占彤平 劉小龍 潘丹 鄭飄飄 謝妙紅

摘要：隨著我國城市配電網(wǎng)規(guī)模越來越大，運(yùn)行特征也越發(fā)復(fù)雜，用電負(fù)荷也在逐年提升，對(duì)其供電能力的評(píng)估也更加深入。配電網(wǎng)的供電能力直接代表其供電可靠性和系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的優(yōu)劣。傳統(tǒng)的供電能力評(píng)估方法抓取風(fēng)險(xiǎn)狀態(tài)的能力略顯不足，計(jì)算結(jié)果與實(shí)際情況偏差較大。基于此種背景，提出了應(yīng)用AHP-熵權(quán)法法對(duì)供電能力評(píng)估方法進(jìn)行優(yōu)化。并通過實(shí)例分析，證明此種評(píng)估方法具備可行性和有效性。

關(guān)鍵詞：城市配電網(wǎng)；權(quán)重設(shè)置；供電能力評(píng)估；實(shí)例分析

中圖分類號(hào)：TM73；TP39?????????? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A???????? 文章編號(hào)：1001-5922（2023）03-0183-05

Construction? and? evaluation ?optimization? of load? system based on AHP-entropy method

ZHAN Tongping1，LIU Xiaolong2，PAN Dan3，ZHENG Piaopiao3，XIE Miaohong4

（1. State grid fujian electric power Co.，LTD.，F(xiàn)uzhou 350000，China；2. State Grid Fujian Electric Power Co.，LTD.，Changting Electric POWER SUPPLY Branch，Changting 366300，F(xiàn)ujian China；3.State Grid Fujian Information &Telecommunication Company，F(xiàn)uzhou 350000，China；4. State grid xintongyili technology Co.，LTD.，F(xiàn)uzhou 350003，China）

Abstract： In recent years，as the increasingscale of my country s urban distribution network，its operating charac- teristics have become more complex，and the electricity load has also been increasing year by year，and the evalua- tion of its power supply capacity has become more in-depth. The power supply capacity of the distribution network directly represents its power supply reliability and the advantages and disadvantages of the system structure. The traditional power supply capacity assessment method has a slightly insufficient ability to grasp the risk status，and the calculation result deviates greatly from the actual situation. Based on this background，this paper proposes the application of AHP-entropy method to optimize the power supply capacity evaluation method. Through case analy- sis，it has been demonstratedthat this kind of evaluation method is feasible and effective.

Keywords： urban distribution network；weight setting；power supply capacity evaluation；case analysis

配電網(wǎng)供電能力既是技術(shù)指標(biāo)，也是評(píng)判系統(tǒng)能否穩(wěn)定運(yùn)行的判斷依據(jù)。配電網(wǎng)供電能力是指：在當(dāng)前運(yùn)行方式下，確保線路、變壓器等設(shè)備電量不過載的情況下，配電網(wǎng)所能承受的最大輸送電力值。傳統(tǒng)的評(píng)估方法包括模糊評(píng)價(jià)、德爾菲法等，因城市配電網(wǎng)系統(tǒng)越發(fā)復(fù)雜，傳統(tǒng)評(píng)估方法已經(jīng)難以很好的完成評(píng)估工作。因此提出了利用AHP-熵權(quán)法改進(jìn)評(píng)估方法的構(gòu)想，并通過實(shí)例分析證明其具備可應(yīng)用性。

1 城市配電網(wǎng)供電能力評(píng)估方法

1.1 常用評(píng)估方法

1.1.1 模糊評(píng)估法

模糊評(píng)估會(huì)先對(duì)所評(píng)估信息進(jìn)行量化處理，再對(duì)其進(jìn)行狀態(tài)判斷。應(yīng)用這種評(píng)估方法，可以提升評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)描述的準(zhǔn)確性。運(yùn)用模糊評(píng)估法創(chuàng)建評(píng)估模型的具體步驟為：①確定評(píng)估對(duì)象參數(shù)，精準(zhǔn)掌握被評(píng)估對(duì)象的屬性、性能，并對(duì)其質(zhì)量進(jìn)行綜合反映；②創(chuàng)建評(píng)估集，囊括該評(píng)估對(duì)象的全部評(píng)估結(jié)果[1]；③創(chuàng)建評(píng)估模糊關(guān)系矩陣，精準(zhǔn)掌握評(píng)估對(duì)象的隸屬度；④計(jì)算指標(biāo)權(quán)重和綜合評(píng)估值。在配電網(wǎng)供電能力評(píng)估體系中，在描述部分評(píng)估指標(biāo)時(shí)模糊不清，無法找到與之相對(duì)應(yīng)的定量關(guān)系，應(yīng)用模糊評(píng)估法就能很好的應(yīng)對(duì)這一情況。

