（电力系统及其自动化专业论文）电能计量管理信息系统.pdf

a b s t r a c t e l e c t r i ce n e r g ym e t e r i n gi sa ni m p o r t a n tp a r to fe l e c t r i cp o w e r m a r k e t i n g h o wt or e a l i z et h em o d e r n i z a t i o nm a n a g e m e n tt oi t ? t h i sh a s b e c o m eas u b j e c tf o rm a n ye l e c t r i cp o w e rc o m p a n i e s t h i sp a p e ra n a l y z e dt h ea c t u a li t yo ft h em a n a g e m e n to ne l e c t r i c e n e r g ym e t e r i n gi nt i a n j i nc i t y ，s t u d i e do ni t sd e v e l o p i n gt r e n d ， b r o u g h to u tt h eg o a l sa n dm o d e so fb u i l d i n gt h e ne l e c t r i ce n e r g ym e t e r i n g m a n a g e m e n t i n f o r m a t i o ns y s t e m ( e e m m i s ) i td e s c r i b e dt h ee e m m i s s f u n c t i o n s ，t e c h n o l o g i e s ，o r i g i n a l i t i e sa n de f f e c t s t h ee e m m i si sa na l l a r o u n dp r o f e s s i o n a lm a n a g e m e n ts y s t e m ，w h i c h i su s e dt om a n a g et h ee l e c t r i ce n e r g ym e t e r i n gd e v i c e si nt i a n j i nc i t y i tm a n a g e st h ea l ll i f e c y c l e so ft h ec o n s u m e r sc h a r g i n g m e t e r i n g d e v i c e s ，t r a n s f o r m e rs u b s t a t i o nsm e t e r i n gd e v i c e s ，a n de l e c t r i c a l t r a n s f o r m e rd i s t r i c t sm e t e r i n gd e v i c e s ，i n v o l v e st h eo p e r a t i o n so f b u y i n g ，s t o r a g e ，v e r i f y i n g ，d e li v e r i n g ，i n s t a l li n g ，m o n i t o r i n g ，a n d q u a l i t ya n a l y z i n g ，d e m a n dp r e d i c t i n g ，d e c i s i o n m a k i n ga s s i s t a n c e ，a n d s oo n t h em a i nf u n c t i o n sa r ec o m p o s e do fb u y i n gm a n a g e m e n t ，s t o r i n g m a n a g e m e n t ，d e li v e r i n gm a n a g e m e n t ， v e r i f y i n gm a n a g e m e n t ， m e t e r p r e p a r i n gm a n a g e m e n t ，p e r i o d i c a l m e t e rr e p l a c i n gm a n a g e m e n t ，t h e g e o g r a p h yi n f o r m a t i o nm a n a g e m e n to fi m p o r t a n tm e t e r i n gd e v i c e s ，b u s b a r b a l a n c em o n i t o r i n g ， s t a n d a r d m e t e r i n g d e v i c e s m a n a g e m e n t ， d e c i s i o n - m a k i n ga n da n