多目標(biāo)決策法在電網(wǎng)調(diào)度關(guān)系轉(zhuǎn)移中的應(yīng)用

夏榆杭，滕歡，姚崇固

（四川大學(xué)電氣信息學(xué)院，成都 610065）

多目標(biāo)決策法在電網(wǎng)調(diào)度關(guān)系轉(zhuǎn)移中的應(yīng)用

夏榆杭，滕歡，姚崇固

（四川大學(xué)電氣信息學(xué)院，成都 610065）

為了對電網(wǎng)進(jìn)行調(diào)度關(guān)系的轉(zhuǎn)移，給出了一種將其劃分為不同區(qū)域進(jìn)行調(diào)度關(guān)系轉(zhuǎn)移的方法，并建立了合理的區(qū)域電網(wǎng)調(diào)度關(guān)系轉(zhuǎn)移的評價指標(biāo)體系，分別運(yùn)用層次分析法和熵權(quán)法計算出主觀和客觀權(quán)重，得到其綜合權(quán)重集，再利用接近理想點法計算出各個分區(qū)電網(wǎng)適合進(jìn)行調(diào)度關(guān)系轉(zhuǎn)移的順序。以某省電網(wǎng)為算例，首先對其分區(qū)，得到了9個區(qū)域電網(wǎng)，再進(jìn)行相應(yīng)的綜合評價，所得的結(jié)果與實際操作中進(jìn)行調(diào)度模式優(yōu)化相一致，驗證了該方法的正確性。

調(diào)度關(guān)系；轉(zhuǎn)移；分區(qū)電網(wǎng)；層次分析法；熵權(quán)法

隨著我國電力工業(yè)的不斷發(fā)展，電網(wǎng)規(guī)模急劇擴(kuò)大，大量電源投產(chǎn)，各級電力調(diào)度機(jī)構(gòu)需要進(jìn)行調(diào)度的對象（發(fā)電機(jī)組、變電站）越來越多，電網(wǎng)穩(wěn)定問題越來越突出，而且由于大區(qū)電網(wǎng)的互聯(lián)只是在區(qū)域電網(wǎng)的基礎(chǔ)上就近聯(lián)接，多屬于弱聯(lián)網(wǎng)，可能帶來一系列新的穩(wěn)定問題[1，2]。在確保電網(wǎng)安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的統(tǒng)一目標(biāo)[3]下，適時地進(jìn)行電網(wǎng)調(diào)度關(guān)系的轉(zhuǎn)移[4]，合理調(diào)整各級調(diào)度的管轄范圍，優(yōu)化電力資源的合理配置，已經(jīng)成為各級調(diào)度機(jī)構(gòu)適應(yīng)電網(wǎng)快速發(fā)展的內(nèi)在要求，這適應(yīng)了我國建設(shè)智能電網(wǎng)的要求，確保了電網(wǎng)安全、優(yōu)質(zhì)、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，發(fā)揮了調(diào)度系統(tǒng)的整體優(yōu)勢，優(yōu)化了電力資源的配置。

1 分區(qū)電網(wǎng)的基本思想

在用電需求和電源不斷增長的情況下，良好的電網(wǎng)結(jié)構(gòu)能便利地實現(xiàn)電力的供需平衡，較好地解決能源資源和負(fù)荷在地理分布上不均衡的矛盾，更合理地利用遠(yuǎn)離負(fù)荷中心的動力資源，有利于實現(xiàn)負(fù)荷特性互補(bǔ)，減緩增加裝機(jī)容量和采用高效率大容量發(fā)電機(jī)組等。一般來說，合理的電網(wǎng)結(jié)構(gòu)能在滿足供電需要的輸送容量、電壓質(zhì)量和供電可靠性等基本要求的基礎(chǔ)上，把電力系統(tǒng)各部分組合起來使其整體運(yùn)行安全且效率最高，經(jīng)濟(jì)上最合理，并能適應(yīng)系統(tǒng)不斷發(fā)展的需要。在《電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定導(dǎo)則》中，對電網(wǎng)結(jié)構(gòu)大體可概括為4點[5]要求。

