俞國勤，管人龍，鄒　斌，胡建一，邵宇鷹，張新華

(1.國網(wǎng)上海市電力公司，上?！?00432；2.國網(wǎng)華東分部，上?！?00120；3.上海大學(xué)，上海　200072；4.上海社會(huì)科學(xué)院，上?！?00030)

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上海電力發(fā)展基態(tài)指數(shù)的構(gòu)建與分析

俞國勤1，管人龍2，鄒斌3，胡建一4，邵宇鷹1，張新華1

(1.國網(wǎng)上海市電力公司，上海200432；2.國網(wǎng)華東分部，上海200120；3.上海大學(xué)，上海200072；4.上海社會(huì)科學(xué)院，上海200030)

摘要：基于層次分析法并經(jīng)一致性檢驗(yàn)遞階型相關(guān)指標(biāo)等效權(quán)重，構(gòu)建了反映近十年上海電力發(fā)展基本態(tài)勢的指標(biāo)矩陣，從而得出以年為單位的上海電力發(fā)展基態(tài)指數(shù)(BSI)值及其曲線；還進(jìn)行“底層”指標(biāo)的優(yōu)化組合和相關(guān)指標(biāo)靈敏度分析，并提出對電力發(fā)展基態(tài)指數(shù)解讀方式的分析建議。

關(guān)鍵詞：電力基態(tài)指數(shù)；電力發(fā)展；層次分析法

進(jìn)入后工業(yè)化時(shí)期后，在上海沿用了幾十年的電力消費(fèi)彈性系數(shù)，顯然已經(jīng)無法再確切指證電力發(fā)展的前景。于是近十幾年來，陸續(xù)有研究者提出了若干與電力相關(guān)的指數(shù)，如國家電網(wǎng)北京經(jīng)濟(jì)技術(shù)研究院胡兆光提出了電力供需指數(shù)、 東南大學(xué)和福建省電網(wǎng)公司開展了電力經(jīng)理指數(shù)的研究，以及經(jīng)濟(jì)調(diào)控下的電力消費(fèi)指數(shù)研討[1-3]，這些指數(shù)的研究主要為了電力需求分析的，或用于判斷全國電力供需狀況，或希望進(jìn)行行業(yè)用電趨勢的預(yù)測。

上海電網(wǎng)是典型的大城市受端電網(wǎng)，上海電力發(fā)展基態(tài)指數(shù)則將反映上海地區(qū)經(jīng)濟(jì)戰(zhàn)略轉(zhuǎn)型下電力發(fā)展的前景趨勢，特別展現(xiàn)上海電網(wǎng)強(qiáng)直流弱交流多端受電和本地弱開機(jī)方式下表征電力發(fā)展過程中電力生產(chǎn)、電網(wǎng)運(yùn)行和電力消費(fèi)鏈的基本態(tài)勢，即電力供應(yīng)在能力和效率上的基本特征和電力消費(fèi)在數(shù)量和質(zhì)量上的基本特征；在發(fā)電領(lǐng)域則體現(xiàn)發(fā)電煤耗、清潔能源供電比率以及發(fā)電利用小時(shí)數(shù)等特征，在電網(wǎng)運(yùn)行上體現(xiàn)供電可靠性、網(wǎng)損，設(shè)備利用率等特征，在電力消費(fèi)中反映電能利用效益和電力消費(fèi)數(shù)量的變化。

1上海電力發(fā)展基態(tài)指數(shù)的構(gòu)建

在《上海電力發(fā)展?fàn)顩r分析報(bào)告》[4]歷年積累的指標(biāo)數(shù)據(jù)上，基于層次分析法(AHP)構(gòu)建上海電力發(fā)展基態(tài)指數(shù)。

1.1層次遞階結(jié)構(gòu)的指標(biāo)體系

應(yīng)用AHP分析決策問題方法，在廣泛征詢業(yè)內(nèi)專家的基礎(chǔ)上，從30個(gè)指標(biāo)中遴選出14個(gè)指標(biāo)，把解決基態(tài)指數(shù)的問題構(gòu)造成一個(gè)有層次遞解的指標(biāo)體系結(jié)構(gòu)模型(見圖1)。其中，準(zhǔn)則層為電力生產(chǎn)、電網(wǎng)運(yùn)行和電力消費(fèi)三類指標(biāo)，方案層為相應(yīng)的關(guān)聯(lián)指標(biāo)。

