CN110659814A - 一种基于熵权法电网作业风险评价方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种基于熵权法电网作业风险评价方法及系统，包括如下步骤：构建电网作业安全风险评价体系。利用熵权法确定各评价指标权重，包括：构建被评价对象的评价指标的判断矩阵并对判断矩阵进行标准化处理；将判断矩阵进行归一化处理得到归一化判断矩阵；在被评价对象评价指标的评价问题中确定评价指标的熵；根据定义的评价指标的熵，确定评价指标的熵权；得到基于熵权的评价指标权向量。运用物元模型评价电网作业风险等级。通过建模分析，结合熵权法以及物元模型，建立风险评估模型，实现了从定性分析到定量分析，给出了简单、易计算的电网作业人身安全风险量化实用评估方法，有效辅助电网公司对电网作业的人身安全风险进行预控管理。

Description

一种基于熵权法电网作业风险评价方法及系统

技术领域

本发明涉及电网作业风险评价技术领域，具体涉及一种基于熵权法电网作业风险评价方法及系统。

背景技术

电网能否保持安全稳定的电力供应关系到社会与经济的发展，而变电站是电网中的重要一环，其运行稳定性将决定电力系统能否稳定运行并且具备可靠供电的能力。电网的规模随着经济的发展不断壮大，结构也变得越来越复杂，虽然电网企业对于变电操作的规范程度也逐渐提高，但是电气误操作引起的事故还是不时发生。而电气误操作轻则使设备跳闸、对用户造成停电，重则损坏设备，造成人身伤亡，直接威胁电网运行的安全可靠性。

电网作业安全对电网安全稳定运行具有重要意义，如何杜绝由于作业原因造成的设备、人身及电网事故是一个值得研究的课题。供电企业通过风险评估，能够认识到作业风险源、风险因素以及风险程度，进而为企业安全生产提供风险控制依据。因此，研究电网作业风险评估，能够有助企业用科学的方法进行作业风险评估，并对相应的风险进行控制。

发明内容

针对如何杜绝由于作业原因造成的设备、人身及电网事故故的问题，本发明提供一种基于熵权法电网作业风险评价方法及系统。

本发明的技术方案是：

一方面，本发明技术方案提供一种基于熵权法电网作业风险评价方法，包括如下步骤：

构建电网作业安全风险评价体系；

利用熵权法确定各评价指标权重；

运用物元模型评价电网作业风险等级。

进一步的，所述的构建电网作业安全风险评价体系的具体过程包括：

确定目标层；

确定准则层，根据目标层确定的目标设计从属于这一目标的准则层；

根据各个准则层来确定指标层的具体指标。

进一步的，所述的利用熵权法确定各评价指标权重的步骤包括：

构建被评价对象的评价指标的判断矩阵并对判断矩阵进行标准化处理；构建m个被评价对象的n个评价指标的判断矩阵：

利用公式：

标准化处理得到：R＝(r_ij)_m×n；

将判断矩阵进行归一化处理得到归一化判断矩阵；归一化处理，得到归一化判断矩阵A：

计算公式为：

在被评价对象评价指标的评价问题中确定评价指标的熵；

根据定义的评价指标的熵，确定评价指标的熵权；在m个被评价对象n个评价指标的评价问题中，确定第i个评价指标的熵为：

得到基于熵权的评价指标权向量。第i个评价指标的熵权为：

其中，

得到基于熵权的评价指标权向量ω＝(ω₁，ω₂，…，ω_m)。

进一步的，所述的运用物元模型评价电网作业风险水平的步骤包括：

确定各指标评等级及经典域；

计算各评价因子关联度；

进行二级评价输出评价结果。

进一步的，所述的运用物元模型评价电网作业风险水平的步骤具体包括：

确定经典域、确定节域物元、确定待评物元、确定关联函数；

确定经典域:

式中：R_j表示第j级安全风险的物元模型；N_j表示事物为第j级(j＝1,2,…,n)；v_k＝(a_jk,b_jk)(k＝1,2,…,m)表示事物是第j级时第k个评价指标c_k的量值范围；

确定节域物元:

式中：R_fp表示事物评价物元模型的节域物元；N_fp是事物评价全体等级；x_fk＝(a_fpk,b_fpk)，表示待评事物中各指标允许的取值范围；

确定待评物元:

