基于改进二元语义的配电网工程应急能力评估

梁天瑞，徐 克，顾倩倩，张 贝，宋思雨

(1.中国地质大学(武汉)工程学院，湖北 武汉 430074；2.湖北省安全生产监督管理局规划科技处，湖北 武汉 430061)

配电网是电力系统的重要组成部分，起着分配电能的作用，其安全、可靠性将直接影响着人民的生活水平[1]。而配电网工程是电力企业安全管理的薄弱环节，其安全事故的发生率居高不下[2]。因此，开展配电网工程应急能力评估方面的研究，对于提高配电网供电的可靠性、保障电力系统的安全运行具有重要的意义。

近年来，国内学者在应急能力评估领域进行了不断的探索。如门永生等[3]从预防、准备、响应和恢复4个阶段构建了应急能力评价指标体系，并采用模糊综合评判法对电网基础设施突发事件的应急能力进行了评估；陈红霞等[4]对江苏省内41家化工园区现有企业的固有风险源等情况进行了调查与评分，以提升园区内环境风险的应急能力；潘华等[5]从事前、事中和事后三个方面构建评价指标体系，并将网络分析法与二元语义相结合，对输变电工程的应急能力进行了评价；李丹阳等[6]利用成熟度理论将应急能力划分等级，并结合未确知数学的原理构建了光伏发电项目应急能力成熟度评估模型；于伟杰[7]在分析重大建筑工程事故危险性的基础上，运用MATLAB软件对建立的层次分析法和RBFNN的应急能力评估模型进行了仿真计算；陈思等[8]借助动态贝叶斯网络法建立了应急能力评估模型，用来提升水上交通的应急能力。

上述研究对于提高各自领域的应急能力具有重要的参考价值，但是配电网工程由于具有模糊性和复杂性的特点，难以实现定量评估，致使配电网工程应急能力评估方面的研究仍较缺乏。鉴于此，本文采用区间数特征根法(IEM)确定评价指标的权重，并引入复合标度，建立了基于改进二元语义的配电网工程应急能力评估模型，以期在有效避免语言评估信息转换过程中信息缺损的基础上，提高评估结果的准确度，以为配电网工程的应急管理提供依据。

1 配电网工程应急能力评估指标体系

配电网工程应急系统的内部结构复杂，涉及的风险因素较多，为了科学、系统地反映配电网工程的应急能力，根据应急能力评估指标体系的构建原则以及配电网应急业务的特点，本文综合考虑了电网风险管理及应急管理专家的建议，并在相关研究成果[3,6,9-10]的基础上，从应急管理周期性特征的四个方面建立了配电网工程应急能力评估指标体系，详见图1。

图1 配电网工程应急能力评估指标体系Fig.1 Emergency capacity evaluation index system of distribution network engineering

2 基于改进二元语义的配电网工程应急能力评估模型

2. 1 二元语义的基本原理

二元语义是一种基于符号转移的概念[11]，可有效避免语言评估信息集结和运算中出现的不完整性和模糊性的问题。它将语言评估信息用一个二元组(sk,σk)表示。其中，sk为预先构成的语言信息评价集S中的第k个元素；σk为符号转移值，满足σk∈[-0.5,0.5),表示评估结果与语言信息评价集S中最贴近短语sk的偏差。

2. 2 改进二元语义的评估模型

为了能够较好地解决传统二元语义分析方法在语言评估信息转换过程中造成的信息损失问题，本文参考文献[12] 的研究成果，引入复合标度，利用改进二元语义的相关分析模型对配电网工程的应急能力进行计算与评估。该方法的有关定义和计算公式描述如下[12-13]。

定义1:若sk∈S是一个语言短语，则其二元语义形式可通过函数θ获得：

θ(sk)∈(sk,0),sk∈S

(1)

(2)

即：

Δ(β)=(sk,σk)

(3)

式中：round表示“四舍五入”取整运算；a为等级比率参数，取a=1.4。

定义3：设(sk,σk)是一个二元语义，sk∈S，σk∈[-0.5,0.5)，则能通过Δ-1函数将其转换为对应的数值β，即：

(6)

(7)

