基于模糊评价层次分析法的电网基建项目决策优化方法与流程

1.本发明涉及电网基建项目投资决策领域，尤其是一种基于模糊评价层次分析法的电网基建项目决策优化方法。


背景技术：

2.配电网是连接用户与发、输电系统的中间环节，随着经济社会的发展和社会的不断进步，电力用户对配电网的电能质量和供电可靠性的要求与日俱增。配电网的建设问题受到越来越多的关注，其投资规模越来越大，成为近年来的一个热点话题。
3.为早日实现“双碳”目标，新能源发展存在粗放、无序的特点，但新能源并网会对电网消纳和电网电能质量造成很大的威胁，随着地区负荷的快速增长，使得这些威胁日益凸显。然而现阶段电网资金的统筹分配存在主观性较大的问题，缺乏统一量化的评定标准，投资决策存在较大的随机性和盲目性，整体投资存在不确定性。
4.尤其是近两年，受国际疫情、经济不景气、工业限电等因素影响，售电量增速渐缓，电网盈利有所亏损，使得电网面临高投资未能受到高收益的局面，对以效率收益为导向的电网精准投资产生负面影响。因此合理、科学的优化电网基建项目投资决策，使得电网实用效益和经济效益相统一，对目前电力公司的发展尤为重要。


技术实现要素：

5.发明目的：本发明的目的在于提供一种基于模糊评价层次分析法的电网基建项目决策优化方法，在遵循电网储备项目排序评价原则下，构建基于电网储备项目紧迫性排序的评价指标体系，使得项目的投运年限更合理、更具有针对性，达到提高电网企业投资效益的目的。
6.技术方案：本发明提供一种基于模糊评价层次分析法的电网基建项目决策优化方法，包含以下步骤：
7.(1)收集电网数据，建立电网基建项目储备库，并根据项目的重要性，确定电网基建项目储备库的首级指标及次级指标，对电网基建项目储备库进行紧迫性排序；
8.(2)基于紧迫性排序后的电网基建项目储备库，建立投资评价体系，确定投资评价的一级指标及一级指标包含的二级指标；
9.(3)建立一级指标的评价矩阵，计算一级指标的权重，同时将一级指标权重进行二次修订；
10.(4)建立二级指标的评价矩阵，对投资评价二级指标进行模糊综合评价，得到模糊综合评价建模；
11.(5)结合电网基建项目，以投资金额和投资容量为约束条件，对模糊综合评价建模规划求解，获得最终的决策优化结果。
12.进一步的，步骤(1)中，电网数据包含电网规划的容载比、供电可靠性、综合电压合格率；
13.电网基建项目储备库包含项目的完成情况、项目的目的、项目投资金额及投运年限、项目的供电区域、项目配套工程的完备情况、项目在电网中所起的作用。
14.进一步的，步骤(1)中，所述项目的重要性，即电网基建项目储备库中的项目需要进行紧迫性排序，该紧迫性排序采用ahp层次分析法，包括电网基建项目的紧迫性指标、重要性指标、政策性指标、可行性指标；
15.紧迫性指标以负荷增长率和容载比为基础；重要性指标从项目产生影响的重要程度判断；政策性指标以电网发展投资重点为基础，以新材料、新技术为评分标准进行评价；可行性指标以变电站站址和线路路径确定的评估情况为依据给进行评价。
16.进一步的，步骤(1)中，紧迫性指标下的次级指标包括项目功能；重要性指标下的次级指标包括所在地性质、项目相互制约条件、项目地位、问题严重程度；政策性指标下的次级指标包括投资重点、新技术；可行性指标下的次级指标包括建设标准、国土和投资管理。
17.进一步的，步骤(2)中，投资评价的一级指标包含电网基建项目的经济效益领域、电网安全领域、发展协调领域。
18.进一步的，步骤(2)中，经济效益领域下的二级指标包括投资回收期、净现值、内部收益率；电网安全领域下的二级指标包括供电可靠率、综合电压合格率、n-1通过率、消除电网和设备隐患、事故应急能力、新能源接入量增加值、新能源消纳增加值；发展协调领域下的二级指标包括容载比、综合线损率、变线容量比、变电站/线路重载率。
