CN113610379A - 一种基于ahp-critic的输电线路运行状态综合评估方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于AHP‑CRITIC的输电线路运行状态综合评估方法，包括以下步骤：构建输电线路运行状态指标层次结构模型；构造判别矩阵；一致性校验；计算准则层指标权重；计算评价层指标权重；计算各指标主观权重；建立线路单元状态等级评分标准；计算各指标变异程度；计算各指标的相关系数、信息量、组合权重；计算输电线路运行状态评估结果；本发明充分将AHP法与CRITIC法各自的优点相结合，更加符合客观实际，对于输电线路运行状态评估及预警更具指导意义。

Description

一种基于AHP-CRITIC的输电线路运行状态综合评估方法

技术领域

本发明涉及输配电技术领域，尤其涉及一种基于AHP-CRITIC的输电线路运行状态综合评估方法。

背景技术

输电线路作为电力***中输送电能的重要通道，监测和评估架空输电线路的运行状况，对维持电力***的安全稳定运行至关重要。目前对于输电线路运行状态的评估已经有了相应的行业规范，通过构建输电线路不同的状态量并规定状态等级，根据现场实测数据对各状态量进行打分计算，从而得到评估结果。这种评估方法可行性好、评估结果较为准确，但主观性较强。随着电网规模的不断扩大及其智能化的提高，单纯依靠行业规范，已经无法科学全面地评估输电线路运行状态。

目前，国内外对电力设备以及输电线路运行状态中的单个状态量的评估已经较为成熟。例如南瑞集团有限公司的余鲲，蔡月明，孙建东等人采用BP神经网络对输电线路覆冰状态进行了评估；国网江西省电科院李阳林，况燕军，石大寨等人采用层次分析与熵权法相结合的方法对输电线路杆塔涉鸟故障风险等级进行了评估；北京交通大学陈俊星提出了一种基于数据挖掘技术的电力设备评估方法，对变压器状态、继电保护设备状态进行评估等。这些研究都取得了不错的效果，但是对于输电线路整体运行状态的研究仍然处于初级阶段。林怡与李立浧分别采用德尔菲法与层次分析法对输电线路运行状态指标进行了研究，这两种评估方法都依靠问卷调查与专家打分的方式，具有较强的主观性；邹仁华，王毅超，邓元婧等人采用层次分析法确定指标权重，再通过模糊评价法评估输电线路状态，这样虽然简化了评估过程，但是依旧需要人工参与，无法规避主观因素的影响；昆明理工大学的张函提出了一种基于关联规则方法和贝叶斯网络的输电线路运行状态评估方法并证明了其可行性。由此可见，现阶段对于输电线路整体运行状态的评估研究较少，评估体系不够完善，主要依靠人工参与，具有很强的主观性，评估结果缺乏数据支撑，忽略了数据的客观性。因此，亟需一种客观全面的输电线路运行状态评估方法。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供了一种基于AHP-CRITIC的输电线路运行状态综合评估方法，以提高评估结果的可靠性，保证输电线路的安全性和稳定性。

本发明解决其技术问题是通过以下技术方案实现的：

一种基于AHP-CRITIC的输电线路运行状态综合评估方法，包括以下步骤：

步骤1，构建输电线路运行状态指标层次结构模型，设置输电线路运行状态为目标层，设置输电线路单元为准则层指标，设置各输电线路单元状态量为评价层指标；

步骤2，构造判别矩阵，采用专家打分法两两比较指标相互重要性程度，构造判别矩阵L，矩阵形式为：

式中，L_ij为第i个指标与第j个指标的相对重要程度，且

具体标准参照九分标度法判别表；

步骤3，一致性校验，计算判别矩阵最大特征值λ_max，再分别计算判别矩阵的一致性指标和一致性比率，一致性指标C_I计算公式为：

式中，λ_max为判别矩阵最大特征值，m为该层次内指标数量，C_I为判别矩阵一致性指标；

一致性比率标C_R计算公式为：

式中，C_R为判别矩阵一致性比率，C_I为判别矩阵一致性指标，R_I为随机一致性指标；

步骤4，计算准则层指标权重，准则层指标权重W^(I)计算公式为：

式中，W_i ^(I)表示第i个I级指标的权重，w_i为第i个要素的最大特征向量值；

步骤5，计算评价层指标权重，评价层指标权重W^(II)计算公式为：

式中，W_ij ^(II)表示第i个I级指标下第j个II级指标的权重，w_j为第j个要素的最大特征向量值；

步骤6，计算各指标主观权重，主观权重α计算公式为：

α_ij＝W_i ^(I)×W_ij ^(II)

