一种变电站选址的新方法
2007年 9月
第33卷第9期
高 电 压 技 术
High Voltage Engineering
Vol. 33No. 9
Sep. 2007
・75・
一种变电站选址的新方法
闫丽梅1,2, 许爱华1, 任 爽1, 陈 娟1
(1. 大庆石油学院电气信息工程学院, 大庆163318; 2. 哈尔滨工业大学电气工程及自动化学院, 哈尔滨150001)
摘 要:针对变电站选址涉及的因素多、决策难的问题, 提出应用模糊层次分析法对变电站科学选址, 该法通过建立递阶层次结构图, 构建模糊一致性矩阵, 对被选的各个方案进行综合考虑后得到最佳的变电站选址, 可避免层次分析法的判断矩阵不一致性的问题。对其220kV 变电站的选址用本法科学评价, 选出了最优的地址, 证明了此方法的有效性和正确性。
关键词:模糊层次分析法; 变电站选址; 递阶层次结构图; 模糊一致性矩阵; 输变电工程; 最优地址中图分类号:TM63文献标志码:A 文章编号:100326520(2007) 0920075205
N e w Method of Selecting Location YAN Li 2mei 1,2, XU Ai 2hua 1, 1, (1. Department of Electrical , Daqing 163318, China ; 2. Depart ment , ute of Technology , Harbin 150001, China )
Abstract :A f uzzy process was applied to select location of transformer substation to avoid the problem of disaccord of judgement matrix in analysis hierarchy process. Fuzzy analysis hierarchy process is as fol 2lows :firstly , to build the f uzzy consistent matrix by building hierarchy structure chart , then to synthesize all schemes to obtain the optimum location of transformer substation. The selection of the location of transformer sub 2station must consider all factors , for example :closing the center of load , making the electric network more reasona 2ble , entering line and eliciting line easily and being more economic , et al. The 220kV transformer substation location was evaluated to obtain the optimum location , where five factors must be considered such as :structure of electric network , outer condition of location , analysis of investment , construction of earth grid and special predominance. K ey w ords :f uzzy analysis hierarchy process ; selection of location of transformer substation ; hierarchy structure chart ; fuzzy consistent matrix ; transmission and change electricity engineering ; optimum location
0 引 言
变电站选址是电力系统规划工作中的重要环节, 变电站的位置直接影响着未来电力系统的网络结构、供电质量和运行经济性[1]。科学合理地选择输变电站站址, 对电网的合理布局、安全经济运行意义重大。
变电站选址时涉及的因素很多, 因此应用不同的方法对变电站选址进行分析。文[1]研究了基于不同原则的多源连续选址计算模型在城网变电站站址优化中的应用, 并提出了新的组合模型, 以求得在一定负荷水平下最佳的站址。文[2]鉴于变电站选址过程中诸多相关因素与地理空间信息有关且不完
基金资助项目:黑龙江省教育厅科学技术研究基金
(10551014) ; 黑龙江省普通高校骨干教师创新能力资助计划(1152G003) 。
Project Supported by Heilongjiang Province Education Hall Technology Research Foundation (10551014) , Heilongjiang Province General
High
School
G ood
Teacher
Innovated Ability
Plan
(1152G003) .
