上海電力發(fā)展基態(tài)指數(shù)的構建與分析

俞國勤，管人龍，鄒　斌，胡建一，邵宇鷹，張新華

(1.國網(wǎng)上海市電力公司，上?！?00432；2.國網(wǎng)華東分部，上海　200120；3.上海大學，上?！?00072；4.上海社會科學院，上?！?00030)

?

上海電力發(fā)展基態(tài)指數(shù)的構建與分析

俞國勤1，管人龍2，鄒斌3，胡建一4，邵宇鷹1，張新華1

(1.國網(wǎng)上海市電力公司，上海200432；2.國網(wǎng)華東分部，上海200120；3.上海大學，上海200072；4.上海社會科學院，上海200030)

摘要：基于層次分析法并經(jīng)一致性檢驗遞階型相關指標等效權重，構建了反映近十年上海電力發(fā)展基本態(tài)勢的指標矩陣，從而得出以年為單位的上海電力發(fā)展基態(tài)指數(shù)(BSI)值及其曲線；還進行“底層”指標的優(yōu)化組合和相關指標靈敏度分析，并提出對電力發(fā)展基態(tài)指數(shù)解讀方式的分析建議。

關鍵詞：電力基態(tài)指數(shù)；電力發(fā)展；層次分析法

進入后工業(yè)化時期后，在上海沿用了幾十年的電力消費彈性系數(shù)，顯然已經(jīng)無法再確切指證電力發(fā)展的前景。于是近十幾年來，陸續(xù)有研究者提出了若干與電力相關的指數(shù)，如國家電網(wǎng)北京經(jīng)濟技術研究院胡兆光提出了電力供需指數(shù)、 東南大學和福建省電網(wǎng)公司開展了電力經(jīng)理指數(shù)的研究，以及經(jīng)濟調(diào)控下的電力消費指數(shù)研討[1-3]，這些指數(shù)的研究主要為了電力需求分析的，或用于判斷全國電力供需狀況，或希望進行行業(yè)用電趨勢的預測。

上海電網(wǎng)是典型的大城市受端電網(wǎng)，上海電力發(fā)展基態(tài)指數(shù)則將反映上海地區(qū)經(jīng)濟戰(zhàn)略轉型下電力發(fā)展的前景趨勢，特別展現(xiàn)上海電網(wǎng)強直流弱交流多端受電和本地弱開機方式下表征電力發(fā)展過程中電力生產(chǎn)、電網(wǎng)運行和電力消費鏈的基本態(tài)勢，即電力供應在能力和效率上的基本特征和電力消費在數(shù)量和質(zhì)量上的基本特征；在發(fā)電領域則體現(xiàn)發(fā)電煤耗、清潔能源供電比率以及發(fā)電利用小時數(shù)等特征，在電網(wǎng)運行上體現(xiàn)供電可靠性、網(wǎng)損，設備利用率等特征，在電力消費中反映電能利用效益和電力消費數(shù)量的變化。

1上海電力發(fā)展基態(tài)指數(shù)的構建

在《上海電力發(fā)展狀況分析報告》[4]歷年積累的指標數(shù)據(jù)上，基于層次分析法(AHP)構建上海電力發(fā)展基態(tài)指數(shù)。

1.1層次遞階結構的指標體系

應用AHP分析決策問題方法，在廣泛征詢業(yè)內(nèi)專家的基礎上，從30個指標中遴選出14個指標，把解決基態(tài)指數(shù)的問題構造成一個有層次遞解的指標體系結構模型(見圖1)。其中，準則層為電力生產(chǎn)、電網(wǎng)運行和電力消費三類指標，方案層為相應的關聯(lián)指標。

