基于可拓學的電力ICT網(wǎng)多目標分層診斷模型

李莉，羅田田，張亞娜，吳潤澤

（1.國網(wǎng)冀北電力有限公司經(jīng)濟技術研究院，北京100160；2.華北電力大學電氣與電子工程學院，北京102206；3.國網(wǎng)冀北電力有限公司廊坊供電公司，河北 廊坊 065000）

基于可拓學的電力ICT網(wǎng)多目標分層診斷模型

李莉1，羅田田2，張亞娜3，吳潤澤2

（1.國網(wǎng)冀北電力有限公司經(jīng)濟技術研究院，北京100160；2.華北電力大學電氣與電子工程學院，北京102206；3.國網(wǎng)冀北電力有限公司廊坊供電公司，河北 廊坊 065000）

電力ICT網(wǎng)是電力系統(tǒng)的重要組成部分，其在電網(wǎng)安全、穩(wěn)定、經(jīng)濟運行中起著至關重要的作用。綜合考慮電力ICT網(wǎng)的典型特征，建立了一套電力ICT網(wǎng)發(fā)展水平診斷指標體系，并提出一種基于可拓學的電力ICT網(wǎng)多目標分層診斷模型。該模型不僅能分別診斷影響電力ICT網(wǎng)整體發(fā)展的子因素，還能對電力ICT網(wǎng)整體發(fā)展水平進行診斷，為電力ICT網(wǎng)今后發(fā)展建設方向提供一定的參考。

電力ICT網(wǎng)；發(fā)展水平；診斷指標體系；可拓學

[1]從技術和運營兩個層面上分析影響電網(wǎng)發(fā)展水平的重要因素，深入研究并構建了地區(qū)電網(wǎng)發(fā)展水平診斷體系。參考文獻 [2]根據(jù)分布式電源（distributed electric resource，DER）并網(wǎng)監(jiān)控通信需求提出一種模糊一致的層次分析評價方法，并選擇多種通信方式進行適應性評價。層次分析法[3]的作用是從備選方案中選擇較優(yōu)者，其只能對多個方案進行比較，而不能對單個方案進行評價。參考文獻[4]構建了基于多級可拓評價法的變電站建設項目功能效果后評價模型，對項目功能效果進行評價，可以根據(jù)各個指標和權重的復合運算對目標進行評價，但是不能從整體角度反映所有指標的綜合優(yōu)劣程度。參考文獻[5]構建了光伏發(fā)電項目評價指標體系，并采用基于灰色關聯(lián)度的TOPSIS的模型對項目進行風險評價。其可以從整體角度反映所有指標與最優(yōu)最劣解的距離，從而對多個方案進行比較，但是不能對整體結果進行診斷評價。

本文提出了一種基于可拓學的電力ICT網(wǎng)多目標分層診斷模型。該模型使用區(qū)間AHP法得到區(qū)間權重，并利用可拓區(qū)間運算將區(qū)間權重轉化為單值權重，以此弱化權重的主觀性。并且，本文將可拓學優(yōu)度評價方法運用于電力ICT網(wǎng)發(fā)展水平診斷評估，不僅能很好地從整體角度對電力ICT網(wǎng)發(fā)展水平進行診斷，還能對影響電力ICT網(wǎng)發(fā)展水平的各個關鍵因素進行評價。最后本文進行了實證分析，驗證了本方法的可行性和合理性。

2 電力ICT網(wǎng)診斷指標模型

2.1 電力ICT網(wǎng)診斷需求

電力ICT網(wǎng)由骨干通信網(wǎng)和終端通信接入網(wǎng)組成，可以劃分為四級，具體構造如圖1所示。一級骨干網(wǎng)以公司總部為核心，連接各區(qū)域公司、覆蓋國調(diào)直調(diào)變電站及電廠的通信網(wǎng)絡；省級骨干網(wǎng)以省公司為核心，連接各地市公司，覆蓋省調(diào)直調(diào)變電站及電廠的通信網(wǎng)絡；城市骨干網(wǎng)以地市公司為中心，連接所屬各縣局，覆蓋地調(diào)直調(diào)變電站和電廠的通信網(wǎng)絡；終端通信接入網(wǎng)是電力系統(tǒng)骨干通信網(wǎng)絡的延伸，包括10 kV通信接入網(wǎng)和0.4 kV通信接入網(wǎng)。

