摘要
现代社会对电能的依赖程度日益加深,电力用户的停电会给用户自身和供电企业带来重大影响和损失。提出了一种停电影响综合评估方法：首先从用户停电所带来的用户经济损失影响、供电企业经济损失及其供电可靠性考核指标影响等方面出发,同时综合考虑用户对供电企业的重要性程度,建立用户停电影响综合指标体系,即在计算用户直接经济损失指标时考虑用户停电时段不同带来的经济损失差异,提出基于产业关联度分析理论的用户间接经济损失计算方法,并利用熵值法实现对复杂指标的量化计算。在进行体系各项指标计算后,利用层次分析法针对不同评估主体设置不同的指标权重,实现多角度、全方位的评估。通过实例计算分析,验证了所提出指标体系与综合评估方法的合理性和可行性,为用户了解停电损失、供电企业进行生产效能评估和停电管理提供参考。
关键词 :用户停电;停电影响指标;综合评估;
（来源：电网技术 作者：林锐涛1, 林哲昊2, 周勤兴1, 彭显刚2, 许方园2）
1．广东电网有限责任公司 汕头供电局,广东省 汕头市 515000
2．广东工业大学 自动化学院,广东省 广州市 510006
0 引言
在社会经济不断飞速发展的过程中,我国的能源发展模式也在经历着转变,电力能源在人们的生活中占据着越来越重要的地位。新的形势对供电企业的供电能力和所提供服务的质量提出了更高的要求[1-3]。但在供电企业生产、建设和改造的过程中,不可避免地会发生故障停电,或者进行停电作业,会影响电力用户的正常生产和生活。因此,如何准确计算用户停电所连带来的损失并对其产生的影响进行评估,成为当前阶段供电企业提供优质供电服务需要重视的问题[4-5]。
通过对同一条线路或同个供电管辖单位下的用户进行停电影响综合评估和评估结果排名,是供电企业对自身配电网建设水平和生产效能分析的一种有效手段;另一方面通过统计分析评估结果,能够寻找网架结构的薄弱点,为停电管理、提高供电可靠性水平及应急电源优化配置的投资和决策提供依据[6]。同时对于电力用户来说,在电力市场环境下,他们具有自主选择交易和可靠性以及了解自身用电情况的权利,而停电影响评估能够成为量化用户用电行为的有利工具[7]。
目前针对电力用户进行的停电研究涉及事故原因分析、风险评估、停电计划安排、停电管理等领域。但具体针对停电所带来影响的综合评估仍然较少。
文献[8-9]各自提出了用户停电直接经济损失的计算方法。文献[9]建立了不同负荷类型的综合用户停电损失函数。文献[10]从伤亡人员、供电部门等角度出发构建大停电社会综合损失评估指标体系。文献[11-15]对停电事件造成的供电可靠性和经济性影响分别进行了分析。以上研究具有合理的理论基础,但仍存在一些问题需要继续深入研究和完善,同时它们也是本文的研究重点：
1）用户停电所影响的范围广,不仅涉及电力用户本身,也涉及了供电企业。评估时需要从经济损失、重要客户满意度与供电可靠性考核指标等影响方面进行综合考虑,目前的研究基本上只针对上述的单一或某些方面。本文所提出的方法在构建用电停电影响指标体系时考虑了上述的多方面影响。
2）未能考虑用户在不同时间段的产能不同,其停电导致的经济损失也会有所差异[8-11],简单地将停电时长纳入到停电经济损失计算中。同时,在利用产电比法估算电力用户的经济损失时没有考虑不同行业单位电能所创造的经济效益差异,只是简单地将地区国内生产总值作为电能生产价值的度量。本文较为详细地考虑了电力用户所处行业以及不同时段的产能和经济效益差异。
3）对于停电造成的间接经济损失研究缺乏统一和系统性的理论指导。本文首次将经济学中的产业关联度理论应用到用户间接经济损失计算中。
4）每个主体对停电影响的感知存在不同,评估方法需要适应它们的不同需求：电力用户认为经济损失大的停电影响严重;供电企业的客户经理更加重视用户对供电企业的重要程度,认为重要政府部门、大型国企、民企等重要客户一旦发生停电,影响严重;而营业厅前台人员则认为农林牧渔业、医院、爆炸和危险制品厂等停电敏感客户一旦发生停电,造成的社会影响更大;而从上级考核指标考虑,供电企业的运行人员则认为对供电可靠性指标影响大的停电更加严重。
