基于大數據的地方電網電能量采集系統量化評價體系研究

葉逢春黃吉濤梁 飛舒一飛馬智強

(國網寧夏電力有限公司營銷服務中心(國網寧夏電力有限公司計量中心)，寧夏 銀川 750011)

當下，電網電能量采集系統一直是電網工作的重要組成部分[1－3]。首先對于主要耗能行業，用能單位，利用現代網絡技術和無線傳感器，可以實現電能在線監測和管理，同時也利于各地電網對于電能計量數據的采集，它不僅可以引導高耗能企業合理評估，開展節能管理，也利于國家電網對用戶的實時監控[4－6]。

隨著經濟的發展與社會的進步，電氣行業也面臨越來越多的挑戰，同時大數據技術越來越多地被應用到各個領域，大數據驅動也已經成為電力系統發展的主要方向[7－10]。一些學者結合大數據技術與客觀算法對國家電網地方的用采系統評價體系進行了研究[11－13]。

文獻[11]以某市電力用戶用電信息采集系統為研究對象，根據層次分析法，模糊理論等方法對其進行應用水平的評價，研究結果顯示，該系統應用效果良好。但該文中采取層次分析的賦權方法主觀因素影響大。文獻[12]使用層次分析法，灰色理論等方法對朝陽地區的用采系統項目進行評價，評價效果良好，但仍存在文獻[11]所述問題，并且此研究忽略用采系統企業管理水平的影響。

基于以上分析，本文基于大數據技術，結合熵值法與灰色理論對地方電網用采系統建立量化評價體系。本文的研究結果不僅可以提供各地方電網用采水平排名，也能為電網進一步建設和改進用采系統提供建議。

1 用采系統量化評價基礎理論

1.1 基于大數據的評價技術

隨著大數據技術的發展，大數據技術越來越多地被應用到各個領域。

對于電力行業而言，來自企業的生產數據(如發電量、溫度、壓力等)，來自電力企業的運營數據(如交易電價、用電客戶等)，來自電力企業的管理數據(如一體化平臺、ERP 等)，這三方面的數據共同構成了“電力大數據”。

“電力大數據”涉及電力系統的各個環節，綜合了電力企業的產、運、銷及運營和管理數據，為提升企業的競爭力和生產效率、深化企業層次、強化企業管理提供了強有力的技術手段。

隨著社會用電需求的進一步增加，電氣行業也面臨越來越多的挑戰，尤其是一些新興的電網應用技術沒有完善的理論參考，需要依靠經驗進行決策，但人為的決策通常不夠科學規范，此時依靠大數據技術的評價決策手段就顯得尤為重要。以數據為導向的評價手段將克服傳統的以經驗為導向的弊端。

1.2 熵值法與灰色理論

基于數據的評價手段往往受到數據質量的限制，無序或缺少信息量的低質量數據通常會很大程度地干擾評價效果。因此，基于大數據技術的評價系統仍需要科學的算法保證評價結果的客觀合理。

其中，熵值法作為一種客觀的賦權方法，不僅可以減少數據的無序性對評價效果的影響，也彌補了主觀賦權的不足。熵值法的基本思想是:當某組數據熵越小，則表明此數據無序度較低，此組數據應當在系統中占據更高的權重。

一般用Pj表示第j個數據的熵值，那么整組數據的熵值如公式(1)所示，公式中K為正常數。

利用此公式，則可基于熵的概念計算數據權重。設多屬性決策矩陣如公式(2)所示。

可以用Ej表示所有方案對屬性Xj的貢獻總量，Ej計算方法如公式(3)所示。

式中:K為ln(m)的倒數，即Ej值的上限為1。最終可得到依據熵權法計算的權重Wj，如公式(4)所示。

式中:dj為各個方案貢獻度的一致性程度，dj＝1－Ej。

此外，灰色理論對數據量要求低，并且在預測系統與評價系統中的使用效果較好，近些年得到廣泛的應用。本文所述地方電網用采系統量化評價體系的核心算法選擇灰色理論方法。灰色理論在評價系統中應用的本質是通過對評價數組的比較分析，得到與目標數據的關聯程度，依靠關聯度量化評價效果。灰色理論在評價體系具體應用如下:

首先，確定指標數據，設最優化指標數列為Y＝{Y(k) ｜k＝1，2，…，n}；待評價指標數列為Zi＝{Zi(k)｜k＝1，2，…，n}，i＝1，2，…，m。

其次，進行指標無量綱化處理，由于各指標數據量綱不同，不便于比較而無法得到正確的結論。因此在進行指標量化評價時，須對初始數據進行無量綱化處理。處理方法如公式(5)所示。

接著，計算待評價指標與最優化指標的關聯系數。最優化指標Y(k)與待評價指標Zi(k)的關聯系數計算公式如(6)所示。

記Δi(k)＝｜y(k)－zi(k)｜，則

式中:ρ∈(0，∞)。一般ρ取值為(0，1)，當ρ≤0.546 3 時，分辨力最好，本文取ρ＝0.5。ξi(k)是指標矩陣xi的第k個元素與最優化指標矩陣Y的第k個元素之間的關聯系數。

最后，計算指標評價量化值。待評價指標與最優化指標關聯系數是其在各個時刻或條件下的關聯程度值，數值不止一個，信息過于分散不便于進行整體性比較，因此本文通過熵值法所求的權重對結果進行賦權求得最終評價量化值。

