CN114757392A - 基于博弈权重法的电网系统综合评价指标体系优化方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了基于博弈权重法的电网系统综合评价指标体系优化方法，包括如下步骤：S1、构造电网监测系统整体可行性影响因素的递阶层次结构模型；S2、提取递阶层次结构模型的评价指标，采用L种方法对指标进行主观和/或客观赋权，获取基本权重集S_k＝{s_k1，s_k2，...，s_kn}，其中，k＝1，2，...L；n为方案个数；S3、计算L个基本权重集的综合权重向量S，对L个权重向量a_k进行优化，使得综合权重向量S和基本权重集S_k的差值最小；从L个方法中选出最佳的综合赋权方法进而得到主观和/或客观的综合权重S^*；S4、结合综合权重S^*给指标进行排序，运用模糊综合评价方法进行二次评价，对电力监测系统可行性进行评分。该方案可以对系统整体从不同的角度进行公平、公正、合理的全方位评价。

Description

基于博弈权重法的电网系统综合评价指标体系优化方法

技术领域

本发明涉及电网工程质量评价技术领域，具体的，涉及基于博弈权重法的电网系统综合评价指标体系优化方法。

背景技术

随着计算机科学技术，电子信息技术以及通信技术的快速发展，电网体系也发生着日新月异的变革。在泛在电力物联网的构建框架下，电网设备的智能化已经成为大势所趋。智能电网是将AI应用到电网中使整个系统在运行上更人性化，算法上更趋近于人的思维方式，它在聚合的、通信速度高的非单项链接的基础上，通过不断完善和发展电网数据交互感知技术，逐步掌握和创新发展电网信息数据的计算技术，再加强电网系统中各大基础设施和高端科学仪器的前沿水平，积极培养电网科技人员对电能信息处理方法的分析和理解，创造出对电网电能数据实时处理以及提供最科学应对措施系统技术。“智能”顾名思义，事实上要求供电公司能及时地、准确的对电量以及不同层级上的电损失做到了如指掌，对于不同地域、线路上电量消耗要及时进行精准量计，最终做到提供全面的用户对电网的多向交流平台的技术支持。这些都需要从采集到监查再到管控，将基础数据通过准确即时的抓取手段获取之后提供给电网。然而早期电网系统在发展检测系统时，由于制度不完善、规划不全面，导致不同城市或地区的系统建设不平衡，出现不同的城市在同一个电力公司而同一个城市的不同地区又部署在不同的电力体系中；并且各个软件内部之间没有优越的兼容性，智能运行由于归于各个电力单位，使得统一运行效率不高。这些问题随着系统集约化、标准化要求的与日俱增，电网监测软件根本无法得力地为用户提供方便和服务。

目前运用较广的电网系统综合评价方法包括包括熵权法、变异系数法、TOPSIS、人工神经网络确权、条件规划、模糊综合评价、层次分析法等，然而单一的方法不足以对整个系统的安全性进行最科学的分析，所以这些单一模型在实际应用中受到了一定限制。电力行业中选取影响指标最常见的方法是传统的层次分析法与熵权法，但层次分析法对专家的经验与判断的依赖性较强，有主观因素在内，也缺乏一定时效性，并且专家打分结果需要多次校正才能通过成对比较阵的一致性检验，因此层次分析法的分析过程往往耗费较大的物力与财力，而熵权法由于其具有严格的数学意义，过于关注客观结果，往往会忽视决策者主观的意图，因此会致使两种方法针对同一评价指标确定的权重系数存在较大差别。

发明内容

本发明的目的是提出一种基于博弈权重法的电网系统综合评价指标体系优化方法；为了克服现有技术的缺陷，建立一个能够充分考虑评价指标权重的主、客观特性的基于博弈论的综合权重决策方法；考虑其投资、建设、运行、检修直至报废各个阶段的特点，从安全、成本、效益和适应性四方面综合考虑建立电网监测系统的可行性，对系统整体从不同的角度进行公平、公正、合理的全方位评价。

为实现上述技术目的，本发明提供的一种技术方案是，基于博弈权重法的电网系统综合评价指标体系优化方法，包括如下步骤：

S1、构造电网监测系统整体可行性影响因素的递阶层次结构模型；

S2、提取递阶层次结构模型的评价指标，采用L种方法对指标进行主观和/或客观赋权，获取基本权重集S_k＝{s_k1，s_k2，...，s_kn}，其中，k＝1，2，...L；n为方案个数；