2.3 采用区间数特征根法(IEM)确定评价指标的权重

区间数特征根法(IEM)可以有效地解决无法精确评价的问题，且该方法具有简单、有效确定指标权重的特点，能够降低对判断矩阵一致性的依赖程度，更加符合实际问题的评估。采用IEM法确定评价指标权重的具体步骤如下[14-15]：

(8)

(9)

(3) 由公式(8)和(9)的计算结果，可得到各评价指标的权重区间：

(10)

(4) 根据区间两端的均值,确定各评价指标的权重：

(11)

将各评价指标的权重归一化后，得到Wz=[W1,W2,…,Wig]T。

2.4 确定配电网工程应急能力等级和二元语义下的转移数值区间

表1 配电网工程应急能力等级和二元语义下的转移数值区间

2.5 基于改进二元语义的配电网工程应急能力评估步骤

基于改进二元语义的配电网工程应急能力评估的具体步骤如下：

(1) 邀请专家根据评估指标体系对配电网工程应急能力进行评估，确定其语言信息评价集。

(2) 将确定的语言信息评价集通过公式(1)转化为相应的二元语义形式，构建评价矩阵。

(3) 利用公式(5)将评价矩阵转换成相应的β值。

(6) 运用上述步骤逐层求得评估结果，将得到的配电网工程应急能力评估结果与表1中的应急能力等级进行对比分析，得出结论。

3 实例应用与分析

本文根据所建立的配电网工程应急能力评价指标体系，以山东省某供电公司所管辖的10 kV配电网工程为研究对象，运用改进二元语义的配电网工程应急能力评估模型对该配电网工程的应急能力水平进行评估。

3. 1 确定评价指标的评估结果和权重

本次邀请5位从事电网风险管理及应急管理的专家组成专家组(P1，P2，P3，P4，P5)，根据所建立的评价指标体系和配电网应急业务的实际情况，按照表1中的应急能力等级对各评价指标进行评估。综合考虑专家组的意见，由公式(8)至(11)可求得评价指标的权重，以一级评价指标为例进行求解，得到其区间数判断矩阵为

则:

首先根据公式(8),并结合MATLAB7.0软件求得该区间数判断矩阵E的归一化特征向量为：x-=(0.347 0,0.199 5,0.337 7,0.115 7)，x+=(0.304 7,0.201 4,0.386 0,0.126 6);然后由公式(9)求出η=0.871,λ=1.107；最后根据公式(10)和(11)计算得到一级评价指标的权重向量为：W=(0.325 7,0.193 6,0.356 4,0.124 3)。同理,可计算得到二级评价指标的权重向量。该配电网工程评价指标的评估结果和权重值见表2。

3. 2 某配电网工程应急能力水平评估

本文按照第2.5节的评估步骤对该配电网工程的应急能力水平进行评估，具体评估过程如下：

(1) 利用公式(1)将表2中评价指标的专家评估结果转换为相应的二元语义形式，构建二元语义判断矩阵，见表3。

表2 某配电网工程评价指标的专家评估结果和权重值

表3 二元语义判断矩阵

(2) 以专家P1对二级指标恢复供电能力D1的评估结果(s2,0)为例进行计算说明，即利用公式(5)可求得专家P1对恢复供电能力D1给出的评估结果对应的β值，β=Δ-1(s2,0)=1.4(2-2)-1=0。同理，可求出其他4位专家(P2,P3,P4,P5)对恢复供电能力D1给出的评估结果对应的β值分别为0.4，-0.4，0.4和0。

表4 某配电网工程一级指标的二元语义评估结果

即目标层的二元语义形式为(s2,0.393 1)。

3. 3 评估结果分析

4 结 论

(1) 本文将改进二元语义与IEM法相结合，既能科学、合理地确定评价指标的权重，又能有效避免语言评价信息转换过程中的信息缺损，提高了评估结果的准确性。

(2) 通过实例验证了改进二元语义的配电网工程应急能力评估模型的适用性和可行性，该模型的评估结果能够真实地反映出配电网工程的应急能力水平，并可以根据评估结果有针对性地加强薄弱环节的建设，有助于提高整个系统的应急能力，可为配电网工程应急管理提供依据。