周想凌，郝婉夢，邢杰，邱丹，劉焱，蔣彪

（1.國網(wǎng)湖北省電力公司運(yùn)營監(jiān)測中心，武漢430077；2.武漢大學(xué)電氣工程學(xué)院，武漢430072）

0 引 言

城鎮(zhèn)化是人口持續(xù)向城鎮(zhèn)聚集的過程，是世界各國經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展的重要趨勢。新型城鎮(zhèn)化［1］是以人為核心的城鎮(zhèn)化，注重區(qū)域間協(xié)調(diào)發(fā)展。電力行業(yè)作為國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要基礎(chǔ)行業(yè)，與新型城鎮(zhèn)化的發(fā)展息息相關(guān)［2］；新型城鎮(zhèn)化的規(guī)劃部署與電力體制改革、能源互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展交錯影響，因此研究城鎮(zhèn)化發(fā)展對電網(wǎng)企業(yè)運(yùn)營的影響已成為電網(wǎng)公司和政府部門非常關(guān)心的問題，對未來電網(wǎng)的規(guī)劃、運(yùn)行等方面尤為關(guān)鍵，具有重要的實(shí)用價(jià)值。

新型城鎮(zhèn)化發(fā)展對電網(wǎng)運(yùn)營的影響要綜合考慮各方面因素，因此構(gòu)建科學(xué)的綜合評價(jià)理論體系［3］是解決這一問題的有效方法，有利于對評價(jià)對象做出全局性、整體性的評估。評價(jià)指標(biāo)體系建立后，需要對各指標(biāo)的權(quán)重系數(shù)進(jìn)行求解，層次分析法［4］可將復(fù)雜問題分層次分析，進(jìn)而求出各層次指標(biāo)的主觀權(quán)重；熵權(quán)法［5］基于實(shí)際數(shù)據(jù)計(jì)算各評價(jià)指標(biāo)的信息熵，從而確定各指標(biāo)的客觀權(quán)重系數(shù)；文獻(xiàn)［6-7］將基于矩估計(jì)理論的AHP與熵權(quán)法相結(jié)合，組合權(quán)重的計(jì)算方法使結(jié)果更客觀有效。與傳統(tǒng)的評價(jià)方法相比，云模型［8］能有效降低評價(jià)過程中的主觀性，使綜合評價(jià)結(jié)果更具有說服力。

到目前為止，國內(nèi)外針對新型城鎮(zhèn)化發(fā)展對電網(wǎng)公司運(yùn)營影響的相關(guān)研究工作尚處于空白。本文針對城鎮(zhèn)化發(fā)展對電網(wǎng)公司運(yùn)營的影響展開研究，提出了一套新型城鎮(zhèn)化發(fā)展對電網(wǎng)公司運(yùn)營影響的評價(jià)指標(biāo)體系，采用層次分析法-熵權(quán)法確定各指標(biāo)的主客觀組合權(quán)重，并構(gòu)建了一種基于云重心理論的綜合評價(jià)模型，能對評價(jià)客體進(jìn)行科學(xué)有效的評估。通過對某省份各個地市新型城鎮(zhèn)化發(fā)展對電網(wǎng)運(yùn)營影響的實(shí)際數(shù)據(jù)的計(jì)算與分析，對該方法的可行性與有效性進(jìn)行了驗(yàn)證。

1 新型城鎮(zhèn)化發(fā)展對電網(wǎng)公司運(yùn)營的影響評價(jià)指標(biāo)體系

新型城鎮(zhèn)化發(fā)展對電網(wǎng)公司運(yùn)營的影響應(yīng)從多方面進(jìn)行分析，綜合考慮電網(wǎng)運(yùn)營各方面的因素，使評價(jià)更加合理和全面。在本文中，新型城鎮(zhèn)化的發(fā)展程度用城鎮(zhèn)化率這個量化的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)表示。本文提出的城鎮(zhèn)化發(fā)展對供電企業(yè)運(yùn)營影響的一整套評價(jià)指標(biāo)體系具體表現(xiàn)在以下幾個方面：

