張琳娟，許長清，余曉鵬，盧 丹，王利利，王俊杰，米傳民

（1.國網(wǎng)河南省電力公司經(jīng)濟技術(shù)研究院，鄭州，450052；2.南京航空航天大學(xué)經(jīng)濟與管理學(xué)院，南京，211106）

引 言

電網(wǎng)運行安全能力評價是保證電網(wǎng)系統(tǒng)安全運行的基礎(chǔ)，是有效預(yù)防事故發(fā)生的前提。科學(xué)地評價電網(wǎng)運行安全能力，建立合理的電網(wǎng)運行安全能力評價指標體系，并以此為基礎(chǔ)做出有效的日常安全管理、應(yīng)急預(yù)案和調(diào)度決策，已經(jīng)成為預(yù)防電網(wǎng)運行安全事故的重要措施和手段［1］。高新華等運用主成分聚類分析法將智能電網(wǎng)安全評價指標分為若干個指標大類［2］。牛東曉等從結(jié)構(gòu)安全、運行安全、可靠性和充裕性4 個方面提出了電網(wǎng)運行安全能力評價指標體系和綜合評價模型［3］。崔明建等針對電網(wǎng)安全運行評價的需要，提出一種基于多層次灰色面積關(guān)聯(lián)分析法的電網(wǎng)安全綜合評價模型［4］。穆永錚等通過規(guī)范安全指標、一般安全指標及效益指標3 類指標描述電網(wǎng)安全和效益特征，采用模糊層次分析法建立多算子層次分析模糊評價模型及相應(yīng)解法［5］。余曉鵬等針對目前電網(wǎng)運行事故缺乏數(shù)據(jù)標準的問題，設(shè)計了電網(wǎng)運行事故案例庫，并運用基于案例的推理方法進行電網(wǎng)運行事故管理決策支持系統(tǒng)的研究［6］。隨著電網(wǎng)結(jié)構(gòu)日益復(fù)雜、新能源融入以及泛在物聯(lián)網(wǎng)的推進，電力安全生產(chǎn)與應(yīng)急問題研究越來越深入［7］。安全管理理論發(fā)展［8］和預(yù)測評價理論［9］的發(fā)展給新時期電網(wǎng)運行風險管理提供了新的思路和方法支撐。從評價角度，現(xiàn)有電網(wǎng)運行安全能力評價指標體系研究主要是從運行需求及影響因素等方面進行設(shè)計，指標權(quán)重多以專家賦權(quán)和層次分析法等為主，評價方法以加權(quán)綜合評價和模糊綜合評價等方法為主。中國學(xué)者提出的灰色系統(tǒng)是研究不完全信息的有效理論方法，在農(nóng)業(yè)、工業(yè)、金融、能源、經(jīng)濟和管理等多個領(lǐng)域取得較好的應(yīng)用［10?11］。王怡靜等運用灰色定權(quán)聚類方法進行了電力企業(yè)的安全能力評價研究［12］。王俊杰提出一種改進的灰色動態(tài)趨勢關(guān)聯(lián)模型［13］。黨耀國等提出一種基于面板數(shù)據(jù)的新型灰色關(guān)聯(lián)模型［14］。

綜上所述，電網(wǎng)運行風險管理目前主要基于業(yè)務(wù)系統(tǒng)采集的海量數(shù)據(jù)進行業(yè)務(wù)層面的安全預(yù)防與控制。這雖然能解決局部問題，但針對全網(wǎng)的整體安全風險往往缺乏有效的管理和決策支持手段。本文基于安全管理理論，結(jié)合電網(wǎng)運行管理實際，構(gòu)建電網(wǎng)運行安全能力評價指標體系。然后針對數(shù)據(jù)多維異構(gòu)、信息密度低帶來的“貧信息”問題，采用主觀與客觀相結(jié)合的綜合權(quán)重計算方法來確定各項指標的權(quán)重，構(gòu)建灰色關(guān)聯(lián)模型進行評價。

1 電網(wǎng)運行安全態(tài)勢評價指標體系構(gòu)建及權(quán)重確定

1.1 電網(wǎng)運行安全能力評價指標體系構(gòu)建

電網(wǎng)運行安全能力評價是對電網(wǎng)公司整體安全能力的科學(xué)評判，其目的是尋求最低的事故率，最小的損失和最優(yōu)的安全投資效益，是預(yù)防和控制電網(wǎng)事故行之有效的方法。構(gòu)建績效評價指標體系，應(yīng)綜合考慮其自身特征和安全管理要求，借鑒指標體系構(gòu)建的一般原則，考慮安全能力評價的合理性與適用性。本文參考安全管理基本理論［15］、現(xiàn)有研究基礎(chǔ)［2?5］以及電力安全管理要求［16］，確定評價指標體系。該指標體系主要從人員、管理和物資3 個方面構(gòu)成一級指標，各項一級指標下各有2～4 項二級指標，如表1 所示。

