多目标决策法在电网调度关系转移中的应用

夏榆杭，滕欢，姚崇固

（四川大学电气信息学院，成都 610065）

多目标决策法在电网调度关系转移中的应用

夏榆杭，滕欢，姚崇固

（四川大学电气信息学院，成都 610065）

为了对电网进行调度关系的转移，给出了一种将其划分为不同区域进行调度关系转移的方法，并建立了合理的区域电网调度关系转移的评价指标体系，分别运用层次分析法和熵权法计算出主观和客观权重，得到其综合权重集，再利用接近理想点法计算出各个分区电网适合进行调度关系转移的顺序。以某省电网为算例，首先对其分区，得到了9个区域电网，再进行相应的综合评价，所得的结果与实际操作中进行调度模式优化相一致，验证了该方法的正确性。

调度关系；转移；分区电网；层次分析法；熵权法

随着我国电力工业的不断发展，电网规模急剧扩大，大量电源投产，各级电力调度机构需要进行调度的对象（发电机组、变电站）越来越多，电网稳定问题越来越突出，而且由于大区电网的互联只是在区域电网的基础上就近联接，多属于弱联网，可能带来一系列新的稳定问题[1，2]。在确保电网安全、经济运行的统一目标[3]下，适时地进行电网调度关系的转移[4]，合理调整各级调度的管辖范围，优化电力资源的合理配置，已经成为各级调度机构适应电网快速发展的内在要求，这适应了我国建设智能电网的要求，确保了电网安全、优质、经济运行，发挥了调度系统的整体优势，优化了电力资源的配置。

1 分区电网的基本思想

在用电需求和电源不断增长的情况下，良好的电网结构能便利地实现电力的供需平衡，较好地解决能源资源和负荷在地理分布上不均衡的矛盾，更合理地利用远离负荷中心的动力资源，有利于实现负荷特性互补，减缓增加装机容量和采用高效率大容量发电机组等。一般来说，合理的电网结构能在满足供电需要的输送容量、电压质量和供电可靠性等基本要求的基础上，把电力系统各部分组合起来使其整体运行安全且效率最高，经济上最合理，并能适应系统不断发展的需要。在《电力系统安全稳定导则》中，对电网结构大体可概括为4点[5]要求。

为了保障电网的安全性、稳定性和可靠性，便于在紧急事故状态下采取措施，化解风险，避免电网过于紧密而导致的一系列技术问题，可以将其划分为不同区域电网。依据地理位置和用电水平，将一个大的系统区划成若干个相对独立的区域，力求各区域内部能实现电力平衡。电网实现分区划分后，当系统发生复杂故障时，可以分区运行，各区内电力大体自行平衡，避免事故扩大。此外，分区域供电还可为未来更高一级电压电网的建设做准备。当更高一级电压的网架建成后，可在其分区的基础上，实施分区供电，以简化网络结构[6]。

电网分区应体现下列特点：分层分区，主次分明；受电中心区应组成坚强的环网；电厂之间没有直接互联；受电中心地区或其附近保持一定的电压支撑能力；能防止发生连锁反应而导致的大面积停电。

因此，在进行电网分区时，要参考该电网的特点，提取出该电网中的典型结构，把联系紧密的线路和变电站设备分在一起，避免电网线路和设备分割的混乱。尽量使电网结构紧密，重要负荷划分在不同的分区，尽量使同一分区里的电网设备与线路连接在一起，而且一般以电网中的备用线路作为划分不同电网结构的分界点。此外，一些分部分运行的变电站也可以作为划分电网结构的依据。

2 分区电网的评价指标体系

2.1 指标体系构成的分析

进行电网调度模式优化的研究，首先要对分区的电网结构进行研究分析，建立相应的分区电网结构评价指标体系，然后对其进行综合评价，得到优先可以进行调度模式优化的分区电网结构，从而对具体操作起指导作用。确定调度模式优化的电网结构评价指标是进行该研究的最重要步骤，并结合其相关的可能情况和影响其调度模式优化的相关因素，从以下5个方面考虑建立分区电网调度模式评价指标体系。

2.1.1 清晰性

电网结构的清晰性是进行调度关系转移时首先要考虑的一个因素。电网结构越清晰，进行转移就越容易。根据复杂网络理论，可以将一个具体的电力网络抽象为一个由点集V和边集E组成的图G=（V，E）。电力网络抽象为一张具有n个节点的稀疏连通图，可以用n×n邻接矩阵{Aij}表示，利用复杂网络节点的度来度量线路和节点之间的联系，得到网络平均度[7]，反映网络中线路和节点之间的关系。网络平均度越小，表明线路和节点之间的联系越不复杂，清晰性越好。其计算公式为