a l y z i n g ，s t a t i s t i c sa n dq u e r y ，a n ds oo n t h i ss y s t e mm a n a g e se v e r yp r o c e s si nt h el i f e c y c l eo fe l e c t r i ce n e r g y m e t e r i n gd e v i c e s ，f r o mb u y i n gt os c r a p p i n g ，u s i n gl o g i s t i c sp r i n c i p l e a n dt e c h n o l o g y ，i n c l u d i n gt r a c i n gb yb a r c o d e ，b u y i n g o nt i m e ， t h r e e d i m e n s i o n a ls t o r a g e ，c e n t r a li z e dd e li v e r i n g ，a n ds oo n b a s e do n t h e s e t e c h n o l o g i e s ， s t a t i s t i c s ，a n a l y z i n g a n dd e c i s i o n - m a k i n g a s s i s t a n c ew e r er e a l i z e d k e yw o r d s ：e l e c t r i ce n e r g ym e t e r i n gd e v i c e s ，a l ll i f e c y c l e s ， m a n a g e m e n ts y s t e m 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得 的研究成果，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经 发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得苤鲞盘堂或其他教育机构的学 位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已 在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 学位论文作者签名：谗治 签字日期： 如，7 年 ，月岁日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解墨注盘翌有关保留、使用学位论文的规定。 特授权苤鲞盘堂可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检 索，并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学 校向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权说明) 学位论文作者签名：影诗港 签字日期：z 护o ? 年f 月，争日 日 第2 页 导师签名：孔l 签字日期：多矽7 年 月岁 天津大学硕士学位论文 第一章绪论 1 1 系统建设背景 第一章绪论 随着电力改革的深入进行，电力营销在电力企业中越发被重视起来，无论 是发电企业还是供电企业，都清醒地认识到随着电力行业的市场化，打破垄断， 引入竞争，提高效率，降低成本，健全电价机制，优化资源配置，促进电力发 展，推进全国联网，构建政府监管下的政企分开、公平竞争、开放有序、健康 发展的电力市场体系势在必行，电力营销将是电力企业的核心竞争力的重要 组成部分。而在电力营销体系当中，电能计量是其中很重要的一个因素。电能 要经过发电、输电、配电、变电等多个环节才能输送到最终客户处，发电厂与 电网公司之间、电网与电网之间、电网公司内部各供电公司之间、供电公司内 部各区所之间、直至供电所与最终用户之间，都要进行经济结算，而经济结算 的依据就是由在电网的各个节点安装的电能计量装置提供的电能信息。 天津地区直接用于电费结算的电能计量装置数量巨大，作为对电能这种特 殊商品的秤杆子，它们的准确与否关系到千家万户和各行各业的切身利益，直 接影响电能贸易结算的公平、公正和准确，必须引入质量监督机制，规范计量 行为口】。1 9 9 9 年天津市质量技术监督局授权天津电力公司电能计量中心为合法 的天津市电能表检定站。如何确保此职责高质量地履行也成为亟待解决的课题。 此外，从2 0 0 2 年开始，中国开始实行电力市场化改革，先后实行了厂网 分开、地区电力市场模拟运行等重大举措。相比英国等已成功进行电力市场化 改革的国家的电能计量水平，要满足未来中国电力市场化运营的要求，我们还 有很多工作要做。我们要顺应改革形势，用超前的意识来规划天津的电能计量 管理工作。 