一種基于粗糙集和集成賦權(quán)的地市級電網(wǎng)運(yùn)行的新型評價體系
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作者：張毅
目前．學(xué)者對于評估地市級電網(wǎng)運(yùn)行水平指標(biāo)從不同角度做了大量研究。從規(guī)模、安全可靠性、效率效益、服務(wù)4個方面構(gòu)建了一套比較基礎(chǔ)的指標(biāo)體系并用于盤錦電網(wǎng)；主要從電能質(zhì)量、電能可靠性與協(xié)調(diào)性、設(shè)備裝備水平和利用率、發(fā)展靈活性、經(jīng)濟(jì)性與社會性等方面，針對智能配電網(wǎng)三級評估構(gòu)建指標(biāo)體系；從工程的角度提出了輸電的可靠性成本和可靠性效益的概念；依據(jù)循環(huán)經(jīng)濟(jì)的基本原則，建立經(jīng)濟(jì)指標(biāo)體系。這些研究都為地市級電網(wǎng)的指標(biāo)構(gòu)建和評價提供了思路。
本文從安全可靠性、速度規(guī)模協(xié)調(diào)性、電網(wǎng)利用效率、經(jīng)濟(jì)效益以及社會責(zé)任5個維度對地市級電網(wǎng)運(yùn)行進(jìn)行診斷分析。涉及的指標(biāo)非常多，部分指標(biāo)又具有相關(guān)性，因此本文使用粗糙集約減法對指標(biāo)整體進(jìn)行約簡，得到比較完整、精簡、可用性強(qiáng)的評價指標(biāo)體系，基于差異最大的加法集成賦權(quán)組合方式、組合序關(guān)系法和熵權(quán)法對電網(wǎng)運(yùn)行進(jìn)行綜合評價。
1 基于粗糙集的地市級電網(wǎng)運(yùn)行評價指標(biāo)體系
粗糙集是一種能夠定量分析處理不精確、不一致、不完整信息與知識的數(shù)學(xué)工具。該理論在不需要關(guān)于數(shù)據(jù)段任何預(yù)備或額外信息的情況下，可以通過知識屬性約簡得出問題的決策。與統(tǒng)計方法和模糊理論相比，這種方法沒有受到太多的約束．在處理不確定信息時也不用計算復(fù)雜的先驗性知識．同時又可以比較客觀而準(zhǔn)確地處理相關(guān)性較大的數(shù)據(jù)，是一種實用性很高的數(shù)據(jù)處理方法。屬性約簡描述了整個系統(tǒng)的屬性集合，使整個系統(tǒng)得以精簡化，包括屬性的一般約簡和相對約簡。
本文以某省所轄的S1，S2，S3，S4，S5 5個市級電網(wǎng)2006-2013年的數(shù)據(jù)為樣本數(shù)據(jù)，經(jīng)過數(shù)據(jù)整理，5個方面共收集到73個指標(biāo)。首先對指標(biāo)進(jìn)行一致化處理，將極大型、極小型、中間型指標(biāo)進(jìn)行一致化，都轉(zhuǎn)換為極大型指標(biāo)；然后將經(jīng)一致化后的指標(biāo)進(jìn)行無量綱化；為了計算的有效性．本文選用等頻率分級方法進(jìn)行離散化，最后利用粗糙集對指標(biāo)進(jìn)行約簡。約減過程使用ROSETTA軟件進(jìn)行。該軟件是一個基于粗糙集理論框架的表格邏輯數(shù)學(xué)分析工具包，由挪威科技大學(xué)和波蘭華沙大學(xué)合作開發(fā)。ROSETTA采用了數(shù)據(jù)導(dǎo)航技術(shù)，具有比較直觀的圖形用戶接口，如圖1所示，可以計算最小屬性約簡，并且其IF-then決策規(guī)則非常便于使用．決策表載人proj ect后，通過系統(tǒng)的RS理論對所得規(guī)則進(jìn)行驗證和分析，就能進(jìn)行數(shù)據(jù)的挖掘并獲取數(shù)據(jù)．為了計算的有效性， 本文選用equal frequencybinning方法進(jìn)行離散化。該方法是將連續(xù)的指標(biāo)數(shù)值均衡的劃分為m個區(qū)間，即若有n個數(shù)值則每個區(qū)問中的數(shù)值個數(shù)為m/m個。使用Genetic算法和Johnson's算法，全部操作過程使用Rosetta粗糙集工具進(jìn)行計算，操作界面如圖1所示。
