秩和比法在高壓配電網(wǎng)項(xiàng)目評(píng)價(jià)中的應(yīng)用

顧 潔，王春義，牟 宏，孫 偉

(1.上海交通大學(xué) 電力傳輸與功率交換控制教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，上海 200240;2.上海交通大學(xué) 電氣工程系，上海 200240;3.國(guó)家電網(wǎng)山東省電力公司，山東 濟(jì)南 250001)

國(guó)內(nèi)外配電網(wǎng)建設(shè)項(xiàng)目評(píng)價(jià)方法的相關(guān)文獻(xiàn)資料表明，目前對(duì)于配電網(wǎng)評(píng)價(jià)的研究工作大都集中在電網(wǎng)運(yùn)行方案和電網(wǎng)規(guī)劃方案的評(píng)價(jià)方面，針對(duì)具體的配電網(wǎng)建設(shè)項(xiàng)目評(píng)價(jià)的研究工作開(kāi)展不多［1－5］。

文獻(xiàn)［6］采用先進(jìn)的技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析及評(píng)價(jià)方法對(duì)配電網(wǎng)自動(dòng)化系統(tǒng)項(xiàng)目進(jìn)行評(píng)價(jià)，一改以往項(xiàng)目評(píng)價(jià)以技術(shù)指標(biāo)為主、經(jīng)濟(jì)指標(biāo)較少的特點(diǎn)，增強(qiáng)了項(xiàng)目抵御籌資風(fēng)險(xiǎn)的能力;文獻(xiàn)［7］則針對(duì)配電網(wǎng)規(guī)劃項(xiàng)目提出了一種綜合的技術(shù)和經(jīng)濟(jì)評(píng)估方法，有利于推動(dòng)主動(dòng)配電網(wǎng)規(guī)劃技術(shù)的發(fā)展。建立科學(xué)合理的評(píng)價(jià)指標(biāo)體系是評(píng)價(jià)的前提，筆者針對(duì)電網(wǎng)規(guī)劃庫(kù)中的滾動(dòng)規(guī)劃項(xiàng)目建立完善的配電網(wǎng)建設(shè)項(xiàng)目評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，以此為依據(jù)在配電網(wǎng)建設(shè)項(xiàng)目實(shí)際管理工作中，從技術(shù)性、必要性、經(jīng)濟(jì)性等方面對(duì)項(xiàng)目進(jìn)行科學(xué)評(píng)價(jià)，進(jìn)一步采用秩和比法與模糊分析法相結(jié)合對(duì)項(xiàng)目指標(biāo)進(jìn)行評(píng)分，為規(guī)劃建設(shè)項(xiàng)目的選取決策提供參考。

文獻(xiàn)［8］將配電網(wǎng)規(guī)劃評(píng)價(jià)指標(biāo)體系分為基礎(chǔ)建設(shè)指標(biāo)和績(jī)效指標(biāo)兩部分，采用層次分析法和模糊綜合評(píng)判方法對(duì)城市的配電網(wǎng)智能規(guī)劃項(xiàng)目進(jìn)行分析評(píng)價(jià);文獻(xiàn)［9］基于城市電網(wǎng)規(guī)劃改造的特征，采用增容效益、缺電損失、DSM技術(shù)及3層構(gòu)架體系等理論，以提高能源利用效率和電網(wǎng)運(yùn)行效率為目標(biāo)，結(jié)合模糊分析法，提出了對(duì)配電網(wǎng)規(guī)劃與改造以及評(píng)估的新思路和具體解決方案;文獻(xiàn)［10］建立基于模糊集相似度的項(xiàng)目后評(píng)價(jià)綜合評(píng)價(jià)模型，分別從項(xiàng)目實(shí)施全過(guò)程后評(píng)價(jià)、環(huán)境影響后評(píng)價(jià)、效益后評(píng)價(jià)研究4個(gè)方面，對(duì)市北輸變電工程項(xiàng)目進(jìn)行了后評(píng)價(jià)。鑒于中低壓配電網(wǎng)建設(shè)項(xiàng)目主要面向電力用戶側(cè)，而高壓配電網(wǎng)是高壓輸電網(wǎng)和低壓配電網(wǎng)之間的紐帶，兩者定位及運(yùn)行中面臨的問(wèn)題有所不同，針對(duì)高壓配電網(wǎng)的評(píng)價(jià)要根據(jù)其特點(diǎn)進(jìn)行具體的分析。筆者將基于110與35 kV電網(wǎng)規(guī)劃建設(shè)項(xiàng)目的特點(diǎn)，進(jìn)一步從上述電壓等級(jí)電網(wǎng)規(guī)劃運(yùn)行中面臨的主要問(wèn)題出發(fā)，建立評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，考慮到部分指標(biāo)難以獲得量化的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，提出秩和比法與模糊隸屬函數(shù)法相結(jié)合的量化策略，以得到客觀、統(tǒng)一的指標(biāo)評(píng)價(jià)結(jié)果。

