基于層次分析法及灰色聚類決策模型的主動配電網(wǎng)經(jīng)濟(jì)活動外部性評價

陳 兢，周 哲，方 敏

（國網(wǎng)浙江海寧市供電有限公司，浙江 海寧 314400）

0 引言

近年來，酸雨、全球變暖等極端天氣頻發(fā)，對社會、經(jīng)濟(jì)、環(huán)境等方面造成了極大影響。因此需采取技術(shù)手段減輕污染排放并推行低碳經(jīng)濟(jì)以有效緩解上述危機(jī)。相較于傳統(tǒng)電力系統(tǒng)，主動配電網(wǎng)的優(yōu)勢在于能夠就地消納各類可再生能源的發(fā)電，減少不可再生能源（例如煤炭）的使用量，從而減輕污染排放；同時主動配電網(wǎng)分布式能源系統(tǒng)具有施工周期短、運(yùn)行簡單、抵抗風(fēng)險能力強(qiáng)、建設(shè)成本較低等優(yōu)點(diǎn)[1-3]。近年來主動配電網(wǎng)發(fā)展勢頭正勁，諸如蘇州、貴陽等地都建成了主動配電網(wǎng)示范性工程。主動配電網(wǎng)項(xiàng)目的可持續(xù)發(fā)展受其經(jīng)濟(jì)性影響，為更好提升主動配電網(wǎng)項(xiàng)目的可持續(xù)發(fā)展能力，針對主動配電網(wǎng)項(xiàng)目的經(jīng)濟(jì)性進(jìn)行研究評價是很重要的。

當(dāng)前，相關(guān)研究主要側(cè)重于從電價等方面對主動配電網(wǎng)項(xiàng)目的經(jīng)濟(jì)性進(jìn)行評價。文獻(xiàn)[4-5]從電網(wǎng)運(yùn)營角度出發(fā)對主動配電網(wǎng)項(xiàng)目進(jìn)行評估；文獻(xiàn)[6]介紹了主動配電網(wǎng)項(xiàng)目的經(jīng)濟(jì)特性及發(fā)展現(xiàn)狀；文獻(xiàn)[7]分析了主動配電網(wǎng)項(xiàng)目基于博弈論的源-網(wǎng)-荷多層博弈經(jīng)濟(jì)調(diào)度方法下運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性。文獻(xiàn)[8-10]分析了主動配電網(wǎng)項(xiàng)目中儲能站的經(jīng)濟(jì)性?？梢钥闯觯?dāng)前針對主動配電網(wǎng)項(xiàng)目進(jìn)行經(jīng)濟(jì)性評價的研究較少且僅考慮到主動配電網(wǎng)內(nèi)部經(jīng)濟(jì)性的影響因子，并沒有針對外部經(jīng)濟(jì)性影響因子（例如環(huán)境因子、社會因子、市場因子等）進(jìn)行經(jīng)濟(jì)特性分析。因?yàn)橹鲃优潆娋W(wǎng)中涉及可再生能源發(fā)電，其環(huán)境價值可觀，所以對主動配電網(wǎng)項(xiàng)目進(jìn)行經(jīng)濟(jì)活動外部性評價是有必要的。

為針對主動配電網(wǎng)項(xiàng)目進(jìn)行有效的經(jīng)濟(jì)活動外部性評價，首先建立了主動配電網(wǎng)經(jīng)濟(jì)活動外部性的評價因子系統(tǒng)；之后，鑒于主動配電網(wǎng)項(xiàng)目經(jīng)濟(jì)活動外部性各影響因子之間存在相互影響、依賴的關(guān)系，利用層次分析法得到各影響因子的權(quán)重?cái)?shù)據(jù)；考慮到灰色聚類決策模型可將各級影響因子聚類[11]，因此建立能夠?qū)χ鲃优潆娋W(wǎng)經(jīng)濟(jì)活動外部性進(jìn)行評價的基于層次分析法及灰色聚類決策模型；最后，將該模型應(yīng)用到某主動配電網(wǎng)項(xiàng)目以進(jìn)行案例分析。

1 主動配電網(wǎng)項(xiàng)目經(jīng)濟(jì)活動外部性評價系統(tǒng)

