基于模糊综合评价法的有序用电管理评估研究

2021-01-14王剑雄黄清兰陈世涛

能源与环保 2021年1期

莫莉，王剑雄，黄清兰，陈世涛

(1.广西电网有限责任公司南宁供电局，广西南宁 530000； 2.广州泰迪智能科技有限公司，广东广州 528000)

伴随着我国经济与科技与日俱增的发展，电力的供给逐步变得紧张起来，这使得电量供应的缺口也逐年增大。为了减缓这种负面增长的趋势，各地政府针对各自的条件与居民用电行为特征，依据有关的行政举措、经济手段或是一些技术指导，建立了有效的有序用电指标体系及相应的评价方法[1]，以此作为应对策略，使电力供应工作顺利地进行下去，依据这种策略进行的电力供应工作过程也称为有序用电。在文献[2]中，依据有序用电工作过程中的不确定性以及人们含糊性的思考逻辑，使用模糊层次分析法计算得出相关指标的权重，再根据权重系数组合建模，从而建立具备针对性的有序用电的评估模型，此模型在洛阳供电公司实际项目的开展运行中，证明了其在针对该地有序供电工作评估的合理性以及科学性。目前，有序用电的策略制定基本都是单一地以政府为对象，从宏观角度调控整个行政区域的电力供应方案，这在宏观层面获得了很好的效果，但细分到各个不同企业时，这种有序用电方案不一定适合各个企业日常的用电实际情况。所以，企业也必须依据本身实际状况来制订科学的、有针对性的有序用电计划，从而最大限度地节约企业自身的用电成本，实现生产利益的最大化。在政府有序用电政策方针的领导下，企业可依据相关经济手段或是一些技术措施，例如有差异的生产设施负荷调整等措施，制定出符合自身生产、发展的有序用电指标体系及对应的评价方法，从而使政府的宏观有序用电方案对企业自身的负面影响降到最低。在保证用电安全的大前提下，展开企业制定的有针对性的有序用电相干任务，既降低了生产成本，又避免了电量的浪费。

在有序用电方案的建立过程中，有许多的影响因素，而这些因素普遍带有不确定的性质，且不排除有因素之间也存在互相影响的情况。因此，需要制定出不同于传统规范与准则的针对于企业的有序用电计划。根据此目标，建立了基于层次分析法的面向企业有序用电的模糊评估模型。从企业客户的生产用电状况、设备间的电量负荷调控以及生产成本等方面进行考虑，应用层次分析法，结合管理、决策层的生产经验，建立针对性的企业有序用电模型。在模型中，本文将以上2点进行量化处理，从而得出各要素间彼此影响的权重值，再应用模糊评价方法对各项因素作出评估以及量化分析，最终模型能够使企业更清晰地了解自身生产过程中的电量使用情况以及制定符合企业自身生产环境的有序用电计划。

1 理论基础

1.1 层次分析法的含义

层次分析法简称为AHP，在1970年由美国的运筹学家T.L.Saaty所提出。它是一种按层次将权重分类，从而帮助人们进行决策与分析的方法，将人类的思考通过层次化与数量化后，使需要决策的研究问题相关影响因素解析为3个层次：目标层、,准则层和指标层，最后分别根据这些层次进行量化分析得到决策方案。

层次分析方法的主旨是要将所研究的问题进行剖解并构建不同层次的前提下，结合集合论中的测度理论，经过层与层之间的比较，应用对应的标度使人类的评判分析标准进行标准量化，逐一构建对应的判定矩阵，计算得出各个判定矩阵的权重系数，再计算出此次研究的问题即有序用电方案的综合权重值。构建过程有以下4步[3-4]：

(1)建立层次结构模型。层次分析法指标结构如图1所示。

图1 层次分析法指标结构Fig.1 Index structure of analytic hierarchy process

(2)构建各层的判断矩阵。从准则层开始运用1—9尺度构造判断矩阵A。ai、aj(i，j=1，2，3，…，n)表示因素。aij表示ai对aj的相对重要性数值。

aij=1/aji

(1)

(3)重要性计算排序。从判断矩阵A出发，求出矩阵A的最大特征值λmax所对应特征向量ω。方程为：

Aω=λω

(2)

所求出的特征向量ω值，即代表各个评价要素的重要性排序，即权重分配。

(4) 一致性检验。欲知前面求出的权重分配是否正确，还需要对其判断矩阵作一致性检验。

QR=QI/HI

(3)

式中，QR为判断矩阵的随机统一性比率；QI为一般一致性指标，如式(4)。

(4)

HI为判断矩阵的平均随机一致性比率，1—9阶判断矩阵的RI值如下：n取值为1、2、3、4、5、6、7、8、9，对应的HI取值为0.11、0.15、0.60、0.85、1.56、1.42、1.62、1.71、1.65。

