一种基于粗糙集和集成赋权的地市级电网运行的新型评价体系

作者：张毅    

目前．学者对于评估地市级电网运行水平指标从不同角度做了大量研究。从规模、安全可靠性、效率效益、服务4个方面构建了一套比较基础的指标体系并用于盘锦电网；主要从电能质量、电能可靠性与协调性、设备装备水平和利用率、发展灵活性、经济性与社会性等方面，针对智能配电网三级评估构建指标体系；从工程的角度提出了输电的可靠性成本和可靠性效益的概念；依据循环经济的基本原则，建立经济指标体系。这些研究都为地市级电网的指标构建和评价提供了思路。

    本文从安全可靠性、速度规模协调性、电网利用效率、经济效益以及社会责任5个维度对地市级电网运行进行诊断分析。涉及的指标非常多，部分指标又具有相关性，因此本文使用粗糙集约减法对指标整体进行约简，得到比较完整、精简、可用性强的评价指标体系，基于差异最大的加法集成赋权组合方式、组合序关系法和熵权法对电网运行进行综合评价。

1  基于粗糙集的地市级电网运行评价指标体系

  粗糙集是一种能够定量分析处理不精确、不一致、不完整信息与知识的数学工具。该理论在不需要关于数据段任何预备或额外信息的情况下，可以通过知识属性约简得出问题的决策。与统计方法和模糊理论相比，这种方法没有受到太多的约束．在处理不确定信息时也不用计算复杂的先验性知识．同时又可以比较客观而准确地处理相关性较大的数据，是一种实用性很高的数据处理方法。属性约简描述了整个系统的属性集合，使整个系统得以精简化，包括属性的一般约简和相对约简。

    本文以某省所辖的S1，S2，S3，S4，S5 5个市级电网2006-2013年的数据为样本数据，经过数据整理，5个方面共收集到73个指标。首先对指标进行一致化处理，将极大型、极小型、中间型指标进行一致化，都转换为极大型指标；然后将经一致化后的指标进行无量纲化；为了计算的有效性．本文选用等频率分级方法进行离散化，最后利用粗糙集对指标进行约简。约减过程使用ROSETTA软件进行。该软件是一个基于粗糙集理论框架的表格逻辑数学分析工具包，由挪威科技大学和波兰华沙大学合作开发。ROSETTA采用了数据导航技术，具有比较直观的图形用户接口，如图1所示，可以计算最小属性约简，并且其IF-then决策规则非常便于使用．决策表载人proj ect后，通过系统的RS理论对所得规则进行验证和分析，就能进行数据的挖掘并获取数据．为了计算的有效性，  本文选用equal frequencybinning方法进行离散化。该方法是将连续的指标数值均衡的划分为m个区间，即若有n个数值则每个区问中的数值个数为m/m个。使用Genetic算法和Johnson's算法，全部操作过程使用Rosetta粗糙集工具进行计算，操作界面如图1所示。

    将不重要的指标剔除，约简后得到25个指标，形成地市级电网运行评价指标体系．如图2所示，其中括号内的数值是各指标的集成权重。

2基于集成赋权的指标权重确定

    为有效地发挥专家的专业判断能力，本文首先采用序关系法确定指标权重。该方法是一种无需一致性检验的主观方法。另外，为了减少人为因素的干扰，本文同时采用熵权法对指标权重进行确定。该方法能够综合考虑各因素所提供的信息量，从而计算一个综合指标，是一种客观综合赋权法。组合赋权与传统的主观、客观赋权法相比，不仅可以体现出专家通过经验做出的偏好倾向，而且可以保证客观计算得出结果的有效性．可兼顾主观和客观2个方面，相比之下更加有优势。在权重的组合方法上，本文利用一种基于差异最大的加法集成赋权，这种方法能够体现出评价对象之间的整体差异，使对比结果更加鲜明和直观。

2.1  熵权法

    (1)将指标一致化，、设原始指标为xij,是第i（i1，2，…，m）个地市在第j(j=l，2，…，n)个指标上的统计值，通过式(1)将原始指标一致化。

    (2)建立矩阵Rij=(rij)mxn，（i=1，2，…，m;j=l,2，…，n），其中，rij是第i个地市在第，个指标上的统计值的标准化值，然后计算第，个指标的熵值。