經(jīng)濟(jì)活動外部性是指經(jīng)濟(jì)主體的經(jīng)濟(jì)活動對他人和社會等造成的非市場化的影響[12-15]。本評價系統(tǒng)采用專家咨詢法。層次分析法中最重要的一步就是建立一個評價結(jié)構(gòu)圖。根據(jù)主動配電網(wǎng)項(xiàng)目特點(diǎn)可以得到項(xiàng)目經(jīng)濟(jì)活動外部性評價結(jié)構(gòu)如圖1 所示： 2 個一級影響因子分別為正外部性Y1，負(fù)外部性Y2；5 個二級影響因子分別為環(huán)境效益Y11，經(jīng)濟(jì)效益Y12，社會效益Y13，環(huán)境影響Y21，市場影響Y22；三級影響因子有19 個。

2 基于層次分析法的灰色聚類決策模型

建立基于層次分析法的灰色聚類決策模型的步驟包括： 利用層次分析法求得各級影響因子的權(quán)重；將權(quán)重?cái)?shù)據(jù)帶入灰色聚類決策模型并導(dǎo)出數(shù)據(jù)；根據(jù)導(dǎo)出數(shù)據(jù)分析主動配電網(wǎng)項(xiàng)目經(jīng)濟(jì)活動外部特性。

2.1 影響因子的權(quán)重Wi

利用層次分析法求取權(quán)重的步驟如下：

（2）若初次得到的判別矩陣A 通過一致性檢驗(yàn)，則進(jìn)行下一步；若未通過一致性檢驗(yàn)，則再次分析并更換數(shù)據(jù)后重復(fù)第一、二步。反復(fù)進(jìn)行上述步驟直到所有判別矩陣A 都滿足要求。

（3）對檢驗(yàn)合格的判別矩陣A 進(jìn)行歸一化處理，處理后即得到各級影響因子的權(quán)重。

一致性檢驗(yàn)的方法如下： 求出判別矩陣A 的最大特征值tmax；將數(shù)據(jù)代入式（1）；將數(shù)據(jù)代入式（2），若Cr小于0.1 則通過檢驗(yàn)。

圖1 項(xiàng)目經(jīng)濟(jì)活動外部性評價結(jié)構(gòu)

式中： Ci為一致性指標(biāo)；Cr為矩陣A 的不一致性程度（Cr＜0.1，一致性程序符合要求）；Ri為隨機(jī)一致性指標(biāo)。

2.2 灰類劃分及隸屬度函數(shù)

本模型將主動配電網(wǎng)項(xiàng)目經(jīng)濟(jì)活動外部性影響因子分為“完美”“優(yōu)秀”“良好”“中等”“及格”“不及格”六類，分別對應(yīng)灰類中心點(diǎn)p1=100，p2=90，p3=80，p4=70，p5=60，p6=40。隸屬度的計(jì)算公式如下：

式（3）中的y 值通過問卷調(diào)查可得，該模型的調(diào)查問卷將發(fā)放給專家、電力從業(yè)人員、用戶（商用及民用）。

將6 個灰類中心點(diǎn)數(shù)據(jù)代入式（3），進(jìn)而得到：

2.3 綜合聚類系數(shù)

式中： M 為該影響因子所轄下一級影響因子的個數(shù)；Wi為影響因子i 在綜合聚類所占的權(quán)重。通過求1≤k≤4 時的最大值，可得出所屬灰類。

3 某主動配電網(wǎng)實(shí)例

以浙北某主動配電網(wǎng)項(xiàng)目為例進(jìn)行經(jīng)濟(jì)活動外部性評價。通過分析該項(xiàng)目的情況及特點(diǎn)得出適用于本文的基于層次分析法及灰色聚類決策模型，經(jīng)前期調(diào)查走訪及發(fā)放問卷等得到模型所需的原始數(shù)據(jù)。

3.1 計(jì)算影響因子的權(quán)重Wi

首先，根據(jù)圖1 應(yīng)用層次分析法計(jì)算權(quán)重，對一定量的商業(yè)電用戶、民用電用戶、電網(wǎng)員工、專家進(jìn)行調(diào)查，得到各判別矩陣A 所需的各層兩兩影響因子對比系數(shù)如表1 所示。再根據(jù)表1 數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算，可得表2 所示影響因子權(quán)重及一致性檢驗(yàn)結(jié)果，可見所有影響因子一致性檢驗(yàn)均通過（Cr＜0.1），因此所得影響因子對應(yīng)的權(quán)重是符合要求的。然后將表2 數(shù)據(jù)進(jìn)行歸一化處理得到表3。接下來將調(diào)查數(shù)據(jù)代入式（2）—式（5），可得影響因子權(quán)重歸一化的隸屬度，計(jì)算結(jié)果見表4。最后將表3 及表4 的數(shù)據(jù)代入式（6），可得綜合聚類系數(shù)，計(jì)算結(jié)果見表5。