式中x_fj是N_f关于c_fj的评价值，即待评事物经分析后所得到的具体数据。

根据关联函数，确定待评物元的评价指标与等级的关联度根据关联函数，确定待评物元的第k个评价指标c_fj与第j级得关联度为：

利用已得数据k_j(y_fi)，运用公式：

得到待评事物关于等级j的关联度；式中，α_fi为c_fj的权值。

根据关联度的大小评定等级并输出评价结果；其中，二级评价：计算待评事物N关于等级j的关联度

式中，α_j为c_j的权值；

评定等级：关联度的大小表示事物符合标准事物等级的程度，其值越大，符合的程度越高。由最大隶属度原则K_j0＝maxK_j(N_f)(j＝1,2,…,m)可知，N_f属于j₀等级。

第二方面，本发明技术方案提供一种基于熵权法电网作业风险评价系统，其特征在于，包括风险评价体系构建模块、评价指标权重计算模块和风险等级评估模块；

风险评价体系构建模块，用于构建电网作业安全风险评价体系；

评价指标权重计算模块，用于利用熵权法确定各评价指标权重；

风险等级评估模块，用于运用物元模型评价电网作业风险等级。

进一步的，所述的风险评价体系构建模块包括目标层设定单元、准则层设定单元、指标确定单元；

目标层设定单元，用于确定目标层；

准则层设定单元，用于确定准则层，根据目标层确定的目标设计从属于这一目标的准则层；

指标确定单元，用于根据各个准则层来确定指标层的具体指标。

进一步的，所述的评价指标权重计算模块包括判断矩阵构建单元、判断矩阵处理单元、评价指标熵确定单元、计算处理单元；

判断矩阵构建单元，用于构建被评价对象的评价指标的判断矩阵并；

判断矩阵处理单元，用于对判断矩阵进行标准化处理；

判断矩阵处理单元，还用于将判断矩阵进行归一化处理得到归一化判断矩阵；

评价指标熵确定单元，用于在被评价对象评价指标的评价问题中确定评价指标的熵；

计算处理单元，用于根据定义的评价指标的熵，确定评价指标的熵权得到基于熵权的评价指标权向量。

进一步的，所述的风险等级评估模块包括确定单元、关联度计算单元、等级评价及输出单元；

确定单元，用于确定各指标评等级及经典域；

关联度计算单元，用于计算各评价因子关联度；

等级评价及输出单元，用于进行二级评价并输出评价结果。

进一步的，所述的确定单元，用于确定经典域、节域物元、待评物元、关联函数；

关联度计算单元，用于根据关联函数，确定待评物元的评价指标与等级的关联度；

等级评价及输出单元，用于根据关联度的大小评定等级并输出评价结果。

从以上技术方案可以看出，本发明具有以下优点：分析电网作业中的影响人身安全的相关因素，通过建模分析，结合熵权法以及物元模型，建立风险评估模型，实现了从定性分析到定量分析，给出了简单、易计算的电网作业人身安全风险量化实用评估方法，有效辅助电网公司对电网作业的人身安全风险进行预控管理。

此外，本发明设计原理可靠，结构简单，具有非常广泛的应用前景。

由此可见，本发明与现有技术相比，具有突出的实质性特点和显著地进步，其实施的有益效果也是显而易见的。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例一的方法的示意性流程图。

图2是本发明采用的电网作业安全风险评价体系。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明中的技术方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

实施例一

如图1所示，本发明技术方案提供一种基于熵权法电网作业风险评价方法，包括如下步骤：

步骤一：构建电网作业安全风险评价体系；

本步骤中，构建电网作业安全风险评价体系。风险因素是生产过程中可能导致伤害、损失、不良影响等发生的条件或行为，它主要来源于人、工器具、设备、环境以及规章制度等等不确定性因素。由于安全风险是这些因素的共同作用引起的，因此，供电企业的风险因素是复杂的，也是必然的。

在长期的事故事件分析中，人们已经形成多种多样的分析方法。其中有一种方法，是从“安全、健康和环境”三方面进行危害辨识——“安健环”危害因素辨识。“安健环”危害因素辨识，它将引起风险的因素分为物理危害因素、行为危害因素、生物危害因素、社会及心理危害因素、环境危害因素、能源危害因素、机械危害因素、化学危害因素以及人机工效危害因素等九个类别。

本发明结合供电企业生产实际，结合《安健环危害因素识别手册》，将运行作业风险因素归结为五类典型风险因素。结合电网作业特点，导致人因事故发生的原因不仅包括错误的动作，同时还包括作业人员的身心状况，对作业过程的错误认识以及周围环境引起的错误决策等。通过研究人因事故发生的各致因的内在联系，分析事故发生的根原因是也是人因失误量化的重要基础。构建电网作业安全风险评价体系，内容如下：

