徐志強(qiáng)，肖振鋒，陳仲偉，易伯瑜，陳劍

(國網(wǎng)湖南省電力公司經(jīng)濟(jì)技術(shù)研究院，湖南 長沙 410004)

基于灰色關(guān)聯(lián)度分析法的電力通信網(wǎng)發(fā)展裕度測(cè)算

徐志強(qiáng)，肖振鋒，陳仲偉，易伯瑜，陳劍

(國網(wǎng)湖南省電力公司經(jīng)濟(jì)技術(shù)研究院，湖南 長沙 410004)

提出一種評(píng)價(jià)電力通信網(wǎng)與電網(wǎng)發(fā)展適應(yīng)性的量化評(píng)估方法，以通信網(wǎng)和電網(wǎng)的歷年統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，計(jì)算湖南公司通信網(wǎng)建設(shè)規(guī)模與電網(wǎng)發(fā)展水平之間的相互作用灰色關(guān)聯(lián)度，從而得出通信網(wǎng)與電網(wǎng)發(fā)展的內(nèi)在關(guān)聯(lián)規(guī)律，指導(dǎo)電力通信網(wǎng)發(fā)展規(guī)劃以及投資，具有理論和實(shí)際意義。

電力通信網(wǎng)；電網(wǎng)；灰色關(guān)聯(lián)度分析；發(fā)展裕度

電力通信網(wǎng)作為電網(wǎng)公司的第2張實(shí)體網(wǎng)絡(luò)，承載著電網(wǎng)運(yùn)行和企業(yè)管理的核心業(yè)務(wù)，是電網(wǎng)安全、穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的重要保障。目前，電力通信網(wǎng)規(guī)劃目標(biāo)與預(yù)期成效主要是從投資完成情況、資產(chǎn)及網(wǎng)絡(luò)規(guī)模變化情況、網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行情況等方面對(duì)規(guī)劃執(zhí)行情況以及執(zhí)行效果進(jìn)行定性描述分析，缺少定量評(píng)價(jià)指標(biāo)，而 《通信網(wǎng) “十二五”規(guī)劃報(bào)告評(píng)審標(biāo)準(zhǔn)及細(xì)則》中明確要求對(duì)骨干通信網(wǎng)及中低壓通信接入網(wǎng)的規(guī)模類指標(biāo)如建設(shè)規(guī)模、投資規(guī)模等進(jìn)行深入分析。

通信網(wǎng)建設(shè)規(guī)模是分析通信網(wǎng)規(guī)劃合理性、可行性和科學(xué)性的一個(gè)重要判據(jù)。骨干網(wǎng)由于規(guī)劃建設(shè)較為成熟，其建設(shè)規(guī)模不難把握，但是地區(qū)接入網(wǎng)建設(shè)規(guī)模和地區(qū)配電網(wǎng)建設(shè)一樣，受地區(qū)環(huán)境、地域經(jīng)濟(jì)和技術(shù)體制等多種因素影響，不能僅依據(jù)“覆蓋率”等單一指標(biāo)來評(píng)價(jià)其建設(shè)規(guī)模，也需要用科學(xué)的方法予以量化分析其發(fā)展現(xiàn)狀及影響因素(主要考慮電網(wǎng)的影響)的關(guān)系。因此，科學(xué)評(píng)價(jià)電力通信網(wǎng)建設(shè)規(guī)模以合理安排資金，進(jìn)而促進(jìn)通信網(wǎng)各網(wǎng)絡(luò)層級(jí)與電網(wǎng)協(xié)調(diào)發(fā)展，是目前通信規(guī)劃管理部門面臨的一個(gè)重要專題〔2－5〕。

