输电线路全寿命周期设计评价方法分析

2015-04-01梁宵，徐斌

吉林电力 2015年3期

梁宵，徐斌

（1.中国电力工程顾问集团东北电力设计院有限公司，长春 130021；2.长春东电电力工程有限公司，长春 130021）

全寿命周期过程是在设计阶段考虑产品寿命历程的所有环节，将所有相关因素在产品设计阶段得到综合规划和优化的一种设计理论，其最终目标是尽可能在质量、环保等约束条件下缩短设计时间并实现产品寿命周期最优化。本文根据输电线路全寿命周期设计特点，运用层次分析法和模糊综合评价法相结合的模糊层次评价法，进行输电线路全寿命周期设计评价。

1 模糊层次评价法的基本内容

模糊层次评价方法是将德尔菲法、层次分析法与模糊综合评价法相结合，进而构建评估指标体系、确定各指标的权重，通过各指标对于评语集的隶属度确定其相应等级的一种计量方法。

1.1 德尔菲法

德尔菲法又称专家调查法。该方法主要依据系统的程序，采用匿名发表意见的方式，即专家之间采取“背靠背”的方式发表意见，不得互相讨论，只与调查人员有关，对所要预测的问题多轮次征求专家意见，然后把反馈的信息整理、归纳、统计，再匿名反馈给各专家，再次征求意见，再集中，再反馈，直至得到稳定的意见。德尔菲法作为一种主观、定性的方法，不仅可以用于预测领域，还可以广泛应用于各种评价指标体系的建立和具体指标的确定过程。德尔菲法的具体实施步骤见参考文献［1］。

1.2 层次分析法

层次分析法是一种定性和定量相结合的以定量为主、系统化、层次化的分析方法。该方法首先将所要分析的问题层次化，根据问题的性质和要求达到总目标，将问题分解成不同的层次结构，按照指标间的相互关系及隶属关系，将指标按不同层次聚集组合，形成一个多层次分析结构模型。层次分析法的实施步骤如下。

1.2.1 构建多层次指标体系

运用层次分析法决策时，首先要按照条理化、层次化构建层次指标体系，在这个体系中，复杂的问题被分解成若干指标因素。该体系应该包括最高层（目标层）、中间层（指标层）、最底层（方案层或者评价层），每一下层指标对上一层指标有一定程度的隶属关系及权重。

1.2.2 构造判断矩阵［2］

构造两两比较的判断矩阵的目的是通过专家对于每一层指标对下层指标的支配程度的判断来确定该指标体系中各层指标的权重。根据矩阵中各指标的两两判断，可以消弱因为个别判断失误对整个指标体系权重判断的影响。构建两两指标比较的判断矩阵需要遵循Seaty的1－9标度法，判断矩阵标度及含义见表1，其中，A为评估总目标，ai、aj分别为矩阵的行和列。

表1 判断矩阵标度及含义

表1反应了根据专家打分，指标i相对于指标j的相对重要性情况，从而可以得到判断矩阵A：

1.2.3 层次单排序

层次单排序是指判断矩阵A对应于最大特征值的特征向量W，经归一化即为同一层次相应因素对于上一层次某因素相对重要性的排序权值的归一化过程，具体步骤如下。

d.一致性检验。采用方根法来计算各判断矩阵的最大特征跟λmax及其对应的特征向量，对特征向量做归一化处理，确定各层次单排序权向量W，即为同一层次分解后的各因素对于上一层次各因素的相对重要性的排序权值，这一过程即为层次单排序。计算各判断矩阵的一致性指标CI，CI＝λmax－n/（n－1），进一步计算随机一致性比率CR＝CI/RI，进行一致性检验。当CR＜0.10时，认为层次单排序的不一致程度在允许范围之内，便可用其归一化后的特征向量作为权向量，否则要重新构造判断矩阵A，再次进行一致性检验，直到通过检验。平均随机一致性指标RI的值列于表2。

