基于Spark框架的電網技改大修項目后評價系統設計與實現

楊 樺 董 禎 孫 祎 耿 茜 李天然

基于Spark框架的電網技改大修項目后評價系統設計與實現

楊 樺1董 禎2孫 祎1耿 茜1李天然1

（1. 國網河北省電力有限公司電力科學研究院，石家莊 050011； 2. 國網河北省電力有限公司，石家莊 050021）

項目后評價是項目管理過程的重要環節，目前電網技改大修項目只選取部分重點項目開展后評價試點，無法反映項目整體執行效果。本文介紹基于Spark框架開發技改大修項目后評價系統的過程，該系統利用大數據技術處理后評價基礎數據，采用多層次模糊綜合評價法對項目執行效果進行打分，為技改大修項目的常態化開展提供了技術保障。

項目后評價；電網技改大修項目；全壽命周期管理；Spark框架；多層次模糊綜合評價法；投資預測

0 引言

項目后評價是項目管理過程的重要環節，不僅能夠為項目的有效實施提供參考標準，而且也有利于促進項目預期目標的實現[1]。我國電力行業開展項目后評價的時間較晚，現階段只有基建項目實現了后評價的體系化、規范化和常態化，而電網生產技改、大修項目只選取部分重點項目開展后評價試點，評價結果無法反映技改大修項目整體執行效果。

目前，后評價方面的研究主要集中在評價方法與指標體系方面。文獻[2]對電網技改項目基于財務指標進行經濟效益方面的后評價，考慮了全壽命周期成本與收益。文獻[3]基于層次分析法構建了技改項目的后評價指標體系。文獻[4]對變電技改項目后評價的方法進行了綜合性的對比分析，并建議后評價工作應以信息系統開展。文獻[5]基于模糊綜合評價構建了技改項目后評價分析，綜合了主、客觀賦權方法的利弊，但存在指標量化程度不一致的問題。文獻[6]對電網企業技改維修項目的后評價全流程進行梳理，對各步驟的具體規程進行了明確的、規范的定義。文獻[7]對后評價分析的范圍進行擴展，并采用客觀賦權法進行分析研究，但指標缺少基礎數據支撐與可量化的計算方法。文獻[8]采用前后對比法從經濟效益角度對電網技改項目進行后評價。文獻[8-9]從項目過程、效果、效益、可持續性四個方面出發，構建了三級指標體系，但效益、可持續性等指標難以計算，不具備大規模開展的條件。

綜上所述，技改大修項目后評價雖然在理論層面具備開展條件，但難以實現常態化。主要原因有：①技改大修項目目的在于提高電網健康水平和運行安全可靠性，缺乏統一的評價標準與規范；②存在項目數量多而規模小，后評價工作量較大而管理成本高。

基于Spark框架本文開發了技改大修項目后評價系統，嘗試對后評價基礎數據關聯利用大數據挖掘技術，如利用多層次模糊綜合評價法對項目執行效果進行評價，以實現對技改大修項目后評價的常態化。評價指標覆蓋面廣、客觀性強、成本低，具備在各級電力公司推廣的條件。

1 電網技改大修項目后評價概述

1.1 項目目標分析

電網生產技改大修項目具有目標多樣性的特點，基于國網技改大修原則，主要的目標可以按照安全、質量、成本和效益四個維度進行組織，得到14個具體目標，技改大修項目總體原則如圖1所示。

圖1 技改大修項目總體原則

1）異常及嚴重狀態。對狀態評價為“異常”“嚴重”或影響人身、電網安全的設備進行技改大修。

2）關鍵元件故障。對因為關鍵元件故障導致無法正常運行的設備進行技改大修。

3）不符合反措要求。對不滿足電網反措、規程要求，或存在家族缺陷的設備進行技改大修。

4）技術質量指標異常。對出現可靠性差、缺陷頻發、非停率高等指標異常的設備進行技改大修。

5）主體部件功能喪失。是指作為資產主要組成部分的設備主要部件，經評估無法繼續使用且通過大修無法恢復的設備，應進行局部改造。

6）臨期設備檢修。指根據設備檢修周期需要供應商提供專業服務的設備大修。

7）外觀附件防蝕腐。對設備外殼、構架等出現銹蝕、風化時進行防銹、防腐處理。

8）設備退市。對已停產設備，或制造廠已無法提供備品備件和技術服務，備品備件不滿足下一個運行周期最低需求的，應進行技術改造更換。

9）技術參數適應性。因電網發展需要，設備主要技術參數（額定電壓、電流、容量、變比等）不能滿足要求而開展的技改大修。

10）達到折舊壽命年限。是指設備運行年限達到設備折舊壽命，經評估無法繼續服役且通過大修無法恢復設備性能時，應進行改造。

11）新技術推廣與政策。是指因技術進步或新的政策要求，對已有的電網設備設施進行技術改造，如為實現在線監測技術、智能機器人技術等新技術在電網設備相關指標的監測與巡檢中的應用所需的技術改造，以及節能減排政策要求所開展的一系列電網改造等。

