基于IPCA-IFAHP的農(nóng)村電網(wǎng)改造后項(xiàng)目評(píng)價(jià)研究

張俊成，陳 楚，黎 敏，莫昌明

(1.廣西電網(wǎng)有限責(zé)任公司，廣西 南寧 530023;2.天津天大求實(shí)電力新技術(shù)股份有限公司，天津 300384)

隨著新農(nóng)村建設(shè)力度的加大，為提高農(nóng)村電網(wǎng)的安全可靠運(yùn)行，保障農(nóng)村供電經(jīng)濟(jì)性，我國(guó)對(duì)農(nóng)村電網(wǎng)的改造投資越來(lái)越多，但是還沒(méi)有一套標(biāo)準(zhǔn)的項(xiàng)目運(yùn)行效果評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，而精準(zhǔn)的項(xiàng)目的后評(píng)價(jià)，對(duì)于提高項(xiàng)目投資效益具有重要意義[1-3]。對(duì)農(nóng)網(wǎng)改造后項(xiàng)目進(jìn)行評(píng)價(jià)有助于推動(dòng)農(nóng)網(wǎng)改造的順利進(jìn)行[4-5]。

目前有很多有關(guān)電網(wǎng)項(xiàng)目后評(píng)價(jià)的研究，文獻(xiàn)[6]建立了電網(wǎng)項(xiàng)目后評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，并提出了采用ANP方法求取指標(biāo)權(quán)重，然后采用模糊評(píng)價(jià)方法給出合理建議。文獻(xiàn)[7]提出了一種改進(jìn)的邏輯框架方法，用于對(duì)電網(wǎng)項(xiàng)目的后評(píng)價(jià)，該方法能夠準(zhǔn)確地體現(xiàn)出指標(biāo)的實(shí)施情況，仿真實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了所提的方法具有較好的實(shí)現(xiàn)效果。文獻(xiàn)[8]設(shè)計(jì)了輸變電項(xiàng)目指標(biāo)體系，并采用成功度模糊綜合評(píng)價(jià)方法進(jìn)行項(xiàng)目后評(píng)價(jià)，所提方法成功實(shí)現(xiàn)了預(yù)期目標(biāo)。文獻(xiàn)[9]建立了電網(wǎng)建設(shè)的評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，采用ANP方法對(duì)指標(biāo)進(jìn)行權(quán)重分析，并用云決策手段獲得最終評(píng)分結(jié)果。文獻(xiàn)[10]建立了500 kV變電站的項(xiàng)目改造評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，并且給出評(píng)價(jià)過(guò)程，得到最終的指導(dǎo)性建議意見(jiàn)。

雖然上述對(duì)電網(wǎng)的建設(shè)過(guò)程有了項(xiàng)目后評(píng)價(jià)研究，但是有關(guān)農(nóng)村電網(wǎng)的項(xiàng)目后評(píng)價(jià)還沒(méi)有形成一套標(biāo)準(zhǔn)的指標(biāo)體系，而且還沒(méi)有標(biāo)準(zhǔn)的項(xiàng)目評(píng)價(jià)規(guī)則，以指導(dǎo)農(nóng)村電網(wǎng)項(xiàng)目建設(shè)的順利進(jìn)行，所以，本文提出了采用改進(jìn)的主成分分析方法提取農(nóng)村電網(wǎng)項(xiàng)目后評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，而且采用改進(jìn)的層次分析方法計(jì)算指標(biāo)體系的權(quán)重，然后采用模糊綜合評(píng)價(jià)方法對(duì)農(nóng)網(wǎng)項(xiàng)目進(jìn)行評(píng)價(jià)，根據(jù)評(píng)價(jià)結(jié)果給出指導(dǎo)性建設(shè)意見(jiàn)，以提高農(nóng)網(wǎng)建設(shè)的合理性。

1 基于IPCA的農(nóng)網(wǎng)改造后評(píng)價(jià)指標(biāo)體系

目前，在國(guó)內(nèi)還沒(méi)有統(tǒng)一的電網(wǎng)改造評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，一般情況下采用人工評(píng)價(jià)，這就存在著評(píng)價(jià)結(jié)果是否科學(xué)準(zhǔn)確的問(wèn)題。評(píng)價(jià)結(jié)果受到評(píng)價(jià)專家對(duì)業(yè)務(wù)的理解程度不同而不同，所以評(píng)價(jià)的科學(xué)性較為欠缺。隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)建設(shè)力度的加大，農(nóng)村電網(wǎng)的改造項(xiàng)目也成為了趨勢(shì)，但是在改造過(guò)程中仍存在諸多缺點(diǎn)。比如：①缺少成熟的評(píng)價(jià)指標(biāo)。當(dāng)前的農(nóng)網(wǎng)改造評(píng)價(jià)體系多是對(duì)一個(gè)具體問(wèn)題的分析，還沒(méi)有完備的整體改造方案的評(píng)價(jià)體系。②缺少相關(guān)的統(tǒng)計(jì)支持?，F(xiàn)在的農(nóng)網(wǎng)統(tǒng)計(jì)包括經(jīng)濟(jì)和建設(shè)成果兩個(gè)方向，還沒(méi)有統(tǒng)一的改造評(píng)價(jià)體系。

