一种基于多目标决策的电力通信接入网设计评价方法

摘要

本发明公开了一种基于多目标决策的电力通信接入网设计评价方法，具体包括以下几个步骤：(1)建立评价指标库和评价方法库；(2)通过索引查询，确定评价指标和评价方法；(3)利用步骤(2)确定的评价方法，对单目标进行评价；(4)基于多目标决策理论，根据单目标评价结果进行多目标决策，并根据用户需求加权和不同指标间的相互影响，得出综合评价结果，用于评价设计方案的优劣并给出改进措施。本发明能够全面评价电力通信接入网的经济性、技术性、可靠性和安全性四类指标，实现对设计方案的有效评价，并给出针对性的改进措施，提升网络规划和设计水平，更好支撑配用电网智能化发展。

说明书

技术领域

本发明涉及电力通信技术领域，具体涉及一种基于多目标决策的电力通信接入网设计评价方法。

背景技术

与公用电信网不同，电力通信接入网是电力系统的专有通信网络，涉及电力生产、调度、控制等基础环节，对网络的实时性、可靠性、安全性等具有很高要求。电力通信接入网设计评价主要包括评价指标体系建立和评价测试方法确定两个步骤。由于当前电力通信接入网一般根据业务需求随配用电一次线路独立建设，相应的设计评价方法也只是针对某种特定业务，不具备系统性；评价指标体系建立通常借鉴公网，不具备针对性；评价测试方法过于理论化和数学化，可操作性不足；评价方法和测试方法确定往往只针对网络正常运行时的一般指标，对突发故障和多业务接入等情况下的特殊指标研究不足。

电力通信接入网评价指标体系建立方面，目前主要采用层次分解法和德尔菲法(Delphi Method)。其中，层次分析法通过建立层次结构，将评价指标体系分解为包括目标层、准则层和指标层在内的若干层次，具有结构清晰，分析全面的特点，但指标分解深度容易受到主观影响；德尔菲法通过背靠背通信方式征询专家意见，经过多轮咨询和反馈，当专家意见趋于一致时，可以确定出具体的评价指标体系，克服主观影响，但人数较多时专家意见收敛较慢。

电力通信接入网评价测试方法确定方面，主要基于系统分析的思想，采用综合评价方法，具体包括专家评价方法、数学评价方法、新型评价方法和混合评价方法四类。其中，专家评价方法，以专家的主观判断为基础，综合定性和定量方法的优点，能够在原始数据不足时完成定量评价；数学评价方法，通过采用运筹学和其他数学方法对评价对象进行评价，典型的如层次分析法，能够运用较少的已知条件把需要决策的问题数学化求解；新型评价方法，典型的如灰色综合评价方法、粗糙集理论、人工神经网络评价法，该类方法不需要处理数据之外的任何知识，可以深层次挖掘潜在规律，但数学建模和计算过程复杂；混合评价方法，通过将几种不同的评价方法相结合，吸取各自的优点，非常适用于多层次多结构的复杂系统评价，但评价过程繁杂，同时难以与电力系统各项指标的物理意义相关联。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明目的是提供一种系统、全面、易操作的基于多目标决策的电力通信接入网设计评价方法，为电力通信接入网设计方案的评价和改进提供参考。

为了实现上述目的，本发明是通过如下的技术方案来实现：

本发明的一种基于多目标决策的电力通信接入网设计评价方法，具体包括以下几个步骤：

(1)建立评价指标库和评价方法库；

(2)通过索引查询，确定评价指标和评价方法；

(3)利用步骤(2)确定的评价方法，对单目标进行评价；

(4)根据单目标评价结果进行多目标决策，即根据用户需求加权和不同指标间的相互影响，得出综合评价结果，用于评价设计方案的优劣并给出改进措施。

步骤(1)中，建立所述评价指标库时，横向基于通信系统典型网络架构由具体到抽象的四个层面：设备、网络、业务、管理；纵向基于通信系统典型工程项目由开始到结束的三个阶段：建设、运行、维护。

