CN109447335A - 一种电网项目两阶段决策优化方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种电网项目两阶段决策优化方法及系统，其特征在于包括以下内容：对影响电网项目排序的因素进行分析，构建电网项目优化排序的评价指标体系；根据电网项目优化排序的评价指标体系，建立基于物元可拓的电网项目优化排序模型；根据电网项目优化排序模型，筛选出满足对应评价指标要求的电网项目，并获取筛选出的电网项目的基本信息；根据电网发展目标，预先建立基于Weingartner的电网发展辅助决策模型，并确定电网项目的约束条件；根据预先建立的电网发展辅助决策模型和筛选出的电网项目及其基本信息，基于电网投资限额，确定最优的电网项目或电网项目的组合，本发明可以广泛应用于决策优化领域中。
Description
技术领域
本发明是关于一种电网项目两阶段决策优化方法及系统，属于决策优化领域。
背景技术
电力行业是现代社会的支柱性产业，现代社会的所有生产活动都离不开稳定的电能供给和支持，电力行业的主要环节包括电能的发输配用，电网承担着其中的输配电任务，涉及大量项目的投资建设和运营维护。电网项目所需投资数额巨大，而且投资回收期长、不确定因素多，难以在短期内获得收益，但电网项目投资决策又影响着电网企业的长期稳定运营，因此如何合理地开展电网项目的投资决策是电力行业需要重点关注的问题。现今，电网企业普遍加大了对电网投资的力度，但是电网企业面临的投资环境越来越复杂，与此同时产生如何优化电网项目投资效益和促进电网发展的问题，越来越成为企业日益关注的焦点，因此，有必要在电网项目投资决策时，采用一套科学合理的方法进行充分地论证及决策优化。
项目决策理论是决策者根据预期的目标，对于单一方案要判断该方案是否可行，预期可获得的经济效益如何；对于存在多个待选方案的电网项目，需要决策者采取科学、合理且有效的方法对这些方案进行研究论证，分析这些方案的可行性、经济性和先进性等，从而在这些方案中选出最佳方案或方案的组合。传统项目决策方法按照是否考虑资金的时间价值可以分为静态分析法和动态分析法，其中，静态分析法利用不考虑资金时间价值的静态指标进行评价和决策，主要包括静态投资回收期法和投资收益率法；动态分析法在评价项目的财务效益时将资金的时间价值考虑进来，更切合实际要求，主要包括净现值法、净现值指数法、内部收益率法、费用年值和费用现值法等。传统项目决策方法应用于实际项目决策过程中的历史较久、范围也较广泛，但是传统项目决策方法也有一定的局限性，其一，传统项目决策方法多基于对未来的假设，存在较大的不确定性，特别是针对电网项目，项目的寿命期长，在全寿命周期之内，项目的现金流、利润等会受到多种因素的影响，因此分析得出的结果可能与实际情况存在较大出入；其二，项目的财务指标并不是判断项目可行性的唯一因素，针对电网项目，还需要综合考虑电网运行的协调性、安全性等技术要求和清洁性、可持续性等环保要求，兼顾电网的发展目标，传统项目决策方法忽略了项目对企业发展的战略影响。
目前，电网项目决策优化方法主要是在对决策矩阵进行规范化处理和确定属性权重的基础上，对多属性决策问题的决策方案进行综合排序。确定属性权重的方法主要包括主观赋权法(常用的由专家调查法、二项系数法、环比评分法、最小平方法和层次分析法等)、客观赋权法(常用的有主成份分析法、熵技术法、离差及均方差法、多目标规划法等)、基于主客观加权属性值一致化的组合赋权法三种。主观赋权法是人们研究较早、较为成熟的方法，但其决策或评价结果具有较强的主观随意性，客观性较差，同时增加了对决策分析者的负担，应用中有很大局限性；客观赋权法研究较晚，还很不完善，它不具有主观随意性，不增加对决策分析者的负担，其决策或评价结果具有较强的数学理论依据，但这种赋权方法依赖于实际的问题域，因而通用性和决策人的可参与性较差，没有考虑决策人的主观意向，且计算方法大都比较繁锁；组合赋权法主要是将主观赋权法和客观赋权法结合在一起使用，能够比较充分地利用各自的优点。目前对决策方案进行排序的方法很多，常用的有简单加性加权法和层次加性加权法、理想点法(包括逼近于理想解的排序方法—TOPSIS法，即所谓双基点法)、多维偏好分析的线性规划方法(LNIMAP法)等。此外，灰色理论、模糊数学和集对分析等的发展和不断应用，扩宽了多属性决策的思路，产生了灰色关联决策法、灰色局势决策法、模糊综合评判法、模糊层次分析法等多属性决策方法，例如模糊综合评判法在实际综合评价中使用得较多，但这种方法有如下几点不足之处：1)隶属度函数较难确定，且主观随意性较强，增加了决策者的操作难度；2)模糊算子的选择较困难，且很多模糊算子不能充分利用已知信息，客观适用性较弱。
发明内容
针对上述问题，本发明的目的是提供一种能够克服主观随意性缺陷且能够增加客观适用性的电网项目两阶段决策优化方法及系统。
为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：一种电网项目两阶段决策优化方法，其特征在于包括以下内容：对影响电网项目排序的因素进行分析，构建电网项目优化排序的评价指标体系；根据电网项目优化排序的评价指标体系，建立基于物元可拓的电网项目优化排序模型；根据电网项目优化排序模型，筛选出满足对应评价指标要求的电网项目，并获取筛选出的电网项目的基本信息；根据电网发展目标，预先建立基于Weingartner的电网发展辅助决策模型，并确定电网项目的约束条件；根据电网发展辅助决策模型、电网项目的约束条件和筛选出的电网项目及其基本信息，基于电网投资限额，确定最优的电网项目或电网项目的组合。
