一种电力电量平衡方案评估方法[发明专利]

(12)发明专利申请

(10)申请公布号(10)申请公布号 CN 1043735 A (43)申请公布日(43)申请公布日 2015.02.25

(21)申请号 201410727570.0(22)申请日 2014.12.03

(71)申请人国家电网公司

地址100031 北京市西城区西长安街86号申请人中国电力科学研究院(72)发明人蒲天骄 陈乃仕 葛贤军 赵立强

屈富敏 刘克文(74)专利代理机构北京安博达知识产权代理有

限公司 11271

代理人徐国文(51)Int.Cl.

G06Q 10/06(2012.01)G06Q 50/06(2012.01)

权利要求书2页 说明书8页 附图1页

(54)发明名称

一种电力电量平衡方案评估方法(57)摘要

本发明提供了一种电力电量平衡方案评估方法，所述方法包括以下步骤：I、确定电力电量平衡方案的指标，构建指标体系；II、指标归一化处理；III、运用层次分析法和熵权法确定所述指标的权重；IV、运用逼近理想点法评估所述电力电量平衡方案。该方法可以有效对电力电量平衡方案进行综合评估，有效提高了电力调度工作精细化的水平，对一次能源发电能力不确定性给电力电量平衡带来的风险进行分析，为电力电量平衡风险预警提供了量化分析手段，为考虑科学制定电力电量平衡方案提供了参考。

C N 1 0 4 3 7 6 4 3 5 A CN 1043735 A

权 利 要 求 书

1/2页

1.一种电力电量平衡方案评估方法，其特征在于：所述方法包括以下步骤：

I、确定电力电量平衡方案的基础数据，构建指标体系；II、指标归一化处理；III、运用层次分析法和熵权法确定所述指标的权重；IV、运用逼近理想点法评估所述电力电量平衡方案。

2.如权利要求1所述的一种电力电量平衡方案评估方法，其特征在于：所述步骤I中的指标包括一级指标和二级指标；

所述一级指标包括充裕性、供电有序性、节能环保性和经济性；所述充裕性对应的所述二级指标包括：调峰可用容量、电力充裕度、电量充裕度；所述供电有序性对应的所述二级指标包括：供电均衡度、错避峰负荷量；所述节能环保性对应的所述二级指标包括：燃煤机组平均煤耗、清洁能源调用率；所述经济性对应的所述二级指标包括：总购电成本、平均购电成本。3.如权利要求2所述的一种电力电量平衡方案评估方法，其特征在于：所述步骤I中包括以下步骤：

获取对电力系统电力电量进行平衡分析评估的基础数据的值；所述基础数据包括调峰可用容量、电力充裕度、电量充裕度、供电均衡度、错避峰负荷量、燃煤机组平均煤耗、清洁能源调用率、总购电成本和平均购电成本；

根据所述基础数据确定指标，构建指标体系。

4.如权利要求3所述的一种电力电量平衡方案评估方法，其特征在于：所述步骤II包括指标类型的一致化处理和指标的无量纲化处理。

5.如权利要求4所述的一种电力电量平衡方案评估方法，其特征在于：所述步骤II包括以下步骤：

S201、确定所述调峰可用容量、电力充裕度、电量充裕度、供电均衡度、错避峰负荷量和清洁能源调用率为正型指标，确定所述燃煤机组平均煤耗、总购电成本和平均购电成本为负型指标；

S202、将所述负型指标转换为正型数据，实现对所述正型指标和所述负型指标的一致化处理；

S203、对一致化处理后的指标进行无量纲化处理。

6.如权利要求1所述的一种电力电量平衡方案评估方法，其特征在于：所述步骤III中包括运用层次分析法确定主观权重系数和运用熵权法确定所述充裕性、供电有序性、节能环保性和经济性的权重。

7.如权利要求6所述的一种电力电量平衡方案评估方法，其特征在于：所述步骤III包括以下步骤：

S301、针对包括调峰可用容量、电力充裕度、电量充裕度、供电均衡度、错避峰负荷量、燃煤机组平均煤耗、清洁能源调用率、总购电成本和平均购电成本的各二级指标，分别运用层次分析法确定主观权重系数，运用熵权法确定客观权重系数，确定各二级权重的组合权重；

