智能電網(wǎng)條件下電網(wǎng)規(guī)劃方案模糊物元優(yōu)選模型

，，

(1.國(guó)網(wǎng)烏魯木齊供電公司，新疆 烏魯木齊 830000，2.國(guó)網(wǎng)疆南供電公司，新疆 喀什 844000)

1 引言

在面臨全球氣候變化的壓力下，人類社會(huì)正尋求一種可持續(xù)發(fā)展的經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)模式。智能電網(wǎng)建設(shè)的大背景下，那些消耗大量化石能源的電力行業(yè)將必然要對(duì)現(xiàn)有的能源結(jié)構(gòu)進(jìn)行調(diào)整，而新能源將在電力行業(yè)中發(fā)揮更重要的作用。智能電網(wǎng)已經(jīng)成為各國(guó)電力發(fā)展的一種趨勢(shì)。其中，智能電網(wǎng)的低碳與清潔特性在推動(dòng)能源結(jié)構(gòu)調(diào)整、可再生能源的發(fā)展具有很重要的意義[1]。大規(guī)?？稍偕茉窗l(fā)電基地接入電網(wǎng)，必然對(duì)輸電網(wǎng)結(jié)構(gòu)的合理性提出了更高的要求。

輸電網(wǎng)規(guī)劃方案的評(píng)價(jià)是一個(gè)多目標(biāo)、多屬性決策問(wèn)題。它是在形成若干不同輸電網(wǎng)規(guī)劃方案后，通過(guò)對(duì)這些方案的可靠性、經(jīng)濟(jì)性、適應(yīng)性、環(huán)保性等多方面指標(biāo)進(jìn)行定量或定性的評(píng)價(jià)，構(gòu)造出一定的數(shù)學(xué)模型對(duì)不同方案的所有單指標(biāo)評(píng)價(jià)值進(jìn)行綜合，決策出綜合最優(yōu)的規(guī)劃方案。目前已有多種綜合決策方法被用于輸電網(wǎng)規(guī)劃方案的優(yōu)選。文獻(xiàn)[2]將層次分析法應(yīng)用于配電網(wǎng)規(guī)劃方案的綜合決策，運(yùn)用了區(qū)間數(shù)和模糊數(shù)來(lái)處理一些指標(biāo)的不確定性和專家判斷的模糊性，并用實(shí)例證明了方法是科學(xué)合理的。文獻(xiàn)[3]提出了運(yùn)用模糊層次分析法進(jìn)行電網(wǎng)規(guī)劃方案的決策，但專家個(gè)人偏好會(huì)對(duì)最后評(píng)價(jià)的結(jié)果產(chǎn)生影響。文獻(xiàn)[4] 將數(shù)據(jù)包絡(luò)分析應(yīng)用在電網(wǎng)規(guī)劃方案的綜合決策中，使的電網(wǎng)規(guī)劃的綜合決策更具客觀性。文獻(xiàn)[5]把灰色關(guān)聯(lián)度和理想解法相結(jié)合進(jìn)行方案的綜合評(píng)價(jià)決策，并引入信息熵的概念以此確定客觀權(quán)重，同時(shí)與層次分析法的權(quán)重綜合形成新的權(quán)重,減少了決策中的主觀隨意性。文獻(xiàn)[6]普通的模糊綜合評(píng)判法除在隸屬函數(shù)的確定時(shí)帶有較強(qiáng)的主觀任意性之外，還可能導(dǎo)致最終排序優(yōu)劣間的差異趨于均化，但經(jīng)過(guò)作者改進(jìn)過(guò)后的模糊綜合評(píng)判法，充分利用了指標(biāo)的全部評(píng)價(jià)信息，從而得到易于區(qū)分的評(píng)價(jià)結(jié)果。文獻(xiàn)[7]中主成分分析法能夠?qū)Ω呔S變量系統(tǒng)進(jìn)行綜合與簡(jiǎn)化，客觀確定指標(biāo)權(quán)重，并在輸電網(wǎng)規(guī)劃方案決策中取得了良好的效果。但是對(duì)高維變量進(jìn)行處理時(shí)，尤其是當(dāng)評(píng)價(jià)指標(biāo)多時(shí)，遺失的有用信息也就越多，誤判的可能性就越大，因此當(dāng)評(píng)價(jià)指標(biāo)增多時(shí)，該方法有待進(jìn)一步完善。