进一步，所述电网项目优化排序的评价指标体系包括下述中的至少一种：建设性指标、技术性指标和环境影响性指标；其中，所述建设性指标包括输电能力不足率、负荷增长速度、所供负荷的重要程度、对地区的供电可靠性影响、项目的作用、项目相互制约条件和项目所在地性质；所述技术性指标包括变电所建设规模、变电站站址选择、送电线路路径选择、电气主接线和设备参数、继电保护和安全自动装置以及事故应急能力；所述环境影响性指标包括工程占地的性质、工程对环境的噪声影响、无线电干扰和工程废弃物的处理。
进一步，根据电网项目优化排序的评价指标体系，建立基于物元可拓的电网项目优化排序模型，具体过程为：将电网项目投资划分为若干评价等级，确定每一评价指标对应的评价等级的取值范围，并根据划分的评价等级及评价等级的取值范围确定各评价等级的经典域、节域以及待评价电网项目的各评价指标形成的待评物元；根据确定的各评价等级的经典域、节域以及待评物元，计算得到待评物元关于各评价等级的关联度；根据待评物元关于各评价等级的关联度，计算得到待评物元关于各评价等级的综合关联度，并确定待评物元的评价等级。
进一步，所述各评价等级的经典域为：
其中，Nj表示所划分的第j个评价等级；C表示所有评价指标的集合；Vji表示第i个评价指标对应评价等级j的取值范围的集合；Xji表示评价指标ci对应评价等级j的取值范围集合；(aji，bji)表示评价指标ci对应评价等级j的取值范围。
进一步，所述节域为：
其中，Np表示全部评价等级；Vpi表示全部评价等级Np关于评价指标集合C的整体取值范围集合；Xpi表示评价指标ci整体取值范围集合，Xji∈Xpi；(api，bpi)表示评价指标ci的取值范围。
进一步，所述待评物元关于各评价等级的关联度为：
其中，ρ(vi，Xji)和ρ(vi，Xpi)分别表示评价指标vi与经典域Xji和节域Xpi的距，vi、Xji、Xpi分别为评价指标ci、经典域Rj、节域Rp的具体数值，且：
|Xji|＝|bji-aji|，(i＝1，2，…，n；j＝1，2，…，n)
若Kj(vi)＝maxKj(vi)，j∈(1，2，...m)，m表示所划分评价等级的个数，则评价指标属于评价等级。
进一步，所述待评物元关于各评价等级的综合关联度为：
其中，wi为各评价指标的权重；若Kj(p)＝maxKj(p)，j∈(1，2，...m)，则待评物元R属于评价等级j。
进一步，所述基于Weingartner的电网发展辅助决策模型为：
其中，p表示电网项目序号，且p＝1，2，...，u，u表示电网项目的数量；t表示电网项目实施的年数，且t＝1，2，...，v，v表示电网项目的寿命周期；CIpt表示电网项目p在第t年的现金流入；COpt表示电网项目p在第t年的现金流出；i0表示投资决策时设定的基准折现率；xp表示决策变量，且：
进一步，所述电网项目的约束条件包括下述中的至少一种：1)资金、人力、物力等资源约束：
其中，Cpt表示电网项目p在第t年的资源需用量；bt表示某种资源第t年的可用量；2)互斥方案约束：
xa+xb+…+xk≤1
其中，xa，xb，…，xk是m个电网项目中互斥电网项目a，b，…，k的决策变量；3)依存关系约束：
xa≤xb
其中，电网项目a是依存于电网项目b的电网项目，即若电网项目b不选取，则电网项目a一定不选取，若电网项目b被选取，才可考虑电网项目a的选取；4)紧密互补型约束：
xc＝xd
其中，电网项目c和d为紧密互补型电网项目，即电网项目c和d均不选取或均选取；
5)非紧密互补型约束：
其中，xef表示电网项目e和f同时被选取，当满足上述公式条件时，电网项目e和f为非紧密型互补电网项目；6)不可分性约束：
xp＝0，1
即任一电网项目p，或被选取(xp＝1)，或被拒绝(xp＝0)，不允许只取一个完整电网项目的局部而舍弃其余部分，用数学语言表述即不允许xp为一小数(0＜xj＜1)。
一种电网项目两阶段决策优化系统，其特征在于，包括：评价指标体系构建模块，用于对影响电网项目排序的因素进行分析，构建电网项目优化排序的评价指标体系；电网项目优化排序模型建立模块，用于根据电网项目优化排序的评价指标体系，建立基于物元可拓的电网项目优化排序模型；电网项目筛选模块，用于根据电网项目优化排序模型，筛选出满足对应评价指标要求的电网项目，并获取筛选出的电网项目的基本信息；电网发展辅助决策模型建立模块，用于根据电网发展目标，预先建立基于Weingartner的电网发展辅助决策模型，并确定电网项目的约束条件；电网项目确定模块，用于根据电网发展辅助决策模型、电网项目的约束条件和筛选出的电网项目及其基本信息，基于电网投资限额，确定最优的电网项目或电网项目的组合。
本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：传统的电网项目决策方法只考虑财务指标和经济因素，忽略了电网项目对企业发展目标的战略影响，而现有的决策优化方法又难以克服主观随意性或客观适用性的缺陷，且多数方法存在模型算法复杂、且难以理解的问题，增加了决策者的负担，实用性不强。本发明突破传统方法的局限性，弥补现有决策优化方法中存在的缺陷，基于电网发展的战略要求和电网企业的实际情况，综合考虑多种因素，根据建设性、技术性、环境影响性和经济性等多方面的评价指标体系，构建电网项目优化排序模型，对电网项目进行初步筛选，再根据预先建立的基于Weingartner的电网发展辅助决策模型，确定最优的电网项目或电网项目的组合，在实际决策过程中，经过两个阶段充分的研究论证，既能保证电网项目实施后能满足电网发展需求，也可以保障电网项目实施给电网企业带来良好的效益，有助于提升电网企业决策科学化水平，提高电网投资的收益，保障电网安全稳定运行，促进智能电网的发展，可以广泛应用于决策优化领域中。
