基于熵權—TOPSIS法的輸變電工程經(jīng)濟性評價研究

吳超　盧建昌

摘 要：輸變電工程是電網(wǎng)建設的重要組成部分，在發(fā)電量持續(xù)上升的現(xiàn)實情況下，電網(wǎng)需要不斷擴大以保證電力的正常輸送，保證社會經(jīng)濟穩(wěn)定發(fā)展。本文針對輸變電工程從資本金現(xiàn)金流量、投資收益、運行維護成本、過程造價等四個方面建立了經(jīng)濟性評價指標體系，并提出了基于熵權-TOPSIS法的經(jīng)濟性評價模型，在此基礎上以泰州市某輸變電工程為實例進行計算分析，驗證了模型在經(jīng)濟性分析和評價方面 科學性和合理性。

關鍵詞：經(jīng)濟性評價 ；輸變電工程；熵權；TOPSIS法

作為我國經(jīng)濟發(fā)展的基礎性產(chǎn)業(yè)，近年來，電力行業(yè)已經(jīng)逐漸成為社會生產(chǎn)和生活的基本保證。面對日益增長的社會電力負荷需求，國家電網(wǎng)積極進行大規(guī)模建設，不斷提高電力輸配送能力，輸變電建設項目可以緩解用電需求的供給壓力，確保電網(wǎng)的穩(wěn)定運行。對輸變電工程項目實施情況進行科學的經(jīng)濟性評價 ，有利于衡量項目的整體施工情況，并能為后續(xù)工程項目實施提供決策依據(jù)。

我國目前已經(jīng)展開了對輸變電工程項目的評價研究，文獻[1]從輸變電工程項目實施效果和管理水平兩個方面建立了綜合評價指標體系，并引入了雷達圖法以克服傳統(tǒng)評價方法在選取待評價指標時不夠協(xié)調(diào)的缺點，通過實例驗證了改進雷達圖法在項目評價中的可行性和優(yōu)越性；文獻[2]采用網(wǎng)絡分析法和模糊評價法建立模糊網(wǎng)絡風險評價模型，在模型的構(gòu)建過程中考慮了風險維度，使用三角模糊數(shù)對模型進行了改進；文獻[3]采用層次分析法和熵權法確定評價指標的組合權重，進一步建立模糊可拓評價模型，以江蘇省某工程為算例，驗證模型的科學性。文獻[4]從市場需求、經(jīng)濟效益、環(huán)境效益、技術水平、工程造價、路徑合理性等五個方面出發(fā)，構(gòu)建了輸變電工程綜合評價的指標體系，并使用模糊層次分析法進行建模。本文對已有文獻進行深入研究，結(jié)合實際情況，構(gòu)建了一個全面、科學、標準的輸變電工程綜合評價指標體系，將熵權與TOPSIS法結(jié)合建立了一個科學規(guī)范的綜合評價模型，并通過實際算例驗證了模型的合理性。

一、輸變電工程評價指標體系

經(jīng)過對理論的研究和實際項目的分析，可以建立如表1所示的指標體系，作為評價輸變電工程的基礎。

二、基于熵權-TOPSIS的經(jīng)濟性評價 模型

本文將熵權法和TOPSIS法進行了有效的結(jié)合，這兩種方法的結(jié)合有如下優(yōu)點：（1）降低評判的主觀性。（2）標準合理有效，貼合實際。（3）以評價業(yè)績?yōu)槟康?，達到改進業(yè)績的目的。

（一）熵權法的基本原理

設有M個待評對象，n項評價指標的指標數(shù)據(jù)矩陣為X=（xij）nm ，對于某項指標j，若各待評對象的指標值xij間的差距越大，則該指標在經(jīng)濟性評價 中所起的作用就越大；反之作用越小。