（1）在電量及經(jīng)濟(jì)指標(biāo)方面：新型城鎮(zhèn)化對電力企業(yè)運(yùn)營最直接和最重要的影響就是帶動電力消費(fèi)量的增長。隨著人口的遷移，縣域工業(yè)電氣化水平不斷提高，居民用電負(fù)荷快速增長，用電量水平必然增加。城鎮(zhèn)化率與經(jīng)濟(jì)發(fā)展、電力消費(fèi)量之間存在明顯的正相關(guān)性。此類指標(biāo)均為正向指標(biāo)；

（2）在供電投訴指標(biāo)方面：隨著新型城鎮(zhèn)化的不斷推進(jìn)，居民對用電質(zhì)量及服務(wù)的意識不斷增強(qiáng)，對電網(wǎng)的電壓質(zhì)量、停電次數(shù)、電網(wǎng)建設(shè)、服務(wù)水平等有著更高要求。因此，城鎮(zhèn)化率越高，居民供電投訴情況將越少。此類指標(biāo)均為反向指標(biāo)；

（3）在電網(wǎng)停運(yùn)指標(biāo)方面：城鎮(zhèn)化率越高，要求配電網(wǎng)可靠性、穩(wěn)定性越好，因此各類百公里停電次數(shù)、故障停運(yùn)率等指標(biāo)均越小越好。所以此類指標(biāo)均屬于反向指標(biāo)；

（4）在配網(wǎng)搶修指標(biāo)方面：當(dāng)事故發(fā)生后，居民對配電網(wǎng)故障搶修的要求也是隨城鎮(zhèn)化率的增加而增加，希望平均到達(dá)現(xiàn)場時間、故障修復(fù)時間和未按時到達(dá)現(xiàn)場率均越小越好，以盡量減小對社會生產(chǎn)生活的影響。此類指標(biāo)均屬于反向指標(biāo)；

（5）在能源互聯(lián)網(wǎng)指標(biāo)方面：新型城鎮(zhèn)化發(fā)展與能源互聯(lián)網(wǎng)的建設(shè)交錯影響、相互促進(jìn)，能源互聯(lián)網(wǎng)結(jié)合了可再生能源、分布式發(fā)電與互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，有利于增加電網(wǎng)與用戶間的互動，提高能源利用效率。城鎮(zhèn)化率越高，能源互聯(lián)網(wǎng)的建設(shè)應(yīng)該越完善。此類指標(biāo)均屬于正向指標(biāo)。

根據(jù)上述分析，本文提出的新型城鎮(zhèn)化發(fā)展對電網(wǎng)公司運(yùn)營影響的綜合評價(jià)指標(biāo)體系如圖1所示，該指標(biāo)體系分為一級指標(biāo)5個、二級指標(biāo)20個，其中前17個指標(biāo)是定量指標(biāo)，后3個指標(biāo)是定性指標(biāo)。通過對指標(biāo)的綜合分析處理，就可以得到客觀合理的評價(jià)結(jié)果。

圖1 新型城鎮(zhèn)化發(fā)展對電網(wǎng)公司運(yùn)營的影響評價(jià)指標(biāo)體系Fig.1 Evaluation index system of the impact of new urbanization development on the operation of grid corporation

2 基于AHP-熵權(quán)法與云重心理論的綜合評價(jià)方法

2.1 指標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)化處理

城鎮(zhèn)化對電網(wǎng)運(yùn)營影響的不同指標(biāo)具有不同的含義和量綱，具體數(shù)值差異較大，不能進(jìn)行直接比較，因此各類指標(biāo)必須通過標(biāo)準(zhǔn)化處理后才能進(jìn)行綜合比較。本文采用功效系數(shù)法［9］作為規(guī)范化評分標(biāo)準(zhǔn)，計(jì)算方法如下：

式中dli為第i個指標(biāo)的單項(xiàng)功效系數(shù)值即評分值；A為偏移度即起始評分值；Xi、Xhi、Xsi分別為第i個評價(jià)指標(biāo)的實(shí)際值、滿意值及不允許值。