全清楚, 部分决策指标又为不确定的模糊量的特点, 研究了运用电网地理信息系统(GIS ) 的信息管理与空间分析功能, 获取若干可行待选站址的样本集的可行性, 并研究了运用模糊模式识别理论, 从定性到定量排序, 确定各选址决策指标和样本数据的优越度的方法。该方法提高了变电站选址的综合决策量化水平和可视化程度。文[3]提出了将数据融合技术应用于变电站选址, 从像素级数据融合的D -S 证据理论到决策级融合的层次分析综合评判方法, 为解决包含多因素的选址问题提供了新的思路。文[4212]采用其它方法研究了变电站选址, 其中文[426]采用模糊综合评判方法对被选所址进行评判, 确定其优先次序, 在模糊综合评判中, 各因素的权重分配对结果起决定性作用, 用层次分析法确定与所址密切相关的各个因素相对总体目标而言的权重, 使得权重的确定更科学。但层次分析法又有其自身的缺陷, 即它的判断矩阵的一致性指标难于达到以及判断矩阵的一致性与人们决策思维的一致性存在差异。故本文提出应用模糊层次分析法对变电站进行选址, 使得结果更加科学合理。
・76・Sep. 2007High Voltage Engineering Vol. 33No. 9
1 模糊层次分析法
4) 计算各层因素对上层因素的相对重要度。目
的是从模糊一致的判断矩阵去推算本层次各因素对上一层次某个因素的重要性次序[18]。这种次序以相对数值大小来表示, 常用方法为根法, 即将矩阵A
的各个列向量采用几何平均, 然后归一化, 所得列向量就是权重向量, 其计算公式为:
n
层次分析法(A HP ) 是美国著名的运筹学家T. L. Saaty 于1977年提出的一种定性和定量相结合
的决策方法。A HP 把复杂的问题分解为各个组成因素, 将这些因素按支配关系分组形成有序的递阶层次结构, 通过两两比较的方式确定层次中诸因素的相对重要性, 然后综合人的判断, 以决定决策诸因素相对重要性总的顺序。因A HP 的判断矩阵的一致性指标难于达到以及判断矩阵的一致性与人们决策思维的一致性存在差异, 故人们在A HP 中引入模糊一致矩阵, 从而得到一种实用有效的模糊层次分析法(FA HP ) [13]。
FA HP 同普通的A HP 的区别在于判断矩阵的
w s =
j =1
∏
a ij
1/n
n n
/
h =1
∏
j =1
a hj
1/n
, i =1, 2, …, n 。(3)
其计算步骤为:①A 的因素按行相乘得一新向量; ②将新向量的每个分量开n 次方; ③将所得向量归一化即为权重向量。
5) 计算各层因素对总目标的相对重要度。计算, 必须要自上而k -层上n k -1个因素相对:
。(4)
设第k 层上n k 个因素对第k -1层上第j 个因素为
w
=
w 1
, w 2
, …, w n k-1
(k-1)
(k-1)
(k-1)
(k-1)
模糊性。在构成判断矩阵时, 应具有一致性, 而丙又比甲重要”经不起推敲的判断矩阵有可能导致计算的错误。因此还要把此矩阵改成模糊一致矩阵。以重要、同等重要和不重要3个等级来区别每一层次中各因素对上层某因素的相对重要性。然后改造成模糊一致矩阵, 可省去判断矩阵的一致性, 并且保证了一致性。
FA HP 可用于很多的工程实践中, 如基于FA HP , 文[14]综合评判了城市电网规划决策; 文[15]研究了在变压器脆性分析中的应用; 文[16]研
T
准则的排序权重向量为:
p j
(k )
=
p 1j , p 2j , …, p n k
(k ) (k ) (k ) T
, (5) (6)
其中不受j 支配的因素的权重为0。令:
(k ) (k ) (k ) (k ) P =p 1, p 2, …, p n k-,
这是n k ×n k -1的矩阵, 表示k 层上因素对k -1层上
各因素的排序。则第k 层上因素对总目标的合成排序向量w k 为:
w
(k )
()
=
w 1, w 2, …, w n k
n k-1
(k ) (k ) (k ) T
=P
(k )
w
(k-1)
, (7)
究了在方案优选方面的应用; 文[17]研究了在地基处理方案优选中的应用。但FA HP 在变电站选址中的应用还属于首次。FA HP 的步骤如下:
1) 建立递阶层次结构图。根据对各因素的分析, 将因素分层。递阶层次结构一般分为最高层(目标层) 、中间层(准则层) 和最底层(措施层或方案层) 3层。然后标明上层因素与下层因素之间的关系,
或w i (k ) =
()
j =1()
∑p
(k )
ij
w j
(k-1)
, i =1, 2, …, n ,
2
…w ,
()
(8) (9)
且一般有w k =P
(k )
P
(k-1)
其中w 2是第2层上因素对总目标的排序向量。2 变电站站址选择涉及的因素
变电站站址选择涉及的因素较多, 需进行综合经济比较, 影响变电站站址选择的因素如下[4]:
1) 接近负荷中心。选择站址方案时应分析变电站的供电负荷对象、负荷分布、供电要求、变电站在系统中的地位和作用。选择较接近负荷中心的位置作为变电站站址, 可减少电网的投资和网损。