為了保障電網(wǎng)的安全性、穩(wěn)定性和可靠性，便于在緊急事故狀態(tài)下采取措施，化解風(fēng)險，避免電網(wǎng)過于緊密而導(dǎo)致的一系列技術(shù)問題，可以將其劃分為不同區(qū)域電網(wǎng)。依據(jù)地理位置和用電水平，將一個大的系統(tǒng)區(qū)劃成若干個相對獨立的區(qū)域，力求各區(qū)域內(nèi)部能實現(xiàn)電力平衡。電網(wǎng)實現(xiàn)分區(qū)劃分后，當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生復(fù)雜故障時，可以分區(qū)運(yùn)行，各區(qū)內(nèi)電力大體自行平衡，避免事故擴(kuò)大。此外，分區(qū)域供電還可為未來更高一級電壓電網(wǎng)的建設(shè)做準(zhǔn)備。當(dāng)更高一級電壓的網(wǎng)架建成后，可在其分區(qū)的基礎(chǔ)上，實施分區(qū)供電，以簡化網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)[6]。

電網(wǎng)分區(qū)應(yīng)體現(xiàn)下列特點：分層分區(qū)，主次分明；受電中心區(qū)應(yīng)組成堅強(qiáng)的環(huán)網(wǎng)；電廠之間沒有直接互聯(lián)；受電中心地區(qū)或其附近保持一定的電壓支撐能力；能防止發(fā)生連鎖反應(yīng)而導(dǎo)致的大面積停電。

因此，在進(jìn)行電網(wǎng)分區(qū)時，要參考該電網(wǎng)的特點，提取出該電網(wǎng)中的典型結(jié)構(gòu)，把聯(lián)系緊密的線路和變電站設(shè)備分在一起，避免電網(wǎng)線路和設(shè)備分割的混亂。盡量使電網(wǎng)結(jié)構(gòu)緊密，重要負(fù)荷劃分在不同的分區(qū)，盡量使同一分區(qū)里的電網(wǎng)設(shè)備與線路連接在一起，而且一般以電網(wǎng)中的備用線路作為劃分不同電網(wǎng)結(jié)構(gòu)的分界點。此外，一些分部分運(yùn)行的變電站也可以作為劃分電網(wǎng)結(jié)構(gòu)的依據(jù)。

2 分區(qū)電網(wǎng)的評價指標(biāo)體系

2.1 指標(biāo)體系構(gòu)成的分析

進(jìn)行電網(wǎng)調(diào)度模式優(yōu)化的研究，首先要對分區(qū)的電網(wǎng)結(jié)構(gòu)進(jìn)行研究分析，建立相應(yīng)的分區(qū)電網(wǎng)結(jié)構(gòu)評價指標(biāo)體系，然后對其進(jìn)行綜合評價，得到優(yōu)先可以進(jìn)行調(diào)度模式優(yōu)化的分區(qū)電網(wǎng)結(jié)構(gòu)，從而對具體操作起指導(dǎo)作用。確定調(diào)度模式優(yōu)化的電網(wǎng)結(jié)構(gòu)評價指標(biāo)是進(jìn)行該研究的最重要步驟，并結(jié)合其相關(guān)的可能情況和影響其調(diào)度模式優(yōu)化的相關(guān)因素，從以下5個方面考慮建立分區(qū)電網(wǎng)調(diào)度模式評價指標(biāo)體系。

