基于改進(jìn)AHP和CRITIC法的配電網(wǎng)規(guī)劃方案綜合評估

王鑫 任麗佳 張菁

摘要：針對當(dāng)前配電網(wǎng)可靠性評估過程中決策因素的不確定性和權(quán)重難以量化問題，在配電網(wǎng)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)層面提出了一種改進(jìn)AHP和基于指標(biāo)相關(guān)性的CRITIC指標(biāo)確定法相結(jié)合的智能配電網(wǎng)規(guī)劃方案評價(jià)方法。該方法首先基于配電網(wǎng)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)層面建立可靠性評價(jià)指標(biāo)體系，利用改進(jìn)的層次分析法與CRITIC法計(jì)算各評價(jià)指標(biāo)的主客觀權(quán)重，并采用最小二乘法計(jì)算得到綜合權(quán)重。該方法綜合考慮了主客觀權(quán)重對規(guī)劃方案的影響，避免了單一觀點(diǎn)的局限性，并有效地利用了各指標(biāo)的數(shù)據(jù)信息。通過算例分析表明，本文提出的評價(jià)方法能有效地評判配電網(wǎng)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)層面各決策方案的合理性。

關(guān)鍵詞： 可靠性評估; 網(wǎng)架結(jié)構(gòu); 改進(jìn)AHP; CRITIC; 最小二乘法

【Abstract】 Aiming at the problem of uncertainty and difficult quantititative weight of decision factors in the current reliability assessment process of distribution networks，at the level of distribution network structure， an evaluation method of intelligent distribution network planning scheme combining improved AHP and CRITIC index determination method based on index correlation is proposed. In the research， a reliability evaluation index system is established based on the grid structure of the distribution network，the improved analytic hierarchy process and CRITIC method are used to calculate the subjective and objective weights of each evaluation index， the comprehensive weight is calculated using the least squares method.This method comprehensively considers the impact of subjective and objective weights on the planning scheme，avoids the limitations of a single point of view， and data information of each indicator is effectively used.The simulation analysis shows that the evaluation method proposed in this paper can effectively judge the rationality of various decision-making schemes at the structural level of the distribution network grid.

【Key words】 ?reliability evaluation; grid structure; improved AHP; CRITIC; least square method

0 引 言

隨著近年來智能電網(wǎng)的快速發(fā)展，智能配電網(wǎng)已成為電力系統(tǒng)中的重要組成部分，為響應(yīng)對供電質(zhì)量、可靠性等不斷提高的需求，對智能配電網(wǎng)的規(guī)劃評價(jià)必不可少[1-3]。通過智能配電網(wǎng)規(guī)劃評價(jià)可以在滿足用戶需求的同時(shí)，結(jié)合信息需求、網(wǎng)架結(jié)構(gòu)等因素，對各種規(guī)劃方案進(jìn)行綜合評估?，F(xiàn)階段的綜合評估中，針對配電網(wǎng)的規(guī)劃方案大多考慮的都是基于配電系統(tǒng)層面的影響因素，對網(wǎng)架結(jié)構(gòu)層面的規(guī)劃方案考慮較少，本文基于網(wǎng)架結(jié)構(gòu)層面考慮影響配電系統(tǒng)供電可靠性的各影響因素，構(gòu)建相應(yīng)的指標(biāo)體系，并結(jié)合主觀和客觀權(quán)重對配電網(wǎng)規(guī)劃方案進(jìn)行綜合評估。

目前，中國在配電網(wǎng)規(guī)劃評價(jià)方面的研究取得了一定的突破，在現(xiàn)階段智能配電網(wǎng)評估中采用一定方式對指標(biāo)或備選方案權(quán)重進(jìn)行計(jì)算，進(jìn)而確定各方案的優(yōu)先級，該方面有如下研究：文獻(xiàn)[4]提出一種基于區(qū)間層次分析法的權(quán)重求解算法，合理地處理了決策因素的不確定性和專家判斷的模糊性。文獻(xiàn)[5]在故障停電風(fēng)險(xiǎn)決策中，利用模糊層次分析法對配電網(wǎng)進(jìn)行評估，將指標(biāo)體系中一些較為模糊的指標(biāo)進(jìn)行定量分析。文獻(xiàn)[6]綜合了AHP和線性規(guī)劃（LP）提出了基于價(jià)值的規(guī)劃決策方法，合理地給出了綜合利益最大化決策方案。當(dāng)前對配電網(wǎng)的評估研究通常只針對單個(gè)指標(biāo)性能，對配電網(wǎng)綜合性能考慮較少，故對配電網(wǎng)規(guī)劃方案進(jìn)行合理有效的綜合評價(jià)便成為了亟待解決的重要問題。

