基于層次分析法-德?tīng)柗品ǖ呐潆娋W(wǎng)不停電作業(yè)能力評(píng)估和分析

王慶澤, 張守強(qiáng), 艾茂民, 王 佳, 張 碩

(國(guó)網(wǎng)山東省電力公司 菏澤供電公司, 山東 菏澤 274000)

0 引 言

隨著經(jīng)濟(jì)與社會(huì)的快速發(fā)展,各行各業(yè)對(duì)電力不間斷供應(yīng)的要求越來(lái)越高,供電可靠性也是衡量供電企業(yè)供電能力的重要指標(biāo)之一[1,2]。為滿(mǎn)足各行各業(yè)對(duì)供電可靠性的要求,供電企業(yè)通常采取如下措施:不斷改造老舊設(shè)備、完善網(wǎng)架結(jié)構(gòu)、優(yōu)化電網(wǎng)運(yùn)行方式、積極開(kāi)展不停電作業(yè)等[3,4]。

10 kV配電網(wǎng)直接面向終端電力客戶(hù),具有點(diǎn)多面廣、結(jié)構(gòu)復(fù)雜等特點(diǎn),是保障電力“配得下、用得上”的關(guān)鍵環(huán)節(jié),其供電可靠性至關(guān)重要。配電網(wǎng)不停電作業(yè)是實(shí)現(xiàn)客戶(hù)零感知檢修消缺,提高供電可靠性的重要技術(shù)手段,可促進(jìn)配電網(wǎng)由停電檢修向不停電檢修轉(zhuǎn)變,實(shí)現(xiàn)配電網(wǎng)檢修模式不斷升級(jí),保障配電網(wǎng)安全可靠、不間斷供電,滿(mǎn)足經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展[5,6]。文獻(xiàn)[7]提出基于多因素綜合評(píng)價(jià)和改進(jìn)灰色關(guān)聯(lián)的供電可靠性分析方法,可為配電網(wǎng)供電可靠性提升優(yōu)選提供依據(jù)。文獻(xiàn)[8]從配電網(wǎng)供電可靠性管理現(xiàn)狀入手,分析了目前供電可靠性管理存在的問(wèn)題,探討了提升配電網(wǎng)供電可靠性的具體管理策略。文獻(xiàn)[9]對(duì)配電網(wǎng)不停電作業(yè)管理體系進(jìn)行了詳細(xì)分析,提出了組群式城市結(jié)構(gòu)下配電網(wǎng)不停電作業(yè)管理的新思路。文獻(xiàn)[10]對(duì)配電自動(dòng)化不停電作業(yè)安全影響進(jìn)行了詳細(xì)的分析。文獻(xiàn)[11]對(duì)不停電作業(yè)的關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行介紹,并運(yùn)用于工程實(shí)踐,評(píng)價(jià)了開(kāi)展配電網(wǎng)不停電項(xiàng)目的可靠性與經(jīng)濟(jì)效益。文獻(xiàn)[12]指出在一些大型檢修工程中,運(yùn)用綜合不停電作業(yè)法進(jìn)行負(fù)荷轉(zhuǎn)供,可以減少用戶(hù)停電時(shí)間。綜上所述,配電網(wǎng)不停電作業(yè)可以減少用戶(hù)停電時(shí)間,對(duì)于提高配電網(wǎng)供電可靠性具有重要意義。

但是從配電網(wǎng)不停電作業(yè)技術(shù)本身來(lái)講,其作業(yè)能力又受到人員、工器具、特種車(chē)輛以及運(yùn)轉(zhuǎn)方式等多種因素制約,現(xiàn)有方法多基于主觀(guān)經(jīng)驗(yàn)判斷薄弱點(diǎn),難以精準(zhǔn)高效地利用現(xiàn)有資源,最大限度地提高配電網(wǎng)不停電作業(yè)能力,實(shí)現(xiàn)整體效益的最大化。基于內(nèi)外部發(fā)展形勢(shì)要求,提出一種配電網(wǎng)不停電作業(yè)能力的層次分析(Aralytic Hierarchy Process,AHP)評(píng)估方法,以便在資源有限的條件下,準(zhǔn)確找出影響作業(yè)能力關(guān)鍵因素,制定針對(duì)性措施,精準(zhǔn)施策,持續(xù)提升配電網(wǎng)不停電作業(yè)能力。