综上所述,本文提出了一种用户停电影响综合评估方法,首先从用户停电所带来的用户经济损失影响、供电企业经济损失及其供电可靠性考核指标影响等方面出发,同时综合考虑用户对供电企业的重要性程度,建立了用户停电影响指标体系：在用户直接经济损失指标计算时考虑了不同停电时段造成的经济损失差异,提出了基于经济学中产业关联测度分析理论的电力用户间接经济损失计算方法;利用熵值法对供电企业用户重要程度指标和供电企业供电可靠性考核指标受影响程度进行了客观权重赋值和加权计算。在得到评估体系各项指标计算结果后,利用层次分析法构建不同的指标权重向量,根据评估主体需求,实现不同角度、不同侧重点的综合评估。
1 用户停电影响指标体系
1.1 停电影响指标体系建立原则
用户发生停电事件所影响的范围广,不仅会使用户和供电企业的经济遭受损失,更会影响供电企业的供电可靠性和企业形象。其中某些影响难以进行指标的表征和量化。因此结合停电的实际情况,停电影响指标体系构建应该满足：1）科学全面性。在进行评估的过程中,需要保证评估指标能够正确全面地反应停电损失的范围和损失的程度大小。
2）可量化性。相关指标应该能够进行量化,便于评估结果的分析和对比。3）可行性。评估指标所需数据通过相关部门或实地调查获得,真实可信。
1.2 停电影响指标体系建立
在实际生产的过程中,电力用户的停电不仅会导致用户的生产计划遭受影响,经济上出现损失,对于供电企业来说,也意味着经济收益的降低和恢复供电费用的额外支出,同时,更会影响到企业和政府的形象[16-21]。因此,停电影响指标体系应该包含用户和供电企业两个方面。
一般来说,停电对用户造成的影响主要体现在经济损失上,可以分为直接和间接经济损失,因此停电影响指标体系应将它们充分考虑。直接经济损失是指发生停电时产生的产品生产滞后或者财产损毁而减少的经济收入;间接经济损失则是指除去直接损失外,其他可能造成的经济损失,如因停电造成的相关原材料或者产品无法按时支付而产生的赔偿等。用户停电造成的经济损失主要与用户类别、用户的负荷情况、停电的发生时间和持续时间等有关。
评估用户停电对供电企业的影响,一方面可以从供电企业的经济损失进行考虑,当用户发生停电时,供电企业会产生电量和电费的损失;另一方面,从供电企业营销工作开展的角度考虑,用户的停电会可能会导致用户的满意度降低,进而产生投诉,我们可以用停电用户对供电企业的重要程度来表征停电对供电企业营销工作产生的影响,当某个用户越重要,那么该用户的停电会对供电企业营销工作造成的影响也会更大;同时,用户停电也会影响供电企业该段时间内的供电可靠性指标考核。从生产角度上来说,供电企业十分重视供电可靠性考核指标,因此,将供电可靠性考核指标受影响程度大小纳入指标体系中,能够让供电企业在人力物力资源有限的情况下,在接下来的工作中优先关注和加强相关安全生产工作;另一方面,也能够发现供电企业生产过程中的薄弱点。
根据上述分析结果,本文考虑用户停电的直接经济损失、间接经济损失、供电企业的经济损失、用户对企业的重要程度、供电企业供电可靠性考核指标受影响程度,提出了用户停电影响综合评估指标体系,如图1所示。
图1 停电影响评估体系Fig. 1 Power outage impact assessment system
2 用户停电影响综合评估方法
2.1 停电影响综合评估方法流程
对电力用户进行停电影响的综合评估,首先是计算指标体系中各个指标的数值,然后根据不同主体的评估需求,利用层次分析法生成不同的指标权重向量,经过加权计算后得到综合评估的计算结果。评估方法的大致流程如图2所示。
2.2 指标计算方法
2.2.1 考虑停电时段的用户直接损失计算
产电比[22-24]描述了某年某一地区单位电能创造的经济效益,是对电能货币价值的一种社会度量。因此用户直接经济损失可以由用户停电时段损失的电量乘以该用户的产电比得到[22-24]。
根据停电开始时间、停电结束时间、用户平均日负荷曲线能够获得用户停电期间的损失电量,再乘以该用户所在行业的产电比,就能得到用户在停电时段内的直接经济损失。
本文按照《国民经济行业分类》对电力用户的所在行业进行细分,利用地区各行业生产总值和行业用电量得到各个行业的产电比[25-27],用户停电时间所损失的电量由负荷曲线进行积分得到。公式如下：
2.2.2 基于产业关联度的用户间接损失计算