首先确定目标层：构建电网作业安全风险评价体系的目的是用于分析衡量电网作业安全风险水平，因此各个层面的指标必须反映并指向“电网作业安全风险”这一目标。

其次确定准则层：由“电网作业安全风险”这一目标入手，设计从属于这一目标的的准则层，结合供电企业生产实际，结合《安健环危害因素识别手册》，将运行作业风险因素归结为五类典型风险因素，即：设备因素、工具材料因素、作业环境因素、人员因素和作业方法因素。

最后，根据各个准则层来确定指标层的具体指标，同时考虑到电网作业本身的特点，总结了影响人身安全风险的人员、工具设备、作业方法和环境等因素，其中每个因素又包含若干子因素，在“指标优化”的各个方法基础上，共22个子因素，具体指标体系如图2所示。

步骤二：利用熵权法确定各评价指标权重；

本步骤中的利用熵权法确定各评价指标权重。熵权是一种客观的赋权方法，运用熵权法进行赋权能够尽可能的避免主观性。具体计算方法及求解步骤如下：

S21：构建m个被评价对象的n个评价指标的判断矩阵：

式中，x_ij为第m个对象对应第n个指标的评价值。

利用公式：

r_ij为第m个对象对应第n个指标的标准化处理后的结果，minx_ij为判断矩阵中的最小值，maxx_ij为判断矩阵中的最大值。

标准化处理得到：R＝(r_ij)_m×n,R为标准化后的判断矩阵。

S22：将判断矩阵归一化处理，得到归一化判断矩阵A：

y_ij为判断矩阵指标值归一化后的值，A为归一化后判断矩阵；

计算公式为：

S23：定义熵：在m个被评价对象n个评价指标的评价问题中，可以确定第i个评价指标的熵为：

H_i为第i个评价指标的熵值；n为评价指标数，m为评价对象数。

S24：定义熵权ω：定义了第i个评价指标的熵之后，可得到第i个评价指标的熵权定义，即：

其中，

ω_i为第i个指标的熵权值。

由此得到基于熵权的评价指标权向量ω＝(ω₁，ω₂，…，ω_m)。

步骤三：运用物元模型评价电网作业风险等级。

需要说明的是，本步骤中，给定事物N，它关于特征C的量值为V，以有序三组R＝(N，C，V)作为描述事物的基本元，简称物元。这三者被称作物元的三个基本要素。关于特征C的取值范围记为V_(c)，称作C的值域。

有界区间X＝<a,b>的模为|X|＝|b-a|，特别的规定x₀的模为|x₀|＝0。其中，a，b为两个取值顶点值，|X|为a，b的模。

设x，y为实轴上的任意两点，则称：ρ(x,y)＝|x-y|为x与y的距，显然ρ(x,y)＝ρ(y,x)，当且仅当x＝y时等式ρ(x,y)＝0。

点与有界区间X＝<a，b>的距为：

设U为论域，K为U到实域I的一个映射，则称A＝{(u,y)|u∈U,y∈R}，为论域U上的一个可拓集合，y＝K(u)为A的一个关联函数，K(u)为u关于A的关联度；

确定经典域：可拓学中的物元概念为解决矛盾问题提供了一种新的分析和判定方法。它是把质和量有机结合的一种方法。设事物的评价指标有m个，即c₁，c₂，…，c_m，以这些指标为基础，由专家评价或者根据数据统计分析将事物分为n个评价等级或者标准模式，并将它们描述为定性、定量的综合评价物元模型，即“经典域物元”：

式中：R_j表示第j级安全风险的物元模型；N_j表示事物为第j级(j＝1,2,…,n)；v_k＝(a_jk,b_jk)(k＝1,2,…,m)表示事物是第j级时第k个评价指标c_k的量值范围。c_k为各评价指标，a_jk,b_jk分别为指标的取值上限与下下限。

确定节域物元：事物的评价指标的允许取值范围所形成的物元模型成为“节域物元”，记作R_fp。

式中：R_fp表示事物评价物元模型的节域物元；N_fp是事物评价全体等级；x_fk＝(a_fpk,b_fpk)，表示待评事物中各指标允许的取值范围。

确定待评物元：待评事物为N，将分析所得的数据用物元表示：

式中x_fj是N_f关于c_fj的评价值，即待评事物经分析后所得到的具体数据。N_f为评价对象。

确定关联函数：建立事物评价物元模型后，需要对待评事物进行评价。因此，需要首先计算物元与经典域物元的“接近度”。接近度的计算需根据评价指标的特点选择不同的计算方法，本发明采用可拓学中的关联度来表示“接近度”。