S302、针对包括充裕性、供电有序性、节能环保性和经济性的各一级指标，再次运用层次分析法确定主观权重系数和运用熵权法确定客观权重系数，确定各一级权重的组合权

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权 利 要 求 书

2/2页

重。

8.如权利要求7所述的一种电力电量平衡方案评估方法，其特征在于：按下式确定所述组合权重：

式中，0≤α≤1，ωj为所述主观权重系数，为所述客观权重系数。

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说 明 书

一种电力电量平衡方案评估方法

1/8页

技术领域

本发明涉及一种电力系统及其自动化领域的方法，具体讲涉及一种电力电量平衡方案评估方法。

[0001]

背景技术

电力电量平衡是对水、煤、风等一次发电能源形成的电能进行跨区域、跨季节的统

筹调配，实现全网内发电资源在一定周期内总体优化利用。电力电量平衡作为调度计划核心业务之一，是实现电力科学调度的关键决策依据。近年来，一方面由于煤电矛盾日益突出、新能源等间歇式能源大规模接入，电力电量平衡面临的不确定性和复杂性显著增多，给电网电力电量平衡工作带来了更大挑战；另一方面，随着特高压电网建设，跨区跨省电力电量交换成为电力电量平衡的重要内容，对统筹考虑全网资源优化配置水平提出了更高要求。电力电量平衡目标呈现更加多元化，电力电量平衡分析需要考虑的因素更加复杂化，电力电量平衡分析工作不能再简单以电力电量平衡充裕度为单一目标，还需要统筹考虑全网资源优化配置水平、节能减排以及经济效益和社会效益等多种目标。[0003] 电力电量平衡是一个涉及电力电量平衡充裕度、资源优化配置水平、节能减排目标以及经济效益等多种因素的多目标评估优化问题，现有技术中如何对电力电量平衡方案进行综合评估是需要解决的问题。[0004] 因此，需要提供一种电力电量平衡方案评估方法。

[0002]

发明内容

[0005] [0006] [0007] [0008] [0009] [0010] [0011] [0012] [0013] [0014] [0015] [0016]

为克服上述现有技术的不足，本发明提供一种电力电量平衡方案评估方法。

实现上述目的所采用的解决方案为：一种电力电量平衡方案评估方法，其改进之处在于：所述方法包括以下步骤：I、确定电力电量平衡方案的基础数据，构建指标体系；II、指标归一化处理；III、运用层次分析法和熵权法确定所述指标的权重；IV、运用逼近理想点法评估所述电力电量平衡方案。进一步的，所述步骤I中的指标包括一级指标和二级指标；所述一级指标包括充裕性、供电有序性、节能环保性和经济性；所述充裕性对应的所述二级指标包括：调峰可用容量、电力充裕度、电量充裕度；所述供电有序性对应的所述二级指标包括：供电均衡度、错避峰负荷量；所述节能环保性对应的所述二级指标包括：燃煤机组平均煤耗、清洁能源调用

率；

所述经济性对应的所述二级指标包括：总购电成本、平均购电成本。

[0018] 进一步的，所述步骤I中包括以下步骤：

[0019] 获取对电力系统电力电量进行平衡分析评估的基础数据的值；

[0017]

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说 明 书

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所述基础数据包括调峰可用容量、电力充裕度、电量充裕度、供电均衡度、错避峰负荷量、燃煤机组平均煤耗、清洁能源调用率、总购电成本和平均购电成本；[0021] 根据所述基础数据确定指标，构建指标体系。[0022] 进一步的，述步骤II包括指标类型的一致化处理和指标的无量纲化处理。[0023] 进一步的，所述步骤II包括以下步骤：[0024] S201、确定所述调峰可用容量、电力充裕度、电量充裕度、供电均衡度、错避峰负荷量和清洁能源调用率为正型指标，确定所述燃煤机组平均煤耗、总购电成本和平均购电成本为负型指标；[0025] S202、将所述负型指标转换为正型数据，实现对所述正型指标和所述负型指标的一致化处理；[0026] S203、对一致化处理后的指标进行无量纲化处理。[0027] 进一步的，所述步骤III中包括运用层次分析法确定主观权重系数和运用熵权法确定所述充裕性、供电有序性、节能环保性和经济性的权重。[0028] 进一步的，所述步骤III包括以下步骤：[0029] S301、针对包括调峰可用容量、电力充裕度、电量充裕度、供电均衡度、错避峰负荷量、燃煤机组平均煤耗、清洁能源调用率、总购电成本和平均购电成本的各二级指标，分别运用层次分析法确定主观权重系数，运用熵权法确定客观权重系数，确定各二级权重的组合权重；

