一種降低電力系統安全風險方案的dematel-anp-vikor混合選擇方法

一種降低電力系統安全風險方案的dematel-anp-vikor混合選擇方法
【專利摘要】一種降低電力系統安全風險方案的DEMATEL-ANP-VIKOR混合選擇方法，該方法包括以下步驟：1）構建評價指標體系；2）采用DEMATEL法建立目標層要素的影響關系結構矩陣；3）采用ANP方法確定準則層各指標權重；4）采用VIKOR方法對決策層安全風險進行排序，得到折中的降低電力系統安全風險方案；5）方案選擇。本發明提供的一種降低電力系統安全風險方案的DEMATEL-ANP-VIKOR混合選擇方法，充分考慮了影響因素之間的相互影響制約關系，且以折中規劃法為核心，提供最大化“群體效益”與最小化“個別遺憾”相妥協的備選方案最佳排序，得到距離理想解最近的折中可行風險解決方案。
【專利說明】-種降低電力系統安全風險方案的DEMATEL-ANP-VIKOR混 合選擇方法

【技術領域】
[0001] 本發明涉及一種混合決策方法，尤其是一種降低電力系統安全風險方案的 DEMATEL-ANP-VIKOR混合選擇方法。

【背景技術】
[0002] 電力行業是國家能源領域的重心，近年來不斷發生的電力系統重大安全事故使得 其安全問題日趨嚴峻。安全風險評估是安全關鍵技術的一項重要內容，通過有效評估可以 更加全面地了解電力系統的風險點和風險等級，有針對性地加強電力系統安全措施和防 范，從而對提_電力系統的整體安全。
[0003] 電力系統安全風險評估目前主要分為定性評估方法、定量評估方法和定性與定量 相結合的評估方法三大類：
[0004] (1)定性評估方法主要依據研究者的知識及經驗、歷史教訓、政策走向等非量化資 料對系統的風險狀況做出判斷。該方法通常只關注風險帶來的損失，而忽略風險所發生的 概率。多數定性風險分析方法依據組織面臨的威脅、脆弱點以及控制措施等元素來決定安 全風險等級。在定性評估時并不使用具體的數據，而是指定期望值，如設定每種風險的影響 值和概率值為"高"、"中"、"低"，這種方法并不能明顯區別風險值之間的差別。定性評估方 法的優點是通過簡單操作使評估的結論全面、深刻；缺點是主觀性很強，對評估者本身的要 求更高，其結果往往會因為分析者的經驗不足或直接偏差使得分析結果不準確。典型的定 性評估方法有：因素分析法、邏輯分析法、歷史比較法、德爾斐法等。圖形化的定性風險評估 方法有：失效模式及影響分析（Failure Mode and Effects Analysis)、故障樹分析（Fault tree analysis)、事件樹分析（Event tree analysis)等。
[0005] (2)定量評估方法運用量化指標對風險狀況進行評估。通過分析風險發生的概率 和危害程度形成的量化值，大大增加了與運行機理和各項規范、制度等緊密結合的可操作 性。分析的目標和采取的措施更加具體、明確、可靠。定量評估方法的優點是用直觀的數據 來表述評估的結果，看起來一目了然，而且比較客觀；缺點是量化過程中容易使本來比較復 雜的事物簡單化，容易模糊復雜的因素，使得風險因素可以被誤解和曲解。典型的定量分析 法有：時序序列分析法、因子分析法、決策樹、聚類分析法、等風險圖法、時序模型、回歸模 型等。
[0006] (3)定性與定量相結合的評估方法就是將定性分析方法和定量分析方法這兩種 方法有機結合起來，做到彼此之間的取長補短，使評估結果更加客觀、公正。綜合評估方法 中定量分析是定性分析的前提和基礎，定性分析需要定量分析的結果來能更客觀的表述事 實。在復雜的系統風險評估中，不能將定性分析與定量分析簡單地分割開來。評估過程中 對結構化很強的問題，采用定量分析方法，對于非結構化的問題，采用定性分析方法，對于 兼有結構化特點和非結構化特點的問題，采用定性與定量相結合的評估方法。典型的綜合 評估方法有：層次分析法、模糊綜合評判法、相對差距和法、主成分分析法、RSR值綜合評價 法等。
[0007] 由于目前電力系統安全呈現攻擊目標和入侵途徑的多樣化、攻擊方式的專業化等 趨勢，這使得攻擊后果變得更加嚴重，而安全的管理也愈加地復雜化。而國內外研究機構對 電力系統安全風險評估中存在以下問題：
[0008] (1)認為影響因素是彼此獨立的，很少考慮風險指標間的相互影響制約關系；
