基于IPCA-IFAHP的农村电网改造后项目评价研究

张俊成，陈 楚，黎 敏，莫昌明

(1.广西电网有限责任公司，广西 南宁 530023;2.天津天大求实电力新技术股份有限公司，天津 300384)

随着新农村建设力度的加大，为提高农村电网的安全可靠运行，保障农村供电经济性，我国对农村电网的改造投资越来越多，但是还没有一套标准的项目运行效果评价标准，而精准的项目的后评价，对于提高项目投资效益具有重要意义[1-3]。对农网改造后项目进行评价有助于推动农网改造的顺利进行[4-5]。

目前有很多有关电网项目后评价的研究，文献[6]建立了电网项目后评价指标体系，并提出了采用ANP方法求取指标权重，然后采用模糊评价方法给出合理建议。文献[7]提出了一种改进的逻辑框架方法，用于对电网项目的后评价，该方法能够准确地体现出指标的实施情况，仿真实验验证了所提的方法具有较好的实现效果。文献[8]设计了输变电项目指标体系，并采用成功度模糊综合评价方法进行项目后评价，所提方法成功实现了预期目标。文献[9]建立了电网建设的评价指标体系，采用ANP方法对指标进行权重分析，并用云决策手段获得最终评分结果。文献[10]建立了500 kV变电站的项目改造评价指标体系，并且给出评价过程，得到最终的指导性建议意见。

虽然上述对电网的建设过程有了项目后评价研究，但是有关农村电网的项目后评价还没有形成一套标准的指标体系，而且还没有标准的项目评价规则，以指导农村电网项目建设的顺利进行，所以，本文提出了采用改进的主成分分析方法提取农村电网项目后评价指标体系，而且采用改进的层次分析方法计算指标体系的权重，然后采用模糊综合评价方法对农网项目进行评价，根据评价结果给出指导性建设意见，以提高农网建设的合理性。

1 基于IPCA的农网改造后评价指标体系

目前，在国内还没有统一的电网改造评价指标体系，一般情况下采用人工评价，这就存在着评价结果是否科学准确的问题。评价结果受到评价专家对业务的理解程度不同而不同，所以评价的科学性较为欠缺。随着我国经济建设力度的加大，农村电网的改造项目也成为了趋势，但是在改造过程中仍存在诸多缺点。比如：①缺少成熟的评价指标。当前的农网改造评价体系多是对一个具体问题的分析，还没有完备的整体改造方案的评价体系。②缺少相关的统计支持。现在的农网统计包括经济和建设成果两个方向，还没有统一的改造评价体系。

1.1 农网改造后评价指标体系确定原则

为了对农网改造项目进行科学合理的评价，需要建立一套科学完善的评价指标体系。通常情况下，农网改造后一到两年进行项目评价。评价的项目主要包括电网运行情况，经济效益，社会效益，以及可持续性发展等。

(1)项目过程评价。

当某项目完成时，对该项目的前期准备，建设过程和运行结果进行评价。通常，农网改造过程包含了大量子项目，按照时间顺序，本文对农网改造的前期准备，施工过程和运行阶段进行综合评价。前期准备指的是制作项目规划书至施工前的工作内容。施工阶段的评价主要包括从施工开始到项目验收时的工作。运行阶段的评价包括了性能改进及管理等方面。

(2)经济效益评价。

经济效益评价包括财务支出和收益两个方面。主要从改造过程的财务支出以及运行阶段产生的经济效益来评价。

(3)社会效益评价。

农网改造的社会效益包括家庭用电量是否能够满足，以及小型工厂的用电量是否能够得到满足，是否能够比改造前节约用电成本等。这些评价可以从用户，企业和政府的服务反馈处进行评价。

(4)可持续性评价。

包括项目的延续性和可重复性。延续性表示改造后的电网能够带来长远的收益，重复性表示该项目是否可以在其他地方实施。对农网改造的可持续性评价主要从经济，环境，社会等三个方面考虑。

影响农网改造后评价的因素有很多，需要对影响因子逐步进行筛选，确定出主要影响评价结果的因子。根据影响的因素不同，发现对农网改造后评价有影响的因素按照层次归类，可以归纳为三层。指标因素包括项目前期准备，项目实施，投资执行情况，项目财务收益率，财务净现值，投资利润率，投资回收期，区域经济促进，经济结构调整，节能情况，投资环境改善情况，项目财务，项目经济性，电网安全性，供电能力，电压质量，供电可靠性，线损率，农民满意度，政府满意度，企业满意度，经济可持续性，环境可持续性，社会可持续性等。