2.1.1 清晰性

電網(wǎng)結(jié)構(gòu)的清晰性是進(jìn)行調(diào)度關(guān)系轉(zhuǎn)移時首先要考慮的一個因素。電網(wǎng)結(jié)構(gòu)越清晰，進(jìn)行轉(zhuǎn)移就越容易。根據(jù)復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)理論，可以將一個具體的電力網(wǎng)絡(luò)抽象為一個由點集V和邊集E組成的圖G=（V，E）。電力網(wǎng)絡(luò)抽象為一張具有n個節(jié)點的稀疏連通圖，可以用n×n鄰接矩陣{Aij}表示，利用復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的度來度量線路和節(jié)點之間的聯(lián)系，得到網(wǎng)絡(luò)平均度[7]，反映網(wǎng)絡(luò)中線路和節(jié)點之間的關(guān)系。網(wǎng)絡(luò)平均度越小，表明線路和節(jié)點之間的聯(lián)系越不復(fù)雜，清晰性越好。其計算公式為

2.1.2 管轄權(quán)

在進(jìn)行分區(qū)電網(wǎng)調(diào)度關(guān)系轉(zhuǎn)移時，需要考慮各個分區(qū)電網(wǎng)結(jié)構(gòu)內(nèi)部不同線路之間聯(lián)系的復(fù)雜性，比如一條線路聯(lián)系兩個屬于不同的供電局，不同的變電站，以及其內(nèi)部聯(lián)絡(luò)線的關(guān)系等。因此管轄權(quán)問題包括電網(wǎng)內(nèi)部變電站所屬局的個數(shù)、連接不同局的聯(lián)絡(luò)線數(shù)量以及電網(wǎng)內(nèi)部的電廠情況。而對于電網(wǎng)內(nèi)部變電站所屬局的個數(shù)，就是對于該電網(wǎng)結(jié)構(gòu)中的所有變電站一共屬于幾個供電局管轄。如果此指標(biāo)值為1，則說明該電網(wǎng)結(jié)構(gòu)中的變電站都是屬于同一個供電局管轄，就比較容易進(jìn)行調(diào)度關(guān)系的轉(zhuǎn)移。反之，如果此值較大，則轉(zhuǎn)移相對困難；內(nèi)部聯(lián)絡(luò)線指標(biāo)是和指標(biāo)“供電局個數(shù)”緊密聯(lián)系在一起的。如果指標(biāo)“供電局個數(shù)”為1，即對于某種電網(wǎng)結(jié)構(gòu)中的所有變電站，如果他們都屬于同一個供電局，則他們“內(nèi)部聯(lián)絡(luò)線”就為0。

2.1.3 安全性

電網(wǎng)的安全性要求任何設(shè)備發(fā)生故障時跳閘，系統(tǒng)滿足N-1校驗，電網(wǎng)中的設(shè)備和線路的工作量穩(wěn)定在一定范圍，互聯(lián)系統(tǒng)中發(fā)生故障時，能對負(fù)荷持續(xù)供電。因此我們用電壓偏移大小、負(fù)載率和暫態(tài)穩(wěn)定性3個指標(biāo)[8]來表征安全性。

電壓偏移大小可以用電壓裕度指標(biāo)來表示，其反映了節(jié)點電壓波動的相對大小，其計算公式為

式中，Vo和VN分別為節(jié)點當(dāng)前狀態(tài)的電壓和額定電壓。

負(fù)載率是指設(shè)備（如線路）實際功率和額定功率之比，即

式中：Kp為負(fù)載率；P為設(shè)備實際功率；PN為設(shè)備額定功率。負(fù)載率是一個小于1的數(shù)，它是衡量電網(wǎng)用電均衡程度的指標(biāo)。

2.1.4 可靠性

選取線路、變電站母線和變壓器3種電網(wǎng)主要設(shè)備[9]性能來表征電網(wǎng)的可靠性，依據(jù)其跳閘狀況用“線路跳閘率”、“母線跳閘率”和“變壓器跳閘率”來表示電力設(shè)備的可靠性指標(biāo)。計算公式分別為