1.1.2 層次分析法

層析分析法（AHP），通過創(chuàng)建層次結(jié)構(gòu)將復(fù)雜的評(píng)估指標(biāo)進(jìn)行分解，即簡化了評(píng)估指標(biāo)，又不破壞其內(nèi)在聯(lián)系，更加具有靈活性和整體性?；静襟E為：①以評(píng)估目標(biāo)為依據(jù)，創(chuàng)建清晰的評(píng)估結(jié)構(gòu)；②采用測(cè)度理論，將評(píng)估對(duì)象兩兩對(duì)比，用相對(duì)標(biāo)度將評(píng)估結(jié)果表達(dá)出來；③逐層創(chuàng)建判斷矩陣，并計(jì)算出各層的屬性權(quán)重；④計(jì)算出綜合權(quán)重及排序。在對(duì)城市配電網(wǎng)供電能力進(jìn)行評(píng)估時(shí)，往往需要面對(duì)大量的多屬性復(fù)雜問題，如網(wǎng)架技術(shù)水平、配電網(wǎng)供電質(zhì)量等，AHP可以將復(fù)雜的問題簡單化、條理化，能夠更好的協(xié)調(diào)各評(píng)估數(shù)據(jù)之間的關(guān)系[2]。

1.1.3 德爾菲法

德爾菲法（Delphi）又稱專家打分法，被廣泛的應(yīng)用于決策領(lǐng)域和系統(tǒng)分析中。其以佚名的形式征求專家意見，再利用信息溝通、反饋的方式對(duì)專家意見進(jìn)行整合，使其趨于一致，更接近實(shí)際值。

在應(yīng)用 Delphi時(shí)，專家多年來實(shí)踐得來的經(jīng)驗(yàn)得到了充分應(yīng)用，更適合應(yīng)用于復(fù)雜系統(tǒng)模型中，在進(jìn)行評(píng)估時(shí)，需要遵循以下判斷依據(jù)：

我們用E 來表示專家意見集中度，利用式（1）計(jì)算加權(quán)平均值。

以o 代表專家意見離散度，利用式（2）計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)差，

式中：E 代表因素認(rèn)可程度；o 則代表在某一問題上的意見分歧程度。

1.2 構(gòu)建原則及方法

1.2.1 構(gòu)建原則

通常情況下，被評(píng)估體都擁有著結(jié)構(gòu)復(fù)雜、表選形式豐富的特性。雖然這些特性是為了更好的反應(yīng)被評(píng)估體的屬性，但若想更深層次的反映客體，應(yīng)掌握其內(nèi)在聯(lián)系，以指標(biāo)體系對(duì)其進(jìn)行評(píng)估。在構(gòu)建指標(biāo)體系時(shí)，應(yīng)確保各客體之間具有相對(duì)獨(dú)立性和可測(cè)性[3]。

依照上述原則，在構(gòu)建城市配電網(wǎng)供電能力評(píng)估指標(biāo)體系，在選擇指標(biāo)時(shí)，應(yīng)盡量挑選可以全面、精準(zhǔn)反應(yīng)供電情況的數(shù)據(jù)指標(biāo)，避免遺漏；此外要確保信息具有時(shí)效性。

1.2.2 構(gòu)建方法

構(gòu)建城市配電網(wǎng)供電能力評(píng)價(jià)指標(biāo)體系的目的是引導(dǎo)城市配電網(wǎng)朝著更好的方向發(fā)展。該評(píng)價(jià)指標(biāo)體系可以精準(zhǔn)的反應(yīng)城市配電網(wǎng)的供電能力，因此需要協(xié)調(diào)好各個(gè)指標(biāo)間的關(guān)系。在選擇指標(biāo)時(shí)，應(yīng)嚴(yán)格把控選擇標(biāo)準(zhǔn)，避免含義重復(fù)、隨意選擇等情況。其構(gòu)建步驟如圖1所示。

1.3 城市配電網(wǎng)供電能力評(píng)估指標(biāo)體系

1.3.1 負(fù)載能力指標(biāo)

