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基于AHM-GRA的配电网综合能效评价及诊断分析研究

更新时间:2009-03-28

目前,在世界各国的经济发展中已将节能减排和提高用能效率作为不懈追求的目标。虽然我国的经济发展总量已位于世界前列,但用能效率仅为33%,其能耗强度约为美国的3倍、日本的7倍。西部地区是我国重要的能源基地,提供了大量的电力能源,而配电网作为电力网重要组成部分,对其进行能效评价和诊断分析研究可以不断提高电力网效率,减少电能损耗,促进智能配电网技术发展。目前关于配电网能效评价算法研究的文献不多。文献[1]建立了一套配电网评估指标体系,但并未给出具体的综合评价方法。文献[2]采用了基于层次分析法的模糊综合评价对电网设备的能效进行了评估,对变压器和输电线路的损耗问题进行了分析。文献[3]仅针对配电网的可靠性进行了评估。文献[4]从电网运行的经济性角度,建立了配电网相关评价指标。文献[5]提出了基于电网设备利用率的能效指标体系,主要考虑变压器以及输电线路的负荷水平。文献[6]主要研究关于输电线路的能效指标,对输电线路节能降损潜力进行分析和建议。文献[7]采用基于层次分析法以及证据理论的组合权重对配电网经济性进行综合评价,能较好反映配电网经济运行状况。文献[8]采用层次分析法确定各单项指标权重,结合单项指标状态值获得被评估配电网综合能效分值。文献[9]所建立的评价指标仅涉及到了配电网设备利用率,但没有涉及适应性等方面的指标。文献[10]在建立评价指标体系时强调需做到各指标间相互独立,由于指标间不可避免地存在相互关联影响,因此该方法应用有局限性。综上分析可知,现阶段针对配电网的能效基本以得到评价结果为主,很少涉及基于配电网能效评价结果的能效诊断分析研究。本文提出了配电网能效综合评价模型(AHM-GRA),即基于属性层次分析法(AHM)的灰色关联度分析算法(GRA)的综合能效评价算法模型,通过实例分析验证了该能效评价模型的有效性、科学性。并根据评价结果,对配电网再进行了能效诊断分析,寻找配电网运行中能效的薄弱环节。

1 基于AHM-GRA的评价模型

1.1 配电网能效指标体系

配电网处于电网的最末端,结构复杂[11]。针对西部地区配电网的特点,在保证指标数据真实、可靠的前提下,兼顾到数据采集的难度、计算量等问题,最终确定了影响配电网能效U的主要因素,建立了包含4个一级评价指标ui和14个二级评价指标uij的综合能效评价指标体系(表1)。

评价指标可分为定性指标和定量指标,对定量指标需要采用极值化无量纲方法进行归一化处理[12],对定性指标采用专家咨询法将其进行评分量化,评分区间为[0,1]。

 

表1 配电网综合能效评价指标体系

  

目标层 一级指标 二级指标经济性U1变压器内部线损率u11输电线路综合线损率u12单位资产年运维费用u13技术性U2 U容载比u21线路平均负载率u22配变平均负载率u23配网自动化覆盖率u24可靠性U3综合电压合格率u31 10 kV公用配电线路N-1通过率u32系统平均停电频率u33停电平均持续时间u34适应性U4变电站扩容裕度u41环境达标情况u42导线截面合格率u43

1.2 运用AHM算法确定指标权重值

相比于传统的层次分析法,属性层次分析法(即AHM算法)省掉了求取判断矩阵的特征向量与特征根,只需要一些加乘运算,而且一致性要求相对宽松。

拟南芥中的BR合成与信号转导相关研究已开展地较为深入,近年来在水稻(Oryza sativa L.)、大豆(Glycine max (L.) Merr.)等重要作物中的研究也取得了一定进展[18-22]。目前针对油菜BR基因也开展了相关研究,有研究表明使用外源BR处理可以增加油菜单株籽粒产量[23];施加外源油菜素内脂(eBL)可以增加油菜幼苗根的细胞呼吸速率,增强抗逆性[24, 25];甘蓝型油菜(Brassica napus L.)过表达拟南芥的AtDWF4基因能够提高油菜种子的产量,并增强油菜的抗逆性[26]。

设某层指标为 F=[f1,f2,…,fn],将 fi与 fj两两比较,采用T.L.SAATY提出的“1—9比例标度法”,构建判断矩阵 C=(cijn×n,标度含义见表 2。

 

表2 层次分析法中标度的含义

  

cij的值 含义1 fi与fj重要度相同3 fi比 fj稍重要5 fi比fj明显重要7 fi比fj强烈重要9 fi比fj极其重要2,4,6,8 表示上述相邻判断的中间值倒数 若fi与fj的重要性之比为cij,则fi与fj的重要性之比为cji=1/cij

通过转化公式将判断矩阵C转化为测度矩阵μ,转换公式如下(式中k为大于1的正整数,取β=2)

 

根据公式(13)评价二级指标,从而得到各决策集Ki

 

1.3 运用GRA算法求取灰色评估权矩阵

根据所建立的综合评价指标体系,可用优、良、中、差四个等级表示二级指标的能效水平,于是建立评价等级集合为

 

