彭道鑫，張翔宇，李丹，潘格，譚忠富

(華北電力大學(xué)能源經(jīng)濟(jì)與環(huán)境研究所，北京市 102206)

基于群組序物元可拓方法的電力經(jīng)濟(jì)與安全運(yùn)行評(píng)價(jià)模型

彭道鑫，張翔宇，李丹，潘格，譚忠富

(華北電力大學(xué)能源經(jīng)濟(jì)與環(huán)境研究所，北京市 102206)

電力工業(yè)經(jīng)濟(jì)與安全運(yùn)行是地區(qū)社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的關(guān)鍵性基礎(chǔ)支撐，為了能夠準(zhǔn)確評(píng)估電力在地區(qū)社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展過(guò)程中提供的支撐力度及運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)，引入了群組序物元可拓方法，對(duì)運(yùn)行過(guò)程中關(guān)鍵指標(biāo)構(gòu)成的電力經(jīng)濟(jì)與安全運(yùn)行評(píng)價(jià)模型進(jìn)行綜合電力評(píng)價(jià)，給出區(qū)域社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展過(guò)程中電力經(jīng)濟(jì)與安全運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)，并評(píng)估偏向相鄰風(fēng)險(xiǎn)的程度，做到風(fēng)險(xiǎn)的提前預(yù)警或規(guī)避。首先，基于對(duì)地區(qū)電力經(jīng)濟(jì)與安全運(yùn)行的關(guān)鍵指標(biāo)的理解，構(gòu)建了電力經(jīng)濟(jì)與安全運(yùn)行評(píng)價(jià)模型。隨后，結(jié)合實(shí)際現(xiàn)狀，基于基礎(chǔ)序關(guān)系法，采用群組序關(guān)系法進(jìn)行各指標(biāo)間權(quán)重的綜合設(shè)定。此外，采用信息整合性強(qiáng)、兼顧主客觀因素的物元可拓改進(jìn)模型進(jìn)行地區(qū)電力經(jīng)濟(jì)與安全運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)的評(píng)估與識(shí)別。最后，通過(guò)實(shí)例分析，得出該指標(biāo)體系及方法能夠有效地衡量地區(qū)電網(wǎng)經(jīng)濟(jì)與安全運(yùn)行的風(fēng)險(xiǎn)，將各指標(biāo)實(shí)測(cè)值設(shè)為變量，對(duì)待評(píng)物元進(jìn)行敏感性分析，該文結(jié)果可為地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展提供基礎(chǔ)建設(shè)方面的指導(dǎo)。

群組序關(guān)系；物元可拓模型；電力系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)安全運(yùn)行；敏感性分析

0 引 言

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，電力需求量隨之急劇增長(zhǎng)。然而，在逐步滿足日益增長(zhǎng)的電力需求基礎(chǔ)上，各產(chǎn)業(yè)對(duì)電力質(zhì)量、安全的保障需求也越來(lái)越高[1]。隨著各種新技術(shù)、新設(shè)備的廣泛應(yīng)用，如特高壓、交直流遠(yuǎn)距離輸電以及各種新型控制裝置，電力系統(tǒng)規(guī)模越來(lái)越大，電網(wǎng)運(yùn)行也越來(lái)越復(fù)雜。而且，隨著新電改9號(hào)文的出臺(tái)，電力市場(chǎng)改革也在有條不紊的進(jìn)行，逐步涌現(xiàn)出以可再生能源等新型電源、大用戶直購(gòu)電等新型電力交易模式以及一批符合條件的中間購(gòu)電商為代表的新主體，其均會(huì)增大電力經(jīng)濟(jì)與安全穩(wěn)定運(yùn)行的風(fēng)險(xiǎn)[2]。如何在經(jīng)濟(jì)可行的前提下有效地評(píng)估與控制地區(qū)電力工業(yè)安全運(yùn)行是社會(huì)經(jīng)濟(jì)與電力工業(yè)可持續(xù)發(fā)展必須關(guān)注的問(wèn)題。本文對(duì)傳統(tǒng)電力綜合評(píng)價(jià)方法加以改進(jìn)，提出了一套更加符合實(shí)際操控的電力經(jīng)濟(jì)與安全運(yùn)行評(píng)價(jià)指標(biāo)體系及方法[3]。