在信息論中，信息熵是系統(tǒng)無序程度的度量，其表達式為

H（x）=∑mi=1p（xi）lnp（xi）

式中，xi 為第i個狀態(tài)值（總共有M個狀態(tài)）；p（xi） 為出現(xiàn)第i個狀態(tài)值的概率。

在指標數(shù)據(jù)矩陣X中，某項指標值差異程度越大，信息熵越小，則該指標的權重越大；反之，某項指標值的差異程度越小，信息熵越大，則該指標的權重越小。所以，可以根據(jù)各項指標的差異程度，利用信息熵對各指標初步給定的權重調(diào)整，做到動態(tài)賦權。調(diào)整權重的步驟如下：

（1）計算指標值xij 在指標j下的權重p（xij） ：

p（xij）=xij∑mi=1Xij

（2）計算指標j的熵值ej ：

ej=-k∑mi=1p（xij）lnp（xij）

式中：k>0，ej0 。若xij 對于給定的j全部相等，則p（xij）=xij∑mi=1xij=1m ，此時ej 取極大值，即ej=-k∑mi=11mln1m=klnm 。其中：k=1lnm ，有0

（3）計算第j個指標的差異系數(shù)

根據(jù)公式：gj=1-ej

（二） TOPSIS法

TOPSIS法（Technique for Order Preference by Similarity to Ideal Solution）作為一種逼近理想解的多目標決策方法，TOPSIS法的基本思想在于要先確定一個理想解和一個負理想解，然后，把實際可行解與理想解和負理想解作比較，即計算某一方案與最優(yōu)方案和最劣方案之間的加權歐氏距離，進行方案排隊，如果某個評價方案最靠近理想解，同時又遠離負理想解，那么這個評價方案為最優(yōu)方案。

（三） 基于熵權-TOPSIS的經(jīng)濟性評價模型

在上文基于熵權法確定指標權重的基礎上，需要利用TOPSIS法對輸變電工程進行整體評價，具體評價的過程如下：

1、對原始數(shù)據(jù)進行加權處理

根據(jù)上文信息，有m個指標的等級，n個指標。在上面計算的基礎上，根據(jù)公式：

R=P11KP1nWnMOMPmlW1LPmnWn=r11Kr1nMOMrmlLrmn

得到加權規(guī)范化矩陣。

2、確定正理想解和負理想解

正理想解是最接近理想的、最優(yōu)的值的虛擬解，負理想解釋最接近理想、最差的虛擬值，計算公式如下：

r+j={（max1≤j≤mrij|j∈J1），（max1≤j≤mrij|j∈J2）|i=1，2，K，m}

r-j={（max1≤j≤mrij|j∈J1），（max1≤j≤mrij|j∈J2）|i=1，2，K，m}

其中，J1為效益型指標集；J2為成本型指標集。V+為效益型指標集的正理想解和負理想解；V-為成本型指標集的正理想解和負理想解。

最后，對歐式距離進行計算：

d+1=∑nj=1（rij-r+j）2（i=1，2，K，m）

d-1=∑nj=1（rij-r-j）2（i=1，2，K，m）

3、確定相對接近度

根據(jù)公式

Ci=d+id+i+d-i（i=1，2，K，m）

基于以上公式，確定研究對象個指標到正、負理想解的距離，該歐式距離就代表評價對象與理想狀況的接近程度，因而，計算的距離就代表評價對象的優(yōu)劣程度，進而對評價對象進行排序。其中，計算的距離越小，就代表越接近理想程度，就代表評價對象越優(yōu)，排名也相對靠前。

三、算理分析

以泰州市某輸變電工程為算例，對上述模型進行驗證。

（一）經(jīng)濟評價指標數(shù)據(jù)分析

1、項目營運性分析。項目營運性分析主要包括資本金現(xiàn)金流量分析以及相關投資分析兩部分。

（1）資本金現(xiàn)金流量?？紤]電費適當加價，在將來的25年間，包括5年建設期和20年運行期，相應的建設的現(xiàn)金流量情況如下表2所示：

（2）投資收益。考慮電費適當加價，未來25年內(nèi)（項目建設期5年，運營期20年）規(guī)劃區(qū)“十三五”配網(wǎng)建設改造工程投資收益表如下表3所示：

從上表中可以看出，若考慮電費加價103元/千千瓦時，即0.103元/千瓦時，相應的靜態(tài)投資資金會在16.65年后收回；與此同時，動態(tài)資金將會在投資的24.45年后收回。