1 高壓配電網(wǎng)建設(shè)項(xiàng)目指標(biāo)體系

按照實(shí)用性、有效性、有針對(duì)性及定量分析與定性分析結(jié)合的幾大原則，結(jié)合供電公司對(duì)建設(shè)項(xiàng)目的對(duì)應(yīng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)要求，選取高壓配電網(wǎng)規(guī)劃建設(shè)項(xiàng)目的評(píng)價(jià)指標(biāo)，并將指標(biāo)按照相互關(guān)系，劃分為4級(jí)(指標(biāo)體系中部分3級(jí)指標(biāo)擴(kuò)展有下屬4級(jí)指標(biāo))，具體的指標(biāo)體系如表1所示［10］。

在高壓配電網(wǎng)建設(shè)項(xiàng)目評(píng)價(jià)指標(biāo)體系中，部分定量指標(biāo)可以有明確的評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)，例如變壓器供電能力不足率中的容載比，可參考文獻(xiàn)［11］中對(duì)于各電壓等級(jí)容載比的規(guī)定，例如:110 kV電網(wǎng)在負(fù)荷增長(zhǎng)率大于12%時(shí)的計(jì)劃發(fā)展要求容載比為2.0～2.2等具體要求，進(jìn)一步制定明確的量化評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn);對(duì)于定性指標(biāo)，可采用逐條評(píng)分的辦法羅列出影響指標(biāo)的判據(jù)，根據(jù)項(xiàng)目滿足該定性指標(biāo)判據(jù)的情況進(jìn)行打分;例如建設(shè)運(yùn)行方便性指標(biāo)等，可根據(jù)項(xiàng)目實(shí)施地點(diǎn)附近是否有交通線路，再根據(jù)項(xiàng)目現(xiàn)場(chǎng)所具備的交通線路情況對(duì)照打分標(biāo)準(zhǔn)得到相應(yīng)的得分。對(duì)各評(píng)價(jià)指標(biāo)具體分析和評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)的逐一確定是得到項(xiàng)目綜合評(píng)價(jià)結(jié)果的基礎(chǔ)和前提，而針對(duì)其中部分定量指標(biāo)，例如:不足率類指標(biāo)(如供電能力不足率)、合格率類指標(biāo)(如主變理論損耗合格率等)以及改善度類(如電壓降落改善率等)指標(biāo)，難以提出統(tǒng)一的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，這一難題如不能有效解決，則將影響評(píng)價(jià)工作的客觀性與合理性。因此，有必要研究對(duì)上述類型指標(biāo)進(jìn)行自動(dòng)量化分檔的方法，通過(guò)將指標(biāo)分檔的區(qū)間值作為模糊隸屬度函數(shù)的參數(shù)，進(jìn)而對(duì)各項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行評(píng)分，保證評(píng)價(jià)結(jié)果的合理區(qū)分度。

表1 高壓配電網(wǎng)規(guī)劃建設(shè)項(xiàng)目評(píng)價(jià)指標(biāo)體系Table 1 Evaluation system of high voltage distribution network planning and construction project

2 秩和比法基本原理及其應(yīng)用背景

2.1 秩和比簡(jiǎn)介

秩和比法是中國(guó)學(xué)者田鳳調(diào)于1988年提出，集古典參數(shù)估計(jì)與近代非參數(shù)統(tǒng)計(jì)各自優(yōu)點(diǎn)于一體的統(tǒng)計(jì)分析方法，廣泛地應(yīng)用于醫(yī)療衛(wèi)生領(lǐng)域的多指標(biāo)綜合評(píng)價(jià)、統(tǒng)計(jì)預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)、統(tǒng)計(jì)質(zhì)量控制等方面。秩和比(RSR)指的是表中行(或列)秩次的平均值，是一個(gè)非參數(shù)計(jì)量，具有0～1區(qū)間連續(xù)變量的特征;秩和比法的基本思想是在一個(gè)n行(n評(píng)價(jià)對(duì)象)m列(m個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo))矩陣中，通過(guò)秩轉(zhuǎn)換，獲得無(wú)量綱的統(tǒng)計(jì)量RSR，以RSR對(duì)評(píng)價(jià)對(duì)象的優(yōu)劣進(jìn)行排序或分檔排序。近年來(lái)，秩和比法開(kāi)始應(yīng)用于電力系統(tǒng)的電價(jià)研究方面，有文獻(xiàn)用秩和比法對(duì)基于用戶用電量階梯電價(jià)的檔次進(jìn)行計(jì)算，該方法認(rèn)為樣本的分檔次數(shù)應(yīng)根據(jù)實(shí)際對(duì)象和環(huán)境進(jìn)行判斷［12］。