12）增容擴產。為滿足用電負荷的增長進行的增容擴產。

13）技術降損。通過技術手段降低線損與變損，提高經濟效益。

14）環境改善。對電網運行環境針對防高溫、防雨防潮、防鳥害、防小動物、防化學腐蝕等開展大修；防污閃與防諧波污染等進行技改。

1.2 評價方法

技改大修項目后評價方法有對比法、邏輯框架法、成功度法[10]等。

1）對比法。包括前后對比和有無對比。前后對比分析項目實施前后的變化與差異，一是對比實施前后指標改善程度，確定項目是否發揮作用；二是與項目初設預期對比，核定實際指標達標程度與完成質量。有無對比是對有無項目對象的對比，即對比一致條件下有無項目對象的指標差異。

2）邏輯框架法。其核心在于確定事物間內在因果關系。邏輯框架法包含四要素、四層次與三關系，邏輯框架法基本模式與因果關系如圖2所示。四要素為層次描述、客觀驗證指標、驗證方法與重要外部條件，四層次指投入/措施、產出/結果、目的/作用和目標/影響，三關系指層次間“如果—那么”因果關系。邏輯框架法對技改大修項目做后評價，即對比分析項目預測值和實際值，尋找差異原因。

圖2 邏輯框架法基本模式與因果關系

3）成功度法。屬定性分析法，一般基于邏輯框架法，由經驗豐富的專家對項目綜合指標分析得到目標實現度和效益成效，并做出成功度評價。一般分為非常成功、成功、部分成功、不成功和失敗五個等級。非常成功表示項目目標已全面甚至超額完成，效益超過預期；成功表示項目目標已完成大多數，效益達到預期；部分成功表示項目原定目標已部分實現，取得一定效益；不成功表示項目目標僅少部分完成，效益實現較少；失敗表示項目目標沒有實現。

2 后評價指標體系

為了實現技改大修項目后評價的常態化，以具有普遍代表性和可通過信息系統獲取兩項要求作為后評價指標的選取標準構建了指標體系，其中運用了專家法。所建立后評價指標體系見表1。

該指標體系包含了項目過程評價和項目效果評價兩部分。項目過程評價指標包含合同執行、費用控制與及時性，從項目管理角度開展評價。項目效果評價指標涵蓋安全、質量、成本、效益四個方面，從項目完成前后電網質效改善程度進行評價。后評價指標體系與項目目標通過維度實現關聯，其映射關系如圖3所示。

表1 生產技改、大修項目后評價指標體系

圖3 技改大修項目目標與評價指標體系映射關系

2.1 項目過程評價指標

1）合同執行。對項目合同執行情況進行評價，包括合同合規性、合同目標完成率、文檔完整性。

2）費用控制。對項目的概預算控制、費用總控情況、費用變更合理性進行評價。

3）及時性。對項目合同工期節點控制，工期變更合理性等進行評價。

2.2 項目效果評價

1）安全。包括嚴重異常狀態率、安全事故率指標。

2）質量。包括故障率、強迫停運率、供電可靠性和缺陷率指標。

3）成本。包括實際新投運、檢修更換成本、故障損失成本和報廢成本指標。

4）效益。包括增供電量、降損率和全壽命周期收益指標。

3 多層次模糊綜合評判模型

多層次模糊綜合評價法[11]是一種基于模糊數學的綜合評價方法，其核心理論——概念模糊集合理論由美國自動控制專家羅德費·查德（Lotfi Zadeh）教授提出。綜合評價方法根據模糊數學的隸屬度理論把定性評價轉化為定量評價，從而實現對受到多種因素制約的評價對象的總體評價。其評價結果清晰、系統性強的特點，能較好地解決模糊的、難以量化的問題，適合各種非確定性問題的解決。

