CN102611101B - 一种互联电网运营的安全性评估方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种互联电网运营的安全性评估方法，包括：计算电网和新建项目分别在每个电网分区的各指标作为原始的样本数据，构建样本空间；采用每个电网分区的负荷大小占总网负荷的比例作为每个电网分区的专家权重值，加权计算得到单个指标的合成值并作为样本数据；计算各个指标的关联度，归一化计算得到各个指标的客观权重值；基于各个指标的客观权重值，计算单个指标的合成值后进行归一化处理，计算关联系数；单个指标的客观权重值与所得关联系数进行加权计算，得到电网和新建项目的优劣排序；以指标的客观权重值加权计算每个电网分区的安全性总指标并作为样本数据，采用灰色关联分析计算各电网分区的关联度，得到各个电网分区的安全性优劣排序。

Description

一种互联电网运营的安全性评估方法

技术领域

本发明涉及电力系统中的输配电工程技术领域，尤其是涉及一种互联电网运营的安全性评估方法。

背景技术

电力是国民经济的重要行业和关键领域，关系国计民生和能源安全。发、供电企业承担着为经济社会发展提供安全、经济、清洁、高效、可持续的电力供应的重大职责，承担着重大的经济责任、政治责任和社会责任。衡量电网公司运营效率不仅仅考虑电网建设的技术经济性，更重要的在于电网建设所承担的政治责任和社会责任，即电网建设肩负的保安全、保需求、提高供电质量和服务水平的供电任务。国家电网公司为了指导电力系统安全性评价工作，于2003年9月颁布了《国家电网公司电力生产安全性评价工作的实施办法(试行)》，对进行安全性评价规定了实施评价的具体方法和要求。另一方面，随着我国具有较高安全性的华北-华中-华东特高压交流同步电网的构建，特高压同步电网使我国受端电网范围、容量得以扩大，抵御严重事故的能力加强，系统安全稳定性满足《电力系统安全稳定导则》的要求。

电网的安全稳定运行是电网公司运营的首要目标，电网公司所有的经营活动都必须满足电网安全的约束。传统意义上的互联电网安全性评估方法仅仅局限于针对某一电网提出一套评价体系，而并没有考虑到对电网的自身发展做出有效的评价，很少涉及对电网待建项目做出准确的安全性决策；也并没有考虑到对互联电网的分区分片运行做出有效的安全性评估；最主要的是对评价体系内部指标之间的灵敏度关系更是很少涉及，现有的多数评估方法仅限于指标体系的建立，而对体系自身很少进行深入分析，互联电网的安全性评估方法有待进一步补充完善。

现有的灰色系统理论提出了对各子系统进行灰色关联度分析的概念，意图透过一定的方法，去寻求系统中各子系统(或因素)之间的数值关系。因此，灰色关联度分析对于一个系统发展变化态势提供了量化的度量，非常适合动态历程分析。

灰色关联分析的基本思路是：根据各比较数列的曲线与参考数列构成的几何相似程度来确定比较数列与参考之间的关联度，几何形状越接近，则关联度越大。

(1)确定比较数列和参考数列

设x_i表示第i个比较数列，x₀表示参考数列，且：

x_i＝{x_i(k)|k＝1，2，…，n}(i＝1，2，…，m)

x₀＝{x₀(k)|k＝1，2，…，n}

式中，i为比较数列个数，m为比较数列的总数；k为指标的个数，n为指标的总数；x_i(k)为第i个比较数列中第k项指标的原始值，x₀(k)为参考数列中第k项指标的原始值。

(2)指标值规范化处理

由于各指标之间存在量纲上的差异性，为了使各指标之间可以比较，需要对各指标值进行规范化处理，常用的灰色规范化方法有初值化、均值化、区间值化等，例如采用初值化规范化方法，公式如下：

$x_{\mathrm{ik}}=\frac{x_i\left(k\right)}{\underset{k=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{x}_i\left(k\right)}$ 式一

(3)关联系数

把规范化后的数列x₀＝(x₀₁，x₀₂，…，x_0n)作为参考数列，x_i＝(x_i1，x_i2，…，x_in)(i＝1，2，…，m)作为比较数列，关联系数的计算公式为：