社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展對(duì)電力行業(yè)提出了越來(lái)越高的經(jīng)濟(jì)安全運(yùn)行要求，考慮到各種電網(wǎng)事故所帶來(lái)的觸目驚心的社會(huì)、經(jīng)濟(jì)損失，如美國(guó)西部電網(wǎng)所發(fā)生的3次事故[4-5]，如何保障電力經(jīng)濟(jì)與安全運(yùn)行引起了國(guó)內(nèi)外學(xué)者的廣泛關(guān)注，也成了學(xué)者研究的焦點(diǎn)領(lǐng)域。文獻(xiàn)[6]將電網(wǎng)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性與安全性指標(biāo)進(jìn)行綜合考慮，將安全性融入到經(jīng)濟(jì)性中加以考慮，從理論上為本文提供了思路，但是卻淡化了量化經(jīng)濟(jì)安全程度的問(wèn)題，得出的評(píng)價(jià)結(jié)論不直觀。文獻(xiàn)[7-8]從電力系統(tǒng)調(diào)度的經(jīng)濟(jì)調(diào)度管理、設(shè)備檢修管理、電網(wǎng)電壓和頻率管理、繼電保護(hù)管理、電網(wǎng)運(yùn)行方式管理這5個(gè)方面著手，對(duì)電網(wǎng)經(jīng)濟(jì)安全運(yùn)行進(jìn)行評(píng)價(jià)，但同樣沒(méi)有強(qiáng)化量化評(píng)估內(nèi)容。文獻(xiàn)[9]采用了AHP方法確定各指標(biāo)權(quán)重，該方法的主要問(wèn)題是指標(biāo)一旦多于9個(gè)，將不具備可操作性，且其計(jì)算過(guò)程較繁瑣，不便于具體推廣。文獻(xiàn)[10]則采用了熵權(quán)法，該方法權(quán)重設(shè)計(jì)較為簡(jiǎn)潔，易于理解，但是其信息整合程度有待加強(qiáng)。因此要想獲得合理的、有說(shuō)服力和信服力的評(píng)價(jià)結(jié)果，合理有效地選擇評(píng)價(jià)方法至關(guān)重要。文獻(xiàn)[11]將平衡計(jì)分卡理論與企業(yè)生態(tài)學(xué)有機(jī)結(jié)合，建立了針對(duì)電力企業(yè)電動(dòng)汽車(chē)充換電服務(wù)的商業(yè)模式評(píng)價(jià)指標(biāo)體系。改進(jìn)的評(píng)價(jià)方法有效地結(jié)合了人力資源常用方法，為綜合評(píng)價(jià)提供了一種思路。文獻(xiàn)[12]采用了AHP-TOPSIS的綜合評(píng)價(jià)方法，為能效工程的科學(xué)評(píng)價(jià)及決策提供了有益的理論參考，同時(shí)也是本文權(quán)重與評(píng)價(jià)方法相結(jié)合，進(jìn)行電網(wǎng)經(jīng)濟(jì)與安全運(yùn)行指標(biāo)體系評(píng)價(jià)的重要參考。

基于以上分析，本文采用改進(jìn)后的物元可拓評(píng)價(jià)方法對(duì)電力經(jīng)濟(jì)與安全運(yùn)行指標(biāo)體系進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)。該方法采用了更為符合實(shí)際評(píng)估運(yùn)行的群組序關(guān)系權(quán)重設(shè)計(jì)方法，并克服了如果任一指標(biāo)實(shí)測(cè)值一旦超出了指標(biāo)的節(jié)域，其關(guān)聯(lián)度函數(shù)就會(huì)無(wú)法計(jì)算的傳統(tǒng)物元可拓模型的缺陷。最終案例結(jié)果也表明，該方法能夠科學(xué)、合理、有效地對(duì)區(qū)域電力經(jīng)濟(jì)與安全運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行評(píng)估，得出直觀有效的評(píng)估量化值，并為當(dāng)?shù)厣鐣?huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展提供建設(shè)指導(dǎo)。

