陳曉國， 丁鵬堃， 黎振宇

(1.南方電網(wǎng)科學(xué)研究院，廣東 廣州 510663; 2.上海交通大學(xué) 電子信息與電氣工程學(xué)院，上海 200240)

0 引 言

隨著社會經(jīng)濟的快速發(fā)展，電力作為國民經(jīng)濟的基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)，對經(jīng)濟社會發(fā)展和人民生活起著重要的支撐和保障作用，這使電力應(yīng)急預(yù)案顯得尤為重要,在電網(wǎng)事故處理中，電力應(yīng)急預(yù)案有很強的必要性[1]。

現(xiàn)有的電網(wǎng)災(zāi)變恢復(fù)預(yù)案評價系統(tǒng)中，大多僅對某一項應(yīng)急職能或者應(yīng)急能力進行評價，例如從電網(wǎng)調(diào)度來對電力應(yīng)急預(yù)案進行評價，文獻[2]指出物資保障在電力應(yīng)急管理工作中的作用及加強措施。文獻[3]從電網(wǎng)調(diào)度方面來對電力應(yīng)急預(yù)案進行改善。文獻[4]介紹了如何加強電力應(yīng)急中的通信保障。本文從評價指標(biāo)的全面性和權(quán)重劃分的科學(xué)性著手，通過二者的改進，希望達到使電力應(yīng)急預(yù)案評價得到較大的改善的目的。

1 電力應(yīng)急預(yù)案評價指標(biāo)

1.1 電力應(yīng)急預(yù)案評價指標(biāo)分類

電力系統(tǒng)應(yīng)急管理體系包含多種特征量及功能，如應(yīng)急體系架構(gòu)中經(jīng)常強調(diào)的六種關(guān)鍵職能，這六種職能分別對應(yīng)六個不同部門，分別為調(diào)度部門、運檢部門、信通部門、物資部門、檢修部門和安監(jiān)部門。本文采用的評價指標(biāo)從這幾個關(guān)鍵方面進行劃分，并將這幾個方面作為電力應(yīng)急預(yù)案評價的一級指標(biāo)。 然后對各一級指標(biāo)，分別抽取出若干個二級指標(biāo)，確定的方法根據(jù)相關(guān)電力應(yīng)急導(dǎo)則所指定，以及對電網(wǎng)企業(yè)以往應(yīng)急預(yù)案和應(yīng)急事故的處置過程進行提煉、分析，指標(biāo)的劃分可見圖1所示。

1.2 電力應(yīng)急預(yù)案評價指標(biāo)賦值

評價指標(biāo)構(gòu)建完成后，需要對所有指標(biāo)進行賦值。本文主要對二級指標(biāo)進行賦值。

二級指標(biāo)根據(jù)事件庫中的賦值規(guī)則進行賦值，例如電壓等級轉(zhuǎn)換次數(shù)，電力應(yīng)急預(yù)案中應(yīng)避免經(jīng)過變電站，每經(jīng)過一個變電站，電壓就變化一次，將電壓等級轉(zhuǎn)換次數(shù)作為電網(wǎng)調(diào)度下的二級指標(biāo)，目的是為了保證電網(wǎng)節(jié)點電壓的穩(wěn)定性，具體賦值函數(shù)如下。

(1)

式中:x為電壓等級轉(zhuǎn)換次數(shù)。

對于二級指標(biāo)中的定性指標(biāo)，用等級描述法表示，然后可以采用三角模糊數(shù)將其量化。

定義1 若N=(x,y,z)，其中0

定義2 三角模糊數(shù)的清晰值為：

N′=(x+2y+z)/4

(2)

如圖2所示，本文采用三角模糊數(shù)的三標(biāo)度法，將定性指標(biāo)量化為三角模糊數(shù)，然后再根據(jù)式(2)把三角模糊數(shù)轉(zhuǎn)化為清晰值，便于數(shù)據(jù)計算。

