毕业论文-电网设备能效监测与评估

湖南大学毕业设计第页毕业设计论文题目：电网设备能效监测与评估 学生姓名：学生学号： 专业班级： 电气工程及其自动化八班学院名称： 电气与信息工程学院指导老师： 学院院长： 2015年5月日摘要电能在现代社会生产生活中扮演着极为重要的角色，是衡量一个国家综合国力的重要标准之一。然而我国电能使用效率一直处于比较低的状态，电力能源浪费极其严重。因此电网设备节能便成为了我国全面推进生态文明建设工作中的一个重要环节。其中电网设备的节能工作更是重中之重。因此，本文就针对电网设备能效的监测与评估方面的工作做出了研究分析。论文首先对我国能源消耗利用现状，尤其是电能方面进行了介绍，并分析了电网设备能效监测与评估研究工作的现状。随后对常见电网设备，即电力线路和变压器的能耗机理进行了分析，并根据能效评估指标体系建立的原则，给出了电网设备的递阶层次的能效指标体系框架，然后分析了一般常用的评估方法，分别指出了他们的可取之处以及存在的不足之处。然后本文构建了一个电网设备能效监测系统平台，并介绍了其硬件构成。以便获取电网设备可信、准确、实时稳定的用电数据。本文利用的是一种复合型的评估方法：首先结合层次分析法的求出指标主观权重，再将主客观权重结合给指标赋权；利用灰色关联法求解指标的模糊隶属度；最后则利用模糊评价法对电网设备的能效进行评估。论文的最后通过几个算例分析验证了该方法的有效性。关键词：电网设备；能效评估；层次分析法；模糊综合评价法AbstractElectricityproductioninmodernsocietyplaysacriticalroleinlife,isameasureofacountry'scomprehensivenationalstrengthandisoneoftheimportantstandard.However,ourcountryhavebeenisinastateoflowpowerefficiency,electricenergywasteisveryserious.Sogridenergyconservationbecameourcountrycomprehensivelypromoteaveryimportantpartintheworkoftheconstructionofecologicalcivilization.GridoftheenergyconservationworkisParamount.Therefore,inthispaper,themonitoringandevaluationofpowergridequipmentenergyefficiencyworkhasmadetheresearchandanalysis.Paperfirstofall,thecurrentsituationoftheenergyconsumptionandutilizationofourcountry,especiallyelectricityareintroduced,andanalyzedthepowerequipmentmonitoringandevaluationofthecurrentsituationoftheresearchworkofenergyefficiency.Thenthecommongridequipment,namely,powerlinesandtheenergyconsumptionmechanismoftransformerisanalyzed,andbasedontheprincipleofenergyefficiencyassessmentindexsystemestablished,theefficiencyofgridequipmenthasbeengivenclasstimesindexsystemframework,andthenanalyzestheevaluationmethodsusuallyused,respectively,pointedouttheirmeritexistingshortcomings.Thenthispaperbuildsanetworkequipmentmonitoringsystemplatformofenergyefficiency,andintroducesitshardwarestructure.Inordertoobtainthepowerofthepowergridequipmentreliable,accurateandreal-timedata.Inthispaperisakindofcompositeevaluationmethod:firstofall,combinedwithanalytichierarchyprocessofsubjectiveweightsarecalculated,thencombinesthesubjectiveandobjectiveweightstoweighting;USESthemethodofgreycorrelationindexoffuzzymembershipdegree;Finally,usingfuzzyevaluationmethodtoevaluatetheefficiencyofgridequipment.Theendofthepaperbyanalyzingseveralnumericalexamplesverifytheeffectivenessoftheproposedmethod.Keywords：gridequipment；energyefficiencymonitoring；energyefficiencyassessment；AHP；FCE目录第1章绪论 71.1研究背景 71.1.1我国能源现状分析 71.1.2我国电力能源现状分析 81.2电网设备能效评估的研究现状 101.2.1电网设备能效研究的现状 101.2.2评估方法的研究 111.3本文的研究工作 12第2章电网设备的能效机理分析及量化模型 152.1电网设备的能耗机理分析 152.1.1电力线路的能耗机理分析 152.1.2变压器的能耗机理分析 172.2本章小结 20第3章电网设备能效检测平台的构建 213.1主站结构 213.2通信结构 213.3采集结构 213.4本章小结 21第4章电网设备能效评估方法 224.1评估指标体系的建立与常用的评估的方法 224.1.1评估指标体系的建立 224.1.2常见评估方法分析 254.2电网设备能效的评估 324.2.1电网设备能效指标体系的建立 324.2.2基于改进的层次分析法与模糊综合评估方法 354.2.3电网设备能效评估流程 404.3本章小结 41第5章算例分析 42结论与展望 43参考文献 44致谢 45第1章绪论1.1研究背景1.1.1我国能源现状分析能源，是指自然界提供给人类所需要的的某种特定形态和形式的能量，是人类赖以生存与发展的重要物质基础。同时它也是衡量一个国家或地区发展情况的重要指标。能源问题事关国家现代化建设和我国全面建成小康社会的大局，深刻认识当前我国的能源形势，对于进一步做好能源计划管理和节约用能工作有着很大的意义。首先就能源探明总储量来说，我国煤炭资源已累计探明储量9000亿，约占世界已探明储量的1/6，仅次于独联体和美国，居世界第3位。近几年年开采量均超过10亿t，居世界第一位，即其总量仅够开采几百年；石油储量约为940亿t（天然气储量为40万亿m³），居世界第六位，近几年年开采量均为1.6亿t,居世界第五位，即其总量可开采500余年；截止2014年底，我国发电装机容量136019万kW，其年发电量约为5.8亿kW·h，均居世界第一位。其次，就能源的人均拥有量来说，我国的矿产资源储量潜在总值为16.56万亿美元，居世界第三位，但人均矿产储量潜在总值为1.51万美元，只有世界平均水平的58%，排世界第53位，而且人均资源数量和资源生态质量仍在继续下降和恶化。其三，就能源利用的效率来说，日本达57%。美国达51%，西欧主要国家达43%，而我国仅为30%；我国主要工业产品单位能源小号，比世界工业发达国家平均高40%；也就是说，我国每消耗1t标准煤所创造的国民生产总值，只有发达国家的1/2～1/4。随着煤炭、石油、天然气等化石能源的枯竭及我国城市化、工业化进程的加速，能源消耗日益严重，尽管人类已经开始使用新型能源，如太阳能、水能、风能等可再生能源，但不可再生能源依然是日常生产中所需能量的主要来源，由此可知环境污染和能源短缺问题日渐严重，已成为制约我国社会和经济发展的重大难题。这些情况表明，我国能源消耗高、浪费大，节约能源的潜力也非常巨大。同时也意味着，如果我们不注意节约能源，到一定历史时期，我国能源将会比很多国家首先枯竭。根据我国严峻的能源形势和实际国情，为了保障能源供应，以实现经济的可持续发展，政府高度重视节能工作，把节能作为国家发展的重中之重。1998年国家颁发了《节约能源法》确立了节能工作在我国经济发展中的地位。在此之后每年都会制定一系列的政策法规加大节能工作力度。根据国家最新颁布的《工业节能十二五规划》的要求，2015年之前，钢铁、化工、有色金属、石化、纺织、建材、轻工、电子信息、机械等行业的单位工业增加值能耗较2010年下降18%、18%、18%、20%、20%、22%、20%、18%、20%。在“十二五”规划以工业节能为核心，大力推荐生态文明建设大背景下，节能减排工作被提升到了战略的高度，同时国家给出了各产业节能改革的方向，确定了一批高能耗行业的能耗指标、都有助于缓解我国当前经济的发展与能源及环境之间日益尖锐的矛盾。党的十八大也首次将生态文明建设与经济建设、政治建设、文化建设、社会建设并列，我们应认真学习、深刻领会国家这一战略方针，提高全民族和子孙后代节能意识，千方百计、持久地做好节能工作。1.1.2我国电力能源现状分析电能，是指电以各种形式做功的能力。