CN105574632A - 一种交直流混合城市配电网综合效益评估方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种交直流混合城市配电网综合效益评估方法，所述方法包括以下步骤：采集校核基础数据；建立层次结构；单项指标计算和评分；构造判断矩阵与确定权重；确定改进的权重；确定电网的综合评分。该方法基于层次分析法(AHP)和德尔菲法(Delphi)，可以对现状交直流配电网的综合指标进行评价，以期更加科学有效地分析现状交直流配电网，指导交直流配电网建设改造。

Description

一种交直流混合城市配电网综合效益评估方法

技术领域：

本发明涉及一种配电网综合效益评估方法，更具体涉及一种交直流混合城市配电网综合效益评估方法。

背景技术：

随着新能源、新材料、信息技术和电力电子技术的长足发展和广泛应用，用户对用电需求、电能质量及供电可靠性等要求不断提高，现有交流配电网将面临分布式新能源的接入、负荷和用电需求多样化、潮流均衡协调控制复杂化，以及电能供应稳定性、高效性、经济性等方面的巨大挑战。风电、光伏发电、燃料电池以及电动汽车电力电池、超级电容器等各种储能装置基本上都是直流电，必须通过DC/AC换流器才能并入交流配电网；众多办公和家用电器设备采用直流供电实际上更为方便、节能；越来越多的工业负荷采用变频技术以提高电能利用效率。

目前，交直流配电网规划理论逐步发展与推广应用，使得交直流配电网建设的远期方案得以确定，然而交直流配电网近期建设改造项目仍然缺乏较为具体的目标。传统的配电网建设项目评价手段为可行性研究，侧重于对单个项目进行评价，而实际中往往是成批项目共同发挥作用。交直流配电网建设优先级难以确定，造成巨大的资金浪费，每年改造后的电网仍然存在很多问题，不能很好地满足广大用户的要求。故提出一种交直流混合城市配电网综合效益评估方法以克服上述问题。

发明内容：

本发明的目的是提供一种交直流混合城市配电网综合效益评估方法，该方法对现状交直流配电网的综合指标进行评价，以期更加科学有效地分析现状交直流配电网，指导交直流配电网建设改造。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：一种交直流混合城市配电网综合效益评估方法，所述方法包括以下步骤：

(1)采集校核基础数据；

(2)建立层次结构；

(3)单项指标计算和评分；

(4)构造判断矩阵与确定权重；

(5)确定改进的权重；

(6)确定电网的综合评分。

本发明提供的一种交直流混合城市配电网综合效益评估方法，其特征在于：所述步骤(1)中的数据包括电源情况、电网结构、电网设备和运行情况。

本发明提供的一种交直流混合城市配电网综合效益评估方法，所述步骤(2)中的层次结构包括电能质量、供电可靠性、传输效率和运行经济性；所述电能质量包括电能质量、频率质量、三相不平衡度和谐波含量；所述供电可靠性包括停电持续时间和停电频率；所述运行经济性包括线损率。

本发明提供的另一优选的一种交直流混合城市配电网综合效益评估方法，所述步骤(3)中的计算和评分通过所述步骤(2)的建立层次结构确定；所述步骤(3)的计算和评分过程包括：

(3-1)建立方案属性决策表；

(3-2)形成判断矩阵：

(3-3)判断矩阵一致性校验；

(3-4)判断矩阵权重求解；

(3-5)综合权重计算和排序。

本发明提供的再一优选的一种交直流混合城市配电网综合效益评估方法，所述步骤(4)中的过程为：

(4-1)建立递阶层次结构，清楚地表明各层次之间的关系；

(4-2)通过三标度法对同一层元素进行两两比较，建立比较矩阵A；

(4-3)计算出比较矩阵A各元素重要性的排序指数，将比较矩阵A转化为判断矩阵；

(4-4)确定各层次中评价指标的相对权重wi；

(4-5)进行一致性检验。

本发明提供的又一优选的一种交直流混合城市配电网综合效益评估方法，所述步骤(4-2)中的比较矩阵A为：

采用三度标法确定:

其中，c_i为某层指标中第i个元素，a_ij为某层指标中第i个元素与第j个元素的比较结果，c_i和c_j为同一层指标元素。

本发明提供的又一优选的一种交直流混合城市配电网综合效益评估方法，所述步骤(4-4)的过程为：

确定所述判断矩阵的最大特征值λ_max；

确定最大特征值λ_max对应的特征向量W；

确定权重向量w_i＝(w₁，w₂…w_n)；

确定某一级各个评价指标关于它上一级指标的相对权重；

所述步骤(4-5)通过下式进行一致性检验：

CI＝(λ_max-n)/(n-1)

其中，CI为相容性指标，n为权重相量数量；当CI<0.1时，认为接受判断矩阵的一致性；当CI≥0.1时，应重新对判断矩阵作修改，再对改正后的矩阵重新计算权重和进行一致性检验直到一致性被接受。

本发明提供的又一优选的一种交直流混合城市配电网综合效益评估方法，所述相对权重通过通过下式确定：

${w_i}^{\&prime;}=\frac{w_i}{\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\&Sigma;}}}{w}_i}$

其中，向量Wi'＝[w₁'w₂'…w_n']为某一级各个评价指标关于它上一级指标的相对权重。

本发明提供的又一优选的一种交直流混合城市配电网综合效益评估方法，所述步骤(5)中的改进的权重通过下式确定：

$W=\underset{i=1}{\overset{m}{\mathrm{\&Sigma;}}}{S_i}^{\&prime;}{w}^{\left(i\right)}$

其中，S_i′为第i个专家判断矩阵的相对一致度；w⁽ⁱ⁾为专家i做出的判断矩阵的权重向量；w^(k)＝(w₁ ^(k),w₂ ^(k),…,w_n ^(k)),k＝1,2,…i、、…,m；

所述S_i′通过下式确定：

${S_i}^{\&prime;}=S_i/\underset{i=1}{\overset{m}{\mathrm{\&Sigma;}}}{S}_i$

其中，Si为第i个专家判断矩阵的平均一致度，m为专家总数量；

所述Si通过下式确定：

$S_i=\frac{1}{m-1}\underset{j=1,j\&NotEqual;i}{\overset{m}{\mathrm{\&Sigma;}}}{S}_{\mathrm{ij}}$

其中，Sij为两专家各自判断矩阵A(i)和A(j)之间的一致度；

所述Sij通过下式确定：

$S_{\mathrm{ij}}=\cos \left({\mathrm{\&theta;}}_{\mathrm{ij}}\right)=\frac{w^{\left(i\right)}\&CenterDot;w^{\left(j\right)}}{\left|w^{\left(i\right)}\right|\left|w^{\left(j\right)}\right|}$

其中，θij为两向量w(i)和w(j)之间的夹角。

本发明提供的又一优选的一种交直流混合城市配电网综合效益评估方法，所述步骤(4-3)中的判断矩阵通过极差法或极比法确定。

本发明提供的又一优选的一种交直流混合城市配电网综合效益评估方法，所述步骤(6)通过层次分析法逐层向上计算，直到计算得出整个电网的综合评分。

和最接近的现有技术比，本发明提供技术方案具有以下优异效果

1、本发明提供了现状交直流配电网综合指标评估体系；

2、本发明对现状交直流配电网的综合指标进行评价，以期更加科学有效地分析现状交直流配电网，指导交直流配电网建设改造；

3、本发明方法的体系是克服了缺乏系统、科学的电网分析评估的方法和决策工具，对交直流混合微电网现存的和即将出现的问题能定量给出问题的严重程度与问题出现的具体位置；

4、本发明不仅克服了传统评估工作主要是对供电可靠性、供电安全性和供电质量等方面的单项评估和缺乏整体性评价；

5、本发明方法对交直流混合微电网建设的直接指导作用强。

附图说明

图1为本发明方法流程图；

图2为本发明的交直流混合城市配电网综合效益与经济评估模型层次结构分析图。

具体实施方式

下面结合实施例对发明作进一步的详细说明。

实施例1：

如图1-2所示，本例的发明交直流混合城市配电网综合效益评估方法，其中，交直流低压配电网的综合效益和经济性评估一般从技术角度和经济角度两个方面来进行。技术角度也就是要符合线损、传输效率、电能质量和供电安全性准则，配电网的安全性主要体现在可靠性、供电能力、网架结构、运行管理水平四个方面；经济角度就是要符合经济性原则，即以一定的投入获取最大的收益或取得一定的收益付出最小的投入，即经济角度可以用投入和收益来衡量。每一层指标均有对应的更低一级准则因素对其进行支撑，由于交直流低压配电网特点和经济特性，其度量指标也比较，这些指标的属性量纲不同，定性与定量指标共存，但同时又构成了一个完整的层次结构。

