基于模糊評(píng)價(jià)的智能用電新技術(shù)成熟度模型

張雪瑩，賴來源，曾慶彬，鄧文揚(yáng)，李欽豪

(1.廣東電網(wǎng)有限責(zé)任公司戰(zhàn)略規(guī)劃部，廣東 廣州 510600；2.廣州市奔流電力科技有限公司，廣東 廣州 510635)

智能電網(wǎng)以高度信息化、自動(dòng)化、互動(dòng)化的手段實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)電網(wǎng)升級(jí)，其相關(guān)技術(shù)的發(fā)展帶動(dòng)了智能電網(wǎng)產(chǎn)業(yè)的興起與發(fā)展[1-4]。近年來，國家科技部和各地區(qū)供電局在智能電網(wǎng)領(lǐng)域開展了大量創(chuàng)新科技應(yīng)用示范，促進(jìn)了電網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，同時(shí)也引發(fā)了一系列新問題，例如令人應(yīng)接不暇的技術(shù)示范和試點(diǎn)應(yīng)用后，究竟有哪些技術(shù)可以普遍推廣或適合在什么場景進(jìn)行推廣應(yīng)用，在具備什么邊界條件下才能夠被推廣或者尚未具備推廣性。因此，如何評(píng)價(jià)新技術(shù)的成熟度和可推廣性，成為電力行業(yè)最為關(guān)注的問題之一。

隨著“互聯(lián)網(wǎng)+”智慧能源行動(dòng)計(jì)劃的推進(jìn)以及從“用上電”到“用好電”觀念的轉(zhuǎn)變，實(shí)現(xiàn)用戶側(cè)智慧用能的智能用電新技術(shù)面臨著新的發(fā)展需求和機(jī)遇，這也成為智能電網(wǎng)技術(shù)發(fā)展中的一個(gè)重要增量方向[5-6]。智能用電技術(shù)是實(shí)現(xiàn)網(wǎng)荷友好互動(dòng)的技術(shù)支撐，文獻(xiàn)[7]從智能量測表計(jì)的發(fā)展、智能微電網(wǎng)的構(gòu)建以及加強(qiáng)需求側(cè)管理的角度，綜合分析智能用電技術(shù)發(fā)展的新趨勢；文獻(xiàn)[8]著重分析用電信息采集系統(tǒng)的構(gòu)建對(duì)推動(dòng)智能用電的積極作用；文獻(xiàn)[9]討論了智能用電的泛在終端感知設(shè)備、智慧互動(dòng)技術(shù)體系等。上述研究集中在智能用電技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢，對(duì)技術(shù)的成熟度評(píng)價(jià)、短板所在缺乏全方位的量化分析。

技術(shù)成熟度評(píng)價(jià)實(shí)質(zhì)是利用綜合評(píng)價(jià)理論對(duì)技術(shù)進(jìn)行多維度綜合評(píng)估，目前在智能電網(wǎng)中已有相關(guān)應(yīng)用，例如應(yīng)用于智能電網(wǎng)產(chǎn)業(yè)成熟度評(píng)價(jià)、園區(qū)用戶畫像技術(shù)評(píng)價(jià)等。其核心在于構(gòu)建能夠反映技術(shù)發(fā)展的多維度評(píng)價(jià)體系，然而現(xiàn)階段在智能用電技術(shù)的領(lǐng)域少有涉及，并且，針對(duì)深刻挖掘成熟度模型的內(nèi)涵、提煉關(guān)鍵特征敏感度方面還有待進(jìn)一步研究。

對(duì)此，本文在綜述幾類關(guān)鍵智能用電新技術(shù)應(yīng)用實(shí)施的基礎(chǔ)上，結(jié)合技術(shù)價(jià)值、市場價(jià)值和市場導(dǎo)向等多維度，建立智能用電新技術(shù)的應(yīng)用成熟度評(píng)價(jià)體系；采用層次分析法(analytic hierarchy process，AHP)和模糊綜合評(píng)價(jià)理論，構(gòu)建智能用電新技術(shù)應(yīng)用成熟度模型；結(jié)合實(shí)例分析提出技術(shù)成熟度模型實(shí)用化分析思路，挖掘成熟度模型的內(nèi)涵，旨在為智能用電新技術(shù)的發(fā)展推廣提供參考。

1 智能用電新技術(shù)發(fā)展

智能用電是指利用計(jì)量、控制、通信和存儲(chǔ)等技術(shù)對(duì)電力進(jìn)行智能化支配，實(shí)現(xiàn)用戶終端與電能的智慧交互，從而助推電力優(yōu)化配置和終端能效提升的新型供用電關(guān)系。本章從可測(監(jiān)測可視化程度提升)到可控(用戶可參與配電網(wǎng)雙向互動(dòng))的角度出發(fā)，加強(qiáng)對(duì)智能用電新技術(shù)的挖掘，綜述幾類智能用電新技術(shù)如下。