將不重要的指標(biāo)剔除，約簡后得到25個指標(biāo)，形成地市級電網(wǎng)運(yùn)行評價指標(biāo)體系．如圖2所示，其中括號內(nèi)的數(shù)值是各指標(biāo)的集成權(quán)重。
2基于集成賦權(quán)的指標(biāo)權(quán)重確定
為有效地發(fā)揮專家的專業(yè)判斷能力，本文首先采用序關(guān)系法確定指標(biāo)權(quán)重。該方法是一種無需一致性檢驗的主觀方法。另外，為了減少人為因素的干擾，本文同時采用熵權(quán)法對指標(biāo)權(quán)重進(jìn)行確定。該方法能夠綜合考慮各因素所提供的信息量，從而計算一個綜合指標(biāo)，是一種客觀綜合賦權(quán)法。組合賦權(quán)與傳統(tǒng)的主觀、客觀賦權(quán)法相比，不僅可以體現(xiàn)出專家通過經(jīng)驗做出的偏好傾向，而且可以保證客觀計算得出結(jié)果的有效性．可兼顧主觀和客觀2個方面，相比之下更加有優(yōu)勢。在權(quán)重的組合方法上，本文利用一種基于差異最大的加法集成賦權(quán)，這種方法能夠體現(xiàn)出評價對象之間的整體差異，使對比結(jié)果更加鮮明和直觀。
2.1 熵權(quán)法
(1)將指標(biāo)一致化，、設(shè)原始指標(biāo)為xij,是第i（i1，2，…，m）個地市在第j(j=l，2，…，n)個指標(biāo)上的統(tǒng)計值，通過式(1)將原始指標(biāo)一致化。
(2)建立矩陣Rij=(rij)mxn，（i=1，2，…，m;j=l,2，…，n），其中，rij是第i個地市在第，個指標(biāo)上的統(tǒng)計值的標(biāo)準(zhǔn)化值，然后計算第，個指標(biāo)的熵值。
若某個指標(biāo)的熵值越大，說明其指標(biāo)的變異程度越小，綜合評價中的作用就越小。
(3)最后計算第i個指標(biāo)的權(quán)重，可表示為
2.2 序關(guān)系法
(1)確定序關(guān)系。評價指標(biāo)xi相對于某種評價準(zhǔn)則的重要性程度大于評價指標(biāo)Xj時．表示為xi>xi；在此，將所有指標(biāo)按照專家給定的評價準(zhǔn)則確立序關(guān)系：x1>x2>…>xj。
(2)確定重要性標(biāo)度并計算指標(biāo)權(quán)重。設(shè)評價指標(biāo)rj-1與ri之間的相對重要性之比rk為
專家給出 rk的理性賦值后，計算權(quán)重。
2.3基于差異最大的加法集成賦權(quán)法
設(shè)a,β為待定常數(shù)；λi為序關(guān)系法關(guān)于指標(biāo)xi的權(quán)系數(shù)；θi為熵權(quán)法關(guān)于指標(biāo)xi的權(quán)系數(shù)；ω,為綜合權(quán)重，j=1，2，…，n；a2+β2=1，有
為了體現(xiàn)被評價對象之問整體差異的最大，確定a，β，使式(8)取值最大。
在滿足a2+β2=1且a,β為正的條件下，應(yīng)用拉格朗日條件極值原理，有
3 電網(wǎng)運(yùn)行綜合評價
根據(jù)式(1)~(10)分別計算得出熵權(quán)法權(quán)重、序關(guān)系法權(quán)重、集成賦權(quán)法權(quán)重如表1所示。其中．集成賦權(quán)法各項子指標(biāo)綜合權(quán)重之和不必為1，只需滿足a2+p2=1即可。
設(shè)v代表綜合評價值；ωi代表第j個指標(biāo)的權(quán)重值；ri代表第i個指標(biāo)的一致化和無量綱化后值：n為指標(biāo)個數(shù)，則具體評價模型為
根據(jù)式(11)計算出樣本城市電網(wǎng)5個方面的評價值和電網(wǎng)整體運(yùn)行水平，為了使得分更加直觀，本文將計算結(jié)果放大到0～100區(qū)間內(nèi)進(jìn)行觀察，最終的評價結(jié)果如表2所示。