2) 使地区电网布局合理。应考虑地区原有电源、新建电源及计划建设电源, 使地区电源和变电站布局合理, 既可减少二次网的投资和网损, 又能达到安全供电的目的。
3) 进出线方便。选择站址时应考虑各级电压进出线方便, 尽量减少线路交叉、跨越和转角。
4) 站区地形地貌利于变电站布置。选择站址时, 既要贯彻节约用地、不占或少占农田的精神, 又要考虑其地形、地貌应利于变电站布置。
并用结构图表示。
2) 构成优先关系矩阵。以矩阵形式(如F =
(f ij ) m ×m ) 表达每一层次中各因素对上层某因素的相
对重要性, 其矩阵因素可按下述方法确定:若因素i 比因素j 重要, 则f ij =110; 若因素j 比因素i 重要, 则f ij =0; 若因素i 与因素j 同样重要, 则f ij =015。
3) 构成模糊一致矩阵。先对模糊判断矩阵F =
(f ij ) m ×m 按行求和, 记为:
m
r i =
k =1
∑f
ik
, k =1, 2, …, m ; (1)
再施之如下数学变换:
r ij =
+0. 5; 2m
(2)
则由此建立的矩阵R =(r ij ) m ×m 是模糊一致的。
2007年9月高 电 压 技 术第33卷第9期
表1 各备选所址的单因素评价值
・77・
T ab. 1 Single factor assessment values of all sites 评价项目电网架构U 1建所外部条件U 2
投资分析U 3征地难易程度U 4
特殊优势U 5
a 0. 780. 60. 750. 750. 6
b 0. 80. 60. 60. 70. 6
c 0. 750. 750. 70. 60. 6
d 0. 750. 750. 60. 60. 6
表2 E 2U 值
图1 变电所选址的层次结构图
Fig. 1 Hierarchy structure of selecting address
of transformer substation
E U 12U 4
U 1
T ab. 2 V alue of E 2U
U 2
U 3
U 4
U 5
r
5) 站区地质条件较好。选择站址时应充分考虑
0. 500
1. 11
0. 50. 5
100. 50. 5
10. 511
4. 5133
站区的地质条件, 应避开断层、滑坡、塌陷、质条件地带, 6) 污染地区, 。
7) 交通运输方便。选址时既要考虑施工时设备、材料及变压器等大型设备的运输, 又要考虑运行、检修时交通运输的方便。一般情况下, 站址要靠近公路, 进站道路要短, 以减少投资。
8) 选址时还要考虑防洪、施工用水、施工用电、给排水方便等问题。3 220kV 变电站选址
表3 U 12P 值
T ab. 3 V alue of U 12P
U 1P 1P 2P 3P 4
P 1
P 2
P 3
P 4
r
0. 5100
00. 500
110. 50. 5
110. 50. 5
2. 53. 511
表4 U 22P 值
T ab. 4 V alue of U 22P
U 2P 1P 2P 3P 4
P 1
P 2
P 3
P 4
r
根据变电站选址的特点, 本文用FA H P 分析变电站选址。因没有实际条件进行考察, 故本文算例数据取自某电力设计院的《某220kV 变电站工程选所报告》。以该变电站的4个备选站址a 、b 、c 、d 为例进行校验。3. 1 建立层次结构图
[4]
0. 50. 511
00. 511
000. 50. 5
000. 50. 5
1133
经数据预处理后, 就电网架构、建所外部条件、投资分析、征地难易程度、特殊优势等5个相关因素
U 1、U 2、U 3、U 4、U 5进行综合评价, 其中P 1、P 2、P 3、P 4分别代表着4个备选站址a 、b 、c 、d 。此变电站选
U 3P 1P 2P 3P 4
P 1
表5 U 32P 值
T ab. 5 V alue of U 32P
P 2
P 3
P 4
r
0. 5000
10. 510. 5
100. 50
10. 510. 5
3. 512. 51
址E 的层次结构图见图1。3. 2 构成优先关系矩阵
相应的相关因素集为U ={U 1, U 2, …, U 5}; 评语集采用V =[0,1]。表1为专家对4个备选站址各相关因素的单因素评价值。
根据专家给出的评定意见, 可构造出6个优先关系矩阵E -U , U 1-P , U 2-P , U 3-P , U 4-P , U 5
-P , 且由式(1) 得出的r 值见表2～7。3. 3 变换成模糊矩阵
表6 U 42P 值
T ab. 6 V alue of U 42P
U 4P 1P 2P 3P 4
P 1
P 2
P 3
P 4
r
0. 5000
10. 500
110. 50. 5
110. 50. 5
3. 52. 511
由式(2) 得出的模糊矩阵见表8～13。
・78・Sep. 2007
表7 U 52P 值
T ab. 7 V alue of U 52P
