傅毓維，楊 莉

（哈爾濱工程大學(xué) 經(jīng)濟(jì)管理學(xué)院，哈爾濱 150001）

如何對(duì)現(xiàn)有電源結(jié)構(gòu)發(fā)展?fàn)顩r或未來(lái)電源結(jié)構(gòu)調(diào)整規(guī)劃方案的科學(xué)性、合理性進(jìn)行評(píng)價(jià)，如何確定合理的（優(yōu)化的）電源結(jié)構(gòu)的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，以及如何判定怎樣的電源結(jié)構(gòu)(水電、煤電、氣電、核電和新能源結(jié)構(gòu))等才是優(yōu)化合理的，目前尚未見(jiàn)到明確的、有效的、客觀的研究成果。本文從可持續(xù)發(fā)展的角度，針對(duì)我國(guó)電力發(fā)展現(xiàn)狀，綜合考慮多方面因素，建立了相對(duì)完整的電源結(jié)構(gòu)優(yōu)化程度評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，并提出了基于模糊模式識(shí)別法的評(píng)價(jià)方法，實(shí)現(xiàn)了評(píng)價(jià)結(jié)果的可視化，使得易于比較和分析。

1 模糊模式識(shí)別評(píng)價(jià)模型的建立

本文結(jié)合電源結(jié)構(gòu)優(yōu)化合理程度評(píng)價(jià)問(wèn)題中影響因素多且相關(guān)程度不高等特點(diǎn)，采用多級(jí)模糊模式識(shí)別評(píng)價(jià)方法，該方法綜合考慮了評(píng)價(jià)指標(biāo)的層次性和模糊性，能夠更客觀地反映電源結(jié)構(gòu)優(yōu)化程度。具體應(yīng)用過(guò)程是：首先，綜合考慮反映電源結(jié)構(gòu)優(yōu)化程度的各種指標(biāo)，將反映研究對(duì)象的指標(biāo)與劃定的等級(jí)指標(biāo)相比較，結(jié)合各指標(biāo)在整個(gè)指標(biāo)體系中的地位確定權(quán)重；然后，依據(jù)隸屬度原則，按照模糊模式識(shí)別模型計(jì)算出實(shí)際情況在不同等級(jí)的級(jí)別特征值，所對(duì)應(yīng)的就是各年度我國(guó)電源結(jié)構(gòu)優(yōu)化合理程度。該方法在水資源的綜合評(píng)價(jià)中得到了廣泛的應(yīng)用，并取得了可喜的研究成果。具體計(jì)算過(guò)程如下：

（1）指標(biāo)相對(duì)隸屬度與指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)特征值矩陣

對(duì)電源結(jié)構(gòu)優(yōu)化合理性A作識(shí)別的n個(gè)樣本，這n個(gè)樣本構(gòu)成集合X={x1，x2，…，xn}。每個(gè)樣本由m個(gè)指標(biāo)特征值描述，則這n個(gè)樣本可用m×n型的指標(biāo)特征值矩陣表示，即：

式中，xij是對(duì)象j指標(biāo)i的實(shí)測(cè)指標(biāo)值，每個(gè)對(duì)象有m個(gè)指標(biāo)特征。

根據(jù)指標(biāo)與評(píng)價(jià)目標(biāo)之間呈正相關(guān)或負(fù)相關(guān)兩種情況，采用不同的屬性規(guī)格化公式。當(dāng)呈正相關(guān)時(shí)，取參考連續(xù)統(tǒng)上相對(duì)隸屬度為0左極點(diǎn)對(duì)應(yīng)于ximin，相對(duì)隸屬度為1的右極點(diǎn)對(duì)于應(yīng)ximax。ximin、ximax分別為可持續(xù)發(fā)展評(píng)價(jià)指標(biāo)i的最小、最大標(biāo)準(zhǔn)值。介于ximin與ximax之間的指標(biāo)xij，則指標(biāo)相對(duì)隸屬度可按下式確定：

式（2），（3）中，rij為樣本 j指標(biāo) i的特征值對(duì) A 的相對(duì)隸屬度，由此得到評(píng)價(jià)指標(biāo)的相對(duì)隸屬度矩陣R為：

定義sih為級(jí)別h指標(biāo)i的標(biāo)準(zhǔn)值對(duì)A的相對(duì)隸屬度，由此可以得到評(píng)價(jià)指標(biāo)的指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)特征值的相對(duì)隸屬度矩陣S為：