2.1.5 經(jīng)濟(jì)性

計算線路的損耗方法來表征經(jīng)濟(jì)性，即

2.2 分區(qū)電網(wǎng)的評價指標(biāo)體系

綜合以上分析，建立如圖1所示的綜合評價指標(biāo)體系。

圖1 組團(tuán)式電網(wǎng)評價指標(biāo)體系Fig.1 Evaluation index ofgrouped power

3 分區(qū)電網(wǎng)的綜合評價法

3.1 層次分析法

層次分析法[10～13]AHP（analytic hierarchy process）的基本思路是將所要分析的問題層次化，根據(jù)問題的性質(zhì)和所要達(dá)成的總目標(biāo)，將問題分解為不同的組成因素，并按照這些因素間的關(guān)聯(lián)影響及其隸屬關(guān)系，將因素按不同層次聚集組合，形成一個多層次分析結(jié)構(gòu)模型，最后對問題進(jìn)行優(yōu)劣比較并排序。運(yùn)用層次分析法來確定指標(biāo)權(quán)重，由專家根據(jù)經(jīng)驗對評價體系中的指標(biāo)進(jìn)行兩兩比較，判斷兩個指標(biāo)之間的重要程度，構(gòu)造成對比較判斷矩陣，并進(jìn)行一致性校驗，最后得到指標(biāo)權(quán)重。在形成判斷矩陣時，一般引入9級比率標(biāo)度法，使人的判斷思維數(shù)量化，形成判斷矩陣。

3.2 熵權(quán)法

熵[14]的概念最初產(chǎn)生于熱力學(xué)，用來描述運(yùn)動過程的一個不可逆現(xiàn)象。在信息論中用熵來表示系統(tǒng)的紊亂程度，是系統(tǒng)的不確定性或無序狀態(tài)的量度。在多目標(biāo)評價決策中，評價指標(biāo)的熵值和熵權(quán)具有反比關(guān)系，即如果某個評價指標(biāo)的熵值越小，其對應(yīng)的熵權(quán)就越大，反之亦然。評價指標(biāo)的熵越大、熵權(quán)越小，該指標(biāo)對決策而言越不重要。

評價指標(biāo)的熵：在具有m個評價指標(biāo)和n個待評價方案的決策問題中，第i個評價指標(biāo)的熵為

在具有m個評價指標(biāo)，n個待評價方案的決策問題中，第i個評價指標(biāo)的熵權(quán)ωi定義為

3.3 綜合權(quán)值的計算

常用的綜合權(quán)值計算方法是乘數(shù)合成歸一法，計算公式為

式中：αi為綜合權(quán)值；λi為層次分析法的權(quán)重。

當(dāng)熵權(quán)法和層次分析得出的權(quán)數(shù)排序完全相同時，用熵權(quán)法得出的權(quán)系數(shù)作為各指標(biāo)的最終權(quán)系數(shù)，可有效消除指標(biāo)權(quán)系數(shù)的主觀性，說明主觀決策必須以客觀事實為依據(jù)；當(dāng)兩類方法得出的權(quán)系數(shù)按指標(biāo)重要等級排序不一樣時，采用層次分析法得出的權(quán)系數(shù)為各指標(biāo)的最終權(quán)系數(shù)，可消除由熵權(quán)法確定的權(quán)系數(shù)與指標(biāo)的實際重要程度相悖的錯誤，說明客觀數(shù)據(jù)中存在與主觀認(rèn)知相悖的情況；處于中間狀態(tài)時，可以依據(jù)決策者的喜好來采用折中的方法。折中分析方法綜合了熵權(quán)法和層次分析法的優(yōu)點，使得多指標(biāo)綜合評價中的權(quán)數(shù)的確定更合理。

3.4 接近理想點的排序法（TOPSIS）

接近理想方案的排序方法TOPSIS[15]（techique for order preference by similarity to ideal solution）是在加權(quán)規(guī)范化決策矩陣的基礎(chǔ)上，擬定理想方案A*和負(fù)理想方案A-，并確定每個方案距離A*和A-的距離，最后根據(jù)相對距離確定方案的優(yōu)劣。其排序步驟如下。

步驟1構(gòu)造規(guī)范化決策矩陣R為

式中：xij為未處理過的第j個方案的第i指標(biāo)的指標(biāo)值；rij為經(jīng)過標(biāo)準(zhǔn)化處理的矩陣X=[xij]的值，rij∈[0，1]。