19.进一步的，步骤(3)中，将一级指标进行二次修订，采用惩罚型变权法，公式如下：
[0020][0021]
式中，x1为电网公司目前在经济效益领域的状态值，x2为电网公司目前在电网安全领域的状态值，x3为电网公司目前在发展协调领域的状态值，y1为x1的指标权重，y2为x2的指标权重，y3为x3的指标权重，yi为每个状态值变权后的数值；
[0022]
对得出的权重按照二级指标个数进行平均分配，即：
[0023]
w1＝{1/3，1/3，1/3}；w2＝{1/7，1/7，1/7，1/7,1/7,1/7,1/7}；w3＝{1/4,1/4,1/4,1/4}
[0024]
式中，wi,i＝1,2,3为三个一级指标对应二级指标的权重矩阵。
[0025]
进一步的，步骤(5)中，以投资金额、投资容量为约束条件，求解模糊综合评价建模，求解公式如下：
[0026][0027][0028]
式中，i
ni
为各项目的投资金额，投资容量记为e
ni
，其中(n＝1，2，3，4)，即n＝1时，表示10或20千伏的情况；n＝2时，表示35千伏的情况；n＝3时，表示110千伏的情况；n＝4时，
表示220千伏的情况，i
nmax
为第n个电压等级下电网基建项目的投资总金额上限，i
nmin
为第n个电压等级下电网基建项目的投资总金额下限，e
nmax
为第n个电压等级下电网基建项目的投资总容量上限，e
nmin
为第n个电压等级下电网基建项目的投资总容量下限，
[0029]
则投资总效益目标函数的公式如下：
[0030][0031]
式中，maxm为投资总效益目标函数，a为电网公司经济效益领域下经过变权修订后的权重，b为电网公司电网安全领域下经过变权修订后的权重，c为电网公司发展协调域下经过变权修订后的权重，经济性评价值为p
ni
，电网安全的评价值记为s
ni
，发展协调性指标的评价值记为d
ni
，x
ni
＝0 or 1其中0表示未选中该项目，1表示选中该项目。
[0032]
有益效果：本发明与现有技术相比，其显著特点是，遵循电网储备项目排序评价原则，在此基础上构建电网储备项目紧迫性排序的评价指标体系，运用层次分析法对各个指标权重归一化计算，根据项目的实际情况，依据电网基建项目的紧迫性原则，对其进行评估排序，使得项目的投运年限更合理、更具有针对性，从而达到提高电网企业投资效益的目的，同时采用惩罚型变权法对计算的权重进行二次修订，采用模糊综合评价法对电网基建项目进行评价，计算得出各个项目在二级指标下的得分，使得评价结果更加准确，为制定合理准确的投资决策提供重要参考和辅助作用；在电网基建项目中各个电压等级的都有投资金额和投资容量的限定区间，通过逻辑约束，使得最终的优化结果更加合理、更加具有适用性。
附图说明
[0033]
图1是本发明的流程示意图。
具体实施方式
[0034]
下面结合附图对本发明做进一步的详细说明。
[0035]
本发明提供的一种基于模糊评价层次分析法的电网基建项目决策优化方法，请参阅图1所示，包含以下步骤：
[0036]
(1)收集电网数据，建立电网基建项目储备库，并根据项目的重要性，确定电网基建项目储备库的首级指标及次级指标，对电网基建项目储备库进行紧迫性排序。
[0037]
电网数据包含电网规划的容载比、供电可靠性、综合电压合格率，其中，电网数据中各指标所收资的数据如表1所示；
[0038]
表1电网投资规划指标
[0039]
[0040][0041]
电网基建项目储备库包含项目的完成情况、项目的目的、项目投资金额及投运年限、项目的供电区域、项目配套工程的完备情况、项目在电网中所起的作用，其中，电网基建项目储备库中各指标所收资的数据如下表2所示。
[0042]
表2电网基建项目储备库
[0043][0044]
所述项目的重要性，即电网基建项目储备库中的项目需要进行紧迫性排序，该紧迫性排序采用ahp层次分析法，包括电网基建项目的紧迫性指标、重要性指标、政策性指标、可行性指标；