根据关联函数，可以确定待评物元的第k个评价指标c_fj与第j级得关联度为：

计算待评事物N_j关于等级j的关联度，利用已得数据k_j(y_fi)，运用以下公式可得待评事物关于等级j的关联度；

式中，α_fi为c_fj的权值,式中，k_j(y_fi)为待评物元的第k个评价指标c_fj与第j级得关联度。

二级评价：计算待评事物N关于等级j的关联度

式中α_j为c_j的权值。

评定等级：关联度的大小表示事物符合标准事物等级的程度，其值越大，符合的程度越高。由最大隶属度原则K_j0＝maxK_j(N_f)(j＝1,2,…,m)可知，N_f属于j₀等级。

本发明结合110kV母线停电检修作业风险为例，进行理论阐述和算法验证。

(1)确定各评价指标评价值

运用专家评分法或者现实数据确定各指标具体值，同时由于各待评指标性质不同，为计算方便起见，首先将各指标归一化处理，处理细则如表1

表1指标值量化细则

由以上量化细则和各评价专家的侧重点，对各个评价指标做出评定，得到各评价指标评价值，如表2所示：

表2评价指标体系各评价指标值

由此可以得到多指标评定矩阵R₁：

运用公式

将评定矩阵标准化处理得R₂：

对各待评指标值按照公式

进行归一化处理，得到矩阵A：

(2)计算定义熵

运用公式

和已求矩阵A，得到各指标熵值H_i：

H_i＝{0.685 0.698 0.621 0.765 0.8}

再由计算公式

得各指标熵权ω_i：ω_i＝{0.22 0.211 0.265 0.164 0.14}

(3)确定各指标评等级及经典域

本发明将电网作业安全风险评价水平分为四个等级，分别为：N₁“低”，N₂“中等”，N₃“较高”，N₄“高”。各个等级的经典域分别为：[0,6]，[6,8]，[8,9]，[9,10]。结合以求得各个指标权重，具体数据如下表3：