当QR<0.1或λmax=n，QI越接近0时，表示A越满足统一性性质；否则，必须调整A中的元素，以使其满足统一性。

1.2 模糊评价法

模糊评估方法是利用模糊变换原理以最大从属度为准则，联合评估体系中的各个影响要素，从而对研究问题进行综合评估的一种方法。它的特征是，数学模型的构建相对来说比较简单，使其能更容易被掌握以及运用，在处理多个影响因素、多层次的复杂问题时也能得到很好的评价效果，这也是模糊评价方法优于其他模型的原因。

模糊评价模型可有一级评估模型、多级评估模型2个类型。其中，一级评估模型进行评估的一般步骤有以下5步[5-7]。

(1)与所研究问题的专家成立评判工作小组。

(2)经过探讨与研究，确立系统评价因素集合，即评估指标集合：

C={c1，c2，…，cn}

(5)

建立评价尺度集：

G={g1，g2，…，gm}

(6)

(3)运用层次分析法，确定各评估目标的相对重要度：

X=(x1，x2，…，xn)

(7)

它是C的一个模糊子集。xi是单要素Ci在总评估中的影响水平大小。

(4)建立判断矩阵。

wi，j=W(ci，gi)

(8)

式中，W为评价指标集C到评价尺度集的一个模糊关系；wi，j为评价指标Ci对评价尺度Gj的隶属度。

(5)综合评价。通常的评估对象评估指标体系具备多层次构造，故应用多层次模糊综合评估模型来求得最终综合评估结果。

B=X·W

(9)

2 有序用电管理综合评价模型构建

2.1 指标体系构建

要实现有序用电,必须建立一个完整完善考虑多方面的权威的评估系统，并且必须以充分了解用电侧需求以及有序用电理论为基础，结合供电局运营人员的管理经验进行完整验证。从现有的文献中概括当前评估体系的研究方向：文献[8]构建了企业有序用电价值评估系统，分客户用电价值、客户节能减排效益和客户经济效益3个模块；李正明等[2]从运转经济性、执行可靠性和技术适应性出发对有序用电方案进行综合评估；李金超等将电力客户价值分为变现价值和潜在价值；曾鸣等在指标体系中添加了社会节能因子；郝为民立足于有序用电任务理论给出了有序用电管理的基本框架，提出需要对有序用电治理效果，包含方案施行效果和有序用电的社会影响等要素进行综合评估，形成有序用电闭环管理方式。在研究需求侧资源中专变客户占据重要地位，为推进其提高能源应用效率，在已有文献中从能源使用效率角度建立指标体系对其进行评估。现有的有序用电体系建设主要从关注效益层面为目标，以社会效益、环保效益和经济效益等为基础来构建评估指标体系，疏忽了业务层面指标，没有基于实际生产环境而建立有序用电的详细治理流程。本文在咨询供电局运营管理专家意见的基础上，从有序用电治理流程出发，构建有序用电管理的综合评估指标体系，详细如图2所示。

图2 有序用电综合评价指标体系Fig.2 Comprehensive evaluation index system for orderly electricity consumption

经济运转指标主要是指通过合理调整生产安装过程进行生产进程的检测，然后再分析执行计划后生产流程的可行性，同时还要分析加工设施的耗电性，以达到科学生产。除此之外，还要考虑不同时间段的用电费用以及工人的工资。

综上总结，经济运转指标包括不同时间的电费费率、生产资本、相比通常生产过程中产生的经济损失以及员工的工资4个分析维度。同时需要考虑执行可靠性，执行可靠性指方案的试行能否符合有序有电的细则以及当前执行计划后能否确保产品的输出以及品质。此次讨论从3个方面来衡量品质能否合乎设备运转需求以及生产过程能否完好，最重要的是负荷释放合乎有序用电的细则；技术适应性是指当前有序用电的计划施行后产品的品质能否得到保证，此外还需要考虑生产过程的安全性、对环境造成的污染程度、生产工人的职业素质以及能否顺利执行方案等相对难以衡量的指标。

2.2 综合评价算法构建

3 仿真验证

为验证上述算法的可行性和适应性，本文通过PYTHON软件对上述的算法进行编程，并结合某电力局作为实例，对其有序用电管理的整体效果进行评价。由此，根据上述的评价，可以得到指标层相对于准则层的权重分别为：A=(0.75，0.30，0.45，0.07)，B=(0.66，0.45，0.35)，C=(0.34，0.54，0.24)；准则层相对于目标层的权重为：U=(0.75，0.20，0.30)，同时根据专家打分结果，得到判断矩阵，并最终求解得到该电力局在有序用电方面的综合评分为6.26分。由上述结果看出，该电力局在客户有序用电管理方面，其得分在5.0～7.5，说明该电力局在整体的有序用电管理方面的效果是好的，但存在某些问题，需要进行改良。