由于影响农网改造后评价的指标因子较多，如果考虑所有的评价指标，在评价的时候很可能存在冗余因素，导致评价结果不准确，为此在本文中，采用主成分分析方法选取评价指标。

1.2 改进主成分分析的指标选取

1.2.1 传统的主成分分析

主成分分析(PCA)是对高维数据降维处理，且降维后的信息不影响数据的使用。PCA的实现过程如下所述[11-12]。

假设一共有N个样本，每个样本含有n个数据，记作：X=(xij)N×n。

(1)对X进行标准化处理。

(2)建立系数阵：R=(rij)n×n=X′X。

(3)计算R的特征根和特征向量，λ≥λ2≥…≥λn。

(1)

(4)提取主成分，用m个特征代替原始特征(m

Fi=a1iX1+a2iX2+…+aniXn(i=1,2…,n)

(2)

XPCA=[F1,F2,…,Fm]=X[a1,a2,…,am]

(3)

(5)计算每个特征的贡献率。

(4)

式中：γi(i=1,…,n)是参数之间的关联程度。γi越大，表示该参数的贡献率越大。

(6)求取主成分综合得分。

1.2.2 均值化改进的PCA(IPCA)

采用均值化方法对PCA进行改进，过程如下所述。

(1)原始数据均值化处理。

(5)

(2)计算均值化的协方差uij，建立协方差矩阵U=(uij)p×p。

(6)

求取指标间的协方差。

(7)

式中：sij是原始变量的协方差。

均值化前的相关系数计算。

(8)

均值化后相关系数计算。

(9)

循环执行式(5)～式(9)，确定均值化后的指标作为主成分。

Fi=u1iY1+u2iY2+…+umiYm

(10)

式中：umi(i=1,2,…,m)是主成分系数，m是主成分数量，Yi表示第i个主成分。

采用改进的PCA方法求取农网改造后指标体系的主成分，计算的前11个主成分贡献之和大于95%，如图1所示。

图1 农网改造后评价指标体系

2 IFAHP算法

2.1 改进的层次分析法(IAHP)

本文采用层次分析法确定农网改造后评价指标的权重，根据上文建立的层次化农网评价指标[13-15]。

(1)将评价指标分为目标层A，准则层B和方案层C。

(2)根据层次关系建立判断矩阵A=(aij)n×n。即

(11)

式中：aij为指标i和指标j的重要性对比。通常情况下aij取值“1～9”及其倒数。

(3)计算判断矩阵最大特征值。对特征值进行归一化处理，并计算每个因子的贡献度。

(4)一致性检验。若正互反阵A=(Aij)n×n，满足Aij·Ajk=Aik;i,j,k=1,2…n，则A是完全一致阵。计算一致性指标C.I.。

(12)

式中：λmax是判断矩阵最大特征根。

查表获得一致性指标R.I.如表1所示。

表1 一致性指标R.I.

当CR<0.1时，认为判断矩阵满足一致性要求。若不满足，调整矩阵元素，继续一致性判断。

由于上述AHP的一致性矩阵调整时会给计算结果带来误差，所以本文对其进行改进，以降低权重计算误差。

(5)当构造完判断矩阵A时，计算最优传递矩阵D。

(13)

(6)求取判断矩阵拟优一直矩阵C。

cij=10dij

(14)

(7)求取C的最大特征向量并归一化处理，获得各指标权重。

2.2 模糊综合评价

在农网改造后评价模型中，因素集为由IAHP方法得到指标集，则评价的过程如下所述[16]。

设含n个指标的因素集U如下。

U={u1,u2,…,un}

(15)

含有m个评价结论的评判集V表示为

V={v1,v2,…,vm}

(16)

因素集U与评价集V的隶属度关系表示如下。

rij=vj(ui)(j=1,2,…,n)

(17)

模糊关系矩阵表示为

(18)

因素集U的权重模糊向量表示如下。

A=(a1,a2,…,an)

(19)

模糊评价的结果表示如下：

B=A°R

(20)