1.1 侵入式監(jiān)測

相比傳統(tǒng)的非侵入式負(fù)荷監(jiān)測，侵入式負(fù)荷監(jiān)測(intrusive load monitoring，ILM)是指通過在用戶端各電器的電源端直接嵌入安裝電壓、電流傳感器，從而實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)獲得用戶自身用電特性信息的手段。由于ILM技術(shù)直接面向用電器進(jìn)行數(shù)據(jù)采集與分析，無需進(jìn)行復(fù)雜的信息分解計(jì)算，可解決傳統(tǒng)非侵入式監(jiān)測算法復(fù)雜、精度較低、負(fù)荷識(shí)別延展性弱等問題，并且對(duì)新型負(fù)荷的特征具有較強(qiáng)的識(shí)別能力[10]。

ILM因需在用戶設(shè)備上加裝負(fù)荷測量裝置來實(shí)現(xiàn)接入設(shè)備的獨(dú)立測量和分析，改造推廣費(fèi)用高，對(duì)其的應(yīng)用和研究均較少。隨著物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展和智能家電的普及，能準(zhǔn)確識(shí)別設(shè)備特性和電力指紋的侵入式信息采集技術(shù)也有了試點(diǎn)應(yīng)用。例如廣東省佛山市在某小區(qū)開展智能小區(qū)試點(diǎn)建設(shè)，在居民側(cè)安裝智能插座來實(shí)現(xiàn)設(shè)備監(jiān)測，通過APP或微信公眾號(hào)進(jìn)行信息推送和定制用電服務(wù)[11]。

1.2 多表集抄

多表集抄是指在智能電表集抄的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步采集水與燃?xì)獾男畔?，?shí)現(xiàn)水、氣、電的統(tǒng)一計(jì)費(fèi)管理[12-13]。國外在水電、氣熱等的計(jì)量領(lǐng)域發(fā)展較早，各種技術(shù)非常成熟，通信手段豐富，且具備成熟的計(jì)量芯片。國內(nèi)在電量數(shù)據(jù)采集方面雖然已較為完善，但在水、氣、電統(tǒng)一計(jì)量方面發(fā)展緩慢，目前僅有少量地方開展了試點(diǎn)，例如廣東省中山市在某新區(qū)建設(shè)中統(tǒng)籌考慮“多表合一”建設(shè)，實(shí)現(xiàn)對(duì)試點(diǎn)居民用戶的水、氣、電一體化采集。“多表合一”在一定程度上可以縮減基礎(chǔ)設(shè)施的重復(fù)建設(shè)，降低成本，也為居民提供便利。由于目前供電、供水、燃?xì)?個(gè)部門之間存在較大壁壘，僅靠電力部門牽頭建設(shè)較困難。

1.3 “四網(wǎng)融合”技術(shù)

“四網(wǎng)融合”是指在現(xiàn)有電信網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)和廣播電視網(wǎng)的3網(wǎng)融合基礎(chǔ)上加入電網(wǎng)，推進(jìn)“互聯(lián)網(wǎng)+能源”建設(shè)，提高社會(huì)的智能化水平[14]。從技術(shù)范疇上看，“四網(wǎng)融合”技術(shù)主要面向配電變壓器以下“最后1公里”范圍內(nèi)，利用電力線入戶體量最大的優(yōu)勢，進(jìn)一步承載電話、電腦和電視網(wǎng)絡(luò)的任務(wù)，為用戶提供千兆量級(jí)網(wǎng)絡(luò)帶寬，徹底解決“最后1公里”的難題。因此，“四網(wǎng)融合”技術(shù)屬于用電側(cè)關(guān)鍵技術(shù)的一種[15]。

我國2001年制定并通過的“十五計(jì)劃”綱要中第1次明確提出要促進(jìn)電信、電視、計(jì)算機(jī)“三網(wǎng)融合”，2006年制定并通過的“十一五規(guī)劃”綱要指出，應(yīng)積極推進(jìn)“三網(wǎng)融合”，而“四網(wǎng)融合”就是在“三網(wǎng)融合”的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步加入電網(wǎng)，該技術(shù)目前在國家電網(wǎng)有限公司和中國南方電網(wǎng)有限責(zé)任公司均已有試點(diǎn)[16]。例如上海東郊紫園小區(qū)的133棟住宅已經(jīng)開始進(jìn)行交互式個(gè)人電視(interactive personal television，IPTV)、電話、互聯(lián)網(wǎng)等試點(diǎn)。作為家庭中心控制單元，該試點(diǎn)能夠完成電網(wǎng)與電力用戶之間的互動(dòng)，同時(shí)能夠接入安防、水氣表抄收、門禁、可視對(duì)講等功能；采用電力線或無線方式與外界通信，能夠傳送電壓、電流、頻率、功率因數(shù)等用電信息，并進(jìn)行遠(yuǎn)程通斷電控制以及工作模式調(diào)整，從而達(dá)到電力光纖到戶，支持“三網(wǎng)融合”的效果。廣州在中新知識(shí)城智能電網(wǎng)示范區(qū)，利用“四網(wǎng)融合”技術(shù)，采用光纖復(fù)合低壓電纜(optical fiber low-voltage composite cable, OPLC)光纜融合低壓電纜，將通信線路融合在供電線路中，1次施工用1根線路承載互聯(lián)網(wǎng)、廣播電視網(wǎng)、電信網(wǎng)和電網(wǎng)的業(yè)務(wù)需求，避免重復(fù)開挖，完成光纖網(wǎng)建設(shè)項(xiàng)目和通信網(wǎng)同步建設(shè)項(xiàng)目，加強(qiáng)了配電網(wǎng)的通信覆蓋率。