[0045]
紧迫性指标以负荷增长率和容载比为基础；重要性指标从项目产生影响的重要程度判断；政策性指标以电网发展投资重点为基础，以新材料、新技术为评分标准进行评价；可行性指标以变电站站址和线路路径确定的评估情况为依据给进行评价。
[0046]
紧迫性指标下的次级指标包括项目功能；重要性指标下的次级指标包括所在地性质、项目相互制约条件、项目地位、问题严重程度；政策性指标下的次级指标包括投资重点、新技术；可行性指标下的次级指标包括建设标准、国土和投资管理，如下表3所示：
[0047]
表3电网基建项目紧迫性排序指标体系
[0048]
[0049][0050]
其中，紧迫性排序的电网基建项目指标归一化权重如下表4所示：
[0051]
表4电网基建项目指标权重
[0052][0053]
具体以某市电网项目改造工程为例，该工程供电区域为市辖区b类供电区域，2023年市辖区容载比约为1.66，负荷增长率约为10.4％，无量纲化后分值为100，紧迫性得分应该取分区间段的最高权重，则该项得分为36分；从所在地性质来看，指标权重参考值范围是0.5～0.75，该区域负荷密度中等，分值为3.6分，从项目相互制约条件来看，该项目属于技改工程，电源和供电配套均已具备，权重范围为1，得分为5分，从项目的地位来看，项目加强地区电网网架结构，在电网的地位属于一般工程，指标权重得分参考值范围是0.2～0.6，该地区杏村变负载率较高，在提升供电能力和加强供电可靠性方面比较重要，权重选择0.6，得分3分，从问题严重程度来看，项目供电负荷为一般负荷，指标得分权重参考值范围是0.22～0.56，权重选择0.4，得分3.6分，重要性最终得分15.2分；该项目属于地市公司需求项目，未使用新技术，与新能源政策相关性较小，权重选择0.3，政策性最终得分4.8分；综合
考虑国土、建设标准、投资管理情况，可行性最终得分8分，该项目综合得分64分。
[0054]
最终的电网基建项目储备库综合得分情况如下表5所示：
[0055]
表5电网基建项目储备库综合得分情况
[0056][0057]
(1-1)紧迫性指标的次级指标评分标准为：以负荷增长率和容载比为参考目标，对指标进行无量纲化处理，具体公式如下，x为容载比：
[0058]
负荷增长率低于7％时：
[0059][0060]
负荷增长率低于12％，大于7％时：
[0061][0062]
负荷增长率大于12％时：
[0063][0064]
(1-2)重要性指标的次级指标评分标准为所在地性质、项目相互制约条件、项目地位、问题严重程度；
[0065]
所在地性质：考虑项目所在地的经济发展、负荷密度预测，以所在地的供电区域为评分标准，具体权重范围如下表6所示：
[0066]
表6所在地权重范围
[0067]a+
、a供电区域0.75～100
b、c供电区域0.50～0.75d、e供电区域0.25～0.50
[0068]
项目相互制约条件：以项目配套工程的完备情况为依据，配套工程越完备，项目得分越高，具体得分如下表7所示：
[0069]
表7项目制约条件得分
[0070][0071]
项目地位：根据项目在电网中所起的作用，即枢纽工程和一般工程，项目在电网中越重要，打分越高，具体得分情况如下表8所示：
[0072]
表8项目的地位得分
[0073]
枢纽工程0.6～1.0一般工程0.2～0.6
[0074]
问题严重程度：评估项目造成的事故影响程度，考虑项目所供负荷重要级别，对项目的地位进行判断，具体得分情况如下表9所示：
[0075]
表9问题严重程度
[0076]
可能造成的事故隐患0.78～100影响重要用户安全可靠用电0.56～0.78其他0.22～0.56
[0077]