式中，α_ij表示第i个I级指标下第j个II级指标的全局权重，W_i ^(I)表示第i个I级指标的权重，W_ij ^(II)表示第i个I级指标下第j个II级指标的权重；

步骤7，建立线路单元状态等级评分标准；

步骤8，计算各指标变异程度，变异程度σ计算公式为：

式中，σ_j为标准差，x_i为第j个指标的第i个数，N为x_i的个数，μ为x_i算数平均数；

步骤9，计算各指标的相关系数，相关系数R计算公式为：

式中，N为被评指标数；K为线路数；S为每个被评指标所评等级之和与所有这些和的平均数的离差平方和，

步骤10，计算各指标的信息量，信息量C_j计算公式为：

式中，C_j为第j个指标的信息量，σ_j为标准差，R_ij为相关系数，N为第i个指标的数值个数；

步骤11，计算各指标客观权重，客观权重β计算公式为：

式中，β_j为第j个指标的客观指标权重，C_j为第j个指标的信息量，N为第j个指标的数值个数；

步骤12，计算各指标组合权重，组合权重γ计算公式为：

γ_ij＝δα_ij+(1-δ)β_ij

式中，γ_ij为第i个I级指标下第j个II级指标的组合权重值，α_ij为第i个I级指标下第j个II级指标的主观权重值，β_ij为第i个I级指标下第j个II级指标的客观权重值，0≤δ≤1；

步骤13，计算输电线路运行状态评估结果，评估结果U计算公式为：

式中，U表示输电线路运行状态分值，γ_ij表示第i个I级指标下第j个II级指标的组合权重，N_ij表示第i个I级指标下第j个II级指标的定量数据，m表示I级指标的个数，n表示第i个I级指标下的II级指标个数。

所述步骤3中当C_R＜0.1时，一致性校验通过；

所述步骤3中当C_R＞0.1时，一致性校验不通过，须对判别矩阵进行调整，直至C_R＜0.1；

所述步骤9中m_i为第i个指标的评定结果中有重复等级的个数，n_ij为第i个指标的评定结果中第j个重复等级的相同等级数。

本发明的有益效果是：

(1)本发明运用了AHP—CRITIC结合的输电线路运行状态综合评估方法，该方法充分将AHP法与CRITIC法各自的优点相结合，在保留专家主观意见的同时，可以很好地规避权重失衡的现象，相较于传统的标准规范评估方法，更加符合客观实际，对于输电线路运行状态评估及预警更具指导意义。

(2)本发明可根据现场实际需求增加、减少或修改指标数量，适用于不同地区的输电线路运行状态评估，应用前景广泛。

附图说明

图1为本发明一种基于AHP-CRITIC的输电线路运行状态综合评估方法流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步的详细说明。

如图1所示，一种基于AHP-CRITIC的输电线路运行状态综合评估方法，其包括以下步骤：

步骤1，构建输电线路运行状态指标层次结构模型，设置输电线路运行状态为目标层，设置线路单元为准则层指标(I级指标)，设置各线路单元状态量为评价层指标(II级指标)。

设置输电线路运行状态为目标层，设置基础、杆塔、导地线、绝缘子串、金具、接地装置、附属设施和通道环境等八个线路单元为准则层指标(I级指标)，设置各线路单元状态量为评价层指标(II级指标)。构建的输电线路运行状态评价指标层次结构模型如表4所示；

步骤2，构造判别矩阵，采用专家打分法两两比较指标相互重要性程度，构造判别矩阵L，矩阵形式为：

式中，L_ij为第i个指标与第j个指标的相对重要程度，且

具体标准参照九分标度法判别表，九分标度法判别表如表1所示。

例如根据专家打分结果，参照九分标度法对准则层构造判别矩阵A如下：

步骤3，一致性校验，计算判别矩阵最大特征值λ_max，再分别计算判别矩阵的一致性指标和一致性比率，一致性指标C_I计算公式为：

式中，λ_max为判别矩阵最大特征值，m为该层次内指标数量，C_I为判别矩阵一致性指标；

一致性比率C_R计算公式为：

式中，C_R为判别矩阵一致性比率，C_I为判别矩阵一致性指标，R_I为随机一致性指标，R_I的取值见表2.