配電網(wǎng)規(guī)劃方案的綜合評估方法主要有層次分析法、模糊綜合評價(jià)法、熵權(quán)法等，但目前規(guī)劃評價(jià)方法還存在一定局限性，在實(shí)際應(yīng)用過程中會出現(xiàn)明顯缺陷。文獻(xiàn)[7]通過層次分析法-熵權(quán)法對配電網(wǎng)可靠性指標(biāo)的主客觀權(quán)重計(jì)算，提升了綜合權(quán)重下的合理性，但忽略了在運(yùn)用AHP對主觀權(quán)重計(jì)算時(shí)對一致性的校驗(yàn)較為復(fù)雜的問題。文獻(xiàn)[8]提出一種綜合改進(jìn)的TOPSIS法和德爾菲—熵權(quán)法的綜合決策方案，解決了規(guī)劃方案中主觀權(quán)重過大的問題，但其指標(biāo)量化的方法難以在實(shí)際應(yīng)用中實(shí)現(xiàn)。文獻(xiàn)[9]提出一種適用于高壓配電網(wǎng)規(guī)劃特點(diǎn)的評價(jià)指標(biāo)體系，但在配電網(wǎng)其它電壓體系中具有一定的局限性。目前，對配電網(wǎng)規(guī)劃方案綜合評估研究主要集中在對各指標(biāo)體系的性能計(jì)算中，基于主客觀去分析指標(biāo)體系的性能。

本文針對當(dāng)前配電網(wǎng)可靠性評估過程中決策因素的不確定性和權(quán)重難以量化問題，基于指標(biāo)相關(guān)性的CRITIC指標(biāo)確定法和改進(jìn)層次分析法相結(jié)合的智能配電網(wǎng)規(guī)劃方案評價(jià)方法，提出一種包含配電網(wǎng)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)層面指標(biāo)的評價(jià)體系。對不同配電網(wǎng)的規(guī)劃方案進(jìn)行綜合評估，結(jié)合網(wǎng)架結(jié)構(gòu)層面的指標(biāo)，并通過實(shí)際案例對比分析該方法的有效性。

1 配電網(wǎng)可靠性評價(jià)指標(biāo)體系

1.1 配電網(wǎng)評價(jià)指標(biāo)體系架構(gòu)

當(dāng)前配電網(wǎng)可靠性評估規(guī)劃方案通?；谟绊懴到y(tǒng)可靠性的因素來考慮，對系統(tǒng)中其他層面諸如網(wǎng)架結(jié)構(gòu)層面的研究考慮較少?，F(xiàn)對配電網(wǎng)規(guī)劃方案指標(biāo)的考慮主要集中在可靠性、經(jīng)濟(jì)性、適應(yīng)性等方面，但在網(wǎng)架結(jié)構(gòu)層面規(guī)劃缺乏全面性，且對不確定性因素考慮較少，不宜直接將其應(yīng)用到網(wǎng)架結(jié)構(gòu)層面的配電網(wǎng)規(guī)劃方案中。本文根據(jù)在網(wǎng)架結(jié)構(gòu)層面中影響配電網(wǎng)可靠性的各種影響因素和不確定性因素，建立了網(wǎng)架結(jié)構(gòu)層面的配電網(wǎng)評價(jià)指標(biāo)體系，共分為4個(gè)評價(jià)層級，如圖1所示。

圖1中的指標(biāo)體系是圍繞著決策目標(biāo)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)綜合評估體系G建立的，其中用戶端可靠性A、網(wǎng)架合理性B、抗干擾性C、經(jīng)濟(jì)性D構(gòu)成與決策目標(biāo)G直接相關(guān)的下一層子屬性。同理，指標(biāo)配電系統(tǒng)充裕性A1、通訊系統(tǒng)可靠性A2同樣為構(gòu)成上一層級用戶端可靠性A相關(guān)的下一層子屬性。圖1所示的指標(biāo)體系中各指標(biāo)呈樹狀結(jié)構(gòu)，實(shí)際中有時(shí)會出現(xiàn)網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。