S3、计算L个基本权重集的综合权重向量S，对L个权重向量a_k进行优化，使得综合权重向量S和基本权重集S_k的差值最小；从L个方法中选出最佳的综合赋权方法进而得到主观和/或客观的综合权重S^*；

S4、结合综合权重S^*给指标进行排序，运用模糊综合评价方法进行二次评价，对电力监测系统可行性进行评分。

本方案中，运用改进层次分析法计算电网监测系统指标的主观权重，熵权法计算电网监测系统指标的客观权重，利用博弈论思想对主客观权重进行综合权重计算，通过综合后的指标权重值对各指标进行排序，最后再通过模糊综合评价对整体的系统可行性进行评分。

作为优选，递阶层次结构模型包括有目标层、准则层以及指标层；

所述目标层为电网监测系统综合评价指标；

对每一准则层进行分类，将准则层分为安全指标、成本指标、效益指标以及适应性指标；

在指标层中对安全指标进行分类，所述安全指标包括有静态安全指标和动态安全指标；

所述静态安全指标包括有电流过载指标、电压越限指标以及短路容量指标；

所述动态安全指标包括有频率稳定指标、干扰稳定指标以及动态电压稳定指标；

在指标层中对成本指标进行分类，所述成本指标包括有初始投资成本、运行成本、检修维护成本以及报废成本；

在指标层中对效益指标进行分类，所述效益指标包括有降损效益、实时电能检测、数据查询收集；

在指标层中对适应性指标进行分类，所述适应性指标包括有电源变化适应性、负荷波动适应性以及灾害适应性。

作为优选，L种方法包括但不限于德尔菲法、层次分析法、熵权法和主成分分析法。

作为优选，S3中，综合权重向量S的表达式为：

对L个权重向量a_k进行优化，使得综合权重向量S和基本权重集S_k的差值最小，表达式如下：

最优化一阶导数条件为：

计算得到(a₁，a₂，…，a_L)向量取值，归一化处理为

得到综合权重

作为优选，S4包括如下步骤：

设定n个方案，m个评价等级，指标集为O＝{o₁，o₂，…，o_n}，评价集

采用模糊语言对评价集的权重范围进行表征可行性等级的模糊描述；根据可行性等级分为五级；

通过层次分析法结合熵权法得到指标层综合权重

通过指标层单一元素建立评价集，建立模糊评价矩阵D；

模糊评价矩阵D和综合权重S^*的乘积的得到模糊综合评价模型E；

对评价集

进行赋值，进而计算电网监测系统可行性得分M，其中M＝E×D^*T。

作为优选，模糊评价矩阵D的表达式为：

作为优选，模糊综合评价模型E的表达式为：

本发明的有益效果：本发明提出的基于博弈权重法的电网系统综合评价指标体系优化方法以NASH均衡作为协调目标将博弈论引入到综合评价，提出基于博弈论的综合权重法，用博弈论模型在不同权重之间寻找一致或妥协，使可能的权重与各基本权重之间偏差最小，使主、客观权重离差极小化，最终得到一个较均衡的综合权重，打破了传统电网监测系统经济评价与技术校验割裂的局限；并且与传统的自动抄表系统监测电能和电量的系统在性能和效率上不足不同，本电网检测系统发明通过对于原始数据采集、计量抄表、收费计算、用电检查、线损分析等核心功能的综合应用和延展性开发，可以使得各大供电单位和部门，对于扩大能源宣传投入，实现投入、产出、综合信息采集三个方面，提供一个完整、准确、快捷的全面统计和现代电能信息系统中所有数据的系统计算分析。

附图说明

图1为本发明的基于博弈权重法的电网系统综合评价指标体系优化方法的流程图。

图2为发明的电网系统综合评价指标体系的递阶层次结构模型图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案以及优点更加清楚明白，下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细说明，应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅是本发明的一种最佳实施例，仅用以解释本发明，并不限定本发明的保护范围，本领域普通技术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，都属于本发明保护的范围。

实施例：如图1所示，基于博弈权重法的电网系统综合评价指标体系优化方法，包括如下步骤：

S1、构造电网监测系统整体可行性影响因素的递阶层次结构模型；

S2、提取递阶层次结构模型的评价指标，采用L种方法对指标进行主观和/或客观赋权，获取基本权重集S_k＝{s_k1，s_k2，...，s_kn}，其中，k＝1，2，...L；n为方案个数；L种方法包括但不限于德尔菲法、层次分析法、熵权法和主成分分析法；

