郭珊珊 陳卓 王雅

摘 要：電力應(yīng)急物資的儲備布局在綜合考慮物資購買力、年均裝機(jī)容量、年均電力消費(fèi)量、輸電線路密度、交通通達(dá)度等屬性指標(biāo)的基礎(chǔ)上，運(yùn)用空間聚類的方法對電力應(yīng)急物資的儲備布局進(jìn)行一體化區(qū)域的劃分。選擇我國31個省份作為空間對象，聚類成十大區(qū)域，各區(qū)域據(jù)自身情況建立電力應(yīng)急物資一體化儲備倉，并建立信息共享機(jī)制，在受災(zāi)時由災(zāi)區(qū)所屬電網(wǎng)公司進(jìn)行應(yīng)急調(diào)度的優(yōu)化決策。

關(guān)鍵詞：空間聚類;電力應(yīng)急物資儲備;區(qū)域一體化

中圖分類號：BT???? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A????? doi：10.19311/j.cnki.1672-3198.2020.20.107

0 引言

近年來，國內(nèi)外自然災(zāi)害頻發(fā)，有的受災(zāi)地區(qū)的電力設(shè)備遭到了毀滅性的摧殘。同時，電力系統(tǒng)大面積停電事故造成了更加嚴(yán)重的損失，恢復(fù)災(zāi)區(qū)供電刻不容緩。一般情況下，電力系統(tǒng)的相關(guān)部門都會儲備一定的備品配件作為電力應(yīng)急物資，這些物資在發(fā)生較小規(guī)模事故時，可以發(fā)揮一定的作用。但隨著用電負(fù)荷的增加，電力系統(tǒng)事故的規(guī)模也將隨之增大，由于在目前的條件下自然災(zāi)害造成的電力事故時間、強(qiáng)度和影響范圍很難預(yù)測，致使電力應(yīng)急物資儲備難以滿足應(yīng)急管理工作的需要。

目前來看，雖然發(fā)電企業(yè)、電網(wǎng)企業(yè)在部分應(yīng)急設(shè)備和器械上具有共同性（如運(yùn)輸車輛、通信設(shè)備、應(yīng)急發(fā)電機(jī)組等），但他們均相對獨(dú)立地儲備電力應(yīng)急物資，各主體甚至同一主體的不同單位間缺乏應(yīng)急物資信息共享機(jī)制，各主體儲存的電力應(yīng)急物資品種或重復(fù)，或短缺，未形成互補(bǔ)，導(dǎo)致保障系數(shù)和資金利用率下降，同時也造成在突發(fā)事件發(fā)生時需用較長的時間去協(xié)調(diào)物資的調(diào)度和運(yùn)輸，使應(yīng)急物資難以在短時間內(nèi)調(diào)配到位。

基于以上情況，研究提出建立電力應(yīng)急物資儲備一體化，以提高物資一體化管理的信息化水平和各應(yīng)急主體的應(yīng)急物資利用效率，降低區(qū)域內(nèi)電力應(yīng)急物資的儲存成本和管理成本，并提升應(yīng)急物資的調(diào)度水平。

所謂建立應(yīng)急物資一體化布局，就是將國家分為若干個區(qū)域，在每個區(qū)域內(nèi)建立應(yīng)急物資的完備儲備體系。災(zāi)難發(fā)生時，一體化區(qū)域內(nèi)物資儲備共享，統(tǒng)一協(xié)調(diào)調(diào)度，提高區(qū)域的儲備保障效率。王晶等人利用空間聚類方法來解決一體化區(qū)域的最佳層次確定，并給出相應(yīng)的動態(tài)聚類算法，達(dá)到救援效率與儲備成本的折中，具有較好的實(shí)用性。劉滿芝等人在綜合考慮煤炭消費(fèi)量、煤炭自給率、風(fēng)險發(fā)生概率、區(qū)位、運(yùn)輸條件、儲備基地的資源、空間相鄰性等影響因素的基礎(chǔ)上，運(yùn)用空間聚類方法，對煤炭應(yīng)急儲備布局進(jìn)行一體化區(qū)域劃分。近些年來，隨著國家信息化水平的不斷提高，電力應(yīng)急物資布局一體化成為可能。因此，基于王晶、劉滿芝等人的研究成果，用空間聚類方法研究電力應(yīng)急物資儲備一體化布局，按照物資購買力、年均裝機(jī)容量、年均電力消費(fèi)量、輸電線路密度、交通通達(dá)度等屬性指標(biāo)，將我國劃分為幾大區(qū)域，在統(tǒng)籌區(qū)域協(xié)調(diào)發(fā)展的基礎(chǔ)上，為各個區(qū)域根據(jù)自身的實(shí)際情況及條件建立電力應(yīng)急物資儲備基地，實(shí)現(xiàn)一體化布局提供建議。