近些年來(lái),迅速發(fā)展起來(lái)的模糊物元分析方法[8-11]則可對(duì)事物進(jìn)行定性或定量的描述,信息熵理論則能反映評(píng)價(jià)指標(biāo)內(nèi)部信息[12],為輸電網(wǎng)規(guī)劃方案的優(yōu)選決策提供了一條新的途徑?；谳旊娋W(wǎng)規(guī)劃的熵模糊物元決策模型，探討了電網(wǎng)規(guī)劃方案優(yōu)選的合理決策。

2 熵模糊物元綜合決策模型

2.1 模糊物元決策模型

模糊物元是以事物名稱N、特征C和模糊量值μ組成的有序三元組(N,C,μ),是模糊物元理論描述事物的基本元[13]。這里將具有n項(xiàng)評(píng)價(jià)指標(biāo)的m種規(guī)劃方案的決策，構(gòu)建成n維復(fù)合模糊物元矩陣P

(1)

公式中Mi(i=1,2,…,m)代表第i個(gè)方案；Cj(j=1,2,…,n)為待選方案第j個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)；μ(xij)為方案Mi特征j的模糊值。再由模糊物元矩陣P變成模糊物元矩陣Q為：

(2)

式中βij(i=1,2,…,m;j=1,2,…,n)表示i方案評(píng)價(jià)指標(biāo)j的模糊量值。

各單項(xiàng)評(píng)價(jià)指標(biāo)相應(yīng)的模糊量值計(jì)算可以分為三種。當(dāng)指標(biāo)j是收益型指標(biāo)時(shí)，

(3)

當(dāng)指標(biāo)j是消耗型指標(biāo)時(shí)，

(4)

當(dāng)指標(biāo)j是區(qū)間型指標(biāo)時(shí)，

(5)

由所有指標(biāo)特征的最大值或最小值構(gòu)造出最佳方案n維模糊物元R

(6)

其中R各項(xiàng)由Q內(nèi)各評(píng)價(jià)方案模糊量值的最大或最小值來(lái)確定。

最后采用貼近度來(lái)對(duì)方案進(jìn)行排序。貼近度的計(jì)算公式，

(7)

式中，δ為方案Mi與最佳方案M0之間的距離；wj為指標(biāo)j的滿意權(quán)重；ρ為距離參數(shù)，當(dāng)ρ=1時(shí)，為海明貼近度；當(dāng)ρ=2為歐氏貼近度。本文選用的是歐式貼近度，并以貼近度最大的規(guī)劃方案為最佳方案來(lái)進(jìn)行優(yōu)選排序。

2.2 評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重的確定

θ=(θ1,θ2,…θ3)T

其中θj∈(0,1);j=1,2,…n。

最后將該滿意度向量和客觀權(quán)重進(jìn)行綜合，即為滿意權(quán)重：

(8)

3 基于熵模糊物元的輸電網(wǎng)規(guī)劃方案決策

(1)建立起合理的電網(wǎng)規(guī)劃評(píng)估體系是評(píng)價(jià)的基礎(chǔ)工作，其科學(xué)性和合理性直接影響著評(píng)價(jià)結(jié)果的準(zhǔn)確性。在綜合考慮可靠性、經(jīng)濟(jì)性、適應(yīng)性與環(huán)保性等電網(wǎng)規(guī)劃方案的影響因素，建立電網(wǎng)規(guī)劃方案綜合評(píng)估體系。須要注意的是，在具體的綜合評(píng)價(jià)分析的過(guò)程中，應(yīng)該根據(jù)要求對(duì)這些技術(shù)指標(biāo)有所保留和刪減?？梢詫⒅笜?biāo)分為定性指標(biāo)和定量指標(biāo)兩類，對(duì)于文中的定性指標(biāo)通過(guò)一定的變化將其轉(zhuǎn)化成定量指標(biāo)。

(2)由于方案評(píng)價(jià)指標(biāo)的量綱和類型不一致，為消除不同指標(biāo)量綱和量綱單位的不同所帶來(lái)的不可共度性,首先進(jìn)行指標(biāo)的同度量化。采取指標(biāo)同度量化處理得到矩陣P′:

(9)

因?yàn)樯鲜鰳?biāo)準(zhǔn)化以后可能會(huì)帶來(lái)負(fù)值影響，所以可進(jìn)行坐標(biāo)平移。指標(biāo)值pij′經(jīng)過(guò)平移之后變?yōu)閜ij，而矩陣P′則變?yōu)镻，其中pij=pij′+l。式中l(wèi)是坐標(biāo)平移的幅度(本文取l=2)。

