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基于模糊聚类排序方法的火电厂脱硫项目评价 张彩庆 1 时洋 1 张胜寒 2 1. 华北电力大学经济管理系， 河北 保定 071003; 2. 华北电力大学环境科学与工程学院， 河北 保定 071003 摘要 对火电厂脱硫项目进行评价以区分等级， 对调整我国现行的脱硫电价补偿政策有重要参考意义。为此引入模糊 聚类方法对脱硫项目进行评价排序， 为脱硫项目的等级区分做初步探索。根据评价目标分别虚拟最优和最劣标准对 象， 将其插入原样本里作为中心进行模糊系统聚类， 求得样本与标准对象的相似系数， 进而根据修正后的相似系数对 样本进行评价排序。应用该方法对广东省 16 个火电厂的脱硫项目的绩效进行了评价排序， 其评价结果具有较强的准 确性和合理性。 关键词 模糊聚类; 综合评价; 脱硫项目 THE UATION OF DESULFURIZATION PROJECTS OF THERMAL POWER PLANTS BASED ON FUZZY CLUSTER SORTING Zhang Caiqing1Shi Yang1Zhang Shenghan2 1. Department of Economics and Management， North China Electric Power University， Baoding 071003， China; 2. School of Environmental Science and Engineering， North China Electric Power University， Baoding 071003， China AbstractThe uation of desulfurization projects of thermal power plants is an important reference to distinguish them into different grades，so that current price compensation policy for the desulfurization projects could be adjusted. This paper has made a preliminary exploratory research by introducing fuzzy cluster to sort the desulfurization projects by grade. According to the uation objective，it has constructed the best and the worst standard objects respectively，and inserted them into the original sample set as the cluster kernel，and the similarity coefficients for each sample to both standard objects can be obtained. Then the similarity coefficients should be corrected to uate the samples. This is applied to the uation of desulfurization projects in thermal power plants，and its result has remarkable accuracy and reasonableness. Keywordsfuzzy cluster;comprehensive uation;desulfurization project 0引言 目前我国对于火电厂的脱硫电价补偿政策主要 有两种， 一是对于新建燃煤机组的脱硫电价增量统一 为 0. 015 元 / MWh 含税 ; 二是对于在役机组， 则基本采用一厂一价的方式。但由于火电厂合理的 脱硫成本受到机组容量、 燃料特性及脱硫装置性能等 多种因素的影响 ［ 1］， 所以上述两种脱硫电价政策都 存在着一定的缺陷。而根据脱硫绩效和成本， 对脱硫 项目区分等级， 进而制定有效的脱硫电价的政策则兼 具较好的可操作性与合理性。目前有关脱硫项目绩 效的评价或等级区分的相关研究较少， 本文引入模糊 聚类方法对脱硫项目进行评价排序， 为脱硫项目的等 级划分做出了初步探索。 自 1965 年 Zadeh 提出模糊集合论之后， Ruspini 于 1969 年针对模糊聚类分析的研究做了开创性的工 作 ［ 2］。Bezdek 和 Dunn 于 1987 年提出了 C-均值模糊 聚类法 ［ 3］。而国内学者何清则于 1999 年深入研究了 模糊等价矩阵的理论和应用方法 ［ 4- 5］。 目前， 模糊聚类方法已较为成熟且具有较强的操 作性， 能够广泛应用于各类经济管理问题 ［ 6- 8］， 但通常 其应用研究的目的或效果只是将研究对象进行归类， 而同一类中的对象的优劣程度则无法反映。