[0009] (2)風險評估的解決思路要么只考慮各指標的總體滿意程度（即最大群體效益）， 要么只考慮選擇錯誤方案帶來的后悔程度（最小化個體遺憾），得不到一個理想可行的評 估方案。


【發明內容】

[0010] 本發明所要解決的技術問題是提供一種降低電力系統安全風險方案的 DEMATEL-ANP-VIKOR混合選擇方法，可以克服上述缺陷，有機地結合了定量分析方法和定性 分析方法，在對電力系統進行安全風險評估時，充分考慮了影響因素之間的相互影響制約 關系，且以折中規劃法為核心，提供最大化"群體效益"與最小化"個別遺憾"相妥協的備選 方案最佳排序，得到距離理想解最近的折中可行風險解決方案。
[0011] 為解決上述技術問題，本發明所采用的技術方案是：一種降低電力系統安全風險 方案的DEMATEL-ANP-VIKOR混合選擇方法，該方法包括以下步驟：
[0012] 1)構建評價指標體系；
[0013] 2)采用DEMATEL法建立目標層要素的影響關系結構矩陣；
[0014] 3)采用ANP方法確定準則層各指標權重；
[0015] 4)采用VIK0R方法對決策層安全風險進行排序，得到折中的降低電力系統安全風 險方案；
[0016] 5)方案選擇：得出理想方案、指標因果圖及指標權重排序。
[0017] 步驟1)為：
[0018] 根據國家有關安全生產法規及標準，以安全生產管理條例和安全生產評價標準為 基礎，建立電力系統安全評價指標體系。
[0019] 步驟2)為：根據建立的安全評價指標體系，用DEMATEL方法建立綜合影響關系矩 陣，從而找出安全評價指標體系中準則之間的關聯度，具體步驟如下：
[0020] 2-1)建立網絡層要素的直接影響關系矩陣A
[0021] 在廣泛收集相關數據基礎上，確定各影響要素之間的關系，建立網絡層要素的直 接影響關系矩陣，通過對兩兩要素的直接影響強度進行度量，建立了直接影響關系矩陣

【權利要求】
1. 一種降低電力系統安全風險方案的DEMATEL-ANP-VIKOR混合選擇方法，其特征在于 該方法包括以下步驟： 1) 構建評價指標體系； 2) 采用DEMATEL法建立目標層要素的影響關系結構矩陣； 3) 采用ANP方法確定準則層各指標權重； 4) 采用VIKOR方法對決策層安全風險進行排序，得到折中的降低電力系統安全風險方 案； 5) 方案選擇：得出理想方案、指標因果圖及指標權重排序。
2. 根據權利要求1所述的一種降低電力系統安全風險方案的DEMATEL-ANP-VIKOR混合 選擇方法，其特征在于步驟1)為： 根據國家有關安全生產法規及標準，以安全生產管理條例和安全生產評價標準為基 礎，建立電力系統安全評價指標體系。
3. 根據權利要求2所述的一種降低電力系統安全風險方案的DEMATEL-ANP-VIKOR混合 選擇方法，其特征在于步驟2)包括以下步驟： 2-1)建立網絡層要素的直接影響關系矩陣A 在廣泛收集相關數據基礎上，確定各影響要素之間的關系，建立網絡層要素的直接影 響關系矩陣，通過對兩兩要素的直接影響強度進行度量，建立了直接影響關系矩陣
? 其中：au表示要素 i對要素 j的影響值，i和j表示要素編號，i = 1，…，n，j = 1，…，n， η表示要素個數； 2-2)標準化直接影響關系矩陣D 為在直接影響關系基礎上進一步分析要素之間的間接影響關系，將直接影響關系矩陣 標準化，標準化的方法是： 其中，
S表示直接影響關系矩陣A的行元素之和與列元素之和的最大值；i和j表示要素編 號，i = 1，…，n，j = 1，…，η ;n表示要素個數；A、ay表示的含義和步驟2-1)中一致； 2-3)計算綜合影響關系矩陣T 在求得標準化的影響矩陣D后，利用下面的公式得出總影響關系矩陣T : T = D+D2+…+Dni = D X (I-D)'m -⑴ 其中：D2,…，Dm分別表示矩陣D的2到m次方冪；m表示方冪次數，m - °〇表示m趨于 無窮大；I表示單位矩陣；（I-Dr1表示對矩陣（I-D)的逆矩陣。 2-4)計算出每個要素的影響度、被影響度以及中心度與原因度
