利用 AHP-熵权法对负荷体系的测评优化构建与实现

占彤平 刘小龙 潘丹 郑飘飘 谢妙红

摘要：随着我国城市配电网规模越来越大，运行特征也越发复杂，用电负荷也在逐年提升，对其供电能力的评估也更加深入。配电网的供电能力直接代表其供电可靠性和系统结构的优劣。传统的供电能力评估方法抓取风险状态的能力略显不足，计算结果与实际情况偏差较大。基于此种背景，提出了应用AHP-熵权法法对供电能力评估方法进行优化。并通过实例分析，证明此种评估方法具备可行性和有效性。

关键词：城市配电网；权重设置；供电能力评估；实例分析

中图分类号：TM73；TP39           文献标志码：A         文章编号：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.，Fuzhou 350000，China；2. State Grid Fujian Electric Power Co.，LTD.，Changting Electric POWER SUPPLY Branch，Changting 366300，Fujian China；3.State Grid Fujian Information &Telecommunication Company，Fuzhou 350000，China；4. State grid xintongyili technology Co.，LTD.，Fuzhou 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

配電网供电能力既是技术指标，也是评判系统能否稳定运行的判断依据。配电网供电能力是指：在当前运行方式下，确保线路、变压器等设备电量不过载的情况下，配电网所能承受的最大输送电力值。传统的评估方法包括模糊评价、德尔菲法等，因城市配电网系统越发复杂，传统评估方法已经难以很好的完成评估工作。因此提出了利用AHP-熵权法改进评估方法的构想，并通过实例分析证明其具备可应用性。

1 城市配电网供电能力评估方法

1.1 常用评估方法

1.1.1 模糊评估法

模糊评估会先对所评估信息进行量化处理，再对其进行状态判断。应用这种评估方法，可以提升评估标准描述的准确性。运用模糊评估法创建评估模型的具体步骤为：①确定评估对象参数，精准掌握被评估对象的属性、性能，并对其质量进行综合反映；②创建评估集，囊括该评估对象的全部评估结果[1]；③创建评估模糊关系矩阵，精准掌握评估对象的隶属度；④计算指标权重和综合评估值。在配电网供电能力评估体系中，在描述部分评估指标时模糊不清，无法找到与之相对应的定量关系，应用模糊评估法就能很好的应对这一情况。

1.1.2 层次分析法

层析分析法（AHP），通过创建层次结构将复杂的评估指标进行分解，即简化了评估指标，又不破坏其内在联系，更加具有灵活性和整体性。基本步骤为：①以评估目标为依据，创建清晰的评估结构；②采用测度理论，将评估对象两两对比，用相对标度将评估结果表达出来；③逐层创建判断矩阵，并计算出各层的属性权重；④计算出综合权重及排序。在对城市配电网供电能力进行评估时，往往需要面对大量的多属性复杂问题，如网架技术水平、配电网供电质量等，AHP可以将复杂的问题简单化、条理化，能够更好的协调各评估数据之间的关系[2]。

1.1.3 德尔菲法

德尔菲法（Delphi）又称专家打分法，被广泛的应用于决策领域和系统分析中。其以佚名的形式征求专家意见，再利用信息沟通、反馈的方式对专家意见进行整合，使其趋于一致，更接近实际值。

在应用 Delphi时，专家多年来实践得来的经验得到了充分应用，更适合应用于复杂系统模型中，在进行评估时，需要遵循以下判断依据：

我们用E 来表示专家意见集中度，利用式（1）计算加权平均值。

以o 代表专家意见离散度，利用式（2）计算标准差，

式中：E 代表因素认可程度；o 则代表在某一问题上的意见分歧程度。

1.2 构建原则及方法

1.2.1 构建原则

通常情况下，被评估体都拥有着结构复杂、表选形式丰富的特性。虽然这些特性是为了更好的反应被评估体的属性，但若想更深层次的反映客体，应掌握其内在联系，以指标体系对其进行评估。在构建指标体系时，应确保各客体之间具有相对独立性和可测性[3]。

依照上述原则，在构建城市配电网供电能力评估指标体系，在选择指标时，应尽量挑选可以全面、精准反应供电情况的数据指标，避免遗漏；此外要确保信息具有时效性。

1.2.2 构建方法

构建城市配电网供电能力评价指标体系的目的是引导城市配电网朝着更好的方向发展。该评价指标体系可以精准的反应城市配电网的供电能力，因此需要协调好各个指标间的关系。在选择指标时，应严格把控选择标准，避免含义重复、随意选择等情况。其构建步骤如图1所示。

1.3 城市配电网供电能力评估指标体系

1.3.1 负载能力指标

该指标主要对城市配电网的负荷能力，具体结构如图2所示。

（1）容载比。将选择范围设定在35～110 kV，并按照《国家电网公司城市电力网规划设计导则》中提出的方法计算容载比；（2）线路重载比例，在配电线路中，若出现连续1 h负载率大于70%的情况，我们将其定义为线路重载，因运行方式错误产生的短暂大负载情况可以忽略不计；（3）配变重载比例，在配电线路中，若出现连续2 h负载率大于80%的情况，我们将其定义为配变重载，同样忽略短时大负载情况。该数据一般来源于采集终端，因为当前信息采集率较低，在选择配变重載比例时，可将单日最大负载率当做年最大负载率使用[4]。