S3、计算L个基本权重集的综合权重向量S，对L个权重向量a_k进行优化，使得综合权重向量S和基本权重集S_k的差值最小；从L个方法中选出最佳的综合赋权方法进而得到主观和/或客观的综合权重S^*；

S4、结合综合权重S^*给指标进行排序，运用模糊综合评价方法进行二次评价，对电力监测系统可行性进行评分。

如图2所示，递阶层次结构模型包括有目标层、准则层以及指标层；

所述目标层为电网监测系统综合评价指标；

对每一准则层进行分类，将准则层分为安全指标、成本指标、效益指标以及适应性指标；

在指标层中对安全指标进行分类，所述安全指标包括有静态安全指标和动态安全指标；

所述静态安全指标包括有电流过载指标、电压越限指标以及短路容量指标；

所述动态安全指标包括有频率稳定指标、干扰稳定指标以及动态电压稳定指标；

在指标层中对成本指标进行分类，所述成本指标包括有初始投资成本、运行成本、检修维护成本以及报废成本；

在指标层中对效益指标进行分类，所述效益指标包括有降损效益、实时电能检测、数据查询收集；

在指标层中对适应性指标进行分类，所述适应性指标包括有电源变化适应性、负荷波动适应性以及灾害适应性。

S3中，综合权重向量S的表达式为：

对L个权重向量a_k进行优化，使得综合权重向量S和基本权重集S_k的差值最小，表达式如下：

最优化一阶导数条件为：

计算得到(a₁，a₂，…，a_L)向量取值，归一化处理为

得到综合权重

S4包括如下步骤：

设定n个方案，m个评价等级，指标集为O＝{o₁，o₂，…，o_n}，评价集

采用模糊语言对评价集的权重范围进行表征可行性等级的模糊描述；根据可行性等级分为五级；

通过层次分析法结合熵权法得到指标层综合权重

通过指标层单一元素建立评价集，建立模糊评价矩阵D；模糊评价矩阵D的表达式为：

模糊评价矩阵D和综合权重S^*的乘积的得到模糊综合评价模型E；模糊综合评价模型E的表达式为：

对评价集

进行赋值，进而计算电网监测系统可行性得分M，其中M＝E×D^*T；

赋值结果为

计算M评分项得分；划分评价各等级区间{80-100 60-79 40-59 20-39 0-19}，最终得到电网监测系统可行性得分。

一种具体事例如下：

本实施例的基本思想是：运用改进层次分析法计算电网监测系统指标的主观权重，熵权法计算电网监测系统指标的客观权重，利用博弈论思想对主客观权重进行综合权重计算，通过综合后的指标权重值对各指标进行排序，最后再通过模糊综合评价对整体的系统可行性进行评分。

本实施例采用的主观赋权法为模糊层次分析法，其基本步骤如下：

专家对电网监测系统进行实地调查与考察，识别影响电网监测系统建设可行性的所有因素，构造电网监测系统整体可行性影响因素的递阶层次结构模型，如图2；

通过专家对电网监测系统可行性的同层次影响因素两两相比较打分，构造系统可行性因素的模糊互补矩阵，进而得到模糊一致矩阵。其中采用的打分法，考虑到人的主观性的不确定因素，如表1所示，采用0.1～0.9标度法构造模糊互补判断矩阵A：A＝(a_ij)_n×n且a_ij+a_ji＝1；根据系统的模糊一致矩阵确定影响因素对电网监测系统可行性的相对权重系数。

表1.判断矩阵标度定义。

表1.判断矩阵标度定义

基于模糊互补矩阵A，经过公式变换得到模糊一致矩阵C：

C＝(c_ij)_n×n

为了体现各指标间相对重要性的差异，根据公式确定各影响因素的权重系数U′_i：

式中，α满足α＝(n-1)/2，且α越大时，权重之间的差异就越小；α越小，权重之间的差异就越大；为了突出评价指标之间权重的差异，在此α取最小值，即α＝(n-1)/2。