从天津市电力公司的内部管理效率来分析，随着用电管理和客户服务系统 的建设，整个电力营销系统的雏形已经具备了，但作为电力营销中重要组成部 分的电能计量管理长期以来始终处于分散状态，采用市公司、供电分公司、营 业所、营业站多级管理，这种管理模式对人力、物力的占用比较大，不适应电 力营销管理的大集中的思想，无法将计量管理提到一个很高的水平。 从以上三个出发点来分析，当前的天津市电力公司电能计量管理工作主要 存在以下问题： 重修校，轻配送。对于一个电能计量中心供应全天津市用表的形 势，缺乏仓储、物流配送的概念，使得库存积压、资金占用、表计 周转缓慢等情况较为严重。 第1 页 天津大学硕士学位论文第一章绪论 重计量误差，轻功能测试。面对多功能电能表使用量日益增大的形势， 从质量控制上依然没有及时转移工作重点，导致电能表故障率升高。 重装置管理，轻资产管理。对于计量装置，不应只注重每具装置是否 正确运行，还应从资产管理角度，结合计量工作的特点，分析资产 的利用率、所产生的效益，以期达到效益最优化。 重具体装置质量，轻整体质量评估。缺少整体质量评价，使得采购选 型具有一定的盲目性，可能造成决策失误。 重计量本身的工作，轻相关专业间的联系。计量专业与客户服务、用 电管理等专业无论从信息共享上还是业务流程上，都有着紧密的联 系。以往缺少一个管理系统来强化它们之间的联系，使得整体电力 营销工作效率未能达到应有的程度。 电能计量管理信息系统的建设就在此背景下被提到议事日程上。新的系统 要顺应电力市场化改革发展，建设成为一个高起点、高水平的系统，对外，要 服务于广大居民和各行各业，要有助于电能计量中心高质量地履行天津市质量 技术监督局授予的电能计量检定职能；对内，要提高天津电力公司电力营销管 理水平，提高生产效率，切实带来经济效益。 1 2 系统概述 电能计量管理信息系统是实现对全天津市电能计量装置进行管理的一个 综合性专业管理系统。业务范围涵盖了对客户计费计量装置、变电站计量装置 ( 含关口) 、台区计量装置的采购、仓储、检定、配送、安装、运行监测，以及 质量分析、需求预测、决策支持等方面。主要功能有：采购管理、仓储管理、 配送管理、检定管理、业扩配表管理、定期轮换管理、重要计量装置的地理信 息管理、母线平衡监测、标准计量检定设备管理、决策分析、统计查询等。 本系统通过结合物流原理和技术，采用条码跟踪、时点采购、立体仓储( 重 力式货架和智能配表架) 、集中配送等技术，对电能计量装置从采购到报废的整 个生命周期过程中的每个环节进行管理，如通过确定采购批量、采购时点来实 现最优化采购，降低采购成本；通过集中仓储、集中配表、集中配送实现最优 化仓储，降低仓储配送成本；通过三维立体仓库技术，实现仓库的可视化管理， 提高管理水平；通过采用条码技术实施过程管理，实现电能表计的全生命周期 管理；通过g i s 、g p s 的应用，加强表计管理的实时性；对电能表的质量从机械 部分、电子部分、性能部分进行底层分析，实现了一整套的质量评价体系，辅 助采购者进行质量分析：设计了j m s 消息机制，利用j m s 消息系统和其它系统 之间进行信息交互；等等。在诸技术基础上，进而实现统计分析和决策支持。 第2 页 天津大学硕士学位论文 第一章绪论 本系统针对天津市电能计量装置的应用，依据中华人民共和国计量法、 中华人民共和国计量法实施细则、中华人民共和国电力法和电能计量 装置技术管理规程d l t 4 4 8 2 0 0 0 ) ) 而设计，对电能计量装置的整个生命周期进 行综合管理。 1 。3 系统建设目标 电能计量管理信息系统要为天津电力市场化改革和天津经济发展发挥作 用。 天津电力市场是三级电力市场体系( 省级、区域级和国家级) 中的省级电 力市场，是省级区域范围资源优化配置的基础性市场和直接面向广大用户的供 电市场，电能计量是电力工业进入市场化运营的基础条件之一。电能计量管理 信息系统对外，要服务于广大居民和各行各业，要有助于电能计量中心高质量 地履行天津市质量技术监督局授予的电能表检定站职能，为把天津电力市场建 设成为政府监管下的公平竞争、开放有序、健康发展的电力市场发挥重要作用； 对内，要提高天津电力公司电力营销管理水平，提高生产效率，切实带来经济 效益。 通过对电能计量管理的特点的深入分析，依据国家对电能计量管理的要 求，我们为系统建设制定了目标。 1 3 1 涵盖全天津市所有电能计量装置的管理 天津市电力公司于1 9 9 9 年成立电能计量中心，实现对电能计量装置的集 中管理，为电能计量管理管理系统全面涵盖所有电能计量装置的管理提供了前 提条件。另外，从提高电能计量专业化管理水平角度出发，提出此目标也是非 常必要的，主要有以下必要性： 1 ) 电能计量装置主要包括电能表和互感器，它们的原理、功能、运行都有 独特的特点。将所有装置纳入到电能计量管理信息系统中来管理，能充分发挥 电能计量中心的专业优势，保证装置的质量。 2 ) 有利于资源调配。电能计量装置的特点是数量巨大、运转周期短，拆、 装、移、换工作量大。电能计量系统管理所有装置，便于计量中心掌握需求情 况，合理安排库存、生产，优化资源配置。 3 ) 有利于装置运行情况分析，从宏观上掌握装置的质量情况。要保证计量 装置的质量，依照统计学原理来分析各类装置的运行情况是必不可少的。管理 数量越大，此分析越具有说服力。 