错峰控制中多地区多目标限电分配的模糊群决策模型研究

1/81错峰控制中多地区多目标限电分配的模糊群决策模型研究错峰控制中多地区多目标限电分配的模糊群决策模型研究1引言2003年以来，随着经济的迅速发展，我国东部和中部的大部分省市地区都出现了用电紧张的情况。为了缓解用电紧张的局面，国家电网公司和各地区电网公司进行了大规模的扩充发电容量的投资建设(包括三峡建设)。但由于我国目前用电量的增长速度远远大于电力基础设施的扩建速度，各地区用电容量缺口较大,虽然采用了一些经济和政策上的手段来进行错峰避峰控制，但出于电网安全的考虑，在用电峰值时段进行部分地区的限电控制是非常必要的。如何根据各地区限电标准与安全要求，通过社会、经济与环境等方面效益综合分析，进行有限限电峰值容量在各地区间的科学合理分配，使各地区的电网安全性最高、限电损失最小,是当前亟待解决并且有着实际意义的重要课题。但是目前国内有关这一课题的研究几乎空白。考虑到错峰控制限电分配中涉及到许多人的知识与经验，并具有一定的模糊性，因此，可从社会、经济、资源、环境等方面的系统分析出发，运用模糊集理论和层次分析相结合的方法，对多个地区之间的错峰控制限电分配的多目标群决策问题进行探讨。因此限电分配属于非线性多目标群决策问题。2数学模型建立与求解2.1建立投资分配指标体系及其递阶结构考虑到错峰控制限电时间在多地区间的合理分配，是为了满足各地区一定的用电容量标准要求并实现在保证电网用电安全性的基础上限电损失最小。而影响限电损失的因素是多方面的，它既与限电的影响范围及限电时间等有关,还与各地区的人口、产业结构、国民经济指标等社会经济状况有关，其中，有些因素可用经济量表示，如限电地区人口、限电地区用电企业数量、限电地区生产总值等。此外，还有一些间接效益，如限电对经济的影响、对经济结构的调整、对生态环境的损害等，则是潜在而难以估算的。那种单纯用经济效益来评价错峰控制限电的必要性，进而影响到各地区限电时间的分配，在一定程度上存在某种不足。因2/82错峰控制中多地区多目标限电分配的模糊群决策模型研究此，为了有利于促进有限限电时间既在各地区之间得到公平合理的分配又可产生最小的限电损失，有必要依据概念清楚、资料易得、计算简便、体现公平与效益的原则，从影响地区限电分配的主要因素即社会、经济因素中选取有关指标，建立图1所示指标体系及其递阶层次结构。2.2构造并确定各指标的相对隶属度函数由于图1中指标类型较多,存在模糊信息,故构造了如下指标相对隶属度函数:图1地区错峰控制限电时间分配的决策指标体系3/83错峰控制中多地区多目标限电分配的模糊群决策模型研究(1)式中:rij为i地区第j指标的相对隶属度;max,min分别为取大、取小符;αij为第i地区第j指标的客观值、受价值、统计误差等因素的影响，它具有模糊性。2.3采用基于层次分析的群决策理论计算各指标的相对权重值层次分析法作为处理定性与定量相结合的一种多目标决策方法，已广为应用[1]，但如何利用层次分析法解决群决策问题尚不多见。本文采用加权几何平均群排序向量法，处理多地区错峰控制限电时间分配中如何由多个决策者的偏好形成群偏好的问题。(1)专家组的选择由于地区错峰控制限电时间分配主要受到图一中多种因素的影响，因此，专家组的选择一般考虑由错峰控制、电力规划等几个领域的专家组成。其中，各个领域的专家包括具有较强业务素质的电业管理专家和具有深厚的理论底蕴及丰富的科研实践能力的电网经济以及电网安全的研究专家组成。(2)计算每个专家判断矩阵的权重向量设选择有s个专家，n个错峰控制合理分配的影响因素或指标，对于每个专家都要针对n个影响因素的重要程度，设第i个专家所建立的n个影响因素的重要程度判断矩阵为Q(i)。Q(i)按AHP法给出，根据判断矩阵可求出第i个专家所判断的n个影响因素对错峰限电控制分配重要程度的权重向量。设归一化后的权重向量为，i=1,2„s将所有s个专家所判断的n个影响因素的重要程度的权重向量组成矩阵(3)各个专家的权重向量合成在群决策中，各决策者权重向量的合成一般有两种方法:一种是在判断矩阵上合成;另一种是4/84错峰控制中多地区多目标限电分配的模糊群决策模型研究在权重向量上合成。权重向量合成主要采用算术加权平均合成，该模型考虑了组成元素之间的相对重要程度，而且以权值的形式融入公式中，使得评价过程具有很强的合理性。由于专家的知识、经验和能力不同，他们在决策中的相对重要性会不同，设s个专家的相对重要性表示为λ=(λ1,λ2,λ3,„,λs)，则算术加权平均合成的方法为:根据s个专家分别得出的n个影响因素的重要程度的权重向量，k=1,2,3,„,s。然后，依下式计算加权几何平均群排序向量的诸指标的相对权向量:，j=1,2,3,„,n(2)(3)(4)λ1,„λs是对应于决策者能力水平的权重系数,特殊地λ1=λ2=„„=λs=1/s5/85错峰控制中多地区多目标限电分配的模糊群决策模型研究最后，计算ωj的标准差(5)当，认为群判断可以接受，并将每个决策者的指标绝对权向量反馈给决策者，供其参考;若多个决策者都接受该权重向量，则计算结束。否则，请决策者提出修改判断意见。如此重复多次，直到诸决策者获得满意权重向量时为止。