[0030] S302、针对包括充裕性、供电有序性、节能环保性和经济性的各一级指标，再次运用层次分析法确定主观权重系数和运用熵权法确定客观权重系数，确定各一级权重的组合权重。

[0031] 进一步的，按下式确定所述组合权重：

[0032]

[0033] [0034]

式中，0≤α≤1，ωj为所述主观权重系数，为所述客观权重系数。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：[0035] 1、本发明提供建立的基于充裕性、供电有序性、节能环保性、经济性的电力电量平衡分析关键指标体系，统筹考虑全网资源优化配置水平、节能减排以及经济效益和社会效益等多种目标。[0036] 2、本发明提出的层次分析-熵权组合法确定指标的综合权重，可使权重不仅包含数据本身信息，还能体现出专家的主观判断。[0037] 3、本发明提供的逼近理想点排序法对电力电量平衡方案进行评估，可为多目标的电力电量平衡方案的综合评估提供了有效合理的手段。[0038] 4、本发明提供的方法可以有效对电力电量平衡方案进行综合评估，有效提高了电力调度工作精细化的水平，对一次能源发电能力不确定性给电力电量平衡带来的风险进行分析，为电力电量平衡风险预警提供了量化分析手段，为考虑科学制定电力电量平衡方案提供了参考。[0039] 5、本发明针对新形势下电力电量平衡面临的问题，建立了基于充裕性、供电有序性、节能环保性、经济性的电力电量平衡分析关键指标体系，并提出了基于该指标体系的一

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说 明 书

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种电力电量平衡综合评估方法。该方法可以有效对电力电量平衡方案进行综合评估，有效提高了电力调度工作精细化的水平，对一次能源发电能力不确定性给电力电量平衡带来的风险进行分析，为电力电量平衡风险预警提供了量化分析手段，为考虑科学制定电力电量平衡方案提供了参考。

附图说明

[0040] 图1为本实施例中电力电量平衡方案评估方法的流程图；[0041] 图2为本实施例中电力电量平衡方案关键指标体系示意图；[0042] 图3为本实施例中基于雷达图的电力电量平衡方案评估展示图。

具体实施方式

[0043] 下面结合附图对本发明的具体实施方式做进一步的详细说明。[0044] 本发明提供了一种电力电量平衡方案评估方法，该方法包括以下步骤：[0045] 步骤一、确定电力电量平衡方案的基础数据，构建指标体系；[0046] 步骤二、指标归一化处理；[0047] 步骤三、运用层次分析法和熵权法确定所述指标的权重；[0048] 步骤四、运用逼近理想点法评估所述电力电量平衡方案。[0049] 步骤一中，指标包括一级指标和二级指标；[0050] 所述一级指标包括充裕性、供电有序性、节能环保性和经济性；[0051] 所述充裕性对应的所述二级指标包括：调峰可用容量、电力充裕度、电量充裕度；[0052] 所述供电有序性对应的所述二级指标包括：供电均衡度、错避峰负荷量；[0053] 所述节能环保性对应的所述二级指标包括：燃煤机组平均煤耗、清洁能源调用率；

[0054] 所述经济性对应的所述二级指标包括：总购电成本、平均购电成本。[0055] 如表1所示，表1为电力电量平衡评估关键指标表。

[0056]

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说 明 书

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表1

[0058] 步骤一中，获取对电力系统电力电量进行平衡分析评估的基础数据的值；[0059] 所述基础数据包括调峰可用容量、电力充裕度、电量充裕度、供电均衡度、错避峰负荷量、燃煤机组平均煤耗、清洁能源调用率、总购电成本和平均购电成本；[0060] (1)调峰可用容量：在周期内各典型运行方式下全网各时段可用调峰容量的最小值。

[0061] (2)电力充裕度：最大负荷时全网可用备用容量与最大负荷的比值。[0062] (3)电量充裕度：在周期内全网可用剩余电量与需求电量的比值。[0063] (4)供电均衡度：各时段可用发电容量与负荷预测的差与负荷预测之比的均方差。

[0057]

(5)错避峰负荷量：可控负荷在高峰时段内少用的电量。

[0065] (6)燃煤机组平均煤耗：燃煤机组在周期内的平均燃煤消耗状况。[0066] (7)清洁能源调用率：在统计周期内可再生能源调用量占电网发电量的比例。[0067] (8)总购电成本：指在周期内电网公司根据用户用电量向发电企业购买电量所应支付的总体费用。