第3 页 天津大学硕士学位论文第一章绪论 1 3 2 实现电能计量装置的全生命周期管理 全面建立电能计量装置的电子档案，使得计量装置的每一个流转环节都处 于系统的掌控之下，可以随时查询计量装置的资产状况。将全公司的电能计量 资源配置都纳入统一的管理平台之上，利用计算机局域网传播速度快、覆盖范 围广的优势，做到了公司内部资源的信息共享，提高工作效率，降低管理成本。 1 3 3 实现电能计量装置的集中统一配送、一级管理 系统要通过物流技术的应用，将手工制定生产计划、表计需求计划，转向 系统自动生成表计订货计划、定换计划、配送计划，实现统一集中配送。 在仓储管理方面，则采用现代物流技术和设备，如重力式货架和系统监控， 确保电能计量装置先进先出，减少超期率，提高装置利用率。 在配送管理方面，根据系统生成的定换工作票和客户服务系统传来的业扩 工作票，及时分析需求量，高效地将电能计量装置配送到各供电分公司。通过 这一系列措施，来缩短表计周转时间，压缩表计库存。 1 3 4 实现电能计量装置的过程管理，降低故障率，提高计量准确率 系统要以生产作业控制为核心，实现校验过程的可控和在控。使工作有计 划、有实施、有反馈、有提高，形成有效的质量监督体系，达到工作可量化、 质量可控制、成本可预见、结果可评价的目标，确保表计的质量合格率，提高 表计周转效率。 另外通过系统对过程的监控，还要对修校人员的工作数量、工作质量、技 术难度、工作能力进行量化的评价，为员工的业绩考核提供有力的依据，促使 员工不断努力提高工作水平，同时促进工作标准的提高，实现良性循环。 同时，要利用现代化电量采集远传技术，实现对电能计量装置的在线监测， 提高电能计量装置的可靠性。主要是通过系统功能计算母线不平衡率，当其超 出系统设置的比率时，系统自动提示，监控人员根据不同情况进行分类处理， 实现计量装置由被动校验变为主动监测，达到减少损失的目的。 1 3 5 提供科学的质量分析和决策支持系统，提高管理决策水平 传统管理是突出正确地做事，而现代管理理论提出做正确的事。 系统要通过掌握设备装置的静态参数、试验参数、缺陷参数等信息为决策提供 有力支持。系统包括：库存分析、生产情况统计分析、质量合格率、故障统计 分析、表计质量分析等模块。通过库存分析，结合需求状况确定要采购多少表 第4 页 天津大学硕士学位论文第一章绪论 计数量，通过生产情况和故障统计分析确定采购的表计型号，确定采购供应商 等等。通过这些群体信息来提高电能计量设备管理水平。 1 3 6 合理调整用电业务流程，以达到效率最大化、成本最低化 虽然电能计量管理信息系统从用电系统中独立出来成为一块单独的系统， 但配、送、装、拆等计量业务还是属于整个用电业务中的一环。根据用电业务 特点，要合理设计计量环节的流程和时限，与客服系统、用电系统、民用电系 统实现良好接口，使得业务票处理、配表、配送、安装、回单顺利运转，保证 高效率。 第5 页 天津大学硕士学位论文第二章系统软硬件平台设计 21 系统网络结构 第二章系统软硬件平台设计 系统的使用单位包括天津市电力公司营销部、电能计量中心、滨海供电公 司、高压供电公司、基建承包公司、城东供电分公司、城西供电分公司、城南 供电分公司、东丽供电分公司、津南供电分公司、西青供电分公司、北辰供电 分公司、蓟县供电分公司。 系统利用现有的电力公司的a t m 广域网络，把中心机房建立在计量中心， 包括中间件服务器、w e b 服务器、数据库服务器、本地备份服务嚣等，各个终 端用户可以直接使用标准浏览器连接到计量中心w e b 服务器进行访问。 系统与其他系统通讯的消息服务器位于天津市电力公司总部，系统通过监 控指定的消息主题来获取其他系统传递过来的业务消息和数据。 系统的容灾服务器位于电力公司客户服务中心，实现异地的远程实时容灾 处理。 下面是一个网络结构示意图。 蔷甜 瞄舒器 蠕 # w h ： 暇井器 轴 t 槲库 k 静器 i 勰 孳。鼍，。墨曼 一1 j 二：，j 二：， * 豁2 0 i 2熟# 2 镕女糯 图2 _ 1 网络结构示意图 第6 页 醪榭谬船 天津大学硕士学位论文第二章系统软硬件平台设计 2 2 系统平台 2 2 1 硬件环境 系统所使用的服务器包括： 夺w e b 服务器，两台，使用d e l lp o w e r e d g e 企业级服务器，采用网络 负载均衡技术实现系统的均衡访问。 数据库服务器，两台，使用d e l lp o w e r e d g e 企业级服务器，采用并 行数据库群集技术( r a c ) 和共享磁盘柜来实现数据库的实时双机热 备。 数据库容灾服务器，一台，实现数据库的远程实时备份。 令本地备份服务器，一台，使用d e l lp o w e r e d g e 企业级服务器，实现 数据库的脱机备份。 仓储设备： 令重力式货架，用于计量中心成品表的存放，依靠表箱自身重力，实现 同一种类成品表的先进先出控制功能。 夺智能配表架：用于供电分公司仓库存放配表用表计，表计与储位一一 对应，通过与系统的接口实现智能配表。 