${\mathrm{\ξ}}_{\mathrm{ik}}=\frac{\underset{i}{\min }\underset{k}{\min }|x_{0k}-x_{\mathrm{ik}}|+\mathrm{\ρ}\underset{i}{\max }\underset{k}{\max }|x_{0k}-x_{\mathrm{ik}}|}{|x_{0k}-x_{\mathrm{ik}}|+\mathrm{\ρ}\underset{i}{\max }\underset{k}{\max }|x_{0k}-x_{\mathrm{ik}}|}$ 式二

i＝1，2，…，m；k＝1，2，…，n

式中ρ是分辨系数，ρ∈[0，1]。根据经验，ρ取值0.5。

分别表示最小绝对差值和最大绝对差值。利用上述公式计算关联系数ξ_ik(i＝1，2，…，m；k＝1，2，…，n)，得到下列关联系数矩阵：

$E={\left({\mathrm{\ξ}}_{\mathrm{ik}}\right)}_{m\×n}=\left[\begin{array}{cccc}{\mathrm{\ξ}}_{11}& {\mathrm{\ξ}}_{12}& ...& {\mathrm{\ξ}}_{1n}\\ {\mathrm{\ξ}}_{21}& {\mathrm{\ξ}}_{22}& ...& {\mathrm{\ξ}}_{2n}\\ .& .& & .\\ .& .& & .\\ .& .& & .\\ {\mathrm{\ξ}}_{m1}& {\mathrm{\ξ}}_{m2}& ...& {\mathrm{\ξ}}_{\mathrm{mn}}\end{array}\right]$

式中，ξ_ik为第i个比较数列第k个指标与第k个最佳指标的关联系数。

(4)关联度

关联系数的数值较多，信息过于分散，不便于比较。为使信息相对集中，可对关联系数求平均值，计算关联度如下：

$r_i=\frac{1}{n}\underset{k=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{\ξ}}_{\mathrm{ik}}$ 式三

式中，r_i表示参考数列x₀与比较数列x_i的关联度；r_i处于(0，1)区间时，表示系统中任何因子都不是严格无关的。若r_i越大，则说明第i个比较数列x_i越接近参考数列x₀，由此可排出各比较数列的优劣次序，以此作为评价决策依据。

但是，本领域目前尚未有应用灰色系统理论到电网安全性分析的技术方案出现。

发明内容

针对上述问题，本发明提出了一种互联电网运营的安全性评估方法。

本发明的技术方案为一种互联电网运营的安全性评估方法，包括以下步骤，

步骤1，采样电网和新建项目分别在每个电网分区的各指标作为原始的样本数据，构建样本空间；

步骤2，基于步骤1所得样本空间，采用每个电网分区的负荷大小占总网负荷的比例作为每个电网分区的专家权重值，加权计算得到单个指标的合成值并作为样本数据；采用灰色系统理论提出的关联度分析方法，计算各个指标的关联度，对指标排序，再将指标的关联度进行归一化计算，得到各个指标的客观权重值；

步骤3，基于步骤1所得样本空间和步骤2所得各个指标的客观权重值，计算单个指标的合成值后进行归一化处理，采用灰色系统理论提出的关联度分析方法，计算关联系数；采用步骤2所得单个指标的客观权重值与所得关联系数进行加权计算，得到电网和新建项目的优劣排序；

步骤4，基于步骤1所得样本空间中每个电网分区的各指标，采用步骤2所得各个指标的客观权重值，加权计算每个电网分区的安全性总指标并作为样本数据，采用灰色关联分析计算各电网分区的关联度，得到各个电网分区的安全性优劣排序。

而且，步骤2包括以下子步骤，

步骤2.1，计算样本数据：

采用每个电网分区的负荷大小占总网负荷的比例作为每个分区的专家权重值，加权计算得到单个指标的合成值作为样本数据，计算公式如下：

r_n＝f(x_n1，x_n2，…，x_nm)＝v_n1x_n1+v_n2x_n2+…v_nmx_nm

式中，x_n1，x_n2，…，x_nm分别表示第n个指标在第1，2，...，m个电网分区的计算值；v_n1，v_n2，…，v_nm分别表示第n个指标在第1，2，...，m个电网分区的权重，取占全网总负荷的比例，即专家权重值；r_n表示第n个指标的合成值；

步骤2.2，指标优劣排序：

根据步骤2.1所得样本数据，采用灰色系统理论提出的关联度分析方法，计算各个指标的关联系数和关联度，默认每个项目的权值相同，对指标优劣排序；

步骤2.3，确定指标客观权重：

将步骤2.2中得到的各个指标的关联度进行归一化计算，得到各个指标的客观权重值。

而且，步骤3包括以下子步骤，

步骤3.1，计算关联系数：

基于步骤1所得样本空间和步骤2所得各个指标的客观权重值，计算单个指标的合成值后进行归一化处理，用灰色系统理论提出的关联度分析方法，计算关联系数；

步骤3.2，合成分指标数据：

采用步骤2所得单个指标的客观权重值与步骤3.1所得关联系数进行加权计算

r_i＝f(ξ₁，ξ₂，…，ξ_n)＝w₁ξ₁+w₂ξ₂+…w_nξ_n

式中，ξ₁，ξ₂，…，ξ_n分别是第1，2，...，n个指标的关联系数，w₁，w₂，…，w_n分别是第1，2，...，n个指标的权重值，取步骤2确定的客观权重值，取步骤2确定的客观权重值，r_i是第i个电网或新建项目的加权关联度，设电网和新建项目的总数为Q，i的取值为1，2，...Q；