1 序關(guān)系物元可拓模型的構(gòu)建

1.1 序關(guān)系法

1.1.1 單一序關(guān)系情況

序關(guān)系法是由專家確定了各指標(biāo)之間相對(duì)重要性的排序關(guān)系之后，根據(jù)專家給出的相鄰指標(biāo)間的指標(biāo)重要程度進(jìn)行權(quán)重計(jì)算的一種權(quán)重設(shè)計(jì)方法。確定序關(guān)系以及給出相鄰指標(biāo)間相對(duì)重要程度是其核心步驟，具體步驟參考文獻(xiàn)[13]。

(2)相鄰指標(biāo)xk-1與xk間相對(duì)重要程度。專家給出評(píng)級(jí)指標(biāo)xk-1與xk之間重要程度通過(guò)wk-1/wk的理性判斷給出：

wk-1/wk=rk,k=m,m-1,…,2

(1)

(3)權(quán)重系數(shù)wk計(jì)算。獲得rk取值，則可計(jì)算各基表權(quán)重wk如下：

(2)

wk-1=rkwk,k=m,m-1,…,2

(3)

1.1.2 群組情況分析

實(shí)際運(yùn)用中，對(duì)于相同指標(biāo)體系，不同專家由于知識(shí)、經(jīng)驗(yàn)、理解等眾多客觀原因，其確定的序關(guān)系不盡相同。一旦出現(xiàn)序關(guān)系多種狀況，則需按照如下情況處理。

假設(shè)存在L位專家，其中有L0位序關(guān)系一致，其余是不同情形。

(4)

(2)設(shè)余下L-L0序關(guān)系不一致的專家所給出的序關(guān)系分別為

xk1?xk2?…?xkm,k=1,2,…，L-L0

(5)

式中xki表示專家k將{xi}按照序關(guān)系>排定順序之后第i個(gè)指標(biāo)。

不妨設(shè)k專家關(guān)于xkj-1與xkj(j=m,m-1,…,2;k=1,2,…，L-L0)之間重要性程度之比取值分別為rkj(j=m,m-1,…,2;k=1,2,…，L-L0)，則根據(jù)式(2)、(3)可分別求出指標(biāo)xkj的權(quán)重wkj。

(6)

(4)綜合權(quán)重wj為

(7)

式中：wj為指標(biāo)相對(duì)于某評(píng)價(jià)準(zhǔn)則或目標(biāo)的權(quán)重系數(shù)；k1>0,k2>0,k1+k2=1，一般地，k1=L0/L,k2=L-L0/L。

1.2 物元可拓模型的構(gòu)建

物元可拓模型構(gòu)建思路較為清晰，其將待評(píng)價(jià)對(duì)象可能存在的級(jí)別首先進(jìn)行了劃分，并根據(jù)經(jīng)驗(yàn)或者專家意見(jiàn)給出每個(gè)級(jí)別指標(biāo)體系中各指標(biāo)的取值范圍，即各指標(biāo)在此級(jí)別中的經(jīng)典域。各指標(biāo)經(jīng)典域的最大及最小可能取值構(gòu)成了該指標(biāo)的節(jié)域，所有指標(biāo)節(jié)域匯總成為該待評(píng)物元的節(jié)域。隨后通過(guò)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)形成待評(píng)物元，從而進(jìn)行待評(píng)物元等級(jí)劃分，即得最終的評(píng)價(jià)結(jié)果[13]。

1.2.1 傳統(tǒng)理論介紹

(1)確定經(jīng)典域、節(jié)域及待評(píng)物元

令：

(8)

式中：Nj表示待評(píng)價(jià)對(duì)象所劃分的等級(jí)；c1,c2,…,cn為待評(píng)價(jià)對(duì)象指標(biāo)體系中的指標(biāo)；vj1,vj2,…,vjn分別為各指標(biāo)c1,c2,…,cn所取值的范圍，亦即經(jīng)典域。