2 2 2 系统软件 w e b 服务器、备份服务器上采用m i c r o s o f tw i n d o w ss e r v e r2 0 0 3 操作系统， 其上运行m i c r o s o f ti n t e r n e ti n f o r m a t i o ns e r v e r 作为w e b 中间件。 数据库服务器和容灾服务器均采用l i n u x 操作系统，其上运行o r a c l e9 if o r l i n u x 以及数据库备份软件。 2 2 3 开发平台 系统主要使用m i c r o s o f t n e t 平台，因此使用m i c r o s o f tv i s u a ls t u d i o n e t 和 c 斧作为开发工具，另外，在消息处理中间件中由于需要和b e aw e b l o g i cj m s 接 口，因此还使用了j a v a 开发工具j b u i l d e r 。 2 3 系统接口 2 3 1 与软件系统的接口 电能计量是整个电力营销中的一部份，因此本系统需要与电力营销的其它 第7 页 天津大学硕士学位论文第二章系统软硬件平台设计 软件系统进行数据共享和业务流程的衔接，需要与计量系统连接的系统有： 用电营销系统 夺客服中心系统 令民用电系统 2 3 1 1 消息约定 使用b e a 公司的w e b l o g i c 提供的j m s 来传递消息。 双方系统都需要自己保留消息的发送和接收记录备查。 接收到消息的一方自行根据消息内容中的特定字段判断具体消息操 作。 一般数据量的表数据在消息正文中体现，并遵循o r a c l e 9 i 导出的x m l 数据格式。 每一条消息最多只能请求或发送一张数据表或视图，多于一张的拆分 成多条消息，或组织成一张视图来完成。 每条消息的大小不应超过电力公司的约定上限。 消息的附加类别遵循电力公司统一约定。 2 3 2 与硬件设备的接口 系统除了与相关软件系统的接口外，还实现了与许多系统相关的硬件设备 的接口，这些技术或通过中间数据库的方式，或通过直接驱动硬件端口的方式 实现： 夺与校验台设备的接口，通过实现与多种型号校验装置的接口，实现了 自动发送需要校验的计量装置参数和需要校验的项目内容到校验台 体，等校验完毕后，在从校验台读取校验结果到系统中，提高了计量 装置校验的自动化程度，减少了人工干预，避免了二次录入。 目前实现的电能表校验台体包括：单相电能表校验装置，三相电能表 校验装置、多功能走字校验装置、互感器校验装置、现场校验装置。 此功能通过中间数据库方式实现数据交互。 夺与智能配表架的接口：通过与智能配表架的接口，系统可以实现工作 票的自动配表，根据工作票上要求的表型等参数，系统自动找出合适 的表计，告知操作人员取表的位置，同时驱动智能配表架，相应的架 位和储位的指示灯会提示取表位置。 同时，对智能配表架上非法挂表和非法取表，系统和智能配表架都能 做出相应的提示和告警。 第8 页 令令夺 夺 夺 令令 天津大学硕士学位论文第三章系统的技术路线与功能设计 第三章系统的技术路线与功能设计 3 1 项目所依据的技术原理 为了实现电能计量管理信息系统的设计目标，项目小组充分调研，对业务 流程进行了重新改造，采用当今流行和先进的应用平台( m i c r o s o f t n e t 和 o r a c l e ) ，和三层体系结构集成应用：采用全生命周期技术实现物理数据的原始 采集和存储，力求达到基础数据的完备准确；设计了三大评价体系来规范计量 应用环节；利用可视化的动态监测技术提升计量服务的主动性和实时性；通过 动态预测技术提高生产、仓储的可预见性；通过计算机辅助分析技术以各种表 现形式来帮助进行生产服务管理决策；通过信息实时交换技术来和现有的其它 电力系统进行消息传递，充分整合可利用资源，从而将电能计量工作全面推向 信息化。 下面就系统采用的一些技术作一下介绍： 3 1 1 全生命周期技术 计量系统率先提出了电能计量装置的全生命周期管理的概念，所谓全生命 周期，就是电能计量装置的电子生命档案，从计量装置的采购开始，历经抽 检、校验、走字、仓储、配送、安装、现场校验、拆回、检修、校验，周而复 始，一直到计量装置报废的所有环节，系统都要收集相关的信息，如经手人、 操作时间、具体操作内容等都要记录到系统中，使得系统的原始物理数据完整 可靠。 全面建立电能计量装置的电子档案，使得计量装置的每一次状态变化都处 于系统的掌控之下，可以随时查询计量装置的资产状况，了解当前的库存情况。 将全部电能计量资源配置都纳入统一的管理平台之上，利用计算机网络信息传 递速度快、覆盖范围广的优势，做到公司内部资源的信息共享，提高工作效率， 降低工作成本。 第9 页 天津大学硕士学位论文第三章系统的技术路线与功能设计 岛令。 图3 - 1 电能计量装置全生命周期示意图 焦旦釜氆佳发电能让量装量的 身俭适 条码是迄今为止最经济、实用的一种自动识别技术口1 。条码技术象一条纽 带，把产品生命期中各阶段发生的信息联接在一起，可跟踪产品从生产到销售 的全过程阳】。我们在所有的电能计量装置上，统一配置一维条码，条码的制作 由系统通过条码打印机打印完成，条码的信息包括了电能计量装置的主要信息， 并且作为电能计量装置的唯一识别码，贯穿于从采购、生产、配送，直至报废 的整个生命周期。 