表2 不同判断阶数RI 值确定

e.层次总排序。层次总排序是确定最底层所有指标对于总目标相对重要性的排序权值过程，需要自下而上对指标体系中的指标权重进行合成。在层次单排序中，根据专家打分和层次分析法，可以确定层次单排序的各指标的权重值，然后对层次单排序中的各指标值的权重进行层次总排序，可以得到在整个评价指标体系中各指标的权重，计算总排序随机一致性比率CR进行一致性检验。

1.3 评估标准［3］

结合输电线路工程特点，每一因素（如可实施性、环保节约性、可扩建性等）可分为5个等级，各因素评分标准见表3。

表3 各因素评分标准

2 模糊综合评价法在设计方案评价中的应用

模糊综合评价法是一种基于模糊数学的综合评标方法。该综合评价法根据模糊数学的隶属度理论把定性评价转化为定量评价，即用模糊数学对受到多种因素制约的事物或对象做出一个总体的评价。具有结果清晰，系统性强的特点，能较好地解决模糊的、难以量化的问题，适合各种非确定性问题的解决，是利用模糊数学理论针对有大量非定量化因素的评估系统而提出的一种评估方法。它是在确定评估指标及其权重和评估标度的基础上，用模糊隶属度的方式来度量评估分析对象，从而获得评估系统各替代方案优先顺序的有关信息，评估的具体步骤如下。

2.1 确定评估指标集及评判评语集

结合国家电网公司2014试行的《输电线路全寿命周期设计建设技术导则》所提出的指标体结构图，确定评估指标集。设评估总目标为A，则A＝（A1，A2，A3，A4，A5，A6，A7，A8），其中A1＝（A11，A12，A13，A14，A15，A16），A2＝（A21，A22，A23，A24，A25，A26，A27），其余A3、A4…，照此类推。

确定评判评语集：评估值V＝（V1，V2，V3，V4，V5），V1代表最好，V2代表好，V3代表较好…，以此类推，见表1。

设指标Uij隶属于第K（K＝1，2，3，4，5）个评语的隶属度为rijk，则可构造评估矩阵Ri：

式中：rijk是整个评审专家组在第K种评语对第Uij项指标进行评估的概率，rijk＝mijk/N通过统计调查法得到，N表示参与评审的专家人数，mijk表示对第Uij项指标合计有mijk个人在第K个评语上画“√”。

2.2 得到一级模糊综合评估向量

对每个Ui＝｛Ui1，Ui2，…，Uim｝的m个因素，按一级模糊综合评判得一级综合评估向量Ai：

式中：i＝1，2，…，7；Wi为Ui指标的权重系数，其值由层次分析法确定；Ri为对Ui的单因素评估矩阵；符号“○”表示模糊合成运算；aik＝（wi1ri1k）⊕（wi2ri2k）⊕（wi3ri3k）⊕…⊕（wijrijk）；k＝1，2，…，5。

2.3 得到二级模糊综合评判矩阵

将Ui（i＝1，2，…，5）看成一个指标，这样W＝｛W1，W2，…，W5｝，得出二级综合评判矩阵Ri：

得到一级综合评估向量A：

2.4 对模糊综合评估进行评判和分析

根据最大隶属度原则对模糊综合评估进行评判和分析。最大隶属度原则，即评估向量中的最大值所对应的评语为项目各自的评估等级。在实际应用中，是通过先计算不同评语子集的隶属度与相应的评分值的乘积，再整体相加，得到一个确定的风险评价值，为后面的项目决策提供依据，评估值V为：

式中F为评语分值向量。

3 输电线路全寿命周期设计评价多层次指标体系的构建

输电线路总的目标层就是对方案做出总的评价。总目标层A下有路径、导线、地线、基础、杆塔、绝缘子、金具防雷接地等在此处键入公式，8个评价要素组成指标层，输电线路全寿命周期设计评价的指标体系结构见图1。每一评价要素都包括或部分包括了安全可靠性、经济性、节约环保性、可实施性、可维护性、可扩展性、可回收性7项性能指标，组成了指标体系的评价层，评价指标层各评价指标的评价要素见表4。A为目标层A1～A8为指标层A11～A16为A1指标的评价层，以此类推。