式中：°指的是模糊合成运算。

模糊隶属度集B表示如下：

B=(b1,b2,…,bn)

(21)

式中：bj是评价对象含评语vj(j=1,2,…,n)的程度。

3 算例仿真

3.1 农网改造后评价仿真

3.1.1 指标体系权重

本文算例以某电力公司某农网改造工程为例，该项目的改造内容主要为10 kV以下农网改造。改造的项目主要包括：①10 kV配网新建项目：新建双回路线路4.95 km，新装断路器2台；四线路6.28 km，新装断路器3台；和谐线路4.31 km，断路器1台；双回线路2.1 km，采用电缆线0.6 km，断路器3台；双回线路5.81 km，电缆0.4 km，断路器2台。②改造10 kV输电线路，装配4台断路器。③对0.4 kV线路改造17.5 km，更换14台变压器。④对农村电表进行更换。⑤新装14台电压监测设备。

该项目于2018年完工，共投资了12 256 862.35元。经过改造后，该地区的供电量，电压合格率，及供电可靠性都得到了改善，而且用户反馈较优。提升了人民的生活质量，经济发展也得到了快速提升。

采用IAHP算法求取农网改造后指标权重，计算准则层A结果如下所述。

根据IAHP的计算方法，求得的CR=0.004<0.1，满足一致性检验要求，且λmax=4.01。计算得到的A-B的权重如表2所示。

表2 A-B判断矩阵权重

然后分别按照IAHP方法分别B1-B4的权重，如表3～表6所示。

表3 B1判断矩阵权重

计算得到的农网改造后评价指标权重如表7所示。

表4 B2判断矩阵权重

表5 B3判断矩阵权重

表6 B4判断矩阵权重

从表7以及上述计算过程可以知道，在计算过程中，一致性检测的CR小于0.1，满足一致性检验。从权重的计算结果来看，项目经济性，经济可持续性，电网安全性，在电网改造中具有重要地位。

表7 指标权重排序

3.1.2 农网改造后评价体系

(22)

综合后评价主要包括：①对10 kV农网改造项目进行评分，并给出建设性意见。②通过该改造项目为其他农网改造给予建议。农网改造项目后评价结果如表8～表11所示。

表8 B1项目后评价

表9 B2项目后评价

表10 B3项目后评价

表11 B4项目后评价

根据上述计算得到的模糊综合评价结果，进行综合计算，得到该项目的评价得分为80.4，最终该项目被评价为良好。其中，项目过程得分为82.33，评为良好。经济效益评分为81，评为良好。电网性能评分为81.5，评为良好。可持续性发展为78.6，中。综合来看，该农网的改造效果较好，得到了期望的改造效果。这个评价结果与领域内专家评判的结果一致。

3.2 算例结果分析

该项目评分为80.4，良。根据该项目各个指标的评价，可以得到以下结论:

(1)该项目的实施和运行效果较好。而且电压质量，供电量，供电可靠性等都得到改善。但是由于工期较短，很多前期准备工作未能充分进行，需要改进。

(2)该项目的经济指标权重较大，但是该农村电网的经济还能进一步加强。

(3)从项目的电网性能来看，电压质量供电可靠性和安全性都得到了改善。

(4)该项目的可持续性指标中，社会，经济，和环境等方面还能进一步改善，以提高这些领域的水平。所以环境可持续性评价为中。

针对上述问题，对该农网改造提出以下意见:

(1)前期准备工作充分，为高质量的施工提供可靠保障。

(2)强化农网改造的经济性，实现经济效益。

(3)提升农民对农网改造的长远收益意识，积极参与到农网改造建设中，以提升社会效益。

(4)农网改造的时候，多引进新技术，新理论，加强环境可持续性发展。

4 总 结

为了尽最大可能反映原始数据全部信息，提出了采用均值化方法改进主成分分析方法，用于提取农网改造后评价指标体系，达到以最少的数据获得最大信息量的目的。为了克服传统AHP算法一致性校验存在的调整误差，提出了采用最优传递矩阵确定指标权重，用改进的AHP算法计算农网改造后评价指标体系的权重值。最后，采用模糊综合评价的方法根据评价指标体系对农网改造项目进行综合评分，得到对当前改造项目的建设性意见。进行了算例仿真，仿真结果与实际情况相符，验证了所提方法的有效性。