層次遞階結(jié)構(gòu)中的層次數(shù)與問題的復(fù)雜程度及需要分析的詳盡程度有關(guān)，一般地層次數(shù)不受限制；每一層次中各元素所支配的元素原則上不宜超過9個(gè)。

圖1　上海電力發(fā)展基態(tài)指數(shù)指標(biāo)結(jié)構(gòu)圖

1.2判別標(biāo)度與判斷矩陣

表1　層次分析的指標(biāo)判別比例標(biāo)度

此外，根據(jù)業(yè)內(nèi)專家的判別標(biāo)度給出準(zhǔn)則層和方案層的判別矩陣(見表2～表5)。

表2　準(zhǔn)則層判斷矩陣A11的標(biāo)度賦值

表3　方案層電力生產(chǎn)判斷矩陣A21的標(biāo)度賦值

表4　方案層電網(wǎng)運(yùn)行判斷矩陣A22的標(biāo)度賦值

表5　方案層電力消費(fèi)判斷矩陣A23的標(biāo)度賦值

判別矩陣中的標(biāo)度賦值：mij為表1中的標(biāo)度及標(biāo)度值，且mij=1/mji；當(dāng)i=j時(shí)，mij=mji=1。

1.3構(gòu)建流程

(1)求判別矩陣最大特征值

對每個(gè)專家按表1給出的表2～表5的判別矩陣，分別求出其最大特征值λmax。

(2)一致性檢驗(yàn)

其中，RI為平均隨機(jī)一致性指標(biāo)值，其值按矩陣階n而定(見表6)。

表6　平均隨機(jī)一致性指標(biāo)

當(dāng)CR<0.1時(shí)，認(rèn)為判別矩陣的一致性是可以接受的。否則應(yīng)對判斷矩陣作適當(dāng)修正。

(3)特征向量法求指標(biāo)權(quán)重

利用特征向量法對n×n判別矩陣A，對應(yīng)的n維權(quán)重矢量W為：

AW=λmaxW

(4)當(dāng)多個(gè)專家給出判別時(shí)，需要對其的判別進(jìn)行集結(jié)融合

每個(gè)專家判別結(jié)果給出的權(quán)重，再需要按照權(quán)重加權(quán)平均，并重復(fù)一致性檢驗(yàn)。最終可得到各元素特別是最低層中各方案對目標(biāo)的排序權(quán)重。

(5)原始數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化

數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化的目的是使得不同量綱的指標(biāo)在數(shù)值上處于相同的水平，同時(shí)，將所有數(shù)據(jù)表現(xiàn)為正向性。數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化處理后的2006～2014年指標(biāo)數(shù)據(jù)列于表7。

設(shè)某指標(biāo)為xij，i為表3～表5中某個(gè)指標(biāo)；j=0,1,2,3…年份，其中基準(zhǔn)年j為0。則標(biāo)準(zhǔn)化去量綱：

在評價(jià)過程中，有一個(gè)隱含的意思，指數(shù)越大越好。而有些指標(biāo)并非越大越好，例如，供電煤耗，二氧化硫排放量，綜合線損率，最大峰谷差占最高用電負(fù)荷比重其含義是越小越好，因此，在進(jìn)行數(shù)據(jù)處理時(shí)，將其正向化處理：

(6)標(biāo)準(zhǔn)化處理

標(biāo)準(zhǔn)化處理后的指標(biāo)數(shù)據(jù)如表7所示。利用基于MATLAB的程序進(jìn)行計(jì)算，得到如圖2所示上海電力發(fā)展基態(tài)指數(shù)曲線。為便于比較，同時(shí)列出了電力生產(chǎn)、電網(wǎng)運(yùn)行和電力消費(fèi)三個(gè)子指數(shù)的曲線和電力消費(fèi)量曲線。上海電力發(fā)展基態(tài)指數(shù)基準(zhǔn)值及各指標(biāo)權(quán)重值如表8所示。

圖2　上海電力發(fā)展基態(tài)指數(shù)曲線(2006～2014年)

