CN112200469A - 基于熵权和层次分析法的综合能源系统运行服务评价方法及装置 - Google Patents

Abstract

基于熵权和层次分析法的综合能源系统运行服务评价方法及装置，包括以下步骤：步骤1)，将经济、能效、环保、质量确定为综合能源系统运行服务评价指标，得到原始数据矩阵X；步骤2)，利用熵权法确定各项评价指标权重，得到权重矩阵W_(e)；步骤3)，利用层次分析法确定系统不同层次的各项指标权重，得到权重矩阵W_(a)；步骤4)，基于熵权法和层次分析法确定的权重矩阵W_(e)和W_(a)，求出综合权重矩阵W；步骤5)，由原始数据矩阵X和综合权重矩阵W求解综合能源系统运行服务评价结果Y。本发明有助于对综合能源系统运行服务进行全面、科学的评价，对于提升和改进综合能源系统运行服务具有重要意义。

Description

基于熵权和层次分析法的综合能源系统运行服务评价方法及 装置

技术领域

本发明涉及到综合能源系统运行服务评价的技术领域，尤其涉及基于熵权和层次分析法的综合能源系统运行服务评价方法及装置。

背景技术

随着社会经济的发展，能源需求日益增长，带来了环境污染、全球变暖、资源过度开发等诸多问题。如何调整和完善能源结构，优化能源生产、能源传输、能源消费等环节，提高能源利用率，降低污染物排放量，成为全球共同关注的课题。在此背景下，综合能源系统应运而生，受到了学术界和工业界的高度关注。

当前，我国能源系统主要由电力、热力、天然气、煤炭等多种能源系统，但目前各种能源系统的规划和运行仍旧相对独立，协同运行机制不够健全。现行单一能源批复价格机制未能考虑能量转换过程中利益传递关系，导致多能互补在实际运行中面临诸多障碍。虽然，我国当前针对电、热、气等各类能源制定了独立的政府批复价格，但是未能考虑能源之间互补/置换/转换过程中利益传递关系的价格链机制。如热力、电力虽然各自均制定了用户峰谷热力价格、电力价格，但冬季取暖及工业用热的原来煤锅炉制热、燃气锅炉制热替换为电锅炉制热需要的电－热转换联动价格机制尚未形成；各园区每类能源需要与城市电网、热网、气网等主能网之间的购买、卖出的交互价格机制尚不完善；分布式风电、光伏发电用于制热或者电动汽车等，其随机性出力的不稳定性需要储能或者燃气发电的辅助服务支撑。这就要求加快建立适应于清洁能源多能互补的效益共享机制，以保障多能互补的深入推进。

综合能源系统整合了电力电子、新能源、储能、大数据云计算、互联网等技术，对内集成和调度各种能源，为用户提供电、热、冷等服务，对外连接电网、气网等系统。综合能源系统运行服务涉及诸多评价指标，并且每个相关主体的利益诉求及关注点千差万别。因此，综合能源系统运行服务评价具有极大的复杂性，如何进行全面、科学的运行服务评价，对于提升和改进综合能源系统运行服务具有重要意义。而现有的评价方法往往使用单一的评价手段，或针对的评价指标局限于少数层面，评价结果缺乏全面性。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术中存在的缺陷，提供了一种基于熵权和层次分析法的综合能源系统运行服务评价方法及装置，使其有助于对综合能源系统运行服务进行全面、科学的评价，对于提升和改进综合能源系统运行服务具有重要意义。