圖1 電力ICT網(wǎng)層級劃分

作為電網(wǎng)的支撐網(wǎng)，電力ICT網(wǎng)承擔著保證電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行的重要功能。在經(jīng)歷了“十一五”“十二五”較大力度的建設和改造后，我國的電力ICT網(wǎng)已具有一定規(guī)模，對電網(wǎng)的支撐能力也有明顯提高。但是從整體上來看，電力ICT網(wǎng)的發(fā)展仍然面臨著自身發(fā)展與電網(wǎng)發(fā)展不匹配、設備水平偏低、網(wǎng)絡薄弱等問題。如此規(guī)模龐大的網(wǎng)絡已不適合依靠經(jīng)驗值進行建設，因此有必要找出合理統(tǒng)一的電力ICT網(wǎng)發(fā)展水平診斷體系，可對任一級電力ICT網(wǎng)進行診斷分析，從而針對診斷結果明確今后的建設方向。

2.2 診斷指標模型

本文通過對電力ICT網(wǎng)的特性進行研究，依照綜合性、科學性和靈活實用性的原則選取指標，建立了電力ICT網(wǎng)的診斷指標體系，包括電網(wǎng)綜合發(fā)展水平、ICT網(wǎng)經(jīng)濟水平、ICT網(wǎng)技術水平三大類。

2.2.1 電網(wǎng)綜合發(fā)展水平

考慮到電力ICT網(wǎng)的發(fā)展水平都是建立在電網(wǎng)發(fā)展水平的基礎上，為了考慮不同區(qū)域電力ICT網(wǎng)發(fā)展的可比性，將電網(wǎng)綜合發(fā)展水平指標作為一類一級指標。其中，又可分為電網(wǎng)建設規(guī)模和電網(wǎng)運行狀態(tài)兩類二級指標。電網(wǎng)發(fā)展速度主要考慮用電量、售電量、站點規(guī)模、線路長度、電源點裝機容量和電源點數(shù)量，電網(wǎng)增長水平指標主要包括各類指標的增長率，從發(fā)展趨勢的角度將電力ICT網(wǎng)和電網(wǎng)的發(fā)展進行對比。二級指標類別下的具體三級指標可以根據(jù)待診斷地區(qū)實際情況進行自由選取。

2.2.2 電力ICT網(wǎng)經(jīng)濟水平

電力ICT網(wǎng)的經(jīng)濟水平在一定程度上反映了電力ICT網(wǎng)的發(fā)展水平，所以將其作為一類一級指標?；诰唧w的經(jīng)濟性分析考慮該地區(qū)的電力ICT網(wǎng)投資規(guī)模和電力ICT網(wǎng)的運維成本，將其列為兩類二級指標。包含具體三級指標，可以根據(jù)待診斷地區(qū)實際情況進行自由選取。

2.2.3 電力ICT網(wǎng)技術水平

電力ICT網(wǎng)技術水平主要是從技術角度對電力ICT網(wǎng)的狀態(tài)進行分析，包括裝備水平、網(wǎng)絡水平、業(yè)務水平、運行水平4個二級指標。裝備水平即電力ICT網(wǎng)各類設備的相關指標，如年限、數(shù)量、利用率等。網(wǎng)絡水平即針對網(wǎng)絡中節(jié)點的特性分析、拓撲分析和流量分析。業(yè)務水平主要針對業(yè)務的數(shù)量、可靠性和配置進行分析。運行水平主要針對設備老化年限的分析和工程對網(wǎng)絡運行的影響分析。具體的三級指標可根據(jù)不同實際情況自由選取。