(1-3)政策性指标下的次级指标包括投资重点、新技术，其中，投资重点的权重为0.87，新技术的权重为0.13。
[0078]
(1-4)可行性指标下的次级指标包括建设标准、国土和投资管理，其中，建设标准的权重为0.89，国土的权重为0.11，投资管理的权重为0.45。
[0079]
(2)基于紧迫性排序后的电网基建项目储备库，建立投资评价体系，确定投资评价的一级指标及一级指标包含的二级指标。
[0080]
投资评价的一级指标包含电网基建项目的经济效益领域、电网安全领域、发展协调领域；一级指标和二级指标之间不仅存在递进关系，而且在层次结构之间相互影响。
[0081]
经济效益领域下的二级指标包括投资回收期、净现值、内部收益率；电网安全领域下的二级指标包括供电可靠率、综合电压合格率、n-1通过率、消除电网和设备隐患、事故应急能力、新能源接入量增加值、新能源消纳增加值；发展协调领域下的二级指标包括容载比、综合线损率、变线容量比、变电站/线路重载率，投资评价体系如下表10所示：
[0082]
表10投资评价体系
[0083][0084]
(3)建立一级指标的评价矩阵，计算一级指标的权重，同时将一级指标权重进行二次修订。
[0085]
考虑电网公司内外部的环境，通过层次分析法制定三种不同的决策策略，即激进策略、稳健策略、保守策略，三种策略投资发展的侧重点不同。
[0086]
向专家发放评分表，采用satty提出的1-9比率法，构建群体评价对比矩阵，计算出不同策略下的一级指标权重，对其进行归一化处理，并对三个策略分别进行一致性检验，如下表11所示：
[0087]
表11不同策略下的基建项目一级指标权重评价结果
[0088][0089]
将一级指标进行二次修订，即电网企业在某个评价指标的状态值较好时，适当降低该权重，反之亦然，从而提高最终决策的正确性，采用惩罚型变权法，公式如下：
[0090][0091]
式中，x1为电网公司目前在经济效益领域的状态值，x2为电网公司目前在电网安全领域的状态值，x3为电网公司目前在发展协调领域的状态值，y1为x1的指标权重，y2为x2的指
标权重，y3为x3的指标权重，yi为每个状态值变权后的数值。
[0092]
设定某电网公司目前的经济效益、电网安全、发展协调三个指标评分分别为(0.7，0.8，0.75)，变权结果如表12所示：
[0093]
表12三种策略的变权结果
[0094][0095]
其中，投资评价的一级指标中，经济效益领域＝{c
11
,c
12
,c
13
}，电网安全领域＝{c
21
,c
22
,c
23
,c
24
,c
25
,c
26
,c
27
}，发展协调领域＝{c
31
,c
32
,c
33
,c
34
}。
[0096]
(4)建立二级指标的评价矩阵，对投资评价二级指标进行模糊综合评价，得到模糊综合评价建模。
[0097]
将二级指标分为6个等级，评语集v＝{v1，v2，v3，v4，v5，v6}＝{特优，优，良，中，差，极差}，每个等级对应不同的数值，数值集n＝{n1，n2，n3，n4，n5，n6}。
[0098]
根据第一节建立的指标评价体系，对20位有关专家进行评价打分，评语集分值采用百分制，分为6级，[90,100)为特优，[80,90)为优，[70,80)为良，[60,70)为中，[40,60)为差，[30,40)为特差，如下表13，20位专家对项目的指标体系中的二级指标的满意度进行打分评价。
[0099]
表13基建项目评语集分值表
[0100]
评语特优优良中差极差分值908070604030
[0101]
相应地，为了让电网基建项目的二级指标能够具备更高的普适性、更贴近实际情况，本发明将电网投资策略分为激进、保守、稳健三个维度，同时为避免数据差异过大，对得出的权重按照二级指标个数进行平均分配，即：
[0102]
