CN105427053A - 一种应用于配网建设改造方案与供电质量评估指标的关联影响分析模型 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种应用于配网建设改造方案与供电质量指标评估的关联影响分析模型，用于从供电质量的角度对配电网建设改造方案进行全面的量化评价，以填补现阶段相关领域研究的空白。所述方法包括利用AHP法确定主观权重、利用熵值法确定客观权重、利用乘法组合法确定供电质量各指标的综合权重，运用多层次灰色关联分析法计算出各建设改造方案对应的配电网的供电质量综合指标。本发明能够对配电网建设改造方案从供电可靠性和电能质量等多个方面进行综合量化评价，权重确定主观客观相结合，用灰色关联分析法逐层次计算关联度，评价过程科学合理且具有良好的通用性，为配电网建设改造方案的制定提供参考和依据。

Description

一种应用于配网建设改造方案与供电质量评估指标的关联影响分析模型

技术领域

本发明涉及配电网供电质量评估领域，具体涉及配电网供电质量评价指标权重的确定与建立配网建设改造方案与供电质量评估指标的关联影响分析模型。

背景技术

配电网通常由配电变电站、馈电线路和配电变压器等设备组成，连接着发、输电系统与用户，直接面向社会和电力终端用户供电，是电网供应链的终端环节。随着国民经济的快速发展和能源结构的调整，工业和城市居民生活用电持续快速增长，用户对供电质量(包括电能质量和供电可靠性)提出了更高的要求。但是，目前我国配电网总体建设水平与发达国家还有一定的差距，在供电质量方面无法完全满足用户的需求，在实际的运行过程中会出现以下几种常见的问题：(1)配电网负荷增长迅猛，故障频发；(2)配电网设备陈旧和过载严重；(3)配电网建设严重落后于电力系统建设总体水平。针对上述问题，目前各地电力部门均加大了对配电网建设改造的力度。为改善配电网的供电质量，建设改造方案应该从配电网的网架结构、设备水平、配网自动化、运行维护等各个环节入手，加强故障管控，减少停电事故、缩短停电时间。

供电质量是向用户提供合格、可靠电能的能力和程度，包括电能质量和供电可靠性两个方面。电能质量评估主要指电压偏移、电压暂降、三相不平衡、频率偏差、谐波等。供电可靠性评估主要指供电可用率、系统平均停电时间、系统平均停电次数、用户平均停电时间、用户平均停电次数等指标。在制定配电网建设改造方案的过程中，为了评估各个方案实施后配电网的供电质量，需要确定供电质量评价指标的权重并建立配网建设改造方案与供电质量评估指标的关联影响分析模型。

目前，确定指标权重的方法可以分为以下两类：

1、主观赋权法：主要包括简单加权法、德尔菲法和层次分析法。这三种方法的特点如下：

1)简单加权法。简单加权法即认为各个评价指标的权重均相等，该方法的优点是计算简单，根据各指标的得分相加计算平均值即可得最终的评价结果。该方法的缺点也很明显，即没有考虑到各个指标之间的差异，也就是没有考虑到不同指标之间的相对重要程度，容易导致评价结果不合理或没有参考价值。

2)德尔菲法。德尔菲法以匿名的方式多次征求专家意见，并通过信息沟通与循环反馈，使决策意见趋于一致，最终逼近结果值。但是该方法由于指标权重由专家确定，且专家做出的选择仍然没有明确的标准，预测结果缺乏严格的科学分析，最后趋于一致的意见，仍带有随大流的倾向，缺乏客观性。另外德尔菲法需要多次收集专家的意见，导致耗费时间与人力较多，因此一般仅将其作为一种辅助方法来使用。

3)层次分析法。层次分析法的核心思想是在递阶层次模型中，通过两两比较判断的方式确定每个层次中元素的相对重要性，以此来计算各指标的相对重要性权重。层次分析法的优点是将定性分析与定量分析有机结合起来，可靠度高且误差小，但是该方法也有一些显著的缺点，如各指标间的相对重要程度由人为选定容易导致评价的随机性与不合理性，缺乏客观性等。

