CN107832950A - 一种基于改进区间模糊评价的配电网投资成效评价方法 - Google Patents

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Abstract

一种基于改进区间模糊评价的配电网投资成效评价方法，该方法先建立配电网投资成效评价指标体系，再借助模糊数学中的隶属函数对指标体系中的各指标进行无量纲处理，然后采用加权区间算法计算各指标的权重，最后利用乘加算子计算电网的综合评分。本设计不仅具有良好的实际应用有效性和准确性，而且能够为后期的配电网投资分项目决策以及分地区决策提供指导性意见。

Description

一种基于改进区间模糊评价的配电网投资成效评价方法
技术领域
本发明属于配电网自动化领域，具体涉及一种基于改进区间模糊评价的配电网投资成效评价方法。
背景技术
近年来，随着电力体制改革不断深入，全球变暖、雾霾等环境问题的压力不断增大，电网运行、规划中的问题越发突出。电网管理与决策的重要问题之一即平衡经济优化、节能环保与系统安全之间的矛盾，具体表现为：一方面电网企业的企业属性决定了其追求电网效益的特性，另一方面电网必须连续稳定运行的要求决定了电网安全十分重要。综合评价理论体系是解决这一问题的有效方法，即通过合理评价安全性对电网效益的影响，综合评价电网的规划与运行方案，从而通过评价结果指导电网企业的生产、投资及规划。
目前，在国内外应用最为广泛的综合评价理论是层次分析法(AnalyticHierarchy ProcMs,AHP)。AHP的思想是首先通过建立清晰的层次结构来分解复杂问题，其次引入测度理论，通过对比，用相对标度将人的判断标准化，并逐层建立判断矩阵，然后求解判断矩阵的权重，最后计算方案的综合权重。但是AHP法在进行两两比较时，如果信息不完全，就会出现判断不确定的情况，以致求解精度出现较大偏差。因此，其无法适用于包含模糊性判断因素的综合评价。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术存在的无法适用于包含模糊性判断因素的综合评价的问题，提供一种能够实现有效解决判断模糊性问题的基于改进区间模糊评价的配电网投资成效评价方法。
为实现以上目的，本发明的技术方案如下：
一种基于改进区间模糊评价的配电网投资成效评价方法，依次包括以下步骤：
步骤A、建立配电网投资成效评价指标体系，其中，所述指标体系包括供电质量指标、电网结构指标、装备水平指标、供电能力指标、智能化水平指标和电网效率指标；
步骤B、借助模糊数学中的隶属函数对指标体系中的各指标进行无量纲处理，以建立指标评分标准；
步骤C、采用加权区间算法计算各指标的权重；
步骤D、利用乘加算子计算电网的综合评分。
所述步骤B依次包括以下步骤：
步骤B1、结合工程实际将指标划分为正指标、适度指标与逆指标；
步骤B2、采用梯形模糊隶属度函数对步骤B1得到的三类指标分别进行无量纲处理。
步骤B2中，
所述正指标按照下式处理：
所述适度指标按照下式处理：
所述逆指标按照下式处理：
上述公式中，rij为第i个对象第j项指标的隶属度，xij为第i个对象第j项指标的指标值，vlj(l＝1,2,3,4)为区间型隶属函数的参数，m为评价对象的个数。
所述步骤C依次包括以下步骤：
步骤C1、借助互反性1-9标度，用区间数w[w-,w+]代替点值构成判断矩阵以表述判断的不确定性；
步骤C2、对区间数的上下边界w-、w+分别赋予权重p、q，得到不含区间数的互补判断矩阵R(wij)n×n；
步骤C3、进行判断矩阵一致性校验，计算R(wij)n×n的最大特征值，并采用相容性指标检验判断矩阵一致性；
步骤C4、求解R(wij)n×n的权重。
所述步骤C2中，
式中，wij为加权区间点值，为指标相对于指标的重要性判断上、下界数值。
所述步骤C3中，相容性指标CI由下式表示：
式中，n为判断矩阵的阶数，λmax为判断矩阵的最大特征值；
所述步骤C4依次包括以下步骤：
步骤C41、通过下式求出最大特征值λmax对应的特征向量W(w1，w2，…wn)，该特征向量即为判断矩阵的权重向量：
RW＝λmaxW
式中，R为互补判断矩阵R(wij)n×n，λmax为矩阵R的最大特征值，W为权重向量；
步骤C42、采用下式对W作归一化处理：