本文所構建的技改大修項目后評價指標體系中，部分指標為定性指標，多為有經驗的專家采用恰當評價方法做出的定性評判。因此，將多層次模糊綜合評價模型應用于電網技改大修項目的綜合后評價，能系統化、量化地對技改大修項目的經濟效益做出評價，為同類項目在經濟效益上的對比分析提供支撐。

3.1 因素層次結構集

多層次模糊要求將考核的因素構建成層次樹狀結構，即將因素集={1,2,…,}分成個子因素集1,2,…,，U={1,2,…,}，=1, 2,…,，且有

若因素集（1,2,…,U）中仍存在元素量較多不利于評判分析的情況，可進行次一級層次結構的構建。

本文構建的因素層次樹狀結構有三層，1={項目過程評價, 項目效果評價}；21={效益, 質量, 成本, 安全}；31={合同執行, 費用控制, 及時性}，32={增供電量, 降損率, 全壽命周期收益}，33= {故障率, 強迫停運率, 供電可靠性, 缺陷率}，34= {實際新投運, 檢修更換成本, 故障損失成本, 報廢成本}，35={嚴重異常狀態率, 安全事故率}。

3.2 評價指標等級集

對于項目管理執行情況的評價等級有多種類型，以評價等級集表示為

式中，為評價等級數量，一般有≤9。這里采用成功度評價指標等級集，則={非常成功, 成功, 部分成功, 不成功, 失敗}。

3.3 各因素的權重

因素集中各因素在綜合評價中所起的作用必然存在差異，不僅與各因素的評價有關，還與各因素對評價對象的重要程度有關，即權重。針對中各子集的權重集={0,1,2,…,}，其元素有

且sum()=1，＞0，=0,1,2,…,，=1,2,…,。

本文采用層次分析法[12]進行計算。

3.4 模糊評判矩陣

根據評價等級集合，對各指標進行定量化和標準化處理，確定各單因素對評價等級集各元素的隸屬度，建立模糊評判矩陣[12…]，則

式中：=1,2,…,；為中元素數量。

3.5 綜合評價結果計算模型

結合計算所得指標權重向量與相應的模糊評判矩陣，可求解出模糊綜合評價結果向量。面向輸變電技改項目后評價的層次性目標，其多層次模糊綜合評價結果向量為

3.6 算例分析

基于專家評判結果運用層次分析法求出達到一致性要求的后評價指標體系各層級權重見表2。

表2 生產技改、大修項目后評價指標體系各層級權重

計算得項目后評價指標的綜合權重向量為=[0.105 0.047 0.016 0.049 0.441 0.082 0.009 0.019 0.016 0.005 0.008 0.023 0.002 0.115 0.046 0.019]

基于統一的成功度評價等級集制定的標準評價表，由專家組對各項目后評價指標給出評價。評價結果進入系統后統計出項目后評價指標評價等級集的模糊評價矩陣。表3為4個典型技改大修項目后評價指標隸屬度評判矩陣。

結合權重向量與隸屬度評判矩陣可得項目對成功度評價等級集元素隸屬度向量見表4。

根據最大隸屬度評判標準，可知項目P1與P4評價為“成功”，項目P2與P3評價為“部分成功”。

4 系統設計與實現

4.1 系統功能需求

通過對技改大修項目管理部門后評價工作開展需求調研，可知業務部門所關注的系統功能需求主要在項目后評價、評價結果分析、執行效果分析和系統管理四個方面，電網技改大修項目后評價系統功能架構如圖4所示。

表3 四典型技改大修項目后評價指標隸屬度評判矩陣

表4 四典型技改大修項目模糊綜合評價結果

圖4 電網技改大修項目后評價系統功能架構

1）項目后評價。針對單個項目或項目相關設備開展后評價分析，包括項目基礎信息、項目執行情況、設備分析和資產全壽命分析四個功能項。

2）評價結果分析。從評價指標的計算結果對項目集合開展后評價分析，包括項目類型分析、電網專業分析、電壓等級和設備類型統計四個功能項。

3）執行效果分析。從技改大修項目對區域電網、變電站、線路的質效提升開展后評價分析，包括安全質量、技術水平、可靠性和經濟效益四個功能項。

4）系統管理。對后評價項目基本信息、評價規則和數據獲取接口進行定義和管理，包括項目信息、數據接口、評價規則和組織機構管理四個功能項。

4.2 基于Spark框架的架構設計

電網作為一個整體的系統，在運行管理過程中產生海量數據，其涵蓋技改大修項目后評價指標體系所關注的基礎數據，且分散在多個信息化系統中。如資產全壽命周期成本財務數據存于企業資源計劃（enterprise resource planning, ERP）系統中，設備狀態、缺陷數據存于工程生產管理系統（power production management system, PMS）中[13]。

