运用模糊决策理论确定冬季火电厂存煤量的方法.pdf

第 3 1 卷第5 期 2 0 0 8年 1 O月 四 川 电 力 技 术 S i c h u a n E l e c t r i c Po we r T e c h n o l o g y Vo 1 ． 3 1。 No ． 5 Oc t ．， 2 0 08 运用模糊决策理论确定冬季火 电厂存煤量 的方法 刘琨 ， 刘念 四川大学电气信息学院， 四川 成都6 1 0 0 6 5 摘要 针对冬季火电厂电煤存储量不足造成电力供应不足 问题， 提出了将模糊决策理论应用于冬季火电厂存煤量 的方法。重点分析了隶属函数的确定方法以使决策结果更加准确。 关键词 火电厂 ； 模糊决策； 隶属函数 Ab s t r a c t T h e l a c k o f e l e c t r i c i t y c o a l r e s e r v e s o f t h e r ma l p o w e r s t a t i o n r e s u l t s t o i n s u f fi c i e n t p o w e r i n w i n t e r ，F u z z y d e c i s i o n wa s a p p l i e d t o c r e a t i n g a me t h o d o n h o w mu c h c o al s h o u l d b e s a v e d i n a d v a n c e f o r a t h e r mal p o w e r s t a t i o n i n wi n t e r ．Me mb e r - s h i p f u n c t i o n d e f i n i t e me t h o d h a s b e e n a n a l y s e d e mp h a t i c all y t o c a u s e t h e p o l i c yma k i n g r e s u l t t o b e mo r e a c c u r a t e ． Ke y wo r dt h e rm al p o w e r s t a t i o n；f u z z y d e c i s i o n；me mb e r s h i p f u n c t i o n ． 中图分类号 T M7 6 9 文献标识码 A 文章编号 1 0 0 3 6 9 5 4 2 0 0 8 0 5 0 0 7 3 0 4 近几年 的暴风雪天气 给中国的电力系统造成 了 巨大的危害， 尤 以 2 0 0 7年冬天最为严重 。大雪造成 交通阻塞使火电厂电煤运量减少， 再加由于煤炭价格 上涨电煤储量不足同时又适逢冬季枯水期水电厂所 能承担的负荷大幅度降低， 使得总发电量严重不足。 另外 ， 入冬以后人民生活用 电快速增长 ， 加剧 了电煤 供应紧张局面。缺煤停 机严重威胁 了电网正常运营 和电力供应， 多个省级电网出现不同程度的拉闸限 电， 给人 民正常的生产生活造成了极大不便 。因此制 定合理的冬季火 电厂存煤策略就显 得很有必要。为 简化起见文章假设电厂运煤线路全是陆路， 只考虑影 响存煤量 的主要因素 。 1 对存煤量的影响因素及其论域 ①天气。天气状况对一个电厂的存储量影响很 大 ， 如果一个 电厂所 在区域多是 晴朗、 降水少 的气候 条件 自 然可以减少存储量； 反之则应增加。 ②路况。如果煤源与电厂之间一路平坦且距离 较近那么在路上发生意外的概率相对较小 ， 自然可 以 减少存储量 ； 反之则应增加。 路况包括诸多 因素于内， 大致上有 路上桥洞的 数量， 山体滑坡和泥石流等 自然灾害发生的概率， 距 离的远近等。 ③煤炭的质量。煤炭的质量指的是煤炭的发热 量、 含水分量和价格等影响单位成本发电量的因素。 煤炭的发热量越高、 含水分量越低就越可以少存。而 对于煤炭价格， 电厂从 自身经济利益考虑当然适宜在 煤炭价格低时多存而高时少存。 ④电厂在电力系统 中的重要程度 。对于离重要 负荷电气距离较近或担负有特殊任务 比如调频 的 电厂自然应加强其抗击灾害的能力。 ⑤电价。电价是关乎电厂盈利多少的最重要因 素， 故此因素决定了电厂存煤量的能力和必要性。但 现阶段中国的电价由政府管制 ， 电厂不能随着市场随 意变动电价 ， 在电价不允许变动的情况下电厂只能通 过降低成本来提高效益但幅度显然是很有限的， 所以 电厂的存煤能力基本 由此决定。再者当电价如果太 低 ， 电厂从 自身经济利益考虑 ， 将认 为没有存储 电煤 来多发 电的必要性 。所 以此处不单独作为一个独立 因素考虑， 而将其与煤价结合在一起进行相对性考 虑。 