基于層次分析法的電網(wǎng)應(yīng)急演練管理系統(tǒng)研究與實(shí)現(xiàn)

林爽，秦萃麗，王裴培，孫怡長(zhǎng)，鄒勇

（貴州電網(wǎng)有限責(zé)任公司遵義供電局安全監(jiān)管部，貴州遵義563000）

隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，對(duì)電力的需求也在迅速增加[1]。然而，發(fā)生電網(wǎng)事故的風(fēng)險(xiǎn)也隨之增加[2]。如2009年11月10日[3]，巴西大面積電網(wǎng)停電，約5 000萬人受到停電的影響，損失負(fù)荷達(dá)24.43G瓦特。保證電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行，防止出現(xiàn)大面積停電事故，是電網(wǎng)公司和電網(wǎng)從業(yè)者面臨的一項(xiàng)迫切而又重大的任務(wù)[4-9]。

文中從構(gòu)建有效的電網(wǎng)應(yīng)急管理評(píng)估體系的角度出發(fā)，綜合了國(guó)內(nèi)和國(guó)際的應(yīng)急管理領(lǐng)域的先進(jìn)技術(shù)、方法、理論及實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，參考了其他領(lǐng)域成熟的應(yīng)急管理思想，提出了一種基于層次分析法的電網(wǎng)應(yīng)急演練管理系統(tǒng)。

1 基于層次分析法的電網(wǎng)應(yīng)急演練評(píng)估體系

層次分析法是一種系統(tǒng)分析方法，其具有易于理解、應(yīng)用簡(jiǎn)單和實(shí)用性高的特點(diǎn)，與人對(duì)一個(gè)復(fù)雜決策系統(tǒng)的判斷和思維過程大體一致，主要包括以下4個(gè)步驟[15-16]：

1）根據(jù)系統(tǒng)內(nèi)各影響因子的關(guān)系建立系統(tǒng)的遞階層次結(jié)構(gòu)；

2）兩兩比較同一層次各影響因子與上一層次各影響因子的重要性，構(gòu)造重要性判斷矩陣W=(wij)n×m，該矩陣具有以下3點(diǎn)性質(zhì)：

①wij=1;

②wij=1/wji(i,j=1,2,…,n);

③wij=wik/wjk(i,j,k=1,2,…,n)。

3）根據(jù)判斷矩陣W計(jì)算對(duì)于該影響因子的相對(duì)權(quán)重，并對(duì)W進(jìn)行一致性檢驗(yàn)。文中使用和積法計(jì)算W的特征值與特征向量，并由特征向量計(jì)算每一層各影響因子的權(quán)重值；

4）計(jì)算并排序各層對(duì)于整個(gè)系統(tǒng)的總權(quán)重，得到各演練方案的評(píng)估結(jié)果和最終排序。

文中綜合考慮定量評(píng)估和定性評(píng)估的特點(diǎn)，通過搜集電網(wǎng)應(yīng)急演練評(píng)估分析指標(biāo)和電網(wǎng)系統(tǒng)資料，分析應(yīng)急演練研究理論基礎(chǔ)。并運(yùn)用應(yīng)急演練指標(biāo)體系結(jié)構(gòu)，使用層次分析法，建立電網(wǎng)應(yīng)急演練評(píng)估體系，計(jì)算各評(píng)價(jià)指標(biāo)的權(quán)重。同時(shí)，根據(jù)專家的打分給出定量分析的結(jié)果。本文使用層次分析法構(gòu)建的電網(wǎng)應(yīng)急演練評(píng)估指標(biāo)體系，如表1所示。

通過咨詢電網(wǎng)公司10名專家的意見，設(shè)定判斷矩陣W的值，并使用和積法計(jì)算W的特征值與特征向量，并由特征向量計(jì)算每一層各影響因子的權(quán)重值。本文，構(gòu)建的針對(duì)評(píng)價(jià)準(zhǔn)則層的判斷矩陣為

計(jì)算得到最大特征值為4.231，特征向量為（0.294，0.162，0.497，0.047）T，可得B1、B2、B3、B4的權(quán)重分別為0.294/0.162/0.497和0.047。同理可得到第3層各評(píng)估指標(biāo)的權(quán)重。

表1 電網(wǎng)應(yīng)急演評(píng)估層次結(jié)構(gòu)

最后，使用模糊集方法綜合給出目標(biāo)層的總體評(píng)價(jià)。根據(jù)專家打分確定各評(píng)價(jià)指標(biāo)的隸屬度，并將目標(biāo)分為優(yōu)秀、達(dá)標(biāo)和不達(dá)標(biāo)3類。