該指標(biāo)主要對(duì)城市配電網(wǎng)的負(fù)荷能力，具體結(jié)構(gòu)如圖2所示。

（1）容載比。將選擇范圍設(shè)定在35～110 kV，并按照《國家電網(wǎng)公司城市電力網(wǎng)規(guī)劃設(shè)計(jì)導(dǎo)則》中提出的方法計(jì)算容載比；（2）線路重載比例，在配電線路中，若出現(xiàn)連續(xù)1 h負(fù)載率大于70%的情況，我們將其定義為線路重載，因運(yùn)行方式錯(cuò)誤產(chǎn)生的短暫大負(fù)載情況可以忽略不計(jì)；（3）配變重載比例，在配電線路中，若出現(xiàn)連續(xù)2 h負(fù)載率大于80%的情況，我們將其定義為配變重載，同樣忽略短時(shí)大負(fù)載情況。該數(shù)據(jù)一般來源于采集終端，因?yàn)楫?dāng)前信息采集率較低，在選擇配變重載比例時(shí)，可將單日最大負(fù)載率當(dāng)做年最大負(fù)載率使用[4]。

1.3.2 轉(zhuǎn)供能力指標(biāo)

該指標(biāo)考核的是在非正常運(yùn)轉(zhuǎn)情況下，配電網(wǎng)自身的負(fù)荷轉(zhuǎn)移和保障供電的能力，具體說明如圖3所示。

（1）線路滿足N-1比例。評(píng)估配電網(wǎng)在出現(xiàn)單一故障時(shí)，其供電安全性的強(qiáng)弱，評(píng)估側(cè)重點(diǎn)在轉(zhuǎn)供能力上。在《國家電網(wǎng)公司城市電力網(wǎng)規(guī)劃設(shè)計(jì)導(dǎo)則》中對(duì)其做出了明確規(guī)定，在評(píng)估時(shí)應(yīng)按照到則嚴(yán)格執(zhí)行；（2）組網(wǎng)方式匹配性。評(píng)估實(shí)際線路組網(wǎng)情況與預(yù)期組網(wǎng)情況是否相匹配；（3）線路聯(lián)絡(luò)率。評(píng)估城市配電網(wǎng)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)是否正常；（4）不同變粘聯(lián)絡(luò)線路比例。評(píng)估下級(jí)電網(wǎng)是否具備足夠的能力支撐上級(jí)電網(wǎng)。

但是，在實(shí)際操作過程中，傳統(tǒng)的供電能力評(píng)估方法和指標(biāo)體系難以適應(yīng)結(jié)構(gòu)越發(fā)復(fù)雜的城市配電網(wǎng)，亟需一種新的評(píng)估方法對(duì)供電能力進(jìn)行評(píng)估。

2? AHP-熵權(quán)法

2.1 模糊綜合評(píng)估流程

將德爾菲法和客觀數(shù)據(jù)信息與模糊評(píng)估法相結(jié)合，旨在提升評(píng)估的準(zhǔn)確性，使其結(jié)果更具可信度。評(píng)估流程如圖4所示。

2.2 基于AHP-熵權(quán)法的權(quán)重計(jì)算

權(quán)重值的確定，是評(píng)估城市配電網(wǎng)供電能力的前提保障，當(dāng)前較常應(yīng)用的確定權(quán)重值的方法有2種：主觀、客觀賦權(quán)法。主觀賦權(quán)法，以專家提出的科學(xué)理論為依據(jù)，對(duì)權(quán)重值進(jìn)行主觀性決策。這種方法適用于參考數(shù)據(jù)不充足、評(píng)估指標(biāo)體系難以確定的配電網(wǎng)，但是也存在著主觀性過強(qiáng)的弊端?？陀^賦權(quán)法，以具體數(shù)據(jù)為參考，借助數(shù)學(xué)方法計(jì)算出權(quán)重值，這種以科學(xué)理論支撐的賦權(quán)法更具嚴(yán)謹(jǐn)性，不過分依賴主觀意見[5]。為了改變單一賦權(quán)造成的不準(zhǔn)確性，運(yùn)用了組合賦權(quán)法，將主觀、客觀賦權(quán)法的優(yōu)點(diǎn)進(jìn)行融合，提出了基于AHP-熵權(quán)法的計(jì)算方法，為了獲取更具準(zhǔn)確性的權(quán)重系數(shù)。