然而“四網(wǎng)融合”技術(shù)仍缺乏明確的政策支撐技術(shù)建設(shè)和市場化模式，如廣州在建成“四網(wǎng)融合”試點(diǎn)工程后，因無對(duì)各運(yùn)營商的收費(fèi)標(biāo)準(zhǔn)，目前沒有成本回收的途徑。

1.4 需求側(cè)響應(yīng)

需求側(cè)響應(yīng)技術(shù)按照響應(yīng)機(jī)制可以分為激勵(lì)型需求側(cè)響應(yīng)和價(jià)格型需求側(cè)響應(yīng)，2種方式的目的均是引導(dǎo)用戶調(diào)整用電行為，實(shí)現(xiàn)削峰填谷，改善電網(wǎng)供電經(jīng)濟(jì)性和穩(wěn)定性[17]。其中價(jià)格型需求側(cè)響應(yīng)主要通過分時(shí)電價(jià)、尖峰電價(jià)等制訂策略，引導(dǎo)用戶避開用電高峰，強(qiáng)制性較低；激勵(lì)性需求側(cè)響應(yīng)則主要通過簽訂合同來實(shí)現(xiàn)直接負(fù)荷控制或緊急需求響應(yīng)等，強(qiáng)制性較高。

需求側(cè)響應(yīng)在國外已有大量研究和應(yīng)用，其中美國、英國、瑞典等國家經(jīng)驗(yàn)最為豐富[18]。美國在2005年8月已簽署能源政策法案，推動(dòng)需求側(cè)響應(yīng)發(fā)展。目前國內(nèi)關(guān)于需求側(cè)響應(yīng)的研究多數(shù)處于理論層面，也有少量在借鑒國外實(shí)施經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，根據(jù)地區(qū)特點(diǎn)開展相關(guān)試點(diǎn)。例如珠海在自主開發(fā)的智慧能源運(yùn)營系統(tǒng)中開發(fā)需求側(cè)響應(yīng)子模塊和智慧用能服務(wù)子模塊，利用價(jià)格型需求側(cè)響應(yīng)機(jī)制試點(diǎn)推行用電服務(wù)。由調(diào)度機(jī)構(gòu)預(yù)測次日電力供需缺口，并通過網(wǎng)站、手機(jī)APP等方式發(fā)布，電力交易中心發(fā)布次日現(xiàn)貨市場價(jià)格曲線，并進(jìn)一步通過智慧用能服務(wù)子模塊為用戶制訂用電零售套餐，以實(shí)現(xiàn)用戶的能效管理和節(jié)能服務(wù)等個(gè)性化增值服務(wù)。

1.5 電動(dòng)汽車有序充電

隨著居民側(cè)電動(dòng)汽車保有量的上升，如何實(shí)現(xiàn)電動(dòng)汽車與電網(wǎng)之間信息流與能量流的雙向流動(dòng)，有效提升能源利用效率，降低峰谷差，是建設(shè)用戶側(cè)用電智能化的重要手段，V2G(vehicle-to-grid)技術(shù)由此應(yīng)運(yùn)而生。V2G主要是實(shí)現(xiàn)電動(dòng)汽車充放電信息的監(jiān)測與控制，使電動(dòng)汽車能向電網(wǎng)進(jìn)行能量反饋，獲取收益，此時(shí)用戶不僅是能源消費(fèi)方，亦是能源供應(yīng)方[19]。

V2G技術(shù)的研究主要集中在控制策略和并網(wǎng)逆變器?？刂撇呗灾饕峭ㄟ^優(yōu)化有序充電模型，實(shí)現(xiàn)效益最大化，目前國內(nèi)外都有深入研究，主要以包括電網(wǎng)側(cè)、用戶側(cè)、運(yùn)營代理側(cè)等多主體的綜合效益最高為優(yōu)化目標(biāo)[20]。而在并網(wǎng)逆變器的研究中，我國尚無嚴(yán)格的并網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)，目前常用IEEE 1547作為標(biāo)準(zhǔn)[21]。并網(wǎng)逆變器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)主要分為AC-DC單級(jí)式和“AC-DC+DC-DC”兩級(jí)式這2種類型。其中兩級(jí)式具有更高的可靠性，使用也最廣泛[22]。

國內(nèi)外對(duì)V2G技術(shù)均有試點(diǎn)示范工程。早在1997年，美國特拉華大學(xué)就建設(shè)了第1個(gè)V2G示范項(xiàng)目；2016年，丹麥建成了第1個(gè)完全商業(yè)化運(yùn)行的V2G項(xiàng)目。中國也進(jìn)行了試點(diǎn)建設(shè)，其中上海電力率先建立V2G研究部門；2019年，國家電網(wǎng)電動(dòng)汽車服務(wù)有限公司推出了“e唯寶”，可讓電動(dòng)汽車接入泛在電力物聯(lián)網(wǎng)。但目前中國的V2G技術(shù)尚不成熟，還未開展大規(guī)模推廣建設(shè)。