1.3.2 转供能力指标

该指标考核的是在非正常运转情况下，配电网自身的负荷转移和保障供电的能力，具体说明如图3所示。

（1）线路满足N-1比例。评估配电网在出现单一故障时，其供电安全性的强弱，评估侧重点在转供能力上。在《国家电网公司城市电力网规划设计导则》中对其做出了明确规定，在评估时应按照到则严格执行；（2）组网方式匹配性。评估实际线路组网情况与预期组网情况是否相匹配；（3）线路联络率。评估城市配电网网架结构是否正常；（4）不同变粘联络线路比例。评估下级电网是否具备足够的能力支撑上级电网。

但是，在实际操作过程中，传统的供电能力评估方法和指标体系难以适应结构越发复杂的城市配电网，亟需一种新的评估方法对供电能力进行评估。

2  AHP-熵权法

2.1 模糊综合评估流程

将德尔菲法和客观数据信息与模糊评估法相结合，旨在提升评估的准确性，使其结果更具可信度。评估流程如图4所示。

2.2 基于AHP-熵权法的权重计算

权重值的确定，是评估城市配电网供电能力的前提保障，当前较常应用的确定权重值的方法有2种：主观、客观赋权法。主观赋权法，以专家提出的科学理论为依据，对权重值进行主观性决策。这种方法适用于参考数据不充足、评估指标体系难以确定的配电网，但是也存在着主观性过强的弊端。客观赋权法，以具体数据为参考，借助数学方法计算出权重值，这种以科学理论支撑的赋权法更具严谨性，不过分依赖主观意见[5]。为了改变单一赋权造成的不准确性，运用了组合赋权法，将主观、客观赋权法的优点进行融合，提出了基于AHP-熵权法的计算方法，为了获取更具准确性的权重系数。

2.2.1 层次分析法确定权重

层次分析法在20世纪70年代初首次被提出，此种方法的应用核心是掌握矩阵具体构造，将复杂的问题进行层次化处理，拥有较强的实用性。其核心功能是推断矩阵构造，并对其进行逐层比较，以两两相比的方式评判矩阵元素，得出下层指标对上层的贡献度，最终获取权重排序结果。我们利用“1～9”标度法，以德尔菲法选取数值标度，对模糊化时间采取定量分析，各标度值含义如表1所示。

构建的城市配电网供电能力评估体系指标中，二级指标应以一级指标为划分标准，划分后进行两两比较，构建判断矩阵P，将重要判断结果与专家意见相结合，可以得到：

n 代表评价指标的具体数量，得出判断矩阵P 后，利用方根法完成特征向量的求解工作，得出乘积 Mi，并计算Mi 的n 次方根wi，计算公式为：

将 i 进行归一化处理后可以得出特征向量 W′=（w′1.w′2.w′3 ， … ，w′n），计算公式：

为确保判断矩阵的可信性，需对其进行一致性测试，计算其最大特征值imax和指标 CI 。

鉴于矩阵一致性会不受控制的出现偏离，因此CI 数值越大代表其一致性越差。当imax=n、CI =0时，则代表其一致性相同。当判断矩阵阶数变多时，保持一致性的难度也越来越大，为了更好的掌握一致性差异，我们引入了RI（平均随机一致性指标），将二者进行比较可以得到一致性比率CR：

当 CR ＜0.1时，则代表权重系数合理；若 CR ＞0.1时，则代表权重系数不合理，判断矩阵也需要重新优化，直至其权重系数合理为止。

2.2.2 熵权法确定权重

在对城市配电网供电能力进行评估时，由于各个因素的贡献、作用各不相同，应根据贡献大小进行合理的权重分配，提升评估结果的客观性。熵权法根据指标变异值分配权重，熵值越大，代表其信息量越多、所需的权重也越高。因其计算方法简单、可信性强，所以得到了广泛的应用，其计算步骤如下：

（1）数据标准化，将评价指标个数设为n，评价对象个数设为m，评估矩阵为 y =（yij）n× m ，（i=1，2，…， n；j=1，2，…，m），按式（10）对数据进行标准化处理：

（2）求取信息熵，依据定义，第i个指标的熵值为：

当Eij =0时 ，令EijlnEij =0；

（3）计算各指标熵权。我们用式（12）表示第i个指标的熵权：

可以得到指标权重向量（ W′′）：

2.2.3 确定综合权重

若想得到科学的权重值，应将主客观信息都充分利用起来，将层次分析法和熵权法相互融合，得到综合权重向量：

3 城市配电网供电能力模糊综合评估模型

在对城市配电网进行供电能力评估时，需要涉及多个方面，所应用的数据也存在多层次性、模糊性等特点。本文针对传统供电能力评估所存在的弊端，提出了基于AHP-熵权法的评估方法构建评估模型，其具体创建流程为：