2、客观赋权法：主要包括主成分分析法和熵权法。这两种方法的特点如下：

1)主成分分析法。主成分分析法考虑到了各个评价指标之间的相关性，利用较少的变量去代替原始评价过程中较多的变量，其优点是具有降维的效果，且评价结果简单。主成分分析法的缺点是不能计算出各个指标之间的相对重要程度，且计算出的权重是主成分的权重，不能直接应用于综合评价。

2)熵权法。熵权法根据各指标的观测值所提供信息量的大小来确定权重，其优点为完全从数据本身的离散程度来定义其数据的价值和权重，相对比较客观。熵权法的缺点是不考虑数据本身的实际含义，有时候会出现不符合实际的情况。

建立关联影响分析模型最常用的方法为灰色关联分析法。灰色关联分析法是一种通过计算对象间的关联系数和关联度，从整体上和动态上定量分析对象间的关联程度和影响程度，为确定对象发展变化的主要因素提供数量依据的有效方法。灰色关联分析法的一个最大的优点就是能够处理信息不完全明确的灰色系统，对于小样本无规律指标的评价问题准确度较高。因此，灰色关联分析法适合于配电网供电质量指标的综合评价。

鉴于多层次综合评价比单层次综合评价有更丰富的评价信息，且配电网供电质量评估的指标体系是多层次的，灰色关联分析法对于小样本指标的评价问题准确性高，本文将灰色关联分析引入到配电网供电质量评估的多层次综合评价中。多层次灰色关联分析综合评价的过程与单层次评价大致相同。多层次评价把每个一级指标作为单层次综合评价系统，计算每个一级指标下的隶属与一级指标的每个二级指标的关联系数，在此基础上得出各个一级指标下评价指标与参考指标的关联度。将一级指标下的关联度加权合成，即为最终的关联度，关联度指标最大者即为问题的最优解。

发明内容

针对目前配电网建设改造方案对供电质量评估指标的影响的研究领域的空白，本发明提出了一种应用于配网建设改造方案与供电质量评估指标的关联影响分析模型。本发明提供了一种利用乘法组合法确定指标权重并利用多层次灰色关联分析法构建关联影响分析模型的方法，全面考虑配电网供电可靠性与电能质量的各项指标，令从供电质量的角度评估配网建设改造方案更加准确和便捷。

本发明采用的技术方案包括如下步骤：

1)构建配电网供电质量指标评估体系；

2)根据构建的配电网供电质量指标评估体系，分别利用AHP法确定主观权重、利用熵值法确定客观权重，之后利用乘法组合法确定各指标的综合权重；

3)制定多个配电网建设改造方案，确定改造后配电网中的设备参数和网架结构等信息；

4)运用多层次灰色关联分析法评估各建设改造方案对应的配电网的供电质量指标，包括对各个一级指标进行初级评价和对二级指标进行综合评价；

5)最后，由关联度序列决定各方案在供电质量方面的优越性，关联度越大者综合评价越高。

上述步骤1)中的配电网供电质量指标评估体系，具体包括供电可靠性和电能质量两个一级指标。供电可靠性又包括供电可用率、系统平均停电次数、系统平均停电时间、用户平均停电次数、用户平均停电时间5个二级指标；电能质量主要包括电压偏移、频率偏差、三相不平衡3个二级指标。

上述步骤2)确定配电网供电质量评估指标权重的具体过程如下：

a)AHP法确定主观权重

AHP法确定的主观权重的步骤为：

①将评价问题按其内部的逻辑关系分解，建立层次递阶结构；

②构造判断矩阵。层次递阶结构建立后就意味着确定了上下层元素之间的隶属关系，将上层次的元素作为准则，对其下层次中的元素进行两两比较，构造判断矩阵。

③求判断矩阵的特征值与特征向量。计算满足AW＝λ_maxW的特征根和特征向量，对W进行归一化处理即为各对应元素的权值，λ_max为判断矩阵A的最大特征根。

④进行一致性检验。计算C_R＝C_I/R_I，C_I＝(λ_max-m)(m-1)。R_I是随一致性指标，C_R是一致性指标。当C_R＜0.1时，认为判断矩阵A满足一致性，其评价结果可以接受，否则重新赋值修正。