由矩陣R知樣本j的m個(gè)指標(biāo)相對(duì)隸屬度rj=(r1j，r2j，…，，將 rj中指標(biāo) 1，2，…，m 的相對(duì)隸屬度 r1j，r2j，…，rmj分別與矩陣S中的第1，2，…，m行的行向量逐一進(jìn)行比較，可得指標(biāo) i所處的級(jí)別區(qū)間[aij，bij]，i=1，2，…，m。 于是 rj落入矩陣S的級(jí)別區(qū)間下限aj與級(jí)別區(qū)間上限bj可按下式確定：

（2）指標(biāo)權(quán)重的確定

在模糊集合論中，隸屬度被定義為權(quán)重。當(dāng)目標(biāo)對(duì)樣本A的相對(duì)隸屬度越大，賦以越大的權(quán)重，則可將矩陣R直接作為目標(biāo)對(duì)模糊概念“重要性”B的相對(duì)隸屬度矩陣，即W=R=(wij)；當(dāng)目標(biāo)對(duì)樣本A的相對(duì)隸屬度越大，賦以越小的權(quán)重，則可將變化為W=I-R=(wij)。

根據(jù)最小二乘方優(yōu)化準(zhǔn)則，選擇歐式距離，確定目標(biāo)i對(duì)重要性的相對(duì)隸屬度，即得到目標(biāo)權(quán)重為：

這樣就得到了非歸一化目標(biāo)權(quán)向量為：w(i)=(w(1)，w(2)，…，w(m))，i=1，2，…，m

歸一化目標(biāo)權(quán)向量為：

（3）樣本集對(duì)各級(jí)別的相對(duì)隸屬度矩陣

欲將n個(gè)對(duì)象依據(jù)其m個(gè)指標(biāo)特征按c級(jí)標(biāo)準(zhǔn)值加以識(shí)別，則模糊識(shí)別矩陣為：

式中：uhj為對(duì)象j隸屬于h級(jí)指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)值的相對(duì)隸屬度，滿足條件：0≤uhj≤ 。 一般地，級(jí)別區(qū)間[aj，bj]有aj≥1，bj≤c，要求同時(shí)滿足約束條件，必有 uhj=0，當(dāng) h＜aj或 h＞bj。

根據(jù)已確定的 rij，sih，wij(i=1，2，…，m，j=1，2，…，n，h=1，2，…，c)選擇歐氏距離，則由下式確定對(duì)象j隸屬于h級(jí)指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)值的最優(yōu)相對(duì)隸屬度：

（4）級(jí)別特征值

設(shè)參考連續(xù)統(tǒng)的右極點(diǎn)表示模糊概念A(yù)級(jí)別1，自右向左的中介級(jí)別依次用2，3，…，直到左極點(diǎn)表示級(jí)別c，而1，2，…，c稱為極別變量，以 h表示。 若元素 u對(duì)級(jí)別 1，2，…，c 的相對(duì)隸屬度分別為 μA1(u)，μA2(u)，…，μAc(u)，級(jí)別變量h與相對(duì)隸屬度μAc(u)的對(duì)應(yīng)關(guān)系稱H(u)為極別變量的相對(duì)隸屬度分布列，滿足歸一化條件(u)=1