1.1 農(nóng)網(wǎng)改造后評(píng)價(jià)指標(biāo)體系確定原則

為了對(duì)農(nóng)網(wǎng)改造項(xiàng)目進(jìn)行科學(xué)合理的評(píng)價(jià)，需要建立一套科學(xué)完善的評(píng)價(jià)指標(biāo)體系。通常情況下，農(nóng)網(wǎng)改造后一到兩年進(jìn)行項(xiàng)目評(píng)價(jià)。評(píng)價(jià)的項(xiàng)目主要包括電網(wǎng)運(yùn)行情況，經(jīng)濟(jì)效益，社會(huì)效益，以及可持續(xù)性發(fā)展等。

(1)項(xiàng)目過(guò)程評(píng)價(jià)。

當(dāng)某項(xiàng)目完成時(shí)，對(duì)該項(xiàng)目的前期準(zhǔn)備，建設(shè)過(guò)程和運(yùn)行結(jié)果進(jìn)行評(píng)價(jià)。通常，農(nóng)網(wǎng)改造過(guò)程包含了大量子項(xiàng)目，按照時(shí)間順序，本文對(duì)農(nóng)網(wǎng)改造的前期準(zhǔn)備，施工過(guò)程和運(yùn)行階段進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)。前期準(zhǔn)備指的是制作項(xiàng)目規(guī)劃書至施工前的工作內(nèi)容。施工階段的評(píng)價(jià)主要包括從施工開始到項(xiàng)目驗(yàn)收時(shí)的工作。運(yùn)行階段的評(píng)價(jià)包括了性能改進(jìn)及管理等方面。

(2)經(jīng)濟(jì)效益評(píng)價(jià)。

經(jīng)濟(jì)效益評(píng)價(jià)包括財(cái)務(wù)支出和收益兩個(gè)方面。主要從改造過(guò)程的財(cái)務(wù)支出以及運(yùn)行階段產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)效益來(lái)評(píng)價(jià)。

(3)社會(huì)效益評(píng)價(jià)。

農(nóng)網(wǎng)改造的社會(huì)效益包括家庭用電量是否能夠滿足，以及小型工廠的用電量是否能夠得到滿足，是否能夠比改造前節(jié)約用電成本等。這些評(píng)價(jià)可以從用戶，企業(yè)和政府的服務(wù)反饋處進(jìn)行評(píng)價(jià)。

(4)可持續(xù)性評(píng)價(jià)。

包括項(xiàng)目的延續(xù)性和可重復(fù)性。延續(xù)性表示改造后的電網(wǎng)能夠帶來(lái)長(zhǎng)遠(yuǎn)的收益，重復(fù)性表示該項(xiàng)目是否可以在其他地方實(shí)施。對(duì)農(nóng)網(wǎng)改造的可持續(xù)性評(píng)價(jià)主要從經(jīng)濟(jì)，環(huán)境，社會(huì)等三個(gè)方面考慮。

影響農(nóng)網(wǎng)改造后評(píng)價(jià)的因素有很多，需要對(duì)影響因子逐步進(jìn)行篩選，確定出主要影響評(píng)價(jià)結(jié)果的因子。根據(jù)影響的因素不同，發(fā)現(xiàn)對(duì)農(nóng)網(wǎng)改造后評(píng)價(jià)有影響的因素按照層次歸類，可以歸納為三層。指標(biāo)因素包括項(xiàng)目前期準(zhǔn)備，項(xiàng)目實(shí)施，投資執(zhí)行情況，項(xiàng)目財(cái)務(wù)收益率，財(cái)務(wù)凈現(xiàn)值，投資利潤(rùn)率，投資回收期，區(qū)域經(jīng)濟(jì)促進(jìn)，經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)調(diào)整，節(jié)能情況，投資環(huán)境改善情況，項(xiàng)目財(cái)務(wù)，項(xiàng)目經(jīng)濟(jì)性，電網(wǎng)安全性，供電能力，電壓質(zhì)量，供電可靠性，線損率，農(nóng)民滿意度，政府滿意度，企業(yè)滿意度，經(jīng)濟(jì)可持續(xù)性，環(huán)境可持續(xù)性，社會(huì)可持續(xù)性等。

