基于改進(jìn)層次分析法的配網(wǎng)供電可靠性研究

周紅娟

（廣東電網(wǎng)有限責(zé)任公司陽江供電局，廣東 陽江 529500)

0 前言

供電可靠性的要求日益變高[1-2]。配網(wǎng)的優(yōu)化運(yùn)行對提高配電網(wǎng)的安全性和經(jīng)濟(jì)效益非常重要[3]。為了有效提高配網(wǎng)系統(tǒng)的可靠性對其影響因素進(jìn)行分析，提出合理有效的優(yōu)化方法。近年來，開展了一系列的關(guān)于配網(wǎng)可靠性的研究[4]。國內(nèi)一般采用面向系統(tǒng)的供電可靠性指標(biāo)體系來評估配電網(wǎng)的優(yōu)劣，統(tǒng)計范圍僅涉及中高壓電壓等級[5-7]，而未建立較為完整的可靠性指標(biāo)體系。王江濤[8]、林俊[9]提出了用層次分析法解決配電網(wǎng)規(guī)劃中的綜合決策問題；楊惠敏[10]從數(shù)據(jù)上對供電可靠性指標(biāo)本身做了相關(guān)的分析；宋偉萍[11]對影響供電可靠性的指標(biāo)進(jìn)行了分析，但忽視了對其影響程度進(jìn)行深度解剖。而本文綜合以上三點(diǎn)，用改進(jìn)的AHP決策方法來對主觀判斷進(jìn)行分析研究，建立了較為完整的可靠性指標(biāo)評判體系，為配網(wǎng)供電可靠性分析與優(yōu)化提供了一定的理論依據(jù)。

本文從用戶側(cè)、配電設(shè)備和與供電負(fù)荷三方面著手，利用改進(jìn)的層次分析法對配網(wǎng)可靠性進(jìn)行分析研究，定量地計算出了各配網(wǎng)供電可靠性影響因素的重要程度，為配網(wǎng)系統(tǒng)的實(shí)際運(yùn)行提供了寶貴的理論基礎(chǔ)。

1 改進(jìn)的層次分析法

層次分析法AHP（Analytic Hierarchy Process）是以人對事情的主觀判斷為出發(fā)點(diǎn)，用客觀的理論知識來對這種主觀判斷進(jìn)行分析的多目標(biāo)決策方法。它在實(shí)例的決策過程中用定量分析的思想對非定量事件進(jìn)行分析，或者是用客觀的理論思想對主觀判斷進(jìn)行分析。

AHP的思想是：首先分解復(fù)雜問題，將復(fù)雜的事件清晰直觀化；其次，引入對比理論，通過兩兩比較，用相對標(biāo)度將人的主觀判斷標(biāo)量化，并逐層建立判斷矩陣[12]；然后，求解判斷矩陣的權(quán)重，判斷一致性；最后，計算指標(biāo)的綜合權(quán)重。通過建立清晰的層次結(jié)構(gòu)將多指標(biāo)的評判決策問題分解和簡化，并在此基礎(chǔ)上確定屬性的權(quán)重，從而反映同層指標(biāo)間的重要程度。

1.1 AHP綜合評判決策步驟

1）建立層次結(jié)構(gòu)；

2）對比同層目標(biāo)的重要性，建立比較矩陣；

3）形成判斷矩陣；

4）判斷矩陣一致性校驗(yàn)；

5）判斷矩陣權(quán)重求解；

6）綜合權(quán)重計算和排序。

用層次分析法可以將一個復(fù)雜的非量化的理論問題轉(zhuǎn)化為定量的數(shù)學(xué)問題來進(jìn)行分析。

層次分析法進(jìn)行實(shí)例評估的關(guān)鍵問題是根據(jù)指標(biāo)的重要性程度來確定比較矩陣和構(gòu)造判斷矩陣[13]。在實(shí)際運(yùn)行中，專家根據(jù)自己多年的工作經(jīng)驗(yàn)，給出主觀上較為科學(xué)的比較標(biāo)準(zhǔn)，從而得到了比較矩陣，運(yùn)用不同的方法可以構(gòu)造出判斷矩陣。本文就針對配網(wǎng)可靠性指標(biāo)來建立權(quán)重評估體系。