2 智能用電新技術(shù)應(yīng)用成熟度評(píng)價(jià)體系

為更好地量化評(píng)價(jià)智能用電新技術(shù)的應(yīng)用情況，分析其短板，構(gòu)建智能用電新技術(shù)的應(yīng)用成熟度評(píng)價(jià)體系，為量化評(píng)價(jià)應(yīng)用成熟度奠定基礎(chǔ)。

2.1 評(píng)價(jià)指標(biāo)體系

評(píng)價(jià)技術(shù)的應(yīng)用成熟度除了技術(shù)自身所體現(xiàn)的價(jià)值(包括技術(shù)自身價(jià)值及其應(yīng)用所帶來的市場價(jià)值)，還取決于市場機(jī)制作用下對(duì)技術(shù)的選擇。因此，對(duì)智能用電新技術(shù)成熟度的評(píng)判，可從技術(shù)價(jià)值、市場價(jià)值、市場導(dǎo)向3個(gè)角度出發(fā)，細(xì)化評(píng)價(jià)指標(biāo)，形成綜合評(píng)價(jià)體系。

從技術(shù)的自身價(jià)值來看，價(jià)值高的技術(shù)在可靠性和經(jīng)濟(jì)性方面具有良好的表現(xiàn)，具體如下。

a)技術(shù)可靠性?？煽啃院玫谋憩F(xiàn)主要為：設(shè)備運(yùn)行安全，沒有或極少出現(xiàn)安全事故；運(yùn)行可靠，故障發(fā)生概率低。

b)技術(shù)經(jīng)濟(jì)性。經(jīng)濟(jì)性好的表現(xiàn)主要為：能耗水平低，可提高環(huán)境效益；造價(jià)水平合理或較低；使用壽命長。

從市場價(jià)值上看，技術(shù)的成熟應(yīng)用在于其具備便攜性且可帶來顯著的應(yīng)用效益，具體如下。

a)上游配套。上游配套好的表現(xiàn)主要為：技術(shù)相關(guān)設(shè)備的產(chǎn)業(yè)化水平高，具備大規(guī)模生產(chǎn)能力；國產(chǎn)化程度高，核心技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)全國產(chǎn)化；標(biāo)準(zhǔn)化程度高，現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)齊全，有相關(guān)國家標(biāo)準(zhǔn)、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。

b)試點(diǎn)情況。試點(diǎn)情況好的主要表現(xiàn)是：技術(shù)在電網(wǎng)建設(shè)中的適應(yīng)性好，即與電網(wǎng)現(xiàn)有設(shè)備的適配程度高；應(yīng)用建設(shè)情況成熟，技術(shù)相關(guān)設(shè)備接入電網(wǎng)無須對(duì)電網(wǎng)進(jìn)行改造；有足夠的建設(shè)工程或案例，有一定的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，設(shè)備運(yùn)維難度較低。

c)應(yīng)用效益。應(yīng)用效益好的主要表現(xiàn)是：能有效提升電網(wǎng)運(yùn)行指標(biāo)，例如提升保障供電能力、優(yōu)質(zhì)供電水平，推動(dòng)節(jié)能增效等，可滿足智能配電網(wǎng)安全可靠、綠色高效的建設(shè)要求。

此外，成熟的技術(shù)具備良好市場導(dǎo)向，包括好的運(yùn)營管理模式和市場激勵(lì)，具體如下：

a)政策環(huán)境。好的政策環(huán)境主要表現(xiàn)在：國家政策的支持水平力度夠，例如符合國家建設(shè)發(fā)展方向，有地方性或行業(yè)性推廣政策，以及技術(shù)行業(yè)發(fā)展有國家補(bǔ)貼等。

b)市場環(huán)境。好的市場環(huán)境主要表現(xiàn)在：產(chǎn)權(quán)管理主體清晰，責(zé)任部門明確；運(yùn)營模式成熟，有良好的成本回收方案。

綜上特征，形成智能用電新技術(shù)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系如圖1所示。

圖1 智能用電新技術(shù)應(yīng)用成熟度評(píng)價(jià)指標(biāo)體系Fig.1 Evaluation index system of application maturity of new intelligent power consumption technology

2.2 評(píng)價(jià)描述體系

技術(shù)應(yīng)用成熟度評(píng)判對(duì)推廣建設(shè)、智能配電網(wǎng)規(guī)劃、分析薄弱環(huán)節(jié)等均有指導(dǎo)意義。根據(jù)發(fā)展速度和完善程度的不同，技術(shù)的應(yīng)用成熟情況可分為萌芽期、起步期、高速成長期和成熟期4個(gè)階段。為了宏觀評(píng)價(jià)技術(shù)的整體合理成熟度，基于圖1的指標(biāo)體系，從細(xì)化指標(biāo)入手，結(jié)合調(diào)研實(shí)際分析各指標(biāo)所處的成熟度階段。表1給出各細(xì)化指標(biāo)對(duì)應(yīng)不同成熟階段的具體描述。

表1 評(píng)價(jià)指標(biāo)的應(yīng)用成熟度階段描述Tab.1 Maturity stage description of evaluation indicators