對于正向指標(biāo)，滿意值為該指標(biāo)的最大值，不允許值為最小值；對于反向指標(biāo)，滿意值為該指標(biāo)的最小值，最大值為不允許值。功效系數(shù)越大，反映該指標(biāo)的性能越優(yōu)。

2.2 AHP-熵權(quán)法組合權(quán)重

（1）層次分析法

層次分析法（Analytical Hierarchy Process，AHP）可對已建立的指標(biāo)體系進(jìn)行分層研究，分別計(jì)算目標(biāo)層對一級指標(biāo)、各一級指標(biāo)對相應(yīng)的二級指標(biāo)的權(quán)重系數(shù)，最終求出最底層指標(biāo)相對于最高層的主觀權(quán)重。

首先，對于上一層次的某一準(zhǔn)則，對同一層各因素的重要性進(jìn)行兩兩比較，構(gòu)造判斷矩陣A。

式中aij表示指標(biāo)i與指標(biāo)j的相對重要程度，本文采用九級標(biāo)度法［10］。

其次，由于客觀事物的復(fù)雜性以及人們對事物認(rèn)識的模糊性和多樣性，要對判斷矩陣進(jìn)行一致性檢驗(yàn)。判斷矩陣A偏離一致性指標(biāo)為：

式中λmax為矩陣A的最大特征根。

判斷矩陣的平均一致性指標(biāo)RI的值已知［11］，當(dāng)滿意一致性指標(biāo)CR滿足下式時，認(rèn)為判斷矩陣A具有一致性，否則就需要修正判斷矩陣的取值：

（2）熵權(quán)法

熵是對系統(tǒng)狀態(tài)不確定性的一種度量，利用評價(jià)對象的固有信息，求出各指標(biāo)的信息熵，信息熵越小，信息的無序程度越低，其信息的效用值越大，指標(biāo)的權(quán)重越大。第個指標(biāo)的信息熵Ei為：

式中 i＝1，2，…m為指標(biāo)數(shù)；j＝1，2，…n為評價(jià)對象數(shù)，系數(shù) K＝1/ln n為第 i項(xiàng)評價(jià)指標(biāo)在第j個評價(jià)對象上的標(biāo)準(zhǔn)值。

由信息熵確定第i個指標(biāo)的客觀權(quán)重為：

（3）AHP-熵權(quán)法組合權(quán)重

層次分析法是根據(jù)專家經(jīng)驗(yàn)確定各指標(biāo)主觀權(quán)重，熵值法利用評價(jià)對象的固有信息確定各指標(biāo)的客觀權(quán)重，為了有效地綜合主觀因素和客觀因素的影響，增加綜合評估結(jié)果的可信度，本文將AHP和熵權(quán)法的權(quán)重計(jì)算結(jié)果相結(jié)合［12］，各二級指標(biāo)的AHP－熵權(quán)法組合權(quán)重求取方法為：

2.3 云模型綜合評價(jià)方法

云模型來反映綜合評判過程，實(shí)現(xiàn)定性與定量之間的轉(zhuǎn)化，能有效降低評價(jià)過程中的主觀性，對評價(jià)客體進(jìn)行有效的評估，并將結(jié)果以云圖表現(xiàn)出來。與傳統(tǒng)的處理模糊概念的方法相比，云模型的綜合評判方法更貼近人們的思想，結(jié)果更加客觀具體，具有說服力。

（1）計(jì)算各指標(biāo)的云模型。

云模型通過3個數(shù)字特征期望Ex、熵En、超熵He來表征概念的整體特性。對于定量指標(biāo)，提取n組樣品組成決策矩陣，那么n個精確數(shù)值型的指標(biāo)就可以用一個云模型來表示：

式中Exi為各指標(biāo)量的值。

對于定性指標(biāo)的云模型，可采用專家評語法，設(shè)n位評判專家對某一定性指標(biāo)按照評語集給出n組評語，則此定性指標(biāo)的n組評語可以用1個一維云模型來表示：