式中，w′i为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D为：
采用层次分析法，利用乘加算子逐层向上计算，直至计算得出整个电网的综合评分：
Sij＝100rij
式中，Sij为第i个对象第j项指标的评分值，rij为第i个对象第j项指标的隶属度，Wj为第j项指标关于它上一级指标的相对权重值。
步骤A中，
所述供电质量指标包括供电可靠率、综合电压合格率、“低电压”用户占比；
所述电网结构指标包括单线或单变电站占比、高压配电网N-1通过率、中压配电线路联络率；
所述装备水平指标包括中压架空线路绝缘化率、高损配变占比；
所述供电能力指标包括高压变电容载比、户均配变容量、中压重载线路占比和中压重载配变占比；
所述智能化水平指标包括配电自动化有效覆盖率、智能电表覆盖率、分布式电源渗透率和电动汽车充换电设施密度；
所述电网效率指标包括中压线路负载率平均值、10kV及以下综合线损率。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
1、本发明一种基于改进区间模糊评价的配电网投资成效评价方法先建立配电网投资成效评价指标体系，再借助模糊数学中的隶属函数对指标体系中的各指标进行无量纲处理，然后采用加权区间算法计算各指标的权重，最后利用乘加算子计算电网的综合评分，该设计引入了模糊评价方法对分析评估中的各种模糊信息作量化处理，在评价过程中可有效解决工程实际中评价指标的不确定性、由于信息不完全造成的专家判断模糊性等问题，不仅适用于实际工程应用，而且保证了配电网投资成效评价的准确性。因此，本发明具有良好的实际应用有效性和准确性。
2、本发明一种基于改进区间模糊评价的配电网投资成效评价方法所建立的评价指标体系以供电质量、电网结构、装备水平、供电能力、智能化水平和电网效率这六个方面作为一级指标，并将每项一级指标采用多项二级指标进行量化，不仅能够实现对配电网投资成效全面、客观、科学合理的评价，而且还能充分反映出地区配电网建设较为完备与较为薄弱的部分，进而为后期的配电网投资分项目决策以及分地区决策提供指导性意见。因此，本发明不仅实现了对配电网投资成效全面、客观、科学合理的评价，而且能够为后期的配电网投资分项目决策以及分地区决策提供指导性意见。
附图说明
图1为本发明实施例1的流程图。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
一种基于改进区间模糊评价的配电网投资成效评价方法，依次包括以下步骤：
步骤A、建立配电网投资成效评价指标体系，其中，所述指标体系包括供电质量指标、电网结构指标、装备水平指标、供电能力指标、智能化水平指标和电网效率指标；
步骤B、借助模糊数学中的隶属函数对指标体系中的各指标进行无量纲处理，以建立指标评分标准；
步骤C、采用加权区间算法计算各指标的权重；
步骤D、利用乘加算子计算电网的综合评分。
所述步骤B依次包括以下步骤：
步骤B1、结合工程实际将指标划分为正指标、适度指标与逆指标；
步骤B2、采用梯形模糊隶属度函数对步骤B1得到的三类指标分别进行无量纲处理。
步骤B2中，
所述正指标按照下式处理：
所述适度指标按照下式处理：
所述逆指标按照下式处理：
上述公式中，rij为第i个对象第j项指标的隶属度，xij为第i个对象第j项指标的指标值，vlj(l＝1,2,3,4)为区间型隶属函数的参数，m为评价对象的个数。
所述步骤C依次包括以下步骤：
步骤C1、借助互反性1-9标度，用区间数w[w-,w+]代替点值构成判断矩阵以表述判断的不确定性；
步骤C2、对区间数的上下边界w-、w+分别赋予权重p、q，得到不含区间数的互补判断矩阵R(wij)n×n；
步骤C3、进行判断矩阵一致性校验，计算R(wij)n×n的最大特征值，并采用相容性指标检验判断矩阵一致性；
步骤C4、求解R(wij)n×n的权重。
所述步骤C2中，
式中，wij为加权区间点值，为指标相对于指标的重要性判断上、下界数值。
所述步骤C3中，相容性指标CI由下式表示：
式中，n为判断矩阵的阶数，λmax为判断矩阵的最大特征值；
所述步骤C4依次包括以下步骤：
步骤C41、通过下式求出最大特征值λmax对应的特征向量W(w1，w2，…wn)，该特征向量即为判断矩阵的权重向量：
RW＝λmaxW
式中，R为互补判断矩阵R(wij)n×n，λmax为矩阵R的最大特征值，W为权重向量；
