基于改進AHP方法的發(fā)電技術方案選優(yōu)

單建軍　王　卡（淮河工程有限公司徐州221018）

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基于改進AHP方法的發(fā)電技術方案選優(yōu)

單建軍王卡
（淮河工程有限公司徐州221018）

基于發(fā)電技術的多樣性和復雜性，采用改進的AHP方法進行發(fā)電技術的多目標優(yōu)選決策，對傳統(tǒng)的AHP方法進行改進時，采用構建三標度（-1，0，1）矩陣的方法，引入最優(yōu)傳遞矩陣，避免了傳統(tǒng)方法構建判斷矩陣時權重選擇的模糊性。實例證明，改進的AHP方法應用于發(fā)電技術方案的評價與選擇是可行的。

層次分析法判斷矩陣發(fā)電技術綜合評價

1　引言

近年來，我國電力工業(yè)發(fā)展取得重大進步，發(fā)展了多種發(fā)電方式。各種發(fā)電方式在經(jīng)濟效益、發(fā)電技術、環(huán)境效益、資源利用方面等方面各占優(yōu)勢，并且這些因素又相互影響、相互制約，構成一個復雜的系統(tǒng)。因此，這些發(fā)電方式的綜合效益很難用單一的目標函數(shù)或評價準則進行評價。層次分析法（AHP，Analytic HierarchyProcess）是一種定性與定量相結合的多因素決策分析方法。該方法能將復雜的問題分解為不同的組成因素，按照因素間的相互關聯(lián)、隸屬關系，分成不同的層次組合，從而構成一個多層次的系統(tǒng)結構模型，提高決策者對各目標差異的辨別，從而提高目標權重設定的準確性。本文建立了發(fā)電方式的遞階層次結構評價模型，對改進的層次分析法在發(fā)電方式優(yōu)選中的應用作了深入探討，以數(shù)字結果的形式直觀地反映對不同決策因素的側重不同，而形成技術選擇決策的差異，為技術選擇提供理論借鑒。

2　層次分析法的決策程序

2.1建立遞階層次結構模型

對問題進行系統(tǒng)分析，弄清該問題系統(tǒng)所包含因素、因素之間的相互關系和最終需要解決的問題。并把這些元素按不同屬性分為若干組，形成不同層次。

2.2構造兩兩判斷矩陣

判斷矩陣是AHP法的信息基礎，判斷矩陣元素的值反映了問題中各元素的相對重要性。傳統(tǒng)的判斷矩陣評價方法采用A.L.Saaty的1～9標度的比例進行標度，標度含義為：1表示Ci和Cj同樣重要；3表示Ci比Cj稍微重要；5表示Ci比Cj重要；7表示Ci比Cj重要得多；9表示Ci比Cj特別重要。2，4，6，8則表示上述相鄰判斷的中值。

用AHP方法確定指標權重，最關鍵的環(huán)節(jié)是建立各層次上的判斷矩陣，但在實際應用中，由于人為判斷的片面性，兩兩比較的結果不一定具有客觀一致性，因此通常需要一致性檢驗，若不能通過檢驗，常規(guī)的做法是用估計來調(diào)整判斷矩陣，帶有主觀性和盲目性，有時需要經(jīng)過多次調(diào)整才能通過一致性檢驗。為此，本文采用三標度（1，0，-1）法，對常規(guī)的層次分析法進行改進，標度含義為：1表示Ci比Cj重要；0表示Ci和Cj同樣重要；-1表示Ci不如Cj重要。

通過相應兩兩方案指標比較，建立比較矩陣，計算最優(yōu)傳遞矩陣，進而確定一致矩陣（即判斷矩陣），該方法帶有自調(diào)節(jié)功能，不需要進行一致性檢驗，與其他標度相比具有良好的判斷傳遞性與標度值的合理性，有利于決策者在兩兩比較判斷過程中提高準確性。

2.3層次單排序

根據(jù)判斷矩陣計算該層要素關于相鄰上一層次要素的優(yōu)先權重，稱為層次單排序。層次單排序可以歸結為計算判斷矩陣中最大特征值所對應的特征向量，作為該層次各個要素的優(yōu)先權重向量。

2.4層次總排序

計算同一層所有要素對于最高層（總目標）相對重要性的排序權值，稱為層次總排序。由方案層的總排序結果，就可以得出方案的優(yōu)劣排序。

3　改進AHP方法在發(fā)電技術方案優(yōu)選中的應用

3.1問題的建立

假定可供選擇的發(fā)電技術方案有：常規(guī)的無脫硫燃煤蒸汽輪機發(fā)電（PC）、帶尾氣脫硫的燃煤蒸汽輪機發(fā)電（PC+FGD）、燃氣—蒸汽聯(lián)合循環(huán)發(fā)電（CCPP）和整體煤氣化聯(lián)合循環(huán)發(fā)電（IGCC）四種發(fā)電技術。在決策過程中，要考慮幾種發(fā)電技術的經(jīng)濟指標、環(huán)境指標和社會效益指標的比較。通過比較，對這些方案在多準則下的優(yōu)劣性進行排隊，然后作出決策。

