基于模糊綜合評價法的有序用電管理評估研究

莫 莉，王劍雄，黃清蘭，陳世濤

(1.廣西電網有限責任公司 南寧供電局，廣西 南寧 530000； 2.廣州泰迪智能科技有限公司，廣東 廣州 528000)

伴隨著我國經濟與科技與日俱增的發展，電力的供給逐步變得緊張起來，這使得電量供應的缺口也逐年增大。為了減緩這種負面增長的趨勢，各地政府針對各自的條件與居民用電行為特征，依據有關的行政舉措、經濟手段或是一些技術指導，建立了有效的有序用電指標體系及相應的評價方法[1]，以此作為應對策略，使電力供應工作順利地進行下去，依據這種策略進行的電力供應工作過程也稱為有序用電。在文獻[2]中，依據有序用電工作過程中的不確定性以及人們含糊性的思考邏輯，使用模糊層次分析法計算得出相關指標的權重，再根據權重系數組合建模，從而建立具備針對性的有序用電的評估模型，此模型在洛陽供電公司實際項目的開展運行中，證明了其在針對該地有序供電工作評估的合理性以及科學性。目前，有序用電的策略制定基本都是單一地以政府為對象，從宏觀角度調控整個行政區域的電力供應方案，這在宏觀層面獲得了很好的效果，但細分到各個不同企業時，這種有序用電方案不一定適合各個企業日常的用電實際情況。所以，企業也必須依據本身實際狀況來制訂科學的、有針對性的有序用電計劃，從而最大限度地節約企業自身的用電成本，實現生產利益的最大化。在政府有序用電政策方針的領導下，企業可依據相關經濟手段或是一些技術措施，例如有差異的生產設施負荷調整等措施，制定出符合自身生產、發展的有序用電指標體系及對應的評價方法，從而使政府的宏觀有序用電方案對企業自身的負面影響降到最低。在保證用電安全的大前提下，展開企業制定的有針對性的有序用電相干任務，既降低了生產成本，又避免了電量的浪費。

在有序用電方案的建立過程中，有許多的影響因素，而這些因素普遍帶有不確定的性質，且不排除有因素之間也存在互相影響的情況。因此，需要制定出不同于傳統規范與準則的針對于企業的有序用電計劃。根據此目標，建立了基于層次分析法的面向企業有序用電的模糊評估模型。從企業客戶的生產用電狀況、設備間的電量負荷調控以及生產成本等方面進行考慮，應用層次分析法，結合管理、決策層的生產經驗，建立針對性的企業有序用電模型。在模型中，本文將以上2點進行量化處理，從而得出各要素間彼此影響的權重值，再應用模糊評價方法對各項因素作出評估以及量化分析，最終模型能夠使企業更清晰地了解自身生產過程中的電量使用情況以及制定符合企業自身生產環境的有序用電計劃。

1 理論基礎

1.1 層次分析法的含義

層次分析法簡稱為AHP，在1970年由美國的運籌學家T.L.Saaty所提出。它是一種按層次將權重分類，從而幫助人們進行決策與分析的方法，將人類的思考通過層次化與數量化后，使需要決策的研究問題相關影響因素解析為3個層次：目標層、,準則層和指標層，最后分別根據這些層次進行量化分析得到決策方案。

層次分析方法的主旨是要將所研究的問題進行剖解并構建不同層次的前提下，結合集合論中的測度理論，經過層與層之間的比較，應用對應的標度使人類的評判分析標準進行標準量化，逐一構建對應的判定矩陣，計算得出各個判定矩陣的權重系數，再計算出此次研究的問題即有序用電方案的綜合權重值。構建過程有以下4步[3-4]：

(1)建立層次結構模型。層次分析法指標結構如圖1所示。

圖1 層次分析法指標結構Fig.1 Index structure of analytic hierarchy process

(2)構建各層的判斷矩陣。從準則層開始運用1—9尺度構造判斷矩陣A。ai、aj(i，j=1，2，3，…，n)表示因素。aij表示ai對aj的相對重要性數值。

aij=1/aji

(1)

(3)重要性計算排序。從判斷矩陣A出發，求出矩陣A的最大特征值λmax所對應特征向量ω。方程為：

Aω=λω

(2)

所求出的特征向量ω值，即代表各個評價要素的重要性排序，即權重分配。

(4) 一致性檢驗。欲知前面求出的權重分配是否正確，還需要對其判斷矩陣作一致性檢驗。

QR=QI/HI

(3)

式中，QR為判斷矩陣的隨機統一性比率；QI為一般一致性指標，如式(4)。

(4)

HI為判斷矩陣的平均隨機一致性比率，1—9階判斷矩陣的RI值如下：n取值為1、2、3、4、5、6、7、8、9，對應的HI取值為0.11、0.15、0.60、0.85、1.56、1.42、1.62、1.71、1.65。