1.2 分析方法

1）將評判的各指標(biāo)按某種共性進(jìn)行分成若干組，并按并列或支配關(guān)系進(jìn)行組合，形成遞階層次結(jié)構(gòu)。

2）用三標(biāo)度法對同一層次的元素進(jìn)行兩兩對比，建立比較矩陣A。

采用三標(biāo)度法，可知，

3）計算出比較矩陣中的各元素重要性的排序，然后將其轉(zhuǎn)化為能夠直觀分析的判斷矩陣。

1.3 構(gòu)造判斷矩陣的方法

目前用得比較多的構(gòu)造判斷矩陣的方法是極差法或極比法，本文采用極差法進(jìn)行構(gòu)造。

用極差法構(gòu)造判斷矩陣

其中，rij是矩陣A每行元素之和；Cb為常量，在實(shí)踐中一般取Cb=9；極差R，R=rmax－rmin，rmin=max{r1,r2,…rn},rmin=min{r1,r2,…rn}；

Cij為一致性判斷矩陣。

1.4 一致性檢驗(yàn)

一 般 如 果 當(dāng)CI＜0.1 且CR＜0.1， 則 認(rèn) 為判斷矩陣的一致性可以接受；當(dāng)CI≥0.1或者CR≥0.1，則認(rèn)為判斷矩陣的一致性不可以接受，應(yīng)對判斷矩陣作適當(dāng)修改，重新對改正后的矩陣進(jìn)行權(quán)重計算和一致性檢驗(yàn)。

2 影響配網(wǎng)可靠性的指標(biāo)

供電可靠性指標(biāo)分析不僅為提高供電質(zhì)量和實(shí)現(xiàn)電力工業(yè)現(xiàn)代化提供重要的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，同時也為電網(wǎng)的規(guī)劃和改造提供重要的理論決策依據(jù)[14]。配電系統(tǒng)可靠性指標(biāo)按照其功能進(jìn)行分類，可分為用戶側(cè)可靠性指標(biāo)、配電設(shè)備可靠性指標(biāo)和與供電負(fù)荷可靠性指標(biāo)三種指標(biāo)類型[15]。

2.1 用戶側(cè)可靠性指標(biāo)構(gòu)成

1）系統(tǒng)平均停電頻率指標(biāo)（SAIFI），單位：次/（用戶·年）。

2）用戶平均停電頻率指標(biāo)（CAIFI）

3）系統(tǒng)平均停電持續(xù)時間指標(biāo)（SAIDI）

4）用戶平均停電持續(xù)時間指標(biāo)（CAIDI），

5）平均供電可用率指標(biāo)（ASAI）

2.2 配電設(shè)備可靠性指標(biāo)

1）故障率λ，來表示配電設(shè)備元件在一年時間內(nèi)發(fā)生故障的次數(shù)，用次/年表示；

2）平均故障修復(fù)時間r，表示修復(fù)設(shè)備平均花費(fèi)的時間；

3）計劃檢修率λ'，表示一年時間內(nèi)對元件進(jìn)行計劃檢修的次數(shù)，單位為次/年；

4）平均檢修持續(xù)時間r'，表示對一個設(shè)備進(jìn)行計劃檢修所需要的平均時間，單位為小時/次。

2.3 供電負(fù)荷可靠性指標(biāo)

1）平均系統(tǒng)缺電指標(biāo)ASCI，單位為kW.h/用戶。

2）缺供電量期望值EENS是指系統(tǒng)在一年中因停電而造成用戶總的電量損失。

式中，Lai為連接負(fù)荷點(diǎn)i的平均負(fù)荷；Ui為年停電時間對上述的供電可靠性指標(biāo)的分析在配網(wǎng)系統(tǒng)有著極其廣泛的應(yīng)用，它通過對現(xiàn)有的電網(wǎng)構(gòu)架系統(tǒng)進(jìn)行可靠性的統(tǒng)計分析，為尋找系統(tǒng)的薄弱環(huán)節(jié)提供手段，從而提出相應(yīng)的整改措施；同時又可用于對系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)行的可靠性進(jìn)行分析預(yù)測，能夠較準(zhǔn)確地對未來的同樣條件下的電網(wǎng)運(yùn)行情況進(jìn)行把控。

