基于层次分析法的舰船电力系统设计方案决策

侯玉 王志刚

（海军驻大连426厂军事代表室， 大连 116001）

舰船电力系统担负着确保全舰所有设备用电连续性和可靠性的重任，是舰船的一级系统。在进行舰船电力系统方案设计过程中，通常会根据电力系统各个设备的组成方式、数量以及功能的不同形成若干设计方案，因此需对各个方案进行决策评估，选取综合性能最优的方案。现阶段对方案的决策一般采取在满足设计要求的前提下定性分析评估的方式，而舰船电力系统的方案评估决策需要综合考虑经济性、可行性、可靠性、安全性、可维修性等多种指标，属于多目标问题决策的问题，在选择最优方案时，不仅需要进行定性分析，还需要进行定量分析，以提高决策水平。

多目标决策问题有很多定量分析方法，其中层次分析法是解决多目标决策问题的一种很好的方法。随着层次分析法在国内的普及，层次分析法在电力系统中的应用越来越广泛。文献[1]综述了层次分析法在电力系统中的应用现状，介绍了层次分析法在电厂选址决策、优化发电技术、电力机组恢复秩序以及电力负荷预测等方面的应用，文献[2]研究了火电厂选址决策的层次分析法，文献[3]研究了发电技术综合评价的层次分析法，但利用层次分析法对舰船电力系统设计方案进行决策的研究在国内外还比较少，很难查到有关文献资料。本文利用层次分析法建立舰船电力系统方案决策模型，利用专家打分定量分析各个方案相对于经济性、可行性、可靠性、安全性、可维修性等五种指标的重要程度，结合五种指标在电力系统综合性能中的排序寻找最优方案，为舰船电力系统设计方案决策提供依据。

1 层次分析法[4,5]

层次分析法原理：

（1） 层次分析法通过分析复杂系统所包含的因素及其相互关系，将系统分解为不同的要素，并将这些要素划归不同层次，从而客观上形成多层次的分析结构模型。

在完成层次结构模型后，将每一层内各因子对上一层中某一因子有关的因素影响大小逐对地进行两两比较判断，并根据一定的比较标度将这种结果定量化，形成判断矩阵。判断矩阵标度和含义如表1所示。

假设某指标受m个因素影响，可构造判断矩阵表，要求专家根据各因素对指标的重要性程度和判断标度，并填写相应数字。表1显示了判断矩阵标度和含义。

表1 判断矩阵标度和含义

得到单位化向量W=[W1,W2,……Wm]T。

设(AW)i（i=1,2,……m)表示上述判断矩阵 A第i行与W的乘积，λmax表示判断矩阵的最大特征向量，则：

（3）进行一致性检验

矩阵随机一致性指标RI值如表2所示。

为评价判断矩阵的一致性如何，需要计算判断矩阵的一致性指标CI和判断矩阵的随机一致性比例CR。

表2 矩阵随机一致性指标RI值

根据CR是否小于临界值 0.1来检验判断矩阵A是否具有满意的一致性。

2 舰船电力系统性能层次模型的建立与求解

2.1 建立层次模型

影响电力系统的性能指标有很多，归纳起来主要包括经济性、可行性、可靠性、安全性和可维修性等五个指标。在对电力系统设计方案进行决策过程中，不同方案会对上述五项指标产生不同的影响，而上述五项指标相对于舰船电力系统综合性能的权重又不一样，因此，假定当前有三套电力系统设计方案，建立舰船电力系统性能层次模型如图1所示。

图1 舰船电力系统性能层次模型

2.2 构建判断矩阵

利用专家打分，构建判断矩阵如下：

各指标B对目标A的判断矩阵：

各方案C对各个指标B的判断矩阵：

2.3 计算判断矩阵

求各方案C对各个指标B的判断矩阵的特征向量并将其正规化得：

求各个指标B对目标A的判断矩阵的特征向量并将其正规化得：

求得方案C对目标A的权重：

2.4 一致性检验

对判断矩阵进行一致性检验，

符合一致性要求。

故电力系统第一种设计方案性能最好。

3 结束语

层次分析法主要是将复杂的问题层次化，是解决多准则、多目标问题的行之有效的方法。引用层次分析法进行舰船电力系统设计决策，量化决策中需要考虑的各种指标，是一种值得研究的途径。

[1] 赵云飞，陈金富. 层次分析法及其在电力系统中的应用[J]. 电力自动化设备，2004, 24（9）：85-87.

[2] 吕蓬，邢棉，康怡. 火电厂选址最优规划中的层次分析法[J]. 华北电力学院学报, 1994, 21（4）：99-105.

[3] 周宏，戴韧，黄婷等. 发电技术综合评价的层次分析法[J]. 电力建设，2001,22（4）：23-25.

[4] 汪应洛. 系统工程导论[M]. 北京：机械工业出版社，1982：128-136.

[5] 许树柏. 层次分析法分析原理[M]. 天津：天津大学出版社, 1988:2-5.