步骤(1)中，所述评价指标库的内容包括经济性指标、技术性指标、可靠性指标和安全性指标。

步骤(1)中，建立所述评价方法库时，对应于评价指标库，包括网络运行情况、承载业务类型和通信技术体制三个维度，所述网络运行情况包括通信网络正常运行和突发故障；所述承载业务类型包括配电自动化业务、用电信息采集业务、电能质量监测业务、分布式能源接入业务和电动汽车充换电站业务；所述通信技术体制包括光纤专网、电力线载波、无线专网和无线公网。

步骤(1)中，所述评价方法库的内容包括量化的测试方法和定性的评估方法，所述量化的测试方法包括仪表测量、统计分析、仿真模拟和数学计算；所述定性的评估方法包括分组讨论和专家评定。

步骤(2)中，所述评价指标的确定包括输入分析和评价指标库查询；所述输入分析包括用户需求、标准规范及设计方案的分析(所谓的分析方法就是通过调研用户需求、查询标准规范、研究设计方案，获取业务类型、通信需求、技术指标、通信技术和网络架构等方面的内容)，用于获取(所谓的获取方法就是直接从用户需求、标准规范及设计方案中查找到)不同索引；评价指标库查询是利用不同索引，查询评价指标库，获取(所谓的获取方法就是通过索引查询在评价指标库中进行检索)与输入分析结果相对应的评价指标。

步骤(2)中，所述评价方法的确定是利用与用户需求、标准规范及设计方案相对应的评价指标为索引，通过查询所述评价方法库完成。

步骤(3)中，单目标评价包括测试指标的量化评价、评估指标的定性评价和评价结果的同趋化。

步骤(3)中，单目标评价内容包括经济性指标评价、技术性指标评价、可靠性指标评价、安全性指标评价或者对应子指标的评价。

步骤(4)中，所述多目标决策理论的具体操作步骤是：基于多目标决策理论，得出综合评价结果，

$>\theta =\left(\begin{array}{cccc}{\theta }_E& {\theta }_T& {\theta }_R& {\theta }_S\end{array}\right)\left(\begin{array}{c}{\lambda }_E\\ {\lambda }_T\\ {\lambda }_R\\ {\lambda }_S\end{array}\right)$>      (式3)

其中，θ为综合评价结果；θ_E为经济性指标评价结果，对应的加权系数为λ_E；θ_T为技术性指标评价结果，对应的加权系数为λ_T；θ_R为可靠性指标评价结果，对应的加权系数为λ_R；θ_S为安全性指标评价结果，对应的加权系数为λ_s；其中，权重系数λ_E+λ_T+λ_R+λ_s＝1。

步骤(4)中，对设计方案的改进措施具体包括经济性指标方面、技术性指标方面、可靠性指标方面和安全性指标方面；所述经济性指标方面即通过将光纤专网更换为电力线载波、无线专网或者无线公网方式改进；技术性指标方面即通过将电力线载波、无线专网或者无线公网更换为光纤专网方式改进；可靠性指标方面即通过增加物理路由、业务路由或者两者的结合方式改进；安全性指标方面即通过使用高强度的加密算法改进。

本发明的有益效果如下：

一、本发明提出的设计评价方法，既能够实现传统建设模式下基于单业务的电力通信接入网设计评价，也能够实现智能配用电网络统一建设模式下基于多业务信息交互的电力通信接入网设计评价，是一种可扩展的方法，能够满足未来业务发展需求；

二、本发明提出的设计评价方法，借鉴公网，建立过程充分研究配用电通信网业务类型、技术体制、网络架构、工程特点，是一种极具电力特色的针对性方法，具有很强的电力适应性；

三、本发明提出的设计评价方法，不仅包含通信网络正常运行时的一般指标，同时也包含突发故障、多业务接入等情况下的特殊指标，与传统方法相比，指标体系和测试方法更加系统全面；