規(guī)模評(píng)估方法很多，如層次分析法、模糊綜合評(píng)價(jià)方法、專家評(píng)估方法等〔2－6〕。這些方法可以從不同方面反映電力通信網(wǎng)的某些發(fā)展?fàn)顩r，但也存在很多問題，如對(duì)電力通信網(wǎng)規(guī)模缺乏整體性認(rèn)識(shí)，致使評(píng)判結(jié)果不全面；對(duì)規(guī)劃方案優(yōu)劣沒有明確的量化標(biāo)準(zhǔn)，評(píng)估結(jié)果存在偏差；評(píng)價(jià)方法側(cè)重于對(duì)現(xiàn)狀電力通信網(wǎng)評(píng)價(jià)，使評(píng)價(jià)結(jié)果落后于實(shí)際發(fā)展需求等。而關(guān)聯(lián)度分析法是一種利用關(guān)聯(lián)度來描述各因素間相關(guān)程度的統(tǒng)計(jì)分析方法，其優(yōu)點(diǎn)在于工作量較少，對(duì)數(shù)據(jù)要求較低，對(duì)樣本量的多少和樣本有無規(guī)律都同樣適用；其缺點(diǎn)在于主觀性過強(qiáng)，各項(xiàng)指標(biāo)的最優(yōu)值難以確定。由于影響通信網(wǎng)建設(shè)規(guī)模的因素相當(dāng)多，且主要因素的最優(yōu)值數(shù)據(jù)僅部分是已知的，因此其評(píng)價(jià)體系具有信息不完全性，即 “灰色”特征。文中提出一種評(píng)價(jià)電力通信網(wǎng)與電網(wǎng)發(fā)展適應(yīng)性的量化評(píng)估方法，該方法以年度通信網(wǎng)和電網(wǎng)的歷年統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，采用灰色關(guān)聯(lián)度分析方法，系統(tǒng)分析湖南公司通信網(wǎng)建設(shè)規(guī)模指標(biāo) (規(guī)模因素)與電網(wǎng)發(fā)展水平指標(biāo) (影響因素)之間的相互作用關(guān)系，從而得出通信網(wǎng)與電網(wǎng)發(fā)展的內(nèi)在關(guān)聯(lián)規(guī)律，為系統(tǒng)化、差異化分析電力通信網(wǎng)建設(shè)水平提供量化依據(jù)。

1 灰色關(guān)聯(lián)度分析法原理

灰色系統(tǒng)理論提出了對(duì)各子系統(tǒng) (或因素)進(jìn)行灰色關(guān)聯(lián)度分析的概念，其目的在于尋求各子系統(tǒng) (或因素)之間發(fā)展趨勢(shì)的相似或相異性，并通過比較關(guān)聯(lián)度的大小來判斷各因素的影響程度。因此，灰色關(guān)聯(lián)度分析非常適合于一個(gè)發(fā)展變化系統(tǒng)的態(tài)勢(shì)歷程分析，其基本計(jì)算步驟如下〔9－10〕。

1.1 確定參考數(shù)列和比較數(shù)列矩陣

反映系統(tǒng)行為特征的數(shù)據(jù)序列，稱為參考數(shù)列矩陣X＝[X1，X2，…，Xm]T，其中[·]T表示矩陣的轉(zhuǎn)置運(yùn)算，Xi＝[xi(1)，xi(2)，…，xi(n)]。影響系統(tǒng)行為的因素?cái)?shù)據(jù)序列，稱為比較數(shù)列矩陣Y ＝ [Y1，Y2， …，Ym]T， 其中 Yi＝ [yi(1)，yi(2)，…，yi(n)]。

1.2 對(duì)數(shù)列矩陣進(jìn)行無量綱化處理

由于各影響因素的物理意義不同，其數(shù)據(jù)的量綱也不相同，在進(jìn)行灰色關(guān)聯(lián)度分析時(shí)需對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行無量綱化處理。文中采用均值化處理方法，即比較序列與參考序列組成的矩陣除以參考序列的列均值。

無量綱化處理后新組成的矩陣為:

式中 i＝1，2，…，m，m表示矩陣行數(shù)；j＝1，2，…，n，n表示矩陣列數(shù)。

對(duì)于處理后矩陣Z進(jìn)行變換后形成新的矩陣如下:

1.3 求解灰色關(guān)聯(lián)系數(shù)矩陣

由式 (2)可定義:

進(jìn)而導(dǎo)出新數(shù)列的最大值和最小值為:

設(shè)關(guān)聯(lián)系數(shù)矩陣為R，則

式中 ρ為分辨系數(shù)，1＞ρ＞0，通常取0.5。

1.4 求解關(guān)聯(lián)度

求系統(tǒng)在各個(gè)時(shí)刻關(guān)聯(lián)系數(shù)的平均值，作為比較數(shù)列與參考數(shù)列間關(guān)聯(lián)程度的數(shù)值，其計(jì)算如下:

關(guān)聯(lián)度在 [0，1]內(nèi)變化，其值越接近于1表明參考數(shù)列受比較數(shù)列的影響越敏感，反之越接近于0則越不敏感。

1.5 關(guān)聯(lián)度排序

關(guān)聯(lián)度的大小體現(xiàn)了各因素間相互影響的程度。將多個(gè)比較序列對(duì)同一參考序列的關(guān)聯(lián)度按大小順序排列即為關(guān)聯(lián)序，記為{X}，它反映了各比較序列對(duì)于參考序列的優(yōu)劣關(guān)系。若ri＞rj，則對(duì)于同一參考序列{X0}，稱{Xi}優(yōu)于{Xj}。

2 電力通信網(wǎng)發(fā)展裕度測(cè)算

電力通信網(wǎng)是電網(wǎng)發(fā)展的重要支撐平臺(tái)，電力通信網(wǎng)的發(fā)展速度與電網(wǎng)發(fā)展水平密切相關(guān)。文獻(xiàn)〔3〕給出電力通信網(wǎng)發(fā)展裕度的計(jì)算公式如下:

式中 v1表示電力通信網(wǎng)實(shí)際發(fā)展速度，可以通過文獻(xiàn) 〔1〕提供的計(jì)算方法，由歷史數(shù)據(jù)直接求得；v2表示電力通信網(wǎng)理論發(fā)展速度，首先要建立能夠直接反映電力通信網(wǎng)發(fā)展水平的規(guī)模因素和電網(wǎng)對(duì)通信網(wǎng)發(fā)展水平產(chǎn)生影響的影響因素，再通過建立灰色關(guān)聯(lián)度分析模型，科學(xué)揭示各相關(guān)指標(biāo)之間的內(nèi)在客觀關(guān)聯(lián)規(guī)律，從而推導(dǎo)出電力通信網(wǎng)發(fā)展速度的理論值〔3〕。

電力通信網(wǎng)發(fā)展裕度可用于綜合反映各階段、各地區(qū)、各層級(jí)通信網(wǎng)的綜合發(fā)展水平，裕度評(píng)估結(jié)果可以直接反映通信網(wǎng)發(fā)展水平的差異以及滿足電網(wǎng)發(fā)展需求的程度。如果ΔC為負(fù)，則說明該地區(qū)通信網(wǎng)支撐電網(wǎng)發(fā)展存在一定的壓力，通信網(wǎng)對(duì)電網(wǎng)發(fā)展的適應(yīng)性較差，其通信網(wǎng)建設(shè)必須加強(qiáng)；反之則可以說明其建設(shè)規(guī)模過度，存在一定的投資浪費(fèi)。

2.1 通信網(wǎng)建設(shè)規(guī)模因素選取

電力通信網(wǎng)由骨干通信網(wǎng)、終端通信接入網(wǎng)組成，其中骨干通信網(wǎng)的建設(shè)投資主要取決于光纜線路 (OPGW，ADSS)、傳輸設(shè)備 (SDH，OTN，PTN等)、業(yè)務(wù)網(wǎng)設(shè)備 (路由器、交換機(jī)、會(huì)議電視系統(tǒng)、軟交換系統(tǒng))；終端通信接入網(wǎng)的建設(shè)投資又分為10 kV通信接入網(wǎng)和0.4 kV通信接入網(wǎng)兩部分；通信接入網(wǎng)建設(shè)投資取決于接入網(wǎng)光纜線路 (ADSS、溝道光纜、光纖復(fù)合低壓電纜等)、接入網(wǎng)光通信設(shè)備 (EPON、工業(yè)以太網(wǎng)交換機(jī))等，其建設(shè)規(guī)模因素集S考慮采用通信線路、通信站點(diǎn)、通信設(shè)備來直接描述，見表1。

表1 電力通信網(wǎng)建設(shè)規(guī)模因素

表1中骨干網(wǎng)光纜長度指35 kV及以上的所有光纜總長度；接入網(wǎng)光纜長度指10 kV及以下的光纜總長度。骨干網(wǎng)站點(diǎn)具體包含35 kV及以上變電站、地 (市)供電公司、縣級(jí)供電公司、直屬單位、營業(yè)網(wǎng)點(diǎn)和本級(jí)直調(diào)電廠；接入網(wǎng)站點(diǎn)是指10 kV站點(diǎn)，包括開閉站、環(huán)網(wǎng)柜、箱式變電站、桿上變壓器、柱上開關(guān)等。