層次遞階結構中的層次數(shù)與問題的復雜程度及需要分析的詳盡程度有關，一般地層次數(shù)不受限制；每一層次中各元素所支配的元素原則上不宜超過9個。

圖1　上海電力發(fā)展基態(tài)指數(shù)指標結構圖

1.2判別標度與判斷矩陣

表1　層次分析的指標判別比例標度

此外，根據(jù)業(yè)內(nèi)專家的判別標度給出準則層和方案層的判別矩陣(見表2～表5)。

表2　準則層判斷矩陣A11的標度賦值

表3　方案層電力生產(chǎn)判斷矩陣A21的標度賦值

表4　方案層電網(wǎng)運行判斷矩陣A22的標度賦值

表5　方案層電力消費判斷矩陣A23的標度賦值

判別矩陣中的標度賦值：mij為表1中的標度及標度值，且mij=1/mji；當i=j時，mij=mji=1。

1.3構建流程

(1)求判別矩陣最大特征值

對每個專家按表1給出的表2～表5的判別矩陣，分別求出其最大特征值λmax。

(2)一致性檢驗

其中，RI為平均隨機一致性指標值，其值按矩陣階n而定(見表6)。

表6　平均隨機一致性指標

當CR<0.1時，認為判別矩陣的一致性是可以接受的。否則應對判斷矩陣作適當修正。

(3)特征向量法求指標權重

利用特征向量法對n×n判別矩陣A，對應的n維權重矢量W為：

AW=λmaxW

(4)當多個專家給出判別時，需要對其的判別進行集結融合

每個專家判別結果給出的權重，再需要按照權重加權平均，并重復一致性檢驗。最終可得到各元素特別是最低層中各方案對目標的排序權重。

(5)原始數(shù)據(jù)標準化

數(shù)據(jù)標準化的目的是使得不同量綱的指標在數(shù)值上處于相同的水平，同時，將所有數(shù)據(jù)表現(xiàn)為正向性。數(shù)據(jù)標準化處理后的2006～2014年指標數(shù)據(jù)列于表7。

設某指標為xij，i為表3～表5中某個指標；j=0,1,2,3…年份，其中基準年j為0。則標準化去量綱：

在評價過程中，有一個隱含的意思，指數(shù)越大越好。而有些指標并非越大越好，例如，供電煤耗，二氧化硫排放量，綜合線損率，最大峰谷差占最高用電負荷比重其含義是越小越好，因此，在進行數(shù)據(jù)處理時，將其正向化處理：

(6)標準化處理

標準化處理后的指標數(shù)據(jù)如表7所示。利用基于MATLAB的程序進行計算，得到如圖2所示上海電力發(fā)展基態(tài)指數(shù)曲線。為便于比較，同時列出了電力生產(chǎn)、電網(wǎng)運行和電力消費三個子指數(shù)的曲線和電力消費量曲線。上海電力發(fā)展基態(tài)指數(shù)基準值及各指標權重值如表8所示。

圖2　上海電力發(fā)展基態(tài)指數(shù)曲線(2006～2014年)

年份裝機容量年度發(fā)電量發(fā)電利用小時數(shù)供電煤耗二氧化硫排放量清潔能源供電量比重公用變電站容量綜合線損率供電可靠性上海最高用電負荷最大峰谷差占最高用電負荷比重電力消費電量第三產(chǎn)業(yè)電力消費比重居民用電比重電力在全市能源消費的比重20061.00001.00001.00001.00001.00001.00001.00001.00001.00001.00001.00001.00001.00001.00001.000020070.97371.02071.04831.02131.02050.94271.07561.00661.00001.08550.98221.08281.02600.99190.977520081.13571.09370.96311.02441.13880.87211.18211.00661.00011.14791.04211.14951.09381.04870.980320091.21811.07710.88431.04021.34070.91571.29041.00661.00011.21801.00421.16361.21351.07790.949320101.35311.30030.96101.06331.41860.79911.44381.00661.00011.34141.05041.30911.23961.05840.957720111.42541.41320.99141.09092.11581.22641.54781.00661.00011.30450.99051.35351.26561.06010.960620121.46391.34020.91551.10892.22611.23931.61650.99021.00011.32650.97121.36671.32291.12180.949320131.46861.33750.91061.11262.35401.19231.73360.98231.00011.50480.99901.42531.42191.17940.963420141.47001.11290.75721.11632.70071.29741.82030.97601.00011.37160.90781.46771.47921.03170.9634

表8　上海電力發(fā)展基態(tài)指數(shù)基準值及各指標權重值

2上海電力發(fā)展基態(tài)指數(shù)的分析

2.1基本分析

(1)電力發(fā)展基態(tài)指數(shù)的顯著增長原因，如2008年來自裝機容量、年度發(fā)電量和電力消費的增長；2010年來自電力生產(chǎn)、電網(wǎng)運行和電力消費同時增長，電力消費電量、發(fā)電量、發(fā)電裝機容量、變壓器容量增長明顯；2011年電力生產(chǎn)環(huán)節(jié)的幾乎所有指標都有明顯的增長。

(2) 電力發(fā)展基態(tài)指數(shù)增長較低原因，2012年發(fā)電量減少，發(fā)電利用小時數(shù)減少；2014年裝機容量幾乎沒有增長，發(fā)電量和發(fā)電利用小時數(shù)都減小，也導致了發(fā)電環(huán)節(jié)是負增長。

(3)最大峰谷差占最高負荷比重指標，既有反映電網(wǎng)控制難度的考慮，又有反映電力消費季節(jié)與時間的考慮；將其安排在電網(wǎng)運行或電力消費需權衡和優(yōu)化。以2014年數(shù)據(jù)為案例，經(jīng)計算，如若將其安排在電網(wǎng)運行，則電網(wǎng)運行指數(shù)為負增長1.72，電力消費指數(shù)增長78.63；如若將其安排在電力消費，則電網(wǎng)運行指數(shù)增長8.73，電力消費增長26.81。顯然，將該指標安排在電力消費更合適。