通過對電力ICT網(wǎng)的特性進行研究，本文建立了一套電力ICT網(wǎng)診斷指標體系，具體指標見表1。

表1 電力ICT網(wǎng)發(fā)展水平診斷指標體系

由于電力ICT網(wǎng)的發(fā)展水平與電網(wǎng)發(fā)展水平密不可分。當電網(wǎng)發(fā)展水平較高時，電力ICT網(wǎng)發(fā)展水平隨之增高。因此在對電力ICT網(wǎng)發(fā)展水平進行診斷時，必須將電網(wǎng)發(fā)展水平作為基礎。本文用式（1）對電力ICT網(wǎng)綜合發(fā)展水平進行診斷計算。

其中，j*表示電力ICT網(wǎng)發(fā)展水平最終診斷結果；λ1+ λ2=1，具體數(shù)值可由下文指標權重方法得到。

3 基于可拓學的電力ICT網(wǎng)多目標分層診斷模型

可拓評價是可拓學的重要應用之一，其主要通過貼近度函數(shù)對評價對象進行定性與定量相結合的分析,進而確定待評價對象所屬等級。傳統(tǒng)可拓評價僅局限于單因素評價方面，當評價對象包含的指標類別和個數(shù)較多時，就需對單因素可拓評價理論進行拓展以方便多因素評價問題的求解。

多級可拓評價是在單因素可拓評價的基礎上引入指標權重的概念，通過單因素貼近度與其權重的復合運算得到其上層因素的貼近，再通過上層因素的貼近度與其對應權重的復合運算得到其更上層因素的貼近度，最后根據(jù)最小貼近度原則確定待評價對象的多級可拓評價結果。

3.1 指標權重的確定

考慮到人為判斷的模糊性，本文引進區(qū)間層次分析法得到可拓區(qū)間權重；考慮到診斷評級結果應具有單值性，為此利用可拓學的簡單關聯(lián)函數(shù)將區(qū)間權重轉化為單值權重。確定權重步驟如下。

（1）根據(jù)表2所示的1～9標度法，對m個一級指標進行兩兩重要度比較。為了消除不確定的主觀判斷，比較結果用區(qū)間數(shù)表示。

表2 1～9標度規(guī)則

（2）根據(jù)區(qū)間數(shù)特征根法（interval number eigenvalue method，IEM），計算A+、A-對應的最大特征根、以及具有正分量的歸一化特征向量w+、w-。然后運用式（2）、式（3）計算判斷矩陣A的正分量系數(shù)z和負分量系數(shù)k。

（3）根據(jù)參考文獻[6]計算矩陣A+、A-對應的一致性檢驗指標值CR+、CR-，當1/2(CR+-CR-)的值小于0.1時，則通過一致性檢驗。于是得到區(qū)間權重向量W=[kw-,zw+]=(W1, W2,…,Wm)。

（4）利用可拓區(qū)間數(shù)簡單關聯(lián)函數(shù)，可以得到區(qū)間權重Wi≥Wj的可能程度。

取Pj=1，Pi=V(Wi≥Wj)，i=1,2,…,m。進行歸一化處理，得到一級指標的單值權重p=(p1,p2,…,pn)。

（5）重復以上步驟，可得到二級、三級指標的權重分別為q=(q1,q2,…)，w=(w1,w2,…)。

3.2 指標權重的確定

3.2.1 確定帶評價物元

假設待評價對象包含m個指標，分別為C1,C2,…,Cm。其物元模型如式（6）所示。

其中，M代表物元模型，即電力ICT網(wǎng)發(fā)展水平模型；U表示待評價對象所屬的評價等級；vk(k=1,2,…,m)代表各個指標的實際數(shù)值。

3.2.2 確定經(jīng)典域

將待評價物元的評價結果劃分為n個等級。其經(jīng)典域模型可用式（7）表示，表示電力ICT網(wǎng)診斷所包含指標的取值范圍。

其中，Mj代表第j等級的物元模型；Uj表示第j個等級下待評價對象的評價效果；〈ajk,bjk〉(j=1,2,…,n;k=1,2,…, m)表示第j等級下第k個指標Ck的取值范圍。

3.2.3 確定每一等級的最優(yōu)解集和最劣解集

將每一等級下正指標的最大值和負指標的最小值的集合作為代表該等級的最優(yōu)解集V+，將每一個等級的正指標的最小值和負指標的最大值的集合作為該等級的最劣解集V-。