作为用户停电损失的重要组成部分,间接损失影响因素多,内容复杂,缺乏系统性的评估理论和方法。本文结合经济学中的产业关联度分析理论,将感应力系数和影响力系数引入间接损失估算中。
产业关联是指在某个行业的产品生产的过程中,生产企业与其上下游企业所产生的密切的技术和经济联系,例如原材料的供应或者相关的技术支持。通过产业关联度,可以表征某个产业与和该产业生产活动相关的其他产业联系的紧密程度,产业关联的实质就是各产业之间的供给与需求关系[28-29]。在产业关联度分析理论中,影响力系数和感应力系数反映了国民经济各行业的地位和作用以及各个行业间的相互关联关系,利用它们能够进行用户停电间接经济损失的计算。
影响力系数定义为：当某一国民经济部门生产了一个单位的产品时,对于其下游的相关国民经济部门产生的生产需求拉动的影响程度。
2.2.3 供电企业经济损失计算
对供电企业而言,用户停电时主要承受的损失来自于缺供电量的电费收入,能够由电力用户的负荷乘以该时刻的峰谷平电价积分计算得到,具体公式为
2.2.4 供电企业用户重要程度计算
综合考虑停电用户对供电企业的重要程度,将其纳入停电影响指标体系,能够表征用户停电对供电企业营销工作的影响,帮助供电企业在未来的营销工作中降低用户投诉,提升供电服务质量,优先指导敏感、高价值、高信誉的用户,促使其做好停电和应急准备[30]。
根据供电企业对客户的分类导则,本文选取能反映企业用户重要程度的二级指标有：用户所在行业停电敏感度和变压器容量。其中,用户的变压器报装容量能从用户用电规模角度反应了用户停电时对供电企业的影响大小,当变压器报装容量越大,意味着该用户对供电企业来说越重要。用户所在行业停电敏感度能够直观体现停电用户对于停电的敏感程度,某个用户停电敏感度越高,当发生停电时,该用户的损失会越大,产生投诉的几率也会越大,这无疑对供电企业提升服务质量、增加用户满意度的营销和生产目标相违背,因此停电敏感度越高的用户对于供电企业来说,意味着其重要程度越高。
文献[30]提出了用电敏感度模型,通过大量用电用户的基本数据和业务数据,对各个行业的用电敏感度进行了统计和分析。本文利用该文献得到的各个行业潜在高敏感客户群所占比例的绝对占比和发生频率两个结果共同表征停电用户所在行业对于停电的敏感程度,如表2所示。
表2 潜在高敏感客户群行业类别Tab. 2 Potentially highly sensitive customer segment industry category
通过构造二级指标的数据矩阵,如式(8)所示｡由于各项二级指标之间量纲不同,数量级存在较大差异,本文利用熵值法确定各个二级指标的权重,得到式(9)指标权重向量。
2.2.5 供电企业供电可靠性考核指标受影响程度计算
供电可靠性是衡量供电企业运行管理水平和服务质量的核心指标之一,通过量化用户停电事件对供电企业的供电可靠性考核指标影响程度,一方面能够反应供电企业在电网规划、运行管理、设备维护等主营业务环节存在的不足,另一方面,也能在供电企业人力、物力资源有限的情况下,为供电企业的优先建设投资、重点关注管理的对象选择提供参考和决策辅助。
《供电系统用户供电可靠性评价规程》指出,可靠性主要指标如下所示：
将上述4个指标作为企业供电可靠性考核指标受影响程度的二级指标,利用熵值法,将不同量纲的二级指标进行统一尺度的处理,并进行权重确定,可以计算得到供电企业供电可靠性受影响程度指标值。
2.3 熵值法在指标量化计算中的应用
如图1指标体系所示,用户直接经济损失、用户间接经济损失、供电企业经济损失都可以直接通过计算得到准确值,而供电企业用户重要程度和供电企业供电可靠性考核指标受影响程度两个指标相对复杂,其二级指标的量纲、数量级均存在差异,难以使用传统直接确定权重的方法进行量化计算。本文利用熵值法对上述指标的二级指标权重进行客观赋值,避免人为因素确定权重带来的偏差[31-34]。
以供电企业用户重要程度指标量化计算为例,设有nn个不同用户的停电事件,mm个评价指标,xijxij为第ii个事件的第jj个指标值。那么构成的指标数据矩阵为
3 算例分析
3.1 数据来源
为了验证本文所提出的用户停电影响指标体系和评估方法的合理性,选取某市8个电力用户2017年一年中真实停电事件进行实验分析。这8个用户的基本用户信息如表3所示。这些用户在2017年期间的停电时间分布如图3所示。在进行用户停电期间损失负荷计算时,选取用户8月份的平均日负荷曲线,如图4所示。该市执行的峰谷平分时电价如表4所示。