2.2靈敏度分析

(1)電力消費電量與發(fā)電分配增長的靈敏度分析

以假設2014年電力消費增長分別為0%、2%和5%，而對應的發(fā)電量影響分別按照完全由本地發(fā)電機組滿足、完全由外地清潔能源滿足、或者本地發(fā)電機組和外來電均分增長的電量，表9給出了7種參數(shù)變化的情況，表10為不同參數(shù)變化下基態(tài)指數(shù)及各環(huán)節(jié)指數(shù)的影響。

顯然，電力消費電量增長，將引領基態(tài)指數(shù)、電力消費環(huán)節(jié)指數(shù)和電力生產(chǎn)環(huán)節(jié)指數(shù)增長，且電力消費的增長由外來清潔能源承擔，或至少承擔一半都比獨立由本地發(fā)電承擔對基態(tài)指數(shù)的增長顯著。

表9　假設2014年變化的參數(shù)

表10　不同參數(shù)變化對上海電力基態(tài)指數(shù)的影響

(2)最大峰谷差占比的靈敏度分析

表11為當最大峰谷差占比增大后，由于其是反向性指標，將使電力消費環(huán)節(jié)指數(shù)下降，同時影響基態(tài)指數(shù)值下降。

表11　最大峰谷差占最高用電負荷比重的靈敏度分析

2.3貢獻率分析

可以將各子指數(shù)的變化乘以其權重比上海電力發(fā)展基態(tài)指數(shù)的變化量，作為其對基態(tài)指數(shù)的貢獻率。

3結語

以2006年為基準年的各年上海電力發(fā)展基態(tài)指數(shù)及其軌跡，成為對上海電力發(fā)展基本狀態(tài)的一個綜合表征。

在條件具備時，電網(wǎng)運行的指標從變壓器變電容量擴展到分電壓等級的變電站容量和線路長度；電力生產(chǎn)的二氧化硫排放量指標可擴展到包含氮氧化物排放量。

參考文獻：

[1]胡兆光. 電力供需指數(shù)研究 [J]. 電力與經(jīng)濟，2007，40(7)：5-7.

HU Zhao-guang. Power supply and demand index[J]. Electric Power,2007,40(7):5-7.

[2]徐青山，王文帝，林章歲，等. 面向行業(yè)大數(shù)據(jù)特征挖掘的電力經(jīng)理指數(shù)體系的建立與應用[J]. 電力自動化設備，2015，35(7)：15-21.

XU Qing-shan, WANG Wen-di, LIN Zhang-sui, et al. Establishment and application of EMI indicator system orienting to massive industrial data mining[J]. Electric Power Automation Equipment,2015,35(7).

[3]熊祥福. 經(jīng)濟調(diào)控下的電力消費指數(shù)探究[J] .環(huán)境經(jīng)濟，2014(125)：45-46.

[4]上海電力技術與管理學院，上海市能源研究會.上海電力發(fā)展狀況分析報告 [R] .2015.

[5]呂躍進，張維. 指數(shù)標度在AHP標度系統(tǒng)中的重要作用[J]. 系統(tǒng)工程學報，2003，18(5)：452-453.

LV Yue-jin, ZHANG Wei. Kernel function of index scale in AHP scale system[J]．Journal of Systems Engineering，2003，18(5)：452-453.

(本文編輯：趙艷粉)

Construction and Analysis of Shanghai Power Development Basic State Index

YU Guo-qin1, GUAN Ren-long2, ZOU Bin3, HU Jian-yi4, SHAO Yu-ying1, ZHANG Xin-hua1

(1. Shanghai Municipal Electric Power Company, Shanghai 200432, China;2. State Grid East China Branch, Shanghai 200120, China;3. Shanghai University, Shanghai 200072, China;4. Shanghai Academy of Social Sciences, Shanghai 200030, China)

Abstract:Based on the analytic hierarchy process (AHP) and the hierarchical correlation index equivalent weights for consistency checking, this paper builds up the index matrix reflecting the basic situation of Shanghai electric power development in the recent decade, and obtains the basic state index (BSI) value and curve per year of Shanghai electric power development; It also makes optimal combination of the "bottom" index and the sensitivity analysis of the related indicators, and proposes some suggestions on the BSI reading method analysis.

Key words:power basic state index; electric power development; analytic hierarchy process (AHP)

DOI：10.11973/dlyny201602001

作者簡介：俞國勤(1962)，男，碩士，高級工程師，從事電力系統(tǒng)技術管理工作。

中圖分類號：F426

文獻標志碼：A

文章編號：2095-1256(2016)02-0157-04

收稿日期：2016-01-15