附图说明
图1是本发明方法的流程图；
图2是本发明方法中电网项目优化排序的评价指标体系示意图。
具体实施方式
以下结合附图来对本发明进行详细的描绘。然而应当理解，附图的提供仅为了更好地理解本发明，它们不应该理解成对本发明的限制。
如图1所示，本发明提供的电网项目两阶段决策优化方法，包括以下步骤：
1)根据建设性、技术性和环境影响性等原则，对影响电网项目排序的因素进行分析，构建电网项目优化排序的评价指标体系。
电网项目排序方案最终究竟效果如何，需要进行科学、合理、客观和全面的评价，为确保评价体系切实可行且结论科学合理，指标体系需要遵循建设性、技术性和环境影响性等原则，本发明根据下述原则，构建电网项目优化排序的评价指标体系：
建设性：对电网项目进行优化排序需要衡量电网项目建设的重要性、必要性和迫切性，考虑项目建设产生的影响和作用，以及项目在投资建设时可能受到的影响和约束。电网项目的重要性越高、迫切性越大、必要性越强，项目建设产生的影响和作用越有益，项目在投资建设时可能受到的影响和约束越少，则电网项目排序的优先级越高。
技术性：电网项目在建设过程中，需要达到一系列的技术性指标，例如变电所的建设规模、变电站的站址和送电线路路径的选择以及各种电气设备和装置的安装应满足协调性、安全性等技术要求。电网项目可达到的技术性指标越多，可满足的技术要求越高，则在投资决策时，电网项目排序的优先级越高。
环境影响性：电网项目在建设过程中以及投入运行后，电网项目会对自然环境和当地居民生活环境产生一定的影响。在电网项目投资决策时，应充分考虑电网项目的环境影响性因素，包括工程占地性质、噪声影响、无线电干扰和工程废弃物等。清洁性、可持续性等环保要求越高的电网项目优先级越高。
因此，根据上述各原则，确定的电网项目优化排序的评价指标体系如图2所示，包括下述中的至少一种：
1.1)建设性指标
1.1.1)输电能力不足率IRTC：
其中，PSC1表示应有的供电容量，PSC2表示当前的供电容量，PTC表示现有输送能力。该评价指标是一个相对数，反映了不同电压等级待建电网项目的迫切性，输电能力不足率IRTC越大，则该电压等级输电充裕度较低，该电网项目的迫切性越大，应加强对该电压等级电网项目的投资力度。
1.1.2)负荷增长速度LR：
LR＝LR1-LR2 (2)
其中，LR1表示今年的负荷数，LR2表示上一年的负荷数。该评价指标主要反映了不同地区、不同电压等级的负荷发展状况及水平。一般而言，通过计算最近三年不同口径的负荷增长速度，可以反映各个电压等级的电网项目投资的迫切性。如果某电压等级的负荷增长速度LR相对于其他电压等级快，就应该加强对该电压等级电网项目的投资。与此同时，还可以按照城网规划的年限进行中远期负荷预测，着重考虑各分区的负荷密度，确定各规划年的用电负荷构成及电网建设规模。
1.1.3)所供负荷的重要程度：
该评价指标分为一级负荷、二级负荷和三级负荷三个等级，其中一级负荷最为重要，并逐级递减。所供负荷的重要程度反映了电网项目所供负荷的性质，同等条件下若负荷越重要即负荷级别越高，则应该优先考虑投资建设该电网项目。
1.1.4)对地区的供电可靠性影响：
该评价指标考查全网网架结构，对能加强全网网架结构或地区网络安全稳定水平的电网项目应该优先考虑，即使这些电网项目投入产出比较低，但却是十分必须的。对于该类电网项目的控制应该让电网项目设计单位给出评估说明。
1.1.5)项目的作用：
该评价指标反映了电网项目在电网中的地位。考虑建设电网项目在电网中的地位，可以将电网项目分为枢纽工程和一般工程，对于枢纽工程应予以政策上的倾斜，优先投资建设；对于一般工程，可以参考具体的指标在对其评价后进行取舍。若考虑建设电网项目在电网中的作用，能够满足负荷增长和网络优化的电网项目，在适当的投资条件下一般也可进行优先建设。
1.1.6)项目相互制约条件：
该评价指标主要考查电网项目是否具备电源条件，是可以从现有网络得到电源支持，还是必须得新建电源项目，或者是待以前的投资项目运行后才能进行项目投资。除此之外，该指标还从电网项目配套条件是否具备等方面进行考查。
1.1.7)项目所在地性质：
该评价指标一般分为城区、郊区和农村地区，主要分析电网项目所在地的经济发展状态，平均负荷密度与负荷发展水平等，并做出具体说明，用于考查电网项目的可行性和必要性。
1.2)技术性指标
1.2.1)变电所建设规模：
该评价指标主要考查电网工程的建设规模是否符合电力系统发展规划、公司投资规划以及工程项目在电力系统中的地位。考核内容包括变压器容量和台数、电压等级、高中低压各侧的电压出线回路数和方向、无功补偿设备、消弧线圈配置以及母线穿越功率，其中，主变压器本期台数应满足建成后三年内不须扩建，高压侧接入系统回路数应根据电力负荷发展状况以及本电网工程在电网中的地位确定。
1.2.2)变电站站址选择：
为保证电网项目按期顺利的建设，要从建设电网项目的资源条件、原材料供应条件、交通运输方便条件和环境保护条件等方面考查电网项目的选址，以达到电网的地理属性和经济属性综合最优的目标。该评价指标主要考查在变电站站址的选择方面的占地面积、供电半径、线路走廊、交通运输条件和环境保护等问题。
1.2.3)送电线路路径选择：
