CN115730766A - 一种区域内综合能源系统集群协同规划评价方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及电力系统自动控制技术领域，具体公开了一种区域内综合能源系统集群协同规划评价方法及装置，本文方法主要结合省级区域中自然资源、环境政策与投资成本、协调优化以及安全稳定运行等方面构建省级综合能源协调评价体系，提出了评价方法和指标权重值计算方法，根据层次分析法和熵权法的特点，利用层次分析法确定评价体系的主观权重，利用熵权法确定评价指标的客观权重，提高了各个指标在评价体系中的准确性。最后，通过运用具体的相关统计数据，应用所构建的评价体系对区域综合能源集群协同规划方面的影响和有效性进行了评价，本发明可为区域综合能源的协同规划和控制提高了参考和设计依据。

Description

一种区域内综合能源系统集群协同规划评价方法及装置

技术领域

本发明涉及电力系统自动控制技术领域，尤其涉及一种区域内综合能源系统集群协同规划评价方法及装置。

背景技术

能源作为工业和国民经济发展的基础，直接影响着国家的战略安全和人民的生活，综合能源的利用是实现经济可持续发展的重要保证。近年来随着能源产业的发展和能源结构的调整，各地都形成了以传统化石能源、电力、新能源等为代表的全面能源供给体系。

目前对于区域综合能源系统协同评价的研究较少，主要是集中在对单一能源的电网进行运行评价，难以满足综合能源协调优化和协同规划的综合评价，特别是随着新能源在各个能源系统中的应用，需要结合本区域的自然资源、环保效益、运行可靠以及优化调度等进行综合考虑。在对于评价指标体系的权重值计算方面，使用的计算方法不能综合考虑主观权重和客观权重，难以得到的较好的指标权重值进行评价，影响对区域综合能源系统集群协同规划的评价结果。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种区域内综合能源系统集群协同规划评价方法及装置，确定区域内综合能源系统集群协同规划评价体系，分别利用层次分析法和熵权法确定评价体系的主观权重和客观权重，进而得到综合权重，通过综合权重和得到的区域内数据对区域内综合能源系统集群协同规划进行评价，大大提高了对区域综合能源系统集群协同规划评价的准确性。

本发明为实现上述目的所采用的技术方案是：

一种区域内综合能源系统集群协同规划评价方法及装置，

S1.构建区域内综合能源系统集群协同规划评价体系；

S2.评价体系归一化处理；

S3.计算所述评价体系的主观权重和客观权重；

S4.通过主观权重和客观权重确定综合权重；

S5.利用综合权重对区域内综合能源系统集群协同规划进行评价。

作为优选，所述步骤S1中，所述综合能源系统集群协同规划评价体系为一指标体系，包括一级指标U_i、二级指标U_ij和三级指标y_i，所述U_i是第i个一级指标的值，所述U_ij表示第i个一级指标U_i下的第j个二级指标的值，所述y_i表示一级指标U_ij下的第i个三级指标的值；

所述二级指标U_ij的计算公式为：U_ij＝∑y_i；

所述一级指标U_i的计算公式为：U_i＝∑U_ij。

作为优选，所述综合能源系统集群协同规划评价体系的指标包括自然资源(U₁)、环境政策与投资成本(U₂)、集群协调优化(U₃)和安全稳定运行(U₄)。

作为优选，所述自然资源指标(U₁)的二级包括资源开发利用(U₁₁)、环境压力(U₁₂)和资源环境指数(U₁₃)；

所述自然资源指标(U₁)的三级包括一次性能源消耗量、化石能源生产量、再生能源消耗比重、能源对外依存度，二氧化硫排放量、化学需养量排放量、氮氧化物排放量、工业废气排放量、工业废水排放量、工业废弃物产生量、水土流失面积。

所述环境政策与投资成本指标(U₂)的二级指标包括环境科技投资(U₂₁)、政策工具(U₂₂)、环境治理(U₂₃)和国际合作(U₂₄)；

所述环境政策与投资成本指标(U₂)的三级指标包括包括研究与实验发展经费支出占GDP比重、研究与试验发展人员全时当量、专利授权量、环境污染治理投资额、环境污染治理投资占GDP比重科教文卫支出占财政支出比重、煤炭资源税收入、原油资源税收入、人均当年新增造林面积、工业废水排放达标率、工业固体废物综合利用率、已收到的净官方发展援助、外国直接投资额。