由于影響農(nóng)網(wǎng)改造后評(píng)價(jià)的指標(biāo)因子較多，如果考慮所有的評(píng)價(jià)指標(biāo)，在評(píng)價(jià)的時(shí)候很可能存在冗余因素，導(dǎo)致評(píng)價(jià)結(jié)果不準(zhǔn)確，為此在本文中，采用主成分分析方法選取評(píng)價(jià)指標(biāo)。

1.2 改進(jìn)主成分分析的指標(biāo)選取

1.2.1 傳統(tǒng)的主成分分析

主成分分析(PCA)是對(duì)高維數(shù)據(jù)降維處理，且降維后的信息不影響數(shù)據(jù)的使用。PCA的實(shí)現(xiàn)過(guò)程如下所述[11-12]。

假設(shè)一共有N個(gè)樣本，每個(gè)樣本含有n個(gè)數(shù)據(jù)，記作：X=(xij)N×n。

(1)對(duì)X進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理。

(2)建立系數(shù)陣：R=(rij)n×n=X′X。

(3)計(jì)算R的特征根和特征向量，λ≥λ2≥…≥λn。

(1)

(4)提取主成分，用m個(gè)特征代替原始特征(m

Fi=a1iX1+a2iX2+…+aniXn(i=1,2…,n)

(2)

XPCA=[F1,F2,…,Fm]=X[a1,a2,…,am]

(3)

(5)計(jì)算每個(gè)特征的貢獻(xiàn)率。

(4)

式中：γi(i=1,…,n)是參數(shù)之間的關(guān)聯(lián)程度。γi越大，表示該參數(shù)的貢獻(xiàn)率越大。

(6)求取主成分綜合得分。

1.2.2 均值化改進(jìn)的PCA(IPCA)

采用均值化方法對(duì)PCA進(jìn)行改進(jìn)，過(guò)程如下所述。

(1)原始數(shù)據(jù)均值化處理。

(5)

(2)計(jì)算均值化的協(xié)方差uij，建立協(xié)方差矩陣U=(uij)p×p。

(6)

求取指標(biāo)間的協(xié)方差。

(7)

式中：sij是原始變量的協(xié)方差。

均值化前的相關(guān)系數(shù)計(jì)算。

(8)

均值化后相關(guān)系數(shù)計(jì)算。

(9)

循環(huán)執(zhí)行式(5)～式(9)，確定均值化后的指標(biāo)作為主成分。

Fi=u1iY1+u2iY2+…+umiYm

(10)

式中：umi(i=1,2,…,m)是主成分系數(shù)，m是主成分?jǐn)?shù)量，Yi表示第i個(gè)主成分。

采用改進(jìn)的PCA方法求取農(nóng)網(wǎng)改造后指標(biāo)體系的主成分，計(jì)算的前11個(gè)主成分貢獻(xiàn)之和大于95%，如圖1所示。

圖1 農(nóng)網(wǎng)改造后評(píng)價(jià)指標(biāo)體系

2 IFAHP算法

2.1 改進(jìn)的層次分析法(IAHP)

本文采用層次分析法確定農(nóng)網(wǎng)改造后評(píng)價(jià)指標(biāo)的權(quán)重，根據(jù)上文建立的層次化農(nóng)網(wǎng)評(píng)價(jià)指標(biāo)[13-15]。

(1)將評(píng)價(jià)指標(biāo)分為目標(biāo)層A，準(zhǔn)則層B和方案層C。

(2)根據(jù)層次關(guān)系建立判斷矩陣A=(aij)n×n。即

(11)

式中：aij為指標(biāo)i和指標(biāo)j的重要性對(duì)比。通常情況下aij取值“1～9”及其倒數(shù)。

(3)計(jì)算判斷矩陣最大特征值。對(duì)特征值進(jìn)行歸一化處理，并計(jì)算每個(gè)因子的貢獻(xiàn)度。

(4)一致性檢驗(yàn)。若正互反陣A=(Aij)n×n，滿足Aij·Ajk=Aik;i,j,k=1,2…n，則A是完全一致陣。計(jì)算一致性指標(biāo)C.I.。

(12)

式中：λmax是判斷矩陣最大特征根。

查表獲得一致性指標(biāo)R.I.如表1所示。

表1 一致性指標(biāo)R.I.

