基于层次分析法的电磁环网开环方案评价

李洪江

(云南电网有限责任公司电网规划研究中心，昆明 650011)

基于层次分析法的电磁环网开环方案评价

李洪江

(云南电网有限责任公司电网规划研究中心，昆明 650011)

电磁环网作为电网发展形成过程中一种特殊的网架结构，随着电网的发展及运行方式的调整，适时对电磁环网进行解环具有重要意义。对各个解环方案进行定量评价将有助于选取最为合理、可靠的电网开环运行方案。本文用层次分析法建立模糊综合评价模型，确定了各因素对应的权重，综合考虑各相关因素，对开环方案作了出定量、全面的评价，为电磁环网解环方案的评价系统提出了一个实用的指标评价体系。

电磁环网；模糊综合评价；层次分析；解环方案；PSASP

0 前言

高低压电磁环网，是指两组不同电压等级运行的线路，通过两端变压器磁回路的联系而并联运行。对于电磁环网的产生背景、特点及优缺点已有大量书籍文献做了详细阐述。[1-2]。

基于电网电压等级的不断发展，在电网网架的形成过程中，必然会出现高低压电网并联运行的特殊形式，以满足电网在一定期间的安全稳定运行，增强供电能力及可靠性。随着高一级电压电网的发展，过渡阶段的电磁环网已不能满足电网运行的要求，适时解环，使下级电压电网逐步实现分区运行，避免和消除影响电网安全稳定的隐患。

当前，我国最为常见的电磁环网形式是750 kV/330 kV、500 kV/220 kV并联运行的结构，规划中对存在的220 kV/110 kV环网结构已要求考虑系统断环方案。打开电磁环网前，需要对潮流、短路电流、暂态稳定、网损等计算，根据计算结果分析判断，综合考虑电网的安全可靠性、系统稳定性、运行经济性等内容，以确定最优的运行方式。实现各方案的综合评价是一个多目标、非结构性优化问题，难以建立相应的数学模型并求解。本文基于评价电磁环网开环的各因素建立了500 kV/220 kV高低压电磁环网开环方案的模糊综合评价模型[3～5]。并把该评价体系用于解环实例，说明了本文方法的有效性和可行性。

1 模糊综合评价

建立在模糊数学基础上的模糊综合评价，基于模糊线性变换原理，综合考虑与被评价事物相关的各种因素，对被评价事物做出全面综合的评价[6]。通过模糊集对模糊性信息进行描述，以数学模型的形式把不确定信息进行模糊规划计算。基于综合评价的数学模型实现对不确定事物进行分级评判。

1.1 建立评判集

评判集为各评价指标的集合，可表示为如下形式：

式中vk=(k=1，2，...，m)为各级评价指标。如果对评判集中的各指标赋于相应的分数值，就把评判集转化为与之对应的分数集：E=(e1，e2，...，em)。

1.2 确定因素集

因素集U为评价事物的指标体系。可以分为n类，每一类均有一个因素子集，因素集可以看似评判指标。

1.3 构造模糊矩阵

确定模糊矩阵前，需要对被评价事物从每个因素ui(i=1，2，……，p )上逐一进行量化，即确定从单因素来看被评价事物对等级模糊子集的隶属度 (R ｜ui)，最终得到模糊关系矩阵：

矩阵R中第i行第j列元素rij，表示某个被评事物从因素ui来看对vj等级模糊子集的隶属度。一个被评事物在某个因素ui方面的表现，是通过模糊向量来刻画的。

1.4 确定评价因素的权向量

各评价因素对应的权向量可表示为：A= (a1，a2，……，ap)。A中的元素ai表征评价指标因素ui对模糊子集的隶属度。本文利用层次分析法来确定权向量A中各元素的值，并进行归一化处理。即