當QR<0.1或λmax=n，QI越接近0時，表示A越滿足統一性性質；否則，必須調整A中的元素，以使其滿足統一性。

1.2 模糊評價法

模糊評估方法是利用模糊變換原理以最大從屬度為準則，聯合評估體系中的各個影響要素，從而對研究問題進行綜合評估的一種方法。它的特征是，數學模型的構建相對來說比較簡單，使其能更容易被掌握以及運用，在處理多個影響因素、多層次的復雜問題時也能得到很好的評價效果，這也是模糊評價方法優于其他模型的原因。

模糊評價模型可有一級評估模型、多級評估模型2個類型。其中，一級評估模型進行評估的一般步驟有以下5步[5-7]。

(1)與所研究問題的專家成立評判工作小組。

(2)經過探討與研究，確立系統評價因素集合，即評估指標集合：

C={c1，c2，…，cn}

(5)

建立評價尺度集：

G={g1，g2，…，gm}

(6)

(3)運用層次分析法，確定各評估目標的相對重要度：

X=(x1，x2，…，xn)

(7)

它是C的一個模糊子集。xi是單要素Ci在總評估中的影響水平大小。

(4)建立判斷矩陣。

wi，j=W(ci，gi)

(8)

式中，W為評價指標集C到評價尺度集的一個模糊關系；wi，j為評價指標Ci對評價尺度Gj的隸屬度。

(5)綜合評價。通常的評估對象評估指標體系具備多層次構造，故應用多層次模糊綜合評估模型來求得最終綜合評估結果。

B=X·W

(9)

2 有序用電管理綜合評價模型構建

2.1 指標體系構建

要實現有序用電,必須建立一個完整完善考慮多方面的權威的評估系統，并且必須以充分了解用電側需求以及有序用電理論為基礎，結合供電局運營人員的管理經驗進行完整驗證。從現有的文獻中概括當前評估體系的研究方向：文獻[8]構建了企業有序用電價值評估系統，分客戶用電價值、客戶節能減排效益和客戶經濟效益3個模塊；李正明等[2]從運轉經濟性、執行可靠性和技術適應性出發對有序用電方案進行綜合評估；李金超等將電力客戶價值分為變現價值和潛在價值；曾鳴等在指標體系中添加了社會節能因子；郝為民立足于有序用電任務理論給出了有序用電管理的基本框架，提出需要對有序用電治理效果，包含方案施行效果和有序用電的社會影響等要素進行綜合評估，形成有序用電閉環管理方式。在研究需求側資源中專變客戶占據重要地位，為推進其提高能源應用效率，在已有文獻中從能源使用效率角度建立指標體系對其進行評估。現有的有序用電體系建設主要從關注效益層面為目標，以社會效益、環保效益和經濟效益等為基礎來構建評估指標體系，疏忽了業務層面指標，沒有基于實際生產環境而建立有序用電的詳細治理流程。本文在咨詢供電局運營管理專家意見的基礎上，從有序用電治理流程出發，構建有序用電管理的綜合評估指標體系，詳細如圖2所示。

圖2 有序用電綜合評價指標體系Fig.2 Comprehensive evaluation index system for orderly electricity consumption

經濟運轉指標主要是指通過合理調整生產安裝過程進行生產進程的檢測，然后再分析執行計劃后生產流程的可行性，同時還要分析加工設施的耗電性，以達到科學生產。除此之外，還要考慮不同時間段的用電費用以及工人的工資。

綜上總結，經濟運轉指標包括不同時間的電費費率、生產資本、相比通常生產過程中產生的經濟損失以及員工的工資4個分析維度。同時需要考慮執行可靠性，執行可靠性指方案的試行能否符合有序有電的細則以及當前執行計劃后能否確保產品的輸出以及品質。此次討論從3個方面來衡量品質能否合乎設備運轉需求以及生產過程能否完好，最重要的是負荷釋放合乎有序用電的細則；技術適應性是指當前有序用電的計劃施行后產品的品質能否得到保證，此外還需要考慮生產過程的安全性、對環境造成的污染程度、生產工人的職業素質以及能否順利執行方案等相對難以衡量的指標。

2.2 綜合評價算法構建

3 仿真驗證

為驗證上述算法的可行性和適應性，本文通過PYTHON軟件對上述的算法進行編程，并結合某電力局作為實例，對其有序用電管理的整體效果進行評價。由此，根據上述的評價，可以得到指標層相對于準則層的權重分別為：A=(0.75，0.30，0.45，0.07)，B=(0.66，0.45，0.35)，C=(0.34，0.54，0.24)；準則層相對于目標層的權重為：U=(0.75，0.20，0.30)，同時根據專家打分結果，得到判斷矩陣，并最終求解得到該電力局在有序用電方面的綜合評分為6.26分。由上述結果看出，該電力局在客戶有序用電管理方面，其得分在5.0～7.5，說明該電力局在整體的有序用電管理方面的效果是好的，但存在某些問題，需要進行改良。

4 結語

本文提出了基于層次分析法的企業有序用電方案的模糊綜合評估措施，綜合考慮了所有要素的影響，并對要素間的關系進行了優化計算，對計劃作出全面綜合的評估。該評估措施不但包括了供電局運營專家的經驗常識，并且將定性分析和定量計算相結合，為計劃制定人員提供科學的決策依據，具備理論運用價值和現實意義。