周 景，李存斌，左一惠

（華北電力大學(xué)，北京 102206）

0 引言

近年來(lái)，由于自然災(zāi)害因素的作用，電網(wǎng)安全穩(wěn)定和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行受到嚴(yán)重的損害[1]。例如2008年初，我國(guó)南方地區(qū)大面積遭受雨雪冰凍災(zāi)害，輸電線路遭受嚴(yán)重破壞，使電網(wǎng)結(jié)構(gòu)受到嚴(yán)重影響，很多線路和變電站因?yàn)?zāi)停運(yùn)。在世界范圍，由地震等自然災(zāi)害帶來(lái)的影響更是不容小視。2011年日本發(fā)生9.0級(jí)強(qiáng)震，引起福島核電站核泄漏，造成相當(dāng)大的經(jīng)濟(jì)損失和社會(huì)損失。為了有效地應(yīng)對(duì)自然災(zāi)害，最大程度的減小災(zāi)害對(duì)電網(wǎng)運(yùn)行帶來(lái)的損失，國(guó)內(nèi)外不少學(xué)者針對(duì)電網(wǎng)自然災(zāi)害防御做了不少研究。文獻(xiàn)[2]基于對(duì)2008年雪災(zāi)所造成的影響進(jìn)行分析，提出了應(yīng)當(dāng)災(zāi)害措施和南方地區(qū)電網(wǎng)的規(guī)劃方向。文獻(xiàn)[3]和文獻(xiàn)[4]提出了自然災(zāi)害對(duì)電網(wǎng)的影響及對(duì)應(yīng)的預(yù)防、預(yù)警措施。文獻(xiàn)[5]分析了中國(guó)電網(wǎng)自然災(zāi)害的防御現(xiàn)狀。

針對(duì)各種自然災(zāi)害的特點(diǎn)，建立電網(wǎng)自然災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，對(duì)電網(wǎng)自然災(zāi)害的積極防御顯得十分必要。本文結(jié)合電網(wǎng)現(xiàn)狀，在辨識(shí)電網(wǎng)危害因素和脆弱性分析[6]的基礎(chǔ)上、構(gòu)建電網(wǎng)自然災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系[7]。結(jié)合模糊數(shù)相似度方法進(jìn)行自然災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)綜合評(píng)價(jià)，為相關(guān)部門制定自然災(zāi)害防御措施提供決策依據(jù)，具有一定的應(yīng)用價(jià)值。

1 電網(wǎng)自然災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)體系

電網(wǎng)自然災(zāi)害常常是以災(zāi)害群的方式出現(xiàn)，因而需要采用多災(zāi)種的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估體系。災(zāi)害具有持續(xù)作用的特點(diǎn)，在時(shí)間和空間上產(chǎn)生的影響都會(huì)擴(kuò)張，因此需要考慮的自然災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)因素不能僅僅限于災(zāi)害發(fā)生本身。此外，自然災(zāi)害除了對(duì)電網(wǎng)中電力設(shè)備造成直接影響，而且會(huì)引起事故而產(chǎn)生很大的社會(huì)影響。對(duì)于電網(wǎng)自然災(zāi)害的綜合風(fēng)險(xiǎn)分析，電網(wǎng)特性和抗災(zāi)恢復(fù)能力等也是影響風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的重要因素[8]。從多層次、多角度結(jié)合定性與定量分析的評(píng)價(jià)原則，建立如表1所示的指標(biāo)體系。

表1 電網(wǎng)災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系

如表1所示，在構(gòu)成電網(wǎng)自然災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)的指標(biāo)體系中，一級(jí)指標(biāo)共四項(xiàng)。二級(jí)指標(biāo)的計(jì)算方法如下所示。

1）自然因素風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)計(jì)算方法

災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)——災(zāi)害發(fā)生概率乘以災(zāi)害強(qiáng)度。

2）電網(wǎng)特性風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)計(jì)算方法

負(fù)載狀況—供電負(fù)荷減少量或增加量除以事故發(fā)生前供電負(fù)荷量；

電壓偏差——實(shí)際的運(yùn)行電壓與系統(tǒng)額定電壓之差比上額定電壓：

3）抗災(zāi)恢復(fù)力風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)計(jì)算

預(yù)警處理能力——定性分析的指標(biāo)，分析評(píng)價(jià)系統(tǒng)信息化水平、通信設(shè)施，進(jìn)行相應(yīng)的橫向比較；

物資儲(chǔ)備能力——定性分析的指標(biāo)，調(diào)查救援物資儲(chǔ)備狀況，判斷物資儲(chǔ)備能力；

搶修恢復(fù)能力——定性分析的指標(biāo)，記錄從發(fā)生事故到電網(wǎng)恢復(fù)正常狀態(tài)所用時(shí)間，判斷搶修恢復(fù)能力。