要素 i對所有其他要素的綜合影響值，即影響度 要素 j受其他各要素的綜合影響值，即被影響度 r = LriJnxi, c = [cj]1Xn 中心度為：(r+c),原因度為：(r-c) 其中：是步驟2-3)中綜合影響關系矩陣T的元素，表示要素 i對要素 j的綜合影響 值；i和j表示要素編號，i = 1，…，n，j = 1，…，η ;n表示要素個數； 2- 5)設定門檻值p并繪制影響關系圖（IRM) 由于較小關聯度的指標其回饋的程度也較小，利用ANP計算相對權重時影響不大，所 以可以通過設定門檻值來刪除關聯度較小的連接，只有影響度高于P的元素關系才會在影 響關系圖中得到反映，從而得到簡化的目標層要素之間的綜合影響關系圖。
4.根據權利要求3所述的一種降低電力系統安全風險方案的DEMATEL-ANP-VIKOR混合 選擇方法，其特征在于步驟3)包括以下步驟： 3- 1)構建ANP網絡結構 利用步驟2-3)得到的綜合影響關系矩陣T，刪除小于門檻值的元素。然后根據剩下的 關聯關系繪制系統網絡架構； 3-2)建立兩兩比較判斷矩陣 結合ANP評估尺度表可形成各準則下各元素之間的兩兩比較判斷矩陣
其中：au表示元素 i對要元素 j的影響值，i和j表示元素編號，i = 1，…，n，j = 1，…，η，η表示元素個數； 3-3)建立未加權超矩陣W 設ANP的準則層有元素 P1, P2…，Pm，準則層下，網絡層有元素組Ci (i = 1，2···，Ν)，其中 Ci中有元素％七2,…,e,H ?以準則層元素 Ps(s = 1，2···，ηι)為準則，以Cj中的元素 e^l = 1，2…，np為次準則，將元素組Ci中元素按其對％的影響力大小進行間接優勢度的比較， 即在準則Ps下構造判斷矩陣：
并由特征根法得權重向量…》Hif，對于（1 = 1，2···，ηρ重復上述步驟，得到 以下所示矩陣Wij:
這里Wij的列向量就是Ci中元素 Q5C12，…,c",.對Cj中元素，…，c;n的影響程度排序 向量。若G中元素不受Ci中元素影響，則Wu = 0。這樣最終可獲得準則層Ps下的超矩陣 W ：
其中七，P2…，Pm表示準則層的元素，m表示準則層元素個數；Ci表示網絡層有元素 組，i表示元素組編號，i = 1，2···，N，N表示元素組個數，Ps表示元素組的第s個元素； ，…，c,"表示元素組Ci中的元素，叫表示元素組Ci中的元素個數；，…,《^表 示元素組Ci中的元素對元素組Cj中的元素 e#的權重，j表示元素組編號，j = 1，2···，N, N表示元素組個數，1表示元素組Cj的元素編號，1 = 1，2…，η」，η」表示元素組Cj的元素個 數；Wu表示元素組i中的元素對元素 j中的元素的影響度矩陣； 3_4)計算加權超矩陣 超矩陣是一個分塊矩陣，矩陣中的每一部分表示不同兩個元素組在整個系統中的相互 關系。元素組之間的影響矩陣確定之后，還需要考慮各元素組之間的相互影響關系，需要對 超矩陣進行歸一化處理。以元素組為研究對象，得到該元素組做為子準則下其他元素組的 歸一化的權重向量（％_，q2j，…，q nj)T，并構造準則Ps下各組元素對元素組Cj的相對重要性 判斷矩陣
對于j = 1，2···，N重復上述步驟，得到了一個NXN階權重矩陣Q。
則加權超矩陣爐為：
其中：Ps，N，C1，…，Cn表示的含義和步驟3-3)中一致；（ qij，q2j，…，qnj)τ表示準則Ps下 各組元素對元素組G的權重向量，T表示對矩陣進行轉置，η表示元素組個數，j表示元素 組編號；W表示的含義和步驟3-3)中一致；對超矩陣W進行加權處理后得到的矩陣； 3-5)計算極限超矩陣 對加權超矩陣根據所屬類型求解，可得極限超矩陣礦：
極限超矩陣的每一列都相同，且列和等于1，其每一行所對應的值即為該行指標的權 重，可以得到在準則Ps下網絡中各元素所占的權重為：
從而也可獲得網絡層中所有元素權重的相對排序； 其中：Ps，U'表示的含義和步驟3-4)中一致；表示加權超矩陣#的k次方冪，k表示 方冪次數，k - c?表示k趨于無窮大；表示在準則Ps下元素組i中的元素 j對目標的權 重，i表示元素組編號，i = 1，2···，N，N表示元素組個數，j表示元素編號j = 1，…，nN，nN 表示元素組N中元素個數；T表示對矩陣進行轉置； 3-6)確定各準則的權重 構造各準則Ps對目標G的相對重要性判斷矩陣：
并由特征根法得權重向量（UpU2^-IOt 其中=P1，…，Ps…，Pm表示的含義和步驟3-3)中一致；(U 1, U2，…um)T表示準則對目標的 權重向量，T表示對矩陣進行轉置；m表示準則個數； 3- 7)在分別以不同準則層的準則對網絡層進行權重計算后，按照下表的計算規 則將m個準則下的元素權重進行合成，得到所有最基層元素在總目標下的權重向量
