基于灰色关联度分析法的电力通信网发展裕度测算

徐志强，肖振锋，陈仲伟，易伯瑜，陈剑

(国网湖南省电力公司经济技术研究院，湖南 长沙 410004)

基于灰色关联度分析法的电力通信网发展裕度测算

徐志强，肖振锋，陈仲伟，易伯瑜，陈剑

(国网湖南省电力公司经济技术研究院，湖南 长沙 410004)

提出一种评价电力通信网与电网发展适应性的量化评估方法，以通信网和电网的历年统计数据为基础，计算湖南公司通信网建设规模与电网发展水平之间的相互作用灰色关联度，从而得出通信网与电网发展的内在关联规律，指导电力通信网发展规划以及投资，具有理论和实际意义。

电力通信网；电网；灰色关联度分析；发展裕度

电力通信网作为电网公司的第2张实体网络，承载着电网运行和企业管理的核心业务，是电网安全、稳定、经济运行的重要保障。目前，电力通信网规划目标与预期成效主要是从投资完成情况、资产及网络规模变化情况、网络运行情况等方面对规划执行情况以及执行效果进行定性描述分析，缺少定量评价指标，而 《通信网 “十二五”规划报告评审标准及细则》中明确要求对骨干通信网及中低压通信接入网的规模类指标如建设规模、投资规模等进行深入分析。

通信网建设规模是分析通信网规划合理性、可行性和科学性的一个重要判据。骨干网由于规划建设较为成熟，其建设规模不难把握，但是地区接入网建设规模和地区配电网建设一样，受地区环境、地域经济和技术体制等多种因素影响，不能仅依据“覆盖率”等单一指标来评价其建设规模，也需要用科学的方法予以量化分析其发展现状及影响因素(主要考虑电网的影响)的关系。因此，科学评价电力通信网建设规模以合理安排资金，进而促进通信网各网络层级与电网协调发展，是目前通信规划管理部门面临的一个重要专题〔2－5〕。

规模评估方法很多，如层次分析法、模糊综合评价方法、专家评估方法等〔2－6〕。这些方法可以从不同方面反映电力通信网的某些发展状况，但也存在很多问题，如对电力通信网规模缺乏整体性认识，致使评判结果不全面；对规划方案优劣没有明确的量化标准，评估结果存在偏差；评价方法侧重于对现状电力通信网评价，使评价结果落后于实际发展需求等。而关联度分析法是一种利用关联度来描述各因素间相关程度的统计分析方法，其优点在于工作量较少，对数据要求较低，对样本量的多少和样本有无规律都同样适用；其缺点在于主观性过强，各项指标的最优值难以确定。由于影响通信网建设规模的因素相当多，且主要因素的最优值数据仅部分是已知的，因此其评价体系具有信息不完全性，即 “灰色”特征。文中提出一种评价电力通信网与电网发展适应性的量化评估方法，该方法以年度通信网和电网的历年统计数据为基础，采用灰色关联度分析方法，系统分析湖南公司通信网建设规模指标 (规模因素)与电网发展水平指标 (影响因素)之间的相互作用关系，从而得出通信网与电网发展的内在关联规律，为系统化、差异化分析电力通信网建设水平提供量化依据。

1 灰色关联度分析法原理

灰色系统理论提出了对各子系统 (或因素)进行灰色关联度分析的概念，其目的在于寻求各子系统 (或因素)之间发展趋势的相似或相异性，并通过比较关联度的大小来判断各因素的影响程度。因此，灰色关联度分析非常适合于一个发展变化系统的态势历程分析，其基本计算步骤如下〔9－10〕。

1.1 确定参考数列和比较数列矩阵

反映系统行为特征的数据序列，称为参考数列矩阵X＝[X1，X2，…，Xm]T，其中[·]T表示矩阵的转置运算，Xi＝[xi(1)，xi(2)，…，xi(n)]。影响系统行为的因素数据序列，称为比较数列矩阵Y ＝ [Y1，Y2， …，Ym]T， 其中 Yi＝ [yi(1)，yi(2)，…，yi(n)]。

1.2 对数列矩阵进行无量纲化处理

由于各影响因素的物理意义不同，其数据的量纲也不相同，在进行灰色关联度分析时需对数据进行无量纲化处理。文中采用均值化处理方法，即比较序列与参考序列组成的矩阵除以参考序列的列均值。

