基于改進二元語義的配電網工程應急能力評估

梁天瑞，徐 克，顧倩倩，張 貝，宋思雨

(1.中國地質大學(武漢)工程學院，湖北 武漢 430074；2.湖北省安全生產監督管理局規劃科技處，湖北 武漢 430061)

配電網是電力系統的重要組成部分，起著分配電能的作用，其安全、可靠性將直接影響著人民的生活水平[1]。而配電網工程是電力企業安全管理的薄弱環節，其安全事故的發生率居高不下[2]。因此，開展配電網工程應急能力評估方面的研究，對于提高配電網供電的可靠性、保障電力系統的安全運行具有重要的意義。

近年來，國內學者在應急能力評估領域進行了不斷的探索。如門永生等[3]從預防、準備、響應和恢復4個階段構建了應急能力評價指標體系，并采用模糊綜合評判法對電網基礎設施突發事件的應急能力進行了評估；陳紅霞等[4]對江蘇省內41家化工園區現有企業的固有風險源等情況進行了調查與評分，以提升園區內環境風險的應急能力；潘華等[5]從事前、事中和事后三個方面構建評價指標體系，并將網絡分析法與二元語義相結合，對輸變電工程的應急能力進行了評價；李丹陽等[6]利用成熟度理論將應急能力劃分等級，并結合未確知數學的原理構建了光伏發電項目應急能力成熟度評估模型；于偉杰[7]在分析重大建筑工程事故危險性的基礎上，運用MATLAB軟件對建立的層次分析法和RBFNN的應急能力評估模型進行了仿真計算；陳思等[8]借助動態貝葉斯網絡法建立了應急能力評估模型，用來提升水上交通的應急能力。

上述研究對于提高各自領域的應急能力具有重要的參考價值，但是配電網工程由于具有模糊性和復雜性的特點，難以實現定量評估，致使配電網工程應急能力評估方面的研究仍較缺乏。鑒于此，本文采用區間數特征根法(IEM)確定評價指標的權重，并引入復合標度，建立了基于改進二元語義的配電網工程應急能力評估模型，以期在有效避免語言評估信息轉換過程中信息缺損的基礎上，提高評估結果的準確度，以為配電網工程的應急管理提供依據。

1 配電網工程應急能力評估指標體系

配電網工程應急系統的內部結構復雜，涉及的風險因素較多，為了科學、系統地反映配電網工程的應急能力，根據應急能力評估指標體系的構建原則以及配電網應急業務的特點，本文綜合考慮了電網風險管理及應急管理專家的建議，并在相關研究成果[3,6,9-10]的基礎上，從應急管理周期性特征的四個方面建立了配電網工程應急能力評估指標體系，詳見圖1。

圖1 配電網工程應急能力評估指標體系Fig.1 Emergency capacity evaluation index system of distribution network engineering

2 基于改進二元語義的配電網工程應急能力評估模型

2. 1 二元語義的基本原理

二元語義是一種基于符號轉移的概念[11]，可有效避免語言評估信息集結和運算中出現的不完整性和模糊性的問題。它將語言評估信息用一個二元組(sk,σk)表示。其中，sk為預先構成的語言信息評價集S中的第k個元素；σk為符號轉移值，滿足σk∈[-0.5,0.5),表示評估結果與語言信息評價集S中最貼近短語sk的偏差。

2. 2 改進二元語義的評估模型

為了能夠較好地解決傳統二元語義分析方法在語言評估信息轉換過程中造成的信息損失問題，本文參考文獻[12] 的研究成果，引入復合標度，利用改進二元語義的相關分析模型對配電網工程的應急能力進行計算與評估。該方法的有關定義和計算公式描述如下[12-13]。

定義1:若sk∈S是一個語言短語，則其二元語義形式可通過函數θ獲得：

θ(sk)∈(sk,0),sk∈S

(1)

(2)

即：

Δ(β)=(sk,σk)

(3)

式中：round表示“四舍五入”取整運算；a為等級比率參數，取a=1.4。

定義3：設(sk,σk)是一個二元語義，sk∈S，σk∈[-0.5,0.5)，則能通過Δ-1函數將其轉換為對應的數值β，即：

(6)

(7)