w1＝{1/3，1/3，1/3}；w2＝{1/7，1/7，1/7，1/7,1/7,1/7,1/7}；w3＝{1/4,1/4,1/4,1/4}，
[0103]
式中，wi,i＝1,2,3为三个一级指标对应二级指标的权重矩阵。
[0104]
则，某电网基建项目的模糊综合评价结果汇总如表14所示：
[0105]
表14基建项目评价结果汇总表
[0106][0107][0108]
具体地，参照本节的评语分值表，得出各二级指标的最终得分为：
[0109]rxn
＝[68.5,67,67,75.5,72.5,73.5,74.5,86.5,62.5,61,64,64.5,70.5,70]
t
[0110]
相应地，为便于计算，电网公司选取稳健策略，根据稳健策略的分配权重，计算得出3个一级指标的评价得分，即经济效益、电网安全、发展协调分别为67.5，72.286，67.25。
[0111]
(5)结合电网基建项目，以投资金额和投资容量为约束条件，对模糊综合评价建模规划求解，获得最终的决策优化结果。
[0112]
使用0-1整数规划求解，求解模糊综合评价建模，求解公式如下：
[0113][0114][0115]
式中，i
ni
为投资金额，投资容量记为e
ni
，其中(n＝1，2，3，4)，即n＝1时，表示10或20千伏的情况；n＝2时，表示35千伏的情况；n＝3时，表示110千伏的情况；n＝4时，表示220千伏的情况，i
nmax
为第n个电压等级下电网基建项目的投资总金额上限，i
nmin
为第n个电压等级下电网基建项目的投资总金额下限，e
nmax
为第n个电压等级下电网基建项目的投资总容量上限，e
nmin
为第n个电压等级下电网基建项目的投资总容量下限。
[0116]
各领域包含项目数为i，每个项目的经济效益的评价为电网安全的评价记为发展协调的评价值记为若要实现三个指标的评价值最大，投资总效益目标函数表达式如下：
[0117][0118]
式中，maxx为投资总效益目标函数，a为电网公司经济效益领域下经过变权修订后的权重，b为电网公司电网安全领域下经过变权修订后的权重，c为电网公司发展协调域下经过变权修订后的权重，x
ni
＝0or1其中0表示未选中该项目，1表示选中该项目。
[0119]
相应地，选取投资金额和投资容量作为约束条件，其分别记为i
ni
,e
ni
，则最终的投资金额和投资容量约束条件为：
[0120][0121][0122]
同时，各电压等级下的电网基建项目也应符合规定的投资金额和投资容量的上下限，约束条件为：
[0123][0124][0125]
由于采取0-1整数规划求解，而电网基建项目决策只有两种选择，即实施或不实施，因此最终的决策优化结果应符合0-1结果显示，即：
[0126]
x
ni
＝0or1(9)
[0127]
故，最终的投资总效益的目标函数为：
[0128][0129]
约束条件为：
[0130][0131][0132][0133]
[0134][0135]
式中，n＝1，2，3，4。
[0136]
选取紧迫性排序中综合得分前15的项目作为未来第一年的项目储备库，通过0-1整数规划对其进行决策优化求解。将不符合约束条件的项目和综合得分较为靠后的项目作为次年的项目储备库，继续对其进行决策优化，以此类推，最终得到电网基建项目投资决策优化结果如表15所示。
[0137]
表15某年电网基建项目投资优化结果。
[0138][0139]
从表15分析可知，基建项目储备库的总投资金额和总投资容量均满足电网公司年限的投资金额和投资容量上下限，同样地，各个电压等级的投资金额和投资容量满足各个电压等级的投资金额和投资容量上下限。
[0140]
负荷增长率和容载比的协调性、供电负荷重要性、政策相关性对项目综合得分的影响较大，对其进行投资决策优化后，综合得分较高的项目投运年限应适当提前，综合得分较低的项目投运年限应适当推迟。