2.2.1 層次分析法確定權(quán)重

層次分析法在20世紀(jì)70年代初首次被提出，此種方法的應(yīng)用核心是掌握矩陣具體構(gòu)造，將復(fù)雜的問題進(jìn)行層次化處理，擁有較強(qiáng)的實(shí)用性。其核心功能是推斷矩陣構(gòu)造，并對(duì)其進(jìn)行逐層比較，以兩兩相比的方式評(píng)判矩陣元素，得出下層指標(biāo)對(duì)上層的貢獻(xiàn)度，最終獲取權(quán)重排序結(jié)果。我們利用“1～9”標(biāo)度法，以德爾菲法選取數(shù)值標(biāo)度，對(duì)模糊化時(shí)間采取定量分析，各標(biāo)度值含義如表1所示。

構(gòu)建的城市配電網(wǎng)供電能力評(píng)估體系指標(biāo)中，二級(jí)指標(biāo)應(yīng)以一級(jí)指標(biāo)為劃分標(biāo)準(zhǔn)，劃分后進(jìn)行兩兩比較，構(gòu)建判斷矩陣P，將重要判斷結(jié)果與專家意見相結(jié)合，可以得到：

n 代表評(píng)價(jià)指標(biāo)的具體數(shù)量，得出判斷矩陣P 后，利用方根法完成特征向量的求解工作，得出乘積 Mi，并計(jì)算Mi 的n 次方根wi，計(jì)算公式為：

將 i 進(jìn)行歸一化處理后可以得出特征向量 W′=（w′1.w′2.w′3 ， … ，w′n），計(jì)算公式：

為確保判斷矩陣的可信性，需對(duì)其進(jìn)行一致性測(cè)試，計(jì)算其最大特征值imax和指標(biāo) CI 。

鑒于矩陣一致性會(huì)不受控制的出現(xiàn)偏離，因此CI 數(shù)值越大代表其一致性越差。當(dāng)imax=n、CI =0時(shí)，則代表其一致性相同。當(dāng)判斷矩陣階數(shù)變多時(shí)，保持一致性的難度也越來越大，為了更好的掌握一致性差異，我們引入了RI（平均隨機(jī)一致性指標(biāo)），將二者進(jìn)行比較可以得到一致性比率CR：

當(dāng) CR ＜0.1時(shí)，則代表權(quán)重系數(shù)合理；若 CR ＞0.1時(shí)，則代表權(quán)重系數(shù)不合理，判斷矩陣也需要重新優(yōu)化，直至其權(quán)重系數(shù)合理為止。

2.2.2 熵權(quán)法確定權(quán)重

在對(duì)城市配電網(wǎng)供電能力進(jìn)行評(píng)估時(shí)，由于各個(gè)因素的貢獻(xiàn)、作用各不相同，應(yīng)根據(jù)貢獻(xiàn)大小進(jìn)行合理的權(quán)重分配，提升評(píng)估結(jié)果的客觀性。熵權(quán)法根據(jù)指標(biāo)變異值分配權(quán)重，熵值越大，代表其信息量越多、所需的權(quán)重也越高。因其計(jì)算方法簡單、可信性強(qiáng)，所以得到了廣泛的應(yīng)用，其計(jì)算步驟如下：

（1）數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化，將評(píng)價(jià)指標(biāo)個(gè)數(shù)設(shè)為n，評(píng)價(jià)對(duì)象個(gè)數(shù)設(shè)為m，評(píng)估矩陣為 y =（yij）n× m ，（i=1，2，…， n；j=1，2，…，m），按式（10）對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理：

（2）求取信息熵，依據(jù)定義，第i個(gè)指標(biāo)的熵值為：

當(dāng)Eij =0時(shí) ，令EijlnEij =0；

（3）計(jì)算各指標(biāo)熵權(quán)。我們用式（12）表示第i個(gè)指標(biāo)的熵權(quán)：

可以得到指標(biāo)權(quán)重向量（ W′′）：

2.2.3 確定綜合權(quán)重

若想得到科學(xué)的權(quán)重值，應(yīng)將主客觀信息都充分利用起來，將層次分析法和熵權(quán)法相互融合，得到綜合權(quán)重向量：

3 城市配電網(wǎng)供電能力模糊綜合評(píng)估模型

在對(duì)城市配電網(wǎng)進(jìn)行供電能力評(píng)估時(shí)，需要涉及多個(gè)方面，所應(yīng)用的數(shù)據(jù)也存在多層次性、模糊性等特點(diǎn)。本文針對(duì)傳統(tǒng)供電能力評(píng)估所存在的弊端，提出了基于AHP-熵權(quán)法的評(píng)估方法構(gòu)建評(píng)估模型，其具體創(chuàng)建流程為：

