匡曉輝， 邵海， 馬寧， 吳猛

(1.湖南華杰工程咨詢有限公司，湖南 長(zhǎng)沙 410007，2.國(guó)網(wǎng)新疆電力公司經(jīng)濟(jì)技術(shù)研究院，新疆維吾爾自治區(qū) 830011)

基于多屬性價(jià)值函數(shù)估計(jì)法的調(diào)度權(quán)轉(zhuǎn)移模型

匡曉輝1， 邵海2， 馬寧2， 吳猛2

(1.湖南華杰工程咨詢有限公司，湖南 長(zhǎng)沙 410007，2.國(guó)網(wǎng)新疆電力公司經(jīng)濟(jì)技術(shù)研究院，新疆維吾爾自治區(qū) 830011)

當(dāng)發(fā)生電力突發(fā)事件時(shí)，調(diào)度權(quán)合理有序的轉(zhuǎn)移將對(duì)電力應(yīng)急事故處理起到至關(guān)重要的作用。建立了基于多屬性價(jià)值函數(shù)估計(jì)法的調(diào)度權(quán)轉(zhuǎn)移模型，選取了停電損失、人員狀態(tài)和設(shè)備狀態(tài)三項(xiàng)指標(biāo)，并且綜合運(yùn)用了多屬性價(jià)值函數(shù)估計(jì)法進(jìn)行建模計(jì)算，最終將結(jié)果與實(shí)際電力事故樣本進(jìn)行對(duì)比，分析了方法的可行性。

電力應(yīng)急；突發(fā)事件；調(diào)度權(quán)；價(jià)值函數(shù)；指標(biāo)選取

0 引 言

當(dāng)發(fā)生電力突發(fā)事件時(shí)，電力調(diào)度部門(mén)需要根據(jù)電力事件的嚴(yán)重程度，在正常、預(yù)警、緊急和應(yīng)急四個(gè)狀態(tài)之間轉(zhuǎn)換，并且協(xié)調(diào)檢修、運(yùn)維和繼保班等部門(mén)，統(tǒng)一對(duì)電網(wǎng)事故進(jìn)行搶修。但是隨著電網(wǎng)規(guī)模的不斷擴(kuò)大以及調(diào)度權(quán)過(guò)于集中使電力調(diào)度機(jī)構(gòu)的工作壓力越來(lái)越大。健全調(diào)度權(quán)轉(zhuǎn)移機(jī)制可以合理地分配調(diào)度權(quán)，解決了調(diào)度權(quán)過(guò)于集中帶來(lái)的弊端。智能化算法的興起為調(diào)度權(quán)轉(zhuǎn)移提供了算法基礎(chǔ)，避免了人為因素所產(chǎn)生的影響，使電力應(yīng)急調(diào)度權(quán)的轉(zhuǎn)移更加合理且便于實(shí)施和管理[1]。

1 電力應(yīng)急調(diào)度權(quán)概述

電力應(yīng)急調(diào)度權(quán)即為在電力突發(fā)事件下，行使電力調(diào)度的權(quán)力。為了確保電網(wǎng)可以安全地運(yùn)行，我國(guó)采用的是統(tǒng)一調(diào)度的模式，設(shè)立了三個(gè)可行使調(diào)度權(quán)的職能機(jī)構(gòu)：主調(diào)中心、備調(diào)中心和電力應(yīng)急指揮中心。

主調(diào)中心就是通常的電網(wǎng)調(diào)度中心，是電網(wǎng)事故的處理指揮中心，統(tǒng)一管理調(diào)度主調(diào)中心管轄區(qū)范圍內(nèi)的電力事故。主要職責(zé)是接受并分析上傳的電力事故數(shù)據(jù)，向執(zhí)行部門(mén)下達(dá)調(diào)度命令，統(tǒng)一指揮管轄區(qū)內(nèi)的電力事故處理，控制電力事故范圍。

