基于物元分析的火电厂新建机组并网安全性评价

李元戎 侯坚坚

1. 大唐鲁北发电有限责任公司 山东 滨州 251909；

2.大唐黄岛发电厂 青岛 266500

0 引言

随着我国电力工业的迅猛发展，高参数，大容量的发电机组不断涌现，电力工业事故的影响也越来越大，火电厂作为电力工业的最基本实体之一，其新建火电机组并网安全性地位也变得更为突出，任何管理上的疏漏都有可能破坏安全生产的局面，并影响到整个电网的安全运行，给社会带来严重后果，即使是人身的伤害也会导致影响职工家庭、企业稳定的不良局面。因此，切实加强对火电机组并网安全评价的工作，防止人身伤亡、设备损坏和电网事故以及各种灾害的发生，保障职工的安全健康和设备的安全以及整个电网的“发、送、变、配、用”电各个环节的正常运行，有着极其重要的意义。

安全性评价是度量、预测系统安全基础、控制事故的重要措施，是一种重要的现代安全管理方法，火电机组并网安全性评价有助于促进火电机组并网安全管理工作的加强和改进。本文采用物元分析模型［1］对其进行评价，使评价结果更加合理，评价精度更高。

1 基本概念

可拓学是以蔡文教授为首的我国学者于1983年创立的一门新学科，它用形式化的模型，研究事物拓展的可能性和开拓创新的规律与方法，并主要用来解决现实生活中的矛盾问题，其中物元分析法是可拓学中重要的分析方法。

1）物元(matter element)

它是描述事物的基本元，以有序三元组R＝（N，C，V）来表示一维物元，其中N表示事物，c表示事物的特征，v表示特征的量值，这三者被称为物元的三大基本要素。关于特征c的取值范围记为 v（c），称为 c 的量域［1］。

2）模：有界区间 X＝〈a,b〉的模为｜X｜＝｜b－a｜，特别的规定点 x0的模为｜x0｜＝0。

2）距［1］：

（1）点与点的距：设x，y为实轴上任意两点，则称：ρ（x，y）=｜x-y｜为 x 与 y 之距，显然有ρ（x，y）=ρ（y，x），等式ρ（x，y）=0 当且只当 x=y 时成立。

（2）点与区间的距：点与有限实区间 X＝〈a，b〉的距为：

4）可拓集合：设U为论域，K是U到实域I的一个映射，则称 A＝｛（u，y）｝｜u∈U，y=K（u）｝,为论域U上的一个可拓集合，y=K （u）为A的关联函数，K（u）为 u 关于 A 的关联度［2］。

2 物元分析的具体过程

2.1 构建物元评价模型

为有效进行火电机组并网安全性评价，本文根据火电厂新建机组并网安全性评价的实际情况，按照系统性，科学性，可测性，可操作性等原则，确定涉网电气一次设备评估、涉网电气二次设备评估、涉网安全管理，涉网运行、检修管理，涉网技术监督为评价指标。据此评价指标体系建立物元模型并确定经典域 （即给出各等级各特征的取值范围）如下：

式中，Nj为事物的第 j个等级（j=1，2，…，m）；xji为Nj关于特征Ci的量值范围，即各等级关于对应特征的经典域〈aji，bji〉。

2.2 确定节域

节域指全部等级各特征得值域。

Np是事物等级的全体，xpi为Np关于特征Ci的量值范围，即〈api，bpi〉。

2.3 确定待评物元

待评对象为 ，将对其分析得到的数据用物元表示为：

式中 P0为待评价的对象，yi为 P0关于 Ci的量值，即待评价的对象经分析所得到的具体数据。

2.4 确定关联函数

设 P0与 Nj（j=1，2，…，m）关于特征 Ci的距为ρ（yi，xji），P0与 Np关于特征 Ci的距为ρ（yi，xpi），则待评对象的特征ci关于第j个等级的关联度为：

2.5 确定各指标的权重

本文采用层次分析法确定指标的权重ωj。层次分析法 AHP(Analytical Hierarchy Process)是美国匹兹堡大学教授Saaty［3］于20世纪70年代提出的一种用于解决多目标复杂问题的定性与定量相结合的决策分析方法。