2.1.2 管辖权

在进行分区电网调度关系转移时，需要考虑各个分区电网结构内部不同线路之间联系的复杂性，比如一条线路联系两个属于不同的供电局，不同的变电站，以及其内部联络线的关系等。因此管辖权问题包括电网内部变电站所属局的个数、连接不同局的联络线数量以及电网内部的电厂情况。而对于电网内部变电站所属局的个数，就是对于该电网结构中的所有变电站一共属于几个供电局管辖。如果此指标值为1，则说明该电网结构中的变电站都是属于同一个供电局管辖，就比较容易进行调度关系的转移。反之，如果此值较大，则转移相对困难；内部联络线指标是和指标“供电局个数”紧密联系在一起的。如果指标“供电局个数”为1，即对于某种电网结构中的所有变电站，如果他们都属于同一个供电局，则他们“内部联络线”就为0。

2.1.3 安全性

电网的安全性要求任何设备发生故障时跳闸，系统满足N-1校验，电网中的设备和线路的工作量稳定在一定范围，互联系统中发生故障时，能对负荷持续供电。因此我们用电压偏移大小、负载率和暂态稳定性3个指标[8]来表征安全性。

电压偏移大小可以用电压裕度指标来表示，其反映了节点电压波动的相对大小，其计算公式为

式中，Vo和VN分别为节点当前状态的电压和额定电压。

负载率是指设备（如线路）实际功率和额定功率之比，即

式中：Kp为负载率；P为设备实际功率；PN为设备额定功率。负载率是一个小于1的数，它是衡量电网用电均衡程度的指标。

2.1.4 可靠性

选取线路、变电站母线和变压器3种电网主要设备[9]性能来表征电网的可靠性，依据其跳闸状况用“线路跳闸率”、“母线跳闸率”和“变压器跳闸率”来表示电力设备的可靠性指标。计算公式分别为

2.1.5 经济性

计算线路的损耗方法来表征经济性，即

2.2 分区电网的评价指标体系

综合以上分析，建立如图1所示的综合评价指标体系。

图1 组团式电网评价指标体系Fig.1 Evaluation index ofgrouped power

3 分区电网的综合评价法

3.1 层次分析法

层次分析法[10～13]AHP（analytic hierarchy process）的基本思路是将所要分析的问题层次化，根据问题的性质和所要达成的总目标，将问题分解为不同的组成因素，并按照这些因素间的关联影响及其隶属关系，将因素按不同层次聚集组合，形成一个多层次分析结构模型，最后对问题进行优劣比较并排序。运用层次分析法来确定指标权重，由专家根据经验对评价体系中的指标进行两两比较，判断两个指标之间的重要程度，构造成对比较判断矩阵，并进行一致性校验，最后得到指标权重。在形成判断矩阵时，一般引入9级比率标度法，使人的判断思维数量化，形成判断矩阵。

3.2 熵权法

熵[14]的概念最初产生于热力学，用来描述运动过程的一个不可逆现象。在信息论中用熵来表示系统的紊乱程度，是系统的不确定性或无序状态的量度。在多目标评价决策中，评价指标的熵值和熵权具有反比关系，即如果某个评价指标的熵值越小，其对应的熵权就越大，反之亦然。评价指标的熵越大、熵权越小，该指标对决策而言越不重要。

评价指标的熵：在具有m个评价指标和n个待评价方案的决策问题中，第i个评价指标的熵为

在具有m个评价指标，n个待评价方案的决策问题中，第i个评价指标的熵权ωi定义为

3.3 综合权值的计算

常用的综合权值计算方法是乘数合成归一法，计算公式为

式中：αi为综合权值；λi为层次分析法的权重。

当熵权法和层次分析得出的权数排序完全相同时，用熵权法得出的权系数作为各指标的最终权系数，可有效消除指标权系数的主观性，说明主观决策必须以客观事实为依据；当两类方法得出的权系数按指标重要等级排序不一样时，采用层次分析法得出的权系数为各指标的最终权系数，可消除由熵权法确定的权系数与指标的实际重要程度相悖的错误，说明客观数据中存在与主观认知相悖的情况；处于中间状态时，可以依据决策者的喜好来采用折中的方法。折中分析方法综合了熵权法和层次分析法的优点，使得多指标综合评价中的权数的确定更合理。

3.4 接近理想点的排序法（TOPSIS）

接近理想方案的排序方法TOPSIS[15]（techique for order preference by similarity to ideal solution）是在加权规范化决策矩阵的基础上，拟定理想方案A*和负理想方案A-，并确定每个方案距离A*和A-的距离，最后根据相对距离确定方案的优劣。其排序步骤如下。

步骤1构造规范化决策矩阵R为

式中：xij为未处理过的第j个方案的第i指标的指标值；rij为经过标准化处理的矩阵X=[xij]的值，rij∈[0，1]。

步骤2构造加权规范化矩阵V=[vij]，即

步骤3确定理想方案和负理想方案。当属性值为效益型时，理想方案为每列中的最大值，负理想方案为每列中的最小值；当属性值为成本型时，理想方案为每列中的最小值，负理想方案为每列中最大值。具体方案如下。

式中：i=1，2，…，m；J为效益型；J′为成本型。

步骤4计算与理想方案的距离以及与负理想方案的距离分别为

4 实例分析

以某省电网接线图为例。电网特点有：①单个500 kV变电站主供、220 kV双回路辐射电网；②单个500 kV变电站主供、220 kV双回路环网；③多个500 kV变电站主供、220 kV双回路环网；④不同的分区内有无内部联络线的电厂。根据以上特点，可以将其具体分为以下9个区。