(3)將熵權(quán)法和專家意見(jiàn)法相結(jié)合求出規(guī)劃方案各指標(biāo)的滿意權(quán)重。

(4)運(yùn)用模糊物元分析法對(duì)規(guī)劃方案進(jìn)行擇優(yōu)和排序。

4 實(shí)例分析

IEEE Garver-6系統(tǒng)是目前國(guó)內(nèi)外輸電網(wǎng)規(guī)劃領(lǐng)域經(jīng)常使用的經(jīng)典算例[15]。參考文獻(xiàn)[7]所建立的綜合評(píng)估體系,待選方案指標(biāo)計(jì)算值見(jiàn)表1。對(duì)于表中的定性指標(biāo)，采取模糊評(píng)價(jià)集的方法，先建立評(píng)價(jià)集V={v1,v2,…,v7}={1,3,4,5,6,7,9}起對(duì)應(yīng)的7個(gè)語(yǔ)言等級(jí)為分別{很差，較差，稍差，一般，稍好，較好，很好}，然后將對(duì)應(yīng)的定性指標(biāo)轉(zhuǎn)化成定量指標(biāo)。

表1 待選方案指標(biāo)計(jì)算值

根據(jù)表1給出的三種輸電網(wǎng)規(guī)劃方案，建立起模糊物元評(píng)價(jià)矩陣P

由于各指標(biāo)的類型和量綱不同，根據(jù)公式(3)～(5)將不同指標(biāo)轉(zhuǎn)化成統(tǒng)一的類型。剩余輸電容量指標(biāo)則參考文獻(xiàn)[16]中的計(jì)算方法進(jìn)行轉(zhuǎn)換。最后計(jì)算出各指標(biāo)的模糊量值，將模糊物元矩陣P轉(zhuǎn)變成復(fù)合模糊物元矩陣Q。

最后由所有指標(biāo)特征的最大值或最小值構(gòu)造出最佳方案n維模糊物元矩陣R。對(duì)應(yīng)的復(fù)合模糊物元矩陣R如下所示。

根據(jù)表1中的數(shù)據(jù)，各指標(biāo)的熵權(quán)參考文獻(xiàn)[12]來(lái)計(jì)算得到即w0=(0.1329，0.0943，0.1329，0.0954，0.0943，0.1233，0.0947，0.1004，0.1318)專家給出滿意度向量為θ=(0.15，0.05，0.15，0.05，0.2，0.15，0.05，0.1，0.1)，分別將w0和θ代入公式(8)得到綜合主觀權(quán)重和客觀權(quán)重的滿意權(quán)重w=(0.1739,0.0411,0.1738,0.0416,0.1645,0.1613,0.0413,0.0875,0.1149) 。

根據(jù)式(7)可計(jì)算出各方案與理想方案R的歐式貼近度分別為δ1=0.6979，δ2=0.8403，δ3=0.8558，由此可以得出方案3與方案2是明顯優(yōu)于方案1的。而方案3雖然投資成本較方案2略高，但其運(yùn)行費(fèi)用和線路平均負(fù)載率等其他幾個(gè)指標(biāo)都是要優(yōu)于方案2的。將本文結(jié)果與其他幾種方法結(jié)果對(duì)比如表2所示。

表2 不同方法求得各方案的綜合評(píng)價(jià)結(jié)果

將本文計(jì)算的結(jié)果和其他方法的結(jié)果進(jìn)行比較，本文得到的最終排序的結(jié)果完全正確。因此將熵模糊物元決策模型應(yīng)用在輸電網(wǎng)規(guī)劃方案決策中是有效的、可行的。

4 結(jié)論

本文針對(duì)輸電網(wǎng)規(guī)劃方案綜合評(píng)價(jià)中指標(biāo)的不相容性，提出了將熵理論和模糊物元模型相結(jié)合應(yīng)用在輸電網(wǎng)規(guī)劃方案決策過(guò)程中，對(duì)指標(biāo)進(jìn)行量化，建立了基于熵權(quán)的輸電網(wǎng)規(guī)劃方案優(yōu)選的模糊物元決策模型。并通過(guò)算例求出了最優(yōu)的規(guī)劃方案，計(jì)算結(jié)果表明了，運(yùn)用熵模糊物元理論進(jìn)行方案評(píng)價(jià)和優(yōu)選有很好的一致性，且計(jì)算方法簡(jiǎn)單。計(jì)算過(guò)程直觀。最后把本文中的結(jié)果與其他方法計(jì)算出的結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，通過(guò)對(duì)比反映了本文評(píng)價(jià)決策結(jié)果的準(zhǔn)確可靠性。

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