3.2 用户直接和间接损失指标计算结果
依据该市统计局公布的年鉴,国民经济行业产值、用电量以及计算得到的产电比如表5所示。
实验中8个电力用户2017年停电直接损失和间接损失计算结果如表6所示。
结合图3、4和6,分析损失负荷数据可以看出,通过考虑用户停电时段不同导致的产能差异,能够更好地反映用户真实的产能和经济损失。F水产养殖场的停电时间最长并且集中于白天,但其用电高峰是在晚上和凌晨;G镇水厂虽然停电时间相比F水产养殖场少,但由于其负荷高峰和停电时间相对重叠,因此其停电的损失电量更高;而E塑料厂日用电负荷曲线十分平均,因此不管何时停电,都会对生产造成较大的影响。
分析用户的经济损失数据可以看出,虽然H矿场的损失电量较小,但由于其产电比高,其直接损失和间接损失非常大;与A食品公司相比,虽然D针织实业有限公司的停电损失电量多了一倍,但由于纺织服装业产电比低于食品饮料业,因此停电的直接损失仅为A食品公司的1.3倍;同时,由于食品饮料业作为较为独立的行业,其感应度系数和影响力系数较低,对上下游产业造成的影响较小,因此A食品公司因为停电造成的间接损失远远低于属于纺织服装业的D针织实业有限公司。
3.3 供电企业经济损失指标计算结果
根据供电企业电费计算公式(6)(7)和表4可得,实验中8个电力用户2017年停电造成的供电企业经济损失计算结果如表7所示。
表7 供电企业停电导致的经济损失Tab. 7 Economic loss caused by power outage
如表7所示,考虑了分时电价和停电时段,计算供电企业的经济损失不再单一地取决于停电时长。C文具有限公司损失的电量比G镇水厂更多,但由于G镇水厂停电时段和负荷高峰相对重叠,并且集中于电价较高的时段,因此供电企业的经济损失更大。而F水产养殖场虽然停电时间最长,但停电时间多集中于晚上的低负荷时段,并且农业生产电价较低,因此供电企业的经济损失不会太大。
3.4 供电企业用户重视程度指标计算结果
在进行供电企业用户重视程度指标的量化计算时,需利用熵值法对不同量纲和数量级的变压器容量、潜在高敏感客户系数等第二级指标的权重进行分配,然后再进行加权计算,其结果如表8所示,计算结果的数值表示了供电企业对电力用户重视的重视程度,其重视程度大小排序结果为：G镇水厂>H矿场>D针织实业有限公司>A食品公司>C文具有限公司>E塑料厂>F水厂养殖场>B印刷公司。
表8 供电企业用户受重视程度计算Tab. 8 Users value calculation
从表8可以看出,H矿场、D针织实业有限公司和A食品公司报装容量大,停电敏感度高,因此供电企业对它们的重视程度最高;而B印刷公司报装容量小,对停电不敏感,应该在这几个用户中排名最低。
3.5 供电企业供电可靠性考核指标受影响程度指标计算结果
在进行供电企业供电可靠性考核指标受影响程度的量化计算时,需要利用熵值法对不同量纲和数量级的用户停电时间、供电可靠率、用户平均停电次数、用户平均短时停电次数等不同量纲、数量级的第二级指标权重进行分配,然后再进行加权计算,其结果如表9所示,计算结果的数值大小表示了各个电力用户的停电给供电企业供电可靠性考核指标带来的影响大小,根据计算结果大小排序结果为：F水厂养殖场>G镇水厂>E塑料厂>C文具有限公司>H矿场>A食品公司>D针织实业有限公司>B印刷公司。
从表9中可以看出,F水产养殖场和G镇水厂停电时间最长,停电次数最多,因此它们对供电企业的供电可靠性考核指标影响最大,而A食品公司、B印刷公司和D针织实业有限公司的停电时间
表9 企业供电可靠性影响计算Tab. 9 Power supply reliability impact calculation
短、停电次数少,对供电企业的供电可靠性考核指标影响程度最小。
3.6 基于层级分析法的指标权重计算
层次分析法能够很好地解决目标值难以定量描述的决策问题。用户停电影响指标体系中指标多、体系复杂,在综合评估过程中需面对不同的评估主体,无法用完全明确和定量的方法来分析和评价,因此采用层次分析法进行研究[35]。在层次分析法中需要确定指标权重,并做一致性校验。但在实际情况中,需要根据不同评估主体以及相同评估主体不同需求的改变,调整指标权重的具体组成,从而对用户停电影响进行准确的评估。
