基于改進(jìn)AHP方法的發(fā)電技術(shù)方案選優(yōu)

單建軍　王　卡（淮河工程有限公司徐州221018）

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基于改進(jìn)AHP方法的發(fā)電技術(shù)方案選優(yōu)

單建軍王卡
（淮河工程有限公司徐州221018）

基于發(fā)電技術(shù)的多樣性和復(fù)雜性，采用改進(jìn)的AHP方法進(jìn)行發(fā)電技術(shù)的多目標(biāo)優(yōu)選決策，對(duì)傳統(tǒng)的AHP方法進(jìn)行改進(jìn)時(shí)，采用構(gòu)建三標(biāo)度（-1，0，1）矩陣的方法，引入最優(yōu)傳遞矩陣，避免了傳統(tǒng)方法構(gòu)建判斷矩陣時(shí)權(quán)重選擇的模糊性。實(shí)例證明，改進(jìn)的AHP方法應(yīng)用于發(fā)電技術(shù)方案的評(píng)價(jià)與選擇是可行的。

層次分析法判斷矩陣發(fā)電技術(shù)綜合評(píng)價(jià)

1　引言

近年來，我國(guó)電力工業(yè)發(fā)展取得重大進(jìn)步，發(fā)展了多種發(fā)電方式。各種發(fā)電方式在經(jīng)濟(jì)效益、發(fā)電技術(shù)、環(huán)境效益、資源利用方面等方面各占優(yōu)勢(shì)，并且這些因素又相互影響、相互制約，構(gòu)成一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)。因此，這些發(fā)電方式的綜合效益很難用單一的目標(biāo)函數(shù)或評(píng)價(jià)準(zhǔn)則進(jìn)行評(píng)價(jià)。層次分析法（AHP，Analytic HierarchyProcess）是一種定性與定量相結(jié)合的多因素決策分析方法。該方法能將復(fù)雜的問題分解為不同的組成因素，按照因素間的相互關(guān)聯(lián)、隸屬關(guān)系，分成不同的層次組合，從而構(gòu)成一個(gè)多層次的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)模型，提高決策者對(duì)各目標(biāo)差異的辨別，從而提高目標(biāo)權(quán)重設(shè)定的準(zhǔn)確性。本文建立了發(fā)電方式的遞階層次結(jié)構(gòu)評(píng)價(jià)模型，對(duì)改進(jìn)的層次分析法在發(fā)電方式優(yōu)選中的應(yīng)用作了深入探討，以數(shù)字結(jié)果的形式直觀地反映對(duì)不同決策因素的側(cè)重不同，而形成技術(shù)選擇決策的差異，為技術(shù)選擇提供理論借鑒。

2　層次分析法的決策程序

2.1建立遞階層次結(jié)構(gòu)模型

對(duì)問題進(jìn)行系統(tǒng)分析，弄清該問題系統(tǒng)所包含因素、因素之間的相互關(guān)系和最終需要解決的問題。并把這些元素按不同屬性分為若干組，形成不同層次。

2.2構(gòu)造兩兩判斷矩陣

判斷矩陣是AHP法的信息基礎(chǔ)，判斷矩陣元素的值反映了問題中各元素的相對(duì)重要性。傳統(tǒng)的判斷矩陣評(píng)價(jià)方法采用A.L.Saaty的1～9標(biāo)度的比例進(jìn)行標(biāo)度，標(biāo)度含義為：1表示Ci和Cj同樣重要；3表示Ci比Cj稍微重要；5表示Ci比Cj重要；7表示Ci比Cj重要得多；9表示Ci比Cj特別重要。2，4，6，8則表示上述相鄰判斷的中值。

用AHP方法確定指標(biāo)權(quán)重，最關(guān)鍵的環(huán)節(jié)是建立各層次上的判斷矩陣，但在實(shí)際應(yīng)用中，由于人為判斷的片面性，兩兩比較的結(jié)果不一定具有客觀一致性，因此通常需要一致性檢驗(yàn)，若不能通過檢驗(yàn)，常規(guī)的做法是用估計(jì)來調(diào)整判斷矩陣，帶有主觀性和盲目性，有時(shí)需要經(jīng)過多次調(diào)整才能通過一致性檢驗(yàn)。為此，本文采用三標(biāo)度（1，0，-1）法，對(duì)常規(guī)的層次分析法進(jìn)行改進(jìn)，標(biāo)度含義為：1表示Ci比Cj重要；0表示Ci和Cj同樣重要；-1表示Ci不如Cj重要。