1 基于A(yíng)HP的配電網(wǎng)不停電作業(yè)能力影響因素評(píng)估方法

AHP法是美國(guó)運(yùn)籌學(xué)家薩迪于20世紀(jì)70年代提出的,通過(guò)引入重要性標(biāo)度,構(gòu)造出判斷矩陣,可以實(shí)現(xiàn)定性與定量分析相結(jié)合予以決策的目的[13-14]。該方法在太陽(yáng)能光伏電站選址[15]、分布式電源準(zhǔn)入容量評(píng)估[16]、配電網(wǎng)綜合評(píng)價(jià)[17]等方面得到廣泛應(yīng)用。AHP評(píng)估實(shí)施流程如圖1所示。層次評(píng)估指標(biāo)體系構(gòu)建的原則為全面性、獨(dú)立性、實(shí)用性,其中,全面性要求覆蓋面要大、不能有遺漏;獨(dú)立性要求各個(gè)因素不相關(guān);實(shí)用性要求評(píng)價(jià)指標(biāo)具體可實(shí)施。

圖1 AHP評(píng)估實(shí)施流程

步驟1:構(gòu)建層次評(píng)估指標(biāo)體系。確定評(píng)估目標(biāo),即配電網(wǎng)不停電作業(yè)能力,列出配電網(wǎng)不停電作業(yè)能力的影響因素有f1,f2,f3……,fk,共k個(gè)影響因素,遵循上述原則,篩選歸類(lèi)總結(jié)影響因素{F},形成遞階層次結(jié)構(gòu),構(gòu)建出配網(wǎng)不停電作業(yè)能力影響因素層次評(píng)估指標(biāo)體系;

步驟2:構(gòu)造判斷矩陣。采用Delphi法對(duì)同一層次的影響因素的重要性進(jìn)行兩兩比較,形成該層次影響因素的判斷矩陣,判斷矩陣A的數(shù)學(xué)表達(dá)式為

(1)

其中,xij取值范圍為[1,9],其含義為1、3、5、7、9分別表示xi與xj相比同等重要、稍微重要、明顯重要、強(qiáng)烈重要、極端重要,2、4、6、8表示重要性位于相鄰標(biāo)度的中間。

x取值采用Delphi法得到。Delphi法賦值流程如圖2所示?？勺畲蟪潭纫?guī)避人為主觀(guān)因素的影響[18]。

圖2 Delphi法賦值流程

判斷矩陣A中元素間的數(shù)學(xué)關(guān)系為

(2)

其中,當(dāng)i=j時(shí),xij=1。

步驟3:影響因素重要程度計(jì)算排序。通過(guò)判斷矩陣A,計(jì)算出最大特征值λmax及其對(duì)應(yīng)的特征向量ω,并對(duì)特征向量ω進(jìn)行歸一化處理得到ω' 。計(jì)算判斷矩陣A的最大特征值λmax及其對(duì)應(yīng)的特征向量ω,計(jì)算式為

Aω=λmaxω

(3)

對(duì)所求特征向量ω進(jìn)行歸一化處理得到ω',即為該層次影響因素的重要性排序,計(jì)算式為

(4)

式中:ωi——特征向量ω的第i個(gè)元素;

n——判斷矩陣階數(shù)。

步驟4:一致性檢驗(yàn)。為判斷出ω'權(quán)重大小的合理性,需進(jìn)行一致性檢驗(yàn),若一致性指標(biāo)不滿(mǎn)足要求,轉(zhuǎn)步驟2重新構(gòu)造判斷矩陣執(zhí)行;反之,轉(zhuǎn)步驟5執(zhí)行。

計(jì)算一致性指標(biāo)CI,計(jì)算式為

(5)

計(jì)算一致性比率CR,計(jì)算式為

(6)

式中: RI——平均隨機(jī)一致性比率。

平均隨機(jī)一致性比率如表1所示。

表1 平均隨機(jī)一致性比率

對(duì)一致性指標(biāo)CR進(jìn)行檢驗(yàn),檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)為

CR<0.1

(7)

當(dāng)CR<0.1時(shí),認(rèn)為判斷矩陣A通過(guò)一致性檢驗(yàn);否則,需返回步驟2,重新計(jì)算,直至通過(guò)一致性檢驗(yàn)后轉(zhuǎn)步驟5輸出結(jié)果。

