基于层次分析法和模糊理论的子网并列方案综合评估袁在吉

基于层次分析法和模糊理论的子网并列方案综合评估袁在吉

袁在吉

（国网通辽供电公司028000）

摘要：本文将层次分析法（AHP）与模糊理论运用于电力系统恢复过程中的子网并列问题中，提出了一种评估子网并列方案的方法。首先根据子网并列问题建立评估指标体系，然后利用层次分析法确定各指标的权重，最后利用模糊综合评估方法对子网并列的可行方案进行综合评估，从而得到子网并列方案的可行度并进行优化选择。评价体系综合考虑了并列条件的调整、并列暂态过程的安全性以及并列后的电网性能提高等因素，从并列的成本、风险和收益三个方面给出了比较客观的评价。山东电网的仿真结果表明了该方法的可行性和实用性。

关键词：电力系统恢复；子网并列；层次分析法；模糊评价

0引言

根据分层分区的输电网络恢复策略，电力系统大停电后的网架恢复，一般会根据有黑启动能力机组、外来功率支援或者运行的孤网划分为多个子系统，采用分区并行恢复策略同步恢复。当系统恢复到一定程度后，迅速有效的实现子网之间的互联，是强化已恢复系统，加快恢复进程的有效措施。根据各分区的恢复进程，判断并列条件，选择并优化并列通道，对于规避并列风险、提高并列的有效性至关重要。文献[1]提到了电力系统恢复中区域间的并列问题主要考虑的因素为并列点两侧电压差、相角差和频率差以及功率交换能力。文献[2]提出了分区间协调优化的总体要求，即能够判断并列条件，选择风险最小的并列通道，同时能够判断并列收益，做出是否并列的决策。这些文献在子网并列问题上有很强的指导性，但是对具体的解决方法研究相对较少。

并列方案的评估涉及到并列的安全性、稳定性、快速性以及并列收益等客观约束，同时也涉及到决策者的主观意志，是一个多目标多约束的非线性化问题，需要用不同的评价指标进行判断。本文综合考虑了并列的成本、风险和收益，从并列前并列条件的调整需要付出的代价、并列过程中暂态安全性分析和并列后电网的性能提高三个方面建立了比较全面的评价体系，能够对并列问题做出比较客观的评价。由于各指标的权重对于最终的评价结果至关重要，本文采用了层次分析法进行求解，在求解过程中可以参考多位专家的意见，尽量减少主观权重偏差。由于各指标间没有统一的衡量标准，很难对指标间做出比较判断，本文采用模糊理论，将各指标值转化为隶属度函数值，从而可以进行指标值之间的综合评价。

利用本方法进行并列方案评估的流程如图1所示。

图1并列方案评估流程

1评估指标体系的确定

评估指标就是评估对象的各种属性或性能，它们是对评估对象进行评估的依据。本文根据子网并列的特点，通过广泛征求专家意见以及现场操作人员的经验，认为并列方案可以从三个方面进行评估：（1）并列前并列条件的调整付出的代价；（2）并列的暂态安全性；（3）并列后电网性能提升。

1.1并列条件调整付出的代价

并列前需要检测同期点两侧电压是否满足并列条件，如不满足，则需要对电网进行调整，以达到合理的并列条件。并列条件的调整是指通过可行的调整手段（比如调整机组、变压器或者投切电抗或负荷等）使并列点两侧电压和频率达到比较理想的并列条件。因为系统间的并列操作为线路同期，同期装置不能对同期点两侧的频率和电压进行自动调整，可能需要进行人工估计、计算、控制或操作，而且此时的调整为系统调整，可能会涉及到不同的部门和不同的设备，调整要远比机组并网复杂得多。用调整力度和调整时间来估计调整并列条件所付出的代价。调整力度可以由专家根据调整需要涉及到的部门多少、可能调整的次数等定性地给出难度。调整时间包括各部门间通信时间、需要进行估计、计算的时间、设备的投入时间、系统的过渡时间等的估计值。

1.2并列的暂态安全性指标

并列操作必然存在安全问题，选择不同的同期点所承受的并列风险也是不一样的。并列过程中电网所承受的冲击在安全范围以内，是保证并列方案可行的重要指标，同时也是评估并列方案风险的重要指标。此外，还需要考虑一些客观数据很难体现的主观因素，作为评价并列安全性的其中一项指标。包括以下几个方面：