2 用采系統量化評價指標體系

本章根據用采系統一般評價指標的選取原則，結合地方電網運行經驗，總結4 大類(技術、經濟、管理以及社會效益)，23 小類指標。

2.1 技術指標體系

用采系統量化評價指標體系的技術指標包含主站功能指標，通信質量指標和功能核算指標三大類，如圖1 所示，其中主站功能下分四個子指標J11，J12，J13 和J14，在指標考核期內，J11，J12 和J14 可分別根據以下公式計算，J13 可直接從系統獲取。

圖1 用采系統技術指標

通信質量下分四個子指標J21，J22，J23 和J24，J21，J22，J23 和J24 可分別根據以下公式計算。

功能核算下分三個子指標J31，J32 和J33，其可分別根據以下公式計算。

2.2 經濟指標體系

用采系統量化評價指標體系的經濟指標包含運營能力指標和項目建設指標兩大類，如圖2 所示，運營能力下分三個子指標G11，G12 和G13，此三個指標具體可由專家打分得出。項目建設下分四個子指標G21，G22，G23 和G24，此四個指標亦可從財務部門直接獲得。

圖2 用采系統經濟指標

2.3 管理及社會指標體系

除技術和經濟類指標外，管理及社會指標也作為評價用采系統的不可或缺的考慮因素，如圖3 所示，其中管理水平下分兩個指標，S11 和S12，社會效益下分三個指標，S21，S22 和S23。此五類指標均由專家根據當地電網實際管理水平與社會效益打分得出。

圖3 用采系統管理及社會指標

2.4 案例分析

本小結以五個地方電網用采系統的23 個評價指標為案例，由于各指標量綱不統一，因此首先根據公式(5)進行無量綱處理，得到表1 和圖4。

圖4 各公司用采系統無量綱指標值占比

表1 各公司用采系統無量綱指標

從圖4 中我們可以看出，每個公司不同指標各有優劣，無法直觀進行用采系統的評價，因此本文根據灰色理論的一般原理，對其以關聯度的表征方式進行客觀評價。

首先，根據式(1)～式(4)可以求出Ej及各指標權重Wj:

Ej＝[0.793，0.832，0.765，0.851，0.865，0.695，0.797，0.740，0.844，0.803，0.827，0.755，0.800，0.859，0.814，0.708，0.837，0.836，0.697，0.817，0.858，0.794，0.791]；

Wj＝[0.045，0.036，0.051，0.032，0.029，0.066，0.044，0.056，0.034，0.043，0.037，0.053，0.043，0.031，0.040，0.063，0.035，0.036，0.066，0.040，0.031，0.045，0.045]；

進一步，根據式(6)～式(7)求得各公司指標關聯系數:

A 公司各項指標關聯系數為:[0.934，0.927，0.968，0.819，0.983，0.966，0.943，0.963，0.943，0.936，0.959，0.465，0.541，0.422，0.956，1.000，0.508，0.420，0.430，0.745，0.721，0.910，0.566]；

B 公司各項指標關聯系數為:[1.000，0.945，1.000，1.000，0.978，1.000，1.000，1.000，0.985，0.949，0.980，1.000，0.618，1.000，1.000，0.751，0.562，0.978，0.517，1.000，0.773，0.791，1.000]；

C 公司各項指標關聯系數為:[0.947，0.966，0.978，0.892，1.000，0.995，0.997，0.987，1.000，1.000，0.966，0.566，1.000，0.894，0.463，0.517，0.726，0.604，0.383，0.961，0.346，1.000，0.402]；

D 公司各項指標關聯系數為:[0.990，1.000，0.890，0.874，0.987，0.985，0.961，0.973，0.966，0.966，0.938，0.478，0.461，0.706，0.559，0.519，1.000，0.567，1.000，0.333，0.532，0.430，0.338]；

E 公司各項指標關聯系數為:[0.914，0.985，0.880，0.813，0.934，0.966，0.961，0.968，0.995，0.978，1.000，0.410，0.579，0.639，0.618，0.478，0.383，1.000，0.413，0.405，1.000，0.385，0.435]；

最終根據所求得Wj對關聯系數進行賦權，得到五個地方電網的綜合得分，分別為:60.9%，66.5%，61.4%，57.6%和56.9%。即最終評價排名為:B 公司>C 公司>A 公司>D 公司>E 公司。

3 結束語

本文基于大數據技術，結合熵值法與灰色理論對地方電網用采系統建立量化評價體系。

首先，筆者提出人為的決策通常不夠科學規范，此時基于大數據技術的評價決策手段就顯得尤為重要。以數據為導向的評價手段將克服傳統的以經驗為導向的弊端。此外，筆者論述了熵值法與灰色理論的一般實現方法，并結合二者為評價體系的算法。

其次，筆者根據用采系統一般評價指標的選取原則，結合地方電網運行經驗，總結4 大類(技術、經濟、管理以及社會效益)，23 小類指標。

最后，通過五家公司的具體指標參數，依據本文提出的算法，計算得到得到五個地方電網的綜合得分，分別為:60.9%，66.5%，61.4%，57.6%和56.9%。即最終評價排名為:B 公司>C 公司>A 公司>D 公司>E 公司。