將各二級指標(biāo)賦值完成后，按照一級指標(biāo)對應(yīng)等權(quán)重二級指標(biāo)的原則，將各二級指標(biāo)值乘以各自權(quán)重作和，作為對應(yīng)一級指標(biāo)的賦值大小。

2 灰色極大熵權(quán)重在電力應(yīng)急預(yù)案評價中的應(yīng)用

傳統(tǒng)電網(wǎng)災(zāi)變恢復(fù)預(yù)案的評價方法中，大多都是基于指標(biāo)的差異性進行權(quán)重賦值，對指標(biāo)的重要性判斷不能僅僅依據(jù)其指標(biāo)值區(qū)分度，而由更重要的事理邏輯本身決定[6]。

2.1 指標(biāo)灰色關(guān)聯(lián)系數(shù)

在對電力應(yīng)急預(yù)案進行評價過程中，某一個極為重要的評價指標(biāo)在待評預(yù)案中的差異性很小，則不能片面地認為此指標(biāo)在評價系統(tǒng)中沒有其他指標(biāo)重要。本文根據(jù)應(yīng)急預(yù)案已有信息，充分挖掘指標(biāo)的重要程度，使得評價結(jié)果更加符合事理邏輯。首先假設(shè)有m個待評價應(yīng)急預(yù)案，且每個預(yù)案有n個評價指標(biāo)。ω=(ω1,ω2, …,ωn)為指標(biāo)的屬性權(quán)重，其中ωi為第i個指標(biāo)的權(quán)重大小。

考慮到灰色關(guān)聯(lián)方法的基本思想是根據(jù)幾何形狀的相似程度來判斷其是否緊密聯(lián)系，形狀越接近則關(guān)聯(lián)程度越大。規(guī)定各個評價指標(biāo)的理想最優(yōu)解為：

(3)

式中：aij為第i個待評價預(yù)案第j個指標(biāo)的經(jīng)歸一化后的評價值。

由式(3)可知，理想最優(yōu)解中的值是待評價預(yù)案中每個指標(biāo)的最大值。

再設(shè)每個電力應(yīng)急預(yù)案的指標(biāo)值序列為：

ai=(ai1,ai2, …,ain)

(4)

式中：aij為第i個待評價預(yù)案第j個指標(biāo)的經(jīng)歸一化后的評價值。

(5)

式中:ρ為分辨系數(shù)，0<ρ<1；ξij為第i個待評價預(yù)案中第j個指標(biāo)與理想最優(yōu)解中j類指標(biāo)的灰色關(guān)聯(lián)系數(shù)。

灰色關(guān)聯(lián)主要針對小樣本量，對于電力應(yīng)急預(yù)案而言，每種應(yīng)急樣本容量有限，同時指標(biāo)的范圍也相對有限，運用灰色關(guān)聯(lián)來對比指標(biāo)之間的聯(lián)系較為合適，應(yīng)用此方法求解評價指標(biāo)的權(quán)重更加合適。

2.2 指標(biāo)極大熵權(quán)重模型

依照現(xiàn)代熵理論，任何系統(tǒng)除了受到外部約束外，內(nèi)部總有一定的自由導(dǎo)致系統(tǒng)內(nèi)的各元素處于最豐富的狀態(tài)下。根據(jù)極大熵原則，在已有信息的基礎(chǔ)上，認為權(quán)重熵值最大且滿足權(quán)重的約束條件，所得到的權(quán)重是較為合理的。

在權(quán)重熵最大的目標(biāo)函數(shù)下，指標(biāo)權(quán)重應(yīng)當(dāng)滿足以下三個約束條件：

(1) 各指標(biāo)的權(quán)重之和為1。

(2) 各指標(biāo)權(quán)重大小約束。各評價指標(biāo)與理想最優(yōu)解的關(guān)聯(lián)系數(shù)占總灰色關(guān)聯(lián)系數(shù)的比例在一定程度上反映了指標(biāo)的重要程度，因此應(yīng)當(dāng)根據(jù)比例的最大值和最小值，確定各評價指標(biāo)的權(quán)重區(qū)間。