步骤C42、采用下式对W作归一化处理：
式中，w′i为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D为：
采用层次分析法，利用乘加算子逐层向上计算，直至计算得出整个电网的综合评分：
Sij＝100rij
式中，Sij为第i个对象第j项指标的评分值，rij为第i个对象第j项指标的隶属度，Wj为第j项指标关于它上一级指标的相对权重值。
步骤A中，
所述供电质量指标包括供电可靠率、综合电压合格率、“低电压”用户占比；
所述电网结构指标包括单线或单变电站占比、高压配电网N-1通过率、中压配电线路联络率；
所述装备水平指标包括中压架空线路绝缘化率、高损配变占比；
所述供电能力指标包括高压变电容载比、户均配变容量、中压重载线路占比和中压重载配变占比；
所述智能化水平指标包括配电自动化有效覆盖率、智能电表覆盖率、分布式电源渗透率和电动汽车充换电设施密度；
所述电网效率指标包括中压线路负载率平均值、10kV及以下综合线损率。
本发明的原理说明如下：
本发明提出的评价方法不仅能科学而全面的评价配电网建设项目的投资成效，有效反映电网的安全与效益综合属性，而且指标体系结构和评价模型合理，能够很好的处理多目标、多属性的评价问题，评价结果可为电网的规划、投资决策提供参考。
本发明所述wij表示两元素相对关系在区间数内的分布的判断点值。
CI：通常情况下，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和进行一致性检验。
步骤B1：
对于正指标，要求其数值越大越好，适度指标要求数值在一定范围内，而逆指标则要求数值越小越好。
步骤C1：
所述用区间数w[w-,w+]代替点值构成判断矩阵以表述判断的不确定性的判断判断依据为互反性1-9标度，如下表所示。若专家认为针对某地区配电网，供电质量指标相对智能化水平指标的重要程度介于“明显”到“强烈”之间，通过查阅1-9标度表，可将以上专家比较的语言描述标量化，结果为区间数[5，7]。当区间数w[w-,w+]的上界w+和下界w-相等时，区间数将会退化为点值。
表2 互反性1-9标度
注：2、4、6、8表示上述相邻判断的中间值
实施例1：
参见图1，一种基于改进区间模糊评价的配电网投资成效评价方法，评价对象为某省14个地市公司的运行数据，试验采用数据是依据国家电网公司配电网现状调研数据及年终总结统计数据，统计及计算软件为MATLAB，具体步骤如下：
步骤1、根据城市特点和负荷特性建立配电网投资成效评价指标体系，其中，所述指标体系包括供电质量指标、电网结构指标、装备水平指标、供电能力指标、智能化水平指标和电网效率指标，所述供电质量指标包括供电可靠率、综合电压合格率、“低电压”用户占比，所述电网结构指标包括单线或单变电站占比、高压配电网N-1通过率、中压配电线路联络率，所述装备水平指标包括中压架空线路绝缘化率、高损配变占比，所述供电能力指标包括高压变电容载比、户均配变容量、中压重载线路占比和中压重载配变占比，所述智能化水平指标包括配电自动化有效覆盖率、智能电表覆盖率、分布式电源渗透率和电动汽车充换电设施密度，所述电网效率指标包括中压线路负载率平均值、10kV及以下综合线损率；
步骤2、根据国家、行业、国家电网公司现行相关标准及相关领域专家的专业意见，将“综合电压合格率”、“高压配电网N-1通过率”、“中压配电线路联络率”等指标划分为正指标，“高损配变占比”、“中压重载线路占比”、“10kV以下综合线损率”等指标为逆指标，其余为适度指标；
步骤3、将正指标按照下式计算隶属度：
适度指标按照下式计算隶属度：
逆指标按照下式计算隶属度：
上述公式中，rij为第i个对象第j项指标的隶属度，xij为第i个对象第j项指标的指标值，vlj(l＝1,2,3,4)为区间型隶属函数的参数，m为评价对象的个数；
步骤4、借助互反性1-9标度，用区间数w[w-,w+]代替点值构成判断矩阵以表述判断的不确定性，并根据德尔菲法对区间数的上下边界w-、w+分别赋予权重后得到上三角加权区间判断矩阵：
由于判断矩阵下三角部分与上三角部分互为倒数，利用得到不含区间数的互补判断矩阵R(wij)n×n：
式中，wij为加权区间点值，为指标相对于指标的重要性判断上、下界数值；
步骤5、引用相容性指标CI进行判断矩阵一致性校验，计算R(wij)n×n的最大特征值：