2 電網(wǎng)應(yīng)急演練管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

文中綜合考慮了電網(wǎng)應(yīng)急演練的功能需求，設(shè)計(jì)了如圖1所示的電網(wǎng)應(yīng)急管理系統(tǒng)。該系統(tǒng)劃分為應(yīng)用層、服務(wù)層、數(shù)據(jù)庫層和接口層4層。

圖1 電網(wǎng)應(yīng)急管理系統(tǒng)

其中，接口層包括內(nèi)部系統(tǒng)接口和外部系統(tǒng)接口。內(nèi)部接口實(shí)現(xiàn)6個(gè)功能模塊間的數(shù)據(jù)共享與數(shù)據(jù)交換。外部系統(tǒng)接口保證本管理系統(tǒng)與外部系統(tǒng)的互聯(lián)互通和及時(shí)通信，且負(fù)責(zé)實(shí)現(xiàn)與國(guó)網(wǎng)應(yīng)急指揮中心及災(zāi)難體驗(yàn)室等的網(wǎng)絡(luò)和數(shù)據(jù)的通信連接。

數(shù)據(jù)庫層負(fù)責(zé)集中存儲(chǔ)電網(wǎng)應(yīng)急管理系統(tǒng)的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)，主要由各種資源庫和模型庫構(gòu)成，該模塊也負(fù)責(zé)存儲(chǔ)部分演練腳本以及資源文檔。

服務(wù)層供電網(wǎng)應(yīng)急管理系統(tǒng)調(diào)用，為其提供基礎(chǔ)功能服務(wù)，提供二維圖形和三維圖形的顯示與設(shè)計(jì)服務(wù)。該模塊也能實(shí)現(xiàn)及時(shí)通訊和文檔生成，進(jìn)行過程與應(yīng)用控制。

應(yīng)用層包括6個(gè)功能模塊，實(shí)現(xiàn)對(duì)演練資源、演練導(dǎo)演、小組和演練腳本、演練操作及演練評(píng)估的管理。下面分別具體描述各管理模塊的功能與設(shè)計(jì)細(xì)節(jié)。

2.1 演練資源管理模塊

演練資源管理模塊主要負(fù)責(zé)演練相關(guān)的事件模型管理、場(chǎng)景模型管理、評(píng)估模型管理、分組模型管理、總結(jié)評(píng)估模型管理以及其他演練資源管理。其子功能模塊，如圖2所示。

圖2 演練資源管理模塊子功能圖

2.2 演練導(dǎo)演管理模塊

演練導(dǎo)演管理負(fù)責(zé)演練進(jìn)程控制、演練過程記錄、演練信息網(wǎng)關(guān)等功能。其子功能模塊，如圖3所示。

其中，演練進(jìn)程控制負(fù)責(zé)打開演練交班本，并依據(jù)腳本控制演練進(jìn)程，主要包括開始、暫停、終止和結(jié)束4個(gè)環(huán)節(jié)。并可根據(jù)分組控制模塊，遠(yuǎn)程控制相應(yīng)工作站上的運(yùn)行進(jìn)程，從而可有效防止作弊行為。

演練過程記錄是為了方便回放和輔助進(jìn)行演練總結(jié)，負(fù)責(zé)記錄系統(tǒng)設(shè)置確定的演練過程中需要記錄的信息。

演練網(wǎng)關(guān)模塊包括導(dǎo)演信息設(shè)置和演練信息監(jiān)測(cè)，其主要負(fù)責(zé)監(jiān)測(cè)與匯總參演工作站的信息，通過檢測(cè)演練信息實(shí)現(xiàn)對(duì)各工作站的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行診斷，以便及時(shí)修復(fù)故障。

2.3 演練操作管理模塊

使用演練操作模塊參演人員可以根據(jù)控制消息作出相應(yīng)的指揮處置，該模塊提供了演練操作響應(yīng)和即時(shí)通訊的功能。其中，即時(shí)通訊可提供小組商議和一對(duì)一對(duì)話模式，方便各參演人員之間的通訊；演練操作響應(yīng)功能方便參演人員根據(jù)組內(nèi)分配的任務(wù)和控制消息具體的響應(yīng)處置。

2.4 演練腳本管理模塊

演練腳本管理模塊負(fù)責(zé)應(yīng)急腳本管理和應(yīng)急腳本輸出的功能。其中，應(yīng)急腳本管理負(fù)責(zé)場(chǎng)景關(guān)聯(lián)控制、突發(fā)事件關(guān)聯(lián)控制、參演分組控制、消息控制、處置相應(yīng)要求和指定評(píng)價(jià)指標(biāo)。而應(yīng)急腳本輸出則將應(yīng)急腳本輸出為EXCEL表格或XML文件。