无量纲化处理后新组成的矩阵为:

式中 i＝1，2，…，m，m表示矩阵行数；j＝1，2，…，n，n表示矩阵列数。

对于处理后矩阵Z进行变换后形成新的矩阵如下:

1.3 求解灰色关联系数矩阵

由式 (2)可定义:

进而导出新数列的最大值和最小值为:

设关联系数矩阵为R，则

式中 ρ为分辨系数，1＞ρ＞0，通常取0.5。

1.4 求解关联度

求系统在各个时刻关联系数的平均值，作为比较数列与参考数列间关联程度的数值，其计算如下:

关联度在 [0，1]内变化，其值越接近于1表明参考数列受比较数列的影响越敏感，反之越接近于0则越不敏感。

1.5 关联度排序

关联度的大小体现了各因素间相互影响的程度。将多个比较序列对同一参考序列的关联度按大小顺序排列即为关联序，记为{X}，它反映了各比较序列对于参考序列的优劣关系。若ri＞rj，则对于同一参考序列{X0}，称{Xi}优于{Xj}。

2 电力通信网发展裕度测算

电力通信网是电网发展的重要支撑平台，电力通信网的发展速度与电网发展水平密切相关。文献〔3〕给出电力通信网发展裕度的计算公式如下:

式中 v1表示电力通信网实际发展速度，可以通过文献 〔1〕提供的计算方法，由历史数据直接求得；v2表示电力通信网理论发展速度，首先要建立能够直接反映电力通信网发展水平的规模因素和电网对通信网发展水平产生影响的影响因素，再通过建立灰色关联度分析模型，科学揭示各相关指标之间的内在客观关联规律，从而推导出电力通信网发展速度的理论值〔3〕。

电力通信网发展裕度可用于综合反映各阶段、各地区、各层级通信网的综合发展水平，裕度评估结果可以直接反映通信网发展水平的差异以及满足电网发展需求的程度。如果ΔC为负，则说明该地区通信网支撑电网发展存在一定的压力，通信网对电网发展的适应性较差，其通信网建设必须加强；反之则可以说明其建设规模过度，存在一定的投资浪费。

2.1 通信网建设规模因素选取

电力通信网由骨干通信网、终端通信接入网组成，其中骨干通信网的建设投资主要取决于光缆线路 (OPGW，ADSS)、传输设备 (SDH，OTN，PTN等)、业务网设备 (路由器、交换机、会议电视系统、软交换系统)；终端通信接入网的建设投资又分为10 kV通信接入网和0.4 kV通信接入网两部分；通信接入网建设投资取决于接入网光缆线路 (ADSS、沟道光缆、光纤复合低压电缆等)、接入网光通信设备 (EPON、工业以太网交换机)等，其建设规模因素集S考虑采用通信线路、通信站点、通信设备来直接描述，见表1。

表1 电力通信网建设规模因素

表1中骨干网光缆长度指35 kV及以上的所有光缆总长度；接入网光缆长度指10 kV及以下的光缆总长度。骨干网站点具体包含35 kV及以上变电站、地 (市)供电公司、县级供电公司、直属单位、营业网点和本级直调电厂；接入网站点是指10 kV站点，包括开闭站、环网柜、箱式变电站、杆上变压器、柱上开关等。

2.2 电网对通信网建设规模影响因素选取

电力通信网建设的根本目的是满足电网安全生产和公司经营管理的业务需求，并保持适度超前。因此，电网的建设发展直接影响通信网的建设发展水平，其中变电站数量、输电线路长度和营业网点数量将直接影响通信网建设规模，而公司售电量、营业收入、供电可靠性等指标作为电网影响通信网发展因素集F，包括经济因素和可靠性因素，见表2。

表2 电网发展对通信网建设规模的影响因素

表2中 “√”表示某一影响因素指标直接或者间接地对骨干网或者接入网的规模因素有影响，如35 kV及以上变电站数 (F1)和输电线路长度(F5)是直接影响骨干网建设规模的主要因素；而10 kV站点数 (F2)和输电线路长度 (F5)是直接影响接入网建设规模的主要因素。