是现代社会大量应用的一种能源形式，和人民的日常生活息息相关。电能被广泛应用在动力、照明、冶金、化学、纺织、通信、广播等各个领域，是科学技术发展、国民经济飞跃的主要动力。随着我国人民生活水平的提高与用电设备的普及，我国的电力产业迅猛发展，用电量急剧增加，所以电能损耗也大幅度增加。目前我国主要发电方式依然是火力发电，其主要原料是煤炭、石油或天然气，它们均是不可再生资源，同时在生产过程中会产生大量硫化物、氮化物与二氧化碳等，这些气体被直接排放到大气中，造成极其严重的污染。同时，发电生产所耗用的原煤量占了全国煤炭消耗量的50%；可见，电力行业对于中国生态文明建设具有重要意义。国家近年来也开始高度重视电力节能，并且将其作为国家节能战略的重要部分，是节能产业的重点发展部分。而近年来，我国电网设备的电能损耗也越来越高，国家也将提高电网能效列为了目前节能工作的重点，是实现可持续发展的重要环节。电力系统中各种电压的变电所及输配电线路组成的整体，称为电力网，简称电网。它包含变电、输电、配电三个单元。电力网的任务是输送与分配电能，改变电压。根据相关部门推算：从发电、供电，一直到用电的这一过程，电力系统中的各电气设备（包括发电机、输电线路、变压器、电动机等）全部的电能消耗占发电量的28%～33%，如图1.1。因此整个电力系统损耗的能量是非常巨大的，而且降损潜力较大，做好电力系统的降损工作，尤其是电网设备的降损工作具有非常突出的战略意义。图1.1电力系统各环节损耗图电网企业从事对国民经济发展有着重大影响的基础性产业、上至发电行业，下至用电行业都有着引导作用。电网企业是电力生产者与消费者之间的纽带，因此建设智能、可靠、高效、节能的绿色电网，引导电力上下游企业降低损耗的作用重大、责无旁贷。电网企业在降低损耗中主要发挥三大作用：（1）大力配合政府推动的能源供应体系向低碳方向发展，提高电网的资源优化配置能力。（2）深化加强绿色行动，促进电能在客户端的合理高效利用。（3）强化企业，精益化管理，带头做好企业自身经营中的降低损耗和低碳生活。 1.2电网设备能效评估的研究现状1.2.1电网设备能效研究的现状电力节能在我国节能减排工作中有着举足轻重的作用。它不但能缓解能源供需的紧张局势，还能有效地促进经济发展，并且节能工作可以带来非常可观经济利益。电网的节能在电力市场化，电网节能具有极大的意义。2000年3月，为了提高能效，促进电能，加强节能管理的合理利用，改善能源结构，保障经济可持续发展，国家发布了《节约用电管理办法》，明确要求电力用户须积极采取经济合理、环境允许、技术可行的节电措施，制定降耗目标和节电规划，以做好节电工作。电网设备的能效分析主要是分析电网设备的能耗情况。对电网设备的能效分析主要是对电网配电变压器、输电线路等的能耗情况和电能质量进行研究分析，通过建立科学的评估办法，对电网设备的能效水平进行评估，使电网可以充分挖掘自身的节能潜能，针对电网设备能效薄弱环节与不足之处提供方向和参考性地建议，更好地推进电网行业节能减排工作。1.2.2评估方法的研究对电网设备的能效进行分析，首要的是建立合理的评估指标体系，评估指标体系是评估分析的基础。由于在建立指标体系时难免难以避免指标全面性不足，结构不太合理的情况，因此对建立的指标体系需进行筛选。筛选指标体系主要有定性和定量两个方法。目前定量指标的主要筛选方法有极大不相关法、信息熵法、聚类分析法、变异系数法、灰色关联法等；定性指标的筛选方法主要是将定性指标量化。其次就是指标权重的确定。指标权重即为该指标在整体评估中的相对重要程度。指标权重主要分为主观权重以及客观权重。主观权重主要是评估专家根据的自身经验判断而得到指标的权重。主观权重常用的赋值方法有Delphi法、CRITIC法、层次分析法等。由于主观赋权的方法与专家的主观经验和判断有很大的联系，而对指标的客观情况考虑不足，使权重确定具有了主观不确定性。相比主观赋权方式，客观赋权方式起步较晚。客观权重主要由各指标原始数据之间的差异程度来确定。主要的客观赋权方法有变异系数法、熵值法、主多目标规划法、成分分析法等。客观权重的确定对于数学理论的依靠性很强，然而却没有考虑评判者对于待评估事物的主观想法，所以往往会造成评估结果的误差。故结合主客观两种赋权方式的优点，发展出了主客观综合赋权的方式，依靠引入折中系数，将主观权重和客观权重线性组合起来从而得出最终的权重。最后是确定评估方法。利用多个指标通过特定的数学函数得出一个评价值以反映待评估事物整体情况。评估方法需要根据待评估事物的情况来选取适当的综合评估方法。目前常用的综合评估方法大致有：1.专家评价法：主特点是充分发挥评估专家自身知识、信息和经验，但这种方法耗时间、人力、物力太多，结并且评估结果对专家的主观依赖性太强，具有较高的随机性，合理性与准确性不高；2.数学理论法：如模糊评价法，该方法将模糊的事物作量化处理，从而解决各种具有不确定性因素的问题；3.