假设评估灰类的灰数为 θ={θ1,θ2,θ3,θ4},则可建立对应于不同灰数的白化权函数。四类白化权函数构造如下:

(1)构造第一灰类。 取灰数为 θ1∈[0,0.9,∞)建立白化权函数 f1(x)如下

 

(2)构造第二灰类。 取灰数为 θ2∈[0,0.7,1.4]建立白化权函数 f2(x)如下

3.3 动物行为的生理基础 提问: 哪种动物的学习能力更强?学生易想到人类自己,引发学生思考: 说话是不是人类一生都在学习和使用的技能?让学生感受学习说话是一项复杂的学习行为。同时,以视频“一只说中文的猫”(猫发出类似中文“我要鱼”,“我要牛肉面”的声音)引导学生判断: 动物(非人类)能学会说话吗?请学生以举手的形式初步选择立场。

 

(3)构造第三灰类。 取灰数为 θ3∈[0,0.5,1]建立白化权函数 f3(x)如下

 

故 ΔP=0.788 1-0.787 2=0.000 9,Δuij=0.1, 代入公式(16)求得

 

利用白化权函数 f1(x),f2(x),f3(x),f4(x)可分别求得其对应的灰色评估系数,记为,uij为 ui所对应的二级指标,计算公式为

 

假设xij为二级指标uij的总灰色评估系数,计算公式为

 

由于 R2,R3,R4不变,故根据公式(13)(14)可求得综合评价矩阵K为

 

指标层的灰色评估权矩阵可通过灰色评估权值确定,记为 Ri(i=1,2,3,4),表达式如下

本区位于永平—寻乌NNE向断裂带、鹰潭—安远NNE向大断裂带、沙地—石城东西向大断裂三者的交汇部位,以NNE向、EW向、NE向断裂构造发育为特征,断裂具多期活动特征。

 

1.4 配电网能效综合评价

首先对二级指标初级评价,得到各准则层的决策集Ki,计算公式如下

 

式中:Wi为指标层的权重矩阵;Ri为指标层单因素评估权矩阵。

通过各准则层的决策集Ki,构造综合评价权矩阵R,最后进行能效综合评价,得出能效综合评价矩阵K,计算公式如下

 

依据评价等级集合V,对综合评价矩阵K进行单值化处理,得到综合评价结果为

“我们的海洋,我们的遗产”是今年“我们的海洋”会议的主题,它反映了我们为维持海洋资源的可持续性和维护海洋健康而作出的选择和行动。作为为我们的子孙后代提供的遗产,我们可以选择留下哪种遗产,而这种选择取决于我们今天采取的行动。

 

2 实例分析

西部某地区配电网有110 kV变电站8座,其中主变20台,主变容量819 MVA;有110 kV输电线路20条,总长度138.66 km,供电面积达到83.58 km2。根据该配电网2015年的实际运行数据,并对现场数据进行无量纲处理,表3是对能效综合评价指标体系中二级指标进行极值化无量纲处理的结果。

2.1 计算各层次指标权重

根据AHM计算各层指标相对于上层指标的权重,结果见表4。

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2.2 计算灰色评估权矩阵

对于二级评价指标,利用四类白化权函数,可分别求得其对应的灰色评估系数,记为然后求出总灰色评估系数xij,并由公式(11)计算得到二级指标对应的灰色评估权值进而可得到一级指标灰色评估权矩阵如下

 
 

2.3 配电网能效综合评价结果

则该层指标权重集W为

 

根据公式(14),可得到综合评价矩阵K为

 

式中: X为酶活大小(U/g); A为样品测定的吸光度; K为吸光常数(吸光值为1时酪氨酸的量);6.5为反应的总体积(mL);10为反应时间10 min;a为稀释倍数。

 

根据上述计算结果可知,该地区配电网的能效综合评价结果接近于0.8,能效属于良好水平,符合该配电网的实际运行状态,验证了该数学模型的合理性和有效性。

 

表3 二级指标极值化无量纲处理结果

  

二级指标 u11 u12 u13 u21 u22 u23 u24 u31 u32 u33 u34 u41 u42 u43处理结果 0.8 0.8 0.65 0.74 0.8 0.76 1 0.99 1 0.8 0.75 0.65 0.4 0.73

 

表4 各层指标相对于上层指标的权重值

  

目标层 一级指标 权重 二级指标 权重U1 0.125 7 u11 0.133 3 u12 0.533 3 u13 0.333 3 U2 0.319 0 U u21 0.437 2 u22 0.200 0 u23 0.300 0 u24 0.062 8 U3 0.429 6 u31 0.200 0 u32 0.100 0 u33 0.300 0 u34 0.300 0 U4 0.125 7 u41 0.552 4 u42 0.114 3 u43 0.333 3

2.4 能效诊断分析

进行配电网能效评估的最终目的是要根据评价结果和数学模型找到优化电网能效水平的途径,即进行二级指标能效诊断。本文采用单指标敏度系数M(%)和单指标偏差率P相结合的方式对配电网的各项定量指标进行诊断。