本申请应用Delphi法和AHP法构建现状电网综合评价体系，基本流程如附图1所示。

交直流混合城市低压配电网综合评估需要以科学的系统分析理论为基础，按照全面、合理、严密的要求，给出客观的量化分析结果。本专利所建立的现状电网综合指标评估体系，其评估过程主要包括如下6个步骤：

(1)基础数据采集校核

数据收集是交直流混合城市低压配电网评估的第一步，对后续步骤的实施具有相当重要的作用。总体来说，在交直流混合城市低压配电网评估过程中，基础数据收集应包括电源情况、电网结构、电网设备、运行情况等几个方面。

(2)层次结构的建立

AHP是评估中分析复杂问题建立评价体系的关键技术，其核心思想是通过建立清晰的层次结构来分解复杂问题。交直流低压配电网的层次结构局部分别如图2所示。

(3)单项指标计算和评分

交直流混合城市配电网综合指标评估体系中，各单项指标计算和评分需要考虑的因素包括各个指标评价标准的确定、各个指标评分标准的确定以及单项指标权重的确定。其中，评价标准主要根据相关导则规定和专家经验进行确定，评分标准需采用德尔菲法结合专家意见进行确定，单项指标权重的确定可利用本专利提出的方法计算，具体计算步骤如下：

①建立层次结构；

②建立方案属性决策表；

③形成判断矩阵：

④判断矩阵一致性校验；

⑤判断矩阵权重求解；

⑥综合权重计算和排序。

(4)构造判断矩阵与确定权重

结合现状电网综合评估体系的建立，将判断矩阵构造和权重求解的步骤分为以下几个部分：

①把问题进行分解组合，建立递阶层次结构，清楚地表明各层次之间的关系。

②用三标度法来对同一层元素进行两两比较，建立比较矩阵A。

采用三度标法可以得到:

其中，c_i为某层指标中第i个元素，a_ij为某层指标中第i个元素与第j个元素的比较结果，c_i和c_j为同一层指标元素。

③计算出比较矩阵各元素重要性的排序指数，将比较矩阵转化为判断矩阵。构造判断矩阵的方法包括极差法或极比法。

a.用极差法构造判断矩阵：

f(r_i,r_j)＝c_b(r_i-r_j)/R＝c_ij(3)

式中：

r_i——矩阵A矩阵第i行元素之和；

c_b——常量，是按某种标准预先给定的极差元素对的相对重要程度(一般在实践应用中常取c_b＝9)；

R——R＝r_max-r_min称为极差，r_max＝max{r₁,r₂…r_n}，r_min＝min{r₁,r₂…r_n}。所得的矩阵为一致性判断矩阵。

b.用极比法构造判断矩阵：

$f\left(r_i{,r}_j\right)={\left[\frac{r_i}{r_j}\right]}^{{\log }_r{c}_b}=c_{\mathrm{ij}}---\left(4\right)$

式中:

r——称为极比，所得到的矩阵C＝(c_ij)_n×n为一致性判断矩阵；

r_j——矩阵A矩阵第j列元素之和；

④确定各层次中评价指标的相对权重wi。

一般采用特征向量法，首先求出判断矩阵的最大特征值λ_max，然后再求出最大特征值λ_max对应的特征向量W，即得到权重向量(w₁，w₂…w_n)。对W作归一化处理，得到某一级各个评价指标关于它上一级指标的相对权重。

${w_i}^{\&prime;}=\frac{w_i}{\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\&Sigma;}}}{w}_i}---\left(5\right)$

向量W'＝[w₁'w₂'…w_n']为某一级各个评价指标关于它上一级指标的相对权重。

⑤进行一致性检验。

计算最大特征值，并引入相容性指标CI检验判断矩阵的一致性，其中：

CI＝(λ_max-n)/(n-1)(6)