3 基于AHP-模糊評(píng)價(jià)的應(yīng)用成熟度評(píng)估

3.1 整體思路

基于圖1的兩層級(jí)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，應(yīng)用成熟度評(píng)估的整體思路在于自下而上地分析各個(gè)指標(biāo)的重要度和影響度，最后歸類為對(duì)技術(shù)的綜合評(píng)價(jià)。其中，重要度主要基于層次分析法(analytic hierarchy process，AHP)以權(quán)重的方式表征，影響度主要通過模糊綜合評(píng)價(jià)以隸屬度取值體現(xiàn)。評(píng)價(jià)體系中，定義m(m=1,2,3，…,M)為第1層評(píng)價(jià)指標(biāo)中的任一指標(biāo)，nm為第1層指標(biāo)m中的第n個(gè)2層指標(biāo)，且nm=1,2,3，…,N(m)。應(yīng)用成熟度評(píng)估流程如圖2所示。

圖2 技術(shù)應(yīng)用成熟度評(píng)估流程Fig.2 Flow chart of application maturity evaluation

評(píng)價(jià)流程具體描述如下：

步驟1，采用AHP分別計(jì)算第1層、第2層每個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)的權(quán)重G(m)、G(nm)；

步驟2，構(gòu)建隸屬度函數(shù)，計(jì)算第2層指標(biāo)nm對(duì)于各階段評(píng)價(jià)描述z(z分別表示萌芽期、起步期、高速成長期、成熟期)的隸屬度p2(nm,z)；

步驟3，結(jié)合指標(biāo)權(quán)重G(nm)和p2(nm,z)，采用模糊綜合評(píng)價(jià)分析方法對(duì)N(m)個(gè)第2層評(píng)價(jià)指標(biāo)進(jìn)行評(píng)價(jià)，獲得第1層評(píng)價(jià)指標(biāo)m對(duì)于各階段評(píng)價(jià)描述z的隸屬度p1(m,z)；

步驟4，遍歷第1層的每個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)m，并重復(fù)步驟2—步驟3；

步驟5，基于指標(biāo)權(quán)重G(m)和p1(m,z)，同樣采用模糊綜合評(píng)價(jià)分析方法，計(jì)算該關(guān)鍵技術(shù)對(duì)于評(píng)價(jià)目標(biāo)z的隸屬度p(z)；

步驟6，基于最大隸屬度原則，即取max(p(z))對(duì)應(yīng)的z作為該技術(shù)應(yīng)用成熟度的評(píng)價(jià)等級(jí)。

3.2 層次分析法

AHP通過定性和定量相結(jié)合，求取各項(xiàng)指標(biāo)的權(quán)重，其核心是構(gòu)建判斷矩陣，判斷矩陣將決策者的定性判斷轉(zhuǎn)化為衡量目標(biāo)之間重要程度的計(jì)算值，矩陣元素涵蓋了兩兩比較重要程度的信息，是權(quán)重計(jì)算的關(guān)鍵數(shù)據(jù)來源[23-24]。對(duì)于具有M個(gè)指標(biāo)的評(píng)價(jià)體系，判斷矩陣為M階方陣B=(bmm′)M×M，bmm′是評(píng)價(jià)指標(biāo)m相對(duì)于評(píng)價(jià)指標(biāo)m′的重要程度。基于合理的判斷矩陣B，求解其最大特征值所對(duì)應(yīng)的正則化特征向量，向量各個(gè)分量即為權(quán)值G(m)，可通過式(1)近似計(jì)算：

(1)

3.3 模糊綜合評(píng)價(jià)

模糊綜合評(píng)價(jià)的計(jì)算方法中，核心計(jì)算包括2個(gè)方面：一是通過模糊隸屬函數(shù)的構(gòu)建計(jì)算獲得p2(nm,z)；二是指標(biāo)權(quán)重G(nm)和p2(nm,z)(或G(m)和p1(m,z))的合成計(jì)算方法。

3.3.1 隸屬度函數(shù)構(gòu)建

隸屬度函數(shù)是評(píng)判某指標(biāo)成熟度階段的量化表述。為更好地進(jìn)行成熟階段評(píng)判，引入專家評(píng)分法，將表1所述的成熟度階段描述作為評(píng)分準(zhǔn)則。

考慮到評(píng)價(jià)目標(biāo)z共有4個(gè)檔次，按照總分20平均劃分為4個(gè)區(qū)間，由于位于區(qū)間邊界的分?jǐn)?shù)在劃定其所屬評(píng)價(jià)目標(biāo)時(shí)具有模糊性，構(gòu)建梯形隸屬度函數(shù)如下。

指標(biāo)對(duì)萌芽期的隸屬度函數(shù)

(2)

指標(biāo)對(duì)起步期的隸屬度函數(shù)

(3)

指標(biāo)對(duì)高速成長期的隸屬度函數(shù)

(4)

指標(biāo)對(duì)成熟期的隸屬度函數(shù)

(5)

式中U為指標(biāo)評(píng)估分?jǐn)?shù)。對(duì)任一指標(biāo)nm，可通過U計(jì)算出指標(biāo)對(duì)評(píng)價(jià)目標(biāo)的隸屬度p2(nm,z)。

3.3.2 模糊合成

模糊合成的目的是結(jié)合評(píng)價(jià)指標(biāo)的權(quán)重及其對(duì)評(píng)價(jià)目標(biāo)的隸屬度，進(jìn)行合成運(yùn)算，最終形成對(duì)上一層指標(biāo)的評(píng)判[25]。具體來說：已知p2(nm,z)和G(nm)，采用加權(quán)平均型模糊算子[26]，則有：