2.3 影响因素与规模因素的关联程度计算

采用灰色关联度分析法深入分析通信网与电网发展的关联程度，评估模型为M＝{S，F}，其中S为通信网建设规模因素集，F为电网发展对通信网建设规模的影响因素集。

从 《湖南公司 “十二五”通信网规划执行月报》中提取2011—2015年的通信网建设规模基础数据，建立通信网规模因素集S＝ {S1，S2，S3…S12}。从湖南公司近五年的主电网运行方式报告中提取电网的发展数据，建立电网影响因素集合F＝{F1， F2， …， F12}。

由于2011—2015年的影响因素集和规模因素集量纲没有可比性，所以首先经过规范化处理，再计算各个规模因素与影响因素的关联系数，然后计算关联度，得到 S与 F之间的关联度矩阵，见表3。

由表3可以看出关联度值均大于0.7，说明所选指标集间关联度较大，所选指标比较合理。从表3中还可以看出同一影响因素对不同规模因素的影响程度是不一样的。

2.4 权重计算

根据关联度大小得到关联度排序见表4，反应不同影响因素对规模因素的影响程度的排序。

根据关联度排序可以得到关联度权重，关联度权重反映了影响因素对规模因素影响的程度，其值越少越重要。以骨干光缆长度 (S1)指标为例，变电站设备容量 (F6)、售电量 (F4)和资产总额(F8)是影响骨干网光缆规模的主要因素。

根据影响程度排序表，影响因素对规模因素的影响权重计算公式如下:

式中 N是影响因素的数量，文中N＝11；pij是影响因素的关联度排序，取值为正整数，范围为1～10。

表4 影响因素对规模因素的影响程度排序

2.5 计算规模裕度

规模裕度ΔC是电力通信网建设规模的定量评价指标，反映通信网发展水平和满足实际生产需求的差异程度，同时表达通信网建设各个规模因素的协调发展情况，揭示通信网建设中的薄弱环节。

电力通信网实际发展速度计算公式如下:

表3 通信网与电网关联度矩阵

电力通信网理论发展速度计算公式如下:

基于上式，测算得到湖南公司通信网建设规模指标如表5所示，表中 “＋”表示通信网建设规模超前电网发展水平，“－”表示滞后。由表5可知:湖南公司通信网建设规模滞后于电网发展水平，建议 “十三五”期间加大通信网投资力度，扩大投资和建设规模。

表5 湖南公司通信网建设规模指标比较

3 结论

通信网建设规模是分析通信网规划合理性、可行性和科学性的一个重要判据。科学评价电力通信网建设规模以合理安排资金，进而促进通信网各网络层级与电网协调发展，具有十分重要的现实意义。

通信网建设规模易受地区环境、地域经济和技术体制等多种因素影响，需要用科学的方法量化分析其与电网影响因素的关系，但目前具有的信息不完备。因此，文中提出一种评价电力通信网与电网发展适应性的量化评估方法，该方法以年度通信网和电网的历年统计数据为基础，采用灰色关联度分析方法，系统分析湖南公司通信网建设规模指标(规模因素)与电网发展水平指标 (影响因素)之间的相互作用关系，得出湖南公司通信网建设规模滞后于电网发展水平的结论，建议 “十三五”期间加大通信网投资力度，扩大投资和建设规模。

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Development margin calculation of power communication network based on grey relational degree analysis method

XU Zhiqiang，XIAO Zhenfeng，CHEN Zhongwei，YI Boyu，CHEN Jian
(State Grid Hunan Electric Power Corporation Economic＆Technology Institute，Changsha 410004，China)

The quantitative assessment method for the development adaptability of electric power communication network and power grid is presented in the paper.Based on the statistical data in previous years for the communication network and power grid，the grey relational degree of interaction between the construction scale of electric power communication network and the development level of power grid in Hunan is calculated，and the inherent correlation rule of development between the communication network and the power grid is concluded.The theoretical and practical significance is presented in guiding the development plan and investment of electric power communication network.

electric power communication network；power grid；grey correlation degree analysis；development margin

10.3969/j.issn.1008-0198.2015.04.001

TN915.853；TM73

B

1008-0198(2015)04-0001-05

2015-06-16