智能電網條件下電網規劃方案模糊物元優選模型

，，

(1.國網烏魯木齊供電公司，新疆 烏魯木齊 830000，2.國網疆南供電公司，新疆 喀什 844000)

1 引言

在面臨全球氣候變化的壓力下，人類社會正尋求一種可持續發展的經濟增長模式。智能電網建設的大背景下，那些消耗大量化石能源的電力行業將必然要對現有的能源結構進行調整，而新能源將在電力行業中發揮更重要的作用。智能電網已經成為各國電力發展的一種趨勢。其中，智能電網的低碳與清潔特性在推動能源結構調整、可再生能源的發展具有很重要的意義[1]。大規模可再生能源發電基地接入電網，必然對輸電網結構的合理性提出了更高的要求。

輸電網規劃方案的評價是一個多目標、多屬性決策問題。它是在形成若干不同輸電網規劃方案后，通過對這些方案的可靠性、經濟性、適應性、環保性等多方面指標進行定量或定性的評價，構造出一定的數學模型對不同方案的所有單指標評價值進行綜合，決策出綜合最優的規劃方案。目前已有多種綜合決策方法被用于輸電網規劃方案的優選。文獻[2]將層次分析法應用于配電網規劃方案的綜合決策，運用了區間數和模糊數來處理一些指標的不確定性和專家判斷的模糊性，并用實例證明了方法是科學合理的。文獻[3]提出了運用模糊層次分析法進行電網規劃方案的決策，但專家個人偏好會對最后評價的結果產生影響。文獻[4] 將數據包絡分析應用在電網規劃方案的綜合決策中，使的電網規劃的綜合決策更具客觀性。文獻[5]把灰色關聯度和理想解法相結合進行方案的綜合評價決策，并引入信息熵的概念以此確定客觀權重，同時與層次分析法的權重綜合形成新的權重,減少了決策中的主觀隨意性。文獻[6]普通的模糊綜合評判法除在隸屬函數的確定時帶有較強的主觀任意性之外，還可能導致最終排序優劣間的差異趨于均化，但經過作者改進過后的模糊綜合評判法，充分利用了指標的全部評價信息，從而得到易于區分的評價結果。文獻[7]中主成分分析法能夠對高維變量系統進行綜合與簡化，客觀確定指標權重，并在輸電網規劃方案決策中取得了良好的效果。但是對高維變量進行處理時，尤其是當評價指標多時，遺失的有用信息也就越多，誤判的可能性就越大，因此當評價指標增多時，該方法有待進一步完善。

近些年來,迅速發展起來的模糊物元分析方法[8-11]則可對事物進行定性或定量的描述,信息熵理論則能反映評價指標內部信息[12],為輸電網規劃方案的優選決策提供了一條新的途徑?；谳旊娋W規劃的熵模糊物元決策模型，探討了電網規劃方案優選的合理決策。

2 熵模糊物元綜合決策模型

2.1 模糊物元決策模型

模糊物元是以事物名稱N、特征C和模糊量值μ組成的有序三元組(N,C,μ),是模糊物元理論描述事物的基本元[13]。這里將具有n項評價指標的m種規劃方案的決策，構建成n維復合模糊物元矩陣P

(1)

公式中Mi(i=1,2,…,m)代表第i個方案；Cj(j=1,2,…,n)為待選方案第j個評價指標；μ(xij)為方案Mi特征j的模糊值。再由模糊物元矩陣P變成模糊物元矩陣Q為：

(2)

式中βij(i=1,2,…,m;j=1,2,…,n)表示i方案評價指標j的模糊量值。

各單項評價指標相應的模糊量值計算可以分為三種。當指標j是收益型指標時，

(3)

當指標j是消耗型指標時，

(4)

當指標j是區間型指標時，

(5)

由所有指標特征的最大值或最小值構造出最佳方案n維模糊物元R

(6)

其中R各項由Q內各評價方案模糊量值的最大或最小值來確定。

最后采用貼近度來對方案進行排序。貼近度的計算公式，

(7)

式中，δ為方案Mi與最佳方案M0之間的距離；wj為指標j的滿意權重；ρ為距離參數，當ρ=1時，為海明貼近度；當ρ=2為歐氏貼近度。本文選用的是歐式貼近度，并以貼近度最大的規劃方案為最佳方案來進行優選排序。