2.2 秩和比法的應(yīng)用背景

在高壓配電網(wǎng)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系中，對(duì)于諸如供電能力不足率指標(biāo)中的不同電壓等級(jí)變壓器容載比區(qū)間、變壓器損耗合格率指標(biāo)中的不同型號(hào)變壓器的理論損耗值、主變功率因數(shù)合格率指標(biāo)中的變壓器運(yùn)行的合理功率因數(shù)、變壓器負(fù)荷率合格率指標(biāo)中變壓器負(fù)荷率合理區(qū)間等核心指標(biāo)的評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)可以根據(jù)相關(guān)導(dǎo)則［11］中的技術(shù)要求確定;而對(duì)于不足率、合格率以及改善度類指標(biāo)的評(píng)定，難以確定統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，例如，計(jì)算輸電能力不足率指標(biāo)時(shí)涉及到的容載比是有明確的范圍規(guī)定，但是對(duì)于該指標(biāo)本身取值的優(yōu)、劣等并沒(méi)有明確、硬性的范圍規(guī)定，因此，考慮采用秩和比法通過(guò)對(duì)待篩選項(xiàng)目的該指標(biāo)的計(jì)算值進(jìn)行一系列的處理，對(duì)指標(biāo)計(jì)算值進(jìn)行自適應(yīng)、合理的分檔。

2.3 引入秩和比法的基本思路及實(shí)現(xiàn)流程

首先采用秩和比法對(duì)不足率、合格率以及改善度類指標(biāo)計(jì)算值進(jìn)行分檔，得到分檔位置后將指標(biāo)分檔的區(qū)間值作為模糊隸屬度函數(shù)的參數(shù)，再將各指標(biāo)計(jì)算值代入相應(yīng)的模糊隸屬度函數(shù)中得到指標(biāo)的評(píng)分結(jié)果。

秩和比法應(yīng)用在高壓配電網(wǎng)建設(shè)項(xiàng)目評(píng)價(jià)中的具體流程如圖1所示。結(jié)合高壓配電網(wǎng)建設(shè)項(xiàng)目評(píng)價(jià)的特點(diǎn)，得到高壓配電網(wǎng)建設(shè)項(xiàng)目評(píng)價(jià)中秩和比計(jì)算表達(dá)式，多項(xiàng)目、多指標(biāo)和多項(xiàng)目、單指標(biāo)秩和比法的RSR表達(dá)式分別為

式(1)、(2)中 n為高壓配電網(wǎng)建設(shè)項(xiàng)目數(shù);m為指標(biāo)數(shù);R為每組指標(biāo)的秩次(根據(jù)項(xiàng)目排序)。

n不同，RSR也不同，一般RSR值越大越好，也即RSR值永遠(yuǎn)為高優(yōu)指標(biāo)，為此必須妥善解決編秩的問(wèn)題。高壓配電網(wǎng)建設(shè)項(xiàng)目評(píng)價(jià)中，根據(jù)每項(xiàng)指標(biāo)的計(jì)算值就能得知該指標(biāo)的項(xiàng)目排序情況，即可以得到該指標(biāo)相應(yīng)的秩次，通過(guò)每項(xiàng)指標(biāo)的計(jì)算值計(jì)算秩和比法的RSR，進(jìn)一步計(jì)算對(duì)應(yīng)的累計(jì)頻率f。具體計(jì)算方法:

其中，j為該指標(biāo)秩次為j的項(xiàng)目，n為項(xiàng)目總數(shù)，秩次為n的項(xiàng)目累積頻率為估算。將計(jì)算得到的累計(jì)頻率轉(zhuǎn)化為百分?jǐn)?shù)，查閱統(tǒng)計(jì)學(xué)中《百分?jǐn)?shù)與概率單位對(duì)照表》即可獲取分別對(duì)應(yīng)的概率單位。