式中，n为判断矩阵的阶数，λmax为判断矩阵的最大特征值；
步骤6、先通过RW＝λmaxW求出最大特征值对应的特征向量W(w1，w2，…wn)，该特征向量即为判断矩阵的权重向量，然后采用对W作归一化处理，式中，R为互补判断矩阵R(wij)n×n，λmax为矩阵R的最大特征值，w′i为某一级各个评价指标关于它上一级指标的相对权重，结果见表1：
表1 一级指标的权重
供电质量 电网结构 装备水平 供电能力 智能化水平 电网效率
权重值 0.2072 0.0717 0.0717 0.5488 0.0289 0.0717
步骤7、采用层次分析法，利用乘加算子逐层向上计算，直至计算得出某省14个地市公司的配电网投资成效一级指标评价得分及综合评分(参见表2、3)：
Sij＝100rij
式中，Sij为第i个对象第j项指标的评分值，rij为第i个对象第j项指标的隶属度，Wj为第j项指标关于它上一级指标的相对权重值；
表2 某省14个地市公司的配电网投资成效一级指标评价得分
表3 某省A-G地市公司的配电网投资成效的综合评价得分
表4 某省H-N地市公司的配电网投资成效的综合评价得分
由表2可分析某地区在供电质量、电网结构、装备水平、供电能力、智能化水平和电网效率六个方面每一项的得分高低，由表3、4能够看出，该省C、J、A地区的综合评分最高，而N、K、M地区的综合评分最低，与实际情况相符。
以上结果充分反映出各地区的配电网建设水平。

Claims (7)

1.一种基于改进区间模糊评价的配电网投资成效评价方法，其特征在于：
所述方法依次包括以下步骤：
步骤A、建立配电网投资成效评价指标体系，其中，所述指标体系包括供电质量指标、电网结构指标、装备水平指标、供电能力指标、智能化水平指标和电网效率指标；
步骤B、借助模糊数学中的隶属函数对指标体系中的各指标进行无量纲处理，以建立指标评分标准；
步骤C、采用加权区间算法计算各指标的权重；
步骤D、利用乘加算子计算电网的综合评分。
2.根据权利要求1所述的一种基于改进区间模糊评价的配电网投资成效评价方法，其特征在于：
所述步骤B依次包括以下步骤：
步骤B1、结合工程实际将指标划分为正指标、适度指标与逆指标；
步骤B2、采用梯形模糊隶属度函数对步骤B1得到的三类指标分别进行无量纲处理。
3.根据权利要求2所述的一种基于改进区间模糊评价的配电网投资成效评价方法，其特征在于：
步骤B2中，
所述正指标按照下式处理：
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所述适度指标按照下式处理：
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所述逆指标按照下式处理：
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上述公式中，rij为第i个对象第j项指标的隶属度，xij为第i个对象第j项指标的指标值，vlj(l＝1,2,3,4)为区间型隶属函数的参数，m为评价对象的个数。
4.根据权利要求1所述的一种基于改进区间模糊评价的配电网投资成效评价方法，其特征在于：
所述步骤C依次包括以下步骤：
步骤C1、借助互反性1-9标度，用区间数w[w-,w+]代替点值构成判断矩阵以表述判断的不确定性；
步骤C2、对区间数的上下边界w-、w+分别赋予权重p、1-p，得到不含区间数的互补判断矩阵R(wij)n×n；
步骤C3、进行判断矩阵一致性校验，计算R(wij)n×n的最大特征值，并采用相容性指标检验判断矩阵一致性；
步骤C4、求解R(wij)n×n的权重。
5.根据权利要求4所述的一种基于改进区间模糊评价的配电网投资成效评价方法，其特征在于：
所述步骤C2中，