基于新的评估理论基础的方法：如工神经网络法、人灰色综合评估法等；1.3本文的研究工作我国的电能利用率一直就比较低。因此电力节能是我国全面推进生态文明建设的重点工作之一，而电网设备的损耗较严重，在节能工作方面的提升空间很大。因此电网设备节能便成为了我国实现可持续发展的重要组成部分。对电网设备进行能效分析，可以对电网的能耗情况进行深入的了解，而后便可以针对性的对电网的能效薄弱环节与不足之处进行改进，推动电网行业的能效工作。因此本文的主要研究工作如下：第二章论述了电网中线路与变压器的能耗机理以及影响线路损耗和变压器损耗的因素，并且给出了它们的能耗模型。第三章则建立一个电网设备能效监测平台，并介绍了其硬件组成，为评估工作的数据获取奠定了基础第四章则先分析了建立评估指标体系的原则，并针对本课题提出了递阶分级的能效指标体系结构。随后介绍了一些常见的评估办法，并指出了这些评估办法的优点与不足。结合以上结论，本文利用的是改进后的层次分析法来计算得出指标的主观权重，同时提出了结合主客观权重的赋权方式。由于常用的模糊隶属函数模型的不足之处，本文运用的是灰色关联分析法求出指标的模糊隶属度，然后结合模糊综合评价法，对电网设备能效进行评估分析。第五章利用以上提出的评估方法，做出了一个案例分析以论证其评估效果。第2章电网设备的能效机理分析及量化模型电能在电网中通过输电线路、变压器等电网设备传输的过程中，会产生大量有功以及无功损耗。其中线路损耗、变压器损耗是电网设备电能损耗主要来源，而本文主要就这两个方面进行研究分析。2.1电网设备的能耗机理分析2.1.1电力线路的能耗机理分析输电线路的参数有四个：电阻r、电抗x、电导g和电纳b。对于不同长度和电压等级的线路通常采用不同的等值电路模型。一般小于100km的电缆线路或者100～300km架空线路，其电压等级通常为110～220kV，由于电导g影响较小，可以忽略不计。故可用Ⅱ型等值电路等效，如图2.1(a)。而对10kV及以下等级的电缆线路以及35kV及以下等级的架空电力线路，因为电压等级较低，且线路长度较短，故可以忽略对地电容所产生电纳b的影响，故可以采用简化的Ⅱ型等值电路模型等效，如图2.1(b)。在传输功率的过程中，电力线路自身会产生与其物理参数相关的损耗。在负载状态下线路电阻产生有功功率损耗，电抗产生无功功率损耗，而在空载状态下线路的电导电纳分别产生有功功率损耗和无功功率损耗。而通常在空载状态下，电力线路由电导和电纳所产生的有功及无功功率损耗可以忽略不计，因此通常在应用中我们只考虑线路电阻与电抗产生的有功功率损耗以及无功功率损耗。负载情况下的有功功率损耗ΔP(kW)和无功功率损耗ΔQ(kvar)的计算公式如下：ΔpI=SS2ΔP=3S3U2R×10ΔQ=3S3U2X×10-其中:S为通过的视在功率,MVA；P为通过的有功功率,MW；Q为通过的无功功率,Mvar；U为线电压,kV；R为每相的电阻；X为每相的电抗。功率传输时。线路的有功损耗和无功损耗会使电网的有功损耗与无功损耗增加。为了计算出电力线路的综合功率损耗ΔPZ(kW)，这里引入无功功率经济当量KQ，与有功功率经济当量KP。KQ即为是对无功功率进行补偿之后，相当于减少多少有功功率，可以通过查表得出。KP=KΔPZ=ΔP+K2.1.2变压器的能耗机理分析变压器损耗同样主要包括空载损耗和负载损耗两种，即通常所称的铁损与铜损。如图2.2。由于铁损失空载损耗，故其与负载的大小与性质无关，可称之固定损耗。铜损则会受负载的大小与性质影响，故称之为可变损耗。在交变磁场的作用下，由于铁心中的磁畴周期性旋转而导致的铁心发热所产生的损耗称为磁滞损耗，其大小可由磁滞回线得出；而涡流损耗是由铁心中的感生电流引起的热能损耗，其大小与铁心电阻成反比；附加铁损包括主磁通在变压器部件中产生的涡流损耗与变压器的介质损耗等，由于附加损耗变化范围较大，不易计算，故通常取铁损的15％～20％。基本铜损Pr是变压器绕组中直流电阻所产生的损耗，其大小正比于电流的平方；附加铜损是由漏磁场引起的集肤效应而增加的铜损、在元件处引起的涡流损耗等。下面详细介绍双绕组变压器与三绕组变压器损耗的计算。(1)双绕组变压器的功率损耗计算双绕组变压器的等值电路时通常把励磁支路等效至电源侧，从而将变压器一次绕则和二次绕组的阻抗折算至一起，如图2.3。图中的电阻、电抗、电导及电纳的值可以从变压器铭牌给出的参数计算得出。其有功功率损耗ΔPT(kW)和无功功率损耗ΔQT(kvarΔPT=P0UΔQT=I0其中：P0为变压器的空载损耗，PSN为变压器的额定容量；β为负载系数，且β=I1/Upj为变压器平均运行电压，UI0％为变压器的空载电流百分值，Uk％双绕组变压器的有功功率和无功功率的消耗同样会导致电网有功功率损耗的增加，增加的损耗同变压器自身的有功功率损耗和无功功率损耗一起被称为变压器的综合功率损耗ΔPZ(kW)，其计算公式如下ΔPZ=ΔP类似于线路综合功率损耗的计算，KQ为无功功率经济当量，可以通过查表得出KP为有功功率经济当量，并且K(2)三绕组变压器的功率损耗计算三绕组变压器一般用星形等值电路等效，采同时将励磁支路前移。