CN104463705A - 用于省级电网的发输用电节能指标综合评价方法 - Google Patents

Abstract

一种用于省级电网的发输用电节能指标综合评价方法，包括如下步骤：(1)选择电网运行的评估维度，并针对不同维度，选择关键业绩指标KPI；(2)对各个维度的KPI指标进行无量纲化处理，并综合计算各个维度的电网运行效益值，实现不同维度效益值的横向可比；(3)以每个评估维度作为雷达图的一个辐射轴，以效益值为依据绘制电网运行多维指标的雷达图；(4)针对所形成的雷达图，计算其周长和面积两个形状特征量，通过比较这两个特征量，量化评估电网运行的整体效益与电网多维度运行效益之间的协调关系。本发明所述方法形象、直观、便于理解，计算流程简单，计算量小，开发难度低，物理含义明晰，实用性强。

Description

用于省级电网的发输用电节能指标综合评价方法

技术领域

本发明涉及电力系统运行评估技术领域，具体是一种用于省级电网的发输用电节能指标综合评价方法。

背景技术

长期以来，电网调度运行管理人员始终希望能够找到一种科学有效的方法，从电网运行大量的单项评估指标基础上综合形成一到两个综合指标，以定量地评价电网运行的整体水平，为电网运行人员评估工作水平、定位工作缺陷，提升调度业务提供有力支撑。当前电网运行有大量的单项评估指标，每个电网运行评估指标能够反映电网运行某一方面水平。然而实际电网运行需要综合发电、输电、用电等多专业维度的综合效益。因此，建立一种从单项指标评估到综合综合指标评估方法，是电网运行综合评估的核心问题。

围绕电网运行综合评估，国内外学者提出了大量方法，主要包括专家法、层次分析法、模糊评价法、变异系数法、多目标优化法、复相关系数法、主成分分析法等，这些方法或基于人工设定或利用数理统计、多目标优化、线性变换、概率论及多元统计等数据方法，确定各指标的权重系数，从而综合得到电网运行评估综合指数。

但在实际执行过程中，上述方法往往存在不够直观，不易理解的问题，评估方法的理论基础过于生涩，评估方法的中间过程不够透明，评估方法所提出的最终评估指标物理含义不够明确，以上方面因素都在很大程度上限制了当前综合评估方法的应用，造成综合评估方法难以指导实际电网运行评估工作。

因此，如何采用最简洁明了的方法步骤，开发过程清晰，含义明确的综合评估方法，成为电网运行综合评估方法设计中的难点。

发明内容

针对上述存在的问题，本发明提出一种用于省级电网的发输用电节能指标综合评价方法，以雷达图为载体，以电网运行综合评估雷达图的特征量反映电网运行整体水平。

本发明的技术方案如下：一种用于省级电网的发输用电节能指标综合评价方法，包括如下步骤：

(1)从电网实时数据库输入指标的当前数据，从电网历史数据库输入指标的历史数据，形成信息数据库；

(2)选择电网运行的评估维度包括发电、输电、用电等专业维度，并针对不同维度，选择关键业绩指标KPI；

(3)对各个维度的关键业绩指标KPI进行无量纲化处理，并综合计算各个维度的电网运行效益值，实现不同维度效益值的横向可比；

(4)以每个评估维度作为雷达图的一个辐射轴，以效益值为依据绘制电网运行多维指标的雷达图；

(5)针对所形成的雷达图，计算其周长和面积两个特征量，通过比较这两个特征量，量化评估电网运行的整体效益与电网多维度运行效益之间的协调关系。

步骤(1)所述当前数据由电网实时数据库输入，历史数据由电网历史数据库输入。

步骤(3)所述的无量纲化处理，包括如下步骤：

将电网运行指标划分为“极大型”、“极小型”、“区间型”三种类型，对于极大型指标而言，在指标可能的取值范围内，其取值越大则代表指标越优秀；对于极小型指标，其取值越小则代表指标越优秀；而对于区间型指标，则以其取值落在某个区间为准。