条码由计量中心在采购合同签订后，根据电能计量装置的各种参数制作完 成，然后交给生产厂商在生产中粘贴到计量装置上，因此从计量装置出厂的那 一刻起，它就有了唯一的电子身份证。这个身份会伴随其经过任何环节，一 直到计量装置的报废。 皇生芒遮备连接直接夔缝邀握 为了获得准确的基础数据，在生产环节中，系统通过与生产设备连接，直 接从程控试验台体获取校验数据，避免人工二次录入，既减少了手工数据的差 错率，也提高了劳动效率。 第1 0 页 天津大学硕士学位论文 第三章系统的技术路线与功能设计 312 三大评价体系 系统为了实现计量装置的管理从目标管理转向过程管理，特别在三个重要 环节设计了指标体系来评价总结工作。分别是：控制计量装置来源的供应商评 价体系，考核生产工作的生产质量评价体系和考核服务工作的服务质量评价体 系。 盘查直迁俭佳丕 在供应商评价体系中，评价分成三大部分，第部分是企业的基本情况， 包括企业的生产规模、人员素质情况、生产设备情况、试验设备情况、生产能 力情况、年设备更新改造的资金情况、年申请新工艺新技术专利情况、年研发 新品数量，质量认证体系、销售情况、财会情况等，第二部分是企业的服务情 况，厂家送货周期、故障处理周期等，第三部分是供应商的产品质量情况，在 这一部分中除了对该供应商提供的表计作历史故障情况分析外，还对不同厂家 生产的同一娄计量装置进行了横向比较，通过多年的分析和经验积累，建立了 数学比较模型，最后可以得出不同厂家同一类计量装置的总分和不同对比指标 的单独得分，给采购提供决策依据。 图3 2 供应商评价体系示意图 其中的横向表计质量评价是本系统的一个特色，项目组通过多年实践经验， 结合多位电能表质量研究专家的经验，研究设计出质量评价数学模型。通过这 个模型，可以评价出不同厂家的电能表的质量比较值，为选择采购电能表提供 理论参考。 该数学模型使用层次分析法( a n a l v ch i e r a r c h yp r o c e s s ) ，简称a h p 法，它 的实现原理如下： 第1 1 页 一蛋亚一一蛋皿 四口 天津大学硕士学位论文第三章系统的技术路线与功能设计 a h p 算法是一种定型与定量分析相结合的多目标决策分析方法，它将决策 者的经验判断给予量化，对目标结构复杂且缺乏定量数据的情况特别适用。层 次分析法的基本思路与人对一个复杂的决策问题的思维、判断过程大体上是一 样的。不妨用假期旅游为例：假如有3 个旅游胜地a 、b 、c 供你选择，你会根 据诸如景色、费用和居住、饮食、旅途条件等一些准则去反复比较这3 个候选 地点首先，你会确定这些准则在你的心目中各占多大比重，如果你经济宽绰、 醉心旅游，自然看重景色条件，而平素俭朴或手头拮据的人则会优先考虑费用， 中老年旅游者还会对居住、饮食等条件寄以较大关注。其次，你会就每一个准 则将3 个地点进行对比，譬如a 景色最好，b 次之；b 费用最低，c 次之；c 居 住等条件较好等等。最后，你要将这些比较判断进行综合，在a 、b 、c 中确定 哪个作为最佳地点。 用层次分析进行分析时，一般有下列步骤： 1 、建立层次结构模型。在深入分析实际问题的基础上，将有关的各个因素 按照不同属性自上而下地分解成若干层次，同一层的诸因素从属于上一层的因 素或对上层因素有影响，同时又支配下一层的因素或受到下层因素的作用。最 上层为目标层，通常只有1 个因素，最下层通常为方案或对象层，中间可以有 一个或几个层次，通常为准则或指标层。当准则过多时应进一步分解出子准则 # j 力譬o 2 、构造成对比较阵。从层次结构模型的第2 层开始，对于从属于( 或影响) 上一层每个因素的同一层诸因素，用成对比较法和1 9 比较尺度构造成对比较 阵，直到最下层。 3 、计算权向量并做一致性检验。对于每一个成对比较阵计算最大特征根及 对应特征向量，利用一致性指标、随机一致性指标和一致性比率做一致性检验。 若检验通过，特征向量( 归一化后) 即为权向量：若不通过，需重新构追成对比较 阵。 4 、计算组合权向量并做组合一致性检验。计算最下层对目标的组合权向量， 并根据公式做组合一致性检验，若检验通过，则可按照组合权向量表示的结果 进行决策，否则需要重新考虑模型或重新构造那些一致性比率较大的成对比较 阵【9 】o 应用在对电能表进行质量分析时，我们设定了三层。最上层为目标层，只 有一个元素，即电能表质量。第二层有四个评价质量的因素，分别是电能表的 结构、材质、误差试验、电气试验。将分别影响或评价这四个因素的子因素设 定为第三层，如：影响电能表结构的因素可细分为：计度器、轴承、基架、驱 动元件、电压元件、电流元件、磁钢、转盘、防潜动装置等等；评价误差试验 第1 2 页 天津大学硕士学位论文第三章系统的技术路线与功能设计 结果的因素有：出厂合格率、验收合格率、全检合格率和运行合格率等等。 然后，我们需要设定和计算第二层和第三层各因素的权重系数。确定合理 的权重系数和模糊评价向量集( 即这里我们用到的判断矩阵) 是评价工作基础 与前提羽。为了使各因素之间进行两两比较得到量化的判断矩阵，需要引入1 - 9 的标度，根据心理学家的研究指出，人们区分信息等级的极限能力为72 ，可 们，1 、 见r l n 的矩阵，只需要给出墨每_ 个判断数值。