1 屬性選擇與計(jì)算方式

電力應(yīng)急物資儲備一體化布局是一項(xiàng)系統(tǒng)的工程，應(yīng)做到因地制宜，統(tǒng)籌規(guī)劃。研究表明，各地區(qū)的物資購買力、年平均發(fā)電裝機(jī)容量、年平均電力消費(fèi)量、變電站輸電線路密度、交通通達(dá)度、災(zāi)害下的損傷程度以及災(zāi)害發(fā)生頻率是建立電力應(yīng)急物資儲備一體化布局的關(guān)鍵影響因素。

（1）物資購買力。這一指標(biāo)用經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平來衡量，數(shù)據(jù)由各省份年均GDP組成。

（2）年均發(fā)電裝機(jī)容量。年裝機(jī)容量指的是一年內(nèi)某地區(qū)所有發(fā)電廠或區(qū)域電網(wǎng)具有的汽（水）輪發(fā)電機(jī)組總?cè)萘?，代表一個地區(qū)的年發(fā)電能力。研究數(shù)據(jù)均采用中國統(tǒng)計(jì)局的相關(guān)數(shù)據(jù)，為使這一指標(biāo)更具代表性，以及避免特殊情況帶來的發(fā)電機(jī)裝機(jī)容量激增或銳減，采用某地區(qū)五年內(nèi)年發(fā)電量的平均值作為參考指標(biāo)，用以衡量該地區(qū)在受災(zāi)情況下的自我電力救援能力。

（3）年均電力消費(fèi)量。年電力消費(fèi)量指的是某地區(qū)一年內(nèi)各行業(yè)及居民用電總量。采用五年內(nèi)年平均電力消費(fèi)量用來衡量某地區(qū)在受災(zāi)時對于電量的需求程度。

（4）變電站輸電線路密度。利用各地區(qū)的輸電線路密度來衡量某地區(qū)在受災(zāi)時的輸電能力。輸電線路密度計(jì)算公式如下：

ρ=∑ni=1WiLiA

其中，Li為某地區(qū)第i種變電站輸電線路的總長度，Wi為該種輸電線路的權(quán)重，A為該地區(qū)的國土面積。

同時，為縮小各該指標(biāo)的區(qū)域間差異，使得聚類結(jié)果不受指標(biāo)過高或過低的影響，采用Z-score方法，將該指標(biāo)進(jìn)行歸一化處理，消除指標(biāo)間量綱，將原始數(shù)據(jù)的均值（mean）和標(biāo)準(zhǔn)差（standard deviation）進(jìn)行數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)化經(jīng)，使得過處理的數(shù)據(jù)符合標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)分布，即均值為0，標(biāo)準(zhǔn)差為1，轉(zhuǎn)化函數(shù)為：

ρ*=（ρ-μ）σ

其中μ為所有樣本數(shù)據(jù)的均值，σ為所有樣本數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)差。該指標(biāo)越大，證明該地區(qū)輸電線路密度越大，其電力輸送的能力就越強(qiáng)。

（5）交通通達(dá)度。該指標(biāo)用以衡量某受災(zāi)地區(qū)的交通情況，一方面可以衡量該地區(qū)內(nèi)部或周圍地區(qū)的救援速度，另一方面可以反映電力應(yīng)急物資儲備規(guī)模的大小。如果運(yùn)輸距離適中、速度快、運(yùn)力充足、電力應(yīng)急物資調(diào)運(yùn)容易，則救援速度快，電力應(yīng)急物資儲備規(guī)模就低或不需要布局儲備基地;反之，則需要建立電力物資應(yīng)急儲備基地。該指標(biāo)計(jì)算公式如下：

ρ=∑ni=1WiLiA

其中，Li為某地區(qū)第i種交通方式的路線總長度，Wi為該種方式所占的權(quán)重，A為該地區(qū)的國土面積。指標(biāo)的歸一化處理方法和輸電線路密度的處理相同，為：ρ*=（ρ-μ）σ

該指標(biāo)越大，證明該地區(qū)交通通達(dá)度越高。

（6）災(zāi)害下的損傷程度。對該指標(biāo)采用打分法，用0-5分來依次表示受災(zāi)程度的從弱到強(qiáng)。該指標(biāo)一定程度可以反映受災(zāi)地區(qū)對于電力應(yīng)急物資供應(yīng)的需求數(shù)量以及急需程度。

如果損傷程度為5分，則證明該地區(qū)的受災(zāi)程度極為嚴(yán)重，急需大批量的電力應(yīng)急物資的供應(yīng)，電力應(yīng)急物資的儲備規(guī)模也就越大。