本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：包含以下步骤：

步骤1)，将经济、能效、环保、质量确定为综合能源系统运行服务评价指标，得到原始数据矩阵X；

步骤2)，利用熵权法确定各项评价指标权重，得到权重矩阵W_(e)；

步骤3)，利用层次分析法确定系统不同层次的各项指标权重，得到权重矩阵W_(a)；

步骤4)，基于熵权法和层次分析法确定的权重矩阵W_(e)和W_(a)，求出综合权重矩阵W；

步骤5)，由原始数据矩阵X和综合权重矩阵W求解综合能源系统运行服务评价结果Y。

步骤2)的具体过程如下：

步骤2.1),设有m个评价对象，n个评价指标，则定义原始数据矩阵X为：

其中，x_ij为第i个评价对象在第j项指标下的原始数据取值；

步骤2.2),对原始数据进行无量纲化处理，求取标准化矩阵V：

其中，v_ij为第i个评价对象在第j项指标下的标准化取值；

步骤2.3),对于越大越优型指标，v_ij计算方法为：

其中，max(x_j)、min(x_j)分别表示在j项指标下所有评价对象的最大取值及最小取值；

对于越小越优型指标，v_ij计算方法为：

步骤2.4),对标准化矩阵做进一步处理，可得特征比重矩阵P：

其中，p_ij为第i个评价对象在第j项指标下的特征比重，计算方法为：

步骤2.5),

计算熵值矩阵E：

E＝[e₁ e₂ … e_n]

其中，e_j为第j项指标的熵值，计算方法为：

步骤2.6),

计算权重矩阵W_(e)：

W_(e)＝[w_(e)1 w_(e)2 … w_(e)n]

其中，w_(e)j为第j项指标的权重，计算方法为：

步骤3)的具体过程如下：

步骤3.1)，设某层次有n个指标与上层次某元素相关，定义判断矩阵A为：

其中，a_ij为指标i相对于指标j的比较值，满足如下关系：

步骤3.2)，采用方根法求解权重矩阵W_(a)：

W_(a)＝[w_(a)1 w_(a)2 … w_(a)n]

其中，w_(a)i为第i项指标的权重，计算方法为：

步骤4)，基于熵权法和层次分析法确定的权重矩阵W_(e)和W_(a)，求出综合权重矩阵W：

W＝[w₁ w₂ … w_n]

其中，w_i为第i项指标的权重，计算方法为：

w_i＝w_(e)i·(1-e_i)+w_(a)i·e_i

步骤5)，由原始数据矩阵X和综合权重矩阵W求解综合能源系统运行服务评价结果Y：

Y＝X·W^T＝[y₁ y₂ … y_n]

其中，y_i为第i项指标的综合评价结果。

基于熵权和层次分析法的综合能源系统运行服务评价装置，包括：

原始矩阵模块，用于将经济、能效、环保、质量确定为综合能源系统运行服务评价指标，得到原始数据矩阵X；

熵权矩阵模块，用于利用熵权法确定各项评价指标权重，得到权重矩阵W_(e)；

层次分析矩阵模块，用于利用层次分析法确定系统不同层次的各项指标权重，得到权重矩阵W_(a)；

综合权重矩阵模块，用于基于熵权法和层次分析法确定的权重矩阵W_(e)和W_(a)，求出综合权重矩阵W；

评价模块，用于由原始数据矩阵X和综合权重矩阵W求解综合能源系统运行服务评价结果Y。

本发明的有益效果在于：采用该方法有助于对综合能源系统运行服务进行全面、科学的评价，对于提升和改进综合能源系统运行服务具有重要意义，为综合能源系统运行服务评价提供了一种新思路。实际上，不同类型能源间存在着巨大的多能互补空间，如风光互补、风储互补、电热互补等。建立科学系统的综合能源运行服务评价体系，有利于促进多种类型的能源间的多能互补，有助于促进清洁能源的优化利用，并对实现能构的优化转型有着重要现实意义。