通過相應(yīng)兩兩方案指標(biāo)比較，建立比較矩陣，計(jì)算最優(yōu)傳遞矩陣，進(jìn)而確定一致矩陣（即判斷矩陣），該方法帶有自調(diào)節(jié)功能，不需要進(jìn)行一致性檢驗(yàn)，與其他標(biāo)度相比具有良好的判斷傳遞性與標(biāo)度值的合理性，有利于決策者在兩兩比較判斷過程中提高準(zhǔn)確性。

2.3層次單排序

根據(jù)判斷矩陣計(jì)算該層要素關(guān)于相鄰上一層次要素的優(yōu)先權(quán)重，稱為層次單排序。層次單排序可以歸結(jié)為計(jì)算判斷矩陣中最大特征值所對(duì)應(yīng)的特征向量，作為該層次各個(gè)要素的優(yōu)先權(quán)重向量。

2.4層次總排序

計(jì)算同一層所有要素對(duì)于最高層（總目標(biāo)）相對(duì)重要性的排序權(quán)值，稱為層次總排序。由方案層的總排序結(jié)果，就可以得出方案的優(yōu)劣排序。

3　改進(jìn)AHP方法在發(fā)電技術(shù)方案優(yōu)選中的應(yīng)用

3.1問題的建立

假定可供選擇的發(fā)電技術(shù)方案有：常規(guī)的無脫硫燃煤蒸汽輪機(jī)發(fā)電（PC）、帶尾氣脫硫的燃煤蒸汽輪機(jī)發(fā)電（PC+FGD）、燃?xì)狻羝?lián)合循環(huán)發(fā)電（CCPP）和整體煤氣化聯(lián)合循環(huán)發(fā)電（IGCC）四種發(fā)電技術(shù)。在決策過程中，要考慮幾種發(fā)電技術(shù)的經(jīng)濟(jì)指標(biāo)、環(huán)境指標(biāo)和社會(huì)效益指標(biāo)的比較。通過比較，對(duì)這些方案在多準(zhǔn)則下的優(yōu)劣性進(jìn)行排隊(duì)，然后作出決策。

3.2建立發(fā)電技術(shù)方案優(yōu)選遞階層次結(jié)構(gòu)模型

發(fā)電技術(shù)全作為一個(gè)復(fù)雜系統(tǒng)進(jìn)行評(píng)價(jià)，首先要把復(fù)雜的問題分解為不同的層次。同一層次要素作為準(zhǔn)則，對(duì)下一層的某些要素起支配作用，同時(shí)它又受上一層要素的支配。處于最上面一層的層次成為目標(biāo)層，這個(gè)最高層次通常只有一個(gè)要素，是分析問題的目標(biāo)；中間層次稱為準(zhǔn)則層，準(zhǔn)則層的下一層次是子準(zhǔn)則層；最低一層的層次成為方案層，這層是解決問題的預(yù)選方案。

根據(jù)我國(guó)發(fā)電技術(shù)管理工作實(shí)際，參考已有的研究成果，經(jīng)理論分析和專家咨詢，將發(fā)電技術(shù)綜合評(píng)價(jià)系統(tǒng)分為目標(biāo)層A、準(zhǔn)則層B、方案層C共3個(gè)層次。

一層為目標(biāo)類（A層），即綜合效益（A）。

二層為準(zhǔn)則類（B層），這是衡量目標(biāo)能否實(shí)現(xiàn)的標(biāo)準(zhǔn)，包括技術(shù)、經(jīng)濟(jì)效益（B1），環(huán)境效益（B2），社會(huì)效益及其他（B3）3個(gè)準(zhǔn)則。

三層為方案類（C層），是指實(shí)現(xiàn)目標(biāo)的方案、方法、手段等，包括煤粉發(fā)電技術(shù)（PC）（C1）、煤粉電站+煙氣脫硫處理（PC+FGD）（C2）、燃?xì)庹羝?lián)合循環(huán)（CCPP）（C3）、整體煤氣化聯(lián)合循環(huán)發(fā)電技術(shù)（IGCC）（C4）4種發(fā)電技術(shù)。