令：

(9)

式中：p表示待評(píng)對(duì)象等級(jí)的全體；vp1,vp2,…,vpn分別是p關(guān)于c1,c2,…,cn所取值的范圍，亦即p的節(jié)域。

令

(10)

式中：p0為待評(píng)物元；v1,v2,…,vn分別是p0關(guān)于c1,c2,…,cn所獲取的實(shí)際具體數(shù)據(jù)。

(2)權(quán)重設(shè)計(jì)

本文中權(quán)重設(shè)計(jì)采用主觀賦權(quán)法中的序關(guān)系法。

(3)計(jì)算綜合關(guān)聯(lián)度

待評(píng)物元各指標(biāo)與各等級(jí)水平的關(guān)聯(lián)函數(shù)值按式(11)計(jì)算：

(11)

1.2.2 模型缺陷

如果任一指標(biāo)實(shí)測(cè)值超出了指標(biāo)的節(jié)域，其關(guān)聯(lián)度函數(shù)就會(huì)出現(xiàn)無(wú)法計(jì)算的情況，此時(shí)就不能用物元可拓法進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)，針對(duì)物元可拓方法以上的局限性，需對(duì)其進(jìn)行相應(yīng)改進(jìn)。

1.2.3 模型改進(jìn)

在原有物元可拓模型的基礎(chǔ)上，對(duì)每個(gè)經(jīng)典域和待評(píng)物元的量值做規(guī)格化處理，即各指標(biāo)均除以其節(jié)域的右端點(diǎn)，得到規(guī)格化處理之后的物元經(jīng)典域和待評(píng)物元。具體如式(12)、(13)所示：

(12)

(13)

對(duì)規(guī)格化后的待評(píng)物元可由式(14)求其關(guān)于新經(jīng)典域量值范圍的距離：

(14)

式中：v為點(diǎn)值；a，b分別為區(qū)間左端點(diǎn)及右端點(diǎn)值。

關(guān)聯(lián)度的計(jì)算：用Dij代替關(guān)聯(lián)度函數(shù)Kj(vi)去計(jì)算綜合關(guān)聯(lián)度Kj(p0)：

(15)

1.2.4 等級(jí)評(píng)定

(16)

(17)

式中：j*為p0的風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)級(jí)別變量特征值，從j*數(shù)值的大小可以判斷待評(píng)物元偏向相鄰等級(jí)的程度。

2 區(qū)域電力經(jīng)濟(jì)安全運(yùn)行指標(biāo)體系的構(gòu)建

2.1 指標(biāo)體系構(gòu)建分析

供需平衡、變壓器經(jīng)濟(jì)運(yùn)行以及安全生產(chǎn)情況是區(qū)域電力經(jīng)濟(jì)及安全運(yùn)行的主要構(gòu)成部分。供需是區(qū)域電力經(jīng)濟(jì)發(fā)展的基礎(chǔ)，其最大負(fù)荷、峰谷差、負(fù)荷率等指標(biāo)是在有效保障電力需求的同時(shí)經(jīng)濟(jì)穩(wěn)定運(yùn)行的重要指標(biāo)。變壓器工作運(yùn)行狀態(tài)以及負(fù)載率則直接影響區(qū)域經(jīng)濟(jì)電力供給，而安全穩(wěn)定運(yùn)行更是區(qū)域電力經(jīng)濟(jì)安全運(yùn)行的最首要目標(biāo)。本文從這3個(gè)角度出發(fā)，選取各角度具有代表性的屬性，共同構(gòu)建了區(qū)域電力經(jīng)濟(jì)及安全運(yùn)行指標(biāo)體系。

