○ 殷令姣 相明瓊 郝朝磊

（1、華北電力大學(xué)經(jīng)濟(jì)管理學(xué)院 北京 102206；2、上海出入境檢驗(yàn)檢疫局信息中心 上海 200135；3、中廣核工程有限公司 廣東 深圳 518124）

基于層次分析法的電力需求側(cè)管理效益綜合評價(jià)

○ 殷令姣1相明瓊2郝朝磊3

（1、華北電力大學(xué)經(jīng)濟(jì)管理學(xué)院 北京 102206；2、上海出入境檢驗(yàn)檢疫局信息中心 上海 200135；3、中廣核工程有限公司 廣東 深圳 518124）

本文在深入調(diào)查和研究大量文獻(xiàn)的基礎(chǔ)上，建立了需求側(cè)管理效益的綜合評價(jià)指標(biāo)體系，運(yùn)用層次分析法和模糊綜合評判方法進(jìn)行了評價(jià)，分析了其應(yīng)用于電力需求側(cè)管理綜合評價(jià)的可行性。并對河北省某地區(qū)的電力需求側(cè)管理效益進(jìn)行綜合評價(jià)，得到量化評價(jià)結(jié)果，驗(yàn)證了文章提出的“電力需求側(cè)管理”的指標(biāo)體系及評價(jià)方法的實(shí)用性、科學(xué)性。

層次分析法 模糊評判 電力需求側(cè)管理 綜合評價(jià)

電力需求側(cè)管理（ Power Demand Side Management，簡稱DSM），是通過提高終端用電效率和優(yōu)化用電方式，在完成同樣用電功能的同時(shí)減少電量消耗和電力需求，達(dá)到節(jié)約能源和保護(hù)環(huán)境，實(shí)現(xiàn)低成本電力服務(wù)所進(jìn)行的用電管理活動(dòng)。其主要內(nèi)容是對終端用戶進(jìn)行負(fù)荷管理、提高終端能源使用效率及實(shí)現(xiàn)綜合資源規(guī)劃等。

一、評價(jià)指標(biāo)體系分析

在構(gòu)建原則的基礎(chǔ)上，參考現(xiàn)有評價(jià)指標(biāo)，本研究的指標(biāo)體系主要從以下幾方面考慮：對社會(huì)而言，DSM項(xiàng)目的實(shí)施可以減少電力需求，減少了一次能源的消耗與污染物的排放，緩解了環(huán)境壓力，具有巨大的社會(huì)效益。

對電力用戶而言，不利方面是要增加購置設(shè)備的投入，可能還要增加一部分設(shè)備的運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用，有利的方面是可以減少電力消費(fèi)，降低企業(yè)的生產(chǎn)經(jīng)營成本，減少用戶的電費(fèi)支出，最大程度的減少由于高峰期的拉閘限電造成的損失，提高企業(yè)能效和產(chǎn)品的競爭力。

對供電公司而言，DSM的實(shí)施一方面會(huì)導(dǎo)致供電企業(yè)售電量和經(jīng)濟(jì)效益下降，另一方面DSM可以削減高峰時(shí)段電網(wǎng)調(diào)峰的壓力，提高供電的可靠性及服務(wù)水平。而且用戶重視削峰填谷，促使電網(wǎng)負(fù)荷率提高，發(fā)配電設(shè)備利用率相應(yīng)提高，電網(wǎng)運(yùn)行狀況得以改善。在縮小峰谷差的同時(shí)，降低了輸配電網(wǎng)絡(luò)的線損，從整體上提高了電網(wǎng)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性。利用高峰期騰出的供電容量滿足不同需求的用戶，大大降低了拉閘限電的概率，增加了售電收入。

對發(fā)電廠來說，可以提高發(fā)電設(shè)備利用率，降低發(fā)電成本及發(fā)電煤耗，推遲電站的建設(shè)并減少電力建設(shè)投資。

根據(jù)上面的分析，我們可以建立指標(biāo)評價(jià)體系（如表1所示）。

第一層：目標(biāo)層，在一個(gè)指標(biāo)評價(jià)體系中只有一個(gè)目標(biāo)。第二層：準(zhǔn)則層，因?yàn)槟繕?biāo)層比較抽象，通常借助若干個(gè)準(zhǔn)則來將目標(biāo)具體化。第三層：指標(biāo)層，用以反映各個(gè)準(zhǔn)則的一組指標(biāo)。指標(biāo)層比準(zhǔn)則層更具體。總目標(biāo)在此指標(biāo)下更容易得到量化。在構(gòu)造的指標(biāo)評價(jià)體系中，既要避免出現(xiàn)重復(fù)指標(biāo)，又要防止遺漏某些指標(biāo)。

