層次分析法在電力行業(yè)決策問題中的應(yīng)用

1、層次分析法在電力行業(yè)決策問題中的應(yīng)用 摘 要 層次分析法利用判斷矩陣將各種定性影響因素量化后,再結(jié)合定量信息對問題綜合決策。該文簡單介紹了層次分析法決策理論的原理、特點及其改進(jìn)。針對近些年層次分析法在電力行業(yè)決策中的初步應(yīng)用,對其在電力系統(tǒng)中的研究工作和應(yīng)用現(xiàn)狀進(jìn)行綜述。指出層次分析法在電力系統(tǒng)規(guī)劃等幾個方面有較好的應(yīng)用前景。關(guān)鍵詞 層次分析法；電力系統(tǒng)；判斷矩陣1 引言傳統(tǒng)的決策方法如馬爾可夫決策法、模糊數(shù)學(xué)決策法等僅利用影響待決策問題的量化信息求解,對于決策中各種理想和假設(shè)條件,論證分析說明,各種實施的建議1等定性因素則忽略不計,決策方案在實際應(yīng)用中難以令人滿意。層次分析法AHP(The

2、Analytic Hierarchy Process)利用判斷矩陣將各種定性影響因素量化后,再結(jié)合定量信息對問題綜合決策,一經(jīng)提出即成為各行業(yè)研究的熱點。現(xiàn)今已在能源礦業(yè)、資源環(huán)境、建筑業(yè)、金融經(jīng)濟(jì)等領(lǐng)域成功地得到應(yīng)用。電力行業(yè)中的決策問題,很多受到內(nèi)部特性和經(jīng)濟(jì)發(fā)展、環(huán)境資源、政策導(dǎo)向等外部條件的影響。AHP憑借其能夠較好地解決多準(zhǔn)則、多目標(biāo)問題,對定性定量影響因素綜合處理,且方法簡單、科學(xué)等的優(yōu)勢,于上世紀(jì)80年代被引入電力行業(yè),在發(fā)電技術(shù)優(yōu)化選擇、工程項目評估、廠站選址、電源規(guī)劃、負(fù)荷預(yù)測等方面成為研究的熱點。近幾年,隨著電力市場化改革的推進(jìn)和廠網(wǎng)分開的實現(xiàn),AHP已經(jīng)在市場環(huán)境下的發(fā)輸

3、電公司考核評估、行業(yè)用戶滿意度評估等方面表現(xiàn)出廣闊的應(yīng)用前景。2 層次分析法理論概述2.1 AHP的含義層次分析法(Analytic Hierarchy Process,簡稱AHP)是美國運籌學(xué)家、匹茲堡大學(xué)T. L. Saaty教授在20世紀(jì)70年代初期提出的， AHP是對定性問題進(jìn)行定量分析的一種簡便、靈活而又實用的多準(zhǔn)則決策方法。它的特點是把復(fù)雜問題中的各種因素通過劃分為相互聯(lián)系的有序?qū)哟危怪畻l理化，根據(jù)對一定客觀現(xiàn)實的主觀判斷結(jié)構(gòu)（主要是兩兩比較）把專家意見和分析者的客觀判斷結(jié)果直接而有效地結(jié)合起來，將一層次元素兩兩比較的重要性進(jìn)行定量描述。而后，利用數(shù)學(xué)方法計算反映每一層次元素的相

4、對重要性次序的權(quán)值，通過所有層次之間的總排序計算所有元素的相對權(quán)重并進(jìn)行排序。該方法自1982年被介紹到我國以來，以其定性分析與定量分析相結(jié)合地處理各種決策因素的特點，以及其系統(tǒng)靈活簡潔的優(yōu)點，迅速地在我國社會經(jīng)濟(jì)各個領(lǐng)域內(nèi)，如能源系統(tǒng)分析、城市規(guī)劃、經(jīng)濟(jì)管理、科研評價等，得到了廣泛的重視和應(yīng)用。2.2 AHP的建模原理AHP是美國學(xué)者T. L. Saaty在1977年提出的一種定性與定量相結(jié)合的決策分析方法。它將影響問題的定性的、主觀的因素通過判斷矩陣進(jìn)行量化,再結(jié)合定量信息進(jìn)行綜合決策,為受定性因素影響較多的問題提供科學(xué)的決策依據(jù)。AHP的求解過程如下。1、將復(fù)雜的問題層次化,形成由目標(biāo)層