2.2 電網(wǎng)對(duì)通信網(wǎng)建設(shè)規(guī)模影響因素選取

電力通信網(wǎng)建設(shè)的根本目的是滿足電網(wǎng)安全生產(chǎn)和公司經(jīng)營管理的業(yè)務(wù)需求，并保持適度超前。因此，電網(wǎng)的建設(shè)發(fā)展直接影響通信網(wǎng)的建設(shè)發(fā)展水平，其中變電站數(shù)量、輸電線路長度和營業(yè)網(wǎng)點(diǎn)數(shù)量將直接影響通信網(wǎng)建設(shè)規(guī)模，而公司售電量、營業(yè)收入、供電可靠性等指標(biāo)作為電網(wǎng)影響通信網(wǎng)發(fā)展因素集F，包括經(jīng)濟(jì)因素和可靠性因素，見表2。

表2 電網(wǎng)發(fā)展對(duì)通信網(wǎng)建設(shè)規(guī)模的影響因素

表2中 “√”表示某一影響因素指標(biāo)直接或者間接地對(duì)骨干網(wǎng)或者接入網(wǎng)的規(guī)模因素有影響，如35 kV及以上變電站數(shù) (F1)和輸電線路長度(F5)是直接影響骨干網(wǎng)建設(shè)規(guī)模的主要因素；而10 kV站點(diǎn)數(shù) (F2)和輸電線路長度 (F5)是直接影響接入網(wǎng)建設(shè)規(guī)模的主要因素。

2.3 影響因素與規(guī)模因素的關(guān)聯(lián)程度計(jì)算

采用灰色關(guān)聯(lián)度分析法深入分析通信網(wǎng)與電網(wǎng)發(fā)展的關(guān)聯(lián)程度，評(píng)估模型為M＝{S，F(xiàn)}，其中S為通信網(wǎng)建設(shè)規(guī)模因素集，F(xiàn)為電網(wǎng)發(fā)展對(duì)通信網(wǎng)建設(shè)規(guī)模的影響因素集。

從 《湖南公司 “十二五”通信網(wǎng)規(guī)劃執(zhí)行月報(bào)》中提取2011—2015年的通信網(wǎng)建設(shè)規(guī)?；A(chǔ)數(shù)據(jù)，建立通信網(wǎng)規(guī)模因素集S＝ {S1，S2，S3…S12}。從湖南公司近五年的主電網(wǎng)運(yùn)行方式報(bào)告中提取電網(wǎng)的發(fā)展數(shù)據(jù)，建立電網(wǎng)影響因素集合F＝{F1， F2， …， F12}。

由于2011—2015年的影響因素集和規(guī)模因素集量綱沒有可比性，所以首先經(jīng)過規(guī)范化處理，再計(jì)算各個(gè)規(guī)模因素與影響因素的關(guān)聯(lián)系數(shù)，然后計(jì)算關(guān)聯(lián)度，得到 S與 F之間的關(guān)聯(lián)度矩陣，見表3。

由表3可以看出關(guān)聯(lián)度值均大于0.7，說明所選指標(biāo)集間關(guān)聯(lián)度較大，所選指標(biāo)比較合理。從表3中還可以看出同一影響因素對(duì)不同規(guī)模因素的影響程度是不一樣的。

2.4 權(quán)重計(jì)算

根據(jù)關(guān)聯(lián)度大小得到關(guān)聯(lián)度排序見表4，反應(yīng)不同影響因素對(duì)規(guī)模因素的影響程度的排序。

根據(jù)關(guān)聯(lián)度排序可以得到關(guān)聯(lián)度權(quán)重，關(guān)聯(lián)度權(quán)重反映了影響因素對(duì)規(guī)模因素影響的程度，其值越少越重要。以骨干光纜長度 (S1)指標(biāo)為例，變電站設(shè)備容量 (F6)、售電量 (F4)和資產(chǎn)總額(F8)是影響骨干網(wǎng)光纜規(guī)模的主要因素。

根據(jù)影響程度排序表，影響因素對(duì)規(guī)模因素的影響權(quán)重計(jì)算公式如下:

式中 N是影響因素的數(shù)量，文中N＝11；pij是影響因素的關(guān)聯(lián)度排序，取值為正整數(shù)，范圍為1～10。

表4 影響因素對(duì)規(guī)模因素的影響程度排序

2.5 計(jì)算規(guī)模裕度

規(guī)模裕度ΔC是電力通信網(wǎng)建設(shè)規(guī)模的定量評(píng)價(jià)指標(biāo)，反映通信網(wǎng)發(fā)展水平和滿足實(shí)際生產(chǎn)需求的差異程度，同時(shí)表達(dá)通信網(wǎng)建設(shè)各個(gè)規(guī)模因素的協(xié)調(diào)發(fā)展情況，揭示通信網(wǎng)建設(shè)中的薄弱環(huán)節(jié)。

電力通信網(wǎng)實(shí)際發(fā)展速度計(jì)算公式如下:

表3 通信網(wǎng)與電網(wǎng)關(guān)聯(lián)度矩陣

電力通信網(wǎng)理論發(fā)展速度計(jì)算公式如下:

基于上式，測(cè)算得到湖南公司通信網(wǎng)建設(shè)規(guī)模指標(biāo)如表5所示，表中 “＋”表示通信網(wǎng)建設(shè)規(guī)模超前電網(wǎng)發(fā)展水平，“－”表示滯后。由表5可知:湖南公司通信網(wǎng)建設(shè)規(guī)模滯后于電網(wǎng)發(fā)展水平，建議 “十三五”期間加大通信網(wǎng)投資力度，擴(kuò)大投資和建設(shè)規(guī)模。

表5 湖南公司通信網(wǎng)建設(shè)規(guī)模指標(biāo)比較

3 結(jié)論

通信網(wǎng)建設(shè)規(guī)模是分析通信網(wǎng)規(guī)劃合理性、可行性和科學(xué)性的一個(gè)重要判據(jù)?？茖W(xué)評(píng)價(jià)電力通信網(wǎng)建設(shè)規(guī)模以合理安排資金，進(jìn)而促進(jìn)通信網(wǎng)各網(wǎng)絡(luò)層級(jí)與電網(wǎng)協(xié)調(diào)發(fā)展，具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。

通信網(wǎng)建設(shè)規(guī)模易受地區(qū)環(huán)境、地域經(jīng)濟(jì)和技術(shù)體制等多種因素影響，需要用科學(xué)的方法量化分析其與電網(wǎng)影響因素的關(guān)系，但目前具有的信息不完備。因此，文中提出一種評(píng)價(jià)電力通信網(wǎng)與電網(wǎng)發(fā)展適應(yīng)性的量化評(píng)估方法，該方法以年度通信網(wǎng)和電網(wǎng)的歷年統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，采用灰色關(guān)聯(lián)度分析方法，系統(tǒng)分析湖南公司通信網(wǎng)建設(shè)規(guī)模指標(biāo)(規(guī)模因素)與電網(wǎng)發(fā)展水平指標(biāo) (影響因素)之間的相互作用關(guān)系，得出湖南公司通信網(wǎng)建設(shè)規(guī)模滯后于電網(wǎng)發(fā)展水平的結(jié)論，建議 “十三五”期間加大通信網(wǎng)投資力度，擴(kuò)大投資和建設(shè)規(guī)模。

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Development margin calculation of power communication network based on grey relational degree analysis method

XU Zhiqiang，XIAO Zhenfeng，CHEN Zhongwei，YI Boyu，CHEN Jian
(State Grid Hunan Electric Power Corporation Economic＆Technology Institute，Changsha 410004，China)

The quantitative assessment method for the development adaptability of electric power communication network and power grid is presented in the paper.Based on the statistical data in previous years for the communication network and power grid，the grey relational degree of interaction between the construction scale of electric power communication network and the development level of power grid in Hunan is calculated，and the inherent correlation rule of development between the communication network and the power grid is concluded.The theoretical and practical significance is presented in guiding the development plan and investment of electric power communication network.

electric power communication network；power grid；grey correlation degree analysis；development margin

10.3969/j.issn.1008-0198.2015.04.001

TN915.853；TM73

B

1008-0198(2015)04-0001-05

2015-06-16