所述协调优化指标(U₃)包括区域能效系数(U₃₁)、冷热点供需平衡度(U₃₂)、可再生能源渗透率(U₃₃)、日负荷波动系数(U₃₄)和高峰负荷变化率(U₃₅)；

所述安全稳定运行指标(U₄)包括综合电压合格率(U₄₁)、供电可靠性(U₄₂)、N-1通过率(U₄₃)、日电压稳定性(U₄₄)和频率稳定性(U₄₅)。

作为优选，所述层次分析法对主观权重的确定是在专家打分的基础上，将Z_ij进行划分，得到一定的关联层次，利用两两元素之间相对重要性的比较建立判别矩阵X；

作为优选，所述步骤S3评价体系的主观权重的计算采用层次分析法。

作为优选，所述层次分析法对主观权重的确定是在专家打分的基础上，对二级指标U_ij进行划分，得到一定的关联层次，利用的是两两元素之间相对重要性的比较建立判别矩阵X；对判别矩阵X进行一致性检验，公式为：

其中CI是检验时采用的指标，计算式为；

λ_max是判断矩阵的最大特征值，对于n阶一致阵唯一的非零特征根是n，当且仅当λ_max＝n时，判断矩阵是一致阵。利用随机性指标RI数值表对一致性指标CR进行计算，当一致性比例CR＜0.1，符合一致性检验要求，得到的特征向量可以作为权重的向量，对应的值为指标主观权重值。

作为优选，所述步骤S3评价体系的客观权重的计算采用熵权法。

作为优选，利用所述归一化数值Z_ij得到二级指标在一级指标下的比重值为：

评价体系中指标的熵值为：

定义一个差异性系数c_j为：

c_j＝1-s_j

根据熵值可以对指标的客观权重q₁进行计算：

n为得到的熵值s_j的数量。

作为优选，所述步骤S4确定的综合权重值Q_i与一级指标U_i对应，计算式为：

Q_i＝βq₁+(1-β)q₂

式中q₁和q₂分别代表的是客观权重和主观权重，β为主观权重的系数，取值结合省级相关要求取值，取值范围为(0,1)。

一种区域内综合能源系统集群协同规划评价方法及装置，包括存储器和处理器，存储器用于存储计算机程序，所述计算机程序用于被处理器加载时执行上述的方法。

一种计算机可读存储介质，所述存储介质中存储有计算机程序，所述计算机程序适用于被处理器加载时执行上述的方法。

本发明的优点是提供了一种区域内综合能源系统集群协同规划评价方法及装置，确定区域内综合能源系统集群协同规划评价体系，分别利用层次分析法和熵权法确定评价体系的主观权重和客观权重，进而得到综合权重，通过综合权重和得到的区域内数据对区域内综合能源系统集群协同规划进行评价，大大提高了对区域综合能源系统集群协同规划评价的准确性。

附图说明

图1是本发明流程示意图。

图2是本发明评价指标体系图。

图3为L省自然资源环境指数图。

图4为L省环境政策与投资指数图。

图5为L省级2011-2020综合能源系统集群协调规划评价结果图。

具体实施方式

如图1所示，一种区域内综合能源系统集群协同规划评价方法及装置，

S1.构建区域内综合能源系统集群协同规划评价体系；

S2.评价体系归一化处理；

S3.计算所述评价体系的主观权重和客观权重；

S4.通过主观权重和客观权重确定综合权重；

S5.利用综合权重对区域内综合能源系统集群协同规划进行评价。

所述步骤S1中，所述综合能源系统集群协同规划评价体系为一指标体系，包括一级指标U_i、二级指标U_ij和三级指标y_i，所述U_i是第i个一级指标的值，指标U_ij是第i个一级指标下的第j个二级指标的值，是将其所含下级指标的值y_j相加而得，所述U_ij表示第i个一级指标U_i下的第j个二级指标的值，所述y_i表示二级指标U_ij下的第k个三级指标的值；所述二级指标U_ij的计算公式为：U_ij＝∑y_i或U_ij＝∑y_j；

