基于云理論的電力生產(chǎn)安全評(píng)估

覃兆安

（國(guó)網(wǎng)浙江省電力公司嘉興供電公司，浙江 嘉興 314000）

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基于云理論的電力生產(chǎn)安全評(píng)估

覃兆安

（國(guó)網(wǎng)浙江省電力公司嘉興供電公司，浙江 嘉興 314000）

鑒于安全評(píng)判具有模糊和隨機(jī)屬性，文章提出以云理論為模型框架來(lái)對(duì)電力生產(chǎn)進(jìn)行安全性評(píng)估。首先統(tǒng)籌建立評(píng)估指標(biāo)體系，并采用主客觀相結(jié)合的方法來(lái)分配指標(biāo)權(quán)重；接著以云模型為主體，引入可拓學(xué)物元理論，建立不確定環(huán)境下分析電力生產(chǎn)安全狀態(tài)的定量模型；最后佐以算例驗(yàn)證。

電力生產(chǎn)；云模型；狀態(tài)評(píng)估；指標(biāo)體系

電力生產(chǎn)要能滿足人們?nèi)找嬖鲩L(zhǎng)的用電需求，一方面要保證適當(dāng)?shù)碾娋W(wǎng)規(guī)模，另一方面必須講求生產(chǎn)過(guò)程的安全性。安全性與風(fēng)險(xiǎn)相關(guān)聯(lián)，可通過(guò)一定方法進(jìn)行分析。就目前來(lái)看，進(jìn)行安全性評(píng)價(jià)的方法主要有灰色關(guān)聯(lián)法、模糊決策法、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法等［1］。這些方法注意到了安全邊界的模糊屬性，試圖通過(guò)尋找影響安全的各類(lèi)因素之間的數(shù)值關(guān)聯(lián)來(lái)判斷安全態(tài)勢(shì)，但大多停留在定性層面，難以給管理人員提供客觀和穩(wěn)定的判斷意見(jiàn)。

文章認(rèn)為：云理論通過(guò)構(gòu)建科學(xué)的數(shù)字特征（期望、熵、超熵）、云發(fā)生器和云語(yǔ)言預(yù)測(cè)規(guī)則，在不確定性評(píng)估領(lǐng)域有著成功應(yīng)用。因此可以以云理論為依托，引入有力的輔助分析工具（物元理論），來(lái)形成新的關(guān)于電力生產(chǎn)安全評(píng)價(jià)方面的方法體系。

1 電力生產(chǎn)安全性評(píng)判指標(biāo)體系

1.1評(píng)判指標(biāo)分類(lèi)

電力生產(chǎn)是一個(gè)綜合體系，其安全程度受多種因素制約。這些因素犬牙交錯(cuò)、相互耦合，在梳理上存在一定困難。文獻(xiàn)［2］中，曲朝陽(yáng)認(rèn)為評(píng)價(jià)電力生產(chǎn)安全程度的指標(biāo)是多層級(jí)結(jié)構(gòu)；文獻(xiàn)［3］中，肖耀輝認(rèn)為影響電力生產(chǎn)安全的因素來(lái)自人、機(jī)、環(huán)境和管理四個(gè)方面。筆者在綜合參閱上述文獻(xiàn)基礎(chǔ)上，結(jié)合自身經(jīng)驗(yàn)，認(rèn)為評(píng)判指標(biāo)的建立因遵循以下原則：①分層原則。這樣有利于指標(biāo)的歸類(lèi)和管理，但層次不能太多，否則既增加評(píng)判工作量又增加指標(biāo)權(quán)重分配的難度；②精細(xì)化原則。即緊抓核心，舍棄邊緣，不打指標(biāo)“亂仗”。

根據(jù)以上原則，筆者提出如圖1所示的類(lèi)似工程管理領(lǐng)域的指標(biāo)分類(lèi)（工程管理經(jīng)常按照人、機(jī)、料、法、環(huán)來(lái)進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)估測(cè)、進(jìn)度分析等）。其中，一級(jí)指標(biāo)涵蓋電力生產(chǎn)的各大要素，但又不相互重疊；二級(jí)指標(biāo)的劃分突出對(duì)安全生產(chǎn)影響最大的因素，使安全管理有的放矢。