步驟5:評(píng)估結(jié)果輸出。輸出判斷矩陣及其對(duì)應(yīng)影響因素的權(quán)重,即該層次影響因素的重要程度大小。

輸出結(jié)果中歸一化特征向量ω'中數(shù)值大小即代表該因素對(duì)配電網(wǎng)不停電作業(yè)能力影響的重要程度,決策者可以依據(jù)評(píng)估結(jié)果,集中現(xiàn)有優(yōu)勢(shì)資源解決重要性影響因素,并逐步制定措施處理其他非重要性因素,持續(xù)提升配電網(wǎng)不停電作業(yè)能力,實(shí)現(xiàn)整體效益的最大化。

2 案例分析

2.1 現(xiàn)狀分析

某地區(qū)配電網(wǎng)不停電作業(yè)起步較晚,目前共有作業(yè)人員68人,絕緣斗臂車(chē)14輛,配電網(wǎng)架空線(xiàn)路長(zhǎng)度約為23 000 km,人員和裝備配置不足,配電網(wǎng)不停電作業(yè)化率和第四類(lèi)作業(yè)次數(shù)比率較低,作業(yè)能力無(wú)法滿(mǎn)足日益增加的配電網(wǎng)不停電作業(yè)需求,作業(yè)類(lèi)型占比如圖3所示。

圖3 作業(yè)類(lèi)型占比

2.2 基于A(yíng)HP-Delphi因素權(quán)重的確定

針對(duì)該地區(qū)現(xiàn)狀,列出配網(wǎng)不停電作業(yè)能力的影響因素F={人員配置f1,工器具配置f2,車(chē)輛配置f3,新技術(shù)應(yīng)用f4,機(jī)構(gòu)設(shè)置f5,運(yùn)作模式f6,績(jī)效考評(píng)f7,區(qū)域協(xié)作f8,停電計(jì)劃審核f9,計(jì)劃管理f10}。

遵循全面性、獨(dú)立性、實(shí)用性原則,對(duì)所有影響因素進(jìn)行歸類(lèi)總結(jié),資源F1={f1,f2,f3,f4},體系F2={f5,f6,f7},業(yè)務(wù)F3={f8,f9,f10},配電網(wǎng)不停電作業(yè)能力影響因素評(píng)估體系如圖4所示。

圖4 配電網(wǎng)不停電作業(yè)能力影響因素評(píng)估體系

為定量分析配電網(wǎng)不停電作業(yè)能力,本文采用配電網(wǎng)不停電作業(yè)化率和第四類(lèi)作業(yè)次數(shù)比率兩個(gè)指標(biāo)來(lái)衡量。

不停電作業(yè)化率計(jì)算式為

(8)

式中:η——不停電作業(yè)化率;

W——統(tǒng)計(jì)周期內(nèi)不停電作業(yè)減少停電時(shí)戶(hù)數(shù);

W1——計(jì)劃停電時(shí)戶(hù)數(shù);

W2——不停電作業(yè)減少停電時(shí)戶(hù)數(shù)。

第四類(lèi)作業(yè)次數(shù)比率計(jì)算式為

(9)

式中:ζ——第四類(lèi)作業(yè)次數(shù)比率;

Cl——第l類(lèi)作業(yè)次數(shù)。

其中,l取值范圍為[1,4],且為整數(shù)。

本文采用Delphi法構(gòu)建準(zhǔn)則層判斷矩陣,以準(zhǔn)則層為例進(jìn)行詳細(xì)計(jì)算,因素層權(quán)重系數(shù)計(jì)算流程相同。

準(zhǔn)則層判斷矩陣為

(10)

本文采用方根法[19]進(jìn)行求解特征向量ω,首先,計(jì)算準(zhǔn)則層判斷矩陣AF每一行元素的乘積mi;其次,計(jì)算mi的3次方根即為ωi;然后,采用式(11)對(duì)向量ω=(ω1,ω2,ω3)作歸一化處理。

(11)

歸一化向量ω′=(ω′1,ω′2,ω′3)即為該層各個(gè)影響因素的權(quán)重大小。

根據(jù)上述計(jì)算方法,可得準(zhǔn)則層判斷矩陣的特征向量ω=(1.817 1,0.793 7,0.693 3),歸一化后可得特征向量ω′=(0.549 9,0.240 3,0.209 8)。