所述步骤3中当C_R<0.1时，一致性校验通过；

例如矩阵A的最大特征值λ_max＝8.347，最大特征向量为(0.805 3.018 0.5521.649 1.16 0.376 0.257 0.182)T，根据最大特征值计算一致性指标

根据表2，计算一致性比率

因此一致性校验通过，判别矩阵构造成功。

所述步骤3中当C_R＞0.1时，一致性校验不通过，须对判别矩阵进行调整，直至C_R<0.1；

例如矩阵A的最大特征值λ_max＝9.05，最大特征向量为(0.805 3.018 0.552 1.6491.16 0.376 0.257 0.182)T，根据最大特征值计算一致性指标

根据表2，计算一致性比率

因此一致性校验不通过，判别矩阵构造失败，须对判别矩阵进行调整，直至C_R<0.1。

步骤4，计算准则层指标权重，准则层指标权重W^(I)计算公式为：

式中，W_i ^(I)表示第i个I级指标的权重，w_i为第i个要素的最大特征向量值。

例如矩阵A最大特征向量为(0.805 3.018 0.552 1.649 1.16 0.376 0.2570.182)T，则准则层指标T₅权重为：

步骤5，计算评价层指标权重，评价层指标权重W^(II)计算公式为：

式中，W_ij ^(II)表示第i个I级指标下第j个II级指标的权重，w_j为第j个要素的最大特征向量值。

例如准则层指标金具T₅的判别矩阵B为：

矩阵B的最大特征值λ_max＝12.359，最大特征向量为(1.786 1.786 1.786 1.7861.786 1.022 0.438 0.438 0.438 0.438 0.148 0.148)T，则评价层指标T₅₁权重为：

步骤6，计算各指标主观权重，主权权重α计算公式为：

α_ij＝W_i ^(I)×W_ij ^(II)

式中，α_ij表示第i个I级指标下第j个II级指标的全局权重，W_i ^(I)表示第i个I级指标的权重，W_ij ^(II)表示第i个I级指标下第j个II级指标的权重。

例如金具评价层指标T₅₁主观权重为：

α₅₁＝W₅ ^(I)×W₅₁ ^(II)＝0.145×0.149＝0.022

步骤7，建立线路单元状态等级评分标准，评分标准如表3所示；

例如现有6条线路的金具状态，各线路所得分值如表5所示。

步骤8，计算各指标变异程度，变异程度σ计算公式为：

式中，σ_j为标准差，x_i为第j个指标的第i个数，N为x_i的个数，μ为x_i算数平均数。

例如6条线路中有2条线路金具评价层指标T₅₂出现异常，异常状态分值分别为3、3，另4条线路金具评价层指标T₅₂无异常，状态分值分别为5、5、5、5，则指标T₅₂的变异程度为：

步骤9，计算各指标的相关系数，相关系数R计算公式为：

式中，N为被评指标数；K为线路数；S为每个被评指标所评等级之和与所有这些和的平均数的离差平方和，

所述步骤9中m_i为第i个指标的评定结果中有重复等级的个数，n_ij为第i个指标的评定结果中第j个重复等级的相同等级数。

步骤10，计算各指标的信息量，信息量C_j计算公式为：

式中，C_j为第j个指标的信息量，σ_j为标准差，R_ij为相关系数，N为第i个指标的数值个数。

步骤11，计算各指标客观权重，客观权重β计算公式为：

式中，β_j为第j个指标的客观指标权重，C_j为第j个指标的信息量，N为第j个指标的数值个数。

例如C₁＝2，C₂＝5，C₃＝6，则β₁＝2/(2+5+6)＝0.154。

步骤12，计算各指标组合权重，组合权重γ计算公式为：

γ_ij＝δα_ij+(1-δ)β_ij

式中，γ_ij为第i个I级指标下第j个II级指标的组合权重值，α_ij为第i个I级指标下第j个II级指标的主观权重值，β_ij为第i个I级指标下第j个II级指标的客观权重值，0≤δ≤1。

例如，α₅₁＝0.2，β₅₁＝0.154，δ根据实际情况取值为0.7，则γ₅₁＝0.7×0.2+(1-0.7)×0.15＝40.186。

步骤13，计算输电线路运行状态评估结果，评估结果U计算公式为：

式中，U表示输电线路运行状态分值，γ_ij表示第i个I级指标下第j个II级指标的组合权重，N_ij表示第i个I级指标下第j个II级指标的定量数据，m表示I级指标的个数，n表示第i个I级指标下的II级指标个数。

例如仅有1个I级指标即m＝1，该指标下有3个II级指标即n＝3，各II级指标组合权重分别为γ₁₁＝0.1862，γ₁₂＝0.651，γ₁₃＝0.1628，各II级指标定量数据分别为N₁₁＝13，N₁₂＝22，N₁₃＝16，则该输电线路运行状态为

表1九分标度法判别表

判别标度	含义
		＝1/9	要素i与要素j相比，极其不重要
＝1/7	要素i与要素j相比，非常不重要
		＝1/5	要素i与要素j相比，很不重要
＝1/3	要素i与要素j相比，比较不重要
		＝1	要素i与要素j相比，一样重要
＝3	要素i与要素j相比，比较重要
		＝5	要素i与要素j相比，很重要
＝7	要素i与要素j相比，非常重要
		＝9	要素i与要素j相比，极其重要
2,4,6,8	上述两相邻判断的中值