供需平衡層面，主要通過(guò)區(qū)域最大負(fù)荷增長(zhǎng)率、峰谷差、負(fù)荷率以及當(dāng)?shù)毓┬杈鉅顩r打分評(píng)價(jià)4個(gè)屬性進(jìn)行定量加定性的綜合反映。變壓器經(jīng)濟(jì)運(yùn)行層面則通過(guò)變壓器平均負(fù)載率、變壓器日常維護(hù)程度以及優(yōu)化電網(wǎng)運(yùn)行工作成效3個(gè)屬性進(jìn)行定量和定性的綜合反映。對(duì)于安全生產(chǎn)，則從城網(wǎng)供電可靠率、農(nóng)網(wǎng)供電可靠率、城網(wǎng)供電電壓合格率、農(nóng)網(wǎng)供電電壓合格率以及人身安全保障5個(gè)特定方面進(jìn)行綜合反映。具體指標(biāo)構(gòu)建如圖1所示。

圖1 電力經(jīng)濟(jì)及安全運(yùn)行指標(biāo)體系Fig.1 Indicator system of economic and safe operation of power

2.2 綜合評(píng)價(jià)流程分析

基于權(quán)重設(shè)計(jì)方法及綜合評(píng)價(jià)方法的理論分析，并結(jié)合構(gòu)建的電力經(jīng)濟(jì)及安全運(yùn)行指標(biāo)體系，即可以進(jìn)行區(qū)域電力經(jīng)濟(jì)與安全運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估?？砂凑杖缦略u(píng)價(jià)流程進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，參見(jiàn)圖2。

(1)確定待評(píng)價(jià)對(duì)象，構(gòu)建評(píng)價(jià)指標(biāo)體系。在確定待評(píng)價(jià)區(qū)域之后，基于對(duì)地區(qū)電力經(jīng)濟(jì)與安全運(yùn)行關(guān)鍵指標(biāo)的把握，構(gòu)建了電力經(jīng)濟(jì)與安全運(yùn)行評(píng)價(jià)模型。

(2)進(jìn)行指標(biāo)體系權(quán)重設(shè)計(jì)。根據(jù)專家給出的序關(guān)系，判斷序關(guān)系集合是否一致，若一致，則用傳統(tǒng)單一序關(guān)系法進(jìn)行指標(biāo)權(quán)重設(shè)計(jì)，若不一致，則采用群組序關(guān)系法進(jìn)行指標(biāo)權(quán)重設(shè)計(jì)。

(3)確定經(jīng)典域、節(jié)域以及待評(píng)物元。

(4)計(jì)算各指標(biāo)關(guān)于經(jīng)典域的距，用其代替?zhèn)鹘y(tǒng)物元可拓的關(guān)聯(lián)度函數(shù)。

(5)電力經(jīng)濟(jì)與安全運(yùn)行綜合評(píng)級(jí)與風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)評(píng)判。結(jié)合指標(biāo)體系權(quán)重設(shè)計(jì)以及各指標(biāo)關(guān)于經(jīng)典域的距，計(jì)算出區(qū)域電力經(jīng)濟(jì)與安全運(yùn)行綜合關(guān)聯(lián)度，并給出其運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)。

圖2 電力經(jīng)濟(jì)與安全運(yùn)行綜合評(píng)價(jià)流程Fig.2 Comprehensive assessment process of economic and safe operation of power

3 應(yīng)用案例分析

2013年，某地區(qū)生產(chǎn)總值增長(zhǎng)7.7%，增幅與上年持平，三次產(chǎn)業(yè)分別增長(zhǎng)3%，8.1%，7.6%。該地區(qū)規(guī)模以上工業(yè)增加值同比增長(zhǎng)8%。完成全社會(huì)固定投資7 032.2億元，增長(zhǎng)8.8%。實(shí)現(xiàn)社會(huì)消費(fèi)品零售額8 375.1億元，增長(zhǎng)8.7%。該地區(qū)2013年全社會(huì)用電量累計(jì)達(dá)到913.11億kW時(shí)，同比增長(zhǎng)4.44%。其中第一產(chǎn)業(yè)用電量累計(jì)完成 18.57億kW·h，同比增長(zhǎng)2.40%；第二產(chǎn)業(yè)用電量累計(jì)完成334.59億kW·h，同比增長(zhǎng)4.26%；第三產(chǎn)業(yè)用電量累計(jì)完成402.91億kW·h，同比增長(zhǎng)7.90%；城鄉(xiāng)居民生活用電量累計(jì)完成157.04億 kW·h，同比下降2.96%。該地區(qū)2013年還實(shí)現(xiàn)了累計(jì)節(jié)約電量5.09億kW·h、節(jié)約電力10.87萬(wàn)kW的目標(biāo)，分別完成總目標(biāo)值的215.67%和230.30%。