1.2指標(biāo)權(quán)重分配

為保證指標(biāo)權(quán)重分配的科學(xué)性，一方面需要充分借鑒專(zhuān)家知識(shí)，另一方面需要挖掘指標(biāo)本身蘊(yùn)含的客觀信息，因此指標(biāo)權(quán)重的分配方法應(yīng)符合主客觀“合體”。通過(guò)參閱文獻(xiàn)［4-6］，筆者認(rèn)為：可分別用層次分析法和熵權(quán)法來(lái)確定指標(biāo)的主觀權(quán)重和客觀權(quán)重，然后利用加和法進(jìn)行集成。

層次分析法原理：由一定數(shù)量的專(zhuān)家對(duì)指標(biāo)重要性進(jìn)行排序，分析各指標(biāo)間的相對(duì)重要程度并構(gòu)建判斷矩陣，然后求取各指標(biāo)的權(quán)重值wai，在此基礎(chǔ)上形成主觀權(quán)重向量Wa=（wai）1×n，n為指標(biāo)個(gè)數(shù)。

熵權(quán)法原理：根據(jù)指標(biāo)變異程度，客觀計(jì)算各指標(biāo)熵值，然后基于熵值大小的比較而確定指標(biāo)權(quán)重wei，再在此基礎(chǔ)上形成客觀權(quán)重向量We=（wei）1×n。

圖1　電力生產(chǎn)安全性評(píng)判的指標(biāo)體系

加和法原理：根據(jù)式（1），將Wa和We合成。其中，Pi為Wa升序排列后的第i個(gè)分量。

2 引入可拓學(xué)的云理論

可拓學(xué)是一門(mén)興起于20世紀(jì)80年代的交叉學(xué)科，它通過(guò)建立物元模型來(lái)處理一些復(fù)雜問(wèn)題。物元模型表示為R=（N，c，v），其中R指要處理的事務(wù)，N指與事務(wù)R有關(guān)的某事物名稱(chēng)、c指事物特征，v為事物特征值。對(duì)應(yīng)到電力生產(chǎn)安全評(píng)判工作，可將R視作“評(píng)判劃分的安全等級(jí)”，將c視作評(píng)判指標(biāo)、v視作評(píng)判指標(biāo)的等級(jí)描述。

云理論是一種基于概率論和模糊集理論的專(zhuān)用于不確定性領(lǐng)域的新工具，其常見(jiàn)形式為一維正態(tài)云。正態(tài)云的數(shù)字特征有3個(gè)：期望Ex、熵En、超熵He，三者的含義以及用作電力生產(chǎn)安全性評(píng)判時(shí)的作用如圖2所示。

圖2　正態(tài)云的數(shù)字特征及用作安全評(píng)判時(shí)的作用

鑒于以上物元理論和云理論的特點(diǎn)，筆者認(rèn)為可以將二者結(jié)合進(jìn)行電力生產(chǎn)安全性評(píng)判，即構(gòu)建如式（2）所示模型（以正態(tài)云三元組（Ex、En、He）代替v）。該模型優(yōu)點(diǎn)：既充分利用物元理論在描述客觀事物變化方面的優(yōu)勢(shì)，又深度吸納云模型關(guān)于不確定性處理的特長(zhǎng)，因此是理想的電力生產(chǎn)安全評(píng)估的方法體系。

3 電力生產(chǎn)安全評(píng)估的開(kāi)展

3.1明確各安全等級(jí)之間的界限

首先，按照對(duì)模糊概念的評(píng)價(jià)思維，將電力生產(chǎn)的安全水平進(jìn)行等級(jí)劃分。不失一般性，可劃分為1—5級(jí)，分別對(duì)應(yīng)為“很安全”、“安全”、“注意”、“危險(xiǎn)”、“很危險(xiǎn)”。圖1中各指標(biāo)（ci）在5種安全等級(jí)下的取值范圍可由大量專(zhuān)家在統(tǒng)計(jì)分析的基礎(chǔ)上科學(xué)得出［7］，詳見(jiàn)表1。

其次，以各指標(biāo)在各等級(jí)下的取值上、下限為參照，加以模糊性擴(kuò)展，得到約束空間［cmax、cmin］，然后按照式（3）計(jì)算正態(tài)云的Ex和En，而正態(tài)云的He可結(jié)合指標(biāo)的屬性取0.0001或0.0002。