當(dāng)CR<0.1時(shí)，認(rèn)為判斷矩陣滿足一致性要求。若不滿足，調(diào)整矩陣元素，繼續(xù)一致性判斷。

由于上述AHP的一致性矩陣調(diào)整時(shí)會(huì)給計(jì)算結(jié)果帶來(lái)誤差，所以本文對(duì)其進(jìn)行改進(jìn)，以降低權(quán)重計(jì)算誤差。

(5)當(dāng)構(gòu)造完判斷矩陣A時(shí)，計(jì)算最優(yōu)傳遞矩陣D。

(13)

(6)求取判斷矩陣擬優(yōu)一直矩陣C。

cij=10dij

(14)

(7)求取C的最大特征向量并歸一化處理，獲得各指標(biāo)權(quán)重。

2.2 模糊綜合評(píng)價(jià)

在農(nóng)網(wǎng)改造后評(píng)價(jià)模型中，因素集為由IAHP方法得到指標(biāo)集，則評(píng)價(jià)的過(guò)程如下所述[16]。

設(shè)含n個(gè)指標(biāo)的因素集U如下。

U={u1,u2,…,un}

(15)

含有m個(gè)評(píng)價(jià)結(jié)論的評(píng)判集V表示為

V={v1,v2,…,vm}

(16)

因素集U與評(píng)價(jià)集V的隸屬度關(guān)系表示如下。

rij=vj(ui)(j=1,2,…,n)

(17)

模糊關(guān)系矩陣表示為

(18)

因素集U的權(quán)重模糊向量表示如下。

A=(a1,a2,…,an)

(19)

模糊評(píng)價(jià)的結(jié)果表示如下：

B=A°R

(20)

式中：°指的是模糊合成運(yùn)算。

模糊隸屬度集B表示如下：

B=(b1,b2,…,bn)

(21)

式中：bj是評(píng)價(jià)對(duì)象含評(píng)語(yǔ)vj(j=1,2,…,n)的程度。

3 算例仿真

3.1 農(nóng)網(wǎng)改造后評(píng)價(jià)仿真

3.1.1 指標(biāo)體系權(quán)重

本文算例以某電力公司某農(nóng)網(wǎng)改造工程為例，該項(xiàng)目的改造內(nèi)容主要為10 kV以下農(nóng)網(wǎng)改造。改造的項(xiàng)目主要包括：①10 kV配網(wǎng)新建項(xiàng)目：新建雙回路線路4.95 km，新裝斷路器2臺(tái)；四線路6.28 km，新裝斷路器3臺(tái)；和諧線路4.31 km，斷路器1臺(tái)；雙回線路2.1 km，采用電纜線0.6 km，斷路器3臺(tái)；雙回線路5.81 km，電纜0.4 km，斷路器2臺(tái)。②改造10 kV輸電線路，裝配4臺(tái)斷路器。③對(duì)0.4 kV線路改造17.5 km，更換14臺(tái)變壓器。④對(duì)農(nóng)村電表進(jìn)行更換。⑤新裝14臺(tái)電壓監(jiān)測(cè)設(shè)備。

該項(xiàng)目于2018年完工，共投資了12 256 862.35元。經(jīng)過(guò)改造后，該地區(qū)的供電量，電壓合格率，及供電可靠性都得到了改善，而且用戶反饋較優(yōu)。提升了人民的生活質(zhì)量，經(jīng)濟(jì)發(fā)展也得到了快速提升。

采用IAHP算法求取農(nóng)網(wǎng)改造后指標(biāo)權(quán)重，計(jì)算準(zhǔn)則層A結(jié)果如下所述。

根據(jù)IAHP的計(jì)算方法，求得的CR=0.004<0.1，滿足一致性檢驗(yàn)要求，且λmax=4.01。計(jì)算得到的A-B的權(quán)重如表2所示。

表2 A-B判斷矩陣權(quán)重

然后分別按照IAHP方法分別B1-B4的權(quán)重，如表3～表6所示。

表3 B1判斷矩陣權(quán)重

計(jì)算得到的農(nóng)網(wǎng)改造后評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重如表7所示。

表4 B2判斷矩陣權(quán)重

表5 B3判斷矩陣權(quán)重

表6 B4判斷矩陣權(quán)重

從表7以及上述計(jì)算過(guò)程可以知道，在計(jì)算過(guò)程中，一致性檢測(cè)的CR小于0.1，滿足一致性檢驗(yàn)。從權(quán)重的計(jì)算結(jié)果來(lái)看，項(xiàng)目經(jīng)濟(jì)性，經(jīng)濟(jì)可持續(xù)性，電網(wǎng)安全性，在電網(wǎng)改造中具有重要地位。

表7 指標(biāo)權(quán)重排序

3.1.2 農(nóng)網(wǎng)改造后評(píng)價(jià)體系

(22)

