利用 AHP-熵權法對負荷體系的測評優(yōu)化構建與實現(xiàn)

占彤平 劉小龍 潘丹 鄭飄飄 謝妙紅

摘要：隨著我國城市配電網規(guī)模越來越大，運行特征也越發(fā)復雜，用電負荷也在逐年提升，對其供電能力的評估也更加深入。配電網的供電能力直接代表其供電可靠性和系統(tǒng)結構的優(yōu)劣。傳統(tǒng)的供電能力評估方法抓取風險狀態(tài)的能力略顯不足，計算結果與實際情況偏差較大。基于此種背景，提出了應用AHP-熵權法法對供電能力評估方法進行優(yōu)化。并通過實例分析，證明此種評估方法具備可行性和有效性。

關鍵詞：城市配電網；權重設置；供電能力評估；實例分析

中圖分類號：TM73；TP39?????????? 文獻標志碼：A???????? 文章編號：1001-5922（2023）03-0183-05

Construction? and? evaluation ?optimization? of load? system based on AHP-entropy method

ZHAN Tongping1，LIU Xiaolong2，PAN Dan3，ZHENG Piaopiao3，XIE Miaohong4

（1. State grid fujian electric power Co.，LTD.，F(xiàn)uzhou 350000，China；2. State Grid Fujian Electric Power Co.，LTD.，Changting Electric POWER SUPPLY Branch，Changting 366300，F(xiàn)ujian China；3.State Grid Fujian Information &Telecommunication Company，F(xiàn)uzhou 350000，China；4. State grid xintongyili technology Co.，LTD.，F(xiàn)uzhou 350003，China）

Abstract： In recent years，as the increasingscale of my country s urban distribution network，its operating charac- teristics have become more complex，and the electricity load has also been increasing year by year，and the evalua- tion of its power supply capacity has become more in-depth. The power supply capacity of the distribution network directly represents its power supply reliability and the advantages and disadvantages of the system structure. The traditional power supply capacity assessment method has a slightly insufficient ability to grasp the risk status，and the calculation result deviates greatly from the actual situation. Based on this background，this paper proposes the application of AHP-entropy method to optimize the power supply capacity evaluation method. Through case analy- sis，it has been demonstratedthat this kind of evaluation method is feasible and effective.

Keywords： urban distribution network；weight setting；power supply capacity evaluation；case analysis

配電網供電能力既是技術指標，也是評判系統(tǒng)能否穩(wěn)定運行的判斷依據。配電網供電能力是指：在當前運行方式下，確保線路、變壓器等設備電量不過載的情況下，配電網所能承受的最大輸送電力值。傳統(tǒng)的評估方法包括模糊評價、德爾菲法等，因城市配電網系統(tǒng)越發(fā)復雜，傳統(tǒng)評估方法已經難以很好的完成評估工作。因此提出了利用AHP-熵權法改進評估方法的構想，并通過實例分析證明其具備可應用性。

1 城市配電網供電能力評估方法

1.1 常用評估方法

1.1.1 模糊評估法

模糊評估會先對所評估信息進行量化處理，再對其進行狀態(tài)判斷。應用這種評估方法，可以提升評估標準描述的準確性。運用模糊評估法創(chuàng)建評估模型的具體步驟為：①確定評估對象參數(shù)，精準掌握被評估對象的屬性、性能，并對其質量進行綜合反映；②創(chuàng)建評估集，囊括該評估對象的全部評估結果[1]；③創(chuàng)建評估模糊關系矩陣，精準掌握評估對象的隸屬度；④計算指標權重和綜合評估值。在配電網供電能力評估體系中，在描述部分評估指標時模糊不清，無法找到與之相對應的定量關系，應用模糊評估法就能很好的應對這一情況。

1.1.2 層次分析法

層析分析法（AHP），通過創(chuàng)建層次結構將復雜的評估指標進行分解，即簡化了評估指標，又不破壞其內在聯(lián)系，更加具有靈活性和整體性。基本步驟為：①以評估目標為依據，創(chuàng)建清晰的評估結構；②采用測度理論，將評估對象兩兩對比，用相對標度將評估結果表達出來；③逐層創(chuàng)建判斷矩陣，并計算出各層的屬性權重；④計算出綜合權重及排序。在對城市配電網供電能力進行評估時，往往需要面對大量的多屬性復雜問題，如網架技術水平、配電網供電質量等，AHP可以將復雜的問題簡單化、條理化，能夠更好的協(xié)調各評估數(shù)據之間的關系[2]。

1.1.3 德爾菲法

德爾菲法（Delphi）又稱專家打分法，被廣泛的應用于決策領域和系統(tǒng)分析中。其以佚名的形式征求專家意見，再利用信息溝通、反饋的方式對專家意見進行整合，使其趨于一致，更接近實際值。

