于不同的供電局，不同的變電站，以及其內部聯絡線的關系等。因此管轄權問題包括電網內部變電站所屬局的個數、連接不同局的聯絡線數量以及電網內部的電廠情況。而對于電網內部變電站所屬局的個數，就是對于該電網結構中的所有變電站一共屬于幾個供電局管轄。如果此指標值為1，則說明該電網結構中的變電站都是屬于同一個供電局管轄，就比較容易進行調度關系的轉移。反之，如果此值較大，則轉移相對困難；內部聯絡線指標是和指標“供電局個數”緊密聯系在一起的。如果指標“供電局個數”為1，即對于某種電網結構中的所有變電站，如果他們都屬于同一個供電局，則他們“內部聯絡線”就為0。

2.1.3 安全性

電網的安全性要求任何設備發生故障時跳閘，系統滿足N-1校驗，電網中的設備和線路的工作量穩定在一定范圍，互聯系統中發生故障時，能對負荷持續供電。因此我們用電壓偏移大小、負載率和暫態穩定性3個指標[8]來表征安全性。

電壓偏移大小可以用電壓裕度指標來表示，其反映了節點電壓波動的相對大小，其計算公式為

式中，Vo和VN分別為節點當前狀態的電壓和額定電壓。

負載率是指設備（如線路）實際功率和額定功率之比，即

式中：Kp為負載率；P為設備實際功率；PN為設備額定功率。負載率是一個小于1的數，它是衡量電網用電均衡程度的指標。

2.1.4 可靠性

選取線路、變電站母線和變壓器3種電網主要設備[9]性能來表征電網的可靠性，依據其跳閘狀況用“線路跳閘率”、“母線跳閘率”和“變壓器跳閘率”來表示電力設備的可靠性指標。計算公式分別為

2.1.5 經濟性

計算線路的損耗方法來表征經濟性，即

2.2 分區電網的評價指標體系

綜合以上分析，建立如圖1所示的綜合評價指標體系。

圖1 組團式電網評價指標體系Fig.1 Evaluation index ofgrouped power

3 分區電網的綜合評價法

3.1 層次分析法

層次分析法[10～13]AHP（analytic hierarchy process）的基本思路是將所要分析的問題層次化，根據問題的性質和所要達成的總目標，將問題分解為不同的組成因素，并按照這些因素間的關聯影響及其隸屬關系，將因素按不同層次聚集組合，形成一個多層次分析結構模型，最后對問題進行優劣比較并排序。運用層次分析法來確定指標權重，由專家根據經驗對評價體系中的指標進行兩兩比較，判斷兩個指標之間的重要程度，構造成對比較判斷矩陣，并進行一致性校驗，最后得到指標權重。在形成判斷矩陣時，一般引入9級比率標度法，使人的判斷思維數量化，形成判斷矩陣。

3.2 熵權法

熵[14]的概念最初產生于熱力學，用來描述運動過程的一個不可逆現象。在信息論中用熵來表示系統的紊亂程度，是系統的不確定性或無序狀態的量度。在多目標評價決策中，評價指標的熵值和熵權具有反比關系，即如果某個評價指標的熵值越小，其對應的熵權就越大，反之亦然。評價指標的熵越大、熵權越小，該指標對決策而言越不重要。

評價指標的熵：在具有m個評價指標和n個待評價方案的決策問題中，第i個評價指標的熵為

在具有m個評價指標，n個待評價方案的決策問題中，第i個評價指標的熵權ωi定義為

3.3 綜合權值的計算

常用的綜合權值計算方法是乘數合成歸一法，計算公式為

式中：αi為綜合權值；λi為層次分析法的權重。

當熵權法和層次分析得出的權數排序完全相同時，用熵權法得出的權系數作為各指標的最終權系數，可有效消除指標權系數的主觀性，說明主觀決策必須以客觀事實為依據；當兩類方法得出的權系數按指標重要等級排序不一樣時，采用層次分析法得出的權系數為各指標的最終權系數，可消除由熵權法確定的權系數與指標的實際重要程度相悖的錯誤，說明客觀數據中存在與主觀認知相悖的情況；處于中間狀態時，可以依據決策者的喜好來采用折中的方法。折中分析方法綜合了熵權法和層次分析法的優點，使得多指標綜合評價中的權數的確定更合理。

3.4 接近理想點的排序法（TOPSIS）

接近理想方案的排序方法TOPSIS[15]（techique for order preference by similarity to ideal solution）是在加權規范化決策矩陣的基礎上，擬定理想方案A*和負理想方案A-，并確定每個方案距離A*和A-的距離，最后根據相對距離確定方案的優劣。其排序步驟如下。

步驟1構造規范化決策矩陣R為

式中：xij為未處理過的第j個方案的第i指標的指標值；rij為經過標準化處理的矩陣X=[xij]的值，rij∈[0，1]。

步驟2構造加權規范化矩陣V=[vij]，即

步驟3確定理想方案和負理想方案。當屬性值為效益型時，理想方案為每列中的最大值，負理想方案為每列中的最小值；當屬性值為成本型時，理想方案為每列中的最小值，負理想方案為每列中最大值。具體方案如下。