[0068] (9)平均购电成本：购电总成本除以购电量。[0069] 步骤二中，进行指标归一化处理。包括指标类型的一致化处理和指标的无量纲化处理。包括以下步骤：[0070] 1、确定指标类型。[0071] 本实施例中，电力电量平衡方案评价指标体系中的指标有如下三种类型：正型：

[00]

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说 明 书

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总是期望指标的取值越大越好；负型：总是期望指标的取值越小越好。[0072] 根据评价的目标，确定指标体系中的调峰可用容量、电力充裕度、电量充裕度、供电均衡度、错避峰负荷量和清洁能源调用率为正型指标；[0073] 指标体系中的燃煤机组平均煤耗、总购电成本和平均购电成本为负型指标。[0074] 2、指标类型一致化处理。

[0075] 将上述负型数据转换为正型数据，从而实现对负型指标的一致化处理[0076] 针对负型指标，设指x为指标数据，按下式(1)或(2)进行负型指标的转换：

*

[0077] x＝M-x (1)[0078] 或

[0079]

式中，M为指标x的允许或最大上界。

[0081] 在此基础上，可以确定指标体系的各层次综合评价结果也均是取值越大越好。[0082] 3、指标无量纲化

[0083] 指标的无量纲化是通过数学变换来消除原始指标量纲的影响。采用标准化处理法和极值处理法进行指标的无量纲化。

[0084] 在所有指标均已经过一致化处理之后，无量纲化的对象仅为极大型指标。设共有m个指标，每个指标取n个观测值。

[0085] 对于某一极大型指标xj(j＝1,2,…,m)，其观测值为{xij|i＝1,2,…,n；j＝1,2,…,m}。

[0086] 极值处理法的方法如式所示：

[0080] [0087] [0088]

式中，为指标xj经过无量纲化处理后的结果，为指标xj的n个观测值的平均

值，Mj、mj分别为指标xj观测样本的最大值和最小值。由极值处理法得到的无量纲化样本最大值为1，最小值为0。

[00] 各类型指标的数据经过上述标准化方法进行处理后，统一数据的形式，消除了其性质上和表达信息方式上的差异，在后续的计算中可以直接代入、比较。[0090] 步骤三中，确定所述指标的权重。包括运用层次分析法确定主观权重系数和运用熵权法确定客观权重系数。包括以下步骤：[0091] S301、针对包括调峰可用容量、电力充裕度、电量充裕度、供电均衡度、错避峰负荷量、燃煤机组平均煤耗、清洁能源调用率、总购电成本和平均购电成本的各二级指标，分别运用层次分析法确定主观权重系数，运用熵权法确定客观权重系数，确定各二级权重的组合权重；

[0092] S302、针对包括充裕性、供电有序性、节能环保性和经济性的各一级指标，再次运用层次分析法确定主观权重系数和运用熵权法确定客观权重系数，确定各一级权重的组合权重。

[0093]

其中，按下式确定所述组合权重

8

式中，0≤α≤1，ωj为所述

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主观权重系数，为所述客观权重系数。

(1)层次分析法确定主观权重系数

[0095] 本发明利用层次分析法(analytical hierarchy process，AHP)将一般评估目标按照目标层、指标层和因子层进行结构划分，设评估目标个数为m，评估指标个数为n，每个评估指标细分为多个评价因子。利用此法构造以目标层作为行，以指标层作为列的标准化评估矩阵Ym×n具体包括步骤如下：

[0096] 1)依据各层元素建立判断矩阵A(k)，判断矩阵的值反映了人们对各元素相对重要性的认识，一般采用1～9比例标度对重要性程度赋值。[0097] 2)求解AHP法中各层指标的权重，根据标准判断矩阵A(k)，利用特征向量法计算各因素在同一标准下的权重。

[0098] 计算A(k)的最大特征值λmax和对应该特征值的特征向量，将特征向量进行归一

[0094]

化处理得到第k层的权重向量为

[0099] [0100]