期望

熵

（2）求出加權(quán)綜合云的云重心向量

m個指標(biāo)所反映的系統(tǒng)狀態(tài)就可用1個m維綜合云來表示。m維綜合云的云重心向量可表示為：

式中 Ti＝ai×bi；a表示云重心位置，即反映定性概念中心值的期望Ex；b表示云重心高度，反映相應(yīng)的云在系統(tǒng)中的權(quán)重，一個系統(tǒng)的狀態(tài)變化可以通過云重心的改變來度量。

（3）計(jì)算加權(quán)偏離度

把各指標(biāo)歸一化后的向量值乘以權(quán)重值，然后再相加，得到加權(quán)偏離度θ的值。

式中0≤θ≤1；Wi為第i個單項(xiàng)指標(biāo)的AHP-熵權(quán)法組合權(quán)重值。

圖2為城鎮(zhèn)化發(fā)展對電網(wǎng)運(yùn)營影響的綜合評價(jià)方法程序流程圖。

3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

基于某省份各地市2014年的實(shí)際數(shù)據(jù)［13］，本文根據(jù)所提出的新型城鎮(zhèn)化發(fā)展對電網(wǎng)公司運(yùn)營影響的評價(jià)指標(biāo)體系，求出各指標(biāo)的AHP-熵權(quán)法組合權(quán)重，應(yīng)用云模型的綜合評價(jià)方法分別求出8個城市的加權(quán)偏離度，評價(jià)結(jié)果用云圖表示，并將各城市的綜合評價(jià)結(jié)果與城鎮(zhèn)化率的發(fā)展趨勢進(jìn)行比較，得出相應(yīng)的結(jié)論。

首先，對城鎮(zhèn)化率由高到低排列的8個城市的各類指標(biāo)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化評分。本文提出的綜合評價(jià)指標(biāo)體系中二級指標(biāo)的前17個指標(biāo)均為定量指標(biāo)，應(yīng)采用功效系數(shù)法進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化評分，本文的偏移度A設(shè)置為20，總分為100，指標(biāo)評分結(jié)果越高說明該地市的該項(xiàng)指標(biāo)越符合城鎮(zhèn)化的發(fā)展要求。以電量與經(jīng)濟(jì)指標(biāo)下的各個二級指標(biāo)為例，求出規(guī)范化評分見表1（因篇幅限制不再列出其他定量指標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)化結(jié)果）。

圖2 基于AHP-熵權(quán)法與云模型的綜合評價(jià)方法程序流程圖Fig.2 Program flow chart of comprehensive evaluation method based on AHP-entropy weight method and cloud model

表1 電量與經(jīng)濟(jì)指標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)化評分結(jié)果Tab.1 Standard score results of the electric quantity and economic indexes

對于指標(biāo)體系中二級指標(biāo)的后三個定性指標(biāo)E2、E3、E4宜采用專家測評法處理，以城市2為例，分別請六位專家分別對E2、E3、E4進(jìn)行評分，并根據(jù)式（10）可計(jì)算各指標(biāo)的一維云模型的期望值，計(jì)算結(jié)果見表2。

表2 6位專家對城市2的定性指標(biāo)評分結(jié)果Tab.2 Qualitative index score results of city 2 by six experts

其次，根據(jù)本文的權(quán)重計(jì)算方法，可分別求出該評價(jià)指標(biāo)體系的AHP主觀權(quán)重和熵權(quán)法客觀權(quán)重，為綜合考慮主客觀因素的影響，根據(jù)式（8）得到各指標(biāo)的AHP-熵值法組合權(quán)重。各指標(biāo)的層次分析法權(quán)重、熵權(quán)法權(quán)重和AHP-熵值法組合權(quán)重的具體計(jì)算結(jié)果見表3。

表3 各指標(biāo)權(quán)重計(jì)算結(jié)果Tab.3 Calculation results of each index weight

最后，求出各個地市的加權(quán)綜合云的云重心向量，并對該云重心向量進(jìn)行歸一化處理，并根據(jù)式（14）求出各地市云模型的綜合加權(quán)偏離度。各地市的城鎮(zhèn)化率和綜合加權(quán)偏離度計(jì)算結(jié)果見表4。