U ， ， ， 将因素论域 分为 2 层组 成， 第一层 最高层 包括 4 个因素， 即 各因素的实际意义为 运煤干线由于天气状况产生影响的正常运行 性； 运煤干线的路况； u 又由下面三个因素组 成 运煤线路上桥洞的数量及稳固程度； 运煤线路上受山体滑坡和泥石流等地质 灾害产生影响的安全性 ； 73 第3 1 卷第 5 期 2 0 0 8年 1 0月 四 川 电 力 技 术 S i e h u a n El e c t r i c P o we r T e c h n o l o g y Vo 1 ． 3 1， No ． 5 Oc t ．。 2 0 08 煤源与 电厂 由于距 离远 近 造成 的安 全 性 ； 煤炭质量的好坏 ； U 3又 由下面三个 因素 组成 。发热量的高低 ； 含水分的多少 ； 。煤炭价格的高低； 电厂在 电力系统中的重要程度 。 设各因素等级对该因素的隶属度经确定后如表 1所示 表 1 因素等级表 2 隶属函数 的确定 隶属函数的确定是决策的第一步， 对最终结果的 准确性影响甚大， 因此应针对不 同性质 的因素 ， 选择 最适宜 的方法来确定各影响因素的隶属 函数 。 1 天气 因素的隶属 函数 确定 运煤线 路常 常要 跨越不 同的气候 区域 ， 于是确定 的步骤应分段进行。 先将线路按照所处气候带划分成各段并根据历年气 象资料按 照模糊频率 的方法确定其隶属 函数。而各 段对于整条线路来看是“ 与” 的关系， 即只要某一段 线路的天气状况不好 ， 那 么整段线路就会受到影响 ， 所 以对各段“ 子模糊集” 取交集 。但 为了不 出现仅某 一 小段路状况不好而得出整体状况不好的情况， 即为 了不使某段上的“ 大值” 信息被“ 小值” 信息淹没， 此 处不选用取小算子而采用 L u k a s i e w i c z 算子 ， Y m a x Yl ， 0 作为整条线路上 的隶属函数取值 算法。同时考虑各段线路的长度 ， 将其进行归一化处 理后得到的向量 ， 作为权 向量运用到对整条线路的隶 属 函数确定 中。这样可 以让每段 线路上的天气状况 都能体现在最终 的隶属 函数 中， 而不至于对线路整体 状况的确定过于偏颇。 2 运煤线路路 况隶属 函数 的确定 这是 一个分 层的问题所 以应对其值分层确定。首先要考虑 的是 路上遇到的路桥对线路安全产生的情况。这需要知 道每座桥的安全情 况进行分析 。在认为每座桥都修 建的质量合格的前提下， 路桥的安全程度可以认为是 实数域上的一个模糊分布。因为随着时间的流逝路 桥 的安全状况是逐渐变差 ， 所以这里 的模糊分布可选 C a u c h y型 f 1 ， ≤。 A ‘ ；。 ’ ，卢 ’ i a ， Ⅱ Ll 一 其中， a 、 o t ， p是参数， 且其形状如图1 。 图 1 C a u c h y型模糊分布的形状 ． 这里的参数需要根据路桥建筑相关专业知识及 经验确定。考虑到一旦一座桥出现故障将会影响交 通运行较长时间， 故对每座桥的模糊集取交集并采用 取小算子 ， y m in x ， 进行处理得出整条线 路的隶属 函数。 其次确定对从线路沿途从地质灾害角度考虑 的 安全性隶属函数。由于自然条件的客观性和不确定 性 ， 这里宜采用模糊统计法 ， 即根据历年沿途地 质灾 害的资料 ， 找出安全性隶属值的频率来确定此隶属函 数。具体做法是先对各种灾害等级进行量化 ， 比如下 面是一种从对电厂生产用煤影响大小角度考虑 的取 值方法 表2 从影响运煤时间上给定灾害等级隶属的一种取法 只需将历史资料中灾害影响线路运行时间的频 率数与表格对比匹配， 即可得到此因素在论域中的隶 属函数。 然后从距离因素对电厂用煤造成影响角度确定 其隶属函数。首先合理假设路上交通工具不出故障。 由于距离是一个连续变化量且随着距离的增加安全 性呈减小趋势， 故仍可以取 C a u c h y 型作为其模糊分 布函数。函数中的参数需要由长期运行积累的经验 确定 。 3 电煤质量隶属函数确定 发热量的高低和含水量的多少是通过实验已经量 第 3 1 卷第5期 2 0 0 8年 l O月 四 川 电 力 技 术 S i c h u a n E l e c t r i c P o we r Te c h n o l o g y Vo 1 ． 31， No ． 5 Oc t ．， 2 0 0 8 化了的两个因素， 确定其隶属函数则需要将其进行离 散化处理并根据国家评定煤炭质量的相关规程进行 。 煤炭价格隶属函数将由厂内有经验的专家根据 经验值并结合电价和煤价相对水平确定。一个常年 坚守在厂里运行第一线的工程师对电厂的整体运行 积累了丰富的经验 ， 他们完全有能力判断出在 当前 电 价水平下煤价高低 的大致水平。 