（1）人員。從人員的專業(yè)技能水平和規(guī)章制度執(zhí)行力兩個方面刻畫人員本身的安全技術(shù)能力。工作技能水平通過電網(wǎng)公司統(tǒng)一組織考試來評價工作人員的安全技能水平。規(guī)章制度執(zhí)行能力通過現(xiàn)場督察中記錄到的工作人員是否按照安全規(guī)章制度工作情況來衡量。

（2）管理。通過對人到崗到位的監(jiān)督和執(zhí)行能力、對現(xiàn)場勘察以及施工要求的前期計劃執(zhí)行效果反映其安全能力。現(xiàn)場勘察準確度通過現(xiàn)場施工前是否進行了現(xiàn)場勘察以及是否勘察準確來進行該項指標測算。圖紙準確度通過專業(yè)人員抽查核對和項目、施工人員的反饋情況中抽檢到的正確圖紙數(shù)與圖紙總數(shù)的比例來測試該項指標值。三措一案準確度通過現(xiàn)場勘察中抽樣到的三措一案準確度與抽樣的三措一案次數(shù)的比重來計算該項指標值。管理人員到崗到位率通過現(xiàn)場勘察和系統(tǒng)監(jiān)控途徑中抽樣到的作業(yè)中管理人員到崗到位率與抽樣到的要求管理人員到崗到位的作業(yè)次數(shù)的比重來測算該項指標值。

（3）物資。通過對人員使用的安全工器具的狀態(tài)以及施工器具的管理水平衡量其安全管理水平。安全工器具狀況通過現(xiàn)場督察、系統(tǒng)記錄和專項檢查中安全工器具合格數(shù)與安全工器具總數(shù)的比值來衡量該項指標。標識標牌狀況通過現(xiàn)場督察和專項檢查中缺陷標識標牌個數(shù)與應(yīng)有標識標牌總數(shù)的比例來判斷。

表1 電網(wǎng)運行安全能力評價指標體系Table 1 Evaluation index system of power grid operation safety capability

1.2 基于等級相關(guān)與信息量集成的指標權(quán)重確定方法

常用的權(quán)重確定方法分為主觀賦權(quán)法和客觀賦權(quán)法。實踐表明，單一的主觀賦權(quán)或客觀賦權(quán)都不能充分體現(xiàn)指標的自身重要程度，主觀賦權(quán)法易受專家人為因素的影響，客觀賦權(quán)法往往會隨樣本的變化而改變，穩(wěn)定性相對較弱。基于此，本文將主觀賦權(quán)與客觀賦權(quán)進行有效組合，既能考慮相關(guān)專家的主觀認識，又能一定程度上體現(xiàn)指標本身的特點，使評價結(jié)果更為準確、合理。

1.2.1 基于等級相關(guān)法的主觀權(quán)重

本文首先采用專家評價法對指標權(quán)重進行量化。等級相關(guān)法確定的步驟如下：

（1）確定各指標的等級相關(guān)性。如果評價指標hi相對于評價標準或指標的重要性大于hl，則可表示為hi>hl。如果評價指標h1，h2，h3，…，hn相對于評價標準或目標存在hi>hl>…h(huán)k>…>hn(i=1，2，…，n；l=1，2，…，n；k=1，2，…，n)，用“>”確定評價指標的等級相關(guān)關(guān)系。

（2）確定相鄰指標的相對重要程度。相鄰指標hk-1與hk的相對重要程度表示為

式中rk表示相鄰指標的相對重要程度。

（3）確定主觀權(quán)重。根據(jù)評價指標的等級相關(guān)性和相對重要程度，計算主觀權(quán)重為

式中表示第k個指標的權(quán)重。

1.2.2 基于指標信息量的客觀權(quán)重

定義1設(shè)評價對象集P中有n個待評價對象，表示為P=(P1，P2，…，Pn)，m個評價指標組成的指標集為T，T=(T1，T2，…，Tm)T。評價對象Pi對應(yīng)的指標Tj的屬性值表示為yi(j)(i=1，2，…，n；j=1，2，…，m)，則對應(yīng)的觀測矩陣為

確定指標信息量的客觀權(quán)重方法如下：

（1）對觀測矩陣數(shù)據(jù)標準化處理。對于非負指標序列Ya*=(y1(a)，y2(a)，…，yn(a))，a∈m；Yb*=(y1(b)，y2(b)，…，yn(b))，b∈m，數(shù)據(jù)標準化函數(shù)為：當序列Y?為正向指標時，對序列進行無量綱化處理，即

當序列Y?為負向指標時，對序列進行無量綱化處理，即

將標準化處理后的序列記為Ya=(y1(a)，y2(a)，…，yn(a))；Yb=(y1(b)，y2(b)，…，yn(b))。

（2）計算各指標信息量差異。指標序列a和b在K點的測度距離為|yk(a) -yk(b)|，則序列Ya和Yb在不同K點(K∈n)的信息差異總和表示為

則

為a的信息量。式（7）中δa表示a的標準差為a觀測值的均值表示a的變異系數(shù)表示a和其他指標的綜合距離差值。

第a個指標客觀權(quán)重wa為

結(jié)合式（3）與式（8），得到基于等級相關(guān)與信息量集成的綜合權(quán)重為

式中：wa表示客觀權(quán)重；wk表示主觀權(quán)重；η∈ (0，1)。

2 基于綜合權(quán)重的改進灰色綜合關(guān)聯(lián)模型

本文采用基于等級相關(guān)與信息量集成的綜合權(quán)重確定方法首先確定各指標的權(quán)重，再結(jié)合灰色關(guān)聯(lián)模型求得各序列的灰色關(guān)聯(lián)度。基于改進的灰色關(guān)聯(lián)模型計算步驟如下：