(6)

同樣地，對(duì)于G(m)和p1(m,z)，亦可采用式(6)的運(yùn)算進(jìn)行模糊合成。

4 算例分析

4.1 實(shí)例分析思路

技術(shù)應(yīng)用成熟度評(píng)判對(duì)推廣建設(shè)、智能配電網(wǎng)規(guī)劃、分析薄弱環(huán)節(jié)等均有指導(dǎo)意義。實(shí)例分析過程中，獲得技術(shù)的應(yīng)用成熟度只是計(jì)算目標(biāo)之一。計(jì)算過程中，綜合分析各層指標(biāo)計(jì)算所得的重要度和影響度，可以評(píng)估技術(shù)應(yīng)用中存在的薄弱環(huán)節(jié)，并且，電網(wǎng)技術(shù)推廣中考慮自身不同的目標(biāo)導(dǎo)向，還可以對(duì)應(yīng)用成熟度進(jìn)行定向評(píng)估，用以更好地指導(dǎo)技術(shù)推廣。

據(jù)此，結(jié)合技術(shù)實(shí)例化分析，提出以應(yīng)用成熟度評(píng)價(jià)→薄弱環(huán)節(jié)分析→電網(wǎng)應(yīng)用目標(biāo)導(dǎo)向敏感性分析為主導(dǎo)的分析思路，進(jìn)行智能用電新技術(shù)的應(yīng)用成熟度評(píng)價(jià)。根據(jù)應(yīng)用成熟度的評(píng)價(jià)結(jié)果，可以綜合評(píng)判技術(shù)的當(dāng)前應(yīng)用情況以及發(fā)展制約因素，以期更有針對(duì)性地指導(dǎo)技術(shù)發(fā)展，助推用戶側(cè)智慧用電。

4.2 技術(shù)應(yīng)用成熟度評(píng)價(jià)

應(yīng)用AHP，首先對(duì)智能用電關(guān)鍵技術(shù)評(píng)價(jià)指標(biāo)進(jìn)行重要性分析和權(quán)重計(jì)算，第1層指標(biāo)共7項(xiàng)，第2級(jí)指標(biāo)共18項(xiàng)。為獲得AHP所需的兩兩重要度判別結(jié)果，同時(shí)避免判別結(jié)果來源過于單一，本文梳理廣東省21個(gè)地市電網(wǎng)公司多位技術(shù)專家的判別結(jié)果，開展定性重要性判別后進(jìn)行量化標(biāo)定，形成判斷矩陣經(jīng)AHP獲得的權(quán)重值如下。

基于圖1的層級(jí)指標(biāo)體系，第1層7個(gè)指標(biāo)權(quán)重依次分別為：0.045、 0.104、0.068、0.352、0.031、0.241、0.160；而第2層18個(gè)指標(biāo)中，屬于“上游配套”的3個(gè)二級(jí)指標(biāo)權(quán)重依次為：0.540、 0.297、0.163；屬于“試點(diǎn)情況”的3份二級(jí)指標(biāo)權(quán)重依次為：0.540、 0.297、 0.163；屬于“應(yīng)用效益”的3個(gè)二級(jí)指標(biāo)權(quán)重依次為：0.540、 0.297、 0.163；屬于“技術(shù)可靠性”的2個(gè)二級(jí)指標(biāo)權(quán)重依次為：0.667、 0.333；屬于“技術(shù)經(jīng)濟(jì)性”的3個(gè)二級(jí)指標(biāo)權(quán)重依次為：0.540、 0.297、 0.163；屬于“政策環(huán)境”的2個(gè)二級(jí)指標(biāo)權(quán)重依次為：0.667、 0.333；屬于“市場環(huán)境”的2個(gè)二級(jí)指標(biāo)權(quán)重依次為：0.667、0.333。

由第1層級(jí)指標(biāo)權(quán)重可知，指標(biāo)重要度居于前5位的分別為技術(shù)可靠性、政策環(huán)境、市場環(huán)境、試點(diǎn)情況、應(yīng)用效益，反映了目前在智能用電技術(shù)的應(yīng)用中，更加著眼于技術(shù)的可靠、市場配套政策激勵(lì)，進(jìn)而重視其與現(xiàn)有電網(wǎng)的配套銜接與效益。當(dāng)前，智能用電新技術(shù)主要由電網(wǎng)與用戶或其他角色共同投資或合作建設(shè)，目的是在滿足電網(wǎng)安全可靠標(biāo)準(zhǔn)的情況下，能夠有效提高社會(huì)效益，因此需要良好的政策環(huán)境和市場環(huán)境。指標(biāo)權(quán)重量化的分析結(jié)果與目前實(shí)際相吻合。