各个支路阻抗为各个绕组折算后的等值阻抗，如图2.4。图中的电阻、电抗、电导及电纳的值可以从变压器铭牌给出的参数计算得出。其有功功率损耗ΔPT(kW)和无功功率损耗ΔQT(kvar)ΔPT=P0ΔQT=I0%100UpjUfj其中：βi(i=1,2,3)为变压器绕组侧的负载系数，βi=Ii/IN；Upj、Ufj分别为变压器平均运行电压和变压器的分接头电压；SN为变压器的额定容量；I0%、UKi％(f=1,2,3)分别为变压器的空载电流百分值和变压器各绕组的短路电压百分值；2.2本章小结本章对主要的电网产生主要损耗的设备即电力线路与变压器的能耗机理与影响线路损耗和变压器损耗的因素进行了研究分析，为下一章对电网设备能效分析指标体系的建立奠定了基础。第3章电网设备能效监测平台的构建电能在运送途中，会流经各类电网设备，其过程较为复杂。因此为了对其进行合理的能效评估，就必须要能获取可靠、准确、稳定的能效数据。为此本文构建了一套完整的电网设备能效监测系统。该系统主要由三个方面组成：主站结构、通信结构、采集结构。下面依次对其进行介绍。3.1主站结构主站结构主要负责对数据的处理与存储，计划采用体积较小，安放位置灵活的低功耗产品。3.2通信结构通信结构负责主站结构与采集结构之间的通信工作。由采集结构的计量电表测得数据后，将其传递给采集器，经过采集器处理之后传输给主站结构，并显示在人机交互界面。3.3采集结构采集结构由电子式计量电表与采集终端构成，需选用稳定可靠准确的电表与采集精度高的终端。3.4本章小结电网设备能效数据采集是对电网设备进行能效评估至关重要的一个环节，只有获取了稳定可靠准确的能效数据，后期的评估工作才具有意义。本文采取的三结构检测平台，基本上可以保证后续评估工作的顺利进行。第4章电网设备能效评估方法本章在上一章对电网中电力线路与变压器的能耗机理分析的基础上，在指标体系的建立原则下，建立了电网设备能效指标体系。然后介绍了常用的几种评估方法，并结合它们的不足提出了一种改进的层次分析与模糊综合评价的评估方法。主要步骤是先运用综合赋权的方式求得各指标的客观权重，再运用改进后的层次分析法求解指标的主观权重，同时采用灰色关联分析方法求模糊隶属度。最后将指标权重与模糊隶属度矩阵按一定的模糊算子进行运算得到最终的综合评价结果，从而得出电网设备能效的水平。4.1评估指标体系的建立与常用的评估的方法4.1.1评估指标体系的建立指标是用以描述系统的一种度量。一般来说一个指标一般反映事物的一个方面，由多个指标结合在一起的多指标系统可以更加全面准确地反映一个整体的情况。因此指标体系的选取和建立作为对待评估事物进行评估的前提和根本基础更显得尤其重要，是有效评估的关键。为了对多个因素的系统进行评估，必须建立一个合理的评估指标体系，将大量互相影响、互相制约的因素层次化。虽然我们需要从多个角度去啊你按的对待评估事物进行分析研究。但并不意味着指标的个数越多越好，某些指标不但不能提高评估的准确性，反而可能会对评估结果产生负面影响。因此我们在选取指标和构建指标体系的应根据以下原则进行：1.系统性原则：构建的指标体系应能完整全面地反映待评估系统的特性与本质，指标体能的评估能力要大于单个指标的评估能力的简单相加。同时指标之间应结构合理、层次清晰、协调一致。同时要注意把握关键因素以确保评估体系的可靠性。2.一致性原则：指标的选取应与评估目标具有一致性，构建的指标体系应与评估内容密切相关，不选取与评估事物或评估内容无关的指标，所选的指标要能要对于评估结果须具有直接或间接效果。选取的指标须具有一致性。不得出现两两矛盾的现象，否则会造成评估过程混乱，评估结果错误的情况。3.可测性原则：评估指标实质上是待评估事物的具体化，因此其内容应具有可测性与易测性。同时，指标须含义明确，符合客观实际，数据来源可靠稳定。4.可比性原则：被选取的各项指标之间应相互独立，不存在重叠，无因果关系，各项指标应能从不同方面反映待评估事物的具体情况。同时指标与指标之间应具有明前的差异性与可比性。并且评估标准也应具有可比性。故根据以上原则，评估指标选取时要注意能够全面反映待评估事物的整体情况，同时也要考虑到指标的有效性，采集与计算数据数据的与可行性等，争取做到不漏掉任何一个重要指标同时也不选取任何一个无用指标。指标体系的建立实质上是对待评估事物的一次系统分析的过程，其主要流程包括，指标体系的初构建、指标的筛选、指标体系的优化等步骤，其流程图如图3.1。图3.1指标体系建立流程图指标体系的建立是指根据待评估事物的实际情况选取适当的全面的指标，并由决策者和评价者确定指标体系的构架。对每一个单项指标都应该确定其评估目的，并确定其计算内容和计算方法以及评估标准等。同时因为初建立指标体系在大都仅仅是一些相关的指标集合，不具有条理性、层次性，因此还须对初建立的指标体系进行进一步的筛选。