求最大特征值,計(jì)算式為

(12)

式中: (AFω)i——AFω的第i個(gè)元素。

計(jì)算可得,λmax=3.018 3。

綜上,由于CR<0.1,所以,準(zhǔn)則層判斷矩陣具有滿(mǎn)意的一致性,歸一化的特征向量可以作為準(zhǔn)則層各個(gè)因素的權(quán)重系數(shù),準(zhǔn)則層判斷矩陣及權(quán)重系數(shù)如表2所示。

表2 準(zhǔn)則層判斷矩陣及權(quán)重系數(shù)

同理,可依次計(jì)算出因素層各個(gè)指標(biāo)的權(quán)重系數(shù)。

因素層(資源F1)判斷矩陣及權(quán)重系數(shù)如表3所示。

表3 因素層(資源F1)判斷矩陣及權(quán)重系數(shù)

因素層(體系F2)判斷矩陣及權(quán)重系數(shù)如表4所示。

表4 因素層(體系F2)判斷矩陣及權(quán)重系數(shù)

因素層(業(yè)務(wù)F3)判斷矩陣及權(quán)重系數(shù)如表5所示。

表5 因素層(業(yè)務(wù)F3)判斷矩陣及權(quán)重系數(shù)

綜上所述,準(zhǔn)則層和因素層各個(gè)指標(biāo)的權(quán)重大小分別如圖5和圖6所示。

圖5 準(zhǔn)則層各指標(biāo)權(quán)重大小

圖6 因素層各指標(biāo)大小

從上述計(jì)算結(jié)果分析可知,該地區(qū)配電網(wǎng)不停電作業(yè)能力影響因素的權(quán)重從大到小依次為資源、體系、業(yè)務(wù),因此可以按照逐步補(bǔ)足配電網(wǎng)不停電作業(yè)資源,優(yōu)化體系,完善業(yè)務(wù)流程的順序,精準(zhǔn)施策,從而提高配電網(wǎng)不停電作業(yè)能力。

從具體因素角度分析可知,現(xiàn)階段該地區(qū)配電網(wǎng)不停電作業(yè)能力影響大的因素為人員、工器具、車(chē)輛等資源因素,應(yīng)重點(diǎn)予以重視并補(bǔ)充,可以采取增加崗位,引進(jìn)專(zhuān)業(yè)人員,積極拓展資金渠道,逐步配齊、配全專(zhuān)業(yè)裝備,同時(shí)隨著資源的不斷注入,應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注機(jī)構(gòu)架構(gòu)、計(jì)劃管理、停電計(jì)劃審核等相關(guān)因素,并制定針對(duì)性措施加以?xún)?yōu)化,從而持續(xù)提升配電網(wǎng)不停電作業(yè)能力,進(jìn)一步提高供電可靠性。

3 結(jié) 語(yǔ)

為精準(zhǔn)評(píng)估配電網(wǎng)不停電作業(yè)能力多種影響因素的重要程度,為配電網(wǎng)不停電作業(yè)優(yōu)化決策提供有力支撐,提出基于A(yíng)HP-Delphi的配電網(wǎng)不停電作業(yè)能力評(píng)估和分析方法,對(duì)各種影響因素進(jìn)行全面、合理的評(píng)估,從而把握影響不停電作業(yè)能力的關(guān)鍵因素,以便高效地利用現(xiàn)有資源,最大限度地提高配網(wǎng)不停電作業(yè)能力。結(jié)果表明:該方法可以有效地對(duì)配電網(wǎng)不停電作業(yè)能力影響因素進(jìn)行評(píng)估,并精準(zhǔn)判斷出關(guān)鍵因素,為決策者精準(zhǔn)施策提供科學(xué)依據(jù),實(shí)現(xiàn)整體效益的最大化。

此外,隨著裝備、人員等資源的不斷注入以及相關(guān)技術(shù)發(fā)展,影響因素的權(quán)重將發(fā)生變化,且新的影響因素會(huì)涌現(xiàn),可以進(jìn)一步采用本文方法動(dòng)態(tài)評(píng)估影響因素權(quán)重大小,滾動(dòng)修正優(yōu)化方案,以持續(xù)提升不停電作業(yè)能力。