4 电厂在电力系统中的重要程度隶属函数确定 由于电厂在电网中的重要程度是一个电厂相对于 其他电厂来说的， 是一个相对值， 所以要将电网中的所 有电厂放在一块进行全体对比才能科学地得出此隶属 函数。此处采用 “ 绝对 比较法” 来确定 电厂在 电力系 统中的重要程度隶属函数 首先设出电网中的电厂集 U{ ， ⋯， } ， 其 中k为 电网中的电厂数 。则 中 元素的重要程度 A 。 ⋯， ／ ／ , ，∈F 是待定的模糊集， 求出 ／Z ， i l ， ⋯， k ， 即求出各 电厂的重要程度隶属函数。然后选若干名专家作为 评议者 P{ P ⋯， P } ， 其 中 n为评议专家数。假设 这几位专家共同议定 为电网中最重要的电厂， 记 为 “ ， 并打上一个分数 此 即为满分 。然后计 算两两 比较值 “ ， p ， i 1 ， 2 ， ⋯， k ， 1 ， 2 ⋯ ， ／ 1 , 。 1 然 后综合n 位 专家的 结 果 口 ， p ， ， 最后 ⋯一l 进行归一化处理得到隶属度 11, } 。 。 3 模糊决策数学模型 3 ． 1 确定存煤量决策计算量 由于各个 电厂的发电容量不同， 为保证方案通用 性 ， 此处所用存煤量 不应取实际值而应找一个相 对值 类似标幺值 代替。每个电厂在建设存煤场的 时候都已将最大容量结合电厂发电容量考虑进去， 所 以此处令 电厂实际存煤量／ 电厂最大存煤量作为决策 计算存煤量。设电厂不遗余力地将所有的存储场地 都存满时， 取 1 。 将其以0 ． 2为步长进行离散化处 理来表示存储量的多少。于是 可以将存储量集合取 为 V{ 0 ． 2 ， 0 ． 4 ， 0 ． 6 ， 0 ． 8 ， 1 ． 0 } 。 3 ． 2 确定评价矩阵 1 若用 r 表 示第 i 个因素对第 j 种评判的隶属 度， 则因素论域与决策论域之间的模糊关系可用下面 的评价矩阵来表示 。 R ／-1 1 ／ 1 2 ／ “ 2 1 ／ 2 2 ／3 1 ／3 2 ／ 41 ／4 2 2 确定各因素组成的权向量 在进行一个决策 时， 要着眼于所有的因素。但做出最后结论时， 这些 因素的参考价值是不同的。在进行决策前 ， 应客观考 虑各种因素对整个事件所发挥的作用和在整个事件 中的地位 。各种因素对整个事件 的作用和地位 ， 即各 因素的权， 可以看成是因素集 u的模糊子集， 记为 A 口 1 2 n ， 0 权 向量 的确定仍 采用绝 对比较法 。 把A与R的合成B看作决策者综合各种因素后 对被评对象做 出的最终决 策 ， 即模糊 综合决 策。于 是 ， 模糊综合决策的数学模型为 B A o R b 1 b 2 ⋯b 5 或 b 1 b 2 ⋯b 5 C l ,1 n 2 口 3 0 4 4 4 一 V l V l 。 人 r 0 i A 八r 揖 0 八 式中 “ O ” 表示模糊运算符； 算子“ V” 和“ ” 分 别为取大取小算子 。 3 ． 3 决策计算 此决策是一个两层决策 ， 故进行计算时先计算第 二层。分别得到 B i A o R 其中A代表第二层的权 向量； R是第二层的决策集。完成第二层计算后逐次 计算可得到最后的决策集 B A o R b b 2 b ， b b 。最后 ， 可 以按加权平均法 重心法 确定存 5 5 储煤量 6 ／乏6 此值是一个“ 标幺值” 需转化为实际值使用。 4 结束语 将模糊决策应用于冬季火电厂存煤问题上 ， 提出 了电煤存量的模糊决策方法。该方法兼顾电厂利益 与电网利益， 避免了电厂一味追求 自身利益而导致用 户和整个电网利益受损 ， 为冬季电厂存储电煤和电网 75 第 3 l 卷第 5 期 2 0 0 8年 1 O月 四 川 电 力 技 术 S i e h u a n El e c t ric P o we r T e c h n o l o g y Vo 1 ． 3 1 。 N o ． 5 Oc t ．。 2 0 0 8 电力统一规划提供 了参考。 模型中隶属函数本质是客观存在的， 但确定过程 容许有一定的主观意识与人为技巧。在具体应用中， 隶属函数可 以经过实践效果的检验与调整 ， 以获得更 确实的隶属函数。文章只建立一个近似的隶属函数， 然后需通过“ 学习” 逐步修改和完善使得决策结果更 加优化 、 准确 。 参考文献 [ 1 ] 宋晓秋． 模糊数学原理与方法[ M] ． 徐州 中国矿业大学 出版社 ， 2 0 0 4 ． 上接第 5 7页 [ 2 ] 杨伦标， 高英仪． 模糊数学原理及应用 [ M] ．广州华 南理工大学出版社， 1 9 9 8 ． [ 3 ] 刘天琪， 邱晓燕． 电力系统分析[ M] ． 北京 科学出版社 ， 20 0 5． [ 4 ] 李士勇． 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