按目標(biāo)到方案自上而下地將各類因素之間的直接影響關(guān)系排列于3個(gè)不同層次，形成以綜合效益為總目標(biāo)，以技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益、環(huán)境效益、社會(huì)效益為評(píng)價(jià)準(zhǔn)則，評(píng)價(jià)PC、PC+FGD、CCPP、IGCC4種發(fā)電技術(shù)的遞階層次結(jié)構(gòu)模型（圖1）。

3.3建立判斷矩陣

建立評(píng)價(jià)發(fā)電技術(shù)的遞階層次結(jié)構(gòu)模型后，上下層次之間元素的隸屬關(guān)系就被確定。判斷矩陣表示針對(duì)上一層次某元素，本層次有關(guān)元素之間的相對(duì)重要性。判斷矩陣元素的值反映了對(duì)各因素相對(duì)重要性的認(rèn)識(shí)，本文采用三標(biāo)度（1，0，-1）法確定，整理得到各層次的比較矩陣。

3.4層次單排序

圖1　發(fā)電技術(shù)方案優(yōu)選遞階層次模型圖

代入計(jì)算得：

其次，把矩陣R轉(zhuǎn)化為一致矩陣D，其中，dij=exp（rij）。代入計(jì)算得：

再次，用方根法求出矩陣A-B的特征向量。層次單排序可以歸結(jié)為計(jì)算判斷矩陣的最大特征值（λmax）對(duì)應(yīng)的特征向量，即滿足關(guān)系式DW=λmaxW的特征向量W=［W1，W2，…Wn］T，作為該層次n個(gè)要素的優(yōu)先權(quán)重向量。

本文選用方根法求解，首先計(jì)算判斷矩陣每一行各元素的乘積的n次方根（n為判斷矩陣的階數(shù)），得到一向量，然后對(duì)向量進(jìn)行歸一化處理，得到的列向量即為所求特征向量。求解得矩陣A-B的特征向量為W=［0.276，0.455，0.167，0.102］T。用同樣的方法求出判斷矩陣B1-C，B2-C，B3-C，B4-C的特征向量。

3.5層次總排序

層次總排序就是針對(duì)目標(biāo)層A而言的，方案層C的次序排列，為層次單排序的加權(quán)組合。

V=WjW

根據(jù)本文層次總排序結(jié)果可以看到，CCPP在綜合效益上具有優(yōu)勢(shì)，其次為IGCC，接下來為PC+FGD及PC。由以上計(jì)算結(jié)果可以看出，燃?xì)庹羝?lián)合循環(huán)（CCPP）為最合適的發(fā)電技術(shù)方案。

4　結(jié)論

采用層次分析法評(píng)價(jià)多種發(fā)電技術(shù)綜合效益的關(guān)鍵是構(gòu)造兩兩比較判斷矩陣，確定其權(quán)重。在實(shí)際使用中，判斷矩陣?yán)玫男畔⒅饕菦Q策者或?qū)＜业倪x擇與判斷，決策過程充分反映了決策者對(duì)問題的認(rèn)識(shí)，增強(qiáng)了決策的有效性。優(yōu)化AHP法對(duì)發(fā)電技術(shù)方案進(jìn)行優(yōu)選切實(shí)可行，它避免了傳統(tǒng)的AHP法易陷入判斷矩陣不一致的缺點(diǎn)，并使得邏輯清晰，易為決策者接受和掌握。

本文所構(gòu)造的發(fā)電技術(shù)方案優(yōu)選遞階層次結(jié)構(gòu)模型，將定量因素與定性因素有機(jī)地結(jié)合起來，用統(tǒng)一的方式進(jìn)行處理，突破了以往模型只在某方面進(jìn)行單一評(píng)價(jià)的局限性，以數(shù)字形式直觀地表明不同發(fā)電技術(shù)在一定選擇條件下的綜合效益的優(yōu)劣，較之一般的定量分析決策方法應(yīng)用范圍更加廣泛，實(shí)用性更強(qiáng)■