為彌補(bǔ)傳統(tǒng)配電網(wǎng)規(guī)劃方案在網(wǎng)架結(jié)構(gòu)層面中的不全面性以及不確定性因素考慮較少的問題，在盡可能滿足全面性、客觀性和易求取性的原則下，圖1給出的指標(biāo)體系中包含了傳統(tǒng)方案中的各項(xiàng)指標(biāo)，并做出了以下三點(diǎn)的變動：

（1）針對可靠性的評價(jià)中，綜合了網(wǎng)架結(jié)構(gòu)層面指標(biāo)后還考慮到了用戶端的負(fù)荷點(diǎn)供電可靠性和將通信系統(tǒng)的可靠性因素加入，使得規(guī)劃中對可靠性的考慮更加多元化。

（2）基于網(wǎng)架結(jié)構(gòu)層面，深入研究網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的合理性，考慮了網(wǎng)架的接線模式及供電線路的因素。

（3）針對網(wǎng)架結(jié)構(gòu)在故障時(shí)抗干擾能力的不確定性，新增了在故障發(fā)生時(shí)帶來的不確定性影響的轉(zhuǎn)供能力、備用電源數(shù)及故障修復(fù)時(shí)間等指標(biāo)。

1.2 單項(xiàng)指標(biāo)及其計(jì)算方法

1.2.1 可靠性指標(biāo)

可靠性指標(biāo)反映的是配電網(wǎng)對用戶端持續(xù)供電能力的評價(jià)指標(biāo)，可靠性越高，供電能力就越強(qiáng)?；诰W(wǎng)架結(jié)構(gòu)層面的配電網(wǎng)可靠性指標(biāo)除了常用的關(guān)于負(fù)荷點(diǎn)的可靠性指標(biāo)外，還包括了配電系統(tǒng)充裕性指標(biāo)以及通信系統(tǒng)可靠性指標(biāo)。

電網(wǎng)充裕性問題也是可靠性評估過程中必不可少的一部分，并對系統(tǒng)充裕性指標(biāo)進(jìn)行定量分析。為對配電系統(tǒng)供電能力的評估，這里引用了電量不足期望值指標(biāo)EENS。數(shù)學(xué)公式具體如下：

1.2.2 網(wǎng)架合理性指標(biāo)

網(wǎng)架合理性指標(biāo)描述了在網(wǎng)架結(jié)構(gòu)選擇和規(guī)劃過程中需要考慮的優(yōu)劣性問題，包括了網(wǎng)架接線模式指標(biāo)以及線路供電半徑指標(biāo)。

配電網(wǎng)網(wǎng)架構(gòu)建中選擇不同的接線模式，對整個(gè)配電系統(tǒng)的可靠性影響程度不同。常用的接線模式主要有輻射型接線模式、環(huán)式接線模式以及分段和聯(lián)絡(luò)接線模式三種。對各接線模式之間的優(yōu)劣性對比分析，得到接線模式指標(biāo)下各模式的重要程度，進(jìn)而考慮網(wǎng)架的合理性。

線路供電半徑指標(biāo)主要考慮電壓等級以及用戶終端密集度，指從點(diǎn)電源點(diǎn)開始到其供電的最遠(yuǎn)負(fù)荷點(diǎn)之間的線路距離。在供電線路上，供電電壓等級越高，對應(yīng)的供電半徑也就越大，呈遞增趨勢，同時(shí)在供電的用戶終端隨著負(fù)載量的增加，供電半徑縮小，呈遞減趨勢。

1.2.3 抗干擾性指標(biāo)

這里新增抗干擾性指標(biāo)，針對在智能配電網(wǎng)出現(xiàn)故障時(shí)系統(tǒng)抗干擾能力的強(qiáng)弱問題，引入了故障修復(fù)時(shí)間和轉(zhuǎn)供能力這兩個(gè)指標(biāo)來衡量。