步骤3.3，对步骤3.2中加权计算结果进行优劣排序，得到电网和新建项目的评价结果。

而且，步骤4包括以下子步骤，

步骤4.1，计算样本数据：

基于步骤1所得样本空间中每个电网分区的各指标，采用步骤2所得各个指标的客观权重值，加权计算每个电网分区的安全性总指标，作为样本数据，计算公式如下：

r_m＝f(x_m1，x_m2，…，x_mn)＝w_m1x_m1+w_m2x_m2+…w_mnx_mn

式中，x_m1，x_m2，…，x_mn分别表示第m个电网分区的第1，2，...，n个指标的值；w_m1，w_m2，…，w_mn分别表示第m个电网分区的第1，2，...，n个指标的权重，取步骤2确定的客观权重值；r_m表示第m个电网分区的安全性总指标；

步骤4.2，各个电网分区的安全性优劣排序：

根据步骤4.1所得样本数据，采用灰色关联分析计算各电网分区的关联系数和关联度，默认每个项目的权值相同，得到各个电网分区的安全性优劣排序。

而且，所述指标包括潮流分布指标、短路电流水平指标、静态电压指标、暂态安全指标和小干扰稳定指标，n＝5。

本发明提出一套较为简易的电网运营安全性评估方法，包括潮流分布指标、短路电流水平指标、静态电压指标、暂态安全指标、小干扰稳定指标等5个指标，利用灰色系统理论提出的关联度分析方法，根据因素之间发展态势的相似或相异程度来衡量因素间关联程度，首先对电网和新建项目进行评价优劣排序，然后分析影响电网运营安全性的相关因素之间的灵敏度关系，进而客观确定指标权重，其次计算分区分片电网的安全性指标及其相关度，最后计算单个影响因素对分区分片电网的安全性指标的影响。

附图说明

图1是本发明的互联电网运营安全性指标的体系结构框图。

图2是本发明实施例的流程图。

具体实施方式

以下结合附图和实施例详细说明本发明技术方案。

实施例提供的互联电网运营的安全性评估方法可采用计算机软件程序实现自动运行流程。如图2，实施例的流程所含步骤如下：

步骤1，计算电网和新建项目分别在每个电网分区的各指标作为原始的样本数据，构建样本空间。

附图1是互联电网运营安全性指标的体系结构框图，基于此框图对互联电网2010、2011年进行和2012年新建项目进行互联电网和新建项目的评价优劣排序，分析影响电网运营安全性的相关因素之间的灵敏度关系，并计算分区分片电网的安全性指标及其相关度。实施例的电网包括2010年和2011年两项，新建项目包括江夏、盘龙城等19项，即Q＝2+19＝21。电网分区包括武汉电网、孝感电网等，共12个电网分区，图中记为电网分区1、电网分区2...电网分区12，即m的取值为1，2，...12。

基于灰色关联分析的电网运营安全评价方法的具体实施方法分为以下三步：电网运营安全性指标体系的确定、指标的计算方法和安全性指标体系的算法流程，具体内容如下：

(1)电网运营安全性指标体系

文献指出：为确保电网安全性指标体系评价切实可行、结论科学合理，指标体系的选取应当遵循以下原则：

1)系统性：能够较为全面系统地反映电网的安全水平；

2)科学性：指标的设置既不重复又无遗漏；

3)针对性：指标体系要与电网的实时特点相适应；

4)可操作性好、易于实现；

5)先进性：将最新的理论研究应用于实际电力系统，提高最新的电网安全分析水平。

本发明提出的简易安全性评价指标体系包括潮流分布指标、短路电流水平指标、静态电压水平指标、暂态安全水平指标、小干扰稳定指标等5个指标，即n的取值为1，2，...5。这5个指标构成一个简易的电网运营评价指标体系，可以全面有效地评价电网的安全水平。在此简易指标体系的基础上，提出一套评价互联电网运营安全性指标的体系结构，如附图1所示。