5、、準(zhǔn)則層、指標(biāo)層和方案層組成的遞階層次結(jié)構(gòu),如圖所示。其中目標(biāo)層為一個元素,是問題的最終目的;將影響問題決策的幾個大方面作為準(zhǔn)則層;指標(biāo)層是準(zhǔn)則層的細(xì)化,其中的元素均隸屬于準(zhǔn)則層中的一個或多個元素;方案層是待選的各個方案。圖遞階層次結(jié)構(gòu)圖2、采用“1 -9標(biāo)度法”形成判斷矩陣,如表所示。判斷矩陣的實質(zhì)是一個主觀評判的過程,通過專家對某一層次中的所有元素,以所屬的上一層次中的某元素為準(zhǔn)則進(jìn)行兩兩比較,確定哪一個重要和重要的程度。表 1 -9標(biāo)度法說明相對重要程度ai,j定義解釋1同等重要目標(biāo)i和j同樣重要3略微重要目標(biāo)i比j略微重要5相當(dāng)重要目標(biāo)i比j重要7明顯重要目標(biāo)i比j明顯重要9絕對重要目

6、標(biāo)i比j絕對重要2,4,6,8介于兩相鄰重要程度間上述兩相鄰判斷的中值倒數(shù)標(biāo)度的相反數(shù)i與j的比較判斷為aij則j與i的比較判斷為1/aij3、檢驗判斷矩陣的一致性。如果比較的因素較多,形成的判斷矩陣不易達(dá)到一致性要求,不符合一致性的判斷矩陣會導(dǎo)致錯誤的決策結(jié)果。因此,要對判斷矩陣的一致性進(jìn)行檢驗。4、通過逐層計算,得到方案層對目標(biāo)層的權(quán)重,比重最大的一個即為待選方案中的最優(yōu)方案。3 層次分析法在電力系統(tǒng)中的研究現(xiàn)狀電力系統(tǒng)的發(fā)、輸、配電等環(huán)節(jié)均存在方案優(yōu)選、體系評估、可行性判斷等問題,需要引入決策方法作為輔助決策手段。上世紀(jì)90年代,層次分析法在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用初見端倪。3.1在發(fā)電側(cè)的應(yīng)用

7、3.1.1發(fā)電技術(shù)中的優(yōu)化綜合評判層次分析法在發(fā)電方式選擇和機(jī)組組合兩個方面均取得了可喜的研究成果。尤其對機(jī)組組合問題的探討為我國電力市場化后的發(fā)電計劃編制提供了借鑒。發(fā)電方式隨著能源動力的發(fā)展逐漸多樣化。但每種技術(shù)均不能綜合兼顧經(jīng)濟(jì)、環(huán)保、社會等多方效益。傳統(tǒng)的僅從經(jīng)濟(jì)角度考慮某種發(fā)電技術(shù)在特定環(huán)境下的優(yōu)越性是有失偏頗的。采用層析分析法考慮投資成本回收、環(huán)保及資源利用、能源結(jié)構(gòu)改善等各項影響指標(biāo),對發(fā)電方式進(jìn)行綜合效益評估,突破了以往單一評價發(fā)電技術(shù)的局限性。機(jī)組組合問題是編制發(fā)電計劃的核心內(nèi)容。引入電力市場競爭機(jī)制后,機(jī)組組合問題的最終目標(biāo)從滿足各種運行約束下使運行費用最低變?yōu)橘忞娰M用最小