(3) 評價指標(biāo)權(quán)重方差波動約束。各指標(biāo)權(quán)重的方差取值區(qū)間由各指標(biāo)在各預(yù)案下與理想最優(yōu)解的灰色關(guān)聯(lián)系數(shù)占總方案的灰色關(guān)聯(lián)系數(shù)比例的方差最大值和最小值確定。

基于上述理論及約束條件，確定的指標(biāo)權(quán)重的極大熵模型如下：

(6)

需要說明的是模型M必有最優(yōu)解。由于該模型為單目標(biāo)規(guī)劃問題，且由目標(biāo)函數(shù)及其約束條件的實際意義可知該模型存在可行域，并且是有界的。根據(jù)最優(yōu)解存在定理，模型M必有最優(yōu)解。

2.3 電力應(yīng)急預(yù)案評價的步驟

電力應(yīng)急預(yù)案的評價步驟如下：

Step1 應(yīng)急評價指標(biāo)賦值。具體賦值方法按照1.2小節(jié)所示，對所有二級指標(biāo)進行賦值，并按同一級指標(biāo)下的二級指標(biāo)等權(quán)重原則，將二級指標(biāo)賦值轉(zhuǎn)化為六個電力應(yīng)急預(yù)案一級評價指標(biāo)的賦值大小。

Step2 數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化。對每個電力應(yīng)急預(yù)案中的指標(biāo)值進行標(biāo)準(zhǔn)化處理，數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化公式如下所示。

(7)

式中:aij為第i方案第j指標(biāo)。該標(biāo)準(zhǔn)化方法避免了傳統(tǒng)解法運用時經(jīng)常出現(xiàn)逆序問題。

Step3 計算指標(biāo)權(quán)重。首先，根據(jù)式(2)～式(4)計算出每個待評價預(yù)案中各個評價指標(biāo)與理想最優(yōu)解中同類指標(biāo)的灰色關(guān)聯(lián)系數(shù)。然后，根據(jù)式 (5)求解得到評價指標(biāo)的最優(yōu)權(quán)重值ω=(ω1,ω2, …,ωn)。

Step4 構(gòu)造加權(quán)決策矩陣。根據(jù)Step3求解得到自適應(yīng)最優(yōu)權(quán)重值，可得到加權(quán)決策矩陣A″：

(8)

Step5 得到電力應(yīng)急預(yù)案的正理想解和負理想解，即正負極端方案。

正理想解：

(9)

負理想解：

(10)

Step6 計算各應(yīng)急預(yù)案到正負理想解的歐氏距離。

(1)各應(yīng)急預(yù)案到正理想解之間的歐氏距離

(11)

(2)各應(yīng)急預(yù)案到負理想解之間的歐氏距離

(12)

Step7 計算每個電力應(yīng)急預(yù)案的相對貼近度。

(13)

Step8 根據(jù)相對貼近度的大小對所有電力應(yīng)急預(yù)案進行排序。當(dāng)Ci值愈大，該電力應(yīng)急預(yù)案越理想。

3 算例分析

為了驗證本文評估方法的有效性，本文采用寧波地區(qū)針對自然災(zāi)害的5套電力應(yīng)急預(yù)案進行評價(預(yù)案編號為：SGCC-ZJ-NB-ZT-01、SGCC-ZJ-NB-ZT-02、SGCC-ZJ-NB-ZT-03、SGCC-ZJ-NB-ZT-04、SGCC-ZJ-NB-ZT-05)。這5套電力應(yīng)急預(yù)案的編制依據(jù)及考慮約束條件的優(yōu)先度如下所示(依次用Y1～Y5表示5套電力應(yīng)急預(yù)案)：Y1主要依據(jù)于災(zāi)害發(fā)生時現(xiàn)場的物資保障重要度優(yōu)先；Y2則強調(diào)災(zāi)變恢復(fù)時的電網(wǎng)調(diào)度和安監(jiān)兩個部門的功能保障；Y3針對災(zāi)害發(fā)生時應(yīng)急處置任務(wù)對電網(wǎng)系統(tǒng)架構(gòu)堅強性方面的依賴程度；Y4則根據(jù)應(yīng)急人員的整體災(zāi)害處置能力的評估而制訂；Y5主要依據(jù)災(zāi)害發(fā)生時兼顧電網(wǎng)設(shè)備狀態(tài)檢修及網(wǎng)架結(jié)構(gòu)兩方面的綜合評分。各電力應(yīng)急預(yù)案的指標(biāo)賦值數(shù)據(jù)如表1所示。