此外，組成調(diào)研小組，采用訪談、問卷、專家研討會(huì)等形式，對(duì)廣東省21個(gè)地市在智能用電技術(shù)領(lǐng)域的應(yīng)用情況進(jìn)行深度調(diào)研。調(diào)研范圍既包含廣州、佛山、珠海、中山、東莞等珠三角發(fā)達(dá)地區(qū)，又有汕頭南澳海島地區(qū)和云浮、韶關(guān)等粵北山區(qū)。在對(duì)21個(gè)地市的調(diào)研過程中，根據(jù)表1所述的指標(biāo)成熟度評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，獲取約600份技術(shù)調(diào)研評(píng)分結(jié)論。從評(píng)分?jǐn)?shù)據(jù)中首先選取頻數(shù)最高的數(shù)據(jù)作為該評(píng)價(jià)指標(biāo)的成熟階段的定性結(jié)論，并對(duì)這些分?jǐn)?shù)進(jìn)行取平均值處理，指標(biāo)的相關(guān)評(píng)分?jǐn)?shù)據(jù)結(jié)論見附錄A表A1。同時(shí)采用3.3節(jié)所述的模糊綜合評(píng)價(jià)計(jì)算方法，獲取指標(biāo)所處階段的隸屬度，以需求側(cè)響應(yīng)技術(shù)為例，結(jié)果見表2。根據(jù)指標(biāo)權(quán)重和指標(biāo)所處階段的隸屬度情況，利用式(6)，得到各項(xiàng)技術(shù)的應(yīng)用成熟度分析結(jié)果，見表3。

表2 需求側(cè)響應(yīng)技術(shù)各指標(biāo)的階段隸屬度Tab.2 Subordination degree of each index of demand-side response

表3 智能用電新技術(shù)各指標(biāo)的階段隸屬度Tab.3 Subordination degree of each index of new intelligent power consumption technology

基于最大隸屬度原則，由表3可知目前智能用電新技術(shù)均未進(jìn)入成熟期。其中需求側(cè)響應(yīng)和有序充電技術(shù)的應(yīng)用成熟度最高，處于高速成長期，而“四網(wǎng)融合”技術(shù)的應(yīng)用成熟度最低，處于萌芽期。該結(jié)果反映了當(dāng)前智能用電新技術(shù)的應(yīng)用潛力仍有待進(jìn)一步挖掘，結(jié)合技術(shù)應(yīng)用成熟度分析流程，可對(duì)技術(shù)應(yīng)用的薄弱環(huán)節(jié)進(jìn)行分析。

4.3 薄弱環(huán)節(jié)分析

為進(jìn)一步研究各項(xiàng)智能用電技術(shù)在各個(gè)環(huán)節(jié)上的應(yīng)用現(xiàn)狀，分析技術(shù)的薄弱環(huán)節(jié)，圖3給出各項(xiàng)技術(shù)的綜合評(píng)分雷達(dá)圖。

圖3 智能用電新技術(shù)評(píng)分雷達(dá)圖Fig.3 Radar charts of new intelligent power consumption technology

由圖3可知，目前的智能用電技術(shù)均缺乏有效的政策引導(dǎo)和支撐，在政策環(huán)境上最為薄弱。此外，侵入式監(jiān)測技術(shù)和“四網(wǎng)融合”技術(shù)的次薄弱項(xiàng)在市場環(huán)境。侵入式監(jiān)測涉及建設(shè)方與用戶的協(xié)同，缺乏完善的市場機(jī)制和商業(yè)模式做引導(dǎo)，難以發(fā)揮技術(shù)在智慧用能方面應(yīng)用的效益?！八木W(wǎng)融合”技術(shù)涉及多方運(yùn)營商，盡管從技術(shù)可靠性看，技術(shù)發(fā)展相對(duì)成熟，但是管理問題突出，建設(shè)涉及的各方配合意愿不高，存在運(yùn)營商之間協(xié)調(diào)、投資界面不清晰等問題，因此技術(shù)的應(yīng)用成熟度較低。由此看來，規(guī)范市場機(jī)制、制訂合理的營商模式是發(fā)展侵入式監(jiān)測和“四網(wǎng)融合”技術(shù)的重要手段。除政策環(huán)境外，多表集抄技術(shù)的次薄弱項(xiàng)為應(yīng)用效益及市場環(huán)境。目前水、電、氣單獨(dú)的信息集抄在技術(shù)層面上均已經(jīng)相對(duì)成熟，融合多種信號(hào)采集的多表集抄技術(shù)對(duì)整體社會(huì)效益(如減少重復(fù)建設(shè)、最大化社會(huì)效益)有較大的提升效果，但針對(duì)各自行業(yè)的應(yīng)用效益提升不明顯，且由于供電、供水、燃?xì)?個(gè)部門間存在較大壁壘，單純由供電部門牽頭推動(dòng)會(huì)較被動(dòng)，從而制約了該項(xiàng)技術(shù)的全面推廣應(yīng)用，降低了其應(yīng)用成熟度。因此，需加強(qiáng)市場環(huán)境的引導(dǎo)，打破行業(yè)數(shù)據(jù)交互壁壘，結(jié)合大數(shù)據(jù)技術(shù)，加強(qiáng)行業(yè)數(shù)據(jù)間的隱私保護(hù)，提升多數(shù)據(jù)交互之間的綜合應(yīng)用效益，發(fā)揮1+1>2的優(yōu)勢，才能有效提升多表集抄技術(shù)的應(yīng)用成熟度和價(jià)值。需求側(cè)響應(yīng)和有序充電技術(shù)應(yīng)用成熟度較高，除政策環(huán)境外，暫無其他明顯的薄弱項(xiàng)。