主观因素：考虑地理位置、人员、设备配置等因素的影响。

最大暂态功角差：暂态过程中发电机间最大功角差，以评价暂态稳定裕度。

暂态冲击电流：暂态过程中的最大冲击电流。

暂态冲击功率：暂态过程中联络线中最大冲击有功功率。

最大频率波动：暂态过程中系统最大暂态频率偏移量。

1.3并列后系统性能提高指标

该项指标表示与并列前相比电网性能的提高程度，即并列带来的优势。为体现并列前后的差距，以下指标在计算时均取并列前后的差值。

母线电压越限指标：母线电压偏离基准值的最大百分比。

功率支援能力：系统最小旋转备用容量。

启动发电厂辅机能力：在相同的发电厂辅机启动时，最大暂态电压跌落比。

负荷恢复能力：系统单次最大负荷恢复量。

2利用AHP法确定各指标的权重值

AHP是由美国运筹学家T.L.Satty于20世纪70年代创立的一种将定性与定量相结合的多目标决策方法。它强调人的思维判断在决策过程中的作用，通过一定的模式使决策过程规范化，它适用于定性与定量相结合的评估问题[3]。利用AHP法确定指标权重的过程可以分为4个步骤：建立系统的递阶层次结构、确定判断矩阵、计算相对权重和计算合成权重。

2.1建立递阶层次结构

在建立评估指标体系过程中，复杂的问题已经被分解为各个详细的指标，这些指标被称为元素。利用AHP确定各指标的权重值时，首先应该在深入了解问题的基础上将问题层次化，建立层次递阶结构。分析各元素之间的关系，按照不同的属性分为若干组，形成不同的层次。同一层次的元素作为准则对下一层的某些元素起支配作用，同时又受上层元素的支配。

递阶层次结构通常可以分为三层：目标层、要素层和指标层。目标层只有一个元素，表示问题的预定目标或理想结果；要素层表示实现目标所涉及到的中间环节或评估内容；指标层表示评估内容的具体指标项目等。综合分析，子网并列问题的递阶层次结构模型如图2所示。

图1中，第一层为目标层，表示并列方案的综合评估值；第二层为要素层，评估的内容一共分为3个一级要素；第三层为指标层，评估指标为11项二级指标。

图2子网并列评估体系递阶层次结构图

2.2判断矩阵的构造

图1所确定的层次递阶结构中，每一个元素与该元素所支配的下一层元素构成一个子区域，对于区域内的各元素采用专家咨询法来构建若干个判断矩阵。判断矩阵表示针对上一层某元素，本层次有关元素的重要性。通常用标度1、2、…、9及它们的倒数来表示相对重要性，具体的含义如表1所示。

图4临沂日照子系统并列示意图

临沂与日照子系统存在两条并列通道，分别为沂水—莒州、九莲—后村，在通道的两侧母线均可实现并列，因此存在4种并列方案。

根据隶属度函数计算隶属函数值，构造每个方案下评价指标的模糊评价矩阵，并计算模糊评价向量。以方案1为例说明计算过程。

各指标的模糊评估矩阵如下

采用加权平均法对模糊评价向量进行清晰化计算，可得到方案1综合评价值为：0.6531

同理可得到其他方案的综合评价值分别为：0.6276，0.4104，0.4043

由此可见方案1最优，且综合评估为良，因此做出并列决策，并选择方案1进行并列。

7结论

本文综合考虑子网并列所涉及的各个因素，包括并列条件调整的成本、并列的安全性和并列后的收益，建立了比较全面客观的子网并列评价体系。采用AHP计算各指标的权重，加强了权重的客观性，采用模糊综合评估理论，实现了不同指标之间的综合评估。决策者可以利用综合评估的结果判断并列的有效性，同时进行方案的优选。山东电网的仿真计算结果表明了本方法的可行性和实用性。

参考文献

[1]刘玉田,王春义.基于数据仓库的网架恢复群体智能决策支持系统[J].电力系统自动化,2009,33(1):45-50.

[2]王昊昊,薛禹胜,DONGZhaoyang,等.互联电网恢复控制的自适应优化[J].电力系统自动化,2007,31(25):1-5

[3]肖峻,王成山,周敏.基于区间层次分析法的城市电网规划综合评判决策[J].中国电机工程学报,2004,24(4):50-57.