该评价指标主要考查工程输电线路设计是否符合电力行业相关技术标准。考核内容包括输电线路的架设方式、线路长度、导线截面、线路路径方案和气象条件、导线、地线、塔基以及杆塔选型。
1.2.4)电气主接线和设备参数：
该评价指标主要考查电气主接线方式和主要电气设备是否达到电力行业相关标准，同时也根据不同的项目性质选取合适的标准。考核内容包括断路器、隔离开关、消防设备的选型主变压器的额定电压容量、台数、阻抗、调压方式有载或无励磁、调压范围以及分接头母线通流容量导线截面。
1.2.5)继电保护和安全自动装置：
该评价指标主要考查继电保护和自动装置是否满足电力系统二次规划、对侧要求及相关二次设备装配原则以及反事故措施要求，考核内容包括继电保护的配置原则、选型、数量电力故障录波装置的配置、选项、数量以及对通信通道的要求。
1.2.6)事故应急能力：
该评价指标主要考查电网项目本身的安全稳定水平和事故情况下对地区网络的影响，如事故情况下的解列速度和负荷转移能力等。
1.3)环境影响性指标
1.3.1)工程占地的性质：
该评价指标主要考查新建供电设施时，应注意占地的性质是否为农田，征地是否符合该工程所在地国家的有关政策要求。在重点保护地区和景观环境周围应采用新方案，减少对保护区、绿化带及周围生态环境的破坏，同时所建的供电设施和线路应该与周围环境相协调。
1.3.2)工程对环境的噪声影响：
该评价指标主要考查电网工程对环境的噪声影响是否符合该工程所在地国家的对环境噪声的有关规定，例如中国的《城市区域环境噪声标准》。
1.3.3)无线电干扰：
该评价指标主要考查电网工程中无线电的干扰是否符合该工程所在地国家的对无线电干扰的有关规定。例如：按照中国《作业场所工频电场卫生标准》中的有关规定，输、变、配电设备运行时产生的工频电场最高容许值为5KV/m。按照中国环保行业标准《超高压送变电工程电磁环境影响评价技术规定》中的有关规定，以送电走廊两侧带状区域、变电所址为中心的半径范围内区域为工频电场、磁场的评价范围，居民区工频电场限值宜为，磁感应强度不应超过0.1mT。
1.3.4)工程废弃物的处理：
该评价指标主要考查电网工程项目建设期和未来投产运行后，废气、废水、废物的处理条件是否良好，处理方法是否完善，对生态环境的影响程度如何，是否有合理的防范措施。
上述所有评价指标中，除输电能力不足率和负荷增长速度属于定量指标外，其余指标均为定性指标，这些定性指标均可以采用专家评分法进行量化，其中，专家打分的数值均在0～100之间，评价指标得分越高，则说明越应该优先考虑投资建设该电网项目。
2)根据电网项目优化排序的评价指标体系，建立基于物元可拓的电网项目优化排序模型，具体为：
对物元可拓的思想进行介绍：物元可拓方法可以将复杂问题抽象为形象化模型，并利用这些模型研究基本理论，提出相应的应用方法，采用物元可拓法可以建立事物多指标性能参数的质量评定模型，并能以定量的数值表示评定结果，从而较完整地反映事物质量的综合水平。在物元可拓分析法中，所描述的事物N0及其特征c和量值v组成物元R＝(N0，c，v)，同时，将事物的名称N0、特征c和量值v称为物元三要素。在待评物元R中，N0作为待评价事物，以n个特征c1，c2，…cn及其相应的量值v1，v2，…vn来描述，可以表示为：
由待评价事物的特征及其相应的量值组成的物元矩阵称为经典域Rj，由经典域Rj加上可以转化为经典域Rj的事物及其特征和此特征相应拓广的量值组成的物元矩阵称为节域Rp。电网项目优化排序模型构建的基本步骤如下：
2.1)将电网项目投资划分为若干评价等级，确定每一评价指标对应的评价等级的取值范围，并根据划分的评价等级及评价等级的取值范围确定各评价等级的经典域、节域以及待评价电网项目的各评价指标形成的待评物元。
代表不同评价等级的Nj、评价指标集合C以及每个评价指标ci对应评价等级Nj的取值范围Vji组成经典域Rj：
其中，Nj表示所划分的第j个评价等级；C表示所有评价指标的集合；Vji表示第i个评价指标对应评价等级j的取值范围的集合；Xji表示评价指标ci对应评价等级j的取值范围集合；(aji，bji)表示评价指标ci对应评价等级j的取值范围。
代表全部评价等级的Np(全部评价等级Np包括Nj，所有的Nj构成全部评价等级Np)、评价指标集合C以及每个评价指标ci对应评价等级Np的取值范围Vpi组成构建节域Rp：
其中，Np表示全部评价等级；Vpi表示全部评价等级Np关于评价指标集合C的整体取值范围集合；Xpi表示评价指标ci整体取值范围集合，Xji∈Xpi；(api，bpi)表示评价指标ci的取值范围。
2.2)根据确定的各评价等级的经典域、节域以及待评物元，计算得到待评物元关于各评价等级的关联度Kj(vi)：
|Xji|＝|bji-aji|，(i＝1，2，…，n；j＝1，2，…，n) (9)
其中，ρ(vi，Xji)和ρ(vi，Xpi)分别表示评价指标vi与经典域Xji和节域Xpi的距(vi、Xji、Xpi分别为评价指标ci、经典域Rj、节域Rp的具体数值)。关联度实际上刻画的是待评物元中各评价指标关于各评价等级的归属程度，相当于模糊数学中描述模糊集合的隶属度，若Kj(vi)＝maxKj(vi)，j∈(1，2，...m)，m表示所划分评价等级的个数，则评价指标属于评价等级。
关联度在实数轴上的大小表示被评对象属于某一级别的程度，待评物元的关联度将逻辑值从模糊数学的[0，1]闭区间拓展到(-∞，+∞)实数轴后，比模糊数学的隶属度所代表的内涵更为丰富，能揭示更多的分异信息，关联度的不同取值范围可以作为电网项目等级评定的依据。