1.5 模糊综合评价

模糊综合评价的结果向量B是由权向量A与各被评事物的模糊矩阵R合成得到。即：

其中bi是由A与R的第j列运算得到的，它表示被评事物从整体上看对vj等级模糊子集的隶属程度。

式中j=1，2，…，m，bi为隶属度，ai为权重值，rij为第i个评价指标隶属于第j等级的隶属度。

1.6 模糊综合评价的优先度

以模糊综合评价集S的元素Sk为权重，对分数集E中第k个元素进行加权平均，作为模糊综合评价的优先V。

2 层次分析法

电磁环网的开环方案是一个多指标、非结构、多因素决策的过程。层次分析法 (AHP)把较复杂、模糊的问题进行分解，并将分解形成的各因素按支配关系构成递阶层次，通过相互比较确定各因素间的相对较重要的因素，是一种确定权系数行之有效的方法[7]。把原本复杂的各因素转化为条理清晰且互相联系的有序层，根据对客观实际的模糊判断，定量表示出每一层次的相对重要性，再通过数学方法计算出全部元素的相对重要性权系数。

2.1 确定目标和评价因素

若评价指标个数为P，得到指标集：

2.2 构造判断矩阵

判断矩阵中各元素值的大小代表各元素的重要性程度，通常以1～9及其倒数作为标度方法。但当能以实际比值来表示项目中比较因素的重要性时，则判断矩阵各元素值即为实际的比值。从而形成判断矩阵：

2.3 一致性检验

判断矩阵的一致性检验，需计算出一致性指标CI及平均随机一致性指标RI。当随机一致性比率满足下式：

其中

满足式 (9)认为层次分析排序的结果有满意的一致性，即权系数的分配是合理的；否则，要调整判断矩阵元素的取值，以达到满意的一致性。

3 电磁环网开环方案模糊综合评价

3.1 评价指标体系

潮流计算。主要确定线路、变压器负荷值及母线电压值的范围。

暂态稳定性。系统暂态稳定性的变化可以通过功角稳定、频率稳定及电压稳定进行确定。

N-1计算。电网实现负荷转供能力的校验。

短路电流计算。确定各运行方式下母线三相短路电流值，以确定断路器的遮断容量是否满足电网运行要求。

网损。网络实际运行方式下的有功功率损耗值。

3.2 模糊综合评价

设待评价电磁环网有N个开环方案，对各方案评价步骤如下：

a.确定因评价对象集

P=开环方案的优先度。

b.构造评价因子集

u= {u1，u2，u3，u4，u5} = {潮流、网损、短路电流、N-1计算、暂态稳定}。

c.采用层次分析法计算评价因子集中各因素对应的权重W=(w1，w2，w3，w4，w5)。

d.确定评语集为V= (v1，v2，v3，v4，v5) = (可行性很好，可行性好，可行性一般，可行性差，可行性很差)，相应的分数集为E=(e1， e2，e3，e4，e5)= (5，4，3，2，1)。

e.利用PSASP计算各方案的模糊行为指标，并根据专家经验法得到各因素子集的模糊综合评价的隶属度矩阵R。

f.模糊综合评价。计算得到各因素子集的模糊综合评价集S。

g.计算方案模糊综合评价的优先度V。

根据各电磁环网开环方案V的大小，即可对各被评价的电磁环网开环方案进行排序。

4 应用实例

以某区域电网结构为参考模型进行算例分析，电网结构如图1所示。

图1 电网地理接线图

按照电网分区运行的原则，根据结构提出以下五种开环方案。

方案1：断开C站与b站220 kV线路；

方案2：断开D站与g站220 kV线路；

方案3：断开B站与d站220 kV线路；

方案4：断开D站与d站220 kV线路；

方案5：断开E站与f站220 kV线路。

4.1 方案计算分析

利用PSASP对五个方案行为指标进行计算，对实际计算结果进行简要分析。

潮流计算：各个方案下各段母线电压较为合理，没有超出电压上下限值，各元件功率也较为合理，未出现过载现象。

暂态稳定分析：计算采用的故障类型为输电线路三相接地短路，500 kV故障切除时间为100 ms，220 kV故障切除时间为120 ms。经计算，各个开环方案下电网运行均能保持稳定。