所述三类指标无量纲化方法中所涉及的参数，包括极大型指标取值上下限和极小型指标取值上下限和区间型指标最佳稳定区间边界值a，b以及指标取值上下限和获取方法有两种：(1)参考电网安全运行导则，对于有明确考核要求的电网运行指标，对上述数据项进行设定；(2)对于没有明确考核要求的电网运行指标，依据指标的历史数据，分析其分布规律，设定指标取值的上下限。

步骤(4)所述绘制电网运行多维指标的雷达图，包括如下步骤：

(1)绘制电网运行综合评估雷达图底图：作单位圆，设所选择的电网运行评估指标数量为n，从圆心绘制n条射线，将圆等分，从而得到电网运行综合评估雷达图底图，每条等分射线称为电网运行综合评估雷达图的辐射轴；

(2)依据电网运行评估指标无量纲化指数值在辐射轴上描点：为将单位圆等分，辐射轴的数量应该与电网运行评价指标的数量相同，因此，可以为每个电网运行评价指标匹配唯一一条辐射轴；然后在辐射轴与单位圆交点与圆心形成的线段上，根据电网无量纲化指数数值等比例的进行描点，规定圆心与该点之间的距离应等于该指标无量纲化指数数值；

(3)依次将辐射轴上的点连线，形成电网运行综合评估雷达图：需要注意的是只能连接相邻辐射轴上的点，不能出现连线穿过辐射轴的情况。

步骤(5)所述比较雷达图的面积和周长这两个特征量的原则是：

(1)雷达图的面积反映电网运行水平，雷达图面积越大，电网运行水平越高；反之，电网运行水平越低；

(2)雷达图的周长反映电网运行均衡性；雷达图周长越大，电网运行均衡性越差；反之，电网运行多维度目标的协调性越好；

(3)当两个评价对象的雷达图面积相同时，其周长越小，雷达图的形状越趋近于圆形，说明该评价对象各指标的发展水平越均衡，不同维度之间协调性越好。

本发明突出的有益效果在于：

以雷达图为载体，绘制不同维度的电网运行效益值，并通过提取雷达图的周长和面积两个特征量，对电网的运行效益进行多维评估。该方法形象、直观、便于理解，计算流程简单，计算量小，开发难度低，物理含义明晰，实用性强。

附图说明

图1是本发明所述的用于省级电网的发输用电节能指标综合评价方法的流程图。

图2是本发明所绘制的电网运行综合评估雷达图样式。

具体实施方式

下面结合附图及实施方式对本发明作进一步详细的说明。应当理解，此处所描述的具体实施方式可用以解释本发明，但并不限定本发明。

本发明所述的用于省级电网的发输用电节能指标综合评价方法，包括如下步骤：

(1)从电网实时数据库输入指标的当前数据，从电网历史数据库输入指标的历史数据，形成本方法计算的信息数据库；

输入本计算流程所需的电网运行指标基本数据，所需的输入数据既包括电网运行指标当前数据，也包括指标的历史数据。其中指标的当前数据由电网实时数据库输入，而历史数据由电网历史数据库输入。需要特别说明的是，指标无量纲化的计算基于对指标历史数据的统计分析，因此需要提供尽可能多的历史数据，一般所提供的历史数据样本不应少于500条。

(2)选择电网运行的评估维度，并针对不同维度，选择关键业绩指标KPI(Key Performance Index)指标；以下简称KPI指标。

关键业绩指标(Key Performance Indicator，KPI)，是能够有效反映电网运行核心效益价值的指标。通过对KPI指标的分析，能够以点带面地把握电网运行的综合效益，起到提纲挈领的作用。