隨著智能配電網(wǎng)運(yùn)行過程中各種故障對系統(tǒng)的可靠性產(chǎn)生影響，備用電源的構(gòu)建對故障恢復(fù)起著顯著效果，為可靠性的提升起著重要作用，但同時(shí)會造成經(jīng)濟(jì)成本的增長，需妥善考慮可靠性與經(jīng)濟(jì)性的合理規(guī)劃。在故障發(fā)生后，變電站的負(fù)荷轉(zhuǎn)供能力也在應(yīng)對故障發(fā)生中起著重要作用，不同的轉(zhuǎn)供能力在安全約束條件下，對因故障影響而失電的重要負(fù)荷有著不同的恢復(fù)速度，進(jìn)而促使其它負(fù)荷的供電的恢復(fù)。

1.2.4 經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)

經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)體現(xiàn)的是在考慮網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的配電網(wǎng)規(guī)劃過程中追求更高性價(jià)比的規(guī)劃方案，主要考慮網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的構(gòu)建應(yīng)需追求較低的經(jīng)濟(jì)成本、較高的可靠性的特征。本文主要引用投資估算和運(yùn)行管理維護(hù)費(fèi)用兩個(gè)指標(biāo)，對所規(guī)劃的網(wǎng)架結(jié)構(gòu)經(jīng)濟(jì)性進(jìn)行描述。在運(yùn)行管理維護(hù)費(fèi)用中，主要分為年運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用和年傳輸維護(hù)費(fèi)用。

3 算例分析

為驗(yàn)證所提配電網(wǎng)供電可靠性評估方法的有效性，本案例以上海某地區(qū)配電網(wǎng)規(guī)劃作為研究對象，該地區(qū)由于110（35）kV變電站較少，造成部分地區(qū)供電范圍大，供電區(qū)域交錯，且因基建站點(diǎn)缺乏和分布不均，以及電纜通道所限，造成部分地區(qū)由區(qū)外變電站長距離供電，影響供電可靠性，由此形成3個(gè)方案屬性見表1。3個(gè)方案各有優(yōu)劣，需全面考慮各方案之間因素的變動對系統(tǒng)的供電可靠性的影響，得到最優(yōu)方案。以下按照決策步驟實(shí)現(xiàn)對各方案之間主客觀的權(quán)重計(jì)算，并最終求得綜合后的各方案權(quán)重，進(jìn)而驗(yàn)證所提決策方法的有效性。

由表4可知，采用改進(jìn)層次分析法和CRITIC法分別對3種方案各項(xiàng)指標(biāo)的主觀和客觀權(quán)重進(jìn)行計(jì)算，并使用最小二乘法求得綜合后的方案優(yōu)劣排序?yàn)榉桨溉?方案二>方案一。方案一雖具有經(jīng)濟(jì)性優(yōu)勢，但其接線模式采用輻射型接線，供電可靠性較方案二和方案三更低。雖然方案二和方案三都選擇分段和聯(lián)絡(luò)接線模式，但方案三的備用電源數(shù)和轉(zhuǎn)供能力均高于方案二，故方案三的綜合可靠性更高，因此在工程實(shí)施前的網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建時(shí)，往往會選擇方案三作為規(guī)劃方案。因此通過這種改進(jìn)層次分析法和CRITIC法的綜合評估算法，同時(shí)結(jié)合提出的配電網(wǎng)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)層面指標(biāo)的評價(jià)體系，可以更全面合理地評估不同網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的可靠性。

4 結(jié)束語

本文提出了基于指標(biāo)相關(guān)性的CRITIC指標(biāo)確定法和改進(jìn)層次分析法相結(jié)合的智能配電網(wǎng)規(guī)劃方案評價(jià)方法，并提出了一種包含配電網(wǎng)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)層面指標(biāo)的評價(jià)體系，最后通過實(shí)際案例對比分析該方法的有效性。算例結(jié)果表明，所提的綜合評估方法充分地考慮了主觀和客觀權(quán)重，綜合權(quán)重更貼近理想的解，綜合評價(jià)的結(jié)果更好。不同于?？紤]的配電網(wǎng)評估指標(biāo)，在考慮網(wǎng)架結(jié)構(gòu)層面后，使得對配電網(wǎng)規(guī)劃方案考慮得更為全面，更符合實(shí)際工程需求。

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