b)熵值法确定客观权重

熵值法确定客观权重的步骤为：

①构建具有m个对象n项指标的评价矩阵，

X＝(x_ij)_m×n,i＝1,2,…,m；j＝1,2,…,n。

②标准化指标矩阵

③求各指标的熵

④求各指标的权系数

c)乘法组合法确定指标综合权重

为克服单独使用主观赋权和客观赋权的不足，采用层次分析法和熵值法相结合的组合赋权法。即用熵值法确定的客观权重对由AHP法确定的主观权重进行调整，组合权重计算公式为

式中：w_AHP-j为AHP法确定的主观权重；h_j为熵值法确定的客观权重。

上述步骤4)运用多层次灰色关联分析法评估各建设改造方案对应的配电网的供电质量指标的具体过程如下：

a)单层次灰色关联分析评价

设有n个对象，每个对象有m项指标，对评价指标数据进行规范化处理，规范化后的数据为x₁,x₂,…,x_m，x_i＝[x_i(1),x_i(2),…,x_i(n)]，i＝1,2,…,m。本文以x₀＝{1,1,…,1}作为理想方案。x₀与x_i关于第k个元素的关联系数为

其中： Δ_i(k)＝|x₀(k)-x_i(k)|；Δmin和Δmax分别为x₀(k)与x_i(k)对应指标之差的最小与最大绝对值。ρ为分辨系数，ρ∈(0,1)，反映了研究者对Δmax的重视程度和对关联度的间接影响程度，一般取ρ＝0.5。则第i个方案与理想方案的关联度为

b)多层次灰色关联分析综合评价

①将一级指标集x＝{x₁,x₂,…,x_n}按其内部的逻辑关系分成p个子集x_i＝{x_i1,x_i2,…,x_iq},i＝1,2,…,p，且满足

②对于二级指标x_i进行单层次灰色关联综合评价，x_i中各因素的权向量为

w＝(w₁,w₂,…,w_q),

记x_i的单层次灰色关联系数矩阵为R_i，则x_i的单层次灰色关联分析综合评价结果为

B_i＝w_iR_i＝(b_i1,b_i2,…,b_in)

③将x_i看作一个指标，B_i为它的单层次灰色关联评价结果，即可得灰色关联矩阵对于因素x_i(i＝1,2,…,p)的权重向量为W＝{w₁,w₂,…,w_P},则得二级灰色关联综合评价结果B，b_j越大越优。

与现有技术相比，本发明的优势主要体现在：

1.建立了配电网供电质量评价体系，评价过程全面准确。

2.确定评估指标权重时主观赋权与客观赋权相结合，既考虑了工作人员的主观经验，又考虑了各类指标之间的客观比较，使得评价结果更加科学合理。

3.利用灰色关联分析法构建配网建设改造方案与供电质量评估指标的关联影响分析模型，填补了这个领域研究的空白，令从供电质量的角度评估配网建设改造方案更加准确和便捷。

4.当应用于其他具有n个层次指标评估体系时，多层次灰色关联分析法可由本发明中的两级扩展至n级，具有良好的通用性。

附图说明

图1为利用灰色关联分析法构建配网建设改造方案与供电质量评估指标的关联影响分

析模型的原理流程图。

图2为配电网供电质量综合评价指标体系图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的实施例作详细说明：本实施例以本发明技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

本实施例从供电质量的角度，对一个电压等级为23kV、拥有1个电源节点、13个负荷节点、16条支路、16个分段开关的14节点配电网的建设改造方案进行综合评估。评估的具体流程如图1所示。

本实施例包括：构建配电网供电质量综合评价指标体系，在确定评估指标权重时主观赋权与客观赋权相结合，利用灰色关联分析法构建配网建设改造方案与供电质量评估指标的关联影响分析模型，通过关联度计算比较各方案的综合评价结果。其中：

(1)构建配电网供电质量指标评估体系

所述配电网供电质量指标评估体系包括供电可靠性和电能质量两个一级指标，如图2所示。供电可靠性包括供电可用率、系统平均停电次数、系统平均停电时间、用户平均停电次数、用户平均停电时间5个二级指标；电能质量包括电压偏移、频率偏差、三相不平衡3个二级指标。