附图说明

图1为本发明基于熵权和层次分析法的综合能源系统运行服务评价方法的流程图。

具体实施方式

下面将结合说明书附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。

如图1所示，本发明的具体实施步骤为：

步骤1)，将经济、能效、环保、质量确定为综合能源系统运行服务评价指标，得到原始数据矩阵X。

经济指标主要考虑运维成本、折旧成本、燃料成本、电能交易成本、启停成本等；能效指标的计算公式为：

η＝Q_out/Q_in

其中，η为能源利用率；Q_in为输入能量，包括天然气、光伏、风能等；Q_out为输出能量，包括电、热、冷等；

环保指标主要包括标准范围内的排放费、减排的政策奖励、过排或偷排的惩罚措施等；

质量指标包括能源质量和服务质量，能源质量考虑能量的接入、消纳、反馈等，服务质量考虑服务态度、工作效率、技术支持、故障排查、移动端应用等；

步骤2)，利用熵权法确定各项评价指标权重，得到权重矩阵W_(e)，具体操作如下：

设有m个评价对象，n个评价指标，则定义原始数据矩阵X为：

其中，x_ij为第i个评价对象在第j项指标下的原始数据取值。

对原始数据进行无量纲化处理，求取标准化矩阵V：

其中，v_ij为第i个评价对象在第j项指标下的标准化取值。

对于越大越优型指标(正向指标)，v_ij计算方法为：

其中，max(x_j)、min(x_j)分别表示在j项指标下所有评价对象的最大取值及最小取值。

对于越小越优型指标(负向指标)，v_ij计算方法为：

对标准化矩阵做进一步处理，可得特征比重矩阵P：

其中，p_ij为第i个评价对象在第j项指标下的特征比重，计算方法为：

计算熵值矩阵E：

E＝[e₁ e₂ … e_n]

其中，e_j为第j项指标的熵值，计算方法为：

其中，为了避免出现ln(0)的情况，可对P进行整体数据平移，加一个较小的数，如0.0001等。

计算权重矩阵：

W_(e)＝[w_(e)1 w_(e)2 … w_(e)n]

其中，w_(e)j为第j项指标的权重，计算方法为：

熵权法可以更好的计算权重，弥补了层次分析法在指标过多时数据统计量大，且权重难以确定的问题。

具有客观性：相对那些主观赋值法，精度较高、客观性更强，能够更好的解释所得到的结果；适应性：可以用于任何需要确定权重的过程，也可以结合一些方法共同使用。

步骤3)，利用层次分析法确定系统不同层次的各项指标权重，得到权重矩阵W_(a)，具体操作如下：

设某层次有n个指标与上层次某元素相关，定义判断矩阵A为：

其中，a_ij为指标i相对于指标j的比较值，满足如下关系：

采用方根法求解权重矩阵：

W_(a)＝[w_(a)1 w_(a)2 … w_(a)n]

其中，w_(a)i为第i项指标的权重，计算方法为：

层次分析法的优点：

1.系统性的分析方法

层次分析法把研究对象作为一个系统，按照分解、比较判断、综合的思维方式进行决策。系统的思想在于不割断各个因素对结果的影响，而层次分析法中每一层的权重设置最后都会直接或间接影响到结果，而且在每个层次中的每个因素对结果的影响程度都是量化的，非常清晰、明确。

2.简洁实用的决策方法

这种方法把定性方法与定量方法有机地结合起来，使复杂的系统分解，能将人们的思维过程数学化、系统化，便于人们接受，且能把多目标、多准则又难以全部量化处理的决策问题化为多层次单目标问题，通过两两比较确定同一层次元素相对上一层次元素的数量关系后，最后进行简单的数学运算。

3.所需定量数据信息较少

层次分析法主要是从评价者对评价问题的本质、要素的理解出发，比一般的定量方法更讲求定性的分析和判断。

由于层次分析法是一种模拟人们决策过程的思维方式的一种方法，层次分析法把判断各要素的相对重要性的步骤留给了大脑，只保留人脑对要素的印象，化为简单的权重进行计算。

步骤4)，基于熵权法和层次分析法确定的权重矩阵W_(e)和W_(a)，求出综合权重矩阵W：

W＝[w₁ w₂ … w_n]

其中，w_i为第i项指标的权重，计算方法为：

w_i＝w_(e)i·(1-e_i)+w_(a)i·e_i

步骤5)，由原始数据矩阵X和综合权重矩阵W求解综合能源系统运行服务评价结果Y：

Y＝X·W^T＝[y₁ y₂ … y_n]

其中，y_i为第i项指标的综合评价结果。

基于熵权和层次分析法的综合能源系统运行服务评价装置，包括：

原始矩阵模块，用于将经济、能效、环保、质量确定为综合能源系统运行服务评价指标，得到原始数据矩阵X；

熵权矩阵模块，用于利用熵权法确定各项评价指标权重，得到权重矩阵W_(e)；

层次分析矩阵模块，用于利用层次分析法确定系统不同层次的各项指标权重，得到权重矩阵W_(a)；

综合权重矩阵模块，用于基于熵权法和层次分析法确定的权重矩阵W_(e)和W_(a)，求出综合权重矩阵W；

评价模块，用于由原始数据矩阵X和综合权重矩阵W求解综合能源系统运行服务评价结果Y。

以上所述仅是本发明的某个优选实施方式，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行同等替换，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.基于熵权和层次分析法的综合能源系统运行服务评价方法，其特征在于，包含以下步骤：