所述一级指标U_i的计算公式为：U_i＝∑U_ij或U_i＝∑y_iw_j。

其中i＝1，2或3；j＝1，2，3或4；得到的指标没有个字的权重，得到的是二级指标的熵权值；y_i是三级指标值,w_j某三级指标在一级指标下的权重，通过计算得到的是一级指标的权重。

如图2所示，所述综合能源系统集群协同规划评价体系的指标包括自然资源(U₁)、环境政策与投资成本(U₂)、集群协调优化(U₃)和安全稳定运行(U₄)。

所述自然资源指标(U₁)的二级指标包括资源开发利用(U₁₁)、环境压力(U₁₂)和资源环境指数(U₁₃)；所述具体自然资源指标(U₁)的三级指标包括一次性能源消耗量、化石能源生产量、再生能源消耗比重、能源对外依存度，二氧化硫排放量、化学需养量排放量、氮氧化物排放量、工业废气排放量、工业废水排放量、工业废弃物产生量、水土流失面积。

所述自然资源指标(U₁)的二级指标包括资源开发利用(U₁₁)、环境压力(U₁₂)和资源环境指数(U₁₃)；所述环境政策与投资成本指标(U₂)主要包括环境科技投资(U₂₁)、政策工具(U₂₂)、环境治理(U₂₃)和国际合作(U₂₄)；所述自然资源指标(U₁)的三级指标具体包括研究与实验发展经费支出占GDP比重、研究与试验发展(R&D)人员全时当量、专利授权量、环境污染治理投资额、环境污染治理投资占GDP比重科教文卫支出占财政支出比重、煤炭资源税收入、原油资源税收入、人均当年新增造林面积、工业废水排放达标率、工业固体废物综合利用率、已收到的净官方发展援助、外国直接投资额。

所述协调优化指标(U₃)包括区域能效系数(U₃₁)、冷热点供需平衡度(U₃₂)、可再生能源渗透率(U₃₃)、日负荷波动系数(U₃₄)和高峰负荷变化率(U₃₅)；

所述安全稳定运行指标(U₄)包括综合电压合格率(U₄₁)、供电可靠性(U₄₂)、N-1通过率(U₄₃)、日电压稳定性(U₄₄)和频率稳定性(U₄₅)。

进行权重的确定，首先要对评价指标的类型和量纲进行处理，否则在不同的量级和量纲的情况下，难以进行比较，需要进行无量纲化处理，需要处理的原始数据指标的量纲包括百分数、货币量、试讲等多种形式；使用的处理方法是归一化处理，假设对有一个m个评价样本和n个评价指标进行处理，原始数据为X＝(x_ij)_m×n，x_ij表示的是第i个样本方案第j个指标的原始数值，使用的归一化处理后得到：

或者归一化处理是对所述二级指标U_ij的类型和量纲进行处理，归一化数值Z_ij的计算公式为：

所述步骤S3评价体系的主观权重的计算采用层次分析法。

所述层次分析法对主观权重的确定是在专家打分的基础上，对二级指标U_ij进行划分，得到一定的关联层次，利用的是两两元素之间相对重要性的比较建立判别矩阵X，主要比较的依据是专家的打分。

具体的方法是邀请专家分别对指标体系中的指标进行打分，得到指标体系中两两元素之间的相对重要性，通过比较得到每位专家的原始A-U判断矩阵X确定主观权重。

对判别矩阵X进行一致性检验，公式为：

其中CI是检验时采用的指标，计算式为；

λ_max是判断矩阵的最大特征值，对于n阶一致阵唯一的非零特征根是n，当且仅当λ_max＝n时，判断矩阵是一致阵。利用随机性指标RI数值表对一致性指标CR进行计算，随机性指标RI数值表如下表：

n	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
											RI	0	0	0.52	0.89	1.12	1.26	1.36	1.41	1.46	1.49