2.3)根据待评物元关于各评价等级的关联度，计算得到待评物元关于各评价等级的综合关联度，并确定待评物元的评价等级。
在本发明中，每一评价指标的权重均采用主观赋权法，根据实际需要由专家打分确定。待评物元R关于评价等级j的综合关联度Kj(p)：
其中，wi为各评价指标的权重；若Kj(p)＝maxKj(p)，j∈(1，2，...m)，则待评物元R属于评价等级j。
3)根据建立的电网项目优化排序模型，筛选出满足对应评价指标要求的电网项目，并获取筛选出的电网项目的基本信息(例如投资额、人力资源额、寿命期和建设期等)，将筛选出的电网项目及其基本信息均纳入电网项目库。
根据建立的电网项目优化排序模型，能够得到每一电网项目关于不同评价等级的综合关联度，电网项目与某评价等级集合的符合性程度越高，关联度就会越大，由此可得到电网项目所属评价等级，即电网项目值得投资的情况。然后，根据电网项目归属的不同评价等级对其进行优化排序分析，即筛选出满足对应评价指标要求的电网项目并进行排序，并获取筛选出的电网项目的基本信息，将筛选出的电网项目及其基本信息均纳入电网项目库。
4)根据电网发展目标，预先建立基于Weingartner(万加特纳模型)的电网发展辅助决策模型，并确定电网项目的约束条件，具体为：
4.1)分析电网发展目标
电力供应的安全性、经济性、清洁性和可持续性不仅直接关系到电网的安全稳定运行水平，也关系到能源资源利用的经济性和电网投资的合理性。例如2007年华东电网提出的有关智能电网发展研究项目，开启了智能电网领域的发展。一般认为，智能电网建设的基础是物理电网，并将现代化的各种传感、计算机等技术与之相结合而集成的新型电网，不仅可以满足消费者的需求，而且在安全以及电能质量等方面均具有先进的发展。智能电网一般是以传统的电网为基础而建立，故其首先必须保证可靠性、安全性和电能质量三个方面的特征，其次，能够保证智能电网在资源优化、经济和清洁等方面不同于传统电网所具有的特有的特征。智能电网的特性包含以下几个方面，这也是电网发展的目标：
4.1.1)坚强性
智能电网的坚强性能够保证智能电网受到破坏时需要快速从电力供应中断中得以恢复，展示被攻击后迅速恢复的能力。在智能电网的设计中必须拥有最大限度地减少其产生的影响以及快速恢复供电的服务，因此，智能电网可以很好地抵抗因不可抗因素以及任何可能对智能电网造成的损害，将断电区域尽量控制在最小范围内，保证用户的供电使用。故在电网建设中必须强调智能电网的坚强性。
4.1.2)自愈性
自愈性是传统电网应该拥有的最基本特性之一。在电网智能化发展下的自愈性是指可以利用实时监测等方法对智能电网的运作过程进行监控、执行决策与算法，以达到及时发现智能电网运行过程中存在的问题，并可以在发现问题后自动自我修复，避免电力供应的中断的能力。
4.1.3)可靠性
可靠性是传统电网的特征之一，也是智能电网建设的前提，建设具有坚强的电网结构以及更高的电能质量是智能电网建设的基础。在智能电网电能方面，智能电网可以实现对电网质量的实时监控，以保证电压能够满足用户的实际需求，智能电网根据消费者的不同需求提供不同等级质量的电力，因此，可以在不影响用户各种设备使用性能的基础上，提供更高质量的电能。
4.1.4)互动性
电网端与消费者建立两端双向通讯系统可以实现消费者参与电力管理和系统的运作。从电网侧角度来看，可以调整用户的资源合理调配，使得各地区智能电网的供求平衡；从消费者的角度来看，用户通过智能电表参与电网运行，根据自己的实际用电时段，适时调整购买方式，这样不仅能够降低电费消耗，还能够降低电网高峰时段负荷，可以得到具体实在的好处。
4.1.5)高效性
智能电网通过传感等现代化方式对系统中控制装置进行调整，不仅可以支持电力日常工作的运行，也可以智能地选择最低成本输送运作模式，以最优运行状态完善资源的优化配置，因此，能够体现智能电网发展的高效性。
4.1.6)环保性
现阶段最强调的就是环境保护和资源节约，智能电网的发展在某一方面也是由此而生，可以改善现有电网环保方面的缺点。智能电网可以接受不同储能系统以及不同发电类型的输入，这种发展为电网提出严峻的挑战。不同国家因为资源环境的不同也在此基础上有了不同的发展。中国智能电网实现了从大到小，包括光伏发电、风电和核能发电，甚至包括各种分布式电源的互联，不仅完善了二次能源在电力方面的应用，也实现了电力能源需求方面的可持续发展。
4.1.7)经济性
智能电网作为一项产业，其发展状况源于其存在的经济价值，智能电网投资成本相对较高，因此经济性是推动电网稳定发展的内在动力，智能电网需要具有经济性才能长足发展，因此经济性是智能电网必有特性之一。
4.2)根据电网发展目标，预先建立基于Weingartner的电网发展辅助决策模型。
在实际电网项目建设过程中，由于电网项目建设种类多且数量大，不同电压等级配套建设协同进行，而一定时间内总的投资规模和总的投资金额有限，并不是每一电网项目均可以建设。如果在投资总额一定的条件下，只是依靠对单个电网项目进行决策来确定最终建设的电网项目，虽然资金条件能够得到控制，但是忽略了地区因素，造成地区之间的投资不均衡，影响整体的投资效益。因此，电网企业既要对单个电网项目进行投资优选，又要对投资组合进行优化，同时还需要根据不同地区的情况综合考虑该地区的电网的电力需求和投资能力，最终确定投资规模并实现最优的投资分配。
复杂电网优化投资决策的问题可以表述为在有限的资金约束(投资能力)下，决策者需要从备选的电网项目中选出最优的投资组合进行投资，使其满足地区电网的电力需求，同时在决策者可以承受的风险范围之内，满足人力、物力等资源和项目的相关性约束，最终获得最大的投资效益。