2、項目成本分析

（1） 運行維護成本。興化興西110千伏輸變電工程建設實現(xiàn)了設備狀態(tài)在線監(jiān)測從而降低了設備故障率減少了維修成本，高級功能的應用實現(xiàn)了無人值班減少了值守人力成本。采用采用節(jié)能燈具實施綠色照明以及智能通風系統(tǒng)，大大減少了站用電量有效的降低了站用電成本。將該輸變電工程建成后的運行檢修數(shù)據(jù)與同等規(guī)模和同等建設水平的常規(guī)配網(wǎng)工程進行對比，分析本工程建設所降低的運行維護費用，如表4所示。

通過表3-3可以清晰的對比顯示，相對常規(guī)輸變電工程工程運行維護成本各項指標水平，興化興西110千伏輸變電工程運行維護成本大大降低反映了其經(jīng)濟性，由于實現(xiàn)了無人值班，因此值班人員減少6-7名，大大節(jié)約了值守成本。

（2）過程造價。根據(jù)當?shù)貙嶋H的設備價格和工程施工報價情況，主要要求相關主設備如架空線路、箱式變電站等設備能夠滿足當?shù)氐淖畹驮靸r標準，從該工程的造價話費來講，經(jīng)過專家論證，在不考慮其他影響，單與當?shù)卦靸r比較，可知，該輸變電工程在費用花費方面均符合相關規(guī)定，費用話費分布在合理范圍之內(nèi)。

（二） 確定評價評語等級

結(jié)合輸變電工程項目自身特點，建立輸變電工程項目經(jīng)濟性評價 標準如表5所示。

（二）評價指標評分

根據(jù)公式：

xi=1n∑nm=1um

xi表示的是指標i的得分；um表示的專家m相關指標的打分；專家個數(shù)用n表示。

得到各個指標的得分以后，判斷各個指標的評語集歸屬。聘請輸變電工程領域的20位專家對該項目中各評價指標進行打分，計算得出相應的隸屬度。結(jié)果匯總?cè)绫?-2所示：

（三）模型計算

根據(jù)第二節(jié)熵權-TOPSISI綜合評價模型計算該輸變電工程的相對貼近度，限于篇幅因素，本文只列出計算步驟中的權重值與最終的相對貼近度計算結(jié)果，如表3-3，3-4所示：

xi表示的是指標i的得分；um表示的專家m相關指標的打分；專家個數(shù)用n表示。

得到各個指標的得分以后，判斷各個指標的評語集歸屬。聘請輸變電工程領域的20位專家對該項目中各評價指標進行打分，計算得出相應的隸屬度。結(jié)果匯總?cè)绫?所示：

（四）模型計算

根據(jù)第二節(jié)熵權-TOPSISI經(jīng)濟性評價 模型計算該輸變電工程的相對貼近度，限于篇幅因素，本文只列出最終的相對貼近度計算結(jié)果，如表7所示：

（五）結(jié)果分析

根據(jù)相對接近度越小，評價對象的排名越靠前，指標等級越好的原則，指標等級為優(yōu)秀的接近度為0.0245，指標等級為良好的接近度為0.0451，指標等級為一般的接近度為0.9606。因此，該輸變電工程項目最終的經(jīng)濟性評價 等級為優(yōu)秀，符合項目建設的標準，具備良好的可行性。

四、 結(jié)論

本文從經(jīng)濟性角度切入，對泰州市某輸變電工程進行評價分析?；谫Y本金現(xiàn)金流量、投資收益、運行維護成本、過程造價四項指標，構(gòu)建輸變電工程的經(jīng)濟性評價指標體系，運用熵權-TOPSIS法建立數(shù)學模型并進行計算，最終得出評價結(jié)果。通過結(jié)果可以證明，采用熵權-TOPSIS法可以準確的評價輸變電工程的經(jīng)濟性，為輸變電工程的成本性、經(jīng)濟性分析和投資決策提供參考。 （作者單位：華北電力大學）

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