KPI指标选择是本评估方法的基础步骤之一，用户可根据实际评估需要和电网运行特点灵活选择关键业绩指标KPI。

(3)对各个维度的KPI指标进行无量纲化处理，并综合计算各个维度的电网运行效益值，实现不同维度效益值的横向可比；

所选择的KPI指标往往具有不同的量纲，为了能够将具有不同物理含义、不同量纲的电网评估指标绘制在同一雷达图上，需要对所选择KPI指标进行无量纲化处理，从而实现不同类型指标的横向可比。根据实际使用需要，可灵活选择指标的无量纲方法。

在本方法中选择的无量纲化方法如下：

将电网运行指标划分为“极大型”、“极小型”、“区间型”三种类型。对于极大型指标而言，在指标可能的取值范围内，其取值越大则代表指标越优秀；对于极小型指标，其取值越小则代表指标越优秀；而对于区间型指标，则以其取值落在某个区间为佳。

对于极大型指标，处理方法如下：

${\tilde{x}}_{\mathrm{ij}}=\left\{\begin{array}{cc}1,& x_{\mathrm{ij}}\&GreaterEqual;x_j^{+}\\ \frac{x_{\mathrm{ij}}-x_j^{-}}{x_j^{+}-x_j^{-}},& x_j^{-}<x_{\mathrm{ij}}<x_j^{+}\\ 0,& x_{\mathrm{ij}}\&le;x_j^{-}\end{array}\right.$

其中，和分别代表第j个指标取值的上限和下限。

对于极小型指标，处理方法如下：

${\tilde{x}}_{\mathrm{ij}}=\left\{\begin{array}{cc}0,& x_{\mathrm{ij}}\&GreaterEqual;x_j^{+}\\ \frac{x_j^{+}-x_{\mathrm{ij}}}{x_j^{+}-x_j^{-}},& x_j^{-}<x_{\mathrm{ij}}<x_j^{+}\\ 1,& x_{\mathrm{ij}}\&le;x_j^{-}\end{array}\right.$

其中，和分别代表第j个指标取值的上限和下限。

对于区间型指标，处理方法如下：

${\tilde{x}}_{\mathrm{ij}}=\left\{\begin{array}{cc}1-1\frac{a-x_{\mathrm{ij}}}{c},& x_{\mathrm{ij}}<a\\ 1,& a<x_{\mathrm{ij}}<b\\ 1-1\frac{x_{\mathrm{ij}}-b}{c},& x_{\mathrm{ij}}>b\end{array}\right.$

其中，[a,b]为指标的最佳稳定区间，和分别代表第j个指标取值的上限和下限。显然，如上的计算方法能够保证三种类型指标的无量纲化结果

需要特别说明的是：在上面的三类指标无量纲化方法中所涉及的参数，包括极大型指标取值上下限和极小型指标取值上下限和区间型指标最佳稳定区间边界值a，b以及指标取值上下限和有两种获取途径。途径一：参考电网安全运行导则，对于有明确考核要求的电网运行指标，对上述数据项进行设定；途径二：对于没有明确考核要求的电网运行指标，依据指标的历史数据，分析其分布规律，设定指标取值的上下限，在本计算方法中规定指标取值的上下限能够保证5％的历史取值无量纲化能够取值1，5％的历史取值无量纲化能够取值为0。

(4)以每个评估维度作为雷达图的一个辐射轴，以效益值为依据绘制电网运行多维指标的雷达图；

首先，绘制电网运行综合评估雷达图底图：作单位圆，设所选择的电网运行评估指标数量为n，从圆心绘制n条射线，将圆等分，从而得到电网运行综合评估雷达图底图，每条等分射线称为电网运行综合评估雷达图的辐射轴；

其次，依据电网运行评估指标无量纲化指数值在辐射轴上描点：为将单位圆等分，辐射轴的数量应该与电网运行评价指标的数量相同，因此，可以为每个电网运行评价指标匹配唯一一条辐射轴；然后在辐射轴与单位圆交点与圆心形成的线段上，根据电网无量纲化指数数值等比例的进行描点，规定圆心与该点之间的距离应等于该指标无量纲化指数数值。