（7）災(zāi)害發(fā)生頻率。根據(jù)20年來我國發(fā)生的自然災(zāi)害相關(guān)數(shù)據(jù)來確定某地區(qū)災(zāi)害發(fā)生的頻率。

2 電力應(yīng)急物資儲備一體化模型構(gòu)建

2.1 空間聚類方法的選擇

常用的聚類方法有k-means聚類和分層聚類。K均值聚類是隨機(jī)選取K個對象作為初始的聚類中心，然后計(jì)算每個對象與各個種子聚類中心之間的距離，把每個對象分配給距離它最近的聚類中心。而分層聚類是開始時把每個樣品作為一類，然后把最靠近的樣品（即距離最小的群品）首先聚為小類，再將已聚合的小類按其類間距離再合并，不斷繼續(xù)下去，最后把一切子類都聚合到一個大類。K-means聚類方法要事先設(shè)定聚類中心的個數(shù)，帶有一定的主觀性。若采用分層聚類法，類別的個數(shù)可以根據(jù)聚集過程或從樹形圖中所顯示的合并距離來確定，如果發(fā)現(xiàn)某個階段合并的距離有很大的跳動，則提示合并前的個數(shù)可能更合適。基于此，電力應(yīng)急物資儲備一體化研究選擇分層聚類法進(jìn)行聚類。

2.2 聚類中距離的表示

在空間聚類中，要求每一個個案不僅空間距離相近，同時也要求其屬性距離相近，所以在這里要綜合兩者。在空間距離中，各個省份的省會城市的經(jīng)緯度坐標(biāo)作為計(jì)算空間距離的點(diǎn)坐標(biāo)，記為Si（xi，yi），采用歐式距離，將個案間的空間距離表示為：

D（Si，Sj）=（xi-xj）2+（yi-yj）2

在屬性距離中，將各個屬性記為（ai1，ai2，…aim）T，個案間的屬性距離可表示為：

Da（Si，Sj）=∑nk=1（aik-ajk）2

綜上，對空間距離以及屬性距離進(jìn)行加權(quán)，將綜合距離表達(dá)為：

D=ωα（xi-xj）2+（yi-yj）2+ωβ∑nk=1（aik-ajk）2

3 聚類結(jié)果及分析

3.1 聚類結(jié)果

依據(jù)空間聚類結(jié)果，將我國劃分為十大區(qū)域。劃分結(jié)果如表1所示。

為使一體化布局更加直觀明顯，劃分為同一區(qū)域的地區(qū)用相同顏色標(biāo)注，如圖1所示。

3.2 聚類結(jié)果分析

從聚類結(jié)果我們可以看出，北京自成一類，其電力自給率不高，但電力消費(fèi)量大，不能實(shí)現(xiàn)自給自足。天津、上海、江西、重慶、青海、吉林、黑龍江為一類，這一類中所有地區(qū)的自給量和消費(fèi)量都屬于中等水平，但自給量都大于自身所消耗的電量，可以基本實(shí)現(xiàn)自給自足。河北和河南為一類，這兩個省份的自身發(fā)電能力較強(qiáng)，消費(fèi)量也偏高，可以完全實(shí)現(xiàn)自給自足，甚至可以給予其他地區(qū)電力援助。江蘇、山東、廣東為一類，這一類地區(qū)所有省份的發(fā)電能力很強(qiáng)，自身的電力消耗量也很高，可以完全實(shí)現(xiàn)自給自足。浙江省自成一類，其自給量和消費(fèi)量也都偏高。福建、安徽、湖南、廣西、貴州、陜西、甘肅、遼寧劃分為一類，這一類中電力自給量也遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于消耗量。海南、西藏分為一類，這兩個地區(qū)的發(fā)電能力與消耗能力都不強(qiáng)。山西、湖北、新疆為一類，這一類地區(qū)的發(fā)電能力都遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于消耗能力。內(nèi)蒙古自成一類，該地區(qū)發(fā)電能力很強(qiáng)，電力消耗能力較弱。四川、云南為一類，該地區(qū)的發(fā)電量很高，消耗量卻很少。

考慮以上各個類別的電力數(shù)據(jù)值以及實(shí)際區(qū)位因素，將聚類的結(jié)果進(jìn)行如下調(diào)整。

研究發(fā)現(xiàn)：

（1）可將北京、天津跟河北省、河南省劃分為同一區(qū)域，天津和北京發(fā)電能力弱，但消耗能力強(qiáng)，而河北省與河南省這兩個地區(qū)與北京和天津恰好相反，且這四個地區(qū)相鄰，交通通達(dá)度高，所以這四個地區(qū)統(tǒng)籌建立電力應(yīng)急物資儲備倉庫，發(fā)電能力弱但消耗能力強(qiáng)的省份可以在發(fā)生災(zāi)難時接受來自發(fā)電能力強(qiáng)的地區(qū)的電力援助。