四、本发明提出的设计评价方法，基于多目标决策理论，既能够评价通信系统的单项性能指标，又能实现系统整体性能评价，同时还可以根据用户需求，动态调整加权系数，是一种目标最优的方法；

五、本发明提出的设计评价方法，对于可量化指标进行定量测试，对于难以量化指标进行定性评价，评测结合，具有很强的可操作性。

附图说明

图1为本发明的基于多目标决策的电力通信接入网设计评价方法工作流程图；

图2为本发明的评价指标库结构示意图；

图3为本发明的评价方法库结构示意图。

具体实施方式

为使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。

本发明针对当前电力通信接入网设计评价方面，评价体系不够系统，评价方法不易操作，评价指标不够全面等问题，提出了一种基于多目标决策的电力通信接入网设计评价方法，以用户需求、标准规范和设计方案为输入，综合研究通信网络和工程建设两个维度，建立评价指标库和评价方法库，通过索引查询，确定评价指标和评价方法，进行单目标评价，根据评价结果，基于多目标决策理论，根据用户需求加权和不同指标间的相互影响，得出综合评价结果。利用本发明，能够全面评价电力通信接入网的经济性、技术性、可靠性和安全性四类指标，实现对设计方案的有效评价，并给出针对性的改进措施，提升网络规划和设计水平，更好支撑配用电网智能化发展。

参见图1，本发明提供的一种基于多目标决策的电力通信接入网设计评价方法，包括：

步骤1：建立评价指标库和评价方法库。

步骤1.1：建立评价指标库。通过横向基于通信系统典型网络架构由具体到抽象的四个层面：设备、网络、业务、管理，纵向基于通信系统典型工程项目由开始到结束的三个阶段：建设、运行、维护，涵盖经济性、技术性、可靠性和安全性四类指标，建立评价指标库。

本实施例建立评价指标库的具体操作步骤是：以经济性、技术性、可靠性和安全性四类指标为基础，以工程项目建设、运行、维护的三个阶段进行第一维度分解，构建与建设阶段、运行阶段、维护阶段相对应的经济性、技术性、可靠性和安全性指标；在此基础上，基于通信系统设备、网络、业务、管理的四个层面，进行第二维度分解，细化建设、运行、维护三个阶段在设备、网络、业务、管理四个层面相对应的经济性、技术性、可靠性和安全性指标，具体如图2所示。

其中，建设阶段经济性指标包括设备费、材料费、施工费等，技术性指标包括组网方式、覆盖范围、通道建设等，可靠性指标包括硬件和链路冗余、设备和通道性能、工作条件和环境等，安全性指标包括环境安全、电源系统安全、设备安全、通道安全等；运行阶段经济性指标包括测试成本、运行成本、网管成本等，技术性指标包括带宽、时延、误码等，可靠性指标包括组网灵活性、业务有效性、网络存活性、网络抗毁性等，安全性指标包括网络架构、安全隔离、访问控制等；维护阶段经济性指标包括扩容成本、检修成本、维修成本等，技术性指标包括标准化程度、技术成熟度、产业链发展等，可靠性指标包括可控性、精细度、简易性等，安全性指标包括机密性、完整性、可用性等。

步骤1.2：建立评价方法库。对应于步骤1.1的评价指标，根据不同的网络运行情况、不同的承载业务类型和不同的通信技术体制，对可量化指标进行量化测试，对难以量化指标进行定性评价，评测结合，构建评价方法库。

本实施例建立评价方法库的具体操作步骤是：以不同的网络运行情况为第一维度，构建包括网络正常运行和突发故障两种情况下的评价方法库；以不同的承载业务为第二维度，针对配电自动化业务、用电信息采集业务、电能质量监测业务、分布式能源接入业务和电动汽车充换变电站业务等不同业务类型细化评价方法库；以不同通信技术体制为第三维度，针对光纤专网、电力线载波、无线专网和无线公网等不同技术体制细化评价方法库；在此基础上涵盖经济性、技术性、可靠性和安全性四类指标，构建量化测试和定性评估相结合的评价方法库，具体如图3所示。