以級(jí)別變量h對(duì)應(yīng)的相對(duì)隸屬度μAc(u)為權(quán)重，其總和為：

稱為級(jí)別（或類別）變量的特征值，簡(jiǎn)稱為級(jí)別特征值。

2 評(píng)價(jià)指標(biāo)體系的建立

指標(biāo)的選擇是判別我國(guó)電源結(jié)構(gòu)優(yōu)化程度的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。本文參閱了大量文獻(xiàn)、咨詢有關(guān)專家意見(jiàn)，并分析了我國(guó)電力發(fā)展特點(diǎn)，結(jié)合可持續(xù)發(fā)展理論，應(yīng)用系統(tǒng)分析方法，定性分析和定量研究相結(jié)合，依據(jù)客觀性、可操作性、可比性等原則，初步擬定了60項(xiàng)指標(biāo)，力求涵蓋與電源結(jié)構(gòu)相關(guān)的各個(gè)方面。然后在充分考慮了評(píng)價(jià)指標(biāo)的充分性、穩(wěn)定性和必要性的基礎(chǔ)上，對(duì)指標(biāo)體系進(jìn)行了篩選，刪減了明顯冗余、高度相關(guān)，以及各年份指標(biāo)值變化不大的指標(biāo)，并根據(jù)建立指標(biāo)體系的可操作性原則，把指標(biāo)數(shù)據(jù)無(wú)法得到，或者獲得指標(biāo)數(shù)據(jù)成本太高的指標(biāo)刪除，保證指標(biāo)數(shù)據(jù)從官方統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)中的可獲得性。經(jīng)過(guò)初步篩選，原有的指標(biāo)集還剩下19個(gè)，把這些指標(biāo)根據(jù)上面介紹的建模思想，分成5類，這樣得到了遞階層次結(jié)構(gòu)的電源結(jié)構(gòu)優(yōu)化程度評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，如圖1所示。整個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系是一個(gè)三層遞階結(jié)構(gòu)系統(tǒng)，組織成樹(shù)型結(jié)構(gòu)的指標(biāo)體系。按目標(biāo)的大小分為三個(gè)層次：自上而下分別為目標(biāo)層——控制層——指標(biāo)層。第一層是系統(tǒng)的總目標(biāo)層，描述了評(píng)價(jià)的總目標(biāo)，即我國(guó)電源結(jié)構(gòu)優(yōu)化合理程度的評(píng)價(jià)；第二層是直接影響總目標(biāo)的控制層，即對(duì)我國(guó)電源結(jié)構(gòu)優(yōu)化程度的評(píng)價(jià)應(yīng)該從發(fā)供電水平、電源結(jié)構(gòu)水平、電力消費(fèi)水平、資源承載水平以及環(huán)境容量水平5個(gè)方面展開(kāi)，這5個(gè)方面構(gòu)成了5個(gè)子系統(tǒng)，從不同側(cè)面反映了前文建模思想中需要考慮的主要因素；第三層是指標(biāo)層，各個(gè)具體指標(biāo)根據(jù)對(duì)應(yīng)子系統(tǒng)的不同評(píng)價(jià)目標(biāo)進(jìn)行設(shè)定，這是進(jìn)行定量綜合評(píng)價(jià)的基礎(chǔ)。這樣就構(gòu)建了目標(biāo)層次清晰、目標(biāo)明確的電源結(jié)構(gòu)優(yōu)化評(píng)價(jià)總體指標(biāo)體系框架。

3 我國(guó)電源結(jié)構(gòu)優(yōu)化程度評(píng)價(jià)的實(shí)證

針對(duì)以上指標(biāo)，本文收集整理了我國(guó)1995～2004年電力發(fā)展相關(guān)數(shù)據(jù)（篇幅所限，原始數(shù)據(jù)略，全部數(shù)據(jù)來(lái)自于歷年中國(guó)統(tǒng)計(jì)年鑒、中國(guó)環(huán)境統(tǒng)計(jì)年鑒、中國(guó)電力年鑒），利用模糊識(shí)別評(píng)價(jià)模型，采用MATLAB 7.0軟件編程，對(duì)原始數(shù)據(jù)進(jìn)行了計(jì)算，全部計(jì)算分第三層、第二層兩部分進(jìn)行逐層分步計(jì)算。

（1）求第三層各系統(tǒng)的輸出

現(xiàn)以發(fā)供電水平子系統(tǒng)e1為例對(duì)求解過(guò)程作一說(shuō)明：

取模式識(shí)別的級(jí)別為 5級(jí)，用 1，2，3，4，5級(jí)分別對(duì)應(yīng)很合理、合理、中級(jí)、不合理、很不合理共5個(gè)級(jí)別，每個(gè)指標(biāo)在每個(gè)級(jí)別所對(duì)應(yīng)指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)值本文略，這樣得到發(fā)供電水平子系統(tǒng)的5級(jí)指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)值相對(duì)隸屬度矩陣：

采用公式（2）、（3）可得到該子系統(tǒng)各指標(biāo)的相對(duì)隸屬度矩陣如下：

將得到的矩陣R的數(shù)據(jù)代入公式（7），并歸一化，得到該子系統(tǒng)指標(biāo)的權(quán)重向量為w1=(0.278,0.298,0.237,0.188)