2.4采用模糊综合决策方法进行多地区多目标限电时间分配的优化分配决策计算针对图1所示递阶层次模型结构，建立下列多地区多目标限电时间分配模糊综合决策模型(6)式中:R为指标的相对隶属度矩阵;rij表示在m个地区中第i个地区第j个指标的相对隶属度;为群决策理论所确定的指标权重向量，ωj表示群决策下n个指标中第j个指标的权重;为地区限电时间分配的比例向量。“。”为模糊算子，考虑到限电时间分配影响因素多,且受整体目标制约，可采用加权平均模型予以计算。根据式(6)计算所得各地区的限电分配比例。3实例研究根据辽宁省主管部门提供的资料,2005年夏辽宁省拟对该省所属6个地区(i=1,2,3,„„,6)进行错峰控制限电分配，这6个地区的社会经济如表1所示，错峰控制限电直接损失见表2。6/86错峰控制中多地区多目标限电分配的模糊群决策模型研究图2各地区社会经济指标值和限电分配比例的对应曲线示意图图3限电直接损失指标值和限电分配比例的对应曲线示意图如果有3个决策者参与错峰控制限电分配决策,采用上述模型方法进行2005年夏季该6个地7/87错峰控制中多地区多目标限电分配的模糊群决策模型研究区的错峰控制限电分配计算，可得如下结果(计算过程略)。3.1决策者1的指标绝对权向量={0.0381,0.0102,0.0845,0.0845,0.0207,0.0342,0.0554,0.0978,0.0026,0.0026,0.0707,0.1242,0.1093,0.0459,0.0459,0.0602,0.0115,0.1017}3.2决策者2的指标绝对权向量={0.0525,0.0098,0.0673,0.0673,0.0178,0.0472,0.0574,0.1324,0.0032,0.0032,0.0542,0.0987,0.0925,0.0372,0.0372,0.0602,0.0487,0.1132}3.3决策者3的指标绝对权向量={0.0737,0.0187,0.1042,0.1042,0.0101,0.0285,0.0621,0.1105,0.0058,0.0058,0.0247,0.0741,0.0863,0.0621,0.0621,0.0428,0.0312,0.0931}3.4群决策者的指标权向量={0.0548,0.0129,0.0852,0.0852,0.0162,0.0366,0.0583,0.1136,0.0038,0.0038,0.0499,0.0990,0.0960,0.0483,0.0483,0.0544,0.0305,0.1027}3.5各地区计算错峰控制限电分配比例Z1=7.54%,Z2=20.93%,Z3=4.48%,Z4=42.79%,Z5=11.81%,Z6=12.45%根据以上地区错峰控制限电时间分配的各种决策指标和限电分配比例的对应曲线示意图(图2，图3)可以看出:随着各地区社会经济指标值和限电直接损失的变化，最终得到的限电分配比例也随之变化:地区人口越多，用电企业越多，生产总值越多，限电损失越大，峰时比例越大，平均气温越高，冰蓄冷空调比例越小，可调峰企业比例越小的限电地区，决策者考虑到经济和社会的影响因素，最终分配的错峰限电时间比例越小。这非常符合人们的正常思维方式，从而,具有可行性，满足了实际的限电分配要求。4结束语8/88错峰控制中多地区多目标限电分配的模糊群决策模型研究限电分配是一项复杂的多目标群决策问题，限电时间的分配决策除与技术、经济和限电标准规划等因素有关以外，还直接关系到电网供电安全和社会的稳定等方面，其限电时间分配决策的研究就更加复杂。本文从分析影响地区限电时间分配主要因素出发，建立了地区限电分配指标体系及其递阶层次结构，提出了基于层次分析与模糊综合评价相结合的大系统多目标群决策模型和方法，并得到较满意的实例研究结果。但今后还应进一步加强错峰控制限电分配的社会评价与国民经济评价、环境影响评价、限电分配不确定性分配决策方法及其可靠性等的研究。目录1引言........................................................................................................................................................................12数学模型建立与求解............................................................................................................................................13实例研究................................................................................................................................................................54结束语....................................................................................................................................................................7