4.4 目標(biāo)導(dǎo)向敏感性分析

4.2～4.3節(jié)分析中，技術(shù)成熟度分析中以技術(shù)可靠性、政策和市場環(huán)境為主要導(dǎo)向，說明當(dāng)前技術(shù)的成熟應(yīng)用需要有良好的市場導(dǎo)向。實(shí)際上，新技術(shù)的應(yīng)用往往需要先進(jìn)行試點(diǎn)，在其具有良好的可靠性及電網(wǎng)應(yīng)用效益后，再逐步完善市場政策環(huán)境，推動(dòng)技術(shù)應(yīng)用的整體成熟。從薄弱環(huán)節(jié)分析亦可以看出，市場環(huán)境是智能用電新技術(shù)應(yīng)用的短板之一。為充分突出技術(shù)本身在電網(wǎng)應(yīng)用中的優(yōu)勢效益，本節(jié)在進(jìn)行指標(biāo)重點(diǎn)度分析時(shí)，弱化對(duì)政策環(huán)境、市場及管理2大因素的考慮，將二者的重要度置于最后，據(jù)此分析智能用電新技術(shù)的應(yīng)用成熟度，結(jié)果見表4。

由表4可知，考慮以電網(wǎng)應(yīng)用為導(dǎo)向的情況下，侵入式監(jiān)測、多表集抄、“四網(wǎng)融合”等技術(shù)的成熟度均有提升，這從側(cè)面反映了除了其市場環(huán)境因素外，從電網(wǎng)自身角度可以推動(dòng)這些技術(shù)的發(fā)展，特別是侵入式技術(shù)和多表集抄，從電網(wǎng)自身推進(jìn)角度看已處于高速成長期，可加強(qiáng)其推進(jìn)并引導(dǎo)市場環(huán)境建設(shè)。而對(duì)于需求側(cè)響應(yīng)和有序充電技術(shù)，目前已逐步開展應(yīng)用，從技術(shù)可靠性及應(yīng)用效益看，仍將保持其高速成長期的成熟度階段。

表4 考慮電網(wǎng)應(yīng)用導(dǎo)向的智能用電技術(shù)應(yīng)用成熟度Tab.4 Application maturity of new intelligent power consumption technology considering grid application orientation

綜上目標(biāo)導(dǎo)向分析，弱化市場環(huán)境因素帶來的影響，可反映從電網(wǎng)自身應(yīng)用的技術(shù)發(fā)展成熟度階段，對(duì)電網(wǎng)自身推動(dòng)技術(shù)發(fā)展具有指導(dǎo)意義。當(dāng)技術(shù)成熟度較好，而在計(jì)及市場因素下的整體技術(shù)成熟度較弱時(shí)，電網(wǎng)具備推動(dòng)該項(xiàng)技術(shù)的動(dòng)力，可通過加強(qiáng)該技術(shù)的市場引領(lǐng)，推動(dòng)市場環(huán)境建設(shè)，實(shí)現(xiàn)技術(shù)的成熟化應(yīng)用。

5 結(jié)論

本文基于AHP-模糊評(píng)價(jià)分析理論，建立了智能用電新技術(shù)應(yīng)用成熟度評(píng)價(jià)模型，并提出采用技術(shù)應(yīng)用成熟度評(píng)價(jià)、薄弱環(huán)節(jié)分析及電網(wǎng)應(yīng)用目標(biāo)導(dǎo)向敏感性分析的技術(shù)成熟度模型的研究思路，對(duì)智能用電領(lǐng)域中侵入式監(jiān)測技術(shù)、多表集抄技術(shù)、“四網(wǎng)融合”技術(shù)、需求側(cè)響應(yīng)技術(shù)和有序充電技術(shù)進(jìn)行研究。結(jié)合調(diào)研客觀事實(shí)和量化分析，得出如下結(jié)論：

a)結(jié)合不同目標(biāo)的重要度評(píng)估，技術(shù)應(yīng)用成熟度評(píng)價(jià)可獲得智能用電新技術(shù)的整體技術(shù)成熟度。算例分析中幾類智能用電新技術(shù)均尚未進(jìn)入成熟期，其中，需求側(cè)響應(yīng)和有序充電技術(shù)成熟度最高，處于高速成長期，而“四網(wǎng)融合”技術(shù)成熟度最低，處于萌芽期，侵入式監(jiān)測和多表集抄技術(shù)仍處起步階段。

b)薄弱項(xiàng)分析可基于各指標(biāo)模糊合成的評(píng)估分析，并以雷達(dá)圖的形式清晰呈現(xiàn)。算例分析中，智能用電技術(shù)均缺乏有效的政策引導(dǎo)和支撐，在政策環(huán)境上最為薄弱。

c)電網(wǎng)應(yīng)用目標(biāo)導(dǎo)向中弱化市場因素的影響，通過分析可知侵入式監(jiān)測技術(shù)和“四網(wǎng)融合”技術(shù)已處于高速成長階段，在該2項(xiàng)技術(shù)上，電網(wǎng)作為技術(shù)的主要建設(shè)者，具備推動(dòng)該項(xiàng)技術(shù)的動(dòng)力，需重點(diǎn)推動(dòng)相關(guān)市場環(huán)境建設(shè)。