3.2.4 計算貼近度

（1）實際解與正負理想解的距離

（2）貼近度

本文將貼近度作為反映指標集與理想解接近程度的考量值，定義如式（12）。貼近度越小，表明電力ICT網(wǎng)待評價的指標集整體越貼近正理想解，即電力ICT網(wǎng)的待評價指標整體越優(yōu)秀。

令：

取貼近度最小的等級j0作為指標集v的最終評價等級。

3.2.5 多級可拓

利用上述方法可通過三級指標的實際值與權重得到各二級指標的關于等級j的貼近度，再與各二級指標的權重加權求和，可得到各一級指標關于等級j的貼近度，取貼近度最小的等級作為一級指標的最終評價等級。

計算式為：

其中，ρn表示二級指標關于等級n的貼近度，ρmn表示三級指標vm關于等級n的貼近度，λm表示三級指標vm的權重，k表示該二級指標所包含的三級指標個數(shù)。

4 算例分析

本文以某典型地區(qū)電力ICT網(wǎng)為例，驗證本文建立算法的可行性和合理性。該地區(qū)地理形狀狹長，負荷增長較快，運行狀態(tài)良好。根據(jù)其系統(tǒng)內(nèi)部原始統(tǒng)計數(shù)據(jù)，得到該地區(qū)電力ICT網(wǎng)發(fā)展水平診斷指標的實際數(shù)據(jù)，見表3。

表3 電力ICT網(wǎng)發(fā)展水平診斷指標經(jīng)典域及權重

表4 各二級指標的貼近度及隸屬等級

根據(jù)該地區(qū)的診斷需求，本文將電力ICT網(wǎng)發(fā)展水平診斷等級分為優(yōu)、良、中、差4個等級，分別對應j=1,2,3,4。

利用第2.1節(jié)中的指標權重確定方法以及專家打分，可得到三級指標的權重，見表3，二級指標的權重見表4，一級指標的權重見表5。

表5 各一級指標的貼近度及隸屬等級

根據(jù)表3中三級指標的指標值與其經(jīng)典域，由式（10）～式（12）可計算出各二級指標關于各等級的貼近度，見表4。根據(jù)式（13）最小貼近度原則，則可得到各二級指標隸屬等級。

根據(jù)表4各二級指標等級結果可知，該地區(qū)電力ICT網(wǎng)的運維成本、業(yè)務水平、運行水平的等級均為j=2，診斷結果為“良好”，即表明該地區(qū)電力ICT網(wǎng)的運維成本、業(yè)務水平、運行水平尚可；而裝備水平和網(wǎng)絡水平的等級均為j=4，診斷結果為“差”，表明該地區(qū)電力ICT網(wǎng)的裝備急需更新維護，網(wǎng)絡拓撲急需優(yōu)化改建；電力ICT網(wǎng)投資規(guī)模等級j=3，診斷結果為“中”，表明該地區(qū)電力信網(wǎng)的投資規(guī)模有待增大。

同理，根據(jù)表4結果及式（14）可計算出各一級指標關于各等級的貼近度，根據(jù)式（13）最小貼近度原則可得到各一級指標隸屬等級，結果見表5。

由表5結果可知，該地區(qū)電網(wǎng)綜合發(fā)展水平指標和該地區(qū)電力ICT網(wǎng)技術性指標的等級j=4，診斷結果為“差”，表明該地區(qū)電網(wǎng)綜合發(fā)展水平和電力ICT網(wǎng)技術水平較落后；該地區(qū)電力ICT網(wǎng)經(jīng)濟性指標的等級j=3，診斷結果為“中”，表明該地區(qū)電力ICT網(wǎng)的投資力度及運維成本尚可。

由表5結果及式（1）可計算出該地區(qū)電力ICT網(wǎng)發(fā)展水平最終診斷結果j*=0.919 3，診斷結果為“優(yōu)”。由此表明，該地區(qū)電力ICT網(wǎng)發(fā)展水平與當?shù)仉娋W(wǎng)發(fā)展水平相匹配，該地區(qū)電力ICT網(wǎng)能有效支撐電網(wǎng)，保證電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運行。