一般当CI<0.1时，认为判断矩阵的一致性可以接受；当CI≥0.1时，应重新对判断矩阵作适当修改，再对改正后的矩阵重新计算权重和进行一致性检验。

(5)改进的权重确定方法

上面所述仅是单一专家关于层次结构同层之间的权重值求解，在实际的工程项目中，单一专家的方法往往受到各方面因素的影响，难以准确地反映实际情况，同时不同专家的判断矩阵由于可信度不同而对最终判断矩阵的影响不同。采用在前面提到的德尔菲法(Delphi)来解决上面提到的问题。注意到利用德尔菲法，将使各位专家的意见等同对待，难以体现专家的差异性。本专利采用下面的方法改进这点不足。

对同一层指标形成的判断矩阵而言，假设共有m位专家参加决策，并形成自己的判断矩阵，设专家k做出的判断矩阵的权重向量记作：

w^(k)＝(w₁ ^(k),w₂ ^(k),…,w_n ^(k)),k＝1,2,…,m(7)

$S_{\mathrm{ij}}=\cos \left({\mathrm{\&theta;}}_{\mathrm{ij}}\right)=\frac{w^{\left(i\right)}\&CenterDot;w^{\left(j\right)}}{\left|w^{\left(i\right)}\right|\left|w^{\left(j\right)}\right|}---\left(8\right)$

式中：

θ_ij——两向量w(i)和w(j)之间的夹角；

S_ij——两专家各自判断矩阵A(i)和A(j)之间的一致度。可知，S_ij越大，两判断矩阵之间的一致性越高。

$S_i=\frac{1}{m-1}\underset{j=1,j\&NotEqual;i}{\overset{m}{\mathrm{\&Sigma;}}}{S}_{\mathrm{ij}}---\left(9\right)$

式中：

S_i——第i个专家判断矩阵的平均一致度，即第i个专家与所有其它专家的一致度之和的平均值。接下来将所有专家的平均一致度归一化，得到专家判断矩阵的相对一致度。

第i个专家判断矩阵的相对一致度的定义表达式如下：

${S_i}^{\&prime;}=S_i/\underset{i=1}{\overset{m}{\mathrm{\&Sigma;}}}{S}_i---\left(10\right)$

第i个专家判断矩阵的相对一致度反映了其与其他专家判断矩阵的一致程度，即是否能代表大多数专家的意见。根据上面的理论，对德尔菲法进行改进，改进后权重向量的表达式如下：

$W=\stackrel{m}{\mathrm{\&Sigma;}}{S_i}^{\&prime;}{w}^{\left(i\right)}---\left(11\right)$

可以看出，通过对不同专家得到的权重值区别对待，考虑了不同专家形成判断矩阵时有关因素的影响，克服了先前德尔菲法在这点上的不足，对权重的修订能取得比较好的效果。

(6)综合评价方法

单项指标评分从不同侧面反映了电网的具体情况，但是不足以说明电网的整体状况。因此，需要利用AHP法逐层向上计算，直到计算得出整个电网的综合评分。

最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，所属领域的普通技术人员尽管参照上述实施例应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，这些未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，均在申请待批的本发明的权利要求保护范围之内。

Claims (11)

1.一种交直流混合城市配电网综合效益评估方法，其特征在于：所述方法包括以下步骤：

(1)采集校核基础数据；

(2)建立层次结构；

(3)单项指标计算和评分；

(4)构造判断矩阵与确定权重；

(5)确定改进的权重；

(6)确定电网的综合评分。

2.如权利要求1所述的一种交直流混合城市配电网综合效益评估方法，其特征在于：所述步骤(1)中的数据包括电源情况、电网结构、电网设备和运行情况。

3.如权利要求2所述的一种交直流混合城市配电网综合效益评估方法，其特征在于：所述步骤(2)中的层次结构包括电能质量、供电可靠性、传输效率和运行经济性；所述电能质量包括电能质量、频率质量、三相不平衡度和谐波含量；所述供电可靠性包括停电持续时间和停电频率；所述运行经济性包括线损率。

4.如权利要求3所述的一种交直流混合城市配电网综合效益评估方法，其特征在于：所述步骤(3)中的计算和评分通过所述步骤(2)的建立层次结构确定；所述步骤(3)的计算和评分过程包括：