2.2 評價指標權重的確定

θ=(θ1,θ2,…θ3)T

其中θj∈(0,1);j=1,2,…n。

最后將該滿意度向量和客觀權重進行綜合，即為滿意權重：

(8)

3 基于熵模糊物元的輸電網規劃方案決策

(1)建立起合理的電網規劃評估體系是評價的基礎工作，其科學性和合理性直接影響著評價結果的準確性。在綜合考慮可靠性、經濟性、適應性與環保性等電網規劃方案的影響因素，建立電網規劃方案綜合評估體系。須要注意的是，在具體的綜合評價分析的過程中，應該根據要求對這些技術指標有所保留和刪減?？梢詫⒅笜朔譃槎ㄐ灾笜撕投恐笜藘深悾瑢τ谖闹械亩ㄐ灾笜送ㄟ^一定的變化將其轉化成定量指標。

(2)由于方案評價指標的量綱和類型不一致，為消除不同指標量綱和量綱單位的不同所帶來的不可共度性,首先進行指標的同度量化。采取指標同度量化處理得到矩陣P′:

(9)

因為上述標準化以后可能會帶來負值影響，所以可進行坐標平移。指標值pij′經過平移之后變為pij，而矩陣P′則變為P，其中pij=pij′+l。式中l是坐標平移的幅度(本文取l=2)。

(3)將熵權法和專家意見法相結合求出規劃方案各指標的滿意權重。

(4)運用模糊物元分析法對規劃方案進行擇優和排序。

4 實例分析

IEEE Garver-6系統是目前國內外輸電網規劃領域經常使用的經典算例[15]。參考文獻[7]所建立的綜合評估體系,待選方案指標計算值見表1。對于表中的定性指標，采取模糊評價集的方法，先建立評價集V={v1,v2,…,v7}={1,3,4,5,6,7,9}起對應的7個語言等級為分別{很差，較差，稍差，一般，稍好，較好，很好}，然后將對應的定性指標轉化成定量指標。

表1 待選方案指標計算值

根據表1給出的三種輸電網規劃方案，建立起模糊物元評價矩陣P

由于各指標的類型和量綱不同，根據公式(3)～(5)將不同指標轉化成統一的類型。剩余輸電容量指標則參考文獻[16]中的計算方法進行轉換。最后計算出各指標的模糊量值，將模糊物元矩陣P轉變成復合模糊物元矩陣Q。

最后由所有指標特征的最大值或最小值構造出最佳方案n維模糊物元矩陣R。對應的復合模糊物元矩陣R如下所示。

根據表1中的數據，各指標的熵權參考文獻[12]來計算得到即w0=(0.1329，0.0943，0.1329，0.0954，0.0943，0.1233，0.0947，0.1004，0.1318)專家給出滿意度向量為θ=(0.15，0.05，0.15，0.05，0.2，0.15，0.05，0.1，0.1)，分別將w0和θ代入公式(8)得到綜合主觀權重和客觀權重的滿意權重w=(0.1739,0.0411,0.1738,0.0416,0.1645,0.1613,0.0413,0.0875,0.1149) 。

根據式(7)可計算出各方案與理想方案R的歐式貼近度分別為δ1=0.6979，δ2=0.8403，δ3=0.8558，由此可以得出方案3與方案2是明顯優于方案1的。而方案3雖然投資成本較方案2略高，但其運行費用和線路平均負載率等其他幾個指標都是要優于方案2的。將本文結果與其他幾種方法結果對比如表2所示。

表2 不同方法求得各方案的綜合評價結果

將本文計算的結果和其他方法的結果進行比較，本文得到的最終排序的結果完全正確。因此將熵模糊物元決策模型應用在輸電網規劃方案決策中是有效的、可行的。

4 結論

本文針對輸電網規劃方案綜合評價中指標的不相容性，提出了將熵理論和模糊物元模型相結合應用在輸電網規劃方案決策過程中，對指標進行量化，建立了基于熵權的輸電網規劃方案優選的模糊物元決策模型。并通過算例求出了最優的規劃方案，計算結果表明了，運用熵模糊物元理論進行方案評價和優選有很好的一致性，且計算方法簡單。計算過程直觀。最后把本文中的結果與其他方法計算出的結果進行對比，通過對比反映了本文評價決策結果的準確可靠性。

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