首先是检验单个指标，检验其数值的可获取性，计算内容与计算范围的合理性。确立了单个指标之后就需对整个指标体系进行检验。指标体系作为一个整体，应具有整体必要性、整体齐备性与一致协调性。最后则是优化指标体系结构，其应具有功能聚合度高，深度出度合理的特点。同时整个指标体系应符合指标体系建立的原则，不符合时则应根据原则继续对其进行优化4.1.2常见评估方法分析针对多属性或受多因素影响的系统的常用评估方法主要有有：Delphi方法、层次分析法、模糊综合评估方法等，下面对其进行大致的介绍。1.Delphi方法Delphi方法主要特点是可以综合评估专家的经验、知识与信息，因此又被称为专家打分法。在各专家互不知道对方的情况下向其进行咨询。评估专家在对待评估系统进行调查之后，依据个人经验对其进行定性分析，然后对其作定量处理。该过程须重复多次，最后对多次咨询的结果运用统计学方法进行，以对专家意见实现定量分析。具体步骤见下：①据待评估事物的具体实际情况并结合咨询专家对评估指标给出的打分结果确定待评估事物的原始指标权重A。A=aij其中：aij代表第i位专家对第j个指标权重给出的分值：m代表专家总数；n代表②依据①求得的原始权重，用算术平均值作为其集中意见，如下aj=1mi=1maij其中：aj代表第j个指标的③每个专家对待待评估事物会不不同的评价，用pij表示不同专家对同一指标评价的分歧程度。计算公式见pij=|aij-aj|，j=1,2，④故可得新指标权重wj=其中：b⑤将新指标权重归一化处理得wj=wjwj便是基于Delphi赋权方法所得权重。Delphi方法具有发挥评估专家的主观能动性，2.层次分析法层次分析法(AHP)是对将定性的问题定量化分析的一种方法，具有灵活、简便且实用的特点。通过将多因素系统的各个因素层次化、条理化，再根据它们之间的联系，构成一个多层次的系统。最后对该多层次系统进行研究分析，得到指标的权重。层次分析法的步骤如下：①根据待评估系统的特点与评估目标构架一个层次化的指标体系。通常分为三个层次：第一层是目标层，指明评估目标；第二层是达成目标的决策和方案，进一步可划分为策略层、约束层；最后一层为没有指标的方案层。②建立了递阶层次结构指标体系后，逐层建立两两比较判断矩阵，将专家给出的判断量化后再进行比较，一般利用互反性1～9标度来表示指标间相对重要性，并建立判断矩阵。将同一层级的n个指标a1，a2，⋯，an与其它的指标进行n-1次比较，用aij表示第i个指标与第j个指标比较的结果，aA=aijn×其中：aij>0，aji=1aij，③由于评估专家主观判断的随机性于指标体系的复杂性，往往会在两两比较时出现判断不一致的情况，会影响判断的可信度，这时就需要对判断矩阵进行矫正或者重新构建。一般采用CR(随机一致性指标)表示矩阵的一致性程度。步骤如下：(1)计算得出判断矩阵最大特征根λ(2)计算一致性指标CICI=λmax-nn-1(3)用CR来表示判断矩阵的一致性，并且CR的值与一致性程度成反比，即CR的值越小，则判断矩阵的一致性越好，若CR<0.1时，则认为判断矩阵符合一致性的要求。否则就需要对判断矩阵进行修正或重新建立。其计算公式见CR=CIRI其中，RI为与矩阵阶数对应的一致性指标值，可由表3.2得。④求出最终的判断矩阵的最大特征值，其对应的特征向量即是相应指标的权重值。⑤最后则按照从最下往上的顺序逐层计算直至算出目标层的评估结果。若最下层第j个指标值sj，相对应的权重wj，上一层指标的s=j=1nwjs层次分析法可对待评估事物进行系统性的分析，将受多因素影响的系统层次化。并尤其注重对事物的定性分析与判断。层次分析法也有致命的缺点，它只能在给定的策略中去选择最优的，而不能给出新的策略。层次分析法中所用的指标体系需要有专家系统的支持，如果给出的指标不合理则得到的结果也就不准确。层次分析法中进行多层比较的时候需要给出一致性比较，如果不满足一致性指标要求，则层次分析法就失去了作用。3.模糊综合评估法由于大部分事物之间的关系并不是非常清晰，难以用明确的定量关系表示。故我们可以使用模糊综合评估法来对这类问题进行处理。它基于模糊数学的隶属度理论将定性评价转化为定量评价，即用模糊数学对受到多种因素制约的事物或对象做出一个总体的评价。具有结果清晰，系统性强的特点，能较好地解决模糊的、难以量化的问题，适合各种非确定性问题的解决。其具体步骤如下①明确目标评价层B，Bi(i=1,2,⋯,n)，n为评价内容总数，其实每一项评价内容都含有数个因素，设Bij(j=1,2,⋯,mj)为第i项内容②根据专家可能作出的评估结果构建指标判断集，记为U=u1③构建多指标的评估模糊关系矩阵，将矩阵的每个元素按照求解模型求解。R=r11r12r其中，rij(i=1,2,⋯,n;j=1,2,⋯,k)为某个待评估对象从bij看对ui模糊集的隶属度。ri=(ri1,r④利用权重确定方法确定评价因素层中每个指标的权重，建立指标权重向量A=ai1×n⑤依照从④求得的权重以及③中求得的模糊矩阵根据模糊算子求取评价结果向量P=A•R（“•”代表某模糊算子)，在对评价向量进行研究。