最后，依次将辐射轴上的点连线，形成电网运行综合评估雷达图：需要注意的是只能连接相邻辐射轴上的点，不能出现连线穿过辐射轴的情况。所形成的电网运行综合评估雷达图如图2所示。

(5)针对所形成的雷达图，计算其周长和面积两个特征量，通过对比较这两个特征量，量化评估电网运行的整体效益与电网多维度运行效益之间的协调关系。

通过对电网运行评估指标的无量纲化，可以保证在该指标所反映的侧面，电网运行水平越高，指数评分越高。因此，在电网运行综合评估雷达图中，雷达图的面积能够反映电网运行水平，雷达图所占面积越大，电网运行水平越高；同时，不同指标的无量纲化指数不同，所产生的雷达图周长不同，雷达图周长反映了电网运行不同侧面的均衡程度。

因此，可以选择电网综合评估雷达图的面积和周长这两个特征量类刻画电网运行水平高低。其中，雷达图的面积反映了电网运行的整体水平，雷达图的周长反映了电网运行的均衡程度。同时面积和周长之间均有如下关系：根据“一个平面图形的周长一定时，圆的面积最大”这一定理，容易得出“一个平面图形的面积一定时，圆的周长最小”这一推论。当两个评价对象的雷达图面积相同时，其周长越小，雷达图的形状越趋近于圆形，说明该评价对象各指标的发展水平越均衡，不同维度之间协调性越好。

根据上述思想，令s表示雷达图的面积，l表示其周长，并假设在雷达图上辐射轴之间的夹角为α，则有：

$s=\underset{i=1}{\overset{p}{\mathrm{\&Sigma;}}}\frac{1}{2}{\mathrm{\&gamma;}}_i{\mathrm{\&gamma;}}_{i+1}\sin \mathrm{\&alpha;}$

$l=\underset{i=1}{\overset{p}{\mathrm{\&Sigma;}}}\sqrt{{\mathrm{\&gamma;}}_i^2+{\mathrm{\&gamma;}}_{i+1}^2-{2\mathrm{\&gamma;}}_i{\mathrm{\&gamma;}}_{i+1}\cos \mathrm{\&alpha;}}$

式中，γ_i为第i个指标无量纲化指数数值，p为电网运行评价指标数量，同时可得到电网运行评价指标数量与辐射轴夹角之间的关系如下：

$\mathrm{\&alpha;}=\frac{360}{p}$

利用上述方法评估电网运行电网运行时，分别计算电网运行综合评估雷达图的面积和周长，从而可以横向比较不同情况下的电网运行水平，评估原则如下：

雷达图的面积反映电网运行水平，雷达图面积越大，电网运行水平越高；

反之，电网运行水平越低。

雷达图的周长反映电网运行均衡性；雷达图周长越大，电网运行均衡性

越差；反之，电网运行多维度目标的协调性越好。

需要特别注意的是，采用相同的电网运行评估指标，如果在绘制雷达图时，指标的排列顺序不同，雷达图的形状就不同，因而雷达图的面积和周长就不同。在实际应用中，可以通过固定电网运行评估指标排列顺序的手段简洁地处理这个问题。

由以上具体实施步骤和可见，本发明所提出的电网运行综合评估方法，以雷达图为载体，能够高效整合不同类型的电网运行指标；电网运行情况不同，电网运行评估指标不同，雷达图的样式也不相同；以雷达图的周长和面积两个特征量来描述不同样式的雷达图，可以形象直观的评估电网运行水平，符合使用者的直观认识，便于理解；同时该方法流程简单，计算量小，开发难度低，物理含义明晰，实用性强。

需要强调的是，本方法所提出的实施步骤中，KPI指标的选择、指标无量纲化方法等均可灵活选择。因此，以上实施步骤仅用以说明而非限制本发明的技术方案。不脱离本发明精神和范围的任何修改或局部替换，均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (6)