圖1 秩和比法應(yīng)用的流程Figure 1 RSR application flowchart

3 基于模糊隸屬度及秩和比方法的評(píng)價(jià)指標(biāo)量化

3.1 基本思路

應(yīng)用模糊隸屬度及秩和比法對(duì)評(píng)價(jià)指標(biāo)量化，首先對(duì)評(píng)價(jià)指標(biāo)進(jìn)行分類，確定評(píng)價(jià)指標(biāo)的模糊隸屬度函數(shù)，進(jìn)而得到參數(shù)的個(gè)數(shù)，根據(jù)評(píng)價(jià)指標(biāo)的計(jì)算值使用秩和比法劃分檔次，分檔數(shù)量取決于隸屬函數(shù)中參數(shù)的個(gè)數(shù)，可以由秩和比法得到指標(biāo)不同檔次的邊界值，以此作為模糊隸屬度函數(shù)的參數(shù)，進(jìn)而得到指標(biāo)評(píng)價(jià)結(jié)果。

3.2 評(píng)價(jià)指標(biāo)的模糊隸屬函數(shù)化

考慮到所選取指標(biāo)的特征，該文選用簡(jiǎn)單可行的線性隸屬函數(shù)(梯形，三角形或半梯形等函數(shù))進(jìn)行各類指標(biāo)量化和標(biāo)度。將指標(biāo)按照其特點(diǎn)劃分為越小越優(yōu)型、越大越優(yōu)型和一定區(qū)間內(nèi)越優(yōu)型3種類型。

1)越小越優(yōu)型指標(biāo)(如變壓器供電能力不足率指標(biāo)等)的隸屬度函數(shù)表達(dá)式:

式中 a，b為待定參數(shù)，其函數(shù)圖形如圖2所示。

圖2 越小越優(yōu)型指標(biāo)的隸屬度函數(shù)Figure 2 Membership function of smaller and more excellent type indicators

2)越大越優(yōu)型指標(biāo)(如電壓降落改善率指標(biāo)等)的隸屬度函數(shù)表達(dá)式:

式中 c，d為待定參數(shù)，其函數(shù)圖形如圖3所示。

圖3 越大越優(yōu)型指標(biāo)的隸屬度函數(shù)Figure 3 Membership function of bigger and more excellent type indicators

3)一定區(qū)間內(nèi)越優(yōu)型指標(biāo)(如單位建設(shè)容量成本費(fèi)用指標(biāo)等)的隸屬度函數(shù)表達(dá)式:

式中 a，b，c，d為待定參數(shù)，其函數(shù)圖形如圖4所示。

圖4 一定區(qū)間內(nèi)越優(yōu)型指標(biāo)的隸屬度函數(shù)Figure 4 Membership function of better type indicators within a certain range

3.3 指標(biāo)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)的秩和比分檔

對(duì)于越大越優(yōu)型和越小越優(yōu)型指標(biāo)采用秩和比法將指標(biāo)取值劃分為3個(gè)區(qū)間，對(duì)于一定范圍內(nèi)越優(yōu)型指標(biāo)則劃分為5個(gè)區(qū)間，利用區(qū)間的邊界值確定隸屬度參數(shù)。具體流程如圖5所示。

圖5 秩和比法確定隸屬度函數(shù)參數(shù)的具體流程Figure 5 Flowchat of RSR method applied in the parameter solution of membership function

4 秩和比法與模糊隸屬度法應(yīng)用于規(guī)劃項(xiàng)目評(píng)價(jià)的實(shí)例與分析

以某地區(qū)高壓配電網(wǎng)(35～110 kV)規(guī)劃建設(shè)項(xiàng)目中實(shí)際項(xiàng)目的成本費(fèi)用指標(biāo)為例，應(yīng)用秩和比法進(jìn)行指標(biāo)量化評(píng)價(jià)。該地區(qū)待評(píng)價(jià)的規(guī)劃建設(shè)項(xiàng)目為36個(gè)，利用秩和比法對(duì)各項(xiàng)目單位造價(jià)及成本費(fèi)用的RSR、累積頻率及概率單位進(jìn)行分析計(jì)算，如表2所示。

若單位建設(shè)容量成本費(fèi)用太高則項(xiàng)目的經(jīng)濟(jì)性不好，單位建設(shè)容量成本費(fèi)用太低則可能影響項(xiàng)目的質(zhì)量，故可認(rèn)為單位建設(shè)容量成本費(fèi)用指標(biāo)屬于一定范圍內(nèi)越優(yōu)型指標(biāo)，根據(jù)表2中的概率單位分布，可采用有4個(gè)參數(shù)的梯形模糊隸屬函數(shù)來(lái)描述其指標(biāo)評(píng)價(jià)結(jié)果，故將項(xiàng)目的概率單位劃分為5個(gè)區(qū)間，得到的具體區(qū)間劃分情況如表3所示。