備調(diào)中心即為主調(diào)中心的備用調(diào)度中心，具備行使主調(diào)中心權(quán)力的能力要求。當(dāng)主調(diào)中心受到電力事故影響而無(wú)法行使調(diào)度權(quán)時(shí)，調(diào)度權(quán)將下放到備調(diào)中心，由備調(diào)中心對(duì)電網(wǎng)進(jìn)行統(tǒng)一調(diào)度。

電力應(yīng)急指揮中心是指當(dāng)電網(wǎng)發(fā)生電力突發(fā)事件而受到十分嚴(yán)重的破壞時(shí)行使調(diào)度權(quán)的職能部門(mén)。當(dāng)發(fā)生電力突發(fā)事件時(shí)，并且主調(diào)中心和備調(diào)中心已經(jīng)無(wú)法滿足電力調(diào)度的要求，此時(shí)電力應(yīng)急指揮中心統(tǒng)一對(duì)電網(wǎng)進(jìn)行調(diào)度，控制電力受災(zāi)區(qū)的穩(wěn)定。

電力應(yīng)急指揮系統(tǒng)是從應(yīng)對(duì)電力事故出發(fā)，為了事故處理提供解決方案和手段，并且建立合理的應(yīng)急機(jī)制，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)視頻指導(dǎo)、大數(shù)據(jù)融合以及視頻會(huì)議等多方面多層次的聯(lián)動(dòng)。目前我國(guó)電力應(yīng)急指揮系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖1所示[2]。

圖1 電力應(yīng)急指揮系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

2 指標(biāo)的選取

在電網(wǎng)運(yùn)行過(guò)程中，用來(lái)分析電網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)的指標(biāo)多種多樣，但是電力應(yīng)急調(diào)度權(quán)轉(zhuǎn)移的指標(biāo)體系仍然很少見(jiàn)到。如何選取電力應(yīng)急調(diào)度權(quán)轉(zhuǎn)移指標(biāo)關(guān)系到調(diào)度權(quán)轉(zhuǎn)移的合理性和客觀性，本文將從停電損失指標(biāo)、人員狀態(tài)指標(biāo)和設(shè)備狀態(tài)指標(biāo)對(duì)電力應(yīng)急調(diào)度權(quán)轉(zhuǎn)移指標(biāo)進(jìn)行選取，并且綜合運(yùn)用這三方面的指標(biāo)制定合理的啟動(dòng)對(duì)應(yīng)措施。

2.1 停電損失指標(biāo)

對(duì)于停電損失的指標(biāo)，由于其不僅包括電力用戶的經(jīng)濟(jì)損失，也包括電力企業(yè)的經(jīng)濟(jì)損失，涉及的損失包含各個(gè)方面，不能一一統(tǒng)計(jì)出來(lái)，所以本文引入了產(chǎn)電比這個(gè)概念來(lái)間接估算停電經(jīng)濟(jì)損失。產(chǎn)電比描述了單位電能量在不同地區(qū)所創(chuàng)造的的經(jīng)濟(jì)效益，用產(chǎn)電比乘上停電缺供電量即可大致估計(jì)出停電造成的經(jīng)濟(jì)損失。其計(jì)算公式如下：

(1)

OC=W×Ri

(2)

其中Ri是該地區(qū)的產(chǎn)電比；GDPi是該地區(qū)當(dāng)年的國(guó)內(nèi)生產(chǎn)總值，單位是萬(wàn)元； ECi是該地區(qū)一年消耗的總電量，單位是kWh；W是停電缺供電量，單位是kWh；OC是停電經(jīng)濟(jì)損失，單位是萬(wàn)元。

2.2 人員狀態(tài)指標(biāo)

電力工作人員的精神狀態(tài)關(guān)系到電力調(diào)度是否可以安全有效地進(jìn)行，所在當(dāng)發(fā)生電力突發(fā)事件時(shí)，電力工作人員的狀態(tài)是必須考慮的問(wèn)題。本文將從電力工作人員的出勤率和工作崗位的重要率兩個(gè)方面評(píng)估人員狀態(tài)指標(biāo)。