其中，电力通信接入网经济性指标评价是将建设阶段、运行阶段和维护阶段的费用通过数学计算量化求和进行比较。具体的，建设阶段的总费用为设备成本、材料成本和施工成本求和；运行阶段的总费用为测试成本、运行成本和网管成本求和；维护阶段的总费用为扩容成本、维修成本和检修成本求和。

电力通信接入网技术性指标评价包括基础指标、网络覆盖指标和技术发展指标的评测。具体的，基础指标测试包括带宽、时延和误码等，通过仪表测量和仿真模拟进行量化测试；网络覆盖指标的评测包括组网方式灵活性、覆盖距离和通道建设难易等，通过统计分析和仿真模拟进行量化测试；技术发展指标的评测包括标准化程度、技术成熟度和产业链发展情况等，通过统计分析、分组讨论和专家判定进行量化测试和定性评价。

电力通信接入网可靠性指标评价方法包括设备级、链路级、网络级和管理级四个层面。具体的，设备级的可靠性指标包括硬件冗余度、设备性能和工作条件等，通过仿真模拟进行量化测试；链路级的可靠性指标包括链路冗余度、通道性能和环境影响等，通过统计分析、分组讨论和专家判定进行量化测试和定性评价；网络级的可靠性指标包括组网灵活性、业务有效性、网络存活性和网络抗毁性等，通过分组讨论和专家判定进行定性评价；管理级的可靠性指标包括可控性、精细度和简易性等，通过分组讨论和专家判定进行定性评价。

电力通信接入网安全性指标评价方法包括物理安全、网络安全和信息安全三个层面，通过统计分析、仿真模拟、数学计算、分组讨论和专家判定进行量化测试和定性评价。具体的，物理安全包括环境安全、电源系统安全、设备安全和通信线路安全等；网络安全包括网络结构、安全隔离、访问控制等；信息安全包括信息的机密性、完整性、可用性等指标等。

步骤2：通过索引查询，确定评价指标和评价方法。

步骤2.1：确定评价指标。

确定评价指标工作包括输入分析和评价指标库查询两个步骤。

本实施例确定评价指标的具体操作步骤是：通过用户需求调研、标准规范查询和设计方案研究，根据用户需求获得投资预算和业务类型等输入；根据标准规范获得不同业务类型和不同通信技术体制对应的通信需求和评价指标；在此基础上，根据设计方案获得通信技术和网络架构，从而得到业务类型、通信需求、技术指标、通信技术和网络架构等不同索引；通过不同索引，查询评价指标库，获取与输入分析结果相对应的评价指标。

步骤2.2：确定评价方法。

确定评价方法工作是利用与用户需求、标准规范及设计方案相对应的评价指标为索引，通过查询评价方法库完成。

本实施例确定评价方法的具体操作步骤是：利用与用户需求、标准规范及设计方案相对应的业务类型、通信需求、技术指标、通信技术和网络架构等不同索引，查询评价指标方法库中与其对应的评价方法来完成。

步骤3：利用步骤2确定的评价方法，进行单目标评价；

进行单目标评价工作是利用与用户需求、标准规范和设计方案相对应的评价指标为索引，通过索引查询确定评价方法，对某个特定指标进行评价，具体包括三个步骤：测试指标的量化评价；评估指标的定性评价；评价结果的同趋化。

本实施例进行单目标评价的具体操作步骤是：对可量化的指标进行量化测试，以国家标准、行业标准、企业标准规定的参数和用户需求为基本标准，进行各项指标同趋化和无量纲化处理，具体如表1所示；对难以量化的评价指标进行定性评价，参照可量化的指标进行同趋化和无量纲化处理，具体如表2所示；由于进行了同趋化处理，假设共有M个子评价指标，则单目标评价计算如式1所示。