年份裝機(jī)容量年度發(fā)電量發(fā)電利用小時(shí)數(shù)供電煤耗二氧化硫排放量清潔能源供電量比重公用變電站容量綜合線損率供電可靠性上海最高用電負(fù)荷最大峰谷差占最高用電負(fù)荷比重電力消費(fèi)電量第三產(chǎn)業(yè)電力消費(fèi)比重居民用電比重電力在全市能源消費(fèi)的比重20061.00001.00001.00001.00001.00001.00001.00001.00001.00001.00001.00001.00001.00001.00001.000020070.97371.02071.04831.02131.02050.94271.07561.00661.00001.08550.98221.08281.02600.99190.977520081.13571.09370.96311.02441.13880.87211.18211.00661.00011.14791.04211.14951.09381.04870.980320091.21811.07710.88431.04021.34070.91571.29041.00661.00011.21801.00421.16361.21351.07790.949320101.35311.30030.96101.06331.41860.79911.44381.00661.00011.34141.05041.30911.23961.05840.957720111.42541.41320.99141.09092.11581.22641.54781.00661.00011.30450.99051.35351.26561.06010.960620121.46391.34020.91551.10892.22611.23931.61650.99021.00011.32650.97121.36671.32291.12180.949320131.46861.33750.91061.11262.35401.19231.73360.98231.00011.50480.99901.42531.42191.17940.963420141.47001.11290.75721.11632.70071.29741.82030.97601.00011.37160.90781.46771.47921.03170.9634

表8　上海電力發(fā)展基態(tài)指數(shù)基準(zhǔn)值及各指標(biāo)權(quán)重值

2上海電力發(fā)展基態(tài)指數(shù)的分析

2.1基本分析

(1)電力發(fā)展基態(tài)指數(shù)的顯著增長原因，如2008年來自裝機(jī)容量、年度發(fā)電量和電力消費(fèi)的增長；2010年來自電力生產(chǎn)、電網(wǎng)運(yùn)行和電力消費(fèi)同時(shí)增長，電力消費(fèi)電量、發(fā)電量、發(fā)電裝機(jī)容量、變壓器容量增長明顯；2011年電力生產(chǎn)環(huán)節(jié)的幾乎所有指標(biāo)都有明顯的增長。

(2) 電力發(fā)展基態(tài)指數(shù)增長較低原因，2012年發(fā)電量減少，發(fā)電利用小時(shí)數(shù)減少；2014年裝機(jī)容量幾乎沒有增長，發(fā)電量和發(fā)電利用小時(shí)數(shù)都減小，也導(dǎo)致了發(fā)電環(huán)節(jié)是負(fù)增長。

(3)最大峰谷差占最高負(fù)荷比重指標(biāo)，既有反映電網(wǎng)控制難度的考慮，又有反映電力消費(fèi)季節(jié)與時(shí)間的考慮；將其安排在電網(wǎng)運(yùn)行或電力消費(fèi)需權(quán)衡和優(yōu)化。以2014年數(shù)據(jù)為案例，經(jīng)計(jì)算，如若將其安排在電網(wǎng)運(yùn)行，則電網(wǎng)運(yùn)行指數(shù)為負(fù)增長1.72，電力消費(fèi)指數(shù)增長78.63；如若將其安排在電力消費(fèi)，則電網(wǎng)運(yùn)行指數(shù)增長8.73，電力消費(fèi)增長26.81。顯然，將該指標(biāo)安排在電力消費(fèi)更合適。

2.2靈敏度分析

(1)電力消費(fèi)電量與發(fā)電分配增長的靈敏度分析

以假設(shè)2014年電力消費(fèi)增長分別為0%、2%和5%，而對應(yīng)的發(fā)電量影響分別按照完全由本地發(fā)電機(jī)組滿足、完全由外地清潔能源滿足、或者本地發(fā)電機(jī)組和外來電均分增長的電量，表9給出了7種參數(shù)變化的情況，表10為不同參數(shù)變化下基態(tài)指數(shù)及各環(huán)節(jié)指數(shù)的影響。

顯然，電力消費(fèi)電量增長，將引領(lǐng)基態(tài)指數(shù)、電力消費(fèi)環(huán)節(jié)指數(shù)和電力生產(chǎn)環(huán)節(jié)指數(shù)增長，且電力消費(fèi)的增長由外來清潔能源承擔(dān)，或至少承擔(dān)一半都比獨(dú)立由本地發(fā)電承擔(dān)對基態(tài)指數(shù)的增長顯著。