表4 各城市的城鎮(zhèn)化率和綜合加權(quán)偏離度Tab.4 Urbanization rate and comprehensive weighted deviation of each city

將新型城鎮(zhèn)化對電網(wǎng)企業(yè)運(yùn)營影響的綜合評價(jià)結(jié)果分為好、良好、一般、較差和差5個類別，構(gòu)成一個定性評測的云發(fā)生器。將各個城市的綜合加權(quán)偏離度輸入到該定性評測的云發(fā)生器中，生成的綜合云圖如圖3。綜合加權(quán)偏離度越小，表明評價(jià)結(jié)果與理想值的偏差越小，則城鎮(zhèn)化對電網(wǎng)運(yùn)營影響的評價(jià)結(jié)果越好（本文認(rèn)為電網(wǎng)運(yùn)營的綜合指標(biāo)與城鎮(zhèn)化率應(yīng)該呈現(xiàn)正相關(guān)關(guān)系，即城鎮(zhèn)化率越高，電網(wǎng)運(yùn)營綜合評價(jià)指標(biāo)結(jié)果越高）。因此可用表示綜合評價(jià)結(jié)果，并與各地市的城鎮(zhèn)化率進(jìn)行比較如圖4。

圖3 各地市城鎮(zhèn)化對電網(wǎng)運(yùn)營影響的評估云圖Fig.3 Assessment cloud chart impact of city urbanization on power grid operation

從圖3、圖4可以看出，城鎮(zhèn)化率最高的城市1、城市2，其新型城鎮(zhèn)化對電網(wǎng)企業(yè)運(yùn)營的綜合評價(jià)結(jié)果也最好，評語處于“好”與“良好”之間，而城鎮(zhèn)化率最低的城市8其綜合評價(jià)結(jié)果也最差。從圖4中可以看出，各地市的城鎮(zhèn)化發(fā)展對電網(wǎng)公司運(yùn)營影響的綜合評價(jià)結(jié)果與城鎮(zhèn)化率的發(fā)展趨勢大體一致，但排在中間的城市例如5、6、7由于城鎮(zhèn)化率相差較小，很多指標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)化評分相近，因此電網(wǎng)運(yùn)營綜合評價(jià)結(jié)果并不完全符合城鎮(zhèn)化率的發(fā)展規(guī)律。

圖4 各地市城鎮(zhèn)化率及綜合評價(jià)結(jié)果對比Fig.4 Comparison between urbanization rate and the comprehensive evaluation results of each city

4 結(jié)束語

新型城鎮(zhèn)化的發(fā)展是現(xiàn)階段保持經(jīng)濟(jì)持續(xù)較快發(fā)展的強(qiáng)大支撐，必將對電力企業(yè)運(yùn)營提出新的要求。本文針對新型城鎮(zhèn)化發(fā)展對電網(wǎng)公司運(yùn)營的影響展開全面的分析研究，提出了一套新型城鎮(zhèn)化發(fā)展對電網(wǎng)公司運(yùn)營影響的評價(jià)指標(biāo)體系，采用AHP－熵權(quán)法確定各指標(biāo)的主客觀組合權(quán)重，并采用云模型求出評價(jià)對象的綜合加權(quán)偏離度，進(jìn)而針對城鎮(zhèn)化發(fā)展對電網(wǎng)公司運(yùn)營的影響進(jìn)行綜合分析評估?；?014年某省份8個地市的實(shí)際數(shù)據(jù)，針對新型城鎮(zhèn)化發(fā)展對該電網(wǎng)公司的運(yùn)營影響進(jìn)行評估計(jì)算。計(jì)算結(jié)果表明，城鎮(zhèn)化發(fā)展對該電網(wǎng)公司運(yùn)營影響的綜合評價(jià)結(jié)果與城鎮(zhèn)化率的發(fā)展趨勢大體一致；同時，本文提出的新型城鎮(zhèn)化發(fā)展對電網(wǎng)公司運(yùn)營影響的評價(jià)模型是可行的和有效的，能夠?yàn)殡娋W(wǎng)公司的科學(xué)運(yùn)營提供指導(dǎo)依據(jù)。