步驟2構(gòu)造加權(quán)規(guī)范化矩陣V=[vij]，即

步驟3確定理想方案和負(fù)理想方案。當(dāng)屬性值為效益型時，理想方案為每列中的最大值，負(fù)理想方案為每列中的最小值；當(dāng)屬性值為成本型時，理想方案為每列中的最小值，負(fù)理想方案為每列中最大值。具體方案如下。

式中：i=1，2，…，m；J為效益型；J′為成本型。

步驟4計算與理想方案的距離以及與負(fù)理想方案的距離分別為

4 實例分析

以某省電網(wǎng)接線圖為例。電網(wǎng)特點有：①單個500 kV變電站主供、220 kV雙回路輻射電網(wǎng)；②單個500 kV變電站主供、220 kV雙回路環(huán)網(wǎng)；③多個500 kV變電站主供、220 kV雙回路環(huán)網(wǎng)；④不同的分區(qū)內(nèi)有無內(nèi)部聯(lián)絡(luò)線的電廠。根據(jù)以上特點，可以將其具體分為以下9個區(qū)。

分區(qū)1：港城－茂名－蝶嶺－江門－西江－硯都－羅洞－賢令山8個500 kV變電站以及8個變電站以下的220 kV網(wǎng)絡(luò)組成的大環(huán)網(wǎng)。

分區(qū)2：曲江－花都－北郊－增城－廣南5個500 kV變電站以及以下的220 kV網(wǎng)絡(luò)組成的大環(huán)網(wǎng)。

分區(qū)3：順德－香山2個500 kV變電站以及以下的220 kV網(wǎng)絡(luò)組成的環(huán)網(wǎng)。

分區(qū)4：橫瀝500 kV變電站以及以下的220 kV網(wǎng)絡(luò)組成的輻射狀電網(wǎng)。

分區(qū)5：莞城500 kV變電站以及以下的220 kV網(wǎng)絡(luò)組成的輻射狀電網(wǎng)。

分區(qū)6：東莞500 kV變電站以及以下的220 kV網(wǎng)絡(luò)組成的輻射狀電網(wǎng)。

分區(qū)7：寶安－鵬城2個500 kV變電站以及以下的220 kV網(wǎng)絡(luò)組成的環(huán)網(wǎng)。該組團(tuán)內(nèi)有3個電廠，1回直流，通過2回500 kV線路和沙A、C電廠相聯(lián)系。

分區(qū)8：鯤鵬－深圳2個500 kV變電站以及以下的220 kV網(wǎng)絡(luò)組成的環(huán)網(wǎng)。

分區(qū)9：博羅－惠州－茅湖－榕江－汕頭－嘉應(yīng)6個500 kV變電站以及以下的220 kV網(wǎng)絡(luò)組成的環(huán)網(wǎng)。該組團(tuán)內(nèi)有13個電廠，包括1座抽水蓄能電廠，1回直流。

在所得到實際數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，運(yùn)用層次分析法和熵權(quán)法對該9大分區(qū)進(jìn)行是否適宜進(jìn)行調(diào)度模式優(yōu)化的評價。先將2級指標(biāo)進(jìn)行層次分析法和熵權(quán)法進(jìn)行評價，然后利用TOPSIS計算出網(wǎng)絡(luò)平均度、變電站所屬局個數(shù)、內(nèi)部聯(lián)絡(luò)線數(shù)量和網(wǎng)損率等量的偏離度。再利用2級指標(biāo)中的偏離度作為1級指標(biāo)中清晰性、管轄權(quán)、可靠性、安全性和經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)數(shù)據(jù)，分別用層次分析法和熵權(quán)法進(jìn)行評價，評價結(jié)果如表1所示。

