基于大數(shù)據(jù)的地方電網(wǎng)電能量采集系統(tǒng)量化評價體系研究

葉逢春黃吉濤梁 飛舒一飛馬智強

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

當下，電網(wǎng)電能量采集系統(tǒng)一直是電網(wǎng)工作的重要組成部分[1－3]。首先對于主要耗能行業(yè)，用能單位，利用現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和無線傳感器，可以實現(xiàn)電能在線監(jiān)測和管理，同時也利于各地電網(wǎng)對于電能計量數(shù)據(jù)的采集，它不僅可以引導高耗能企業(yè)合理評估，開展節(jié)能管理，也利于國家電網(wǎng)對用戶的實時監(jiān)控[4－6]。

隨著經(jīng)濟的發(fā)展與社會的進步，電氣行業(yè)也面臨越來越多的挑戰(zhàn)，同時大數(shù)據(jù)技術(shù)越來越多地被應(yīng)用到各個領(lǐng)域，大數(shù)據(jù)驅(qū)動也已經(jīng)成為電力系統(tǒng)發(fā)展的主要方向[7－10]。一些學者結(jié)合大數(shù)據(jù)技術(shù)與客觀算法對國家電網(wǎng)地方的用采系統(tǒng)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(tǒng)為研究對象，根據(jù)層次分析法，模糊理論等方法對其進行應(yīng)用水平的評價，研究結(jié)果顯示，該系統(tǒng)應(yīng)用效果良好。但該文中采取層次分析的賦權(quán)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(qū)的用采系統(tǒng)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(tǒng)企業(yè)管理水平的影響。

基于以上分析，本文基于大數(shù)據(jù)技術(shù)，結(jié)合熵值法與灰色理論對地方電網(wǎng)用采系統(tǒng)建立量化評價體系。本文的研究結(jié)果不僅可以提供各地方電網(wǎng)用采水平排名，也能為電網(wǎng)進一步建設(shè)和改進用采系統(tǒng)提供建議。

1 用采系統(tǒng)量化評價基礎(chǔ)理論

1.1 基于大數(shù)據(jù)的評價技術(shù)

隨著大數(shù)據(jù)技術(shù)的發(fā)展，大數(shù)據(jù)技術(shù)越來越多地被應(yīng)用到各個領(lǐng)域。

對于電力行業(yè)而言，來自企業(yè)的生產(chǎn)數(shù)據(jù)(如發(fā)電量、溫度、壓力等)，來自電力企業(yè)的運營數(shù)據(jù)(如交易電價、用電客戶等)，來自電力企業(yè)的管理數(shù)據(jù)(如一體化平臺、ERP 等)，這三方面的數(shù)據(jù)共同構(gòu)成了“電力大數(shù)據(jù)”。

“電力大數(shù)據(jù)”涉及電力系統(tǒng)的各個環(huán)節(jié)，綜合了電力企業(yè)的產(chǎn)、運、銷及運營和管理數(shù)據(jù)，為提升企業(yè)的競爭力和生產(chǎn)效率、深化企業(yè)層次、強化企業(yè)管理提供了強有力的技術(shù)手段。

隨著社會用電需求的進一步增加，電氣行業(yè)也面臨越來越多的挑戰(zhàn)，尤其是一些新興的電網(wǎng)應(yīng)用技術(shù)沒有完善的理論參考，需要依靠經(jīng)驗進行決策，但人為的決策通常不夠科學規(guī)范，此時依靠大數(shù)據(jù)技術(shù)的評價決策手段就顯得尤為重要。以數(shù)據(jù)為導向的評價手段將克服傳統(tǒng)的以經(jīng)驗為導向的弊端。

1.2 熵值法與灰色理論

基于數(shù)據(jù)的評價手段往往受到數(shù)據(jù)質(zhì)量的限制，無序或缺少信息量的低質(zhì)量數(shù)據(jù)通常會很大程度地干擾評價效果。因此，基于大數(shù)據(jù)技術(shù)的評價系統(tǒng)仍需要科學的算法保證評價結(jié)果的客觀合理。

其中，熵值法作為一種客觀的賦權(quán)方法，不僅可以減少數(shù)據(jù)的無序性對評價效果的影響，也彌補了主觀賦權(quán)的不足。熵值法的基本思想是:當某組數(shù)據(jù)熵越小，則表明此數(shù)據(jù)無序度較低，此組數(shù)據(jù)應(yīng)當在系統(tǒng)中占據(jù)更高的權(quán)重。