短路电流计算：取500 kV及220 kV断路器开断电流上限值均为50 kA，各方案短路电流计算值都在断路器上限值之内。

N-1计算：在各开环方案下，电网N-1过负荷情况如表1所示：

表1 N-1计算线路过负荷结果

系统网损：在确定的五个开环方案下，有功网损计算结果分别为：131.38、153.57、174.62、172.27、169.41 MW。

4.2 模糊综合评价

指标权重的计算，采用层次分析法求出指标权重，构造判断矩阵S，并根据式 (9)判断矩阵S的一致性要求。得到潮流、网损、短路电流、N -1计算、暂态稳定五个评价因子的最终权重向量为：

w= [0.343 5，0.055 1，0.129，0.343 5，0.129]

通过专家经验法对PSASP计算五个方案结果评价得到的隶属度矩阵R，并按公式 (4)计算得到模糊综合评价结果向量如表2所示。

表2 模糊综合评价计算结果

最后，通过式 (6)计算得到五个开环方案的优先度值分别为：3.546 4、4.370 1、3.812 3、2.997 7、3.913 3。由结果可知，开环方案2的可行性最好，其次为方案5、方案3、方案1，方案4的可行性最差。把以上各方案的模糊综合评价结果同技术专家的实际分析判断结果相一致。

5 结束语

本文以层次分析法及模糊综合评价确定开环方案的优先度。层次分析法的判断矩阵得到了各因素的权重值，模糊综合评价则对方案的各项指标定量且全面的综合评价。把模糊性标准转换成定量指标，为评价开环方案提供了合理的依据。

[1] 王梅义，吴竞昌，蒙定中.大电网系统技术 [M].北京：水利电力出版社，1991.

[2] 南哲，侯玉璔，宁辽逸.500 kV/220 kV电磁环网解环与分区运行研究 [J].东北电力技术，2014，35(3)：4-8.

[3] 孔涛，王洪涛，刘玉田，等.500 kV-220 kV电磁环网开环研究 [J].电力自动化设备，2003，23(12)：13-16.

[4] 司大军，徐东文.2015年昆明电磁环网分析研究 [J].云南电力技术，2014，42(2)：1-3.

[5] 颜俊，程改红，张中庆，等.南方电网500 kV/220 kV电磁环网运行方式研究 [J].南方电网技术，2013，7(6)：76-80.

[6] 陈水利，李敬功，王向公.模糊集理论及其应用 [M].北京：科学出版社，2005.

[7] 赵焕臣，许树柏，和金生.层次分析法 [J].北京：科学出版社，1986.

Research on Fuzzy Comprehensive Evaluation of Open Scheme of Electromagnetic Loop Based on Analytic Hierarchy Process

LI Hongjiang
(Yunnan Power Grid Planning＆Research Center，Yunnan Power Grid Co.，Ltd.，Kunming，650011，China)

Electromagnetic loop network is a special kind of space truss structure in the development of power system，with the development of power network and the adjustment of operation mode，it is very important to solve the electromagnetic loop network in time.The quantitative evaluation of the various solutions will be helpful for the selection of the most reasonable and reliable operation scheme of the power network.In this paper，a fuzzy comprehensive evaluation model is established by using analytic hierarchy process，which determine the weight of each factor and consider all the relevant elements，it can evaluate the scheme of the open electromagnetic loop quantificationally and roundly，and present a practical evaluation indicator for the evaluation system of the solution of the electromagnetic loop network.

electromagnetic loop；fuzzy comprehensive evaluation；analytic hierarchy process；scheme of open electromagnetic loop；PSASP

TM74

B

1006-7345(2015)06-0013-04

2015-08-28

李洪江 (1986)，男，硕士，工程师，云南电网有限责任公司电网规划研究中心，从事电网项目评审、规划研究方面工作(e-mail)shoupi56＠163.com。