步骤1)，将经济、能效、环保、质量确定为综合能源系统运行服务评价指标，得到原始数据矩阵X；

步骤2)，利用熵权法确定各项评价指标权重，得到权重矩阵W_(e)；

步骤3)，利用层次分析法确定系统不同层次的各项指标权重，得到权重矩阵W_(a)；

步骤4)，基于熵权法和层次分析法确定的权重矩阵W_(e)和W_(a)，求出综合权重矩阵W；

步骤5)，由原始数据矩阵X和综合权重矩阵W求解综合能源系统运行服务评价结果Y。

2.根据权利要求1所述的基于熵权和层次分析法的综合能源系统运行服务评价方法，其特征在于，步骤2)的具体过程如下：

步骤2.1),设有m个评价对象，n个评价指标，则定义原始数据矩阵X为：

其中，x_ij为第i个评价对象在第j项指标下的原始数据取值；

步骤2.2),对原始数据进行无量纲化处理，求取标准化矩阵V：

其中，v_ij为第i个评价对象在第j项指标下的标准化取值；

步骤2.3),

对于越大越优型指标，v_ij计算方法为：

其中，max(x_j)、min(x_j)分别表示在j项指标下所有评价对象的最大取值及最小取值；

对于越小越优型指标，v_ij计算方法为：

步骤2.4),

对标准化矩阵做进一步处理，可得特征比重矩阵P：

其中，p_ij为第i个评价对象在第j项指标下的特征比重，计算方法为：

步骤2.5),

计算熵值矩阵E：

E＝[e₁ e₂…e_n]

其中，e_j为第j项指标的熵值，计算方法为：

步骤2.6),

计算权重矩阵W_(e)：

W_(e)＝[w_(e)1 w_(e)2…w_(e)n]

其中，w_(e)j为第j项指标的权重，计算方法为：

3.根据权利要求2所述的基于熵权和层次分析法的综合能源系统运行服务评价方法，其特征在于，

步骤3)的具体过程如下：

步骤3.1)，设某层次有n个指标与上层次某元素相关，定义判断矩阵A为：

其中，a_ij为指标i相对于指标j的比较值，满足如下关系：

步骤3.2)，采用方根法求解权重矩阵W_(a)：

W_(a)＝[w_(a)1 w_(a)2…w_(a)n]

其中，w_(a)i为第i项指标的权重，计算方法为：

4.根据权利要求3所述的基于熵权和层次分析法的综合能源系统运行服务评价方法，其特征在于，

步骤4)，基于熵权法和层次分析法确定的权重矩阵W_(e)和W_(a)，求出综合权重矩阵W：

W＝[w₁ w₂…w_n]

其中，w_i为第i项指标的权重，计算方法为：

w_i＝w_(e)i·(1-e_i)+w_(a)i·e_i。

5.根据权利要求4所述的基于熵权和层次分析法的综合能源系统运行服务评价方法，其特征在于，

步骤5)，由原始数据矩阵X和综合权重矩阵W求解综合能源系统运行服务评价结果Y：

Y＝X·W^T＝[y₁ y₂…y_n]

其中，y_i为第i项指标的综合评价结果。

6.基于熵权和层次分析法的综合能源系统运行服务评价装置，其特征在于，包括：

原始矩阵模块，用于将经济、能效、环保、质量确定为综合能源系统运行服务评价指标，得到原始数据矩阵X；

熵权矩阵模块，用于利用熵权法确定各项评价指标权重，得到权重矩阵W_(e)；

层次分析矩阵模块，用于利用层次分析法确定系统不同层次的各项指标权重，得到权重矩阵W_(a)；

综合权重矩阵模块，用于基于熵权法和层次分析法确定的权重矩阵W_(e)和W_(a)，求出综合权重矩阵W；

评价模块，用于由原始数据矩阵X和综合权重矩阵W求解综合能源系统运行服务评价结果Y。

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