根據(jù)區(qū)間上、下限所對(duì)應(yīng)的項(xiàng)目指標(biāo)具體數(shù)值，可以確定成本費(fèi)用指標(biāo)的模糊隸屬度函數(shù)的參數(shù)為a=18.91，b=33.80，c=59.10，d=69.02(單位為萬(wàn)元/(MV·A))。

選取等區(qū)間分檔方法和等項(xiàng)目數(shù)量分檔方法與秩和比法分檔方法進(jìn)行對(duì)比，按照等區(qū)間分檔劃分為5個(gè)區(qū)間(按照單位建設(shè)容量成本費(fèi)用):［16.64，29.94］，［29.94，43.24］，［43.24，56.54］，［56.54，69.84］，［69.84，83.30］;按照等項(xiàng)目數(shù)量分檔劃分為5個(gè)區(qū)間，5個(gè)區(qū)間內(nèi)的項(xiàng)目數(shù)量分別為7，7，8，7和7。不同的分檔方式可以確定不同的模糊隸屬度函數(shù)，按照相應(yīng)的模糊隸屬度函數(shù)得到指標(biāo)的得分情況，如表4所示。

指標(biāo)評(píng)分的離散程度越大，則對(duì)不同項(xiàng)目的區(qū)分程度越好，根據(jù)不同方法得到的指標(biāo)評(píng)分的具體值，使用熵權(quán)法對(duì)3種方法得到的指標(biāo)評(píng)分進(jìn)行處理，通過(guò)最終的熵權(quán)能夠從側(cè)面反應(yīng)每種方法評(píng)分的離散程度，若熵權(quán)越大則說(shuō)明離散程度越高，若熵權(quán)越小則說(shuō)明離散程度越小。通過(guò)計(jì)算得到3種方法的熵權(quán)，如表5所示。

表2 建設(shè)項(xiàng)目的單位建設(shè)容量成本費(fèi)用指標(biāo)秩和比法分析結(jié)果Table 2 The RSR result of the unit cost and cost index/indicator in a construction project

表3 建設(shè)項(xiàng)目的單位建設(shè)容量成本費(fèi)用概率區(qū)間劃分結(jié)果Table 3 Probability interval division result of the unit cost and cost index/indicator in a construction project

表4 不同分檔方法指標(biāo)評(píng)分情況Table 4 Indexes grading for different classing methods

表5 不同分檔方法熵權(quán)值Table 5 Entropy values of different classing methods

可見(jiàn)采用秩和比法分檔得到的評(píng)分計(jì)算值離散程度最大，因此，利用該方法分檔確定模糊隸屬度函數(shù)參數(shù)最優(yōu)，故采用該方法可對(duì)其他指標(biāo)進(jìn)行模糊隸屬度函數(shù)參數(shù)的確定。

5 結(jié)語(yǔ)

筆者首先建立了高壓配電網(wǎng)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，進(jìn)而根據(jù)指標(biāo)體系的特點(diǎn)，結(jié)合秩和比法和模糊綜合分析法對(duì)評(píng)價(jià)指標(biāo)進(jìn)行評(píng)分。

1)針對(duì)高壓配電網(wǎng)規(guī)劃建設(shè)項(xiàng)目的特點(diǎn)及電網(wǎng)規(guī)劃運(yùn)行中面臨的主要問(wèn)題，建立了配電網(wǎng)規(guī)劃建設(shè)項(xiàng)目評(píng)價(jià)的指標(biāo)體系，是對(duì)配電網(wǎng)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系的擴(kuò)充。

2)融合秩和比法與模糊綜合評(píng)價(jià)法，利用秩和比法對(duì)指標(biāo)計(jì)算值的分檔，將分檔的邊界值作為模糊隸屬度函數(shù)的參數(shù)，合理地解決了指標(biāo)評(píng)分問(wèn)題，這是對(duì)模糊綜合評(píng)價(jià)應(yīng)用的一個(gè)創(chuàng)新。

該文所附算例應(yīng)用結(jié)果表明:將秩和比法應(yīng)用于評(píng)價(jià)指標(biāo)的量化具有自適應(yīng)性和區(qū)分度較強(qiáng)的特點(diǎn)，是一種有益的嘗試。

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