3.1 設(shè)計(jì)指標(biāo)體系權(quán)重

本文采用序關(guān)系方法確定指標(biāo)體系中各層級(jí)指標(biāo)的權(quán)重，由于其屬于功能驅(qū)動(dòng)賦權(quán)法，采用回收統(tǒng)計(jì)多位專家問(wèn)卷的方法，確定指標(biāo)之間的序關(guān)系以及相對(duì)重要程度理性判斷。

3.1.1 三級(jí)指標(biāo)權(quán)重設(shè)計(jì)

(1)供需狀況

(2)變壓器經(jīng)濟(jì)運(yùn)行

(3)安全生產(chǎn)情況

3.1.2 二級(jí)指標(biāo)權(quán)重設(shè)計(jì)

3.1.3 三級(jí)指標(biāo)相對(duì)一級(jí)指標(biāo)的權(quán)重設(shè)計(jì)

結(jié)合3.1.1節(jié)及3.1.2節(jié)相關(guān)結(jié)果，可最終確定三級(jí)指標(biāo)C1,C2,C3,C4,C5,C6,C7,C8,C9,C10,C11,C12相對(duì)于一級(jí)指標(biāo)的權(quán)重，分別為

w={0.053,0.086,0.091,0.122,0.064,0.083,0.119,0.069, 0.066,0.071,0.052,0.124}

3.2 構(gòu)建序關(guān)系物元可拓模型

基于所構(gòu)建的指標(biāo)體系，將該地區(qū)電網(wǎng)經(jīng)濟(jì)與安全運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)劃分為負(fù)荷及供電量風(fēng)險(xiǎn)、變壓器經(jīng)濟(jì)運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)以及安全生產(chǎn)情況風(fēng)險(xiǎn)。最后將該地區(qū)電網(wǎng)經(jīng)濟(jì)與安全運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)劃分為5個(gè)等級(jí)，分別為N1很大、N2較大、N3一般、N4較小、N5很小。

3.2.1 確定經(jīng)典域、節(jié)域及待評(píng)價(jià)對(duì)象形成的物元。

確定構(gòu)建的電網(wǎng)經(jīng)濟(jì)與安全運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)體系中各三級(jí)指標(biāo)的經(jīng)典域以及5類風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)的節(jié)域。其中，定量指標(biāo)較多，包括最大負(fù)荷增長(zhǎng)率、峰谷差率、負(fù)荷率、城網(wǎng)供電可靠率、農(nóng)網(wǎng)供電可靠率、城網(wǎng)供電電壓合格率、農(nóng)網(wǎng)供電電壓合格率；定性指標(biāo)包括供需均衡程度分析、優(yōu)化電網(wǎng)工作成效分析以及人身安全保障分析。定量指標(biāo)經(jīng)典域通過(guò)專家經(jīng)驗(yàn)給出，定性指標(biāo)經(jīng)典域則采用(0-1)專家打分法。并將極小型指標(biāo)以及區(qū)間型指標(biāo)經(jīng)過(guò)一致化處理轉(zhuǎn)化為極大型指標(biāo)。各指標(biāo)的節(jié)域均為經(jīng)典域最大取值范圍，本文中均為[0,1]。最終各指標(biāo)的經(jīng)典域如表1所示。

通過(guò)對(duì)該地區(qū)相關(guān)資料的整理以及各專家對(duì)定性指標(biāo)打分問(wèn)卷的調(diào)查，可以得到待評(píng)價(jià)對(duì)象形成的物元。其中涉及到極小型指標(biāo)與區(qū)間型指標(biāo)向極大型指標(biāo)轉(zhuǎn)換的過(guò)程，指標(biāo)分類如下圖3所示，處理方法參考文獻(xiàn)[13]。