（1）确定指标集，以配电网运行的范围和层次为依据建立指标体系，用 U =}u1. u2.....unx来表示指标集；（2）确定评价集，以评估对象的真实情况判定等级，用 V=}v1.v2.....vmx表示评价集，将评价对象细化为4个等级：高、较高、一般、低；（3）构建模糊评估矩阵，选择适宜的隶属函数模型结合各数据之间的隶属度创建模糊评估矩阵R。将指标集和评价集结合，得出式（15）：

（4）评估对象所属等级。比较不同城市配电网供电能力评估结果，以最大隶属度判断配电网供电能力，等级在一般及以下的配电网供电能力不达标，需要进行改造，其他等级则代表供电能力合格，可以使用，后期定期维护、完善即可。

4 算例分析

为了证明此种供电能力评估方法是否可行，我们选择了1个覆盖面积112 km2、13座变电站，变电总容量590 MVA的城市配电网为评估对象，从此配电网中选取3个区域计算评估指标值。得出一级指标评估结果，具体如表2所示。

再利用层次分析法，将一级指标拆分成PA，PB 此2个判断矩阵：

将其带入式（3）至式（9）中进行计算，可以得出区域1的供电能力权重值：ZB+=[0.667，0.333]，因评价函数公式为F=ZX，可得供电能力评估结果：

依此流程，可以得知另外2区域的评估结果： FA2=[0.064 0.663 0.273 0]，FA3=[0 0.243 0.5190.238]。通过数值比对可以得知区域1、2、3的供电能力分别处于较高、较高和一般水平。由于区域1、2等级相同，在利用最大隶属度原则进行进一步比较，可以得知在供电能力上：区域1＞区域2＞区域3。通过实例实验，证明此种供电能力评估方式可以很好的应用于城市配电网中，在工程实际中也能起到指导作用。

5 结语

城市配电网向万千用户提供电力服务，其供电能力的强弱直接影响着用户的体验感受。以往的评估过程中受数据模糊性、不确定性的影响，评估结果与实际情况偏差较大。针对这一问题，将层次分析法和熵权法相结合，设计出了一款新的供电能力评估方法，既尊重客观性，又将主观性融入其中，评估准确性大大提升。将此种方法应用于实际当中，证明其拥有良好的可操作性，能精准评估出配电网的供电能力。工作人员还可根据评估结果，找出配电网中的薄弱环节，对其加以完善，提升配电网供电稳定性。

【参考文献】

[1] 陈宵雪，黄海.考虑分布式电源随机性的电网供电能力评估[J].河南科技，2019（31）：151-153.

[2] 魏鹏飞，郭力萍.基于需求侧响应的配电网供电能力模糊综合评估[J].水电能源科学.，2019（10）：181-185.

[3] 吴万禄，吴爱军，潘伟，等.含光储充电站的配电网供电能力评估[J].电力与能源，2019（2）：232-237.

[4] 黄兵，赵晋泉.基于连续潮流的配电网供电能力评估[J].电力工程技术，2019（1）：14-18.

[5] 任佳峰，穆启天，杨用春，等.基于贡献度分层的主动配电网供电能力评估[J].电力建设，2018（8）：77-84.

[6] 林巧红.基于模糊推理的配电网供电能力评估系统设计[J].电子设计工程，2022（9）：149-152.

[7] 贾嘉瑞.基于联合法的配电网供电能力可靠性评估研究[J].信息技术，2022（2）：121-126.

[8] 马丽.配电网自动化建设的探索与实践[J].农村电工，2022（2）：38-39.

[9] 朱军飞，徐民，李京.配电网信息智能分析与自适应控制策略研究[J].电子设计工程，2022（2）：73-77.

[10] 王官涛，刘海泳，吴晓東.配电网中台区负荷过载能力分析方法[J].信息技术，2021（12）：37-42.

[11] 陈晓.10kV配电网线路常见的施工故障及运维技术难点分析[J].粘接，2020，44（11）：150-154.

[12] 朱晓岭，梁东，宗瑾，等.配电网运行状态健康评估体系研究[J].广东电力，2018（4）：119-124.

[13] 吴万禄，吴爱军，潘伟，等.含光储充电站的配电网供电能力评估[J].电力与能源，2019（2）：232-237.

[14] 谢伟，王少荣，张勇，等.优化智能配电网动态特性的技术方法[J].电网技术，2019（3）：863-871.

[15] 潘欢，徐陈，杨丽.含多种分布式电源的配电网多目标优化[J].系统仿真学报，2018（10）：3826-3834.

[16] 顾伟国.电力系统配电网自动化技术的应用分析[J].冶金管理，2021（23）：35-36.

[17] 唐雪峰.电力系统配电网自动化应用原则及可靠性[J].黑龙江科学，2020（20）：138-139.

[18] 王合勇.浅谈电力系统配电网自动化技术的应用[J].科技风，2019（18）：101-104.

[19] 蒋莹.配网自动化技术的应用对配电网供电可靠性的影响探讨[J].通信电源技术，2018（7）：259-260.

[20] 李大文.基于荷-源协调控制的电力系统运行可靠性分析[J].信息技术，2020（12）：152-157.