根据二级指标无量纲化的处理结果,定义指标偏差值S来表示指标评价最优值(最优值=1)与指标无量纲化处理后的数据的差值。

 

式中:ΔP为单项指标无量纲化结果的增量对配电网能效造成的增长值,P为能效原始值,Δuij为单项指标无量纲化结果的增量。以变压器内部线损率为例,将其无量纲化结果由0.8提升至0.9,将0.9代入四类白化权函数,根据公式(9)求出灰色评估系数,再根据公式(10)(11)(12)可求得灰色评估权矩阵为

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二级指标uij的灰色评估权值记为计算公式为

K=[0.359 0,0.346 2,0.171 1,0.123 7]。

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单值化处理后,得到综合评价结果为

 

(4)构造第四灰类。 取灰数为 θ4∈[0,0.3,1]建立白化权函数 f4(x)如下

 

该值表示在配电网当前的运行状态下,当变压器内部线损率的无量纲评分每增加0.01,配电网的能效增加0.011 43%。

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单指标敏度系数能够较好地表示单项指标能效水平的变动对总能效的影响程度,但权重对单指标敏度系数有较大影响。而本文在确定单指标敏度系数时,兼顾考虑指标间的关联性(例如容载比和配变平均负载率的倒数关系),即一个指标的变动对另一个指标的影响,从而弱化了单指标敏度系数对权重的依赖,提高了分析结果的准确性。

从数学角度上讲,敏度分析[13—14]是指分析研究一个系统的状态或输出变化对系统特性或参数变化的敏感程度的方法。针对于本例在此定义单指标敏度系数M(%),计算公式如下

将单指标敏度系数M与指标偏差值S相乘则为该指标的能效诊断结果Q,计算公式为

 

表5为对西部某配电网定量指标进行诊断的结果。图1直观地展示了配电网能效诊断结果。

(1) 通过对水化学数据分析发现,中谷水热活动区热水以HCO3-Na型水为主,浅部地热井水与自然出露的温泉具有相似的水化学特征,深部地热井水ZGJ04与其余点存在明显差别;由Na-K-Mg三角图发现,研究区水样均处于未成熟水区域,并显现出冷水混合的特征。

  

图1 配电网能效诊断结果

根据诊断结果可以看到,配变平均负载率、容载比、停电平均持续时间等指标的诊断值比较大,其中配变平均负载率的诊断值最大。这是因为近几年西部地区经济发展速度较快,在配电网建设时需要预留出未来5~10 a负荷增长的容量,因此容载比的值偏大使得配变平均负载率偏低。当配变平均负载率增大时,伴随着设备利用率的增大及容载比的减小,使得配电网能效有显著的提升,故在后期该地区配电网的运维及规划中,应重点关注和优化配变平均负载率、容载比、停电平均持续时间等能效薄弱的环节。

在Dijkcstra算法[3-5]中,初设每个点都有2个标号:标号以及标号,其中标号是永久标号,表示从始点到该点的最短距离,标号是临时标号,表示始点在目前路径中到该点的距离,通过不断地改进标号,当达到最小值时,改为标号,从而求得始点到各顶点的最短距离[6].

 

表5 配电网能效诊断结果

  

二级指标 单指标敏度系数M/% 单指标偏差值S 能效诊断结果Q变压器内部线损率u11 0.011 43 0.2 0.002 286输电线路综合损耗率u12 0.048 27 0.2 0.009 654容载比u21 0.116 67 0.26 0.030 334线路平均负载率u22 0.044 46 0.2 0.008 892配变平均负载率u23 0.218 75 0.36 0.078 750配网自动化覆盖率u24 0.008 64 0 0综合电压合格率u31 0.058 37 0.003 6 0.000 210 10 kV公用配电线路N-1通过率u32 0.017 86 0 0系统平均停电频率u33 0.100 70 0.2 0.020 140停电平均持续时间u34 0.095 34 0.25 0.023 835环境达标情况u42 0.009 80 0.6 0.005 880导线截面积合格率u43 0.023 71 0.27 0.006 402

3 结论

(1)针对西部某地区配电网2015年的实际运行情况,应用本文提出的基于属性层次分析法(AHM)和灰色关联度分析法(GRA)的配电网能效综合评价模型,经过实例分析验证了该模型的可行性和有效性。

(2)根据能效评价结果,再利用本文提出的能效诊断分析方法,进一步发现配电网运行中能效薄弱环节,如本文实例分析中指出的配变平均负载率、容载比、停电平均持续时间等,为配电网优化运行及智能化提供理论依据。

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单值化处理综合评价矩阵K,得到最终配电网能效综合评价结果为

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阿东想了想,说:“爸爸说的是。我再陪阿里两天,星期一回学校。屋里要有事爸爸一定给我打电话。爸爸和阿里过得好,姆妈才会安心。”

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(3)选定工艺参数 所使用激光加工系统为半导体激光器。工艺参数选择为:最大输出功率P=4kW,扫描速度v=25mm/s,光斑宽度B=10mm。

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姬智,李世芳
《宁夏工程技术》 2018年第01期
《宁夏工程技术》2018年第01期文献

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