基于层次分析法及灰色聚类决策模型的主动配电网经济活动外部性评价

陈 兢，周 哲，方 敏

（国网浙江海宁市供电有限公司，浙江 海宁 314400）

0 引言

近年来，酸雨、全球变暖等极端天气频发，对社会、经济、环境等方面造成了极大影响。因此需采取技术手段减轻污染排放并推行低碳经济以有效缓解上述危机。相较于传统电力系统，主动配电网的优势在于能够就地消纳各类可再生能源的发电，减少不可再生能源（例如煤炭）的使用量，从而减轻污染排放；同时主动配电网分布式能源系统具有施工周期短、运行简单、抵抗风险能力强、建设成本较低等优点[1-3]。近年来主动配电网发展势头正劲，诸如苏州、贵阳等地都建成了主动配电网示范性工程。主动配电网项目的可持续发展受其经济性影响，为更好提升主动配电网项目的可持续发展能力，针对主动配电网项目的经济性进行研究评价是很重要的。

当前，相关研究主要侧重于从电价等方面对主动配电网项目的经济性进行评价。文献[4-5]从电网运营角度出发对主动配电网项目进行评估；文献[6]介绍了主动配电网项目的经济特性及发展现状；文献[7]分析了主动配电网项目基于博弈论的源-网-荷多层博弈经济调度方法下运行的经济性。文献[8-10]分析了主动配电网项目中储能站的经济性。可以看出，当前针对主动配电网项目进行经济性评价的研究较少且仅考虑到主动配电网内部经济性的影响因子，并没有针对外部经济性影响因子（例如环境因子、社会因子、市场因子等）进行经济特性分析。因为主动配电网中涉及可再生能源发电，其环境价值可观，所以对主动配电网项目进行经济活动外部性评价是有必要的。

为针对主动配电网项目进行有效的经济活动外部性评价，首先建立了主动配电网经济活动外部性的评价因子系统；之后，鉴于主动配电网项目经济活动外部性各影响因子之间存在相互影响、依赖的关系，利用层次分析法得到各影响因子的权重数据；考虑到灰色聚类决策模型可将各级影响因子聚类[11]，因此建立能够对主动配电网经济活动外部性进行评价的基于层次分析法及灰色聚类决策模型；最后，将该模型应用到某主动配电网项目以进行案例分析。

1 主动配电网项目经济活动外部性评价系统

经济活动外部性是指经济主体的经济活动对他人和社会等造成的非市场化的影响[12-15]。本评价系统采用专家咨询法。层次分析法中最重要的一步就是建立一个评价结构图。根据主动配电网项目特点可以得到项目经济活动外部性评价结构如图1 所示： 2 个一级影响因子分别为正外部性Y1，负外部性Y2；5 个二级影响因子分别为环境效益Y11，经济效益Y12，社会效益Y13，环境影响Y21，市场影响Y22；三级影响因子有19 个。

2 基于层次分析法的灰色聚类决策模型

建立基于层次分析法的灰色聚类决策模型的步骤包括： 利用层次分析法求得各级影响因子的权重；将权重数据带入灰色聚类决策模型并导出数据；根据导出数据分析主动配电网项目经济活动外部特性。

2.1 影响因子的权重Wi

利用层次分析法求取权重的步骤如下：

（2）若初次得到的判别矩阵A 通过一致性检验，则进行下一步；若未通过一致性检验，则再次分析并更换数据后重复第一、二步。反复进行上述步骤直到所有判别矩阵A 都满足要求。

（3）对检验合格的判别矩阵A 进行归一化处理，处理后即得到各级影响因子的权重。

一致性检验的方法如下： 求出判别矩阵A 的最大特征值tmax；将数据代入式（1）；将数据代入式（2），若Cr小于0.1 则通过检验。

图1 项目经济活动外部性评价结构

式中： Ci为一致性指标；Cr为矩阵A 的不一致性程度（Cr＜0.1，一致性程序符合要求）；Ri为随机一致性指标。

2.2 灰类划分及隶属度函数

本模型将主动配电网项目经济活动外部性影响因子分为“完美”“优秀”“良好”“中等”“及格”“不及格”六类，分别对应灰类中心点p1=100，p2=90，p3=80，p4=70，p5=60，p6=40。隶属度的计算公式如下：