在應用 Delphi時，專家多年來實踐得來的經驗得到了充分應用，更適合應用于復雜系統(tǒng)模型中，在進行評估時，需要遵循以下判斷依據：

我們用E 來表示專家意見集中度，利用式（1）計算加權平均值。

以o 代表專家意見離散度，利用式（2）計算標準差，

式中：E 代表因素認可程度；o 則代表在某一問題上的意見分歧程度。

1.2 構建原則及方法

1.2.1 構建原則

通常情況下，被評估體都擁有著結構復雜、表選形式豐富的特性。雖然這些特性是為了更好的反應被評估體的屬性，但若想更深層次的反映客體，應掌握其內在聯(lián)系，以指標體系對其進行評估。在構建指標體系時，應確保各客體之間具有相對獨立性和可測性[3]。

依照上述原則，在構建城市配電網供電能力評估指標體系，在選擇指標時，應盡量挑選可以全面、精準反應供電情況的數(shù)據指標，避免遺漏；此外要確保信息具有時效性。

1.2.2 構建方法

構建城市配電網供電能力評價指標體系的目的是引導城市配電網朝著更好的方向發(fā)展。該評價指標體系可以精準的反應城市配電網的供電能力，因此需要協(xié)調好各個指標間的關系。在選擇指標時，應嚴格把控選擇標準，避免含義重復、隨意選擇等情況。其構建步驟如圖1所示。

1.3 城市配電網供電能力評估指標體系

1.3.1 負載能力指標

該指標主要對城市配電網的負荷能力，具體結構如圖2所示。

（1）容載比。將選擇范圍設定在35～110 kV，并按照《國家電網公司城市電力網規(guī)劃設計導則》中提出的方法計算容載比；（2）線路重載比例，在配電線路中，若出現(xiàn)連續(xù)1 h負載率大于70%的情況，我們將其定義為線路重載，因運行方式錯誤產生的短暫大負載情況可以忽略不計；（3）配變重載比例，在配電線路中，若出現(xiàn)連續(xù)2 h負載率大于80%的情況，我們將其定義為配變重載，同樣忽略短時大負載情況。該數(shù)據一般來源于采集終端，因為當前信息采集率較低，在選擇配變重載比例時，可將單日最大負載率當做年最大負載率使用[4]。

1.3.2 轉供能力指標

該指標考核的是在非正常運轉情況下，配電網自身的負荷轉移和保障供電的能力，具體說明如圖3所示。

（1）線路滿足N-1比例。評估配電網在出現(xiàn)單一故障時，其供電安全性的強弱，評估側重點在轉供能力上。在《國家電網公司城市電力網規(guī)劃設計導則》中對其做出了明確規(guī)定，在評估時應按照到則嚴格執(zhí)行；（2）組網方式匹配性。評估實際線路組網情況與預期組網情況是否相匹配；（3）線路聯(lián)絡率。評估城市配電網網架結構是否正常；（4）不同變粘聯(lián)絡線路比例。評估下級電網是否具備足夠的能力支撐上級電網。

但是，在實際操作過程中，傳統(tǒng)的供電能力評估方法和指標體系難以適應結構越發(fā)復雜的城市配電網，亟需一種新的評估方法對供電能力進行評估。

2? AHP-熵權法

2.1 模糊綜合評估流程

將德爾菲法和客觀數(shù)據信息與模糊評估法相結合，旨在提升評估的準確性，使其結果更具可信度。評估流程如圖4所示。

2.2 基于AHP-熵權法的權重計算

權重值的確定，是評估城市配電網供電能力的前提保障，當前較常應用的確定權重值的方法有2種：主觀、客觀賦權法。主觀賦權法，以專家提出的科學理論為依據，對權重值進行主觀性決策。這種方法適用于參考數(shù)據不充足、評估指標體系難以確定的配電網，但是也存在著主觀性過強的弊端。客觀賦權法，以具體數(shù)據為參考，借助數(shù)學方法計算出權重值，這種以科學理論支撐的賦權法更具嚴謹性，不過分依賴主觀意見[5]。為了改變單一賦權造成的不準確性，運用了組合賦權法，將主觀、客觀賦權法的優(yōu)點進行融合，提出了基于AHP-熵權法的計算方法，為了獲取更具準確性的權重系數(shù)。

2.2.1 層次分析法確定權重

層次分析法在20世紀70年代初首次被提出，此種方法的應用核心是掌握矩陣具體構造，將復雜的問題進行層次化處理，擁有較強的實用性。其核心功能是推斷矩陣構造，并對其進行逐層比較，以兩兩相比的方式評判矩陣元素，得出下層指標對上層的貢獻度，最終獲取權重排序結果。我們利用“1～9”標度法，以德爾菲法選取數(shù)值標度，對模糊化時間采取定量分析，各標度值含義如表1所示。