Step1 對各電力應(yīng)急評價指標(biāo)賦值。

本文已給出一級指標(biāo)的賦值大小，具體方法在1.2小節(jié)有所介紹。表1中其他電力應(yīng)急預(yù)案指標(biāo)賦值方法與此相同，根據(jù)式(6)進行數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化處理，可得到表2標(biāo)準(zhǔn)化后的指標(biāo)值。B1～B6依次表示電網(wǎng)調(diào)度、狀態(tài)檢修、通信保障、物資保障、系統(tǒng)架構(gòu)和安監(jiān)6個一級指標(biāo)。

表1 評估方案指標(biāo)值

表2 標(biāo)準(zhǔn)化后的評價指標(biāo)值

Step2 求取極大熵權(quán)重。

根據(jù)根據(jù)式(2) ～式(4)，求取各個電力應(yīng)急預(yù)案下的指標(biāo)與理想最優(yōu)解之間的灰色關(guān)聯(lián)系數(shù)，分辨系數(shù)ρ為0.5。根據(jù)灰色關(guān)聯(lián)系數(shù)的結(jié)果，再由式(5)求解得到的各個一級指標(biāo)的權(quán)重大小為：

ω=(0.270, 0.066,0.143,0.121,0.135, 0.265)

Step3 預(yù)案評價排序。

根據(jù)式(7)～式(9)將得到的權(quán)重值代入標(biāo)準(zhǔn)化后的指標(biāo)數(shù)值中，即可得到正負理想解和加權(quán)決策矩陣，如表3所示。

表3 加權(quán)決策矩陣

正理想解：

(a″)+=(0.270, 0.066,0.143,0.121,0.135, 0.265)；

負理想解：

(a″)-=(0.135,0.033,0.072,0.061,0.068,0.133)。

再根據(jù)式(10)～式(12)，算出每個方案到正負理想解的歐氏距離和相對貼近度，并根據(jù)相對貼近度的大小進行方案排序，其評估結(jié)果如表4所示。

表4 評估結(jié)果

從表4可以看出，根據(jù)每個電力應(yīng)急預(yù)案的相對貼進度大小進行排序，可以得到：Y2>Y1>Y5>Y4>Y3從而可以得出電力應(yīng)急預(yù)案的優(yōu)劣排序亦是：Y2>Y1>Y5>Y4>Y3。應(yīng)急預(yù)案2的電網(wǎng)調(diào)度和安監(jiān)這兩個一級指標(biāo)，相對其他4套預(yù)案最強，而在指標(biāo)權(quán)重劃分時，這兩個指標(biāo)的權(quán)重最大，因此結(jié)果顯示應(yīng)急預(yù)案2為最優(yōu)，所得到的預(yù)案排序結(jié)果符合實際。

4 結(jié)束語

本文提出的電力應(yīng)急預(yù)案評價指標(biāo)的構(gòu)建較為全面，涵蓋了應(yīng)急執(zhí)行時的主要部門及應(yīng)急功能，有效解決了以往預(yù)案評價中針對單一部門或應(yīng)急能力的評價片面性問題。而灰色關(guān)聯(lián)極大熵權(quán)重算法模型能夠較好地基于事理推理邏輯，充分反映待評應(yīng)急預(yù)案與理想最優(yōu)解關(guān)于評價指標(biāo)間的關(guān)聯(lián)程度，為評價指標(biāo)權(quán)重提供了一種新的思路。在具體的電力預(yù)案評價中具有很好的實用性，對電力應(yīng)急預(yù)案的選擇和完善具有重要的參考意義。