在本发明中，通过构建多属性的评价指标体系，对电网项目进行优化排序，接下来需要进行进一步地优化投资决策，引入资金约束条件，构建基于Weingartner的电网发展辅助决策模型。
经济性是电网项目必须考虑的因素，由于前期进行电网项目优化排序时未考虑经济因素，因此，将电网发展辅助决策模型以电网项目的净现值最大为目标函数，在该目标函数下，力图寻求某一方案或组合方案，使电网项目的净现值比任何其他可能的组合方案的净现值都大。电网发展辅助决策模型的数学表达式如下：
4.3)确定电网项目的约束条件，上述电网发展辅助决策模型中的决策变量xp需要满足以下约束条件的至少一种：
4.3.1)资金、人力、物力等资源约束：
其中，Cpt表示电网项目p在第t年的资源需用量；bt表示某种资源第t年的可用量。
4.3.2)互斥方案约束：
xa+xb+…+xk≤1 (14)
其中，xa，xb，…，xk是m个电网项目中互斥电网项目a，b，…，k的决策变量。
4.3.3)依存关系约束：
xa≤xb(15)
其中，电网项目a是依存于电网项目b的电网项目，即若电网项目b不选取，则电网项目a一定不选取，若电网项目b被选取，才可考虑电网项目a的选取。
4.3.4)紧密互补型约束：
xc＝xd (16)
其中，电网项目c和d为紧密互补型电网项目，即电网项目c和d均不选取或均选取。
4.3.5)非紧密互补型约束：
其中，xef表示电网项目e和f同时被选取，当满足上述公式条件时，电网项目e和f为非紧密型互补电网项目。
4.3.6)不可分性约束：
xp＝0，1 (18)
即任一电网项目p，或被选取(xp＝1)，或被拒绝(xp＝0)，不允许只取一个完整电网项目的局部而舍弃其余部分，用数学语言表述即不允许xp为一小数(0＜xj＜1)。
5)根据电网发展辅助决策模型、电网项目的约束条件和筛选出的电网项目及其基本信息，基于电网投资限额，确定最优的电网项目或电网项目的组合，即将电网项目库中的每一电网项目均投入预先建立的电网发展辅助决策模型中，并根据电网项目库中电网项目的基本信息，选出净现值最大且满足上述各约束条件的电网项目或电网项目的组合。
基于上述电网项目两阶段决策优化方法，本发明还提供一种电网项目两阶段决策优化系统，包括：
评价指标体系构建模块，用于对影响电网项目排序的因素进行分析，构建电网项目优化排序的评价指标体系；
电网项目优化排序模型建立模块，用于根据电网项目优化排序的评价指标体系，建立基于物元可拓的电网项目优化排序模型；
电网项目筛选模块，用于根据电网项目优化排序模型，筛选出满足对应评价指标要求的电网项目，并获取筛选出的电网项目的基本信息；
电网发展辅助决策模型建立模块，用于根据电网发展目标，预先建立基于Weingartner的电网发展辅助决策模型，并确定电网项目的约束条件；
电网项目确定模块，用于根据电网发展辅助决策模型、电网项目的约束条件和筛选出的电网项目及其基本信息，基于电网投资限额，确定最优的电网项目或电网项目的组合。
在一个优选的实施例中，电网项目优化排序模型建立模块包括评价等级划分单元、关联度计算单元和待评物元的评价等级确定单元。其中，评价等级划分单元用于将电网项目投资划分为若干评价等级，确定每一评价指标对应的评价等级的取值范围，并根据划分的评价等级及评价等级的取值范围确定各评价等级的经典域、节域以及待评价电网项目的各评价指标形成的待评物元。关联度计算单元用于根据确定的各评价等级的经典域、节域以及待评物元，计算得到待评物元关于各评价等级的关联度。待评物元的评价等级确定单元用于根据待评物元关于各评价等级的关联度，计算得到待评物元关于各评价等级的综合关联度，并确定待评物元的评价等级。
在一个优选的实施例中，电网发展辅助决策模型建立模块包括目标分析单元、电网发展辅助决策模型建立单元和约束条件确定单元。其中，目标分析单元用于分析得到电网发展目标。电网发展辅助决策模型建立单元用于根据电网发展目标，预先建立基于Weingartner的电网发展辅助决策模型。约束条件确定单元用于确定电网项目的约束条件。
下面通过具体实施例详细说明本发明的电网项目两阶段决策优化方法：
1)构建电网项目优化排序的评价指标体系
因为评价指标中除输电能力不足率和负荷增长速度属于定量指标外，其余指标均为定性指标，这些定性指标均采用专家评分法进行量化，同时，将输电能力不足率和负荷增长速度评价指标的数值进行处理，以保证数据性质和数据取值范围的一致性。处理后的评价指标取值范围均介于0～100之间，具体数据如下表2所示：
表2：标准化评价指标数值表
| 评价指标 | 项目A | 项目B | 项目C | 项目D | 项目E |
| 输电能力不足率(C1) | 80 | 85 | 90 | 86 | 82 |
| 负荷增长速度(C2) | 77 | 79 | 84 | 80 | 85 |
| 所供负荷的重要程度(C3) | 80 | 83 | 72 | 78 | 76 |
| 对地区供电可靠性影响(C4) | 78 | 84 | 85 | 87 | 89 |
| 项目的作用(C5) | 82 | 85 | 87 | 80 | 83 |
| 项目相互制约条件(C6) | 76 | 76 | 75 | 85 | 81 |
| 项目所在地性质(C7) | 66 | 85 | 80 | 88 | 79 |
| 变电所建设规模(C8) | 76 | 80 | 79 | 79 | 69 |