    若某个指标的熵值越大，说明其指标的变异程度越小，综合评价中的作用就越小。

(3)最后计算第i个指标的权重，可表示为

2.2  序关系法

    (1)确定序关系。评价指标xi相对于某种评价准则的重要性程度大于评价指标Xj时．表示为xi>xi；在此，将所有指标按照专家给定的评价准则确立序关系：x1>x2>…>xj。

    (2)确定重要性标度并计算指标权重。设评价指标rj-1与ri之间的相对重要性之比rk为

专家给出 rk的理性赋值后，计算权重。

2.3基于差异最大的加法集成赋权法

    设a,β为待定常数；λi为序关系法关于指标xi的权系数；θi为熵权法关于指标xi的权系数；ω,为综合权重，j=1，2，…，n；a2+β2=1，有

    为了体现被评价对象之问整体差异的最大，确定a，β，使式(8)取值最大。

    在满足a2+β2=1且a,β为正的条件下，应用拉格朗日条件极值原理，有

3  电网运行综合评价

    根据式(1)~(10)分别计算得出熵权法权重、序关系法权重、集成赋权法权重如表1所示。其中．集成赋权法各项子指标综合权重之和不必为1，只需满足a2+p2=1即可。

    设v代表综合评价值；ωi代表第j个指标的权重值；ri代表第i个指标的一致化和无量纲化后值：n为指标个数，则具体评价模型为

    根据式(11)计算出样本城市电网5个方面的评价值和电网整体运行水平，为了使得分更加直观，本文将计算结果放大到0～100区间内进行观察，最终的评价结果如表2所示。

    从一级指标来看，5个城市电网具有共同的规律：电网的安全可靠性和社会责任方面得分比较高．这充分说明了电网企业在提供优质可靠的电能的同时．高质量地承担了社会责任。但5个城市电网的经济效益和电网利用效率相对比较低。

    同时．该评价结果可以揭示这5个城市电网未来发展的重点。对于城市S1电网而言，进一步提高电网的经济效益是未来的重点。对于城市S2和S3电网而言,5个方而都需要提升，通过对该地区实际资料分析发现，该地区整体社会经济发展比较落后，电网基础比较薄弱。S4电网的经济效益是最高的，这与该地市工业区较多、售电量大、大用户多的区域产业优势是分不开的。同时，也反映出了一些问题，如S3市虽然整体得分较高，但社会责任方面得分偏低，从具体指标来说应该加大对清洁能源的利用。对于S5，其电网的安全可靠性是最好的，但其速度规模协调性和经济效益是最低的，说明其电网的发展与现有经济水平匹配度相对较低，需要加大电网建设，同时要注重提升经济效益。

4结语

整体而言，样本地市在安全可靠性和社会责任方面做的都比较好，但其他3个方面速度规模协调性、电网利用效率和经济效益都有比较大的改善空间。对于电力公司而言，在保证电网安全可靠的前提下，未来的主要工作应保证电网发展的速度规模协调性，使电网规模、电网发展速度与经济社会发展、电源装机接入、供应负荷电力等需求相互适应。这样才能确保电网既满足电力供应输送需求，又能使电网规模具有经济性，资产得到充分利用。对于电网利用效率而言．从样本来看整体得分都在中等范围，因此需要通过合理规划和提高自动化率等方法进行提升。社会责任正是国家建设环境友好型、资源节约型社会的重点。目前，电网公司在社会普遍服务上做的非常优秀，承担了相应的社会责任，但在消纳可再生能源领域，电网公司应继续加大支持力度。

5摘要：电网企业提供的产品具有准公共物品的特性，如何全面客观地度量电网的整体运行状况是一个重要的问题。针对电网企业的特点，从安全可靠性、速度规模协调性、电网利用效率、经济效益以及社会责任5个维度构建了一套精简高效的电网运行评价指标体系；利用基于差异最大的加法集成赋权组合方式，将熵权法与序关系法有机地组合在一起，将专家专业判断和客观测算有机地结合起来，得到评价指标的权重；以某地区5个地市级电网为例进行了实证分析。