2.5 演練小組指揮管理模塊

演練操作部分包括方便查找信息的地圖漫游、歷史案例查詢和應(yīng)急資源查詢功能，方便及時(shí)響應(yīng)的預(yù)警查詢、目標(biāo)定位功能，便于及時(shí)回饋的信息報(bào)告管理功能。如圖3所示。

圖3 演練小組指揮管理模塊子功能圖

2.6 演練評(píng)估管理模塊

演練評(píng)估管理模塊使用第1部分提出的基于層次分析法的電網(wǎng)應(yīng)急演練評(píng)估體系，對(duì)整個(gè)演練以及各參演小組進(jìn)行評(píng)估。包括演練評(píng)估和演練操作兩個(gè)子功能，其子功能模塊如圖4所示。

圖4 演練評(píng)估管理模塊子功能圖

演練評(píng)估功能實(shí)現(xiàn)對(duì)應(yīng)急演練進(jìn)行評(píng)估，評(píng)估方法為層次分析法，統(tǒng)計(jì)小組的各項(xiàng)評(píng)估指標(biāo)結(jié)果，得到小組的總評(píng)估分?jǐn)?shù)。同時(shí)，演練評(píng)估功能也能實(shí)現(xiàn)待評(píng)估操作查詢、參演操作信息查詢、預(yù)期操作信息查詢和評(píng)估結(jié)果輸出的功能。

3 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)與仿真

本部分主要介紹電網(wǎng)應(yīng)急管理系統(tǒng)的軟硬件實(shí)現(xiàn)和仿真結(jié)果分析。本文主要使用的軟件包括可視化軟件、應(yīng)急演練軟件、關(guān)系型數(shù)據(jù)庫以及操作系統(tǒng)。硬件系統(tǒng)包括圖形工作站、推演服務(wù)器和UPS電源。仿真系統(tǒng)具體配置為i5-52000U、2.2 GHz、4 GB內(nèi)存、1000 Mbps以太網(wǎng)卡、Oracle10 g數(shù)據(jù)庫和Windows 2008 Server。

本系統(tǒng)使用GIS定位實(shí)現(xiàn)演練資源管理，顯示當(dāng)前參演人員和車輛的具體位置，便于管理線路檔案與線路走向、輸變電設(shè)備及其運(yùn)行狀況。同時(shí)，也可以方便定位報(bào)警信息。

如圖5所示為演練腳本管理界面，其使用時(shí)間序列標(biāo)記控制消息和突發(fā)事件，以及對(duì)應(yīng)的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)和正確處置響應(yīng)。

如圖6所示為演練評(píng)估管理界面，其包括方便查找信息的地圖漫游、歷史案例查詢和應(yīng)急資源查詢功能，方便及時(shí)響應(yīng)的預(yù)警查詢、目標(biāo)定位功能，便于及時(shí)回饋的信息報(bào)告管理功能。評(píng)估既可以是針對(duì)小組進(jìn)行的，也可以針對(duì)整個(gè)演練過程進(jìn)行評(píng)估。

同時(shí)，本文也仿真測(cè)試了整個(gè)系統(tǒng)的連接速度，連接速度是指發(fā)起請(qǐng)求的時(shí)間、初始化連接的時(shí)間、數(shù)據(jù)包發(fā)送時(shí)間、網(wǎng)絡(luò)傳輸時(shí)間和接收時(shí)間的總和。如表2所示為對(duì)本系統(tǒng)進(jìn)行連接測(cè)試得到的數(shù)據(jù)。由表2的結(jié)果可看出，本系統(tǒng)符合功能和性能要求，能滿足應(yīng)急演練的響應(yīng)要求。

表2 系統(tǒng)連接測(cè)試數(shù)據(jù)

圖5 演練腳本管理界面

圖6 演練評(píng)估管理界面

4 結(jié)束語

文中從構(gòu)建有效的電網(wǎng)應(yīng)急管理評(píng)估體系的角度出發(fā)，綜合了國(guó)內(nèi)和國(guó)際應(yīng)急管理領(lǐng)域的先進(jìn)技術(shù)、方法、理論以及實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，并參考了其他領(lǐng)域成熟的應(yīng)急管理思想，提出了一種基于層次分析法的電網(wǎng)應(yīng)急演練管理系統(tǒng)?；趯哟畏治龇ǖ碾娋W(wǎng)應(yīng)急演練管理系統(tǒng)為培訓(xùn)管理和應(yīng)急演練工作的規(guī)范化和系統(tǒng)化提供了技術(shù)支持，為提升電網(wǎng)公司的應(yīng)急準(zhǔn)備能力提供了實(shí)踐方法和理論支持。

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