常用的标度方法为： 表3 - 1 标度方法 标度a u 定义 1 i 因素与j 因素同样重要 3 i 因素比j 因素略重要 5 i 因素比j 因素较重要 7 i 因素比j 因素非常重要 9 i 因素比j 因素绝对重要 2 ，4 ，6 ，8为以上两判断之间的中间状态对应的标度值 倒数 若j 因素与i 因素比较，得到判断值为a j i = 1 a d 按照这个标度方法，请电能表质量研究专家对同一层因素两两比较重要程 度，得出判断矩阵。注意，不可简单地认为因素1 重要程度与因素2 相比为 1 ：a ，因素2 与因素3 相比为1 ：b ，就可以认为因素1 重要程度与因素3 相比为 1 ：a x b ，因为两两因素相比较时时，考虑的评判标准与另一对因素相比较时是 不同的。 下面两个表格列出的是第二层判断矩阵和第三层多个判断矩阵中的一个： 表3 - 2 电能表质量评价第二层判断矩阵 彰 结构材质 误差试验 电气试验! z 结构 1231 材质1 211l 误差试验1 31l1 电气试验 11ll 第1 3 页 天津大学硕士学位论文第三章系统的技术路线与功能设计 表3 3 电能表质量评价第三层一一结构评价判断矩阵 #i r 蒲 l * 菱鬈祭黧m l 誊 i 茎i *譬量誊 。 誊黑& # 熏 #$til 番t * 黯 ，阿田玎玎订百门丌i 1 订翮郅f 蚺 3 l 町r 订r 百r 印订订虱印f 矾 “l 而j 词而1 画r 1 一订酮盯ff m 城#1 2 川 l f 百万一开亍i f r r q 臣元#b2 l i 一百面i _ 开i 订订丁 t 新*l 2 】 百而、3 - 钉_ i i f 丁 i目425333l i 开订订盯丌r 糙：hi 223 lf 习订盯f r 喇f 嫩l 川m 川nl 订刀f 矿f t - 蕞 捌赢蕊1 j ln f f j _ 甜姗韩j t i ml mi n 州n1ll 玎f r 舳娜隧ti 川1 1 4nl nmmir f t 嘲斑il b 1 4 miz 3 l 川川，r # 口g 黼l d e m l b1 n 1 ：1 判断矩阵得到后，由于专家在进行两两因素比较时，不可能做到判断的完 全一致性，而存在估计误差，因此我们要计算判断矩阵的最大特征值和特征向 量。以衡量矩阵的一致性，即判断是否存在不相容。判断矩阵的维数越大，判 断矩阵的完全一致性一般也会越差一般来讲，只要一致性指标除以约定修正 值r i 小于01 ，就会认为判断基本合理。 其中修正值r i 的取值标准如下表： 表3 - 4 修正值r i 的取值标准 【维度 23 4 567 8 r i o0 0o5 208 91 1212 513 514 2 维度 91 01 112 【1 3141 5 r i14 6 4 915 215 4 5 6 5 8 5 9 下面叙述进行一致性检查的计算方法： 第一步，计算最大特征根： 为简化计算判断矩阵的最大特征根的过程，可以采用近似方法一一和积法 第1 4 页 铲激 天津大学硕士学位论文第三章系统的技术路线与功能设计 计算，它使得我们可以仅使用小型计算器在保证足够精确度的条件下运用a p h 。 具体步骤如下： l 、 将判断矩阵每一列正规化 一百1髓 2 2 随，i , j = 互厶柚 式3 叫 2 、 每一列经正规化后的判断矩阵按行相加，得到向量 一x 一、瓤 一 磁= )b i f ，j = l ，2 ，。，1 1 ( 式3 - - 2 ) 厶一j 5 1 。 3 、 上面的向量进行正规化所得到的w 即为所求特征向量 4 、 计算判断矩阵最大特征根入m a 。 a 一= ：王【i n w i l ，重= 盔2 1 1 ( 式3 3 ) 一一式中( a w ) ：表示向量a w 的第i 个分量 第二步，检验一致性： 在判断矩阵的构造过程中，并不要求判断具有一致性，这是客观事物的复 杂性与人的认识多样性决定的。但要求判断有大体的一致性却是应该的，因此 在得到入m 。后，需要进行一致性检验： 计算一致性指标：c i = ( 入。n ) ( n 1 )( 式3 4 ) 当c r = c i r i 一厂r 颡 l =出篙盘出霉掣端盐出一一一 - k 一i 采集时问：1 2 4 2 01 1 65 7i 邂期萃平衡率毫精| 实对笨平衡率誊簿 一* - _ _ _ v _ h _ _ _ h - - - - - _ - - - _ _ - _ - _ - _ _ _ _ _ m “? _ 一，_ w _ _ u 一一。一一 一 粤不黧i l 进电量： 出电量， 荔7 套绷骋一_ y 疆出莞蘩，：7 7 7 期晌谴嘶耋点，”；? 护黼7 一张槛“缆 ； ， 一 一“ # 朝团嗍旧b 1 2 砬酆出b l r 2 l a l 牙2 0 l m 黝o1 6 = 0 0 加：瑚 ” j 1 “一“一 、 u ：c 【瑰舢1 7 2 扫出 b i t 2 2 0 2 1 j 2 0 畴墨2 01 6 t ) 0 t 66 f f l 2 0 | 一“ 一 一，一r ； 鸯静l1 1 2 0 l 。+ 一| i ，。i 。，。