其中j＝1,2,…,n。

3)一致性检验，AHP法要求在得到判断矩阵的权重向量后进行一致性检验，以确保每层判断矩阵的有效性。

若通过一致性检验，则认为判断矩阵的一致性可以接受，否则应对判断矩阵作适

当修正。

4)构造初始评价矩阵，求出因子层的权重向量后，根据实际调查取样值或者专家

评分列表，构造出以目标层为行，以评估指标为列的评价矩阵Xm×n。[0102] 5)求规范化评估矩阵Y，因各指标的量纲不同，需进行评估指标的规范化处理。设i＝1,2,…,m；j＝1,2,…,n，利用向量规范化方法，得到规范化评估矩阵Ym×n，按下式确定yij：

[0101] [0103]

(2)熵权法确定客观权重系数

[0105] 熵权法利用不同指标的熵值所包含的信息量多少来判断指标权重大小的方法。熵权法的中心思想为：权重系数，应当与各个指标在总体中变化的程度及其对其余指标的影响度来具体度量。被赋权的初始信息应当从客观环境中选取，可通过各指标包含的信息量大小来判断相应的权重系数。具体步骤如下：[0106] 1)对数据进行归一化处理，即

[0104] [0107] [0108] [0109] [0110]

2)各指标熵值的计算，即

3)熵权值的计算。设为第j个评价指标的熵权，则指标的熵权可利用公式(8)

来计算。

[0111]

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说 明 书

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式中：ej第j个指标的熵值，指标的熵值越小，其熵权越大，反映该指标越重要，提供的有用信息量越大。

[0113] (3)层次分析-熵权组合法确定综合权重[0114] 熵权法充分运用指标中的数据信息，体现出完全客观的权重数值。但仅用熵权法从数据本身的信息来确定指标的权重，可能无法体现指标的实际重要程度和意义，因此将熵权法与AHP法相结合，使权重不仅包含数据本身信息，还能体现出专家的主观判断。

[0112] [0115] [0116]

设ωj表示由AHP得到的权值，表示熵权计算的权值，综合考虑由AHP法和熵权

法计算得到的权重，则可得组合权重为：

[0117]

式中0≤α≤1，α取值取决于ωj和

的相关度，依据肯德尔相关系数，本发明

取α＝0.7。

步骤四中，运用逼近理想点排序法综合评估所述电力电量平衡方案。

[0119] 逼近理想点排序法(technique for order preference by similarity to ideal solution，TOPSIS)是借助于多目标决策问题的“正理想解”和“负理想解”对待选方案进行排序，将既最靠近正理想解又最远离负理想解的方案确定为最优项目的一种排序方法。[0120] 本发明在基于层次分析-熵权组合法确定的指标权重的基础上，采用逼近理想点法对电力电量平衡方案进行综合评估，具体步骤如下：[0121] (1)求解加权规范化决策矩阵，通过规范化评估矩阵Y和标准权重向量W求解加权规范化决策矩阵Zm×n，zij＝ωj·yij。[0122] (2)确定正理想解与负理想解，正理想解是指每一准则项目中选出的最大评估值，

[0118]

设为

[0123]

负理想解则相反，设为

(3)计算各评价对象与正理想解与负理想解之间的距离D。各评价对象到正理想解的距离为：

[0124] [0125] [0126] [0127]

各评价对象到负理想解的距离为

(4)求解相对贴近度并确定评估结果。计算各评价对象与正理想解的相对贴近度，

即

[0128]

式中，Ci越大表示离理想方案越近。根据的大小确定各个评价对象的优劣次序，从

而得到最终评估结果。[0130] 进一步，运用雷达图展示电力电量平衡方案评价结果。

[0129]

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雷达图法是一种典型的图形评价法，其最大特点是灵活、直观，该方法非常适合用于电网各类指标的综合评价分析，它能够为管理人员提供灵活的关键指标分析手段、友好的可视化环境以及更具柔性的管理决策空间。在雷达图中，指标体系围成的面积越大表示该电力电量平衡方案越优，图形中缺额部分表示该方案在该指标项比较薄弱。基于雷达图的电力电量平衡方案评估展示如图3所示。

[0132] 最后应当说明的是:以上实施例仅用于说明本申请的技术方案而非对其保护范围的, 尽管参照上述实施例对本申请进行了详细的说明,所属领域的普通技术人员应当理解:本领域技术人员阅读本申请后依然可对申请的具体实施方式进行种种变更、修改或者等同替换，但这些变更、修改或者等同替换，均在申请待批的权利要求保护范围之内。

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说 明 书 附 图

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图2

图1

图3

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