(3-1)建立方案属性决策表；

(3-2)形成判断矩阵：

(3-3)判断矩阵一致性校验；

(3-4)判断矩阵权重求解；

(3-5)综合权重计算和排序。

5.如权利要求1所述的一种交直流混合城市配电网综合效益评估方法，其特征在于：所述步骤(4)中的过程为：

(4-1)建立递阶层次结构，清楚地表明各层次之间的关系；

(4-2)通过三标度法对同一层元素进行两两比较，建立比较矩阵A；

(4-3)计算出比较矩阵A各元素重要性的排序指数，将比较矩阵A转化为判断矩阵；

(4-4)确定各层次中评价指标的相对权重wi；

(4-5)进行一致性检验。

6.如权利要求5所述的一种交直流混合城市配电网综合效益评估方法，其特征在于：所述步骤(4-2)中的比较矩阵A为：

采用三度标法确定:

其中，c_i为某层指标中第i个元素，a_ij为某层指标中第i个元素与第j个元素的比较结果，c_i和c_j为同一层指标元素。

7.如权利要求6所述的一种交直流混合城市配电网综合效益评估方法，其特征在于：所述步骤(4-4)的过程为：

确定所述判断矩阵的最大特征值λ_max；

确定最大特征值λ_max对应的特征向量W；

确定权重向量w_i＝(w₁，w₂…w_n)；

确定某一级各个评价指标关于它上一级指标的相对权重；

所述步骤(4-5)通过下式进行一致性检验：

CI＝(λ_max-n)/(n-1)

其中，CI为相容性指标，n为权重相量数量；当CI<0.1时，认为接受判断矩阵的一致性；当CI≥0.1时，应重新对判断矩阵作修改，再对改正后的矩阵重新计算权重和进行一致性检验直到一致性被接受。

8.如权利要求7所述的一种交直流混合城市配电网综合效益评估方法，其特征在于：所述相对权重通过通过下式确定：

${w_i}^{\&prime;}=\frac{w_i}{\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\&Sigma;}}}{w}_i}$

其中，向量Wi'＝[w₁'w₂'…w_n']为某一级各个评价指标关于它上一级指标的相对权重。

9.如权利要求1所述的一种交直流混合城市配电网综合效益评估方法，其特征在于：所述步骤(5)中的改进的权重通过下式确定：

$W=\underset{i=1}{\overset{m}{\mathrm{\&Sigma;}}}{S_i}^{\&prime;}{w}^{\left(i\right)}$

其中，S_i′为第i个专家判断矩阵的相对一致度；w⁽ⁱ⁾为专家i做出的判断矩阵的权重向量；w^(k)＝(w₁ ^(k)，w₂ ^(k)，…，w_n ^(k))，k＝1，2，…i、、…，m；

所述S_i′通过下式确定：

${S_i}^{\&prime;}=S_i/\underset{i=1}{\overset{m}{\mathrm{\&Sigma;}}}{S}_i$

其中，Si为第i个专家判断矩阵的平均一致度，m为专家总数量；

所述Si通过下式确定：

$S_i=\frac{1}{m-1}\underset{j=1,j\&NotEqual;i}{\overset{m}{\mathrm{\&Sigma;}}}{S}_{\mathrm{ij}}$

其中，Sij为两专家各自判断矩阵A(i)和A(j)之间的一致度；

所述Sij通过下式确定：

$S_{\mathrm{ij}}=\cos \left({\mathrm{\&theta;}}_{\mathrm{ij}}\right)=\frac{w^{\left(i\right)}\&CenterDot;w^{\left(j\right)}}{\left|w^{\left(i\right)}\right|\left|w^{\left(j\right)}\right|}$

其中，θij为两向量w(i)和w(j)之间的夹角。

10.如权利要求5所述的一种交直流混合城市配电网综合效益评估方法，其特征在于：所述步骤(4-3)中的判断矩阵通过极差法或极比法确定。

11.如权利要求1所述的一种交直流混合城市配电网综合效益评估方法，其特征在于：所述步骤(6)通过层次分析法逐层向上计算，直到计算得出整个电网的综合评分。