| 变电站站址选择(C9) | 65 | 78 | 69 | 86 | 84 |
| 送出线路路径选择(C10) | 83 | 87 | 86 | 89 | 79 |
| 电气主接线和主要设置参数(C11) | 82 | 89 | 88 | 83 | 86 |
| 继电保护和安全自动装置(C12) | 77 | 69 | 83 | 78 | 78 |
| 事故应急能力(C13) | 79 | 86 | 80 | 89 | 79 |
| 工程占地性质(C14) | 70 | 68 | 86 | 88 | 83 |
| 工程对环境的噪声影响(C15) | 87 | 83 | 88 | 85 | 76 |
| 工程对环境的无线电干扰影响(C16) | 85 | 86 | 79 | 87 | 72 |
| 工程废弃物处理(C17) | 86 | 88 | 86 | 85 | 80 |
2)根据电网项目优化排序的评价指标体系，建立基于物元可拓的电网项目优化排序模型
本发明中将每一个电网项目看作一个待评物元进行评价，根据评价结果再对电网项目进行综合排序分析。在此将电网项目是否值得投资划分为四个评价等级：优、良、中和差，分别用I级、II级、III级、IV级表示，并对应建立经典域Rj1、Rj2、Rj3、Rj4和节域Rp，并根据上表2所示的数据，确定待评物元R，如下所示：
在本发明中，评价指标权重wi的确定采用主观赋权法，最终确定的评价指标权重wi如下表3所示：
表3：评价指标权重表
计算出不同电网项目中各评价指标关于上述4个评价等级的关联度，关联度越大，则表明该评级指标归属于该评价等级的程度越高，各电网项目中各评价指标的评价等级如下表4所示：
表4：各电网项目中各评价指标的评价等级表
3)根据建立的电网项目优化排序模型，对电网项目进行优化排序分析，筛选出满足对应评价指标要求的电网项目，并获取筛选出的电网项目的基本信息。
根据评价等级的评定结果对电网项目进行排序，如下表4所示：
表4：各电网项目的综合等级评定表
由上表4可知，在本实施例的五个电网项目中，电网项目B、C、D较优，可以对优选出的三个电网项目进行排序得到电网项目D优于电网项目B，电网项目B优于电网项目C。本实施例中已优选出的电网项目的基本信息如下表5所示：
表5：已优选出的电网项目的基本信息表
| 项目B | 项目C | 项目D | |
| 投资额(万元) | 1800 | 2100 | 1500 |
| 寿命期(年) | 30 | 30 | 30 |
| 建设期(年) | 3 | 3 | 2 |
其中，电网项目B、电网项目C和电网项目D两两互斥。
4)根据电网发展目标，预先建立基于Weingartner的电网发展辅助决策模型，并确定电网项目的约束条件。
根据建立的电网项目优化排序模型，对原有的五个电网项目进行优化排序分析，筛选出较优的电网项目B、电网项目C和电网项目D，接下来需要进行最终的决策优化，即在考虑坚强性、自愈性、可靠性等电网发展目标的前提下，构建基于Weingartner的电网发展辅助决策模型：
其中，电网项目p＝1，2，3,1，2，3分别表示电网项目B、电网项目C和电网项目D。
该电网发展辅助决策模型表明，将在3个电网项目中选择净现值最大的那个组合方案，考虑方案需满足的约束条件：
①不可分性约束：
xp＝0，1
②互斥方案约束：
x1+x2+x3≤1
由此可见，电网项目B、电网项目C和电网项目D两两互斥，因此，可以分别考察三个电网项目的资源约束条件。
③资金、人力、物力等资源约束：
电网公司投资限额为2000万元，同时公司在项目的人力资源和物力资源的投入方面也有一定的约束，故通过下面不等式分别考察单个项目满足资源约束情况：
其中，Kp表示电网项目p的投资额(单位为万元)；Hpt表示电网项目p第t年所需人力资源，ht表示人力资源在第t年的可用量；MApt表示电网项目p第t年所需物资A的数量，mAt表示物资A在第t年的可用量。
5)根据电网发展辅助决策模型、电网项目的约束条件和筛选出的电网项目及其基本信息，基于电网投资限额，经过计算分析，电网项目3即电网项目D能够在决策者可以承受的风险范围之内，满足资金、人力、物力等资源和项目的相关性约束，并且获得最大的投资效益，确定电网项目D为最优的电网项目。
本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
最后应当说明的是：以上实施例仅用于说明本发明的技术方案而非对其保护范围的限制，尽管参照上述实施例对本申请进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：本领域技术人员阅读本申请后依然可对申请的具体实施方式进行种种变更、修改或者等同替换，但这些变更、修改或者等同替换，均在申请待批的权利要求保护范围之内。
Claims (10)
1.一种电网项目两阶段决策优化方法，其特征在于包括以下内容：
对影响电网项目排序的因素进行分析，构建电网项目优化排序的评价指标体系；
根据电网项目优化排序的评价指标体系，建立基于物元可拓的电网项目优化排序模型；
根据电网项目优化排序模型，筛选出满足对应评价指标要求的电网项目，并获取筛选出的电网项目的基本信息；
根据电网发展目标，预先建立基于Weingartner的电网发展辅助决策模型，并确定电网项目的约束条件；
根据电网发展辅助决策模型、电网项目的约束条件和筛选出的电网项目及其基本信息，基于电网投资限额，确定最优的电网项目或电网项目的组合。