式（3）中的y 值通过问卷调查可得，该模型的调查问卷将发放给专家、电力从业人员、用户（商用及民用）。

将6 个灰类中心点数据代入式（3），进而得到：

2.3 综合聚类系数

式中： M 为该影响因子所辖下一级影响因子的个数；Wi为影响因子i 在综合聚类所占的权重。通过求1≤k≤4 时的最大值，可得出所属灰类。

3 某主动配电网实例

以浙北某主动配电网项目为例进行经济活动外部性评价。通过分析该项目的情况及特点得出适用于本文的基于层次分析法及灰色聚类决策模型，经前期调查走访及发放问卷等得到模型所需的原始数据。

3.1 计算影响因子的权重Wi

首先，根据图1 应用层次分析法计算权重，对一定量的商业电用户、民用电用户、电网员工、专家进行调查，得到各判别矩阵A 所需的各层两两影响因子对比系数如表1 所示。再根据表1 数据进行计算，可得表2 所示影响因子权重及一致性检验结果，可见所有影响因子一致性检验均通过（Cr＜0.1），因此所得影响因子对应的权重是符合要求的。然后将表2 数据进行归一化处理得到表3。接下来将调查数据代入式（2）—式（5），可得影响因子权重归一化的隶属度，计算结果见表4。最后将表3 及表4 的数据代入式（6），可得综合聚类系数，计算结果见表5。

表1 各层两两影响因子对比系数

表2 影响因子权重及一致性检验结果

表3 影响因子权重归一化结果

3.2 影响因子评价分析

分析表5 中Y（某主动配电网项目经济外部活动性）对应的综合聚类系数可知为最大值，即某主动配电网项目经济外部活动性为“优秀”。再对表5 中一级影响因子中的正外部性Y1进行分析，Y1对应的综合聚类系数为最大值，即可得出该主动配电网项目正外部性为“优秀”。同理可知，该主动配电网项目负外部性Y2也为“优秀”，但是正外部性Y1对应的综合聚类系数值0.386 53，是负外部性Y2对应的综合聚类系数值0.076 73 的5 倍，故该项目的正外部性远强于负外部性。最后对三级影响因子进行评价： 根据表5 可知，环境效益Y11的最大聚类系数为0.232 35，归属在“优秀”类；经济效益Y12的最大聚类系数为0.128 5，归属在“优秀”类；社会效益Y13的最大聚类系数为0.106 18，归属在“良好”类；环境影响Y21的最大聚类系数为0.049 03，归属在“不及格”类；市场影响Y22的最大聚类系数为0.076 73，归属在“优秀”类。因此正外部性的二级影响因子都为“优秀”类，但环境效益Y11远大于经济效益Y12，经济效益Y12略大于社会效益Y13；而负外部性的二级影响因子市场影响Y22强于环境影响Y21。

表4 影响因子权重归一化的隶属度

表5 综合聚类系数

综合分析表5 中5 个二级影响因子可知，环境效益Y11>经济效益Y12>社会效益Y13>市场影响Y22>环境影响Y21，可以得出环境效益Y11及经济效益Y12是主动配电网项目经济外部活动性中最重要的两个影响因子。

4 结语

本文首先构造了主动配电网项目经济活动外部性评价系统，接着建立基于层次分析法的主动配电网项目活动外部性灰色聚类决策模型，最后结合某主动配电网项目进行评价分析，得到如下结果： 该项目的经济活动外部性很好，且其正外部性远大于负外部性；该项目的环境效益最强，环境影响最弱，故可知项目的环境效益使得其正外部性显著；而该项目的负外部性主要是由市场影响造成的。因此该项目经济活动外部性的主要影响因子为环境效益及市场影响。

综上所述，主动配电网项目具有较好的环境效益、经济效益及社会效益，但同时还存在着市场影响及环境影响这两个不可忽视的负面因素，市场影响尤其重要。因此如何在开发主动配电网项目中减小负外部性，同时进一步提升正向经济活动外部性，以便将项目的经济活动外部性最大化，将是日后主动配电网项目的一个研究热点。