本实施例采用的客观赋权法为熵权法，其基本步骤如下：

构建评价指标矩阵，对于电网监测系统Y，假设指标层指标为n个，拥有评价样本m个，形成初始评价矩阵如下：

Y＝(y_ij)_m×n

其中y_ij为第i个评价样本的第j个指标值。

各指标之间的量纲和数量级不同，因此需要对其进行标准化，然后才能进行比较和判断，其处理方法如下：

其中i＝1，2，3，…，m；j＝1，2，3，…，n。上式中max(y_i)和min(y_i)分别代表指标i的最大值和最小值。

将评价指标量纲化后的评价指标矩阵为：

Y^*＝(x_ij)_m×n

计算第j个评价样本的第i个指标权重为Z_ij：

计算第j个指标的信息熵e_ij：

计算j的指标权重w_j：

通过上述计算得到客观权重值w_j＝(w₁，w₂，…，w_n)表示其中w_j∈[0，1]且

以上所述之具体实施方式为本发明基于博弈权重法的电网系统综合评价指标体系优化方法的较佳实施方式，并非以此限定本发明的具体实施范围，本发明的范围包括并不限于本具体实施方式，凡依照本发明之形状、结构所作的等效变化均在本发明的保护范围内。

Claims (7)

1.基于博弈权重法的电网系统综合评价指标体系优化方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1、构造电网监测系统整体可行性影响因素的递阶层次结构模型；

S2、提取递阶层次结构模型的评价指标，采用L种方法对指标进行主观和/或客观赋权，获取基本权重集S_k＝{s_k1，s_k2，...，s_kn}，其中，k＝1，2，...L；n为方案个数；

S3、计算L个基本权重集的综合权重向量S，对L个权重向量a_k进行优化，使得综合权重向量S和基本权重集S_k的差值最小；从L个方法中选出最佳的综合赋权方法进而得到主观和/或客观的综合权重S^*；

S4、结合综合权重S^*给指标进行排序，运用模糊综合评价方法进行二次评价，对电力监测系统可行性进行评分。

2.根据权利要求1所述的基于博弈权重法的电网系统综合评价指标体系优化方法，其特征在于，

递阶层次结构模型包括有目标层、准则层以及指标层；

所述目标层为电网监测系统综合评价指标；

对每一准则层进行分类，将准则层分为安全指标、成本指标、效益指标以及适应性指标；

在指标层中对安全指标进行分类，所述安全指标包括有静态安全指标和动态安全指标；

所述静态安全指标包括有电流过载指标、电压越限指标以及短路容量指标；

所述动态安全指标包括有频率稳定指标、干扰稳定指标以及动态电压稳定指标；

在指标层中对成本指标进行分类，所述成本指标包括有初始投资成本、运行成本、检修维护成本以及报废成本；

在指标层中对效益指标进行分类，所述效益指标包括有降损效益、实时电能检测、数据查询收集；

在指标层中对适应性指标进行分类，所述适应性指标包括有电源变化适应性、负荷波动适应性以及灾害适应性。

3.根据权利要求1所述的基于博弈权重法的电网系统综合评价指标体系优化方法，其特征在于，

L种方法包括但不限于德尔菲法、层次分析法、熵权法和主成分分析法。

4.根据权利要求1所述的基于博弈权重法的电网系统综合评价指标体系优化方法，其特征在于，S3中，综合权重向量S的表达式为：

对L个权重向量a_k进行优化，使得综合权重向量S和基本权重集S_k的差值最小，表达式如下：

最优化一阶导数条件为：

计算得到(a₁，a₂，…，a_L)向量取值，归一化处理为

得到综合权重

5.根据权利要求1或4所述的基于博弈权重法的电网系统综合评价指标体系优化方法，其特征在于，

S4包括如下步骤：

设定n个方案，m个评价等级，指标集为O＝{o₁，o₂，…，o_n}，评价集

采用模糊语言对评价集的权重范围进行表征可行性等级的模糊描述；根据可行性等级分为五级；

通过层次分析法结合熵权法得到指标层综合权重

通过指标层单一元素建立评价集，建立模糊评价矩阵D；

模糊评价矩阵D和综合权重S^*的乘积的得到模糊综合评价模型E；

对评价集

进行赋值，进而计算电网监测系统可行性得分M，其中M＝E×D^*T。

6.根据权利要求5所述的基于博弈权重法的电网系统综合评价指标体系优化方法，其特征在于，

模糊评价矩阵D的表达式为：

7.根据权利要求5所述的基于博弈权重法的电网系统综合评价指标体系优化方法，其特征在于，模糊综合评价模型E的表达式为：

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