当一致性比例CR＜0.1，符合一致性检验要求，得到的特征向量可以作为权重的向量，对应的值为指标主观权重值。

所述步骤S3评价体系的客观权重的计算采用熵权法。

对原始矩阵X＝(x_ij)_m×n进行归一化处理得到规划化矩阵Z＝(z_ij)_m×n，x_ij表示的是第i个样本方案，第j个指标的原始数值。

对指标进行同度量化可以得到第j项指标下的第i个方案指标值得比重值，利用所述归一化数值Z_ij得到二级指标在一级指标下的比重值为：

评价体系中指标的熵值为：

为了利用熵值对指标权重进行计算，定义一个差异性系数c_j为：

c_j＝1-s_j

根据熵值可以对指标的客观权重q₁进行计算：

n为得到的熵值s_j的数量。

所述步骤S4确定的综合权重值Q_i与一级指标U_i对应；

根据得到的指标的主观权重和客观权重可以确定指标的综合权重值Q_i计算式为：

Q_i＝βq₁+(1-β)q₂

式中q₁和q₂分别代表的是客观权重和主观权重，主观权重值是利用综合层次分析法确定的主观权值，客观权重是熵权确定的客观权值，β为主观权重的系数，取值结合省级相关要求取值，取值范围为(0,1)。

利用层次分析法和熵权法得到指标权重以及L省的数据可以得到L省级综合能源系统集群协调规划评价结果。

一种区域内综合能源系统集群协同规划评价方法及装置，包括存储器和处理器，存储器用于存储计算机程序，所述计算机程序用于被处理器加载时执行上述的方法。

一种计算机可读存储介质，所述存储介质中存储有计算机程序，所述计算机程序适用于被处理器加载时执行上述的方法。

具体的：对L省近10年自然资源利用以及环境变化数据进行统计，经过无量纲化处理，得到的指标权重计算结果如下：

得到的自然资源指数附图3所示。

同样对L省近10年环境政策与投资数据进行统计，经过无量纲化处理，得到的指标权重计算结果如下：

得到的环境政策与投资指数如附图4所示。

利用5名专家对指标层通过主观评价确定关系和相对重要程度，进而确定权重系数，利用熵权法得到客观系数，根据对每年的专家打分和熵权法得到的每年的数据统计计算，利用层次分析法和熵权法得到综合权重以及L省的数据，通过对比可以得到L省级2011—2020综合能源系统集群协调规划评价结果如附图5所示；通过对比综合权重对区域内综合能源系统集群协同规划进行评价。

本发明是通过实施例进行描述的，本领域技术人员知悉，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可以对这些特征和实施例进行各种改变或等效替换。另外，在本发明的教导下，可以对这些特征和实施例进行修改以适应具体的情况及材料而不会脱离本发明的精神和范围。因此，本发明不受此处所公开的具体实施例的限制，所有落入本申请的权利要求范围内的实施例都属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种区域内综合能源系统集群协同规划评价方法及装置，其特征在于，

S1.构建区域内综合能源系统集群协同规划评价体系；

S2.评价体系归一化处理；

S3.计算所述评价体系的主观权重和客观权重；

S4.通过主观权重和客观权重确定综合权重；

S5.利用综合权重对区域内综合能源系统集群协同规划进行评价。

2.根据权利要求1所述的一种区域内综合能源系统集群协同规划评价方法及装置，其特征在于，所述步骤S1中，所述综合能源系统集群协同规划评价体系为一指标体系，包括一级指标U_i、二级指标U_ij和三级指标y_i，所述U_i是第i个一级指标的值，所述U_ij表示第i个一级指标U_i下的第j个二级指标的值，所述y_i表示一级指标U_ij下的第i个三级指标的值；

所述二级指标U_ij的计算公式为：U_ij＝∑y_i；

所述一级指标U_i的计算公式为：U_i＝∑U_ij。

3.根据权利要求2所述的一种区域内综合能源系统集群协同规划评价方法及装置，其特征在于，

所述综合能源系统集群协同规划评价体系的指标包括自然资源(U₁)、环境政策与投资成本(U₂)、集群协调优化(U₃)和安全稳定运行(U₄)。

4.根据权利要求3所述的一种区域内综合能源系统集群协同规划评价方法及装置，其特征在于，所述自然资源指标(U₁)的二级包括资源开发利用(U₁₁)、环境压力(U₁₂)和资源环境指数(U₁₃)；