(1)工作人員出勤率

工作人員出勤率是指在崗工作人員和所需工作人員之間的比值，記為ρ。出勤率高表示有足夠的人可以處理電力事故，出勤率低則表示有較少的人處理電力事故。

(2)工作崗位重要率

電力公司有不同的電力工作崗位，并且它們之間的重要程度是不同的，對(duì)工作人員的狀態(tài)也是不同的，所以工作崗位重要率是人員狀態(tài)指標(biāo)中必須考慮的一個(gè)因素，記為λ。本文對(duì)電力崗位權(quán)重值采用主動(dòng)賦值法，通過(guò)專家小組分析進(jìn)行賦值。

根據(jù)上文中電力工作人員的不足率ρ和電力工作崗位的重要率λ，得到人員狀態(tài)指標(biāo)G可以表示為：

G=∑kiρiλi

(3)

其中ρi和λi分別為第i個(gè)崗位的工作人員不足率和工作崗位重要率，ki為第i個(gè)崗位工作人員狀態(tài)相對(duì)于總體工作人員狀態(tài)的轉(zhuǎn)換系數(shù)。

2.3 設(shè)備狀態(tài)指標(biāo)

設(shè)備狀態(tài)指標(biāo)H無(wú)法通過(guò)具體的數(shù)值進(jìn)行度量，而且不同的電力設(shè)備對(duì)電網(wǎng)的重要程度也不一樣，因此不能只以電力設(shè)備在電網(wǎng)運(yùn)行中的參加率作為啟動(dòng)條件，還必須加入電力設(shè)備在電網(wǎng)運(yùn)行中的重要程度。從而得到如下所示的公式：

H=∑αjβj

(4)

其中αj為在電力突發(fā)事件下，第j個(gè)設(shè)備相對(duì)于電網(wǎng)正常運(yùn)行時(shí)的參加率，βj為第j個(gè)設(shè)備在電網(wǎng)中的重要程度[3]。

3 模型的建立

3.1 指標(biāo)的屬性權(quán)重值

上述中的各指標(biāo)相對(duì)于電力應(yīng)急的重要程度不同，可以采用模糊層次分析法(FAHP)對(duì)指標(biāo)進(jìn)行權(quán)重分析，并且設(shè)置合理的數(shù)值。本文首先以停電損失指標(biāo)、人員狀態(tài)指標(biāo)和設(shè)備狀態(tài)指標(biāo)為一級(jí)指標(biāo)，并且以其下屬指標(biāo)為二級(jí)指標(biāo)，建立模糊互補(bǔ)矩陣R。為了確定指標(biāo)的權(quán)重，需將模糊互補(bǔ)矩陣變換為模糊一致矩陣，再用特征向量歸一化求得其相應(yīng)權(quán)重，具體步驟如下所示：

即可得到模糊一致矩陣：A=(aij)n×n

3.2 多屬性價(jià)值函數(shù)估計(jì)法

多屬性價(jià)值函數(shù)估計(jì)法是考慮決策指標(biāo)屬性效用偏好，建立指標(biāo)屬性價(jià)值函數(shù)，然后根據(jù)各價(jià)值函數(shù)建立總體方案的價(jià)值函數(shù)，最終確定較優(yōu)的方案。

假設(shè)X={x1,x2,…,xn}是方案集，共有n個(gè)方案，Y={y1,y2,…,ym}是指標(biāo)屬性集，共有m個(gè)指標(biāo)屬性。aij=yi(xi)(i=1,2,…,n;j=1,2,…,m)表示方案xi在指標(biāo)屬性yi下的值。矩陣A=(aij)n×m表示方案集X對(duì)于指標(biāo)屬性集Y的決策矩陣，即為：

(5)