- - - 一 母线不平衡辜- ( 进电量出电置) l 以羞电曩】- 【( 1 1 6 1 6 0 - l l 扣) * i x 】j l ，1 1 6 1 6 0 2 2 7 图3 7 母线平衡率实现界面图 系统通过变电站母线维护、变电站母线计量装置进出关系维护、变电站内 计量装置资产管理，以及电力公司的调度采集电量数据，来实时计算任一条母 第2 0 页 天津大学硕士学位论文第三章系统的技术路线与功能设计 线某个时刻的母线平衡率。 通过查询母线平衡率，发现超标的母线后，可以及时与有关部门联系，现 场查看分析表计情况，把计量工作变被动为主动。 3 1 4 动态预测技术 系统为了实现对计量装置的采购数量进行预见性分析，设计了一套需求预 测模型。采用多元线形回归法，对历史数据和预测因素进行分析，绘制需求曲 线，从而在不需要未来样本数据的情况下，预测未来时刻多元线性回归模型中 的回归参数n 副，达到需求预测的目的。 首先，项目组分析了可能对计量装置需求相关的业务种类列举出来，包括 计量改造、业务新装、表计故障更换、表计定期轮换。影响四种业务种类表计 需求的因素各不相同。其中计量改造可以按照改造计划来确定需求；定期轮换 针对已经运行表计按照电能计量装置技术管理规程进行，在年初时已经有 具体数量，不需要进行预测；故障更换由于表计安装年份基本平均，并且表计 质量基本相同，因此采用了一元线形回归模型针对历史数据进行计算；对于业 务新装需求，影响因素比较多，也是这次预测的重点和难点。在多元线性回归 分析中，模型自变量的选取是研究的重点，如果引入的变量较少，回归方程将 无法很好地解释说明因变量的变化，但变量也并非越多越好n 引。项目组分析了 各种相关因素，最后选择了地域、人口数量、户数、g d p 总值、固定投资总额 几个因素。这些因素的历史数据可以从地方年鉴中查到，分类的表计需求量可 以从历史数据中统计得出。 鎏劂因索数据 曼一霸：蓬三了礤霾i t 垂直_ _ = 二二 ；豹基期 分公葡k m 氪屯，产数( 舻) p ( 甏抚，强宠嫒瓷( 亿茏) 数据奖窭 ：旦一砷4 城声 ! 1 3 翌翌翌! 1 5 翌! 箩翌实际哆j ；口2 0 0 4 城东 1 2 3 6 74 69 8 8 6 9 9 9 9 躬，实际值| | 口扣0 4 城西。r 1 3 4 嚣 嚣- 0 4 9 0 8 7 ；1 3 3 实际僵；： 、 一 一一 | 口2 0 0 4 东丽 3 1 5 51 1 0 11 1 4 1 5 9 5 1 3 实际值l 口2 0 0 4 ；口2 0 0 4 “。11。”。“。一。6。”1”d1。1。 津南3 7 4 81 2 4 1 ：鲐1 5 1 2 “j - 一。“。” 西青3 0 6 4 。1 0 3 61 4 2 5 53 4 0 1 实际值； 实际值i 麴口 困 弼 图3 - 8 预测因素界面图 第2 1 页 天津大学硕士学位论文第三章系统的技术路线与功能设计 选定了影响因素后，经过对历史数据进行分析，最终决定采用多元线性回 归算法作为业务新装表计需求的数学模型，这种模型的计算方法比较复杂，主 要用于多变量因素的预测。 比如，要预测各种表计2 0 0 6 年的业务新装数量，首先要采用一元线性回归 预测出2 0 0 6 年各种预测因素的量值，如2 0 0 6 年该地域的人口数量等，然后根 据预测出来的各因素量值和历史统计的表计新装数量，利用多元线性回归模型 预测出该地域该表型的需求数量。 线性回归模型的计算方法比较复杂，在此不再表述。 ”p 二翟= ：“ 。 埘捌端虢龆龇黼龋戳蕊蕊糊糊龇黼黼端繇蕊繇蕊繇“泓一 “” 一 日期，圆0 寰计j 蠖t 垒都 审蓑窖电漉分类：审分公葡，全都”数橱 鍪露霹期煳7 驸掀一粉蜮掀粼铭缝艄 ：口强5 族海 兰接四绒荭啦渤 1 ， 酗翻螭功豪翼它电瀛1o ：口础溪海 曼相四绒珈脚册机羧姻驼撩姒o2 ；口 湖5潲兰裙妇钱2 2 c 嘲钟栅勋蜘嘞寰强 ； 2 l 4 = 一“4 一“”_ n ”_ 一一 * - ”。“ “ i 口 2 0 0 5 演海 。兰相四缝兹0 ，= 赋嘲甜翻蛔酊咖亵翼劲磊 l r 百2 0 i d ”禳樽兰棚四绒盈掰擒啤期麓翻舅溅一獬_ 7 方i ； # “+ “一一 ；口 2 8 1 d 承海三相四绒2 2 0 f 3 硼甜骥有功襄姒拍1 3 o “、 一一 i 口刎滚海 兰褶四线捌i ，3 8 辨机鼢蛔嘞嚷 2 5 l 勰 荔 ；口狮，滨海 三相四绫= 瑚鹰孵机械东- 嘞最獬m幸 i 口嬲滚海 ；兰相四绒麓黻臻孵执槭戎有功衰l 弘铭6 ， i 口 2 8 1 d 。滚海兰辐四线翰哟研机械璐旁动豪 1 5 嘞a o o i j 口、鸯计 i l 瑚 2 踏。 叶x*r?叫一甫h*#ggm#2#g#mw蠡m#镕口自_一一：7 2 # # m o # i 怠记蒙数：6 0 3 憨夏数：6 l 图3 - 9 预测结果界面图 3 1 5 计算机辅助分析技术 系统中通过全生命周期技术积累了大量的数据，如何提取和展示这些数据 是一个重要课题。系统中除了设计了一些固定的报表、统计图例外，还专门开 发了一套可以灵活自定义的报表系统，它能方便地统计和展示数据。 报表管理是应用系统重要功能，涉及