基于模糊数相似度的电网自然灾害风险评价方法

周 景，李存斌，左一惠

（华北电力大学，北京 102206）

0 引言

近年来，由于自然灾害因素的作用，电网安全稳定和经济运行受到严重的损害[1]。例如2008年初，我国南方地区大面积遭受雨雪冰冻灾害，输电线路遭受严重破坏，使电网结构受到严重影响，很多线路和变电站因灾停运。在世界范围，由地震等自然灾害带来的影响更是不容小视。2011年日本发生9.0级强震，引起福岛核电站核泄漏，造成相当大的经济损失和社会损失。为了有效地应对自然灾害，最大程度的减小灾害对电网运行带来的损失，国内外不少学者针对电网自然灾害防御做了不少研究。文献[2]基于对2008年雪灾所造成的影响进行分析，提出了应当灾害措施和南方地区电网的规划方向。文献[3]和文献[4]提出了自然灾害对电网的影响及对应的预防、预警措施。文献[5]分析了中国电网自然灾害的防御现状。

针对各种自然灾害的特点，建立电网自然灾害风险评价指标体系，对电网自然灾害的积极防御显得十分必要。本文结合电网现状，在辨识电网危害因素和脆弱性分析[6]的基础上、构建电网自然灾害风险评价指标体系[7]。结合模糊数相似度方法进行自然灾害风险综合评价，为相关部门制定自然灾害防御措施提供决策依据，具有一定的应用价值。

1 电网自然灾害风险综合评价指标体系

电网自然灾害常常是以灾害群的方式出现，因而需要采用多灾种的风险评估体系。灾害具有持续作用的特点，在时间和空间上产生的影响都会扩张，因此需要考虑的自然灾害风险因素不能仅仅限于灾害发生本身。此外，自然灾害除了对电网中电力设备造成直接影响，而且会引起事故而产生很大的社会影响。对于电网自然灾害的综合风险分析，电网特性和抗灾恢复能力等也是影响风险评估的重要因素[8]。从多层次、多角度结合定性与定量分析的评价原则，建立如表1所示的指标体系。

表1 电网灾害风险评价指标体系

如表1所示，在构成电网自然灾害风险评价的指标体系中，一级指标共四项。二级指标的计算方法如下所示。

1）自然因素风险指标计算方法

灾害风险——灾害发生概率乘以灾害强度。

2）电网特性风险指标计算方法

负载状况—供电负荷减少量或增加量除以事故发生前供电负荷量；

电压偏差——实际的运行电压与系统额定电压之差比上额定电压：

3）抗灾恢复力风险指标计算

预警处理能力——定性分析的指标，分析评价系统信息化水平、通信设施，进行相应的横向比较；

物资储备能力——定性分析的指标，调查救援物资储备状况，判断物资储备能力；

抢修恢复能力——定性分析的指标，记录从发生事故到电网恢复正常状态所用时间，判断抢修恢复能力。

4）社会影响风险指标计算

死亡人数——自然灾害造成电网故障而导致的死亡人数；

重伤人数——自然灾害造成电网故障而导致的重伤人数；

居民停电用户比例——居民停电总用户数除以城市供电总用户数；

直接经济损失——更换有自然灾害损坏的设备和配件材料，以及所需人工成本和运输成本对应费用。

2 梯形模糊数相似度风险分析法

2.1 模糊风险分析

假设A指标由n个二级指标组成，A1，A2，…，An。每个二级指标可用两个评估术语来表示——“风险发生的可能性（iR）”和“风险发生带来的损失严重性（iB）”，iR和iB取表2中的梯形模糊语言值。

风险模糊分析算法步骤如下[9]：

1）对每一个子部分模糊等级iR和iB，计算模糊加权平均均值和梯形模糊数等级算子，计算公式如下：

2）用模糊语言值的梯形模糊数的相似度，计算R的梯形模糊数模糊语言值与表2中的每一个语言值之间的相似度。然后取相似度最大值所对应的模糊语言值作为R的模糊语言值，得到模糊等级A。