High Voltage Engineering Vol. 33No. 9
表13 U 52P 模糊值
T ab. 13 Fuzzy value of U 52P
P 4
r
U 5P 1P 2P 3P 4
P 1
P 2
P 3
P 4
U 5P 1P 2P 3P 4
P 1P 2P 3
0. 50. 50. 51
0. 50. 50. 51
0. 50. 50. 51
0000. 5
1. 51. 51. 53. 5
0. 50. 50. 50. 75
0. 50. 50. 50. 75
0. 50. 50. 50. 75
0. 250. 250. 250. 5
表8 E 2U 模糊值
T ab. 8 Fuzzy value of E 2U
E U 1U 2U 3U 4U 5
U 1
U 2
U 3
U 4
U 5
3. 4 层次单排序
0. 50. 150. 350. 350. 15
0. 850. 50. 70. 7. 0. 650. 30. 50. 5. 0. 650. 30. 50. 5. 0. 850. 50. 70. 70. 表9U 1P T ab. 9 Fuzzy value of U 12P
U 1P 1P 2P 3P 4
P 1
P 2
P 3
P 4
0. 50. 6250. 31250. 3125
0. 3750. 50. 18750. 1875
0. 68750. 81250. 50. 5
0. 68750. 81250. 50. 5
表10 U 22P 模糊值
T ab. 10 Fuzzy value of U 22P
U 2P 1P 2P 3P 4
P 1
P 2
P 3
P 4
据上述模糊矩阵, 由式(5) 算出层次单排序:E -U (U 层相对E 层) :
(2) T w =(0. 2870. 1350. 2210. 2210. 135) ; U 1-P (P 层相对U 层中的U 1) :
(3) T P 1=(0. 2840. . 1820. 182) ; 22) :
(3) T . 0. 3170. 317) ; 3P P U 层中的U 3) :
(3) T P 3=(0. 3560. 1820. 2840. 182) ; U 4-P (P 层相对U 层中的U 4) :
(3) T P 4=(0. 3520. 2840. 1820. 182) ; U 5-P (P 层相对U 层中的U 5) :
(3) T
P 5=(0. 21650. 21650. 21650. 35) 。3. 5 层次总排序
据上述层次单排序, 由式(7) 算出层次总排序:(3) (3) (2) w =P ・w =
0. 2840. 3520. 182
0. 182T 0. 18350. 18350. 3170. 317
0. 3560. 352
0. 1820. 284
0.
2840. 182
0. 1820. 182
・
0. 50. 50. 750. 75
0. 50. 50. 750. 75
0. 250. 250. 50. 5
0. 250. 250. 50. 5
0. 21650. 21650. 21650. 350. 287 0. 135 0. 221 0. 221 0. T , (3)
即 w =(0. 293 0. 258 0. 227 0. 222) T 。
表11 U 32P 模糊值
T ab. 11 Fuzzy value of U 32P
U 3P 1P 2P 3P 4
P 1
P 2
P 3
P 4
可见,4个备选站址的评估排序为a 、b 、c 、d 。故给出推荐站址a , 此结论与文[4]一致。由此可见, 对变电站的选址, 模糊层次分析法不失为一可选方法。4 结 论
0. 50. 18750. 3750. 1875
0. 81250. 50. 68750. 5
0. 6250. 31250. 50. 3125
0. 81250. 50. 68750. 5
表12 U 42P 模糊值
T ab. 12 Fuzzy value of U 42P
U 4P 1P 2P 3P 4
P 1
P 2
P 3
P 4
0. 50. 3750. 18750. 1875
0. 6250. 50. 31250. 3125
0. 81250. 68750. 50. 5
0. 81250. 68750. 50. 5
变电站站址的选择是输变电工程项目建设中的一项重要内容, 站址选择的好与坏直接影响工程投资效益。本文将模糊层次分析法(FA HP ) 引入变电站站址选择, 建立基于FA H P 的变电站选址的模型, 采用FA HP 进行计算, 避免了层次分析法的缺陷, 使评价的结果更加合理和科学。该算法以变电站选址为目标, 算法简单、有效, 增加了决策的科学性、规范性。
参
考文
献
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闫丽梅
Ph. D. YAN Li 2mei
收稿日期 2006210228 编辑 李 东