表1中，目標(biāo)層（A層）為電力需求側(cè)管理效益；準(zhǔn)則層（B層）為評價(jià)電力需求側(cè)管理效益的準(zhǔn)則，包括發(fā)電側(cè)（B1）、電網(wǎng)側(cè)（B2）、大用戶（B3）、居民生活（B4）和社會(huì)（B5）。

表1 電力需求側(cè)管理效益評價(jià)指標(biāo)體系

二、方法介紹

1、層次分析法

層次分析法（Analytic Hierarchy Process，AHP）是美國運(yùn)籌學(xué)家薩提（T.L.Satty）于20世紀(jì)70年代提出的一種定性與定量相結(jié)合的決策分析方法。這種方法適用于結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，決策準(zhǔn)則較多且不易量化的決策問題，可以緊密地和決策者的主觀判斷及推理聯(lián)系起來，對決策者的推理過程進(jìn)行量化的描述，避免決策者在結(jié)構(gòu)復(fù)雜和選擇較多時(shí)的邏輯推理上產(chǎn)生失誤。這種方法近年來在國內(nèi)外得到了廣泛的應(yīng)用。層次分析法（AHP）方法是通過分析復(fù)雜問題包含的各種因素及相互關(guān)系，將問題分解為不同的要素，把這些要素分為不同的層次，建立一個(gè)多層次的分析結(jié)構(gòu)模型。在每一層次中按一定的準(zhǔn)則，對該層各要素進(jìn)行逐一比較，建立判斷矩陣。通過計(jì)算判斷矩陣的最大特征根及相應(yīng)的特征向量，得到該層要素對于上一層某一要素的權(quán)重，進(jìn)而計(jì)算出各層要素對總體目標(biāo)的組合權(quán)重。層次分析的一個(gè)基本步驟是要比較若干因素對同一目標(biāo)的影響，從而確定它們在目標(biāo)中所占的比重。層次分析法一般包括如下三個(gè)步驟。

（1）計(jì)算方法。構(gòu)造各層判斷矩陣。判斷矩陣是表示針對上一層某要素而言，本層與它有關(guān)聯(lián)的各要素之間的相對優(yōu)越程度。用表2的標(biāo)度來打分，得到判斷矩陣A=（aij）n×n。

確定各因素的優(yōu)先次序。求矩陣A的最大特征根和特征向量，確定各因素的優(yōu)先次序。

表2 標(biāo)度指標(biāo)及含義

（2）各層單排序和一致性檢驗(yàn)。層次單排序即把本層各要素對上一層次來說排出優(yōu)劣順序，即求出權(quán)重。

查找平均一致性指標(biāo)RI值，見表3。

表3 RI值

計(jì)算隨機(jī)一致性比率CR=CI/RI

當(dāng)CR＜0.1時(shí)，認(rèn)為判斷矩陣具有一致性，否則就需調(diào)整判斷矩陣的標(biāo)度。

（3）求各指標(biāo)相對總目標(biāo)的排序，取得評估結(jié)果。利用層次單排序的計(jì)算結(jié)果，即每一層元素對其上一層各要素的相對權(quán)重，進(jìn)一步計(jì)算出層次分析模型中每一層中所有要素相對于目標(biāo)層的組合權(quán)重，這一步是由上而下逐層進(jìn)行的。最終結(jié)果是得出各指標(biāo)相對于目標(biāo)層的組合權(quán)重。根據(jù)權(quán)重的大小就能得到各指標(biāo)對總目標(biāo)的影響程度，即各指標(biāo)在電力需求側(cè)管理效益綜合評價(jià)中的重要程度。

2、模糊綜合評價(jià)

模糊綜合評價(jià)的數(shù)學(xué)模型由三個(gè)要素組成，可按以下步驟進(jìn)行。

第一，確定評價(jià)對象集、因素集和評語集。

根據(jù)實(shí)際需要確定評價(jià)的對象集、評價(jià)的因素集和評語集。

對象集：O={o1，o2，o3，Λ，ol}，因素集：U={u1，u2，u3，Λ，um}，評語集：V={v1，v2，v3，Λ，vn}。

評價(jià)指標(biāo)的等級(jí)是指對于最后一級(jí)的指標(biāo)的等級(jí)界定，本文采用了五級(jí)評語制，具體評語及對應(yīng)的隸屬度如下：