表2 九级模糊语言值量表

2.2 梯形模糊数语言值的算子

假设两个梯形模糊数等级A和B，改进型梯形模糊数等级的算子对和的运算如下[10]：

1）语言值梯形模糊数加法⊕

2）语言值梯形模糊数乘法⊗

3）语言值梯形模糊数除法∅

2.3 相似度的相关定义和计算方法

如果A=B

如果A≤B

A和B之间的相似度 (,)S A B定义如下：

其中：

3 实例分析

以某地市电力公司为研究对象建立自然灾害风险评价模型。利用梯形模糊相似度，通过分析近年来自然灾害状况、特点以及影响，参照建立的模糊风险分析结构，先对上面描述的四个一级指标风险进行计算，得到对应的风险等级[11]。再根据不同风险之间的损失程度计算相应的自然灾害风险等级。

3.1 二级指标风险模糊评定

参考模糊语言值量表，对一级指标进行风险模糊评定，得到二级指标的评定表，如表3所示。

表3 风险具体指标模糊评定表

3.2 一级指标的合成

采用模糊风险分析结构，对上述四个以及风险指标进行合成，结果如表4所示。

表4 一级指标风险合成模糊值

3.3 利用模糊相似度对风险等级进行评判

在得到一级指标的风险模糊合成值后，利用梯形模糊数相似度对其进行相似度计算。指标的风险模糊等级可通过最大相似度原则进行判定。从表5的相似度可知，自然因素、电网特性和抗灾恢复力这三个指标的风险等级为相当高，社会影响的风险等级为中，相对较低。

表5 一级指标相似度计算结果

3.4 自然灾害风险综合评价

针对一级指标进行损失的判断，根据电网自然灾害评估的经验，给出四个一级指标风险的损失模糊语言值，如表6所示。

表6 一级指标的损失模糊语言值

采用公式（1）进行最终的电网运行自然灾害风险评价，得到总风险模糊语言值R。

R={0.476，0.662，0.914，0.965；1}

下一步是计算总风险模糊值R和定义的模糊语言值量表的相似度，在得到R的模糊相似度后，采用最大相似度来确定所评估电网的自然灾害风险等级，如表7所示。从表7的结果上看，所评估电网的自然灾害风险等级相对高的水平，相关部门应加强风险管理，积极进行相应的自然灾害风险防御，以保证电网安全稳定运行。

表7 自然灾害风险相似度

4 结论

严重的自然灾害难以预期，但是通过风险评估可以对自然灾害的发生进行预警，做好预防工作并及时采取应对措施，可以将损失减少到最小，从而保证电网运行安全。本文根据自然灾害的特点和自然风险对电网产生的影响特性，构建了电网自然灾害风险评价指标体系，从四个方面——自然因素、电网特性、抗灾恢复力、社会影响分析，对其包括的多个二级指标进行分析，提出了基于模糊相似度电网自然灾害综合风险评价方法。算例表明，该方法具有可行性，为决策部门制定灾害防御策略提供了决策依据。

[1] 孙建锋,葛睿,郑力,胡超凡.2010年国家电网安全运行分析[J].中国电力,2011,44(5):001-004.

[2] 吴向东,张国威.冰雪灾害对电网的影响及防范措施[J].中国电力,2008,42(12):014-018.

[3] 董守聪.自然灾害对电网的影响及预防措施[J].电气技术,2007,(4):081-082.

[4] 李继红,戴彦,周剑波,等.电网风险预警管理体系探讨[J].华东电力,2010,38(7):057-061.

[5] 王昊昊,罗建裕,徐泰山,李海峰,李碧君,朱寰,薛禹胜.中国电网自然灾害防御技术现状调查与分析[J].电力系统自动化,2012,34(23):005-010.

[6] 曾鸣,陈英杰,胡献忠,董达鹏.基于多层次模糊综合评价法的我国智能电网风险评价[J].华东电力,2011,39(4):535-540.

[7] 秦继承,吴娟. 基于电网状态评估的风险防范管理体系应用研究[J].中国电力,2007,40(4):090-092.

[8] 王兴发,曹怀予,肖军诗,张强,陆愈实.我国电网自然灾害预警系统研究[J].安全与环境工程,2012,19(6):38-44.

[9] 李存斌,李鹏,陆龚曙.基于模糊数相似度的智能电网运营风险综合评价[J].华东电力, 2012,40(9):1486-1489.

[10]张丽媛,徐选华,李涛,周艳菊.基于直觉梯形模糊偏好相似度的多属性决策方法[J].数学的实践与认识,2012,42(24):167-173.

[11] 何永秀,戴爱英,杨卫红,方锐.基于模糊理论的城市电网风险识别与评价[J].电网技术,2010,34(9): 0127-0133.