構建的城市配電網供電能力評估體系指標中，二級指標應以一級指標為劃分標準，劃分后進行兩兩比較，構建判斷矩陣P，將重要判斷結果與專家意見相結合，可以得到：

n 代表評價指標的具體數(shù)量，得出判斷矩陣P 后，利用方根法完成特征向量的求解工作，得出乘積 Mi，并計算Mi 的n 次方根wi，計算公式為：

將 i 進行歸一化處理后可以得出特征向量 W′=（w′1.w′2.w′3 ， … ，w′n），計算公式：

為確保判斷矩陣的可信性，需對其進行一致性測試，計算其最大特征值imax和指標 CI 。

鑒于矩陣一致性會不受控制的出現(xiàn)偏離，因此CI 數(shù)值越大代表其一致性越差。當imax=n、CI =0時，則代表其一致性相同。當判斷矩陣階數(shù)變多時，保持一致性的難度也越來越大，為了更好的掌握一致性差異，我們引入了RI（平均隨機一致性指標），將二者進行比較可以得到一致性比率CR：

當 CR ＜0.1時，則代表權重系數(shù)合理；若 CR ＞0.1時，則代表權重系數(shù)不合理，判斷矩陣也需要重新優(yōu)化，直至其權重系數(shù)合理為止。

2.2.2 熵權法確定權重

在對城市配電網供電能力進行評估時，由于各個因素的貢獻、作用各不相同，應根據貢獻大小進行合理的權重分配，提升評估結果的客觀性。熵權法根據指標變異值分配權重，熵值越大，代表其信息量越多、所需的權重也越高。因其計算方法簡單、可信性強，所以得到了廣泛的應用，其計算步驟如下：

（1）數(shù)據標準化，將評價指標個數(shù)設為n，評價對象個數(shù)設為m，評估矩陣為 y =（yij）n× m ，（i=1，2，…， n；j=1，2，…，m），按式（10）對數(shù)據進行標準化處理：

（2）求取信息熵，依據定義，第i個指標的熵值為：

當Eij =0時 ，令EijlnEij =0；

（3）計算各指標熵權。我們用式（12）表示第i個指標的熵權：

可以得到指標權重向量（ W′′）：

2.2.3 確定綜合權重

若想得到科學的權重值，應將主客觀信息都充分利用起來，將層次分析法和熵權法相互融合，得到綜合權重向量：

3 城市配電網供電能力模糊綜合評估模型

在對城市配電網進行供電能力評估時，需要涉及多個方面，所應用的數(shù)據也存在多層次性、模糊性等特點。本文針對傳統(tǒng)供電能力評估所存在的弊端，提出了基于AHP-熵權法的評估方法構建評估模型，其具體創(chuàng)建流程為：

（1）確定指標集，以配電網運行的范圍和層次為依據建立指標體系，用 U =}u1. u2.....unx來表示指標集；（2）確定評價集，以評估對象的真實情況判定等級，用 V=}v1.v2.....vmx表示評價集，將評價對象細化為4個等級：高、較高、一般、低；（3）構建模糊評估矩陣，選擇適宜的隸屬函數(shù)模型結合各數(shù)據之間的隸屬度創(chuàng)建模糊評估矩陣R。將指標集和評價集結合，得出式（15）：

（4）評估對象所屬等級。比較不同城市配電網供電能力評估結果，以最大隸屬度判斷配電網供電能力，等級在一般及以下的配電網供電能力不達標，需要進行改造，其他等級則代表供電能力合格，可以使用，后期定期維護、完善即可。

4 算例分析

為了證明此種供電能力評估方法是否可行，我們選擇了1個覆蓋面積112 km2、13座變電站，變電總容量590 MVA的城市配電網為評估對象，從此配電網中選取3個區(qū)域計算評估指標值。得出一級指標評估結果，具體如表2所示。

再利用層次分析法，將一級指標拆分成PA，PB 此2個判斷矩陣：

將其帶入式（3）至式（9）中進行計算，可以得出區(qū)域1的供電能力權重值：ZB+=[0.667，0.333]，因評價函數(shù)公式為F=ZX，可得供電能力評估結果：

依此流程，可以得知另外2區(qū)域的評估結果： FA2=[0.064 0.663 0.273 0]，F(xiàn)A3=[0 0.243 0.5190.238]。通過數(shù)值比對可以得知區(qū)域1、2、3的供電能力分別處于較高、較高和一般水平。由于區(qū)域1、2等級相同，在利用最大隸屬度原則進行進一步比較，可以得知在供電能力上：區(qū)域1＞區(qū)域2＞區(qū)域3。通過實例實驗，證明此種供電能力評估方式可以很好的應用于城市配電網中，在工程實際中也能起到指導作用。

5 結語

城市配電網向萬千用戶提供電力服務，其供電能力的強弱直接影響著用戶的體驗感受。以往的評估過程中受數(shù)據模糊性、不確定性的影響，評估結果與實際情況偏差較大。針對這一問題，將層次分析法和熵權法相結合，設計出了一款新的供電能力評估方法，既尊重客觀性，又將主觀性融入其中，評估準確性大大提升。將此種方法應用于實際當中，證明其擁有良好的可操作性，能精準評估出配電網的供電能力。工作人員還可根據評估結果，找出配電網中的薄弱環(huán)節(jié)，對其加以完善，提升配電網供電穩(wěn)定性。

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