表1 1級指標(biāo)數(shù)據(jù)Tab.1 Data of primary index

（1）應(yīng)用AHP進(jìn)行兩兩比較，判斷兩個指標(biāo)之間的重要程度，得到1級指標(biāo)的判斷矩陣，如表2所示。

表2 1級指標(biāo)判斷矩陣Tab.2 Judgmentmatrix of primary index

由特征方程UW=λmaxW，求得判斷矩陣的最大特征值λmax和其所對應(yīng)的特征向量W分別為：λmax=4.651 8，W=[0.736 2，0.581 7，0.260 9，0.128 3，0.102 7]T，進(jìn)行一致性檢驗后，滿足要求，得到其主觀權(quán)值A(chǔ)=[0.253 2，0.207 5，0.151 6，0.283 2，0.105 5]T。

（2）求熵與熵權(quán)，結(jié)果如表3所示。

表3 1級指標(biāo)的熵和熵權(quán)Tab.3 Entropy and entropy weightof primary index

（3）求得其主觀權(quán)值和熵權(quán)值的綜合權(quán)值B= [0.175 0，0.120 3，0.211 5，0.390 2，0.103 0]T；計算出各個指標(biāo)的距離和偏離度，如表4所示。

表4 1級指標(biāo)的距離和偏離度Tab.4 Distanceand Deviation of Primary Index

得到9大組團(tuán)進(jìn)行調(diào)度模式優(yōu)化優(yōu)劣程度依次為：分區(qū)4＞分區(qū)5＞分區(qū)6＞分區(qū)8＞分區(qū)7＞分區(qū)3＞分區(qū)2＞分區(qū)1＞分區(qū)9，可見分區(qū)4最適合進(jìn)行電網(wǎng)調(diào)度關(guān)系的轉(zhuǎn)移。

5 結(jié)語

本文對電網(wǎng)調(diào)度關(guān)系轉(zhuǎn)移的研究，提出了將其劃分為不同區(qū)域，進(jìn)行電網(wǎng)調(diào)度關(guān)系轉(zhuǎn)移的方案，并建立了較為全面、合理的電網(wǎng)調(diào)度關(guān)系轉(zhuǎn)移的評判指標(biāo)體系，引入了運(yùn)用了相應(yīng)的評價方法對其評價，提供了一種進(jìn)行評價電網(wǎng)調(diào)度關(guān)系轉(zhuǎn)移的新思路，為發(fā)揮電網(wǎng)調(diào)度系統(tǒng)的整體優(yōu)勢提供了理論依據(jù)，最后算例驗證了方法的正確性。

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Application ofM ultiple-objective Decision Method in the Transfer of Dispatching Relationship of Power Grid

XIA Yu-hang，TENGHuan，YAOChong-gu
（Schoolof Electrical Engineering and Information，Sichuan University，Chengdu 610065，China）

In order to realize the transfer of scheduling relationship for power grid，this paper put forward a proposal which divided it into different regions to carry the transfer of dispatch relationship，established reasonable evaluation index ofgrid partitioning for scheduling relationship，separately applied analytic hierarchy process and entropyweight method to calculate subjective and objectiveweight，then obtained compositiveweightsetand figured out the order of each suitable partitioning according to TOPSIS（technique fororder preference by similarity to idealsolution）.The article took a provincial power grid as an example，divided it into partitioning and then evaluated them comprehensively. The resultsare consistentwith practicaloperation and the correctnessof themethod is testified.

dispatching relationship；transfer；power grid partitioning；analytic hierarchy process；entropy weight method

TM715

A

1003-8930（2013）05-0156-06

夏榆杭（1986—），男，碩士研究生，從事電力系統(tǒng)調(diào)度自動化及計算機(jī)信息處理方面的研究。Email：406602096@qq. com

滕歡（1964—），女，副教授，碩士生導(dǎo)師，從事電力系統(tǒng)調(diào)

度自動化及計算機(jī)信息處理方面的研究。Email：434988455 @qq.com

姚崇固（1987—），男，碩士研究生，從事電力系統(tǒng)調(diào)度自動化及計算機(jī)信息處理方面的研究。Email：278086129@qq. com

2011-11-04；

2011-12-16