4）社會(huì)影響風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)計(jì)算

死亡人數(shù)——自然災(zāi)害造成電網(wǎng)故障而導(dǎo)致的死亡人數(shù)；

重傷人數(shù)——自然災(zāi)害造成電網(wǎng)故障而導(dǎo)致的重傷人數(shù)；

居民停電用戶比例——居民停電總用戶數(shù)除以城市供電總用戶數(shù)；

直接經(jīng)濟(jì)損失——更換有自然災(zāi)害損壞的設(shè)備和配件材料，以及所需人工成本和運(yùn)輸成本對(duì)應(yīng)費(fèi)用。

2 梯形模糊數(shù)相似度風(fēng)險(xiǎn)分析法

2.1 模糊風(fēng)險(xiǎn)分析

假設(shè)A指標(biāo)由n個(gè)二級(jí)指標(biāo)組成，A1，A2，…，An。每個(gè)二級(jí)指標(biāo)可用兩個(gè)評(píng)估術(shù)語(yǔ)來(lái)表示——“風(fēng)險(xiǎn)發(fā)生的可能性（iR）”和“風(fēng)險(xiǎn)發(fā)生帶來(lái)的損失嚴(yán)重性（iB）”，iR和iB取表2中的梯形模糊語(yǔ)言值。

風(fēng)險(xiǎn)模糊分析算法步驟如下[9]：

1）對(duì)每一個(gè)子部分模糊等級(jí)iR和iB，計(jì)算模糊加權(quán)平均均值和梯形模糊數(shù)等級(jí)算子，計(jì)算公式如下：

2）用模糊語(yǔ)言值的梯形模糊數(shù)的相似度，計(jì)算R的梯形模糊數(shù)模糊語(yǔ)言值與表2中的每一個(gè)語(yǔ)言值之間的相似度。然后取相似度最大值所對(duì)應(yīng)的模糊語(yǔ)言值作為R的模糊語(yǔ)言值，得到模糊等級(jí)A。

表2 九級(jí)模糊語(yǔ)言值量表

2.2 梯形模糊數(shù)語(yǔ)言值的算子

假設(shè)兩個(gè)梯形模糊數(shù)等級(jí)A和B，改進(jìn)型梯形模糊數(shù)等級(jí)的算子對(duì)和的運(yùn)算如下[10]：

1）語(yǔ)言值梯形模糊數(shù)加法⊕

2）語(yǔ)言值梯形模糊數(shù)乘法?

3）語(yǔ)言值梯形模糊數(shù)除法?

2.3 相似度的相關(guān)定義和計(jì)算方法

如果A=B

如果A≤B

A和B之間的相似度 (,)S A B定義如下：

其中：

3 實(shí)例分析

以某地市電力公司為研究對(duì)象建立自然災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)模型。利用梯形模糊相似度，通過(guò)分析近年來(lái)自然災(zāi)害狀況、特點(diǎn)以及影響，參照建立的模糊風(fēng)險(xiǎn)分析結(jié)構(gòu)，先對(duì)上面描述的四個(gè)一級(jí)指標(biāo)風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行計(jì)算，得到對(duì)應(yīng)的風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)[11]。再根據(jù)不同風(fēng)險(xiǎn)之間的損失程度計(jì)算相應(yīng)的自然災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)。

3.1 二級(jí)指標(biāo)風(fēng)險(xiǎn)模糊評(píng)定

參考模糊語(yǔ)言值量表，對(duì)一級(jí)指標(biāo)進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)模糊評(píng)定，得到二級(jí)指標(biāo)的評(píng)定表，如表3所示。

表3 風(fēng)險(xiǎn)具體指標(biāo)模糊評(píng)定表

3.2 一級(jí)指標(biāo)的合成

采用模糊風(fēng)險(xiǎn)分析結(jié)構(gòu)，對(duì)上述四個(gè)以及風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)進(jìn)行合成，結(jié)果如表4所示。

表4 一級(jí)指標(biāo)風(fēng)險(xiǎn)合成模糊值

3.3 利用模糊相似度對(duì)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)進(jìn)行評(píng)判

在得到一級(jí)指標(biāo)的風(fēng)險(xiǎn)模糊合成值后，利用梯形模糊數(shù)相似度對(duì)其進(jìn)行相似度計(jì)算。指標(biāo)的風(fēng)險(xiǎn)模糊等級(jí)可通過(guò)最大相似度原則進(jìn)行判定。從表5的相似度可知，自然因素、電網(wǎng)特性和抗災(zāi)恢復(fù)力這三個(gè)指標(biāo)的風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)為相當(dāng)高，社會(huì)影響的風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)為中，相對(duì)較低。

表5 一級(jí)指標(biāo)相似度計(jì)算結(jié)果

3.4 自然災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)綜合評(píng)價(jià)