表9　假設(shè)2014年變化的參數(shù)

表10　不同參數(shù)變化對上海電力基態(tài)指數(shù)的影響

(2)最大峰谷差占比的靈敏度分析

表11為當(dāng)最大峰谷差占比增大后，由于其是反向性指標(biāo)，將使電力消費(fèi)環(huán)節(jié)指數(shù)下降，同時(shí)影響基態(tài)指數(shù)值下降。

表11　最大峰谷差占最高用電負(fù)荷比重的靈敏度分析

2.3貢獻(xiàn)率分析

可以將各子指數(shù)的變化乘以其權(quán)重比上海電力發(fā)展基態(tài)指數(shù)的變化量，作為其對基態(tài)指數(shù)的貢獻(xiàn)率。

3結(jié)語

以2006年為基準(zhǔn)年的各年上海電力發(fā)展基態(tài)指數(shù)及其軌跡，成為對上海電力發(fā)展基本狀態(tài)的一個(gè)綜合表征。

在條件具備時(shí)，電網(wǎng)運(yùn)行的指標(biāo)從變壓器變電容量擴(kuò)展到分電壓等級的變電站容量和線路長度；電力生產(chǎn)的二氧化硫排放量指標(biāo)可擴(kuò)展到包含氮氧化物排放量。

參考文獻(xiàn)：

[1]胡兆光. 電力供需指數(shù)研究 [J]. 電力與經(jīng)濟(jì)，2007，40(7)：5-7.

HU Zhao-guang. Power supply and demand index[J]. Electric Power,2007,40(7):5-7.

[2]徐青山，王文帝，林章歲，等. 面向行業(yè)大數(shù)據(jù)特征挖掘的電力經(jīng)理指數(shù)體系的建立與應(yīng)用[J]. 電力自動(dòng)化設(shè)備，2015，35(7)：15-21.

XU Qing-shan, WANG Wen-di, LIN Zhang-sui, et al. Establishment and application of EMI indicator system orienting to massive industrial data mining[J]. Electric Power Automation Equipment,2015,35(7).

[3]熊祥福. 經(jīng)濟(jì)調(diào)控下的電力消費(fèi)指數(shù)探究[J] .環(huán)境經(jīng)濟(jì)，2014(125)：45-46.

[4]上海電力技術(shù)與管理學(xué)院，上海市能源研究會(huì).上海電力發(fā)展?fàn)顩r分析報(bào)告 [R] .2015.

[5]呂躍進(jìn)，張維. 指數(shù)標(biāo)度在AHP標(biāo)度系統(tǒng)中的重要作用[J]. 系統(tǒng)工程學(xué)報(bào)，2003，18(5)：452-453.

LV Yue-jin, ZHANG Wei. Kernel function of index scale in AHP scale system[J]．Journal of Systems Engineering，2003，18(5)：452-453.

(本文編輯：趙艷粉)

Construction and Analysis of Shanghai Power Development Basic State Index

YU Guo-qin1, GUAN Ren-long2, ZOU Bin3, HU Jian-yi4, SHAO Yu-ying1, ZHANG Xin-hua1

(1. Shanghai Municipal Electric Power Company, Shanghai 200432, China;2. State Grid East China Branch, Shanghai 200120, China;3. Shanghai University, Shanghai 200072, China;4. Shanghai Academy of Social Sciences, Shanghai 200030, China)

Abstract:Based on the analytic hierarchy process (AHP) and the hierarchical correlation index equivalent weights for consistency checking, this paper builds up the index matrix reflecting the basic situation of Shanghai electric power development in the recent decade, and obtains the basic state index (BSI) value and curve per year of Shanghai electric power development; It also makes optimal combination of the "bottom" index and the sensitivity analysis of the related indicators, and proposes some suggestions on the BSI reading method analysis.

Key words:power basic state index; electric power development; analytic hierarchy process (AHP)

DOI：10.11973/dlyny201602001

作者簡介：俞國勤(1962)，男，碩士，高級工程師，從事電力系統(tǒng)技術(shù)管理工作。

中圖分類號(hào)：F426

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號(hào)：2095-1256(2016)02-0157-04

收稿日期：2016-01-15