<mrow> <msub> <mi>w</mi> <mrow> <mi>i</mi> <mi>j</mi> </mrow> </msub> <mo>=</mo> <msubsup> <mi>w</mi> <mrow> <mi>i</mi> <mi>j</mi> </mrow> <mo>-</mo> </msubsup> <mo>&amp;CenterDot;</mo> <mi>p</mi> <mo>+</mo> <msubsup> <mi>w</mi> <mrow> <mi>i</mi> <mi>j</mi> </mrow> <mo>+</mo> </msubsup> <mo>&amp;CenterDot;</mo> <mrow> <mo>(</mo> <mn>1</mn> <mo>-</mo> <mi>p</mi> <mo>)</mo> </mrow> <mo>,</mo> <mrow> <mo>(</mo> <mi>i</mi> <mo>,</mo> <mi>j</mi> <mo>=</mo> <mn>1</mn> <mo>,</mo> <mn>2</mn> <mo>,</mo> <mn>...</mn> <mi>n</mi> <mo>)</mo> </mrow> </mrow>
式中，wij为加权区间点值，为指标相对于指标的重要性判断上、下界数值。
所述步骤C3中，相容性指标CI由下式表示：
<mrow> <mi>C</mi> <mi>I</mi> <mo>=</mo> <mfrac> <mrow> <msub> <mi>&amp;lambda;</mi> <mrow> <mi>m</mi> <mi>a</mi> <mi>x</mi> </mrow> </msub> <mo>-</mo> <mi>n</mi> </mrow> <mrow> <mi>n</mi> <mo>-</mo> <mn>1</mn> </mrow> </mfrac> </mrow>
式中，n为判断矩阵的阶数，λmax为判断矩阵的最大特征值；
所述步骤C4依次包括以下步骤：
步骤C41、通过下式求出最大特征值λmax对应的特征向量W(w1，w2，…wn)，该特征向量即为判断矩阵的权重向量：
RW＝λmaxW
式中，R为互补判断矩阵R(wij)n×n，λmax为矩阵R的最大特征值，W为权重向量；
步骤C42、采用下式对W作归一化处理：
<mrow> <msubsup> <mi>w</mi> <mi>i</mi> <mo>&amp;prime;</mo> </msubsup> <mo>=</mo> <mfrac> <msub> <mi>w</mi> <mi>i</mi> </msub> <mrow> <munderover> <mo>&amp;Sigma;</mo> <mrow> <mi>i</mi> <mo>=</mo> <mn>1</mn> </mrow> <mi>n</mi> </munderover> <msub> <mi>w</mi> <mi>i</mi> </msub> </mrow> </mfrac> </mrow>
式中，wi'为某一级各个评价指标关于它上一级指标的相对权重。
6.根据权利要求1所述的一种基于改进区间模糊评价的配电网投资成效评价方法，其特征在于：
所述步骤D为：
采用层次分析法，利用乘加算子逐层向上计算，直至计算得出整个电网的综合评分：
<mrow> <msub> <mi>S</mi> <mi>i</mi> </msub> <mo>=</mo> <munderover> <mo>&amp;Sigma;</mo> <mrow> <mi>j</mi> <mo>=</mo> <mn>1</mn> </mrow> <mi>n</mi> </munderover> <msub> <mi>S</mi> <mrow> <mi>i</mi> <mi>j</mi> </mrow> </msub> <msub> <mi>W</mi> <mi>j</mi> </msub> </mrow>
Sij＝100rij
式中，Sij为第i个对象第j项指标的评分值，rij为第i个对象第j项指标的隶属度，Wj为第j项指标关于它上一级指标的相对权重值。
7.根据权利要求1所述的一种基于改进区间模糊评价的配电网投资成效评价方法，其特征在于：
步骤A中，
所述供电质量指标包括供电可靠率、综合电压合格率、“低电压”用户占比；
所述电网结构指标包括单线或单变电站占比、高压配电网N-1通过率、中压配电线路联络率；
所述装备水平指标包括中压架空线路绝缘化率、高损配变占比；
所述供电能力指标包括高压变电容载比、户均配变容量、中压重载线路占比和中压重载配变占比；
所述智能化水平指标包括配电自动化有效覆盖率、智能电表覆盖率、分布式电源渗透率和电动汽车充换电设施密度；
所述电网效率指标包括中压线路负载率平均值、10kV及以下综合线损率。
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