V={v1（優(yōu)秀），v2（良好），v3（一般），v4（較差），v5（差）}

P={0.85≤μ≤（優(yōu)秀），0.70≤μ≤0.85（良好），0.60≤μ≤0.70（一般），0.40≤μ≤0.60（較差），0≤μ≤0.40（差）}

第二，建立m個(gè)評價(jià)因素的權(quán)重分配向量A。

評價(jià)因素中的每個(gè)因素在“評價(jià)目標(biāo)”中有不同的地位和作用，即各評價(jià)因素在綜合評價(jià)中占有不同的比重，這個(gè)比重我們稱之為權(quán)值，確定權(quán)重值的方法很多，可以采用專家咨詢法、層次分析法或“相對重要程度相關(guān)等級(jí)計(jì)算法”等，本文采用層次分析法確定各指標(biāo)權(quán)重。

第三，通過各單因素模糊評價(jià)獲得模糊綜合評價(jià)矩陣。

稱R為單因素評價(jià)矩陣。R中第i行Rij反映的是被評價(jià)對象的第i個(gè)因素對于評價(jià)集中各等級(jí)的隸屬度；第j列反映的是被評價(jià)對象的各因素分別取評價(jià)集中第j個(gè)等級(jí)的程度。

第四，進(jìn)行模糊變換得到綜合評價(jià)結(jié)果。

B=AOR=（b1，b2，Λ,bn）

此處，符號(hào)“O”表示廣義的合成運(yùn)算。

B=（b1，b2，Λ,bn）就是對此事物的模糊綜合評價(jià)。

根據(jù)實(shí)際問題的需要，可以選定某種具體的求bj（j=1，2，…，n）的方法。主要有M（∧，∨）模型，M（·，∨）模型和M（·，+）模型。一般情況下，模型M（·，+）比較精確，它適用于兼顧考慮整體因素的綜合評價(jià)，針對DSM的具體情況，本文選用較為精確的模型M（·，+）進(jìn)行綜合評價(jià)。

第五，得出評價(jià)對象的綜合分值。

對模糊綜合評價(jià)結(jié)果向量進(jìn)行分析，如是多目標(biāo)綜合評價(jià)，還應(yīng)對評價(jià)對象進(jìn)行排序，從中選出最優(yōu)者。

三、實(shí)例分析

現(xiàn)以河北省某地區(qū)為例，運(yùn)用前面所述的綜合評價(jià)的原理，對該地區(qū)的電力需求側(cè)管理效益作全面的評估。

1、各項(xiàng)指標(biāo)權(quán)重的確定

（1）構(gòu)造成對比較判斷矩陣。在每一層次上，對該層指標(biāo)進(jìn)行逐對比較，定量化的寫出數(shù)值判斷矩陣時(shí)，就需要按照規(guī)定的標(biāo)度方法進(jìn)行，具體AHP標(biāo)度法及其描述詳見表2。

鑒于以上規(guī)定，研究采用專家問卷調(diào)查的形式，邀請10位資深專家根據(jù)表2中標(biāo)度標(biāo)準(zhǔn)，對每個(gè)層次中各元素的重要性進(jìn)行兩兩比較，最后對10位專家的評分結(jié)果做簡單的統(tǒng)計(jì)整理，得到A-B（見表4）等6個(gè)判斷矩陣（限于篇幅，其余判斷矩陣略）。

表4 判斷矩陣A-B

（2）計(jì)算層次單排序的權(quán)向量和一致性檢驗(yàn)。運(yùn)用軟件MATLAB6.5計(jì)算，成對比較矩陣A-B的最大特征值為λ=5.0681，該特征值對應(yīng)的特征向量ω=（0.4935 0.7868 0.3007 0.1161 0.1828）T，歸一化后的特征向量為 ω觹=（0.2611 0.4162 0.1591 0.1614 0.0967）T，故其一致性指標(biāo) CI=（λmax-n）/（n-1）=(5.0681-5)(5-1)=0.0170。因 n=5，我們?nèi)?RI=1.12，那么一致性比率CR=CI/RI=0.0170/1.12=0.015179＜0.1。表明判斷矩陣A-B通過了一致性檢驗(yàn)。同上，其余成對比較矩陣的歸一化特征向量詳見表5。