1.一种用于省级电网的发输用电节能指标综合评价方法，其特征在于，包括如下步骤：

(1)从电网实时数据库输入指标的当前数据，从电网历史数据库输入指标的历史数据，形成信息数据库；

(2)选择电网运行的评估维度，包括发电、输电、用电专业维度，并针对不同维度，选择关键业绩指标KPI；

(3)对各个维度的关键业绩指标KPI进行无量纲化处理，并综合计算各个维度的电网运行效益值，实现不同维度效益值的横向可比；

(4)以每个评估维度作为雷达图的一个辐射轴，以效益值为依据绘制电网运行多维指标的雷达图；

(5)针对所形成的雷达图，计算其周长和面积两个特征量，通过比较这两个特征量，量化评估电网运行的整体效益与电网多维度运行效益之间的协调关系。

2.根据权利要求1所述的用于省级电网的发输用电节能指标综合评价方法，其特征在于，步骤(1)所述当前数据由电网实时数据库输入，历史数据由电网历史数据库输入。

3.根据权利要求1所述的用于省级电网的发输用电节能指标综合评价方法，其特征在于，步骤(3)所述的无量纲化处理，包括如下步骤：

将电网运行指标划分为“极大型”、“极小型”、“区间型”三种类型，对于极大型指标而言，在指标可能的取值范围内，其取值越大则代表指标越优秀；对于极小型指标，其取值越小则代表指标越优秀；而对于区间型指标，则以其取值落在某个区间为准。

4.根据权利要求3所述的用于省级电网的发输用电节能指标综合评价方法，其特征在于，所述三类指标无量纲化方法中所涉及的参数，包括极大型指标取值上下限和，极小型指标取值上下限和，区间型指标最佳稳定区间边界值a，b以及指标取值上下限和，获取方法有两种：(1)参考电网安全运行导则，对于有明确考核要求的电网运行指标，对上述数据项进行设定；(2)对于没有明确考核要求的电网运行指标，依据指标的历史数据，分析其分布规律，设定指标取值的上下限。

5.根据权利要求1所述的用于省级电网的发输用电节能指标综合评价方法，其特征在于，步骤(4)所述绘制电网运行多维指标的雷达图，包括如下步骤：

(1)绘制电网运行综合评估雷达图底图：作单位圆，设所选择的电网运行评估指标数量为n，从圆心绘制n条射线，将圆等分，从而得到电网运行综合评估雷达图底图，每条等分射线称为电网运行综合评估雷达图的辐射轴；

(2)依据电网运行评估指标无量纲化指数值在辐射轴上描点：为将单位圆等分，辐射轴的数量应该与电网运行评价指标的数量相同，因此，可以为每个电网运行评价指标匹配唯一一条辐射轴；然后在辐射轴与单位圆交点与圆心形成的线段上，根据电网无量纲化指数数值等比例的进行描点，规定圆心与该点之间的距离应等于该指标无量纲化指数数值；

(3)依次将辐射轴上的点连线，形成电网运行综合评估雷达图：需要注意的是只能连接相邻辐射轴上的点，不能出现连线穿过辐射轴的情况。

6.根据权利要求1所述的用于省级电网的发输用电节能指标综合评价方法，其特征在于，步骤(5)所述比较雷达图的面积和周长这两个特征量的原则是：

(1)雷达图的面积反映电网运行水平，雷达图面积越大，电网运行水平越高；反之，电网运行水平越低；

(2)雷达图的周长反映电网运行均衡性；雷达图周长越大，电网运行均衡性越差；反之，电网运行多维度目标的协调性越好；

(3)当两个评价对象的雷达图面积相同时，其周长越小，雷达图的形状越趋近于圆形，说明该评价对象各指标的发展水平越均衡，不同维度之间协调性越好。