3.2建立發(fā)電技術方案優(yōu)選遞階層次結構模型

發(fā)電技術全作為一個復雜系統(tǒng)進行評價，首先要把復雜的問題分解為不同的層次。同一層次要素作為準則，對下一層的某些要素起支配作用，同時它又受上一層要素的支配。處于最上面一層的層次成為目標層，這個最高層次通常只有一個要素，是分析問題的目標；中間層次稱為準則層，準則層的下一層次是子準則層；最低一層的層次成為方案層，這層是解決問題的預選方案。

根據(jù)我國發(fā)電技術管理工作實際，參考已有的研究成果，經(jīng)理論分析和專家咨詢，將發(fā)電技術綜合評價系統(tǒng)分為目標層A、準則層B、方案層C共3個層次。

一層為目標類（A層），即綜合效益（A）。

二層為準則類（B層），這是衡量目標能否實現(xiàn)的標準，包括技術、經(jīng)濟效益（B1），環(huán)境效益（B2），社會效益及其他（B3）3個準則。

三層為方案類（C層），是指實現(xiàn)目標的方案、方法、手段等，包括煤粉發(fā)電技術（PC）（C1）、煤粉電站+煙氣脫硫處理（PC+FGD）（C2）、燃氣蒸汽聯(lián)合循環(huán)（CCPP）（C3）、整體煤氣化聯(lián)合循環(huán)發(fā)電技術（IGCC）（C4）4種發(fā)電技術。

按目標到方案自上而下地將各類因素之間的直接影響關系排列于3個不同層次，形成以綜合效益為總目標，以技術經(jīng)濟效益、環(huán)境效益、社會效益為評價準則，評價PC、PC+FGD、CCPP、IGCC4種發(fā)電技術的遞階層次結構模型（圖1）。

3.3建立判斷矩陣

建立評價發(fā)電技術的遞階層次結構模型后，上下層次之間元素的隸屬關系就被確定。判斷矩陣表示針對上一層次某元素，本層次有關元素之間的相對重要性。判斷矩陣元素的值反映了對各因素相對重要性的認識，本文采用三標度（1，0，-1）法確定，整理得到各層次的比較矩陣。

3.4層次單排序

圖1　發(fā)電技術方案優(yōu)選遞階層次模型圖

代入計算得：

其次，把矩陣R轉化為一致矩陣D，其中，dij=exp（rij）。代入計算得：

再次，用方根法求出矩陣A-B的特征向量。層次單排序可以歸結為計算判斷矩陣的最大特征值（λmax）對應的特征向量，即滿足關系式DW=λmaxW的特征向量W=［W1，W2，…Wn］T，作為該層次n個要素的優(yōu)先權重向量。

本文選用方根法求解，首先計算判斷矩陣每一行各元素的乘積的n次方根（n為判斷矩陣的階數(shù)），得到一向量，然后對向量進行歸一化處理，得到的列向量即為所求特征向量。求解得矩陣A-B的特征向量為W=［0.276，0.455，0.167，0.102］T。用同樣的方法求出判斷矩陣B1-C，B2-C，B3-C，B4-C的特征向量。

3.5層次總排序

層次總排序就是針對目標層A而言的，方案層C的次序排列，為層次單排序的加權組合。

V=WjW

根據(jù)本文層次總排序結果可以看到，CCPP在綜合效益上具有優(yōu)勢，其次為IGCC，接下來為PC+FGD及PC。由以上計算結果可以看出，燃氣蒸汽聯(lián)合循環(huán)（CCPP）為最合適的發(fā)電技術方案。

4　結論

采用層次分析法評價多種發(fā)電技術綜合效益的關鍵是構造兩兩比較判斷矩陣，確定其權重。在實際使用中，判斷矩陣利用的信息主要是決策者或?qū)＜业倪x擇與判斷，決策過程充分反映了決策者對問題的認識，增強了決策的有效性。優(yōu)化AHP法對發(fā)電技術方案進行優(yōu)選切實可行，它避免了傳統(tǒng)的AHP法易陷入判斷矩陣不一致的缺點，并使得邏輯清晰，易為決策者接受和掌握。

本文所構造的發(fā)電技術方案優(yōu)選遞階層次結構模型，將定量因素與定性因素有機地結合起來，用統(tǒng)一的方式進行處理，突破了以往模型只在某方面進行單一評價的局限性，以數(shù)字形式直觀地表明不同發(fā)電技術在一定選擇條件下的綜合效益的優(yōu)劣，較之一般的定量分析決策方法應用范圍更加廣泛，實用性更強■