表5 其他5對判斷矩陣歸一化特征向量

經(jīng)過計(jì)算，5對判斷矩陣都通過了一致性檢驗(yàn)。

（3）模型指標(biāo)對總體目標(biāo)組合權(quán)重的確定。指標(biāo)對總體目標(biāo)組合權(quán)重的確定和一致性檢驗(yàn)。以指標(biāo)“可避免峰荷容量費(fèi)用”為例，該指標(biāo)對總目標(biāo)的權(quán)重值為：ω1觹=ω觹T×ω1=0.2611×0.68+0.4162×0+0.1591×0+0.0614×0+0.0967×0=0.177548，同理可以得到其他各指標(biāo)對總目標(biāo)的權(quán)重值。所以指標(biāo)層對總目標(biāo)的權(quán)向量為：￡={0.177548，0.083552，0，033296，0.058268，0.324636，0.042957，0.087505，0.028638，0.02901，0.008703，0.008 703，0.018373，0.015472，0.016439}。又 CR＜0.1，故層次總排序通過一致性檢驗(yàn)。

2、指標(biāo)隸屬度的確定

因?yàn)楦黜?xiàng)指標(biāo)的計(jì)算方法基本類似，在此以發(fā)電側(cè)指標(biāo)為例分析指標(biāo)隸屬度的確定。發(fā)電側(cè)指標(biāo)都是定量指標(biāo)，而且都是正指標(biāo)，即越大越好。所以我們選用升半梯形隸屬度模型。根據(jù)前述方法中對定量指標(biāo)隸屬度算法的分析，及標(biāo)準(zhǔn)的確定方法，即選取經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平，城市規(guī)模大小相當(dāng)?shù)?個(gè)地區(qū)DSM實(shí)施情況作為參考，計(jì)算每個(gè)指標(biāo)得到一組數(shù)據(jù)的平均值，再計(jì)算大于平均值的一組數(shù)的平均值，并將它作為隸屬函數(shù)的上限值，同樣，計(jì)算小于平均值的另一組數(shù)的平均值作為隸屬函數(shù)的下限值。事實(shí)證明，這種方法既簡單實(shí)用，又科學(xué)合理。

表6 河北省某地區(qū)DSM模糊綜合評價(jià)結(jié)果

從表6我們可以看出該地區(qū)電力需求側(cè)管理的綜合隸屬度得分為0.5432，評語值相對較差，說明該地區(qū)電力需求側(cè)管理效益不太理想。其中居民生活的隸屬度相對最低，僅為0.459，評語相對較差。這說明對于居民生活而言，進(jìn)行的電力需求側(cè)管理所獲效益不大，居民受益相對不明顯，這是導(dǎo)致居民對此評語較差的原因。因此應(yīng)當(dāng)給予居民生活用電足夠的重視，增加節(jié)能項(xiàng)目，讓居民更深刻地感受電力需求側(cè)管理帶來的巨大效益。除居民生活外的其他方面來看，隸屬度都在0.5以上，說明評語值相對不差。其中發(fā)電側(cè)、大用戶和社會(huì)三個(gè)方面的隸屬度水平相當(dāng)，在0.53與0.55之間；電網(wǎng)側(cè)的評語值相對最高，隸屬度達(dá)到0.6363。

四、結(jié)束語

本文通過分析電力需求側(cè)管理所針對的不同主體，建立了針對發(fā)電側(cè)、電網(wǎng)側(cè)、大用戶、居民生活和社會(huì)五個(gè)方面的電力需求側(cè)管理效益綜合評價(jià)指標(biāo)體系，并通過層次分析法分析確定各個(gè)指標(biāo)的權(quán)重，為后面的模糊綜合評判奠定了基礎(chǔ)。

本文將層次分析法與模糊綜合評判方法結(jié)合起來，有效地解決了電力需求側(cè)管理難以定量的問題。本文建立的綜合評價(jià)指標(biāo)體系對河北省某地區(qū)的電力需求側(cè)管理效益做出了量化分析，并根據(jù)評判的結(jié)果找出電力需求側(cè)管理中存在的問題，為后面的工作提出了相應(yīng)的建議。

（注：相明瓊職稱是助理工程師。）

[1]曾鳴：電力需求側(cè)管理[M].中國電力出版社，2001.

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