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

利用此公式，則可基于熵的概念計算數(shù)據(jù)權(quán)重。設(shè)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(shù)，即Ej值的上限為1。最終可得到依據(jù)熵權(quán)法計算的權(quán)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(shù)據(jù)量要求低，并且在預測系統(tǒng)與評價系統(tǒng)中的使用效果較好，近些年得到廣泛的應(yīng)用。本文所述地方電網(wǎng)用采系統(tǒng)量化評價體系的核心算法選擇灰色理論方法?；疑碚撛谠u價系統(tǒng)中應(yīng)用的本質(zhì)是通過對評價數(shù)組的比較分析，得到與目標數(shù)據(jù)的關(guān)聯(lián)程度，依靠關(guān)聯(lián)度量化評價效果?；疑碚撛谠u價體系具體應(yīng)用如下:

首先，確定指標數(shù)據(jù)，設(shè)最優(yōu)化指標數(shù)列為Y＝{Y(k) ｜k＝1，2，…，n}；待評價指標數(shù)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(shù)據(jù)量綱不同，不便于比較而無法得到正確的結(jié)論。因此在進行指標量化評價時，須對初始數(shù)據(jù)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(yōu)化指標的關(guān)聯(lián)系數(shù)。最優(yōu)化指標Y(k)與待評價指標Zi(k)的關(guān)聯(lián)系數(shù)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(yōu)化指標矩陣Y的第k個元素之間的關(guān)聯(lián)系數(shù)。

最后，計算指標評價量化值。待評價指標與最優(yōu)化指標關(guān)聯(lián)系數(shù)是其在各個時刻或條件下的關(guān)聯(lián)程度值，數(shù)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(quán)重對結(jié)果進行賦權(quán)求得最終評價量化值。

2 用采系統(tǒng)量化評價指標體系

本章根據(jù)用采系統(tǒng)一般評價指標的選取原則，結(jié)合地方電網(wǎng)運行經(jīng)驗，總結(jié)4 大類(技術(shù)、經(jīng)濟、管理以及社會效益)，23 小類指標。

2.1 技術(shù)指標體系

用采系統(tǒng)量化評價指標體系的技術(shù)指標包含主站功能指標，通信質(zhì)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(nèi)，J11，J12 和J14 可分別根據(jù)以下公式計算，J13 可直接從系統(tǒng)獲取。

圖1 用采系統(tǒng)技術(shù)指標

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

2.2 經(jīng)濟指標體系

用采系統(tǒng)量化評價指標體系的經(jīng)濟指標包含運營能力指標和項目建設(shè)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(shè)下分四個子指標G21，G22，G23 和G24，此四個指標亦可從財務(wù)部門直接獲得。

圖2 用采系統(tǒng)經(jīng)濟指標

2.3 管理及社會指標體系

除技術(shù)和經(jīng)濟類指標外，管理及社會指標也作為評價用采系統(tǒng)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(jù)當?shù)仉娋W(wǎng)實際管理水平與社會效益打分得出。

圖3 用采系統(tǒng)管理及社會指標

2.4 案例分析

本小結(jié)以五個地方電網(wǎng)用采系統(tǒng)的23 個評價指標為案例，由于各指標量綱不統(tǒng)一，因此首先根據(jù)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(tǒng)無量綱指標值占比

表1 各公司用采系統(tǒng)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(yōu)劣，無法直觀進行用采系統(tǒng)的評價，因此本文根據(jù)灰色理論的一般原理，對其以關(guān)聯(lián)度的表征方式進行客觀評價。

首先，根據(jù)式(1)～式(4)可以求出Ej及各指標權(quán)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(jù)式(6)～式(7)求得各公司指標關(guān)聯(lián)系數(shù):

A 公司各項指標關(guān)聯(lián)系數(shù)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(guān)聯(lián)系數(shù)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(guān)聯(lián)系數(shù)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(guān)聯(lián)系數(shù)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(guān)聯(lián)系數(shù)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(jù)所求得Wj對關(guān)聯(lián)系數(shù)進行賦權(quán)，得到五個地方電網(wǎng)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(jié)束語

本文基于大數(shù)據(jù)技術(shù)，結(jié)合熵值法與灰色理論對地方電網(wǎng)用采系統(tǒng)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(guī)范，此時基于大數(shù)據(jù)技術(shù)的評價決策手段就顯得尤為重要。以數(shù)據(jù)為導向的評價手段將克服傳統(tǒng)的以經(jīng)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(xiàn)方法，并結(jié)合二者為評價體系的算法。

其次，筆者根據(jù)用采系統(tǒng)一般評價指標的選取原則，結(jié)合地方電網(wǎng)運行經(jīng)驗，總結(jié)4 大類(技術(shù)、經(jīng)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(shù)，依據(jù)本文提出的算法，計算得到得到五個地方電網(wǎng)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。