8、,且與負(fù)荷需求、發(fā)電成本曲線、不同時段的投標(biāo)/售電價格、啟停費用、不同發(fā)電單元的相關(guān)重要度等因素密切相關(guān)。傳統(tǒng)的優(yōu)化算法如動態(tài)規(guī)劃法、拉格朗日松弛法等在處理上述綜合因素時存在較大的局限性。將t時段的機(jī)組組合問題分為三步處理,第一步綜合考慮t時段的發(fā)電成本、啟停費用等影響因素,采用AHP計算出各機(jī)組單元權(quán)重。第二步進(jìn)行約束條件檢驗。最后將前兩步的結(jié)果作為內(nèi)點法優(yōu)化潮流的輸入值進(jìn)行計算。此方法為我國實現(xiàn)電力市場后的機(jī)組組合問題提供了一種新思路。3.1.2規(guī)劃中的發(fā)電廠選址層次分析法用于發(fā)電廠選址的研究工作開展得比較早,其中對火電廠選址的應(yīng)用較為成功。作為電力規(guī)劃中的一項基本任務(wù),發(fā)電廠的合理選址能

9、夠節(jié)約資金,促進(jìn)地區(qū)發(fā)展,提高用電質(zhì)量及優(yōu)化電力資源調(diào)配等。但廠址的選擇受到諸多經(jīng)濟(jì)、環(huán)境、技術(shù)因素的影響,其中定性因素占很大比重且又難以量化。采用AHP綜合分析上述因素確定廠址方案,但對不確定性因素沒有進(jìn)行處理。將灰色統(tǒng)計決策方法引入AHP中,用以處理某些灰色因素,提高了決策的可靠性。3.1.3電力工程建設(shè)項目評價AHP綜合環(huán)境保護(hù),能源結(jié)構(gòu)合理化,可持續(xù)發(fā)展等影響因素用于電力工程建設(shè)項目的可行性評估,突破了傳統(tǒng)方法僅從經(jīng)濟(jì)效益角度考慮的不合理性。將AHP與德爾菲法相結(jié)合,建立火電廠工程綜合評價模型。德爾菲法的應(yīng)用很好地解決了AHP中個人評判片面性的缺陷。采用AHP對水電工程進(jìn)行綜合評定,應(yīng)

10、用模糊數(shù)學(xué)對單指標(biāo)進(jìn)行評價,避免了由于指標(biāo)的不確定影響決策的可靠性。采用AHP為國際BOT(Build-Operate-Transfer)水電項目建立風(fēng)險評價指標(biāo)體系,此方法已應(yīng)用于實際中,效果良好。3.2在輸配電系統(tǒng)中的應(yīng)用AHP在電網(wǎng)規(guī)劃方案優(yōu)選和變電站選址等輸配電系統(tǒng)中的應(yīng)用是近幾年研究的熱點。由于城鄉(xiāng)生活水平不斷提高,電力需求持續(xù)增加,地區(qū)電網(wǎng)亟待做出相應(yīng)的改造和擴(kuò)建。但滿足技術(shù)可行性的方案眾多,需要綜合考慮特定地區(qū)的環(huán)保、經(jīng)濟(jì)、發(fā)展?jié)摿Φ榷喾N影響因素進(jìn)行方案優(yōu)選。將AHP與關(guān)聯(lián)函數(shù)的優(yōu)度評價法相結(jié)合,考慮了投資費用、系統(tǒng)可靠性等因素進(jìn)行綜合評判。將AHP與模糊數(shù)學(xué)相結(jié)合建立城網(wǎng)改造社

11、會效益評價體系,評價結(jié)果為城網(wǎng)改造項目的可行性研究提供了有力依據(jù)。基于三角模糊數(shù)的模糊AHP,為城市電網(wǎng)規(guī)劃決策綜合評判提供了一種新思路。變電所的選址是電網(wǎng)規(guī)劃中的關(guān)鍵一環(huán),選址工作與負(fù)荷分配、現(xiàn)有電網(wǎng)狀況、線路走廊、所址地形地質(zhì)、防洪、防污、城鄉(xiāng)發(fā)展規(guī)劃30等因素密切相關(guān),給選址增加了難度。將AHP與模糊綜合評判法結(jié)合,對被選所址進(jìn)行綜合評判,為選址提供了科學(xué)依據(jù)。對AHP的研究還主要集中在發(fā)輸電規(guī)劃方面。近幾年,已有學(xué)者把AHP引入到配電系統(tǒng)中,進(jìn)行初步研究。如文獻(xiàn)31采用AHP改善物元模型中的權(quán)值,對電力市場環(huán)境下的配電系統(tǒng)可靠性進(jìn)行評價。該方法具有較強(qiáng)的可靠性和實用性。將配電網(wǎng)故障恢復(fù)