分区1：港城－茂名－蝶岭－江门－西江－砚都－罗洞－贤令山8个500 kV变电站以及8个变电站以下的220 kV网络组成的大环网。

分区2：曲江－花都－北郊－增城－广南5个500 kV变电站以及以下的220 kV网络组成的大环网。

分区3：顺德－香山2个500 kV变电站以及以下的220 kV网络组成的环网。

分区4：横沥500 kV变电站以及以下的220 kV网络组成的辐射状电网。

分区5：莞城500 kV变电站以及以下的220 kV网络组成的辐射状电网。

分区6：东莞500 kV变电站以及以下的220 kV网络组成的辐射状电网。

分区7：宝安－鹏城2个500 kV变电站以及以下的220 kV网络组成的环网。该组团内有3个电厂，1回直流，通过2回500 kV线路和沙A、C电厂相联系。

分区8：鲲鹏－深圳2个500 kV变电站以及以下的220 kV网络组成的环网。

分区9：博罗－惠州－茅湖－榕江－汕头－嘉应6个500 kV变电站以及以下的220 kV网络组成的环网。该组团内有13个电厂，包括1座抽水蓄能电厂，1回直流。

在所得到实际数据的基础上，运用层次分析法和熵权法对该9大分区进行是否适宜进行调度模式优化的评价。先将2级指标进行层次分析法和熵权法进行评价，然后利用TOPSIS计算出网络平均度、变电站所属局个数、内部联络线数量和网损率等量的偏离度。再利用2级指标中的偏离度作为1级指标中清晰性、管辖权、可靠性、安全性和经济性指标数据，分别用层次分析法和熵权法进行评价，评价结果如表1所示。

表1 1级指标数据Tab.1 Data of primary index

（1）应用AHP进行两两比较，判断两个指标之间的重要程度，得到1级指标的判断矩阵，如表2所示。

表2 1级指标判断矩阵Tab.2 Judgmentmatrix of primary index

由特征方程UW=λmaxW，求得判断矩阵的最大特征值λmax和其所对应的特征向量W分别为：λmax=4.651 8，W=[0.736 2，0.581 7，0.260 9，0.128 3，0.102 7]T，进行一致性检验后，满足要求，得到其主观权值A=[0.253 2，0.207 5，0.151 6，0.283 2，0.105 5]T。

（2）求熵与熵权，结果如表3所示。

表3 1级指标的熵和熵权Tab.3 Entropy and entropy weightof primary index

（3）求得其主观权值和熵权值的综合权值B= [0.175 0，0.120 3，0.211 5，0.390 2，0.103 0]T；计算出各个指标的距离和偏离度，如表4所示。

表4 1级指标的距离和偏离度Tab.4 Distanceand Deviation of Primary Index

得到9大组团进行调度模式优化优劣程度依次为：分区4＞分区5＞分区6＞分区8＞分区7＞分区3＞分区2＞分区1＞分区9，可见分区4最适合进行电网调度关系的转移。

5 结语

本文对电网调度关系转移的研究，提出了将其划分为不同区域，进行电网调度关系转移的方案，并建立了较为全面、合理的电网调度关系转移的评判指标体系，引入了运用了相应的评价方法对其评价，提供了一种进行评价电网调度关系转移的新思路，为发挥电网调度系统的整体优势提供了理论依据，最后算例验证了方法的正确性。

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Application ofM ultiple-objective Decision Method in the Transfer of Dispatching Relationship of Power Grid

XIA Yu-hang，TENGHuan，YAOChong-gu
（Schoolof Electrical Engineering and Information，Sichuan University，Chengdu 610065，China）

In order to realize the transfer of scheduling relationship for power grid，this paper put forward a proposal which divided it into different regions to carry the transfer of dispatch relationship，established reasonable evaluation index ofgrid partitioning for scheduling relationship，separately applied analytic hierarchy process and entropyweight method to calculate subjective and objectiveweight，then obtained compositiveweightsetand figured out the order of each suitable partitioning according to TOPSIS（technique fororder preference by similarity to idealsolution）.The article took a provincial power grid as an example，divided it into partitioning and then evaluated them comprehensively. The resultsare consistentwith practicaloperation and the correctnessof themethod is testified.

dispatching relationship；transfer；power grid partitioning；analytic hierarchy process；entropy weight method

TM715

A

1003-8930（2013）05-0156-06

夏榆杭（1986—），男，硕士研究生，从事电力系统调度自动化及计算机信息处理方面的研究。Email：406602096@qq. com

滕欢（1964—），女，副教授，硕士生导师，从事电力系统调

度自动化及计算机信息处理方面的研究。Email：434988455 @qq.com

姚崇固（1987—），男，硕士研究生，从事电力系统调度自动化及计算机信息处理方面的研究。Email：278086129@qq. com

2011-11-04；

2011-12-16