表2 R_I取值表

m	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12
													R<sub>I</sub>	0	0	0.52	0.89	1.12	1.26	1.36	1.41	1.46	1.49	1.52	1.54

表3线路单元状态等级评分标准

线路单元状态等级	分值
		正常状态Ⅰ	5
一般状态Ⅱ	4
		注意状态Ⅲ	3
异常状态Ⅳ	2
		严重状态Ⅴ	1

表4输电线路运行状态评价指标层次结构模型

表5各线路所得分值

Claims (3)

1.一种基于AHP-CRITIC的输电线路运行状态综合评估方法，其特征是，包括以下步骤：

步骤1，构建输电线路运行状态指标层次结构模型，设置输电线路运行状态为目标层，设置输电线路单元为准则层指标，设置各输电线路单元状态量为评价层指标；

步骤2，构造判别矩阵，采用专家打分法两两比较指标相互重要性程度，构造判别矩阵L，矩阵形式为：

式中，L_ij为第i个指标与第j个指标的相对重要程度，且

具体标准参照九分标度法判别表；

步骤3，一致性校验，计算判别矩阵最大特征值λ_max，再分别计算判别矩阵的一致性指标和一致性比率，一致性指标C_I计算公式为：

式中，λ_max为判别矩阵最大特征值，m为该层次内指标数量，C_I为判别矩阵一致性指标；

一致性比率标C_R计算公式为：

式中，C_R为判别矩阵一致性比率，C_I为判别矩阵一致性指标，R_I为随机一致性指标；

步骤4，计算准则层指标权重，准则层指标权重W^(I)计算公式为：

式中，W_i ^(I)表示第i个I级指标的权重，w_i为第i个要素的最大特征向量值；

步骤5，计算评价层指标权重，评价层指标权重W^(II)计算公式为：

式中，W_ij ^(II)表示第i个I级指标下第j个II级指标的权重，w_j为第j个要素的最大特征向量值；

步骤6，计算各指标主观权重，主观权重α计算公式为：

α_ij＝W_i ^(I)×W_ij ^(II)

式中，α_ij表示第i个I级指标下第j个II级指标的全局权重，W_i ^(I)表示第i个I级指标的权重，W_ij ^(II)表示第i个I级指标下第j个II级指标的权重；

步骤7，建立线路单元状态等级评分标准；

步骤8，计算各指标变异程度，变异程度σ计算公式为：

式中，σ_j为标准差，x_i为第j个指标的第i个数，N为x_i的个数，μ为x_i算数平均数；

步骤9，计算各指标的相关系数，相关系数R计算公式为：

式中，N为被评指标数；K为线路数；S为每个被评指标所评等级之和与所有这些和的平均数的离差平方和，

步骤10，计算各指标的信息量，信息量C_j计算公式为：

式中，C_j为第j个指标的信息量，σ_j为标准差，R_ij为相关系数，N为第i个指标的数值个数；

步骤11，计算各指标客观权重，客观权重β计算公式为：

式中，β_j为第j个指标的客观指标权重，C_j为第j个指标的信息量，N为第j个指标的数值个数；

步骤12，计算各指标组合权重，组合权重γ计算公式为：

γ_ij＝δα_ij+(1-δ)β_ij

式中，γ_ij为第i个I级指标下第j个II级指标的组合权重值，α_ij为第i个I级指标下第j个II级指标的主观权重值，β_ij为第i个I级指标下第j个II级指标的客观权重值，0≤δ≤1；

步骤13，计算输电线路运行状态评估结果，评估结果U计算公式为：

式中，U表示输电线路运行状态分值，γ_ij表示第i个I级指标下第j个II级指标的组合权重，N_ij表示第i个I级指标下第j个II级指标的定量数据，m表示I级指标的个数，n表示第i个I级指标下的II级指标个数。

2.根据权利要求1所述的一种基于AHP-CRITIC的输电线路运行状态综合评估方法，其特征是所述步骤3中当C_R＜0.1时，一致性校验通过；

所述步骤3中当C_R＞0.1时，一致性校验不通过，须对判别矩阵进行调整，直至C_R＜0.1。

3.根据权利要求1所述的一种基于AHP-CRITIC的输电线路运行状态综合评估方法，其特征是所述步骤9中m_i为第i个指标的评定结果中有重复等级的个数，n_ij为第i个指标的评定结果中第j个重复等级的相同等级数。

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