將R矩陣中的元素值逐個(gè)與矩陣S中的元素值作比較后，得到 aj，bj，并將以上數(shù)據(jù)代入到公式（10）中，得到發(fā)供電水平子系統(tǒng)的相對(duì)隸屬度為：

應(yīng)用公式（11），得到發(fā)供電水平子系統(tǒng)的級(jí)別特征值向量：

H1=(3.941,3.509,4.225,4.633,4.095,3.482,3.574,2.665,1.932,1.007)

得到相對(duì)優(yōu)屬度向量：

u1=(0.265,0.373,0.194,0.092,0.226,0.379,0.357,0.584,0.767,0.998)

同理計(jì)算其它子系統(tǒng)，得到第3層其它4個(gè)系統(tǒng)的輸出。

（2）求第2層各系統(tǒng)的輸出

將第3層5個(gè)子系統(tǒng)的輸出組成第2層系統(tǒng)的輸入，由公式（7）得到5個(gè)子系統(tǒng)的權(quán)重向量為：

w=(0.209，0.196，0.157，0.251，0.188)

應(yīng)用公式（10）、（11），得到以級(jí)別 1為最高級(jí)別的級(jí)別特征值：

H=（4.429，4.159，4.118，4.058，3.941，3.409，3.218，3.004，2.722，1.873）

4 結(jié)論

（1）本文首次采用模糊模式識(shí)別方法對(duì)我國(guó)電源結(jié)構(gòu)優(yōu)化程度進(jìn)行分析，評(píng)價(jià)結(jié)果表明，從1995到2004年，我國(guó)電源結(jié)構(gòu)的優(yōu)化和調(diào)整是循序漸進(jìn)的過(guò)程，從明顯不合理逐步向合理穩(wěn)定發(fā)展的良性方向轉(zhuǎn)變。1995～1999年以前我國(guó)電源結(jié)構(gòu)優(yōu)化程度還處在4級(jí)和5級(jí)之間，即電源結(jié)構(gòu)還很不合理，2000年以后逐漸改善，2004年趨于合理，這是我國(guó)不斷調(diào)整電源結(jié)構(gòu)、加大環(huán)境治理力度、保證電力供需平衡、提高發(fā)供電效率、開(kāi)發(fā)和合理利用多種電力資源等政策逐漸得到落實(shí)的結(jié)果。

（2）通過(guò)5個(gè)子系統(tǒng)的權(quán)重計(jì)算結(jié)果可知，在影響電源結(jié)構(gòu)優(yōu)化的5個(gè)主要因素中，資源承載水平對(duì)電源結(jié)構(gòu)優(yōu)化程度的影響最大，其次是發(fā)供電水平和電源結(jié)構(gòu)水平，再次是環(huán)境容量水平，最后是電力消費(fèi)水平。由此可知加大能源開(kāi)采力度、提高能源利用率、加大電力投資是改善電源結(jié)構(gòu)優(yōu)化程度的有效措施，其次提高供電效率、調(diào)整煤電比重、加大核電、水電和新能源發(fā)電比重也是行之有效的方法。以上計(jì)算結(jié)果表明，雖然我國(guó)電源結(jié)構(gòu)還存在一些問(wèn)題，但電源結(jié)構(gòu)優(yōu)化和調(diào)整還有很大潛力，依靠科技進(jìn)步，促進(jìn)我國(guó)經(jīng)濟(jì)、社會(huì)、環(huán)境和資源相互協(xié)調(diào)和可持續(xù)發(fā)展必將極大地促進(jìn)我國(guó)電源結(jié)構(gòu)向更加合理的方向發(fā)展。

（3）實(shí)證分析表明，模糊模式識(shí)別方法是進(jìn)行電源結(jié)構(gòu)優(yōu)化評(píng)價(jià)的有力工具，具有理論嚴(yán)謹(jǐn)、概念清晰、可操作性強(qiáng)、計(jì)算結(jié)果有說(shuō)服力等優(yōu)點(diǎn)。相對(duì)于模糊綜合評(píng)價(jià)法，不需要建立隸屬度函數(shù)，并綜合考慮了各評(píng)價(jià)因素的有效信息，方法簡(jiǎn)單，計(jì)算量少，易于推廣應(yīng)用，是一種簡(jiǎn)單高效的方法。

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