表1　各指標(biāo)在各等級(jí)下的取值范圍

3.2云關(guān)聯(lián)度計(jì)算

將待評(píng)指標(biāo)視作云滴，隨機(jī)生成服從Ex、He的方差nE′；然后按式（4）逐個(gè)計(jì)算第i個(gè)指標(biāo)與第j個(gè)安全等級(jí)界限云之間的關(guān)聯(lián)度，并形成綜合矩陣D。

3.3安全等級(jí)確立與危險(xiǎn)辨識(shí)

首先按式（5）進(jìn)行單次模糊等級(jí)計(jì)算。其中，r為模糊等級(jí)特征值，gi為G最大分量，fi為gi對(duì)應(yīng)分值（1—5級(jí)分別取值1—5），其余參數(shù)含義見(jiàn)前文。

對(duì)式（5）多次求解，然后按式（6）求取最終評(píng)價(jià)等級(jí)（h為求解次數(shù)，取200）和評(píng)價(jià)可信度。其中，Erx表示最終等級(jí)（如Erx為2，則對(duì)應(yīng)安全2級(jí)），θ表示評(píng)價(jià)可信度（θ越小越可信）。

最后進(jìn)行危險(xiǎn)因子識(shí)別：若Dx中某因子對(duì)應(yīng)的安全級(jí)別數(shù)大于2，則認(rèn)為是危險(xiǎn)的。

4 算例

4.1基礎(chǔ)數(shù)據(jù)

以嘉興供電公司2015年3—4月的生產(chǎn)數(shù)據(jù)為背景，組織專(zhuān)家進(jìn)行各評(píng)價(jià)指標(biāo)的打分，結(jié)果見(jiàn)表2。

表2　專(zhuān)家對(duì)2015年3—4月的指標(biāo)打分情況

4.2指標(biāo)權(quán)重的測(cè)算

根據(jù)文章“1.2”方法以及“4.1”的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，得到各指標(biāo)的權(quán)重分配情況，見(jiàn)表3。

表3　案例各指標(biāo)的權(quán)重分配情況

4.3安全評(píng)估及分析

根據(jù)文章第3章方法，計(jì)算得到3—4月的安全等級(jí)及相關(guān)置信度。為了實(shí)現(xiàn)比對(duì)，特按照權(quán)威文獻(xiàn)［7］給出的模型進(jìn)行類(lèi)似計(jì)算，兩者結(jié)果詳見(jiàn)表4。

由表4可知，用本文方法所得到的評(píng)估結(jié)論與用權(quán)威文獻(xiàn)方法得到的評(píng)估結(jié)論一致，說(shuō)明文章方法是合理的。但對(duì)比權(quán)威文獻(xiàn)方法，文章方法還能給出評(píng)估可信度與具體的危險(xiǎn)因子，這樣方便管理人員進(jìn)行針對(duì)性決策。

表4　案例評(píng)估結(jié)果及與權(quán)威文獻(xiàn)給出方法的比對(duì)

5 結(jié)論

文章綜合運(yùn)用了層次分析法、熵權(quán)法、云理論、物元理論等多種模型，成功解決了電力生產(chǎn)安全評(píng)價(jià)中的模糊難定級(jí)問(wèn)題，并給出評(píng)估置信度、篩選出具體危險(xiǎn)因子，這為提升電力生產(chǎn)安全水平提供了新的方法體系。算例結(jié)果表明，文章的方法合理、有效，可以推廣。

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Security Assessment of Power Production based on Cloud Theory

Qin Zhaoan
（State Grid Jiaxing Power Supply Company，Jiaxing，Zhejiang 314000）

In view of the safety evaluation is with fuzzy and stochastic properties，the article proposes the cloud model theory as the frame work for safety assessment of electricity production. First，the article co-ordinate the establishment of evaluation index system，and uses a combination of subjective and objective methods to assign index weight； then analyzes the quantitative model of the security status of electricity production as the main cloud model，introduced extenics matter element theory，uncertain environment； and finally accompanied by numerical example.

electricity production； cloud model； state assessment； index system

覃兆安（1982-），男，湖北荊州人，工程師，本科學(xué)歷，主要從事電網(wǎng)安全質(zhì)量監(jiān)督工作。