本文采用的是加权平均法。首先对P中元素归一化得到P=（p1,p2S=m=1kPm模糊综合评价方法利用数学的方法对模糊的对象定性的指标进行合理的量化处理，可以用于解决一些非确定性问题。但该方法的计算性、主观性太强。同时因为权重和必须为l，故指标集较大时，相对隶属度就会偏小，权重向量集往往会与模糊矩阵产生不匹配，导致待评价系统超模糊，严重时造成评估失败。4.2电网设备能效的评估本节首先建立了电网设备能效评估的指标体系，同时根据常用评估方法的缺点，运用了改进的层次分析法与模糊综合评估方法来分析电网设备能效的情况。4.2.1电网设备能效指标体系的建立在查阅了大量文献资料并结合电网的实际情况后，本文采用递阶层次的结构，结合静态指标与动态指标来表示电网设备的能效指标体系。电网设备能效指标体系共包含变压器指标、线路指标、电能质量指标3个一级指标以及之下的13个二级指标。其层次结构如下图(1)变压器能效指标变压器能效指标由变压器损耗率、变压器功率因素合格率、高耗能变压器占比、无功补偿占比与变压器经济运行占比构成变压器的损耗率：即为变压器综合功率损耗率，其计算方法在第2章已经分析过，计算公式如下：Δ变压器功率因素合格率：功率因素合格的变压器数量占总变压器数的比例。本文规规定合格功率因数为0.8。高耗能变压器占比：能耗较大的变压器数量占总变压器数的比例。无功补偿容量占比：变压器在运行过程中出消耗有功功率，同时还会产生无功功率消耗。消耗无功功率过多时会降低电压。假设无功补偿容量为Qc，变压器总容量为S∑q%=变压器经济运行占比：运行在经济区间的变压器占总变压器数的比例。由经济运行区间负载率决定其范围。变压器的负载率β=PPN×100%，P为变压器输出功率，PN为变压器额定功率。本文认定负载率0.7≤β<1时为合格。若k1是经济运行的变压器数量，kb(2)线路能效指标线路能效指标由经济运行线路条数率、线路功率因数合格率、重损线路占比和供电半径合格率4个二级指标组成。经济运行线路条数率：若线路的负荷电流Ipj到达经济状态下的电流Ijj或线路上的变压器运行在经济负载区间时，则该线路为经济运行电路。工作在经济运行状态下的线路条数占总的线路线路功率因数合格率：线路功率因素代表线路输送功率的效率。若其功率因数较低，则代表其输送单位有功功率时所消耗的无功功率较大。会使线路末端的电压降低，并增大线路的损耗。线路功率因数按三相的功率因数的平均值来计算cos重损线路占比：在计算期内线路的首端、末端的抄见有功电量差值和线路首端的抄见有功电量比值称作线路的损耗率。按照各电网自身情况不同其标准也不同，比线路损耗率限值高的是重损线路。供电半径合格率：供电半径指的是从线路首端到末端变电站的距离。通常35kV线路的供电半径不大于40km，66kV的线路不大于80km，110kV的线路不大于150km。而低压0.38kV和0.22kV线路的供电半径则一般不超过0.5km。(3)电能质量指标电压累计不合格时间率、三相负荷不平衡度、谐波的含量与日负荷率四个指标组成了电能质量能效指标。三相不平衡度：用ai表示系统三相的不平衡度。若线路最大相的负荷电流Imax，平均电流Ipj，因为Imax的取值早0～3Ipj之间，故其小大ai=谐波含量：电网中的非线性的元件在工作时会产生大量谐波，从而使电网电流与电压的波形产生畸变，影响电网正常工作，带来巨大的损失。负荷率：电网在一天内平均负荷和最大负荷之比，可以反映电网负荷的变化情况。日负荷率越接近100％，则代表设备利用率越高。其计算公式见下f=Ipj4.2.2基于改进的层次分析法与模糊综合评估方法上一节我们已经介绍了几种常用的评估方法，同时指出其单独使用时的缺点，故本文采用的是一种经过改进的层次分析法和模糊综合评价法1.判断矩阵完全一致性调整层次分析法中，若发生判断矩阵A不符合一致性条件的情况，就需要对其进行一致性调整。可以建立一个同阶的矩阵C并将二者进行比较，将对其一致性影响较大的因素进行修正，最后得到满足完全一致性的判断矩阵。具体步骤见下：①先由指标体系建立满足正互反矩阵的要求的判断矩阵A=aijn×n，并计算A的最大特征值及对应的特征向量②建立与A同阶的矩阵C=cijn×n，其中cij=aijwiwj，因为A满足一致性条件为aij=wiwj，故C中全部元素均为1时，A必是符合完全一致性的矩阵。若cij>1，则表明第i个指标与第j个指标比较重要性时③取C中值最大与最小元素，和1做差值作绝对值，调整差值最大的元素。若cij>1，且A中的对应元素aij是整数时，则使aij´=aij-1，同时可得aji´=1aji-1；若aij是分数，则使aij´=11aij+1，同时aji´=1④按照③的流程得到判断矩阵后，若仍不满足一致性条件，则继续对其进行调整，直至得到满足一致性条件的判断矩阵。2.