2.3 采用區間數特征根法(IEM)確定評價指標的權重

區間數特征根法(IEM)可以有效地解決無法精確評價的問題，且該方法具有簡單、有效確定指標權重的特點，能夠降低對判斷矩陣一致性的依賴程度，更加符合實際問題的評估。采用IEM法確定評價指標權重的具體步驟如下[14-15]：

(8)

(9)

(3) 由公式(8)和(9)的計算結果，可得到各評價指標的權重區間：

(10)

(4) 根據區間兩端的均值,確定各評價指標的權重：

(11)

將各評價指標的權重歸一化后，得到Wz=[W1,W2,…,Wig]T。

2.4 確定配電網工程應急能力等級和二元語義下的轉移數值區間

表1 配電網工程應急能力等級和二元語義下的轉移數值區間

2.5 基于改進二元語義的配電網工程應急能力評估步驟

基于改進二元語義的配電網工程應急能力評估的具體步驟如下：

(1) 邀請專家根據評估指標體系對配電網工程應急能力進行評估，確定其語言信息評價集。

(2) 將確定的語言信息評價集通過公式(1)轉化為相應的二元語義形式，構建評價矩陣。

(3) 利用公式(5)將評價矩陣轉換成相應的β值。

(6) 運用上述步驟逐層求得評估結果，將得到的配電網工程應急能力評估結果與表1中的應急能力等級進行對比分析，得出結論。

3 實例應用與分析

本文根據所建立的配電網工程應急能力評價指標體系，以山東省某供電公司所管轄的10 kV配電網工程為研究對象，運用改進二元語義的配電網工程應急能力評估模型對該配電網工程的應急能力水平進行評估。

3. 1 確定評價指標的評估結果和權重

本次邀請5位從事電網風險管理及應急管理的專家組成專家組(P1，P2，P3，P4，P5)，根據所建立的評價指標體系和配電網應急業務的實際情況，按照表1中的應急能力等級對各評價指標進行評估。綜合考慮專家組的意見，由公式(8)至(11)可求得評價指標的權重，以一級評價指標為例進行求解，得到其區間數判斷矩陣為

則:

首先根據公式(8),并結合MATLAB7.0軟件求得該區間數判斷矩陣E的歸一化特征向量為：x-=(0.347 0,0.199 5,0.337 7,0.115 7)，x+=(0.304 7,0.201 4,0.386 0,0.126 6);然后由公式(9)求出η=0.871,λ=1.107；最后根據公式(10)和(11)計算得到一級評價指標的權重向量為：W=(0.325 7,0.193 6,0.356 4,0.124 3)。同理,可計算得到二級評價指標的權重向量。該配電網工程評價指標的評估結果和權重值見表2。

3. 2 某配電網工程應急能力水平評估

本文按照第2.5節的評估步驟對該配電網工程的應急能力水平進行評估，具體評估過程如下：

(1) 利用公式(1)將表2中評價指標的專家評估結果轉換為相應的二元語義形式，構建二元語義判斷矩陣，見表3。

表2 某配電網工程評價指標的專家評估結果和權重值

表3 二元語義判斷矩陣

(2) 以專家P1對二級指標恢復供電能力D1的評估結果(s2,0)為例進行計算說明，即利用公式(5)可求得專家P1對恢復供電能力D1給出的評估結果對應的β值，β=Δ-1(s2,0)=1.4(2-2)-1=0。同理，可求出其他4位專家(P2,P3,P4,P5)對恢復供電能力D1給出的評估結果對應的β值分別為0.4，-0.4，0.4和0。

表4 某配電網工程一級指標的二元語義評估結果

即目標層的二元語義形式為(s2,0.393 1)。

3. 3 評估結果分析

4 結 論

(1) 本文將改進二元語義與IEM法相結合，既能科學、合理地確定評價指標的權重，又能有效避免語言評價信息轉換過程中的信息缺損，提高了評估結果的準確性。

(2) 通過實例驗證了改進二元語義的配電網工程應急能力評估模型的適用性和可行性，該模型的評估結果能夠真實地反映出配電網工程的應急能力水平，并可以根據評估結果有針對性地加強薄弱環節的建設，有助于提高整個系統的應急能力，可為配電網工程應急管理提供依據。