（1）確定指標(biāo)集，以配電網(wǎng)運(yùn)行的范圍和層次為依據(jù)建立指標(biāo)體系，用 U =}u1. u2.....unx來表示指標(biāo)集；（2）確定評(píng)價(jià)集，以評(píng)估對(duì)象的真實(shí)情況判定等級(jí)，用 V=}v1.v2.....vmx表示評(píng)價(jià)集，將評(píng)價(jià)對(duì)象細(xì)化為4個(gè)等級(jí)：高、較高、一般、低；（3）構(gòu)建模糊評(píng)估矩陣，選擇適宜的隸屬函數(shù)模型結(jié)合各數(shù)據(jù)之間的隸屬度創(chuàng)建模糊評(píng)估矩陣R。將指標(biāo)集和評(píng)價(jià)集結(jié)合，得出式（15）：

（4）評(píng)估對(duì)象所屬等級(jí)。比較不同城市配電網(wǎng)供電能力評(píng)估結(jié)果，以最大隸屬度判斷配電網(wǎng)供電能力，等級(jí)在一般及以下的配電網(wǎng)供電能力不達(dá)標(biāo)，需要進(jìn)行改造，其他等級(jí)則代表供電能力合格，可以使用，后期定期維護(hù)、完善即可。

4 算例分析

為了證明此種供電能力評(píng)估方法是否可行，我們選擇了1個(gè)覆蓋面積112 km2、13座變電站，變電總?cè)萘?90 MVA的城市配電網(wǎng)為評(píng)估對(duì)象，從此配電網(wǎng)中選取3個(gè)區(qū)域計(jì)算評(píng)估指標(biāo)值。得出一級(jí)指標(biāo)評(píng)估結(jié)果，具體如表2所示。

再利用層次分析法，將一級(jí)指標(biāo)拆分成PA，PB 此2個(gè)判斷矩陣：

將其帶入式（3）至式（9）中進(jìn)行計(jì)算，可以得出區(qū)域1的供電能力權(quán)重值：ZB+=[0.667，0.333]，因評(píng)價(jià)函數(shù)公式為F=ZX，可得供電能力評(píng)估結(jié)果：

依此流程，可以得知另外2區(qū)域的評(píng)估結(jié)果： FA2=[0.064 0.663 0.273 0]，F(xiàn)A3=[0 0.243 0.5190.238]。通過數(shù)值比對(duì)可以得知區(qū)域1、2、3的供電能力分別處于較高、較高和一般水平。由于區(qū)域1、2等級(jí)相同，在利用最大隸屬度原則進(jìn)行進(jìn)一步比較，可以得知在供電能力上：區(qū)域1＞區(qū)域2＞區(qū)域3。通過實(shí)例實(shí)驗(yàn)，證明此種供電能力評(píng)估方式可以很好的應(yīng)用于城市配電網(wǎng)中，在工程實(shí)際中也能起到指導(dǎo)作用。

5 結(jié)語

城市配電網(wǎng)向萬千用戶提供電力服務(wù)，其供電能力的強(qiáng)弱直接影響著用戶的體驗(yàn)感受。以往的評(píng)估過程中受數(shù)據(jù)模糊性、不確定性的影響，評(píng)估結(jié)果與實(shí)際情況偏差較大。針對(duì)這一問題，將層次分析法和熵權(quán)法相結(jié)合，設(shè)計(jì)出了一款新的供電能力評(píng)估方法，既尊重客觀性，又將主觀性融入其中，評(píng)估準(zhǔn)確性大大提升。將此種方法應(yīng)用于實(shí)際當(dāng)中，證明其擁有良好的可操作性，能精準(zhǔn)評(píng)估出配電網(wǎng)的供電能力。工作人員還可根據(jù)評(píng)估結(jié)果，找出配電網(wǎng)中的薄弱環(huán)節(jié)，對(duì)其加以完善，提升配電網(wǎng)供電穩(wěn)定性。

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