從一級指標(biāo)來看，5個城市電網(wǎng)具有共同的規(guī)律：電網(wǎng)的安全可靠性和社會責(zé)任方面得分比較高．這充分說明了電網(wǎng)企業(yè)在提供優(yōu)質(zhì)可靠的電能的同時．高質(zhì)量地承擔(dān)了社會責(zé)任。但5個城市電網(wǎng)的經(jīng)濟(jì)效益和電網(wǎng)利用效率相對比較低。
同時．該評價結(jié)果可以揭示這5個城市電網(wǎng)未來發(fā)展的重點。對于城市S1電網(wǎng)而言，進(jìn)一步提高電網(wǎng)的經(jīng)濟(jì)效益是未來的重點。對于城市S2和S3電網(wǎng)而言,5個方而都需要提升，通過對該地區(qū)實際資料分析發(fā)現(xiàn)，該地區(qū)整體社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展比較落后，電網(wǎng)基礎(chǔ)比較薄弱。S4電網(wǎng)的經(jīng)濟(jì)效益是最高的，這與該地市工業(yè)區(qū)較多、售電量大、大用戶多的區(qū)域產(chǎn)業(yè)優(yōu)勢是分不開的。同時，也反映出了一些問題，如S3市雖然整體得分較高，但社會責(zé)任方面得分偏低，從具體指標(biāo)來說應(yīng)該加大對清潔能源的利用。對于S5，其電網(wǎng)的安全可靠性是最好的，但其速度規(guī)模協(xié)調(diào)性和經(jīng)濟(jì)效益是最低的，說明其電網(wǎng)的發(fā)展與現(xiàn)有經(jīng)濟(jì)水平匹配度相對較低，需要加大電網(wǎng)建設(shè)，同時要注重提升經(jīng)濟(jì)效益。
4結(jié)語
整體而言，樣本地市在安全可靠性和社會責(zé)任方面做的都比較好，但其他3個方面速度規(guī)模協(xié)調(diào)性、電網(wǎng)利用效率和經(jīng)濟(jì)效益都有比較大的改善空間。對于電力公司而言，在保證電網(wǎng)安全可靠的前提下，未來的主要工作應(yīng)保證電網(wǎng)發(fā)展的速度規(guī)模協(xié)調(diào)性，使電網(wǎng)規(guī)模、電網(wǎng)發(fā)展速度與經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展、電源裝機(jī)接入、供應(yīng)負(fù)荷電力等需求相互適應(yīng)。這樣才能確保電網(wǎng)既滿足電力供應(yīng)輸送需求，又能使電網(wǎng)規(guī)模具有經(jīng)濟(jì)性，資產(chǎn)得到充分利用。對于電網(wǎng)利用效率而言．從樣本來看整體得分都在中等范圍，因此需要通過合理規(guī)劃和提高自動化率等方法進(jìn)行提升。社會責(zé)任正是國家建設(shè)環(huán)境友好型、資源節(jié)約型社會的重點。目前，電網(wǎng)公司在社會普遍服務(wù)上做的非常優(yōu)秀，承擔(dān)了相應(yīng)的社會責(zé)任，但在消納可再生能源領(lǐng)域，電網(wǎng)公司應(yīng)繼續(xù)加大支持力度。
5摘要：電網(wǎng)企業(yè)提供的產(chǎn)品具有準(zhǔn)公共物品的特性，如何全面客觀地度量電網(wǎng)的整體運(yùn)行狀況是一個重要的問題。針對電網(wǎng)企業(yè)的特點，從安全可靠性、速度規(guī)模協(xié)調(diào)性、電網(wǎng)利用效率、經(jīng)濟(jì)效益以及社會責(zé)任5個維度構(gòu)建了一套精簡高效的電網(wǎng)運(yùn)行評價指標(biāo)體系；利用基于差異最大的加法集成賦權(quán)組合方式，將熵權(quán)法與序關(guān)系法有機(jī)地組合在一起，將專家專業(yè)判斷和客觀測算有機(jī)地結(jié)合起來，得到評價指標(biāo)的權(quán)重；以某地區(qū)5個地市級電網(wǎng)為例進(jìn)行了實證分析。