表1 電力經(jīng)濟(jì)及安全運(yùn)行各指標(biāo)經(jīng)典域
Table 1 Each index classical field of powe’s economic and safe operation

圖3 指標(biāo)體系各指標(biāo)類型劃分Fig.3 Classification of various indicators in index system

3.2.2 確定待評(píng)對(duì)象各指標(biāo)關(guān)于經(jīng)典域的距離

根據(jù)公式(16)～(17)，并借助于Matlab軟件，可以計(jì)算待評(píng)價(jià)對(duì)象各指標(biāo)關(guān)于其經(jīng)典域的距離Dij，如表2所示。

3.2.3 電網(wǎng)經(jīng)濟(jì)安全運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)評(píng)價(jià)

結(jié)合3.1節(jié)中指標(biāo)體系各指標(biāo)權(quán)重設(shè)計(jì)，可計(jì)算得出電網(wǎng)經(jīng)濟(jì)及安全運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)的關(guān)聯(lián)度為：K1=0.630 1，K2=0.770 7，K3=0.858 6，K4= 0.932 8，K5=0.968 0。

因?yàn)镵5=max{K1,K2,K3,K4,K5}，j=1,2,…,5，表明該區(qū)域電力經(jīng)濟(jì)與安全運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)為“很小”。至此，可計(jì)算風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)級(jí)別變量特征值j*，得出j*=3.82>3.5，可知，該待評(píng)物元有極大的概率偏向相鄰等級(jí)(風(fēng)險(xiǎn)較小)，區(qū)域電力建設(shè)及管理需要高度重視電力安全經(jīng)濟(jì)發(fā)展程度，提前給出應(yīng)對(duì)方案。

4 敏感性分析

以各指標(biāo)實(shí)測(cè)值為變量，對(duì)待評(píng)物元進(jìn)行敏感性分析。隨著各指標(biāo)實(shí)測(cè)值的變動(dòng)，電力經(jīng)濟(jì)與安全運(yùn)行的風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)關(guān)聯(lián)度Ki(i=1,2,3,4,5)以及風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)級(jí)別變量特征值j*均會(huì)隨之變動(dòng)。通過(guò)敏感性分析，旨在找出對(duì)區(qū)域電力經(jīng)濟(jì)與安全運(yùn)行影響作用明顯的因素，指導(dǎo)區(qū)域電力建設(shè)與電力風(fēng)險(xiǎn)預(yù)防。風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)關(guān)聯(lián)度與風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)級(jí)別變量特征值敏感性分析如圖4所示。

表2 待評(píng)價(jià)對(duì)象各指標(biāo)關(guān)于其經(jīng)典域的距離
Table 2 Distance of each indicator of objects on its classical field

圖4 風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)關(guān)聯(lián)度與風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)級(jí)別變量特征值敏感性分析Fig.4 Sensitivity analysis of correlation and level variable eigenvalues of risk level

由圖4可知，當(dāng)指標(biāo)變動(dòng)范圍由-50%～50%時(shí)，風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)關(guān)聯(lián)度最大數(shù)值分別為K1，K2，K2，K3，K4，K5，K5，K5，K5，K5。即區(qū)域電力安全穩(wěn)定運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)程度分別為很大、較大、一般、較小、很小。指標(biāo)數(shù)值從0～50%變動(dòng)時(shí)，區(qū)域風(fēng)險(xiǎn)程度恒定，均為風(fēng)險(xiǎn)很小，但是風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)級(jí)別變量特征值則有所變化，由3.83遞增至3.92，均大于3.5，說(shuō)明風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)偏向風(fēng)險(xiǎn)較小的概率越來(lái)越高，區(qū)域電力安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行不穩(wěn)定性增強(qiáng)。指標(biāo)數(shù)值0～-50%變動(dòng)時(shí)，區(qū)域風(fēng)險(xiǎn)級(jí)別不斷惡化，由運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)很小相應(yīng)地惡化為風(fēng)險(xiǎn)很大。風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)級(jí)別變量特征值除了變動(dòng)-10%時(shí)大于3.5，表明風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)偏向相鄰等級(jí)的概率較高，其余情況下均小于3.5，偏轉(zhuǎn)傾向不高。