运用AHP解决问题，一般分以下四个步骤［4］：

1）对构成决策问题的各种要素建立递进的结构层次模型。

2）构造两两比较判断矩阵

递进层次结构建立以后，上下层之间元素的隶属关系就被确定了，如果将上一层次的元素作为准则，那么针对在下层次中对元素Ci和Cj，两两进行比较，Saaty建议采用9级标度法确定其相对重要程度，具体含义见表1。根据Ci和Cj之间的相对重要程度，用aij来度量。依据下层元素的个数 m，建立两两比较判断矩阵：A=（aij）mxm。 判断矩阵中的每一个元素aij根据以下准则确aij〉0；aij＝1 ／aji；aij＝1。

表1 标度及其含义

3）计算各层旋相对权重的单排序

的特征根和特征向量，对ω进行归一化处理得到ωj的分量即表示各对应元素的单排序权值，λmax为判断矩阵A的最大特征根。

式中m是评竹周素的个数。RI是随一致性指标，CR是一致性指标。当CR〈0.1时，认为判断矩阵A的评价一致性良好，其评价结果可以接受，则指标的权重就是ω。

涉网电气一次设备评估、涉网电气二次设备评估、涉网安全管理，涉网运行、检修管理，涉网技术监督这5个评价指标的判断矩阵为：

根据公式 （7）～（9） 求出最大特征根 λmax=5.4318，检验值 CI=0.10796，CR=0.0965〈0.1，具有满意的一致性。则各指标的权重为：［0.2747，0.2747，0.2534，0.1237，0.0735］T。

2.6 评定对象等级

关联度的大小表示对象符合标准对象等级的程度，其值越大，符合的程度越高。由最大隶属度原则 Kj0=maxKj（N）（j=1，2，…，m)可知，N 属于 j0等级。本文中，把火电厂新建机组项目投资风险划分为四个等级， 分别是 “很低”，“低”，“高”，“很高”。

3 案例分析

第一步：对某火电厂新建机组并网安全性状况采用物元模型进行评价。将此新建机组并网安全性状况划分为四个等级，由专家组确定各等级的评价范围，并对评价指标进行打分，评价结果及各等级的经典域见表2：

表2 评价体系标准

由表2数据代入式 (2)可得到各等级的经典域：

将上述数据代入式（3）得节域：

第二步：确定待评物元，利用式（4）将该火电厂新建机组并网安全性评价指标数据用物元表示为：

第三步：确定关联度，将式（10）中的数据代入式（5）中求得：

将（11）式代入（6）式中求得各等级的关联度为：

显然0.1098最大，根据最大隶属度原则，该火电厂新建机组项目并网安全性评价应被评为“很高”。

4 结语

本文通过建立火电厂新建机组项目并网安全性评价的物元分析模型，并通过案例分析对此评价模型进行实际应用，得到了合理的评价结果。相对于其它方法，采用物元分析模型计算量小，计算相对简单，对于多指标的复杂问题，可以编程，由计算机进行处理，具有良好的实用性；物元分析模型能够把事物的质和量更好的结合，且考虑了相关性对安全性等级评价的影响，是其它方法所不能比拟的［5］。把物元分析模型引入火电厂新建机组项目并网安全性评价中，从而为此类问题的解决提供了一种新方法，在具体应用过程中可以根据不同问题的实际情况调整经典域［6］，方法灵活。

［1］蔡文.物元模型及其应用［M］.北京：科学技术文献出版社，1998,21-25,161-162.

［2］蔡文，杨春燕，何斌.可拓逻辑初步［M］.北京：科学出版社，2003,82-83.

［3］T.L.Saaty,the Analytical Hierarchy Process,McGraw

Hill,New York,1980.

［4］LI Wei,LI Yuanrong,YUAN Xiue.Sustainable Development Evaluation of Power Plants Based on Multilevel Matter-Element Analysis.ICSM2007,Chengdu,China,2007,APR,555-560.

［5］LI Wei,LI Yuanrong,YUAN Xiue.Risk Evaluation of Real Estate Investment Based on Multilevel Matter-Element Analysis.ICCREM2006,Orlando,FL,2006,October,VOL1：976-980.

［6］LI Wei,LI Yuanrong,YANG Zhaofen.Independent Innovation Ability Evaluation of Enterprises Based on Multilevel Matter-Element Analysis. ISMOT2007,Hangzhou China,2007,JUN,192-19.