表1 各層兩兩影響因子對比系數(shù)

表2 影響因子權(quán)重及一致性檢驗(yàn)結(jié)果

表3 影響因子權(quán)重歸一化結(jié)果

3.2 影響因子評價分析

分析表5 中Y（某主動配電網(wǎng)項(xiàng)目經(jīng)濟(jì)外部活動性）對應(yīng)的綜合聚類系數(shù)可知為最大值，即某主動配電網(wǎng)項(xiàng)目經(jīng)濟(jì)外部活動性為“優(yōu)秀”。再對表5 中一級影響因子中的正外部性Y1進(jìn)行分析，Y1對應(yīng)的綜合聚類系數(shù)為最大值，即可得出該主動配電網(wǎng)項(xiàng)目正外部性為“優(yōu)秀”。同理可知，該主動配電網(wǎng)項(xiàng)目負(fù)外部性Y2也為“優(yōu)秀”，但是正外部性Y1對應(yīng)的綜合聚類系數(shù)值0.386 53，是負(fù)外部性Y2對應(yīng)的綜合聚類系數(shù)值0.076 73 的5 倍，故該項(xiàng)目的正外部性遠(yuǎn)強(qiáng)于負(fù)外部性。最后對三級影響因子進(jìn)行評價： 根據(jù)表5 可知，環(huán)境效益Y11的最大聚類系數(shù)為0.232 35，歸屬在“優(yōu)秀”類；經(jīng)濟(jì)效益Y12的最大聚類系數(shù)為0.128 5，歸屬在“優(yōu)秀”類；社會效益Y13的最大聚類系數(shù)為0.106 18，歸屬在“良好”類；環(huán)境影響Y21的最大聚類系數(shù)為0.049 03，歸屬在“不及格”類；市場影響Y22的最大聚類系數(shù)為0.076 73，歸屬在“優(yōu)秀”類。因此正外部性的二級影響因子都為“優(yōu)秀”類，但環(huán)境效益Y11遠(yuǎn)大于經(jīng)濟(jì)效益Y12，經(jīng)濟(jì)效益Y12略大于社會效益Y13；而負(fù)外部性的二級影響因子市場影響Y22強(qiáng)于環(huán)境影響Y21。

表4 影響因子權(quán)重歸一化的隸屬度

表5 綜合聚類系數(shù)

綜合分析表5 中5 個二級影響因子可知，環(huán)境效益Y11>經(jīng)濟(jì)效益Y12>社會效益Y13>市場影響Y22>環(huán)境影響Y21，可以得出環(huán)境效益Y11及經(jīng)濟(jì)效益Y12是主動配電網(wǎng)項(xiàng)目經(jīng)濟(jì)外部活動性中最重要的兩個影響因子。

4 結(jié)語

本文首先構(gòu)造了主動配電網(wǎng)項(xiàng)目經(jīng)濟(jì)活動外部性評價系統(tǒng)，接著建立基于層次分析法的主動配電網(wǎng)項(xiàng)目活動外部性灰色聚類決策模型，最后結(jié)合某主動配電網(wǎng)項(xiàng)目進(jìn)行評價分析，得到如下結(jié)果： 該項(xiàng)目的經(jīng)濟(jì)活動外部性很好，且其正外部性遠(yuǎn)大于負(fù)外部性；該項(xiàng)目的環(huán)境效益最強(qiáng)，環(huán)境影響最弱，故可知項(xiàng)目的環(huán)境效益使得其正外部性顯著；而該項(xiàng)目的負(fù)外部性主要是由市場影響造成的。因此該項(xiàng)目經(jīng)濟(jì)活動外部性的主要影響因子為環(huán)境效益及市場影響。

綜上所述，主動配電網(wǎng)項(xiàng)目具有較好的環(huán)境效益、經(jīng)濟(jì)效益及社會效益，但同時還存在著市場影響及環(huán)境影響這兩個不可忽視的負(fù)面因素，市場影響尤其重要。因此如何在開發(fā)主動配電網(wǎng)項(xiàng)目中減小負(fù)外部性，同時進(jìn)一步提升正向經(jīng)濟(jì)活動外部性，以便將項(xiàng)目的經(jīng)濟(jì)活動外部性最大化，將是日后主動配電網(wǎng)項(xiàng)目的一個研究熱點(diǎn)。