其中：CN，Pm表示的含義和步驟3-3)中一致；um表示的含義和步驟3-6)中一致；， nN，i，j，N表示的含義和步驟3-5)中一致；s表示準則編號。
5.根據權利要求4所述的一種降低電力系統安全風險方案的DEMATEL-ANP-VIKOR混合 選擇方法，其特征在于步驟4)包括以下步驟： 4- 1)對指標值進行標準化 用&代表第i個方案第j個評價值，其標準化值t為：
其中：i = 1，…，m ;j = 11，…，In1, -"21,…2n2,…隊…NnN ;m表示方案總個數； nN，N表示的含義和步驟3-5)中一致； 4-2)計算正理想解/；和負理想解/J
其中：t，i，j表示的含義和步驟4-1)中一致山表示效益型準則集合，I2表示成本型 準則集合； 4-3)計算每一評估方案到正理想解的加權距離
Si和到負理想解的加權距離Ri其中： 其中：A，i，j表示的含義和步驟4-2)中一致，η表示元素總個數；(Oj表示步 驟3-7)得到的第j個指標的權重，Si為第i個方案到正理想解的加權距離，Ri為第i個方 案的最大遺憾值。Si值越小則群體效益越大，Ri值越小則個別遺憾越小； 4-4)計算折中的可行解Qi 這里：
其中而表示的含義和步驟4-3)中一致
if ，V是最大群體效用權重，表不決策機制系數； 當ν>0. 5時，表示決議要考慮大多數的群體決議值； 當V = 0. 5時，表示決議要兼顧大多數的群體利益和少數人的反對意見； 當ν〈0. 5時，表示決議要大部分取決于少數人的拒絕情況； 令V = 0. 5,即同時追求群體效用與個別遺憾的最小化； 4-5)備選方案的優劣排序 分別對備選方案的Qi、Ri和Si進行優劣排序，Qi、R i和Si值越小表示該方案越好。 其中：QpRpSi表示的含義和步驟4-4)中一致。
6.根據權利要求5所述的一種降低電力系統安全風險方案的DEMATEL-ANP-VIKOR混合 選擇方法，其特征在于步驟5)中，理想方案的選取方法為： 利用步驟4)對備選方案進行排序，結合理想方案的選取條件和評判準則，安全管理者 可以從備選方案中選出折中的理想方案，實現對備選方案客觀有效的評價和甄選。
7. 根據權利要求6所述的一種降低電力系統安全風險方案的DEMATEL-ANP-VIKOR混合 選擇方法，其特征在于理想方案的選取條件和評判準則為： 當同時滿足以下兩個條件時，根據Q排列出的妥協解為理想方案： 條件1
其中：3"表示根據Q排序出的第一個方案，，表示根據Q排序出的第二個方案，、J為 備選方案數目； 條件2 :可接受的決策可信度 排序第一的方案的S值必須同時比排序第二的S表現好。或者排序第一的方案的R值 必須比排序第二的R表現好。當有數個方案時，則需要依次比較第一、第二、第三、第四等 方案之間是否符合條件2 ; 評判準則：若排序第一的方案和排序第二的方案之間的關系同時滿足條件1和條件2， 則接受排序第一的方案為理想方案；若排序第一的方案和排序第二的方案之間的關系同時 只滿足條件2,則同時接受第一方案和第二方案為理想方案。 其中：Q、R、S表示的含義和步驟4-4)中一致。
8. 根據權利要求5所述的一種降低電力系統安全風險方案的DEMATEL-ANP-VIKOR混合 選擇方法，其特征在于步驟5)中，標因果圖的得到方法為： 以步驟2-4)中得到的中心度值（r+c)為橫軸，以原因度值（r-c)為縱軸，繪制因果圖； 若指標的中心度越高，說明此指標在整個系統中的重要程度也是越高的，安全管理者對其 也有越大的意愿進行改善；若指標原因度為負，說明對安全管理者來說該指標偏向于被影 響指標，沒有很大的改善空間，若為正，則代表此類指標是原因類，其可調整的彈性很大。 其中：(r+c)、（r-c)表示的含義和步驟2-4)中一致。
9. 根據權利要求5所述的一種降低電力系統安全風險方案的DEMATEL-ANP-VIKOR混合 選擇方法，其特征在于步驟5)中，指標權重排序的得到方法為： 采用步驟3)得到的各評價指標的權重，將其排序之后，可找出權重大但表現差的安全 評價指標，要求安全管理者進行改善。
【文檔編號】G06Q50/06GK104392393SQ201410668416
【公開日】2015年3月4日 申請日期:2014年11月20日 優先權日:2014年11月20日
【發明者】黃雄峰, 翁杰, 張宇嬌 申請人:三峽大學