$>{\theta }_1={\Sigma }_{i=1}^M{X}_i{K_{X_i}}^{\text{'}}$>    (式1)

其中，θ₁为经济性指标、技术性指标、安全性指标或可靠性指标之一；

X_i为同趋化和无量纲化处理后的评价指标值评分标度矩阵；

为不同子指标的权重系数矩阵，通过德尔菲法获得。具体操作步骤为：邀请n位专家对M个指标作重要度偏好评价，并根据表1和表2确定评分标度，记为X_i＝(x_ij)，x_ij为权重矩阵中专家j对指标i的经同趋化和无量纲化处理后的评分意见。为专家组评分意见的几何平均值。采用式2计算各个专家意见的方差：

$>{\sigma }_j^2={\Sigma }_{i=1}^M{(x_{\mathrm{ij}}-K_{X_i})}^2$>       (式2)

去除的专家意见，获得M×(n-1)阶的权重矩阵。计算每一行的平均值作为第M个指标对应的权重系数。

表1量化测试指标评分标度说明

评分标度(X_i)含义满足程度表示9、10指标值绝对优于基本需求(200％,∞)7、8指标值明显优于基本需求(100％,200]5、6指标值与基本需求持平(99％,100％]3、4指标值明显未达到基本需求(80％,99％]1、2指标值绝对未达到基本需求[0,80％]

表2定性评价指标评分标度说明

评分标度(X_i)含义满足程度表示9、10指标值绝对优于基本需求高/优/好7、8指标值明显优于基本需求较高/良/较好5、6指标值与基本需求持平中/中/一般3、4指标值明显未达到基本需求较低/差/较差1、2指标值绝对未达到基本需求低/不及格/差

步骤4：基于多目标决策理论，进行多目标决策。

进行多目标决策是基于多目标决策理论，根据单目标评价结果，并根据用户需求加权和不同指标间的相互影响，得出综合评价结果，用于评价设计方案的优劣并给出改进措施。

本实施例进行多目标决策的具体操作步骤是：根据单目标评价结果，并根据用户需求加权和不同指标之间的相互影响，基于多目标决策理论，得出综合评价结果，具体如式3所示。

$>\theta =\left(\begin{array}{cccc}{\theta }_E& {\theta }_T& {\theta }_R& {\theta }_S\end{array}\right)\left(\begin{array}{c}{\lambda }_E\\ {\lambda }_T\\ {\theta }_R\\ {\theta }_S\end{array}\right)$>    (式3)

其中，θ为综合评价结果；θ_E为经济性(Economic)指标评价结果，对应的加权系数为λ_E；θ_T为技术性(Technical)指标评价结果，对应的加权系数为λ_T；θ_R为可靠性(Reliability)指标评价结果，对应的加权系数为λ_R；θ_S为安全性(Safety)指标评价结果，对应的加权系数为λ_s；其中，权重系数λ_E+λ_T+λ_R+λ_s＝1。

对设计方案的改进措施具体包括经济性指标方面，典型的如通过将光纤专网更换为电力线载波、无线专网或者无线公网方式改进；技术性指标方面，典型的如通过将电力线载波、无线专网或者无线公网更换为光纤专网方式改进；可靠性指标方面，典型的如通过增加物理路由、业务路由或者两者的结合方式改进；安全性指标方面，典型的如通过使用高强度的加密算法改进。

通过上述实施例综合研究通信网络和工程建设两个维度，建立覆盖经济性、技术性、可靠性和安全性四类指标的评价体系，在此基础上，分网络正常运行和突发故障两种情况，对可量化指标进行量化测试，对难以量化指标进行定性评价，构建评价方法库，通过索引查询确定评价指标和评价方法，在单目标评价的基础上，根据用户需求加权和不同指标之间的相互影响，实现不同技术体制、不同业务类型、不同网络架构下基于多目标决策的电力通信接入网设计评价方法，为电力通信接入网设计方案评价和改进提供参考。

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。