為了防止物理量綱對(duì)決策的影響，需要將決策矩陣A=(aij)n×m無(wú)量綱化，得到矩陣R=(rij)n×m。

指標(biāo)屬性價(jià)值函數(shù)是指指標(biāo)相對(duì)于總體方案的效用函數(shù)，如果價(jià)值函數(shù)值越小，則表示該指標(biāo)效用值越低，對(duì)總體方案的影響較?。蝗绻麅r(jià)值函數(shù)值越大，則表示該指標(biāo)效用值越大，對(duì)總體方案的影響較大。對(duì)于指標(biāo)屬性yj的價(jià)值函數(shù)vj=v(yj)，可以通過(guò)分析該指標(biāo)屬性對(duì)方案的價(jià)值傾向確定，并通過(guò)相應(yīng)的歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合，從而得到合理的函數(shù)形式。本文采用S形遞增型函數(shù)對(duì)價(jià)值函數(shù)進(jìn)行擬合：

其中a、θ為效用參數(shù)，可以通過(guò)歷史數(shù)據(jù)擬合得到[4]。

指標(biāo)屬性的價(jià)值函數(shù)vj確定后，可以確定無(wú)量綱化指標(biāo)屬性值rij的價(jià)值vj=v(rij)，從而得到總體方案的價(jià)值：

(6)

根據(jù)總體方案價(jià)值排序，可以得到電力應(yīng)急調(diào)度權(quán)轉(zhuǎn)移方案集為{正常狀態(tài)，預(yù)警狀態(tài)，緊急狀態(tài)，應(yīng)急狀態(tài)}。

1)正常狀態(tài)

各項(xiàng)指標(biāo)都處于安全的范圍內(nèi)，并有足夠的裕量，可以發(fā)生一些小的波動(dòng)，但不能很大。此時(shí)對(duì)應(yīng)的調(diào)度權(quán)屬于主調(diào)中心，不需要進(jìn)行調(diào)度權(quán)轉(zhuǎn)移。

2)預(yù)警狀態(tài)

有一些指標(biāo)處于臨界狀態(tài)或者稍微超出允許范圍，此時(shí)電力調(diào)度中心受到了一定的威脅，對(duì)外界的抗干擾能力下降，但仍能正常執(zhí)行調(diào)度任務(wù)。此時(shí)調(diào)度權(quán)仍屬于主調(diào)中心，不需要進(jìn)行調(diào)度權(quán)轉(zhuǎn)移，但需要加強(qiáng)監(jiān)視并盡可能地采取補(bǔ)救和修復(fù)措施排除隱患，使得系統(tǒng)能恢復(fù)到正常狀態(tài)，備調(diào)中心也應(yīng)該處于熱準(zhǔn)備狀態(tài)，一旦超過(guò)預(yù)警狀態(tài)則需馬上進(jìn)行調(diào)度權(quán)轉(zhuǎn)移。

3)緊急狀態(tài)

某些指標(biāo)嚴(yán)重超出允許范圍，主調(diào)中心無(wú)法正常執(zhí)行調(diào)度任務(wù)，但事故的嚴(yán)重程度仍在電力調(diào)度中心的處理能力范圍內(nèi)，此時(shí)需要將調(diào)度權(quán)從主調(diào)中心轉(zhuǎn)移到備調(diào)中心，備調(diào)中心進(jìn)入應(yīng)急工作模式，執(zhí)行調(diào)度任務(wù)。

4)應(yīng)急狀態(tài)

大部分指標(biāo)嚴(yán)重超出了允許范圍，事故已上升到社會(huì)公共安全層面，此時(shí)調(diào)度中心無(wú)法正常執(zhí)行調(diào)度任務(wù)，需要將調(diào)度權(quán)轉(zhuǎn)移到電力應(yīng)急指揮中心，由電力應(yīng)急指揮中心負(fù)責(zé)調(diào)度，進(jìn)行統(tǒng)一指揮，并和其他相關(guān)部門(mén)協(xié)調(diào)，共同進(jìn)行應(yīng)急處理工作[5]。