5 結(jié) 論

(1)針對(duì)物元可拓模型的任一指標(biāo)實(shí)測(cè)值一旦超出了指標(biāo)的節(jié)域，其關(guān)聯(lián)度函數(shù)就會(huì)出現(xiàn)無(wú)法計(jì)算的缺陷，本文采用了規(guī)格化處理的改進(jìn)方法，能夠有效地克服傳統(tǒng)模型存在的缺陷。

(2)通過(guò)對(duì)實(shí)例區(qū)域的供需平衡、變壓器經(jīng)濟(jì)運(yùn)行以及安全生產(chǎn)情況的分析，運(yùn)用群組序物元可拓模型，得出雖然該地區(qū)電力經(jīng)濟(jì)與安全運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)程度很低，但存在著極大的概率偏向風(fēng)險(xiǎn)較低區(qū)域，應(yīng)注重風(fēng)險(xiǎn)預(yù)控。

(3)以各指標(biāo)實(shí)測(cè)值為變量，對(duì)待評(píng)物元進(jìn)行敏感性分析。對(duì)區(qū)域風(fēng)險(xiǎn)預(yù)控、識(shí)別與處理提供一定指導(dǎo)。

(4)經(jīng)濟(jì)、環(huán)境、能源之間的協(xié)調(diào)關(guān)系將會(huì)成為本文后續(xù)需要關(guān)注的問(wèn)題。

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(編輯 張媛媛)

Evaluation Model for Economic and Safe Operation of Electricity System Based on Matter-Element Extension Method Used Sequence Relations of Groups

PENG Daoxin, ZHANG Xiangyu, LI Dan, PAN Ge, TAN Zhongfu

(North China Electric Power University, Institute of Electricity Energy Economics, Beijing 102206, China)

The economic and safe operation of power industry is a critical foundation to support socio-economic development. In order to accurately assess the support and operation risk of power in the process of socio-economic development, this paper introduces the matter-element extension method with using sequence relations of groups to carry out comprehensive power evaluation on the economic and safe operation evaluation model of power system that consists of key indicators during the operation process. Then, this paper presents the economic and safe operation risks of power system during the process of regional social-economic development, and evaluates the degree of deviation of adjacent risk for the early warning or avoidance of risks. Firstly, we propose the evaluation model for the economic and safe operation of power system based on the understanding of the key indicators of economic and safe operation of the regional power. Secondly, we comprehensively set the weights of various indexes with using the sequence relations of groups based on the single sequence relation. Thirdly, we adopt improved matter-element extension model to evaluate and identify the risks of economic and safe operation of regional power, which has the characteristics of strong information integration and considering subjective and objective factors. Finally, through example analysis, the index system and method can effectively measure the risks of economic and safe operation of regional power grid, and can use the measured value as the variable to make sensitivity analysis on the matter-element. The results of this paper can provide guidance on the infrastructure of regional economic development.

sequence relations of groups; matter-element extension model; economic and safe operation of power system; sensitivity analysis

TM 732

A

1000-7229(2016)03-0039-08

10.3969/j.issn.1000-7229.2016.03.006

2015-11-17

彭道鑫(1992)，男，管理學(xué)碩士，主要從事電力市場(chǎng)環(huán)境經(jīng)濟(jì)的研究工作；

張翔宇(1993)，男，管理學(xué)碩士，主要從事電力市場(chǎng)環(huán)境經(jīng)濟(jì)的研究工作；

李丹(1993)，女，管理學(xué)碩士，主要從事電力市場(chǎng)環(huán)境經(jīng)濟(jì)的研究工作；

潘格(1994)，女，管理學(xué)碩士，主要從事電力市場(chǎng)環(huán)境經(jīng)濟(jì)的研究工作；

譚忠富(1964)，男，教授，博士生導(dǎo)師，主要從事電力市場(chǎng)環(huán)境經(jīng)濟(jì)的研究工作。