如图1评估体系所示,在分别计算得到指标值后,必须确定图中各个指标的具体权重,如果直接要给各个指标确定权重比较困难,但在不同指标之间两两比较其重要程度则相对容易。判断矩阵是由相关专家对成对的指标进行重要程度进行评判打分生成,使用成对比较法和1—9比较尺度进行构造。比较尺度标准如表10所示。
表10 层次分析法比较尺度标准Tab. 10 Comparative standard in AHP
3.7 结果分析
基于层次分析法,设置用户直接经济损失、用户间接经济损失、供电企业经济损失、供电企业用户重视程度、供电企业供电可靠性考核指标受影响程度等5项指标间的两两比较矩阵,采用表10中的成对比较法,分别由电力用户、客户经理、电网运行人员进行打分,记为R1,R2,R3R1,R2,R3,如式(23)(24)(25)所示：
从上述式子的打分情况中可以看出：当电力用户作为评估主体时,更加关心用户自身的经济损失,因此用户直接损失和间接损失的指标应占有较高的比例;当供电企业的大客户经理作为评估的主体时,认为重要的政府部门、大型企业等一旦停电影响更大,因此企业用户关注程度应该占有更高的权重;而供电企业的运行人员作为评估主体时,则更关心电力用户停电过程中对供电可靠性造成的影响,所以企业供电可靠性考核指标受影响程度应该占有更高的权重。
选取8个不同行业的电力用户,对每个用户在一年内所有停电时间造成的综合影响进行评估,进行指标体系各项指标计算后,基于层次分析法确定指标权重,加权计算结果如图5所示,不同的曲线表明了不同评估主体评估后各个电力用户的不同排名情况。表11为各个用户综合评估数值的计算结果。从图5和表11的结果可看出,B印刷公司的
图5 电力用户停电综合影响排名Fig. 5 Users’ power outage comprehensive impact ranking
表11 停电损失评估计算结果Tab. 11 Power outage loss assessment calculation result
停电对供电可靠性考核指标影响较小,供电企业用户重要程度低,企业经济损失和用户损失较少,因此在进行不同评估主体的影响数值计算中排名最低;D针织实业有限公司的停电影响在电力用户和大客户经理的评估中排名第五,但该用户停电总时长短,次数少,在运行人员看来其停电的综合影响会稍微降低;E塑料厂的停电造成的经济损失较大,因此其停电影响对于电力用户本身来说非常大;F水产养殖场停电事件对供电可靠性考核指标影响大,虽然其造成的经济损失较小,但对于运行人员来说后果严重;H矿场变压器容量大,停电敏感度高,因此供电企业对其关注程度最高,根据计算结果可以看出,大客户经理认为其停电造成的影响非常大。
4 结论
本文提出了一种电力用户停电影响综合评估方法,首先从用户停电所带来的用户经济损失影响、供电企业经济损失及其供电可靠性考核指标影响等方面出发,同时结合考虑用户对供电企业的重要程度,建立了用户停电影响指标体系,利用层次分析法进行各个指标的权重确定,并加权计算得到评估结果。通过实例验证了所提指标体系和方法的合理性、可行性,结论如下：
1）停电影响指标体系既考虑了停电带来的经济损失影响、供电可靠性考核指标影响,又结合了用户对供电企业的重要程度进行考虑,避免了单一方面评估的局限性,通过本文提出的综合评估方法,能够从不同评估主体的实际需求出发,对用户停电造成的影响做不同侧重角度的评估。
2）在建立停电影响指标体系时,考虑了停电的不同时间段对用户和供电企业造成损失的差异,并将产业关联度分析理论引入用户间接损失的计算;同时利用熵值法对复杂指标进行客观赋权和加权计算,避免了人为设置权重因素带来的偏差。
3）利用某市用户的停电数据,验证了所提出指标体系的可行性和评估方法的有效性。能为用户的损失估算和供电企业目前的生产运行状况评估以及未来的预停电管理提供参考和决策辅助。
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原标题：电力用户停电影响指标体系及综合评估方法