4 算例分析

為了說(shuō)明上述模型的有效性，本文選取了某電力調(diào)度中心的10個(gè)電力事故樣本。為了方便擬合指標(biāo)屬性的價(jià)值函數(shù)，本文規(guī)定停電損失值1到9表示停電損失從非常嚴(yán)重到比較輕度；人員狀態(tài)值1到9表示人員狀態(tài)從非常差到非常好；設(shè)備狀態(tài)值1到9表示設(shè)備狀態(tài)從非常差到非常好。計(jì)算數(shù)值如表1所示。

根據(jù)表格中的方案集價(jià)值序列，可以得到對(duì)應(yīng)序號(hào)電力事故應(yīng)該采取{正常狀態(tài)，預(yù)警狀態(tài)，緊急狀態(tài)，應(yīng)急狀態(tài)}中的何種方案。本文算例將計(jì)算得到的方案與以往電力事故發(fā)生時(shí)所采取的方案進(jìn)行對(duì)比，發(fā)現(xiàn)具有較高的吻合度，所以本文建立的基于多屬性價(jià)值函數(shù)估計(jì)法的調(diào)度權(quán)轉(zhuǎn)移模型具有一定的決策參考性。

表1 電力事故樣本

5 結(jié)束語(yǔ)

本文分析了電力調(diào)度機(jī)構(gòu)的權(quán)利與職責(zé)，明確了調(diào)度權(quán)轉(zhuǎn)移的規(guī)則，建立了電力應(yīng)急調(diào)度權(quán)轉(zhuǎn)移模型。根據(jù)電網(wǎng)在發(fā)生事故時(shí)的特點(diǎn)，選取了停電損失、人員狀態(tài)和設(shè)備狀態(tài)三大指標(biāo)，并且運(yùn)用多屬性價(jià)值函數(shù)估計(jì)法進(jìn)行分析，采用歷史數(shù)據(jù)擬合指標(biāo)屬性價(jià)值函數(shù)，從而實(shí)現(xiàn)了調(diào)度權(quán)轉(zhuǎn)移的程序化，為現(xiàn)實(shí)中的調(diào)度權(quán)轉(zhuǎn)移問(wèn)題提供了決策指導(dǎo)，同時(shí)減輕了調(diào)度部門(mén)的工作壓力，提高其應(yīng)對(duì)電力突發(fā)時(shí)間的能力，進(jìn)一步保障了城市電力的安全，減少了停電帶來(lái)的損失，從而間接地帶來(lái)了經(jīng)濟(jì)效益。

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Scheduling Power Transfer Model Based on Multi-attribute Value Function Estimation Method

Kuang Xiaohui1, Shao Hai2, Ma Ning2, Wu Meng2

(1.Hunan Hua Jie Engineering Consulting Co., Ltd., Changsha Hunan 410007, China;2. Economic and Technical Research Institute, State Grid Xinjiang Electric Power Co., Xinjiang Uygur Zizhiqu 830011, China)

In the event of power emergency, reasonable and orderly transfer of dispatching power will play a vital part in the handling of such accidents. This paper establishes a scheduling power transfer model based on the multi-attribute value function estimation method, selects three indexes of outage loss, personnel status and equipment status, and completes modeling calculation through comprehensive application of the multi-attribute value function estimation method. Finally, the results are compared with actual power accident samples, and the feasibility of the method is analyzed.

power emergency; emergency; scheduling power; value function; index selection

10.3969/j.issn.1000-3886.2017.04.024

TM734

A

1000-3886(2017)04-0081-03

定稿日期: 2016-11-22

匡曉輝(1984-)，女，湖南長(zhǎng)沙人，工程師，從事電力應(yīng)急、電力系統(tǒng)繼電保護(hù)方向研究。