(2)利用乘法组合法确定各指标的综合权重

①通过邀请经验丰富的工程技术专家对各指标的重要程度进行比较，形成了原始判断矩阵。进而，根据原始判断矩阵得到了基于AHP法确定的主观权重结果

②基于熵值法确定的客观权重为：

③用组合权重计算公式得到供电可靠性与电能质量的组合权重为

(3)制定配电网建设改造方案

对于实施例中的14节点配电网来说，考虑到技术、资金等多方面因素，现制定6种建设改造方案，如表1所示。利用本文提出的多层次灰色关联分析法，评估每种建设改造方案实行后配电网的供电质量指标，并通过对比关联度选择最优方案。

表1配电网建设改造方案

配电网建设改造措施

方案1	更换配电网中的3台变压器
		方案2	更换配电网中的7台断路器，提升配电网电缆化率
方案3	增加配电线路的分段数
		方案4	改变配电网络网架结构
方案5	提升配电网电缆化率
		方案6	更换配电网中2台变压器和5台断路器

(4)运用多层次灰色关联分析法评估各建设改造方案对应的配电网的供电质量指标

①对各个一级指标进行初级综合评价

首先对供电可靠性指标进行一级评价。供电可靠性对应的关联系数矩阵为

其权重为

w₁＝{0.46030.09050.24190.04840.1589}

关联度为

γ₁＝w₁ζ₁＝{0.79210.80540.65520.87450.47270.9503}

由γ₁可知，建设改造方案6在供电可靠性方面优于其他方案。

同理，对电能质量指标进行一级评价得关联度：

γ₂＝{0.68300.91260.81740.70260.86090.7694}

由γ₂可知，建设改造方案2在电能质量方面优于其他方案。

②二级综合评价

对包含供电可靠性、电能质量2个指标的供电质量进行二级综合评价，对应的权重向量为

w_A＝{0.74590.2541}

将上述2个一级指标下的关联度进行加权合成可得

γ＝[w₁w₂][γ₁γ₂]^T＝(0.76440.83260.69640.83080.57130.9043)

(5)按关联度大小排列得到关联序

方案6＞方案2＞方案4＞方案1＞方案3＞方案5

由评价结果可知，方案6在供电质量综合评价结果上明显优于其他方案。通过对两个一级指标的综合评价，可以发现方案6的综合评价之所以高，在很大程度上是由其供电可靠性决定的。方案5虽然在电能质量指标中优于其他大多数方案，但因为其对应的配电网供电可靠性较差导致其综合评价值较低，关联度排序时位于最后一位。方案4虽然在两个一级指标中都没有排在第一位，但其综合评价结果相对较高，说明只有同时满足配电网供电可靠性和电能质量的要求，才能在整体上取胜。

Claims (5)

1.一种应用于配网建设改造方案与供电质量评估指标的关联影响分析模型，其特征在于全面考虑配电网供电质量中供电可靠性指标与电能质量指标，在确定评估指标权重时主观赋权的层次分析法与客观赋权的熵值法相结合，并利用多层次灰色关联分析法构建的关联影响分析模型，通过关联度的计算比较各方案的综合评价结果。

2.根据权利1所述的应用于确定配电网供电质量评估指标权重的乘法组合法，其特征在于，先利用AHP法确定主观权重、再利用熵值法确定客观权重，为克服单独使用主观赋权和客观赋权的不足，最终采用层次分析法和熵值法相结合的组合赋权法。

3.根据权利1要求的利用多层次灰色关联分析法构建的关联影响分析模型，其特征在于先后对各个一级指标进行初级评价和对二级指标进行综合评价，并且根据最终计算出的关联度综合评价各配电网建设改造方案。

4.根据权利2要求的利用AHP法确定主观权重，其基本步骤为：①将评价问题按其内部的逻辑关系分解，建立层次递阶结构；②构造判断矩阵；③求判断矩阵的特征值与特征向量；④进行一致性检验。

5.根据权利2要求的利用熵值法确定客观权重，其基本步骤为：①构建评价矩阵；②标准化指标矩阵；③求各指标的熵；④求各指标的权系数。