亦有文 献尝试应用模糊聚方法进行评价排序 ［ 9］， 并在样本 中加入虚拟评价标准对象， 但目的只是为了加快求解 速度， 且其排序结果有失合理。 本文提出根据评价目标虚拟最优和最劣标准对 象， 插入样本里作为中心进行模糊系统聚类， 求得样 本与标准对象的相似系数， 并根据修正后的相似系数 49 环境工程 2010 年 12 月第 28 卷第 6 期 对样本进行排序。将该方法应用于火电厂脱硫项目 绩效评价问题， 其结果具有较好的准确性和合理性。 1基于模糊系统聚类的排序方法 1. 1数据标准化 对原始数据矩阵进行无量纲处理， 将数据压缩到 区间［ 0， 1］ ， 以便构造模糊矩阵。可采取极差变换法 对样本进行无量纲处理， 见式 1 Yij Xij－ Xb ij Xg ij － Xb i j 100 1 式中Yij 指标经处理后的无量纲值; Xg ij 指标中的最大值; Xb ij 指标中的最小值。 1. 2插入虚拟聚类对象 多目标决策或综合评价， 实际上是一个多指标综 合排序的过程。通常每一个指标都有一个标准值或 最优值。对于正向指标， 其最优值是所有对象中该指 标的最大值; 而对于逆向指标， 其最优值是所有对象 中该指标的最小值 ［ 7］。 模糊聚类方法可在给定的阈值水平下， 将最相似 的对象将聚集为一类。如果人为构造一个新对象， 表 示评价目标的最优 或最劣 水平， 其各指标的取值 可根据评价目标设定为标准值 或 最优值 或 最劣 值 ， 插入原样本中进行聚类， 则与该构造对象聚为 一类的待评价对象即为最优 或最劣 对象。重复这 一过程， 就可以得到所有对象从优到劣 或从劣到 优 的排序。设增加两个对象 珋x 和x 分别为最优和最 劣对象，其中 珋x 珋x1， 珋x2， 珋x{} m ， 珋xi i 1， 2， m 的 取值为指标 i 的最优值或标准值; x x1， x2， x{} m ， xi i 1， 2， m 的取值为指标 i 的最劣值或标准值。 1. 3建立模糊相似矩阵 模糊相似矩阵 R 由各对象间的模糊相似系数 rij 构成见式 2 ， rij R xi， xj ， 表示 xi与 xj的相似程 度， 其中 rij∈ 0，[]1 ， rij 0 表示 xi 与 xj截然不同; rij 1表示两者完全相同。 R r11r12r1m 珋 r1r1 r21r22r2m 珋 r2r2 rn1rn2rnm 珋 rmrm 珋 r1 珋 r2 珋 rm 珋 r 珋 r r1r2rm                     rr 2 1. 4计算相似系数 因为在原样本中已插入作为评价标准的最优和 最劣对象， 可根据其他样本对于最优对象或最劣对象 的相似度进行聚类， 则相似度越大的样本优先入类， 进而由入类顺序可得样本的排序结果。因此在实际 应用中只需分别求得样本与最优对象的相似系数 珋 r1，珋r2， ，珋r{} m ，以 及 与 最 劣 对 象 的 相 似 系 数 r1， r2， ， r{} m 。 可采取 欧 氏 距 离 法 求 得 模 糊 相 似 系 数， 见 式 3 、 式 4 d xi， xj ∑ m k 1 xik， xjk 槡 2 3 c 1 max ∑ m k 1 xik， xjk 槡 2 4 则相似系数 rij 1 － cd xi， xj 。 1. 5聚类排序 以最优对象为中心的排序结果与以最劣对象为中 心的排序结果往往是不同的， 且两种结果的合理性均 较差。为此可作如下修正 若样本 i 越趋于优， 则珋ri越 大， ri越小， 因此可令珋 ri珋ri－ ri， i 1， 2， m， 求得 珋 r1，珋r2， ，珋r{} m ， 再根据 珋 r1，珋r2， ，珋r{} m 对样本进行排序。 2火电厂脱硫项目绩效评价实例 应用前述模糊系统聚类方法， 对广东省 16 个火 电厂的脱硫项目 ［ 10］的绩效进行评价排序。该 16 个 脱硫项目的基本情况见表 1。 表 1火电厂脱硫项目基本情况 脱硫 项目 机组容 量 /MW 脱硫工艺 燃煤含硫质 量分数 / 机组脱硫 效率 / 上网电价增量 / 元MW － 1h－ 1 P1 500简易石灰石湿法2. 58140. 57 P2 500石灰石 － 石膏湿法0. 89034. 43 P3 600石灰石 － 石膏湿法1. 29226. 79 P4 600石灰石 － 石膏湿法0. 89222. 51 P5 300石灰石 － 石膏湿法0. 919535. 88 P6 900石灰石 － 石膏湿法0. 919126. 31 P7 1200石灰石 － 石膏湿法0. 89222. 71 P8 1200石灰石 － 石膏湿法2. 859624. 29 P9 1980石灰石 － 石膏湿法0. 529117. 77 P10 1400石灰石 － 石膏湿法0. 639218. 78 P11 1200石灰石 － 石膏湿法0. 639018. 12 P12 1200石灰石 － 石膏湿法0. 79522. 82 P13 1800石灰石 － 石膏湿法0. 79517. 17 P14 300海水法0. 