表3评价指标等级经典域及指标值权重

(4)计算关联度

利用公式

计算各评价因子距：

利用公式

(5)计算各评价因子关联度k_j(c_ij)：

将上述k_j(c_ij)的值代入公式

得到员工岗位胜任力关于等级j的关联度K_fj(N_j)：

(6)二级评价

将上述所求的关联度K_fj(N_j)的数据代入公式

进行二级评价，所求得关联度为：

由所求关联度得知：Max{K_j(N)}＝-0.245，根据最大隶属度原则，当前电网作业安全风险评价水平应该为“高”。

实施例二

本发明技术方案提供一种基于熵权法电网作业风险评价系统，其特征在于，包括风险评价体系构建模块、评价指标权重计算模块和风险等级评估模块；

风险评价体系构建模块，用于构建电网作业安全风险评价体系；所述的风险评价体系构建模块包括目标层设定单元、准则层设定单元、指标确定单元；

目标层设定单元，用于确定目标层；

准则层设定单元，用于确定准则层，根据目标层确定的目标设计从属于这一目标的准则层；

指标确定单元，用于根据各个准则层来确定指标层的具体指标

评价指标权重计算模块，用于利用熵权法确定各评价指标权重；所述的评价指标权重计算模块包括判断矩阵构建单元、判断矩阵处理单元、评价指标熵确定单元、计算处理单元；

判断矩阵构建单元，用于构建被评价对象的评价指标的判断矩阵并；

判断矩阵处理单元，用于对判断矩阵进行标准化处理；

判断矩阵处理单元，还用于将判断矩阵进行归一化处理得到归一化判断矩阵；

评价指标熵确定单元，用于在被评价对象评价指标的评价问题中确定评价指标的熵；

计算处理单元，用于根据定义的评价指标的熵，确定评价指标的熵权得到基于熵权的评价指标权向量。

风险等级评估模块，用于运用物元模型评价电网作业风险等级。所述的风险等级评估模块包括确定单元、关联度计算单元、等级评价及输出单元；

确定单元，用于确定各指标评等级及经典域；所述的确定单元，用于确定经典域、节域物元、待评物元、关联函数；

关联度计算单元，用于计算各评价因子关联度；用于根据关联函数，确定待评物元的评价指标与等级的关联度；

等级评价及输出单元，用于进行二级评价并输出评价结果。用于根据关联度的大小评定等级并输出评价结果。

尽管通过参考附图并结合优选实施例的方式对本发明进行了详细描述，但本发明并不限于此。在不脱离本发明的精神和实质的前提下，本领域普通技术人员可以对本发明的实施例进行各种等效的修改或替换，而这些修改或替换都应在本发明的涵盖范围内/任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种基于熵权法电网作业风险评价方法，其特征在于，包括如下步骤：

构建电网作业安全风险评价体系；

利用熵权法确定各评价指标权重；

运用物元模型评价电网作业风险等级。

2.根据权利要求1所述的一种基于熵权法电网作业风险评价方法，其特征在于，所述的构建电网作业安全风险评价体系的具体过程包括：

确定目标层；

确定准则层，根据目标层确定的目标设计从属于这一目标的准则层；

根据各个准则层来确定指标层的具体指标。

3.根据权利要求2所述的一种基于熵权法电网作业风险评价方法，其特征在于，所述的利用熵权法确定各评价指标权重的步骤包括：

构建被评价对象的评价指标的判断矩阵并对判断矩阵进行标准化处理；

将判断矩阵进行归一化处理得到归一化判断矩阵；

在被评价对象评价指标的评价问题中确定评价指标的熵；

根据定义的评价指标的熵，确定评价指标的熵权；

得到基于熵权的评价指标权向量。

4.根据权利要求3所述的一种基于熵权法电网作业风险评价方法，其特征在于，所述的运用物元模型评价电网作业风险水平的步骤包括：

确定各指标评等级及经典域；

计算各评价因子关联度；

进行二级评价输出评价结果。

5.根据权利要求4所述的一种基于熵权法电网作业风险评价方法，其特征在于，所述的运用物元模型评价电网作业风险水平的步骤具体包括：

确定经典域、确定节域物元、确定待评物元、确定关联函数；

根据关联函数，确定待评物元的评价指标与等级的关联度；

根据关联度的大小评定等级并输出评价结果。

6.一种基于熵权法电网作业风险评价系统，其特征在于，包括风险评价体系构建模块、评价指标权重计算模块和风险等级评估模块；

风险评价体系构建模块，用于构建电网作业安全风险评价体系；

评价指标权重计算模块，用于利用熵权法确定各评价指标权重；

风险等级评估模块，用于运用物元模型评价电网作业风险等级。

7.根据权利要求6所述的一种基于熵权法电网作业风险评价方法，其特征在于，所述的风险评价体系构建模块包括目标层设定单元、准则层设定单元、指标确定单元；

目标层设定单元，用于确定目标层；

准则层设定单元，用于确定准则层，根据目标层确定的目标设计从属于这一目标的准则层；

指标确定单元，用于根据各个准则层来确定指标层的具体指标。

8.根据权利要求7所述的一种基于熵权法电网作业风险评价方法，其特征在于，所述的评价指标权重计算模块包括判断矩阵构建单元、判断矩阵处理单元、评价指标熵确定单元、计算处理单元；

判断矩阵构建单元，用于构建被评价对象的评价指标的判断矩阵并；

判断矩阵处理单元，用于对判断矩阵进行标准化处理；

判断矩阵处理单元，还用于将判断矩阵进行归一化处理得到归一化判断矩阵；

评价指标熵确定单元，用于在被评价对象评价指标的评价问题中确定评价指标的熵；

计算处理单元，用于根据定义的评价指标的熵，确定评价指标的熵权得到基于熵权的评价指标权向量。

9.根据权利要求8所述的一种基于熵权法电网作业风险评价方法，其特征在于，所述的风险等级评估模块包括确定单元、关联度计算单元、等级评价及输出单元；

确定单元，用于确定各指标评等级及经典域；

关联度计算单元，用于计算各评价因子关联度；

等级评价及输出单元，用于进行二级评价并输出评价结果。

10.根据权利要求9所述的一种基于熵权法电网作业风险评价方法，其特征在于，所述的确定单元，用于确定经典域、节域物元、待评物元、关联函数；

关联度计算单元，用于根据关联函数，确定待评物元的评价指标与等级的关联度；

等级评价及输出单元，用于根据关联度的大小评定等级并输出评价结果。

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