主客观结合权重赋值法指标权重的赋值方法主要有主观赋值、客观赋值与主客观结合赋值的方法。本文运用主客观结合赋权的方式求解指标权重。对于主观权重的求解上节已有过介绍，而对客观权重的求解，本文运用的是熵系数模型的方法，具体步骤见下①建立待评估事物的原始指标数据矩阵B=bijm×n，②矩阵B的数据量纲不尽相同，故将其进行无量纲化得到矩阵D=dijdij=bij③对矩阵D，第i个评估指标熵值为s④ρ的选取对求解熵权有极大影响，故须对si归一化，得sj=ρ-si（其中ρ=1），并wi=S⑤集成主客观权重，取折中系数为γ，主观权重为wj，客观权重为wi，则w=γwj+(1-3.模糊隶属度的确定灰色关联法是用来确定因素之间的相关程度以及相似程度的一种量化方法，本文利用灰色关联度来代表指标之间的隶属关系度。步骤如下：①首先用最优指标向量来表示每个指标的最优值。x0j(j=1,2⋯m)x0j=x②运用标准样本的数据与待评估样本的数据构建原始数据矩阵A，用n表示样本的总数，m表示指标的总数。A=aijn×m③因为各指标的意义不同，故其量纲也不尽相同，所以须对数据进行无量纲化处理。用minaij代表第j个指标的最小值，maxaij代表第j个指标的最大值。经无量纲化处理的矩阵为B=bijn×对取值趋大的指标的无量纲b对取值趋小的指标的无量纲b④求解灰色关联系数。将最优的指标集x0j作为参考对象，无量纲化的指标矩阵B=bijn×m作为被比较的对象，作差值的绝对值gij=|x0j-bij|，用minξ其中ρ为分辨系数，取值通常在0与l之间。同时由于各指标取值趋势不同。还需要进行趋势的同一化处理。具体步骤上文已经提到便不再赘述。趋势同一化处理后，再将关联系数矩阵归一化处理。具体处理方式如下r求得的关联系数法的矩阵即是指标模糊隶属度集R。4.2.3电网设备能效评估流程电网设备能效监测与评估结果可以用来判断电网的能效水平，从而让电网的节能减排工作更好地开展。电网设备能效评估流程如图3.3所示。第一，电网设备能效的指标体系的建立，具体步骤见第4.1.1节。第二，指标权重的确定，从下往上逐层建立判断矩阵，并求解其最大特征值及对应的特征向量。并判断矩阵是否符合一致性，若不符合则根据第4.1.2节中的改进方法对原有矩阵行修正，并求解修正后矩阵的最大特征值与特征向量，依次循环直至所建立的判断矩阵符合一致性要求，而后对其特征向量进行归一化，即可得到指标的主观权重；同时建立电网设备能效各指标原始数据矩阵，将其无量纲化之后求其熵值，并解出指标之间的差异程度，即可得到客观权重，详见第4.1.2节求解客观权重的步骤；最后将主客观权重进行线性组合即可得到指标的综合权重。第三，指标模糊隶属度的确定。本文运用的是灰色关联法求解模糊隶属度。先是根据电网的情况，取各个指标的最优值组成最优值矩阵。并确定不同等级下每个指标的数据，和原始数据构成矩阵；同时也须将各数据无量纲化，并根据指标不同的取值趋势依照第4.2.2节的式(4.25)和(4.26)对其进行计算处理，而后利用式(4.27)求解出关联系数，本文将取值趋势小的关联系数取其倒数，使其均趋大化，再进行归一化处理即可得到模糊隶属度的矩阵。最后将综合权重和模糊隶属度根据模糊算子进行计算即可得出评价结果，从而得出电网设备能效水平等级。4.3本章小结本章为该论文的主要部分，首先对常用的多因素系统评估方法进行了介绍，并分析了其优缺点。而后运用了主客观权重结合的赋权方式确定待评估系统的指标体系，运用改进的模糊综合评价法进行的评估方法，并给出了对电网设备能效评估的主要流程。第5章算例分析基于上一章对电网设备能效评估的介绍，下面以两电网设备能效水平为例，先运用由本文提出的改进的层次分析法和模糊综合评价法进行能效评估，再分别利用传统的评估方法进行评估，最后对比评估结果。5.1电网设备能效水平算例分析首先我们将从电网中收集来的数据进行分析处理后得到指标的样本标准数据与待评估数据，如表3.3，由A1、A2、A3、A4和A5分别代表优秀、良好、中等、合格与不合格五个层次的指标等级，Y1、Y2分别于甲电网和乙电网的指标数据。5.1.1指标权重求解1．首先电网指标主观权重进行求解。根据电网变压器的能效水平作判断矩阵A1，有算出该矩阵的最大特征值λmax=5.50759，对应的特征向量为[0.30230.79000.14150.22770.4611]。计算得CR=0.0211<0.1，故矩阵符合一致性要求。将特征向量归一化处理后的权重向量w1=[0.15720.41090.07360.11840.2398]即为各二级指标的主观权重。同理，可计算得出其它指标的主观权重。在此过程中若有判断矩阵不符合一致性的情况，则可根据上一章的方法对其进行一致性调整，再进行指标权重的求解。结果如表2．而后对两电网指标客观权重进行求解。取w11、w22、w33对应P1、P2、P3的客观权重向量。构建初始数据矩阵并利用式(4.19)～(3．由上面求得的主观权重与客观权重求电网各指标的综合权重。取w1