針對(duì)一級(jí)指標(biāo)進(jìn)行損失的判斷，根據(jù)電網(wǎng)自然災(zāi)害評(píng)估的經(jīng)驗(yàn)，給出四個(gè)一級(jí)指標(biāo)風(fēng)險(xiǎn)的損失模糊語(yǔ)言值，如表6所示。

表6 一級(jí)指標(biāo)的損失模糊語(yǔ)言值

采用公式（1）進(jìn)行最終的電網(wǎng)運(yùn)行自然災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)，得到總風(fēng)險(xiǎn)模糊語(yǔ)言值R。

R={0.476，0.662，0.914，0.965；1}

下一步是計(jì)算總風(fēng)險(xiǎn)模糊值R和定義的模糊語(yǔ)言值量表的相似度，在得到R的模糊相似度后，采用最大相似度來(lái)確定所評(píng)估電網(wǎng)的自然災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)，如表7所示。從表7的結(jié)果上看，所評(píng)估電網(wǎng)的自然災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)相對(duì)高的水平，相關(guān)部門應(yīng)加強(qiáng)風(fēng)險(xiǎn)管理，積極進(jìn)行相應(yīng)的自然災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)防御，以保證電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行。

表7 自然災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)相似度

4 結(jié)論

嚴(yán)重的自然災(zāi)害難以預(yù)期，但是通過(guò)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估可以對(duì)自然災(zāi)害的發(fā)生進(jìn)行預(yù)警，做好預(yù)防工作并及時(shí)采取應(yīng)對(duì)措施，可以將損失減少到最小，從而保證電網(wǎng)運(yùn)行安全。本文根據(jù)自然災(zāi)害的特點(diǎn)和自然風(fēng)險(xiǎn)對(duì)電網(wǎng)產(chǎn)生的影響特性，構(gòu)建了電網(wǎng)自然災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，從四個(gè)方面——自然因素、電網(wǎng)特性、抗災(zāi)恢復(fù)力、社會(huì)影響分析，對(duì)其包括的多個(gè)二級(jí)指標(biāo)進(jìn)行分析，提出了基于模糊相似度電網(wǎng)自然災(zāi)害綜合風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)方法。算例表明，該方法具有可行性，為決策部門制定災(zāi)害防御策略提供了決策依據(jù)。

[1] 孫建鋒,葛睿,鄭力,胡超凡.2010年國(guó)家電網(wǎng)安全運(yùn)行分析[J].中國(guó)電力,2011,44(5):001-004.

[2] 吳向東,張國(guó)威.冰雪災(zāi)害對(duì)電網(wǎng)的影響及防范措施[J].中國(guó)電力,2008,42(12):014-018.

[3] 董守聰.自然災(zāi)害對(duì)電網(wǎng)的影響及預(yù)防措施[J].電氣技術(shù),2007,(4):081-082.

[4] 李繼紅,戴彥,周劍波,等.電網(wǎng)風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警管理體系探討[J].華東電力,2010,38(7):057-061.

[5] 王昊昊,羅建裕,徐泰山,李海峰,李碧君,朱寰,薛禹勝.中國(guó)電網(wǎng)自然災(zāi)害防御技術(shù)現(xiàn)狀調(diào)查與分析[J].電力系統(tǒng)自動(dòng)化,2012,34(23):005-010.

[6] 曾鳴,陳英杰,胡獻(xiàn)忠,董達(dá)鵬.基于多層次模糊綜合評(píng)價(jià)法的我國(guó)智能電網(wǎng)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)[J].華東電力,2011,39(4):535-540.

[7] 秦繼承,吳娟. 基于電網(wǎng)狀態(tài)評(píng)估的風(fēng)險(xiǎn)防范管理體系應(yīng)用研究[J].中國(guó)電力,2007,40(4):090-092.

[8] 王興發(fā),曹懷予,肖軍詩(shī),張強(qiáng),陸愈實(shí).我國(guó)電網(wǎng)自然災(zāi)害預(yù)警系統(tǒng)研究[J].安全與環(huán)境工程,2012,19(6):38-44.

[9] 李存斌,李鵬,陸龔曙.基于模糊數(shù)相似度的智能電網(wǎng)運(yùn)營(yíng)風(fēng)險(xiǎn)綜合評(píng)價(jià)[J].華東電力, 2012,40(9):1486-1489.

[10]張麗媛,徐選華,李濤,周艷菊.基于直覺(jué)梯形模糊偏好相似度的多屬性決策方法[J].數(shù)學(xué)的實(shí)踐與認(rèn)識(shí),2012,42(24):167-173.

[11] 何永秀,戴愛(ài)英,楊衛(wèi)紅,方銳.基于模糊理論的城市電網(wǎng)風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別與評(píng)價(jià)[J].電網(wǎng)技術(shù),2010,34(9): 0127-0133.