2.如权利要求1所述的一种电网项目两阶段决策优化方法，其特征在于，所述电网项目优化排序的评价指标体系包括下述中的至少一种：建设性指标、技术性指标和环境影响性指标；其中，所述建设性指标包括输电能力不足率、负荷增长速度、所供负荷的重要程度、对地区的供电可靠性影响、项目的作用、项目相互制约条件和项目所在地性质；
所述技术性指标包括变电所建设规模、变电站站址选择、送电线路路径选择、电气主接线和设备参数、继电保护和安全自动装置以及事故应急能力；
所述环境影响性指标包括工程占地的性质、工程对环境的噪声影响、无线电干扰和工程废弃物的处理。
3.如权利要求1所述的一种电网项目两阶段决策优化方法，其特征在于，根据电网项目优化排序的评价指标体系，建立基于物元可拓的电网项目优化排序模型，具体过程为：
将电网项目投资划分为若干评价等级，确定每一评价指标对应的评价等级的取值范围，并根据划分的评价等级及评价等级的取值范围确定各评价等级的经典域、节域以及待评价电网项目的各评价指标形成的待评物元；
根据确定的各评价等级的经典域、节域以及待评物元，计算得到待评物元关于各评价等级的关联度；
根据待评物元关于各评价等级的关联度，计算得到待评物元关于各评价等级的综合关联度，并确定待评物元的评价等级。
4.如权利要求3所述的一种电网项目两阶段决策优化方法，其特征在于，所述各评价等级的经典域为：
其中，Nj表示所划分的第j个评价等级；C表示所有评价指标的集合；Vji表示第i个评价指标对应评价等级j的取值范围的集合；Xji表示评价指标ci对应评价等级j的取值范围集合；(aji，bji)表示评价指标ci对应评价等级j的取值范围。
5.如权利要求4所述的一种电网项目两阶段决策优化方法，其特征在于，所述节域为：
其中，Np表示全部评价等级；Vpi表示全部评价等级Np关于评价指标集合C的整体取值范围集合；Xpi表示评价指标ci整体取值范围集合，Xji∈Xpi；(api，bpi)表示评价指标ci的取值范围。
6.如权利要求5所述的一种电网项目两阶段决策优化方法，其特征在于，所述待评物元关于各评价等级的关联度为：
其中，ρ(vi，Xji)和ρ(vi，Xpi)分别表示评价指标vi与经典域Xji和节域Xpi的距，vi、Xji、Xpi分别为评价指标ci、经典域Rj、节域Rp的具体数值，且：
|Xji|＝|bji-aji|,(i＝1,2,…,n；j＝1,2,…,n)
若Kj(vi)＝maxKj(vi)，j∈(1，2，...m)，m表示所划分评价等级的个数，则评价指标属于评价等级。
7.如权利要求6所述的一种电网项目两阶段决策优化方法，其特征在于，所述待评物元关于各评价等级的综合关联度为：
其中，wi为各评价指标的权重；若Kj(p)＝maxKj(p)，j∈(1，2，...m)，则待评物元R属于评价等级j。
8.如权利要求1所述的一种电网项目两阶段决策优化方法，其特征在于，所述基于Weingartner的电网发展辅助决策模型为：
其中，p表示电网项目序号，且p＝1，2，...，u，u表示电网项目的数量；t表示电网项目实施的年数，且t＝1，2，...，v，v表示电网项目的寿命周期；CIpt表示电网项目p在第t年的现金流入；COpt表示电网项目p在第t年的现金流出；i0表示投资决策时设定的基准折现率；xp表示决策变量，且：
9.如权利要求8所述的一种电网项目两阶段决策优化方法，其特征在于，所述电网项目的约束条件包括资金、人力、物力等资源约束、互斥方案约束、依存关系约束、紧密互补型约束、非紧密互补型约束和不可分性约束，所述基于Weingartner的电网发展辅助决策模型中的决策变量xp需要满足约束条件的至少一种：
1)资金、人力、物力等资源约束：
其中，Cpt表示电网项目p在第t年的资源需用量；bt表示某种资源第t年的可用量；
2)互斥方案约束：
xa+xb+…+xk≤1
其中，xa，xb，…，xk是m个电网项目中互斥电网项目a，b，…，k的决策变量；
3)依存关系约束：
xa≤xb
其中，电网项目a是依存于电网项目b的电网项目，即若电网项目b不选取，则电网项目a一定不选取，若电网项目b被选取，才可考虑电网项目a的选取；
4)紧密互补型约束：
xc＝xd
其中，电网项目c和d为紧密互补型电网项目，即电网项目c和d均不选取或均选取；
5)非紧密互补型约束：
其中，xef表示电网项目e和f同时被选取，当满足上述公式条件时，电网项目e和f为非紧密型互补电网项目；
6)不可分性约束：
xp＝0，1
即任一电网项目p，或被选取(xp＝1)，或被拒绝(xp＝0)，不允许只取一个完整电网项目的局部而舍弃其余部分，用数学语言表述即不允许xp为一小数(0＜xj＜1)。
10.一种电网项目两阶段决策优化系统，其特征在于，包括：
评价指标体系构建模块，用于对影响电网项目排序的因素进行分析，构建电网项目优化排序的评价指标体系；
电网项目优化排序模型建立模块，用于根据电网项目优化排序的评价指标体系，建立基于物元可拓的电网项目优化排序模型；
电网项目筛选模块，用于根据电网项目优化排序模型，筛选出满足对应评价指标要求的电网项目，并获取筛选出的电网项目的基本信息；
电网发展辅助决策模型建立模块，用于根据电网发展目标，预先建立基于Weingartner的电网发展辅助决策模型，并确定电网项目的约束条件；
电网项目确定模块，用于根据电网发展辅助决策模型、电网项目的约束条件和筛选出的电网项目及其基本信息，基于电网投资限额，确定最优的电网项目或电网项目的组合。
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