Spark是基于內存計算的大數據處理分析引擎，具有快速性、易用性、高可用性和跨平臺性。可與Hadoop、MySQL等數據存儲工具全面整合，形成可查詢系統[14]。本系統基于數據處理的優勢實現大數據整合與關聯分析，基于Spark框架的系統架構如圖5所示。

1）數據貼源層。該層對外部業務系統的數據進行采集、轉換和存儲，包括Hadoop系列工具與HBase、MYSQL數據庫。

2）大數據分析層。該層對數據進行挖掘和關聯，提供數據流處理能力，由Spark框架所提供的工具實現，包括Spark Core內核、Spark SQL查詢、MLlib機器學習、GraphX數據可視化等工具。

圖5 基于Spark框架的系統架構

3）業務實現層。該層基于大數據分析層提供應用程序接口（application programming interface, API），由Java語言開發構建業務功能模塊，包括系統功能模塊，指標管理、元數據管理、報表維護等模塊。

4.3 數據流處理

項目數據處理中采用數據流技術，逐層加工數據，最后輸出評價結果，每步可控而高效，基于Spark框架的數據流處理如圖6所示。

圖6 基于Spark框架的數據流處理

數據源層包括ERP、PMS、供電可靠性系統源數據中心，Kafka用于增量化數據提取，并由數據存儲層保存。項目、設備、安全質量等后評價數據最終在業務分析層輸出。

4.4 系統應用

本系統在某省級電力公司試點應用，對若干歷史技改大修項目的初步測試評價結果與人工專家評審結果基本一致。與傳統人工后評價相比：①提高了后評價效率，通過關鍵指標對比可快速定位存在問題的項目；②降低了后評價成本，傳統人工評價需要通過召開評審會議和現場勘查方式進行，耗時長且各項成本開支大；③提高了評價的全面性和客觀性，系統完整考慮了項目的各項指標，受人工因素影響小，同時能關注到項目對電網整體性能的改進效果。

5 結論

通過采用Spark框架設計實現電網技改大修項目后評價系統，對來自電網企業不同信息系統的業務數據與評價指標數據進行自動化采集、清洗、處理分析的集成，解決了技改大修項目海量數據處理的難題，降低了項目后評價工作開展所需的時間、人力、物力及成本。通過開展系統應用試點，得到如下實踐經驗：

1）對于小規模項目的后評價，可采用項目群的形式整合打包評價，通過區域電網綜合績效指標的提升判斷項目的執行效果。

2）在選取重點項目進行評價時，可選取在后評價系統中存在指標異常的項目，通過后評價過程著重解決技改大修項目管理中實際的問題。

3）技改大修項目的經濟性評價與基建項目存在本質差別，項目后評價時可通過對前后經濟壽命的比較進行判斷，并作為經濟性的主要指標。

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Design and implementation of post-evaluation system for technical renovation and equipment overhaul project of power grid based on Spark framework

YANG Hua1DONG Zhen2SUN Yi1GENG Qian1LI Tianran1

(1. Electric Power Research Institute of State Grid Hebei Electric Power Co., Ltd, Shijiazhuang 050011; 2. State Grid Hebei Electric Power Co., Ltd, Shijiazhuang 050021)

Project post-evaluation is an important part of the project management process. At present, only some key projects are selected for power grid technical revamping and equipment overhaul projects to carry out post-evaluation pilots, which cannot reflect the overall implementation effect of the project. This paper introduces the process of developing a post-evaluation system for technical revamping and equipment overhaul projects based on the Spark framework. The system uses big data technology to process the basic data of post-evaluation, and uses the multi-level fuzzy comprehensive evaluation method to score project implementation effects, which provides technical support for the normal development of technical revamping and equipment overhaul projects.

project post-evaluation; power grid technical renovation and overhaul project; life cycle management; Spark framework; multi-level fuzzy comprehensive evaluation method; prediction of investigation

2020-11-09

2020-12-24

楊 樺（1986—），女，碩士，高級工程師，主要從事電網設備狀態評價、電網實物資產管理方面的工作。