基于层次分析法的电网能效影响因子分析研究

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(南瑞(武汉)电气设备与工程能效测评中心，湖北 武汉 430074)

基于层次分析法的电网能效影响因子分析研究

饶尧，邱泽晶，彭旭东

(南瑞(武汉)电气设备与工程能效测评中心，湖北 武汉 430074)

本文提出了基于层次分析法的电网能效影响因子分析方法，建立了整套分析流程，并结合典型配电网能效模型对各影响因子的影响权重进行了实例定量运算。案例计算表明，层次分析法合理简化了电网能效影响因子分析过程，且得出了处于方案层的各影响因子的权重数据：技术改造62.95%，规划设计33.22%，管理改造3.823%。

电网能效；影响因子；层次分析法

在电力系统中，输电、变电、配电和营销各环节中都会产生电能损耗和损失，如何对线损进行管理，提升电网能效，是电网企业成本管理的一项重要内容。除了运行层面，电网环节在规划、建设阶段的节能潜力也相当显著。在电力紧缺时期，往往只注重研究电力行业投资总量对国民经济的作用，而忽视了投资效果对国民经济的贡献，因而造成电力行业面临着诸多问题，其中比较突出的有电网布局、电压等级、电源结构以及线路设备等问题[1]。因此，在电网规划建设阶段开展对电网能效影响因子的分析工作，将可以获得很大的电网能效提升空间，对于中国电力行业实现全面、有效的节能减排将发挥重要的作用。

本文将电网能效、能效影响因子和电网节能方案通过层次分析法联系起来。根据电网各种影响因子之间的联系与区别，把这些因子分类、分层构成一个包括几个层级的完整体系。先对体系末端的属性进行评价，通过一定的计算方法，层层向上计算，最后获得一个对电网能效的综合的、整体的评价。

1 电网能效影响因子

电网线损受多方面因素影响，按照各因素性质可以分为四大类，分别为电网规划建设因素、运行管理因素、电网技术因素、外在因素。

电网规划建设因素主要包括电网布局、电压等级选择、设备选择、电网设备配置等因素。

运行管理因素指采用的电网运行方式、电网调度方式、三相负荷不平衡、供电设施维护、抄表方式及管理方面的一些因素(如人情电、关系电及窃电、线损统计口径)等。

电网技术因素主要指对线损具有影响的不同装备技术，主要包括：升压改造、线路改造、更换非晶合金变压器、加装无功补偿装置、采用节能金具等。

外在因素指气象条件、电力设备生产材料等不受电网规划建设及运行管理影响的因素[4]。

2 层次分析法决策过程

层次分析法(AHP)是美国运筹学家T.L.Saatv于20世纪70年代中期创立的一种定性与定量分析相结合的多目标决策方法，方法的实质是试图使人的思维条理化、层次化。它充分利用人的经验和判断，并给予量化，进而对决策方案进行分层排序，形成一个有序递阶结构，最后通过分析计算，得到决策方案权重优劣的先后顺序。因此，对那些目标(因素)结构复杂，缺乏必要数据资料的问题，该方法更为合适[5]。

根据层次分析法的特点，可以合理运用于电网能效影响因子的分析研究中，处理过程为：

(1)建立层次结构模型——根据电网能效影响因子的特点对所涉及到的影响因子进行分类，形成分析模型中的准则层；根据提升电网能效的解决方案，形成分析模型中的方案层，并建立电网能效影响因子分析的层次结构模型图[6]，见图1。

图1 层次结构模型图

(2)构造对比矩阵——在递阶层次结构中，设上一层因素C为准则，所支配的下一层因素为u1,u2,…,un。每次选取两个因素ui和uj，用aij表示ui和uj对上一层因素C的影响程度之比，按1～9的比例标度aij来度量(对重要性程度赋值)；n个因素彼此比较，便构成一个两两比较的判断矩阵[7～9]

(1)

其中判断矩阵标度及其含义如表1所示。

表1 标度含义表

(3)计算权向量并作一致性检验——由判断矩阵计算被比较元素相对于该准则的相对权重，利用一致性指标进行一致性检验[10]。

第一步，对矩阵A进行一致性判断：

对于对比矩阵A

(2)

如果满足：aij·ajk=aik(i,j,k=1,2,…,n)，则称A为一致性矩阵。

第二步，因素权重计算：

对矩阵A做如下运算

(3)

第三步，对矩阵A进行一致性检验：

在判断矩阵的构造中，并不要求判断具有传递性和一致性，这是由客观事物的复杂性与人的认识的多样性所决定的。但也不能出现“甲比乙极端重要，乙比丙极端重要，而丙又比甲极端重要”这样违反常识的判断，一个混乱的经不起推敲的判断矩阵有可能导致决策上的失误[9]。

表2 RI取值表

当CR<0.1时，A的不一致程度在容许范围之内,可以用特征向量作为权向量。

当CR≥0.1时，检验不通过，要重新进行成对比较，或对已有的A进行修正。

(4)计算权组合向量并作组合一致性检验——计算各层元素对系统目标的合成权重，利用一致性指标进行组合一致性检验[11-12]。

在计算了各级指标对上一级指标的权重以后，即可从最上一级开始，自上而下的求出各级指标关于评价目标的组合权重，其计算过程如下：

(4)

即某一级指标的组合权重是该指标的权重和上一级指标的组合权重的乘积值。

3 算例介绍

文中以典型配电网能效影响因子分析为例，利用层次分析方法进行权重计算[13-14]。

(1)建立层次结构模型图——以电网能效作为目标层，针对当前典型电力网架，重点考虑当前电网主要能效影响因子，包括谐波率、功率因数、电压等级、变压器型号、导线截面积作为准则层，以技术改造、管理改造和规划设计作为解决方案层。如图2所示。

图2 算例层次结构模型图

(2)构造准则层对目标层及方案层对准则层的判断矩阵，并利用和法求解最大特征值、特征向量，根据引入公式计算一致性指标、随机一致性比率。

表3 判断矩阵Z-C

λmax=5.357 6CI=0.089 4CR=0.079 8满足一致性需求

表4 判断矩阵C-P

五个矩阵均有λmax=2CI=0CR=0

(3)各方案对总目标的层次总排序：

(4)总排序一致性检验：

三种方案的相对优先排序为：P2>P3>P1

影响能效的权重为：技术改造62.95%，规划设计33.22%，管理改造3.823%。

4 结语

本文通过采用基于层次分析法的分析决策方法，科学地分解简化了电网能效影响因子这一复杂元素，较好地结合了专家经验与定量计算，合理地处理了决策因素的不确定性和专家判断的模糊性，从而适应了电网“柔性”建设的需要。

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AnalysisofGridEnergyEfficiencyFactorsBasedonAnalyticHierarchyProcess

RAO Yao，QIU Ze-jing，PENG Xu-dong

(Nari(WuHan)Electrical Equipment & Engineering Efficiency Evaluation Center)

Analytic hierarchy process (AHP) in grid energy efficiency analysis was put forward in this paper. Based on AHP, analysis process of grid energy efficiency was proposed. Besides, practical application of AHP for energy efficiency analysis of typical distribution network was presented. Case study indicated that AHP method effectively simplified grid energy efficiency analysis, and provided impact weight of final impact factors:technical innovation, construction design and management innovation weighted 62.95%,33.22%, and 3.823% respectively.

grid energy efficiency; impact factor;analytic hierarchy process

2013-02-28修订稿日期2013-07-01

饶尧(1988～)，男，学士，助理工程师，从事能效测评、节能检测、电网节能降损等工作。

TM711:TP183

A

1002-6339 (2014) 01-0051-04