基于熵權TOPSIS法的電廠運營指標評價

劉延泉，王 帥

（華北電力大學 控制與計算機工程學院，河北保定 071003）

基于熵權TOPSIS法的電廠運營指標評價

劉延泉，王 帥

（華北電力大學 控制與計算機工程學院，河北保定 071003）

針對目前廣泛采用的專家評分法不夠客觀的問題，將改進的TOPSIS法運用到了電廠運營指標的評價上，采用熵權法配合構造出理想解與負理想解，公正客觀的對電廠運營指標進行評價。以河南省內分屬不同電力公司的8家電廠提供的數據作為樣本，運用此種方法進行指標評價，展示了運用TOPSIS法對電廠運營指標進行評價的過程，驗證了使用這種方法過程簡單、容易掌握，并具有客觀性和科學性，為電廠決策人員提供了一種新方法。

熵權法；TOPSIS法；評價

0　引言

隨著電力系統體制、機制改革的深入，電力系統的原有格局被打破，分屬不同發電電力企業之間的競爭更加激烈，因此，如何加強自身競爭力，在日益嚴峻的市場環境下得到廣闊的生存空間，使得企業走上科學發展的道路是每個企業面臨的大問題。所以，采用一種科學的方法對發電企業的主要生產經營指標進行橫向對比，不僅有助于企業自身找出問題，提升其競爭力，也有助于電力行業與國際同行之間縮小差距，推動電力行業向前發展。目前，大家的目光大多集中于電力企業的競爭力排名上，卻忽視了其主要生產經營指標才是一個企業生存發展的根本，因此，本文將基于熵權的TOPSIS法運用到對電廠主要生產經營指標的評價上，通過權重系數來調整主觀偏差，以定量的方法確定電廠主要生產經營各指標之間的權重［1］，并且構造理想解與負理想解，根據各電廠的生產經營指標在坐標中靠近理想解遠離負理想解的評價原則，得到各家電廠在生產經營指標方面的排名，為電廠加強自身建設提供依據。

1　基于TOPSIS法和熵權法的評價方法

1.1TOPSIS法和熵權法簡介

TOPSIS是逼近理想解的排序方法（Technique for Order Preference by Similarity to an Ideal Solution）的英文簡稱［2］，是由 C.L.Hwang和 K. Yoon于1981年首次提出，是借助于多屬性問題的理想解與負理想解，根據有限個評價對象與理想化目標的接近程度對方案集X中各方案進行排序的方法，是對現有的對象進行相對優劣的評價。TOPSIS法是多目標決策分析中一種常用的有效方法，又稱為優劣解距離法［3，4］。

熵權法是一種根據各項指標觀測值所提供的信息量的大小來確定指標權重的方法。熵（Entropy）是熱力學中的一個名詞，在信息論中又稱為平均信息［3］。一般來說，綜合評價中某項指標的值變異程度越大，信息熵越小，該指標提供的信息量就越大，其權重也越大；反之，該指標的權重也越小。因此，可根據各項指標值的變異程度，利用信息熵這個工具計算出各指標的權重——熵權。

基于TOPSIS法的電廠主要生產經營指標的評價方法主要是利用TOPSIS法來進行評價模型的構建，其中的權重分配采用熵權法，并對理想解的方案進行簡化改進，既可以客觀體現電廠生產經營指標所占的比重，又較為全面的體現各家電廠在不同指標之間的差異，相對于傳統方法來講更易于計算。

1.2評價方法及步驟

基于TOPSIS法和熵權法的評價過程如下:

（1）指標矩陣體系的建立

設有n個電廠即n個評價對象，m個生產經營指標即m個評價指標，則初始指標矩陣如下所示:

式中:xij表示第i個電廠的第j個生產經營指標。

（2）規范決策矩陣的建立

（3）權重的分配

一般來說，綜合評價中某項指標的指標值與該指標最優值之間的差異程度越大，其信息熵越小，該指標的權重就越大，說明該指標提供的信息量較大，同時，各評價對象在該指標熵上有明顯差異，應該重點考慮，反之則指標的權重越小，提供的信息量越小［4-7］。具體計算過程如下:

①計算第i個對象的第j項指標占該指標的比重:

式中:yij為規范化決策矩陣的元素。

②計算第j項指標的熵值:

式中:pij為第i個對象的第j項指標占該指標的比重。

③計算第j項指標的差異系數:

式中:ej為第j項指標的熵值。對于第j項指標，指標值xij的差異系數越大，則對方案評價xij的作用就越大，熵值就越小。

④計算第j項指標的權重:

（4）加權規范矩陣的建立

設加權規范矩陣為:R =｛rij｝，則計算公式為:

式中:i=1，…，n；j=1，…，m，wj為第j項指標的權重，yij為規范化決策矩陣的元素［5］。

（5）確定理想解與負理想解

傳統的TOPSIS法是通過假想正、負理想方案，正理想解的元素為指標中的最優值，負理想解的元素為指標中的最劣值，然后分別確定各方案與正理想方案、負理想方案的歐氏距離。根據歐式距離的大小對各個方案進行綜合評價，這種方法較為可靠，缺點是計算量大，數值復雜，使得計算過程較為繁瑣。

為了簡化計算現對傳統 TOPSIS法進行改進［8，9］，由于規范化矩陣 Y中的元素取值范圍為［0，1］，又對于偏好最高的目標屬性值有yij=1，反之yij=0。

由此，可用第j項指標的權重wj來組成正理想解，負理想解取0，則有:

負理想解:X0=（0，0，…，0）

（6）計算各個方案到正負理想解的歐式距離

備選方案xi到理想解的距離為:

備選方案xi到負理想解的距離為:

（7）計算各方案的排隊指示值（即綜合評價指數）

2　基于TOPSIS法的電廠運營指標的評價方法的運用

通過查詢國家能源局網站上的相關數據，整理選取了河南分屬不同電力企業的8家電廠通報數據中的發電量、發電設備平均利用小時、廠用電率、發電標準煤耗率、供電標準煤耗率5個數據套用上面的模型進行評價，原始數據如表1所示，這些火電廠的機組臺數均為2，裝機容量均為1 200 MW［10］。

表1　原始數據

（1）規范決策矩陣的建立

根據公式（1）對表中的數據建立規范決策矩陣，得到的矩陣元素如表2所示，即為無量綱數據。

表2　規范后的數據

（2）權重的分配

根據公式（2）計算得到第i個企業第j個指標所占的比重pij如表3所示。

表3　第i個企業第j項指標占該指標的比重

根據公式（3）、（4）、（5）計算得到熵值ej、差異系數gj、權重wj，如表4所示。

表4　熵值差異系數以及權重計算結果

（3）加權規范矩陣的計算

由公式（6）可得加權規范后的數據矩陣，如表5所示。

表5　加權規范矩陣數據

（4）計算各方案與理想解、負理想解的歐式距離

根據公式（7）、（8）求得的歐式距離，并由公式（9）得出排隊指標Ci*如表6所示，由傳統方法得出結果如表7所示。

表6　改進法指標計算結果以及排序

表7　傳統法指標計算結果以及排序

由上表可知，8個電廠運營指標的優劣排序如下:F、D、E、G、C、A、B、H，與傳統TOPSIS法結果一致，在運營指標方面處于領先地位的是河南華潤電力首陽山有限公司。由此可見，經過改進后的TOPSIS法簡單、實用，具有一定的可靠性，可用于電廠運營指標的評價。

3　結論

本文將TOPSIS法運用到了電廠運營指標的評價上，在權重的配比上采用了熵權法，對傳統求取理想解的過程進行簡化、改進，并且通過實例來進行說明驗證，從而建立起了可靠的對運營指標的評價體系。采用這種方法，不僅能夠做到將各個指標所包含的信息差異進行放大從而體現出來，而且客觀、公平，充分的利用了數據所包含的信息，提高了評價過程的科學性、準確性，整個評價過程簡單易懂，步驟條理易于掌握，能夠幫助企業發現自身存在的問題，具有一定的實際參考價值。

［1］ 王占武，唐凱，嚴良.基于熵權TOPSIS法的火電廠選址綜合決策［J］.安全與環境工程，2011，18（5）:103-106.

［2］ 陳強，楊曉華.基于熵權的TOPSIS法及其在水環境質量綜合評價中的應用［J］.環境工程，2007，25（4）:75-77.

［3］ 岳超源.決策理論與方法［M］.北京:科學出版社，2003.

［4］ 黃煥宗.基于熵權法和優劣解距離法的區域物流產業競爭力評價——以福建省各市的數據為例［J］.安慶師范學院學報（自然科學版），2016，22（1）: 24-26.

［5］ 朱乾，徐淑瓊.基于熵權TOPSIS法的社會網絡節點影響力評估研究［J］.南京航空航天大學學報（社會科學版），2016，18（1）:42-46.

［6］ 張永利，計文平，劉楠楠.基于熵權-TOPSIS-灰色關聯的目標威脅評估研究［J］.現代防御技術，2016，44（1）:72-78.

［7］ 李興國.基于TOPSIS法的河北省城市旅游產出競爭力綜合評價［J］.華北電力大學學報（社會科學版），2016，99（1）:89-91+108.

［8］ 付巧峰.關于TOPSIS法的研究［J］.西安科技大學學報，2008，28（1）:190-193.

［9］ 王敬敏，孫艷復，康俊杰.基于熵權法與改進TOPSIS法的電力企業競爭力評價［J］.華北電力大學學報（自然科學版），2010，37（6）:61 -64.

［10］ 國家能源局河南監管辦.2014年4月份統調電廠主要生產經營指標通報.http://news.bjx.com.cn/ html/20140527/513912.shtml.

Evaluation of the Operation Index of Power Plant Based on Entropy Weight TOPSIS Method

LIU Yanquan，WANG Shuai
（School of Control and Computer Engineering，North China Electric Power University，Baoding 071003，China）

Aiming at the problems of the expert evaluation method is not objective，the improved TOPSIS method is used to evaluate the operation index of the plan，which used the entropy weight method to construct the ideal solution and the negative ideal solution to evaluate the operation index of power plant.Used 8 power plants in Henan province belong to different power companies as the data sample by the method of index evaluation.At the same time，an example is given to illustrate the process by using the method of TOPSIS to the operation index of power plant evaluation，it is proved that this method is simple and easy to grasp，and has the objectivity and the scientific nature，which provides a new method for the power plant’s decision.

entropy weight method；the method of TOPSIS；evaluation

C934

A DOI：10.3969/j.issn.1672-0792.2016.07.007

2016-03-29。

劉延泉（1963-），男，副教授，主要研究方向為PLC、DCS及應用、協調控制系統優化等方面，E-mail:Composer_liu2000@yahoo.com.cn。