所述自然资源指标(U₁)的三级包括一次性能源消耗量、化石能源生产量、再生能源消耗比重、能源对外依存度，二氧化硫排放量、化学需养量排放量、氮氧化物排放量、工业废气排放量、工业废水排放量、工业废弃物产生量、水土流失面积。

所述环境政策与投资成本指标(U₂)的二级指标包括环境科技投资(U₂₁)、政策工具(U₂₂)、环境治理(U₂₃)和国际合作(U₂₄)；

所述环境政策与投资成本指标(U₂)的三级指标包括包括研究与实验发展经费支出占GDP比重、研究与试验发展人员全时当量、专利授权量、环境污染治理投资额、环境污染治理投资占GDP比重科教文卫支出占财政支出比重、煤炭资源税收入、原油资源税收入、人均当年新增造林面积、工业废水排放达标率、工业固体废物综合利用率、已收到的净官方发展援助、外国直接投资额；

所述协调优化指标(U₃)包括区域能效系数(U₃₁)、冷热点供需平衡度(U₃₂)、可再生能源渗透率(U₃₃)、日负荷波动系数(U₃₄)和高峰负荷变化率(U₃₅)；

所述安全稳定运行指标(U₄)包括综合电压合格率(U₄₁)、供电可靠性(U₄₂)、N-1通过率(U₄₃)、日电压稳定性(U₄₄)和频率稳定性(U₄₅)。

5.根据权利要求2所述的一种区域内综合能源系统集群协同规划评价方法及装置，其特征在于，所述步骤S2中，指标归一化处理是对所述二级指标U_ij的类型和量纲进行处理，归一化数值Z_ij的计算公式为：

6.根据权利要求5所述的一种区域内综合能源系统集群协同规划评价方法及装置，其特征在于，所述步骤S3中，评价体系的主观权重的计算采用层次分析法，所述层次分析法对主观权重的确定是在专家打分的基础上，将Z_ij进行划分，得到一定的关联层次，利用两两元素之间相对重要性的比较建立判别矩阵X；

对判别矩阵X进行一致性检验，公式为：

其中CI是检验时采用的指标，计算式为；

λ_max是判断矩阵的最大特征值，对于n阶一致阵唯一的非零特征根是n，当且仅当λ_max＝n时，判断矩阵是一致阵。利用随机性指标RI数值表对一致性指标CR进行计算，当一致性比例CR＜0.1，符合一致性检验要求，得到的特征向量可以作为权重的向量，对应的值为指标主观权重值。

7.根据权利要求5所述的一种区域内综合能源系统集群协同规划评价方法及装置，其特征在于，所述步骤S3中，评价体系的客观权重的计算采用熵权法，利用所述归一化数值Z_ij得到二级指标在一级指标下的比重值为：

评价体系中指标的熵值为：

定义一个差异性系数c_j为：

c_j＝1-s_j

根据熵值可以对指标的客观权重q₁进行计算：

n为得到的熵值s_j的数量。

8.根据权利要求1所述的一种区域内综合能源系统集群协同规划评价方法及装置，其特征在于，所述步骤S4中，确定的综合权重值Q_i与一级指标U_i对应，计算式为：

Q_i＝βq₁+(1-β)q₂

式中q₁和q₂分别代表的是客观权重和主观权重，β为主观权重的系数，取值结合省级相关要求取值，取值范围为(0,1)。

9.根据权利要求1-8任意一种区域内综合能源系统集群协同规划评价方法及装置，其特征在于，包括存储器和处理器，存储器用于存储计算机程序，所述计算机程序用于被处理器加载时执行权利要求1所述的方法。

10.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述存储介质中存储有计算机程序，所述计算机程序适用于被处理器加载时执行权利要求1-8任意一种所述的方法。

Images