從以上診斷分析可知，若要進一步提高該地區(qū)電力ICT網(wǎng)的發(fā)展水平，應增大電力ICT網(wǎng)投資力度，首先從網(wǎng)絡的裝備水平、網(wǎng)絡拓撲入手。

5 結束語

本文構建了較為合理的電力ICT網(wǎng)發(fā)展水平診斷指標，運用區(qū)間層次法以及可拓關聯(lián)函數(shù)確定指標權重，并提出了一種基于可拓學的電力ICT網(wǎng)多目標分層診斷模型。該模型有效集合主觀性和客觀性，不僅可對電力ICT網(wǎng)整體發(fā)展水平進行診斷分析，還可對影響電力ICT網(wǎng)整體發(fā)展水平的各個因素的變化趨勢進行診斷分析，并給出相應的診斷建議，對未來電力ICT網(wǎng)的發(fā)展建設具有一定的參考價值。

參考文獻：

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[5]李彥斌,于心怡,王致杰.采用灰色關聯(lián)度與TOPSIS法的光伏發(fā)電項目風險評價研究[J].電網(wǎng)技術,2013(6)：1514-1519. LI Y B,YU X Y,WANG Z J.Research on the risk assessment of photovoltaic power generation project using the grey correlation degree and TOPSIS method[J].Power Grid Technology,2013(6)：1514-1519.

[6]SATTY T L.The analytic hierarchy process[M].New York：McGraw-Hill,1980.

Multi-objective layered diagnosis model of electric power ICT network based on extenics

LI Li1,LUO Tiantian2,ZHANG Yana3,WU Runze2
1.Research Institute of Economic and Technical Research of the State Grid Jibei Electric Power Co.,Ltd.,Beijing 100160,China 2.Academy of Electrical and Electronic Engineering,North China Electric Power University,Beijing 102206,China 3.Langfang Power Supply Company of State Grid Jibei Electric Power Co.,Ltd.,Langfang 065000,China

Electric power ICT network is an important part of power system,which plays a vital role in the security, stability and economic operation of power network.A diagnostic index system of electric power ICT network was established and a multi-objective layered diagnosis model of electric power ICT network system based on extension rating was proposed.This evaluation method could not only evaluate the impact factors of the electric power ICT network,but also diagnose and rate the whole electric power ICT network.

electric power ICT network,development level,diagnostic index system,extenics

TN915

A

10.11959/j.issn.1000-0801.2017008

1 引言

李莉（1979-），女，國網(wǎng)冀北電力有限公司經(jīng)濟技術研究院高級工程師，主要研究方向為通信規(guī)劃評審。

羅田田（1993-），女，華北電力大學碩士生，主要研究方向為電力通信網(wǎng)診斷評估。

張亞娜（1984-），女，國網(wǎng)冀北電力有限公司廊坊供電公司信息通信分公司助理工程師，主要研究方向為通信運維管理。

吳潤澤（1975-），女，華北電力大學副教授，主要研究方向為電力系統(tǒng)通信與信息技術。

2016-07-12；

2016-09-29

電力ICT網(wǎng)是電力系統(tǒng)的通信專網(wǎng)，它主要包括傳輸網(wǎng)、交換網(wǎng)、數(shù)據(jù)網(wǎng)和管理網(wǎng)四大類網(wǎng)絡。其承載的業(yè)務涉及語音、數(shù)據(jù)、遠動、繼電保護、電力監(jiān)控、移動通信等領域，逐漸形成了由跨區(qū)、區(qū)域、省、地市（含區(qū)縣）共四級通信網(wǎng)絡。并且，分布式電源接入電網(wǎng)給電力ICT網(wǎng)帶來了許多不確定因素。作為電力系統(tǒng)的重要組成部分，電力ICT網(wǎng)的可靠性直接影響到電網(wǎng)的安全運行。目前，國內(nèi)對電力ICT網(wǎng)的診斷研究很少，但是存在許多從單類指標對電力ICT網(wǎng)進行的評估分析。