綜合后評(píng)價(jià)主要包括：①對(duì)10 kV農(nóng)網(wǎng)改造項(xiàng)目進(jìn)行評(píng)分，并給出建設(shè)性意見(jiàn)。②通過(guò)該改造項(xiàng)目為其他農(nóng)網(wǎng)改造給予建議。農(nóng)網(wǎng)改造項(xiàng)目后評(píng)價(jià)結(jié)果如表8～表11所示。

表8 B1項(xiàng)目后評(píng)價(jià)

表9 B2項(xiàng)目后評(píng)價(jià)

表10 B3項(xiàng)目后評(píng)價(jià)

表11 B4項(xiàng)目后評(píng)價(jià)

根據(jù)上述計(jì)算得到的模糊綜合評(píng)價(jià)結(jié)果，進(jìn)行綜合計(jì)算，得到該項(xiàng)目的評(píng)價(jià)得分為80.4，最終該項(xiàng)目被評(píng)價(jià)為良好。其中，項(xiàng)目過(guò)程得分為82.33，評(píng)為良好。經(jīng)濟(jì)效益評(píng)分為81，評(píng)為良好。電網(wǎng)性能評(píng)分為81.5，評(píng)為良好?？沙掷m(xù)性發(fā)展為78.6，中。綜合來(lái)看，該農(nóng)網(wǎng)的改造效果較好，得到了期望的改造效果。這個(gè)評(píng)價(jià)結(jié)果與領(lǐng)域內(nèi)專家評(píng)判的結(jié)果一致。

3.2 算例結(jié)果分析

該項(xiàng)目評(píng)分為80.4，良。根據(jù)該項(xiàng)目各個(gè)指標(biāo)的評(píng)價(jià)，可以得到以下結(jié)論:

(1)該項(xiàng)目的實(shí)施和運(yùn)行效果較好。而且電壓質(zhì)量，供電量，供電可靠性等都得到改善。但是由于工期較短，很多前期準(zhǔn)備工作未能充分進(jìn)行，需要改進(jìn)。

(2)該項(xiàng)目的經(jīng)濟(jì)指標(biāo)權(quán)重較大，但是該農(nóng)村電網(wǎng)的經(jīng)濟(jì)還能進(jìn)一步加強(qiáng)。

(3)從項(xiàng)目的電網(wǎng)性能來(lái)看，電壓質(zhì)量供電可靠性和安全性都得到了改善。

(4)該項(xiàng)目的可持續(xù)性指標(biāo)中，社會(huì)，經(jīng)濟(jì)，和環(huán)境等方面還能進(jìn)一步改善，以提高這些領(lǐng)域的水平。所以環(huán)境可持續(xù)性評(píng)價(jià)為中。

針對(duì)上述問(wèn)題，對(duì)該農(nóng)網(wǎng)改造提出以下意見(jiàn):

(1)前期準(zhǔn)備工作充分，為高質(zhì)量的施工提供可靠保障。

(2)強(qiáng)化農(nóng)網(wǎng)改造的經(jīng)濟(jì)性，實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益。

(3)提升農(nóng)民對(duì)農(nóng)網(wǎng)改造的長(zhǎng)遠(yuǎn)收益意識(shí)，積極參與到農(nóng)網(wǎng)改造建設(shè)中，以提升社會(huì)效益。

(4)農(nóng)網(wǎng)改造的時(shí)候，多引進(jìn)新技術(shù)，新理論，加強(qiáng)環(huán)境可持續(xù)性發(fā)展。

4 總 結(jié)

為了盡最大可能反映原始數(shù)據(jù)全部信息，提出了采用均值化方法改進(jìn)主成分分析方法，用于提取農(nóng)網(wǎng)改造后評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，達(dá)到以最少的數(shù)據(jù)獲得最大信息量的目的。為了克服傳統(tǒng)AHP算法一致性校驗(yàn)存在的調(diào)整誤差，提出了采用最優(yōu)傳遞矩陣確定指標(biāo)權(quán)重，用改進(jìn)的AHP算法計(jì)算農(nóng)網(wǎng)改造后評(píng)價(jià)指標(biāo)體系的權(quán)重值。最后，采用模糊綜合評(píng)價(jià)的方法根據(jù)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系對(duì)農(nóng)網(wǎng)改造項(xiàng)目進(jìn)行綜合評(píng)分，得到對(duì)當(dāng)前改造項(xiàng)目的建設(shè)性意見(jiàn)。進(jìn)行了算例仿真，仿真結(jié)果與實(shí)際情況相符，驗(yàn)證了所提方法的有效性。