（1）確定分析數(shù)列Xi=[xi( 1) ，xi( 2) ，…，xi(m) ]，i=0，1，2，…，n。其中X0為參考數(shù)列，Xi為比較數(shù)列。

（2）根據(jù)客觀權(quán)重確定方法中對數(shù)據(jù)進行無量綱化處理的方法對分析數(shù)列信息處理，得到無量綱化序列(k)。

（3）求各序列的均值像。令

（4）求X0與Xi的均值像對應(yīng)分量之差的絕對值序列。記

（5）求灰關(guān)聯(lián)系數(shù)r(x0(k) ，xi(k) )，即

（6）基于組合權(quán)重確定的灰色關(guān)聯(lián)度為

式中Wi(k)通過1.2 節(jié)指標權(quán)重的確定方法求得。

（7）電網(wǎng)公司安全能力指數(shù)為

3 樣本數(shù)據(jù)分析

為了驗證本文模型的科學(xué)性和有效性，向電網(wǎng)公司的安全監(jiān)督部進行調(diào)研和討論，確定了2019 年1～6 月以月為單位的6 期數(shù)據(jù)作為研究樣本數(shù)據(jù)。由電網(wǎng)公司安全監(jiān)督部提供的安全督察周報、生產(chǎn)計劃報表、督察任務(wù)表、外協(xié)單位技能測試統(tǒng)計表、配農(nóng)網(wǎng)實一致性專項檢查情況報告和違章對應(yīng)表，對電網(wǎng)公司統(tǒng)計的6 個時期的安全能力各項指標數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計。選擇了來自省電力公司安全管理部門專家、高校科研院所的安全管理研究人員和市公司安全管理部門一線業(yè)務(wù)骨干專家9 名，進行主觀權(quán)重的打分。

首先對搜集的樣本數(shù)據(jù)做規(guī)范化處理。為保證評價的合理性與科學(xué)性，通過專家對各項指標的重要程度進行排序，確定相鄰指標的相對重要程度，再結(jié)合式（1—3）確定各指標的主觀權(quán)重，結(jié)合式（6—8）確定各項指標的客觀權(quán)重。然后結(jié)合式（9），根據(jù)公司安全管理實際和專家意見，進行多個取值的實驗比較，取η=0.3，得到各指標的綜合權(quán)重見表2。

通過灰色綜合關(guān)聯(lián)模型得到關(guān)聯(lián)系數(shù)矩陣。根據(jù)ε的判斷準則與方法，取ε=0.1，結(jié)合本節(jié)求得的權(quán)重，得到基于改進的灰色綜合關(guān)聯(lián)模型的各時期的灰色關(guān)聯(lián)度。根據(jù)式（15）計算得到電網(wǎng)運行各個時期的安全能力指數(shù)如圖1 所示。從圖1 可見，安全指數(shù)均處于［94，98］之間，說明被評價的各時期安全能力指數(shù)均處于較高狀態(tài)，且安全能力呈現(xiàn)提升的良好態(tài)勢。

表2 各項指標權(quán)重Table 2 Weight of index

為進一步分析電網(wǎng)運行安全能力的影響因素，按照本文所構(gòu)建的指標體系中的人員、管理、物資3項一級指標進行分析，結(jié)果如表3 所示。從表3 可以看出，影響電網(wǎng)運行各個時期的安全能力的關(guān)鍵指標是管理，其次是人員和物資兩個方面。這說明現(xiàn)場勘察準確度、圖紙準確度、三措一案準確度和管理人員到崗到位率這4 項二級指標對電網(wǎng)運行的安全起到較大的影響，在以后的生產(chǎn)工作中應(yīng)強化監(jiān)督力量，加強電網(wǎng)運行安全生產(chǎn)現(xiàn)場管理，大力推進設(shè)備檢查工作，增強安全檢查與隱患排查力度。

圖1 電網(wǎng)運行安全能力指數(shù)Fig.1 Power grid operation safety capability index

表3 電網(wǎng)運行安全能力影響因素分類評價Table 3 Classification evaluation of influencing factors of power grid operation safety capability

4 結(jié)束語

本文從電網(wǎng)運行安全管理實際需求出發(fā)，結(jié)合致因理論，建立了安全能力評價指標體系；提出了主觀和客觀相結(jié)合的組合賦權(quán)法確定指標權(quán)重，并基于改進的灰色關(guān)聯(lián)算法構(gòu)建了電網(wǎng)公司評價模型。運用電網(wǎng)運行的6 期數(shù)據(jù)進行了模型的驗證。從結(jié)果可以得到安全能力指數(shù)及其發(fā)展趨勢，同時通過對各因素的分析驗證了模型的有效性。