式中：i=1，2，…，m；J為效益型；J′為成本型。

步驟4計算與理想方案的距離以及與負理想方案的距離分別為

4 實例分析

以某省電網接線圖為例。電網特點有：①單個500 kV變電站主供、220 kV雙回路輻射電網；②單個500 kV變電站主供、220 kV雙回路環網；③多個500 kV變電站主供、220 kV雙回路環網；④不同的分區內有無內部聯絡線的電廠。根據以上特點，可以將其具體分為以下9個區。

分區1：港城－茂名－蝶嶺－江門－西江－硯都－羅洞－賢令山8個500 kV變電站以及8個變電站以下的220 kV網絡組成的大環網。

分區2：曲江－花都－北郊－增城－廣南5個500 kV變電站以及以下的220 kV網絡組成的大環網。

分區3：順德－香山2個500 kV變電站以及以下的220 kV網絡組成的環網。

分區4：橫瀝500 kV變電站以及以下的220 kV網絡組成的輻射狀電網。

分區5：莞城500 kV變電站以及以下的220 kV網絡組成的輻射狀電網。

分區6：東莞500 kV變電站以及以下的220 kV網絡組成的輻射狀電網。

分區7：寶安－鵬城2個500 kV變電站以及以下的220 kV網絡組成的環網。該組團內有3個電廠，1回直流，通過2回500 kV線路和沙A、C電廠相聯系。

分區8：鯤鵬－深圳2個500 kV變電站以及以下的220 kV網絡組成的環網。

分區9：博羅－惠州－茅湖－榕江－汕頭－嘉應6個500 kV變電站以及以下的220 kV網絡組成的環網。該組團內有13個電廠，包括1座抽水蓄能電廠，1回直流。

在所得到實際數據的基礎上，運用層次分析法和熵權法對該9大分區進行是否適宜進行調度模式優化的評價。先將2級指標進行層次分析法和熵權法進行評價，然后利用TOPSIS計算出網絡平均度、變電站所屬局個數、內部聯絡線數量和網損率等量的偏離度。再利用2級指標中的偏離度作為1級指標中清晰性、管轄權、可靠性、安全性和經濟性指標數據，分別用層次分析法和熵權法進行評價，評價結果如表1所示。

表1 1級指標數據Tab.1 Data of primary index

（1）應用AHP進行兩兩比較，判斷兩個指標之間的重要程度，得到1級指標的判斷矩陣，如表2所示。

表2 1級指標判斷矩陣Tab.2 Judgmentmatrix of primary index

由特征方程UW=λmaxW，求得判斷矩陣的最大特征值λmax和其所對應的特征向量W分別為：λmax=4.651 8，W=[0.736 2，0.581 7，0.260 9，0.128 3，0.102 7]T，進行一致性檢驗后，滿足要求，得到其主觀權值A=[0.253 2，0.207 5，0.151 6，0.283 2，0.105 5]T。

（2）求熵與熵權，結果如表3所示。

表3 1級指標的熵和熵權Tab.3 Entropy and entropy weightof primary index

（3）求得其主觀權值和熵權值的綜合權值B= [0.175 0，0.120 3，0.211 5，0.390 2，0.103 0]T；計算出各個指標的距離和偏離度，如表4所示。

表4 1級指標的距離和偏離度Tab.4 Distanceand Deviation of Primary Index

得到9大組團進行調度模式優化優劣程度依次為：分區4＞分區5＞分區6＞分區8＞分區7＞分區3＞分區2＞分區1＞分區9，可見分區4最適合進行電網調度關系的轉移。

5 結語

本文對電網調度關系轉移的研究，提出了將其劃分為不同區域，進行電網調度關系轉移的方案，并建立了較為全面、合理的電網調度關系轉移的評判指標體系，引入了運用了相應的評價方法對其評價，提供了一種進行評價電網調度關系轉移的新思路，為發揮電網調度系統的整體優勢提供了理論依據，最后算例驗證了方法的正確性。

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Application ofM ultiple-objective Decision Method in the Transfer of Dispatching Relationship of Power Grid

XIA Yu-hang，TENGHuan，YAOChong-gu
（Schoolof Electrical Engineering and Information，Sichuan University，Chengdu 610065，China）

In order to realize the transfer of scheduling relationship for power grid，this paper put forward a proposal which divided it into different regions to carry the transfer of dispatch relationship，established reasonable evaluation index ofgrid partitioning for scheduling relationship，separately applied analytic hierarchy process and entropyweight method to calculate subjective and objectiveweight，then obtained compositiveweightsetand figured out the order of each suitable partitioning according to TOPSIS（technique fororder preference by similarity to idealsolution）.The article took a provincial power grid as an example，divided it into partitioning and then evaluated them comprehensively. The resultsare consistentwith practicaloperation and the correctnessof themethod is testified.

dispatching relationship；transfer；power grid partitioning；analytic hierarchy process；entropy weight method

TM715

A

1003-8930（2013）05-0156-06

夏榆杭（1986—），男，碩士研究生，從事電力系統調度自動化及計算機信息處理方面的研究。Email：406602096@qq. com

滕歡（1964—），女，副教授，碩士生導師，從事電力系統調

度自動化及計算機信息處理方面的研究。Email：434988455 @qq.com

姚崇固（1987—），男，碩士研究生，從事電力系統調度自動化及計算機信息處理方面的研究。Email：278086129@qq. com

2011-11-04；

2011-12-16