（2）重慶、青海、四川、云南、廣西、貴州可統(tǒng)籌一體化發(fā)展，這幾個地區(qū)自然災(zāi)害頻發(fā)，既有可能發(fā)生地震災(zāi)害，也有可能發(fā)生泥石流等自然災(zāi)害，如云南普洱地震、四川汶川地震、雅安地震、昭通地震、青海玉樹地震，九寨溝地震以及云南泥石流、重慶暴雨引發(fā)的泥石流等，統(tǒng)籌一體化建設(shè)電力應(yīng)急物資的儲備倉，可以在自然災(zāi)害發(fā)生時及時調(diào)配電力應(yīng)急物資，減少災(zāi)害帶來的損失。

（3）將上海、江西、安徽、湖南、福建、湖北劃分為同一區(qū)域，這幾個地區(qū)的電力生產(chǎn)量與消費(fèi)量都屬于均等水平，且有時會遭受長江流域一帶經(jīng)常發(fā)生的洪澇災(zāi)害，可以統(tǒng)籌建立電力應(yīng)急物資儲備倉，在災(zāi)害發(fā)生時互幫互助。

（4）東北三省自成一類，這三個省份相鄰，自然災(zāi)害較少，可建立一體化電力應(yīng)急物資倉庫統(tǒng)籌發(fā)展。

（5）江蘇、廣東、浙江、山東可統(tǒng)籌一體化發(fā)展，這類地區(qū)電力的生產(chǎn)量和消耗量均偏高高，電力行業(yè)發(fā)展較為成熟，可以統(tǒng)籌建設(shè)一體化倉庫，共同發(fā)展。

（6）新疆、西藏與內(nèi)蒙古都各自為一個區(qū)域，這三個地區(qū)電力消耗量都偏低，新疆和內(nèi)蒙古的電力生產(chǎn)量處于中等，且都幅員遼闊，處于干旱地帶，可能會發(fā)生大風(fēng)或火災(zāi)，在災(zāi)害發(fā)生時在很大程度上只能實(shí)現(xiàn)自救，所以各自建立一體化倉庫，自給自足;海南也可行建立電力應(yīng)急物資倉庫，實(shí)現(xiàn)自給自足。

（7）陜甘寧晉為同一區(qū)域，這一區(qū)域地區(qū)相鄰，災(zāi)害較少，可統(tǒng)籌建設(shè)一體化電力應(yīng)急物資倉庫，實(shí)現(xiàn)共同發(fā)展。

4 總結(jié)與展望

運(yùn)用空間聚類方法解決我國電力應(yīng)急物資儲備的一體化區(qū)域劃分問題，選擇我國31個省市區(qū)作為空間聚類對象，綜合考慮地理位置以及相關(guān)屬性指標(biāo)，將我國31個省市區(qū)聚類成十大類別，而后通過與實(shí)際情況進(jìn)行比較，對聚類結(jié)果進(jìn)行了相應(yīng)改動，最終將我國劃分為十大區(qū)域，進(jìn)行區(qū)域內(nèi)電力應(yīng)急物資儲備一體化布局。

我國電力行業(yè)由國家電網(wǎng)、南方電網(wǎng)與蒙西電網(wǎng)三足鼎立，但在任何一個電網(wǎng)公司所轄范圍內(nèi)發(fā)生重大自然災(zāi)害時，我國其他地區(qū)都會共同救援受災(zāi)地區(qū)。因此，在考慮地區(qū)年均裝機(jī)容量、年均用電量、輸電線路密度、交通通達(dá)度、災(zāi)害程度及頻率等因素的基礎(chǔ)上，將我國劃分為十大區(qū)域，各區(qū)域自行建立電力應(yīng)急物資儲備一體化布局，并建立應(yīng)急物資信息共享機(jī)制，在重大自然災(zāi)害發(fā)生時，可由受災(zāi)地所屬電網(wǎng)公司進(jìn)行統(tǒng)一調(diào)度，實(shí)現(xiàn)對受災(zāi)地區(qū)的電力應(yīng)急物資的援助，進(jìn)行應(yīng)急調(diào)度的優(yōu)化決策。

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作者簡介：郭珊珊（1980-），女，河南南陽人，碩士，研究方向：電力物資管理和供應(yīng)鏈管理;

陳卓（1982-），男，河南信陽人，國網(wǎng)信陽供電公司、經(jīng)濟(jì)師，主要研究方向：物資管理;

王雅（1996-），女，山西晉城人，華北電力大學(xué)（北京）碩士研究生，研究方向：物流工程。