3 實(shí)例分析

配網(wǎng)與復(fù)雜多樣的用戶用電直接相連，其可靠性對用戶有著重要的影響。而可靠性指標(biāo)是權(quán)衡系統(tǒng)可靠性的有效標(biāo)準(zhǔn)和可靠依據(jù)。一個好的評估指標(biāo)可以清晰地反映系統(tǒng)的供電水準(zhǔn)，為有效地提高系統(tǒng)的可靠性提供精準(zhǔn)的數(shù)據(jù)支持。配網(wǎng)供電可靠性層次分析表如表1所示。

表1 配網(wǎng)供電可靠性層次分析

以用戶側(cè)可靠性指標(biāo)為例進(jìn)行供電可靠性計算，確定各個指標(biāo)相對于用戶影響的權(quán)重。與用戶端相關(guān)的指標(biāo)中，用c1表示系統(tǒng)平均停電頻率指標(biāo)，c2表示用戶平均停電頻率指標(biāo)，c3表示系統(tǒng)平均停電持續(xù)時間指標(biāo)，c4表示用戶平均停電持續(xù)時間指標(biāo)，c5表示平均供電可用率指標(biāo)。用AHP對以上五個指標(biāo)進(jìn)行分析研究如下：

1）結(jié)合配網(wǎng)運(yùn)行的實(shí)際情況和專家的意見，利用三標(biāo)度的方法建立比較矩陣：

2）利用極差法構(gòu)造判斷矩陣

由比較矩陣A可知，r1=7,r2=9,r3=3,r4=5,r5=1且R=8即可構(gòu)造判斷矩陣：

3）進(jìn)行一致性檢驗(yàn)

那么最大特征值λmax為：

相容性指標(biāo)CI如下：

其中n=5時，RI=1.12。

可知，滿足一致性條件。所以此時分析的六個指標(biāo)對用戶側(cè)的權(quán)重為：

同樣地，可以計算得到d1，d2，d3，d4相對于配電設(shè)備可靠性指標(biāo)的權(quán)重為

Wd=[0.549 0.127 0.263 0.061]；e1，e2相對于供電負(fù)荷可靠性指標(biāo)的權(quán)重為

We=[0.987 0.013]。最后計算得，用戶側(cè)、配電設(shè)備側(cè)、供電負(fù)荷側(cè)對配網(wǎng)系統(tǒng)供電可靠性的權(quán)重為Wb=[wb1wb2wb2]=[0.692 0.231 0.077]。

所以最終各指標(biāo)對于配電網(wǎng)供電可靠性的權(quán)重為：

由以上的計算結(jié)果可知，影響供電可靠性的各指標(biāo)的重要性大小如表2所示，其中用戶平均停電頻率指標(biāo)最重要，在設(shè)計的方案中應(yīng)優(yōu)先對其進(jìn)行優(yōu)化。另外，在計算的各指標(biāo)的權(quán)重基礎(chǔ)上，將該可靠性指標(biāo)評價體系可用于評價配網(wǎng)改造方案的優(yōu)劣。

表2 各指標(biāo)對于總體系的權(quán)重大小

4 結(jié)束語

本文利用改進(jìn)的層次分析法進(jìn)行分析，通過三標(biāo)度法來建立判斷矩陣，所需定量信息簡單，容易為決策者接受，并提供了較滿意的一致性結(jié)果。以專家的意見和主觀判斷為依據(jù)，利用嚴(yán)密的AHP分析方法來確定影響配網(wǎng)供電可靠性指標(biāo)的權(quán)重。既有助于有針對性地優(yōu)化配網(wǎng)系統(tǒng)可靠性，也可用于評價與優(yōu)選配網(wǎng)系統(tǒng)的建設(shè)規(guī)劃方案。最后，用案例驗(yàn)證了本文所建立的配網(wǎng)可靠性評價指標(biāo)體系的有效性和合理性。