电厂继电保护层次分析法系统评价

李明霞，周 勇，南东亮，王晓飞，李冰洋

1.国网新疆电力有限公司电力科学研究院，新疆 乌鲁木齐 830000

2.国网新疆电力有限公司电力调度控制中心，新疆 乌鲁木齐 830000

3.北京中恒博瑞数字电力科技有限公司，北京 100085

0 引言

电厂继电保护系统的影响因素主要包括一次设备、二次设备、过电压等因素。层次分析法是评价电厂继电保护系统可靠性的一类重要研究方法。在层次分析法中，递阶层次结构是最常见的，同时比较符合电厂继电保护系统评价模型的建立。借助递阶层次结构将电厂继电保护系统中复杂的量化评价问题转化为多层次的排序、权重、计算等解决方法[1]。

1 层次分析法概述

1.1 递阶层次结构建立

在层次分析法中最常见的是递阶层次结构，比较符合电厂继电保护系统评价模型的建立。借助递阶层次结构将电厂继电保护系统中复杂的量化评价问题转化为多层次的排序、权重、计算等，从而降低递阶层次结构计算的复杂性。文章结合实际案例，将电厂继电保护系统评价模型分为3个层次，其递阶层次结构如图1所示。

图1 递阶层次结构

用A表示目标层矩阵权重，用B表示准则层对应因素的权重，用C表示指标层权重。电厂继电保护系统影响因素的递阶层次结构如表1所示。

表1 电厂继电保护系统影响因素的递阶层次结构

1.2 层次单排序权重设计

在电厂继电保护系统评价模型中，层次单排序权重的计算过程需要与专家评价值相结合，融入不同准则权重差异化准则因子α。该值与专家的评价值成反比，一般情况下，准则因子α在具体的计算过程中遵从如下规律：

式中：n为准则数量。

由此，在电厂继电保护系统评价模型中指标层层次单排序可表示为

式中：wij为第i个准则第s个指标对应的权重；s为准则Bi中涵盖的指标数量，Bi为第i个准则（见表1）。

不同准则权重差异化指标因子β与专家的评价值成反比，一般情况下，指标因子β在具体的计算过程中遵从如下规律：

综合式（1）～式（4），总排序权重向量一般被表达成一个统一的向量：

在电厂继电保护系统评价模型中，总排序与层次单排序存在内部的必然关联性，因此如果在式（5）中，假设指标数量为m，且假设准则ai单排序权重为wim，那么层次总排序权重[2-3]被表达为

2 电厂继电保护系统评价方法研究

假设评价指标组成有m个，xij表示样本集数据，且为零或者正数。为了保证建模的通用性，避免评价指标出现量纲效应，以指标满意度为参考，在描述各个指标在方案中的重要性时，采取满意度标准。即对某个指标进行定义，用1和0分别代表满意度的最优值和最劣值，并采用插值法获取其中间值。

式中：i=1,2,…,n；j=1,2,…,l。

式（7）中，对数值越大越优的情形进行量化分析，借助计算公式将指标归一化处理，具有如下计算关系：max xj=max{xij}，min xj=min{xij}。

式（8）中，对指标越小越优的情形进行量化分析，借助计算公式将指标的具体数据进行归一化处理，具有如下计算关系：max xj=max{xij}，min xj=min{xij}。

3 具体案例分析

3.1 层次结构

以某电厂为例，充分尊重专家成员的意见，形成由37名专家共同设计的判断矩阵。在电厂继电保护系统评价模型中，目标层处于最高层，代表电厂继电保护系统的影响因素和控制方法决策；准则层由一次设备、二次设备、过电压影响以及其他4个因素共同组成；第三个层次是指标层。

3.2 数据处理

各个层级之间的关联关系数值设置如下：

（1）层次单排序。结合电厂继电保护系统评价模型以及式（6），计算准则层次单排序权重。

（2）层次总排序。根据式（3）对各指标层进行层次总排序可得总权重向量，各个向量分别表示各指标的层次总排序权重。

电厂继电保护系统评价矩阵如表2所示。

表2 电厂继电保护系统评价矩阵

4 结束语

文章应用层次分析法深入分析了递阶层次结构与电厂继电保护业务的实际衔接，并构建了层次排序权重环节，研究了电厂继电保护系统的评价方法，为电厂继电保护层次分析法系统评价提供了一定的理论支撑。