12、涉及的多個目標(biāo)通過AHP轉(zhuǎn)化為一個綜合權(quán)重目標(biāo),使問題的求解得以簡化。3.3在電力負(fù)荷預(yù)測中的應(yīng)用AHP實質(zhì)是一種權(quán)重計算方法。近年來,已有學(xué)者研究采用AHP在綜合各種影響負(fù)荷發(fā)展因素的基礎(chǔ)上,將多種預(yù)測方法取長補(bǔ)短加以組合,用以提高預(yù)測精度。電力負(fù)荷的發(fā)展受到政策調(diào)整、經(jīng)濟(jì)發(fā)展、用電行業(yè)比例調(diào)整等影響。短期負(fù)荷還要受到氣候、日型等敏感因素的影響。這些定性信息難以用計量方法來量化。特別是進(jìn)入電力市場化運營后,影響負(fù)荷發(fā)展的因素增多且存在較大的不確定性,采用只考慮定量信息的預(yù)測方法顯然不能達(dá)到預(yù)測精度的要求。雖然大量學(xué)者結(jié)合影響負(fù)荷的定性因素對預(yù)測方法進(jìn)行改進(jìn),但由于各種方法的運用機(jī)理不同,每種

13、方法往往只能考慮部分因素。因此,采用AHP將各種預(yù)測方法優(yōu)勢互補(bǔ)用于負(fù)荷預(yù)測,具有重大的現(xiàn)實意義。4 AHP在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用前景AHP的優(yōu)勢是將定性與定量影響因素綜合評判,以提高決策的可靠性。在電力系統(tǒng)中,工程項目、廠站、輸配電系統(tǒng)的增容改建,以及由于負(fù)荷發(fā)展和電源建設(shè)的不確定性導(dǎo)致電網(wǎng)方案的多樣性等,憑借經(jīng)驗分析難以得出最佳方案?；贏HP的優(yōu)勢,可采用AHP綜合分析影響決策的各種因素,并結(jié)合德爾菲法幫助規(guī)劃人員判斷。AHP可綜合影響企業(yè)發(fā)展的各種因素進(jìn)行評判,為企業(yè)的生產(chǎn)、營銷等方面找出潛在的問題,因此在經(jīng)濟(jì)領(lǐng)域常被用作企業(yè)診斷。電力系統(tǒng)中也存在電力企業(yè)評估問題。進(jìn)入電力市場化運營后,發(fā)

14、電公司和電網(wǎng)公司作為獨立的經(jīng)濟(jì)運營體參與市場競爭,原有的考核機(jī)制已不適應(yīng)市場環(huán)境下的需求,需要做出相應(yīng)的調(diào)整。用AHP重新制訂電力企業(yè)考核評價體系, 是其在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用前景之一。電力系統(tǒng)中,很多問題的解決要靠多種方法的優(yōu)勢組合。AHP雖然是一種方案優(yōu)選的決策方法,但實質(zhì)是一種權(quán)重計算方法。在解決方法中如關(guān)聯(lián)函數(shù)的優(yōu)度評價法、相關(guān)分析法、物元模型分析法等要求計算權(quán)重時,可考慮采用AHP輔助實現(xiàn)。在負(fù)荷預(yù)測中,可考慮用AHP結(jié)合影響負(fù)荷發(fā)展的多種因素,計算多種預(yù)測方法的權(quán)重,再將各方法按照權(quán)重加以組合,用以提高預(yù)測精度。AHP作為一種權(quán)重計算方法與其他方法的優(yōu)勢互補(bǔ)在電力系統(tǒng)中也將會有很好的應(yīng)用前景。5 結(jié)束語AHP將復(fù)雜的問題層次化,能夠綜合分析處理多種影響因素,是解決多準(zhǔn)則、多目標(biāo)決策問題行之有效的方法。電力系統(tǒng)中存在諸多受定性和定量因素綜合影響的決策問題,將AHP引入其中是一個值得研究的途徑。但是,由于電力行業(yè)有其自身的特殊性,要使AHP在電力行業(yè)中充分地發(fā)揮作用,還需要對影響問題的灰色因素進(jìn)行深入的