639029. 41 P15 600海水法0. 639020. 63 P16 210烟气循环流化床法0. 88526. 94 59 环境工程 2010 年 12 月第 28 卷第 6 期 针对 16 个项目， 选取燃煤含硫、 机组脱硫效率、 上网电价增量为评价指标， 初始化样本数据矩阵。我 国标准燃煤含硫率为 1 ， 各项目中脱硫效率的最大 值为 96 ， 最差值为 81 ， 上网电价增量的最小值为 17. 17 元/ MW h ， 最大值为 40. 57 元/ MW h ， 据此 虚拟最优对象 V17 { 1， 96， 17. 17} 和最劣对象V18 { 1， 81， 40. 57} 作为最后两行插入样本矩阵， 再进行无量纲 处理。则标准化后的样本数据矩阵见表 2。 表 2样本数据标准化矩阵 项目燃料含硫机组脱硫率上网电价增量 P1 0. 85001 P2 0. 1200. 6000. 738 P3 0. 2920. 7330. 411 P4 0. 1200. 7330. 228 P5 0. 1670. 9330. 800 P6 0. 1670. 6670. 391 P7 0. 1200. 7330. 237 P8 110. 304 P9 00. 6670. 026 P10 0. 0470. 7330. 069 P11 0. 0470. 6000. 041 P12 0. 0770. 9330. 241 P13 0. 0770. 9330 P14 0. 0470. 6000. 523 P15 0. 0470. 6000. 148 P16 0. 1200. 2670. 418 V17 最优 0. 20610 V18 最劣 0. 20601 按前述方法分别求得样本与最优对象之间的相 似系数， 见表 3， 以及样本与最劣对象之间的相似系 数， 见表 4。由珋ri珋ri－ ri得修正相似系数珋ri， 见表 5， 根 据珋ri对脱硫项目进行排序， 见表 6。 表 3样本和最优对象的相似系数 项目 P1P2P3P4P5P6 珋 ri 0. 590. 580. 400. 320. 390. 43 项目 P7P8P9P10P11P12 珋 ri 0. 320. 070. 240. 240. 270. 23 项目 P13P14P15P16V17V18 珋 ri 0. 130. 500. 330. 590. 101 3结果分析及结论 由排序结果可知， 排名居前的脱硫项目具有机组 脱硫效率高， 燃料含硫量低， 且上网电价增量较低的 表 4样本和最劣对象的相似系数 项目 P1P2P3P4P5P6 ri 0. 010. 460. 680. 770. 490. 67 项目 P7P8P9P10P11P12 ri 0. 770. 460. 750. 800. 730. 82 项目 P13P14P15P16V17V18 ri 0. 910. 570. 710. 461. 000. 10 表 5修正的相似系数 项目 P1P2P3P4P5P6 珋 ri － 0. 58－ 0. 120. 280. 450. 080. 25 项目 P7P8P9P10P11P12 珋 ri 0. 440. 390. 510. 560. 450. 59 项目 P13P14P15P16V17V18 珋 ri 0. 780. 070. 38－ 0. 130. 90－ 0. 90 表 6脱硫项目评价结果 排名一二三四五六 项目 V17P13P12P10P9P11 排名七八九十十一十二 项目 P4P7P8P15P3P6 排名十三十四十五十六十七十八 项目 P5P14P2P16P1V18 特点， 说明其具有较高的环保效率， 但却没有较大幅 度提高供电成本， 绩效显著; 排名居后的脱硫工程则 具有相反的特点， 绩效水平不佳; 同时排名居前的脱 硫项目的机组容量较大， 工艺多采用石灰石 － 石膏湿 法， 这符合大机组具有较高的效率以及石灰石 － 石膏 湿法工艺具有较好的经济性的现实 ［ 11］。 如果只以虚拟的最优对象或最劣对象为聚类中 心或同时以两者为聚类中心直接进行排序， 虽能提高 求解速度， 但常常会出现明显不合理的结果， 本文提 出分别以最优对象和最劣对象为中心求得相似系数， 通过修正的相似系数进行排序， 得到了更为准确合理 的排序结果。 依据本文所述方法， 可虚拟多个对象作为等级划 分的标尺， 对脱硫项目进行评价。若以修正的相似系 数作为脱硫项目的评分， 亦可比较任意两个项目的优 劣。以此为参考， 可考虑调整脱硫电价为梯级补偿的 办法， 即根据脱硫项目的绩效划分等级， 根据不同等 级制定相应的脱硫电价补偿方法和补偿额。 下转第 103 页 69 环境工程 2010 年 12 月第 28 卷第 6 期 参考文献 ［1 ］雷思维， 吴国振， 王兴峰. 白银区土壤和春小麦中重金属分布 规律调查分析［J］ . 甘肃冶金， 2007， 29 4 86- 88. ［2 ］ Nan Z R，Li J J，Zhang J M，et al. 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