(2)指标计算实现属于现有技术，为便于实施参考起见，提供指标计算方法说明如下：

a.潮流分布指标PFDI

潮流分布指标PFDI(Power Flow Distribution Index)指主要线路允许极限容量与线路潮流之差的和除以统计线路总回路数。

b.短路电流水平指标SCLI

短路电流水平指标SCLI(Short Circuit Level Index)指主要母线短路电流与该母线允许短路电流之差的和与统计母线总数之比。在实际计算中可以采用基于全微分的戴维南等值参数跟踪计算得到。

c.静态电压水平指标SVLI

静态电压水平指标SVLI(Static Voltage Level Index)采用“负荷裕度指标”进行计算。文献指出，“负荷裕度指标大”与“系统承受负荷增长能力强”成对应关系，因为负荷裕度是电网承受负荷增长能力的表征，也与负荷特性和网络特性有关，其中负荷特性对负荷裕度的影响更大。

d.暂态安全水平指标TSLI

暂态安全水平指标TSLI(Transient Safety Level Index)采用临界切除时间裕度风险指标计算。事故的临界切除时间是衡量该事故对系统暂态稳定影响的一个重要指标，定义事故临界切除时间与实际系统继电保护整定的故障切除时间的差值为时间裕度，显然，时间裕度可以反映预想事故的严重程度。

e.小干扰稳定指标SDSI

衡量系统的小干扰稳定指标SDSI(Small Disturbance Stabilization Index)最主要的指标是阻尼比。通常要求系统正常运行条件下区域振荡模式的阻尼比等于、大于5％时称为强阻尼，小于5％大于3％时称为中等阻尼，小于3％大于0时称为弱阻尼，等于0时称为临界阻尼，小于0时称为负阻尼。

步骤2，基于步骤1所得样本空间，采用每个电网分区的负荷大小占总网负荷的比例作为每个电网分区的专家权重值，加权计算得到单个指标的合成值并作为样本数据；采用灰色系统理论提出的关联度分析方法，计算各个指标的关联度，对指标排序，再将指标的关联度进行归一化计算，得到各个指标的客观权重值。

实施例的步骤2包括以下子步骤：

步骤2.1，计算样本数据：

采用每个电网分区的负荷大小占总网负荷的比例作为每个分区的专家权重值，加权计算得到单个指标的合成值作为本步骤的样本数据，计算公式如下：

r_n＝f(x_n1，x_n2，…，x_nm)＝v_n1v_n1+v_n2x_n2+…v_nmx_nm

式中，x_n1，x_n2，…，x_nm分别表示第n个指标在第1，2，...，m个电网分区的计算值；v_n1，v_n2，…，v_nm分别表示第n个指标在第1，2，...，m个电网分区的权重，取占全网总负荷的比例，即专家权重值；r_n表示第n个指标的合成值；

步骤2.2，指标优劣排序：

根据步骤2.1所得样本数据，采用灰色系统理论提出的关联度分析方法，计算各个指标的关联系数和关联度，默认每个项目的权值相同，对指标优劣排序；

步骤2.3，确定指标客观权重：

采用式一，将步骤2.2中得到的各个指标的关联度进行归一化计算，得到各个指标的客观权重值，归一化计算公式如下：

$w_k=\frac{r_k}{\underset{k=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{r}_k}$

式中，n表示总共n个指标；w_k表示第k个指标的客观权重值；r_k表示步骤2计算得到的第k个指标的关联度。

步骤3，基于步骤1所得样本空间和步骤2所得各个指标的客观权重值，计算单个指标的合成值后进行归一化处理，采用灰色系统理论提出的关联度分析方法，计算关联系数；采用步骤2所得单个指标的客观权重值与所得关联系数进行加权计算，得到电网和新建项目的优劣排序。

实施例的步骤3包括以下子步骤：

步骤3.1，计算关联系数：

基于步骤1所得样本空间和步骤2所得各个指标的客观权重值，计算单个指标的合成值后参照式一进行归一化处理，用灰色系统理论提出的关联度分析方法，根据式二计算关联系数；

步骤3.2，合成分指标数据：

采用步骤2所得单个指标的客观权重值与步骤3.1所得关联系数进行加权计算

r_i＝f(ξ₁，ξ₂，…，ξ_n)＝w₁ξ₁+w₂ξ₂+…w_nξ_n

式中，ξ₁，ξ₂，…，ξ_n分别是第1，2，...，n个指标的关联系数，w₁，w₂，…，w_n分别是第1，2，...，n个指标的权重值，取步骤2确定的客观权重值，r_i是第i个电网或新建项目的加权关联度，设电网和新建项目的总数为Q，i的取值为1，2，...Q；

步骤3.3，对步骤3.2中加权计算结果进行优劣排序，得到电网和新建项目的评价结果。

步骤4，基于步骤1所得样本空间中每个电网分区的各指标，采用步骤2所得各个指标的客观权重值，加权计算每个电网分区的安全性总指标并作为样本数据，采用灰色关联分析计算各电网分区的关联度，得到各个电网分区的安全性优劣排序。

实施例的步骤4包括以下子步骤：

步骤4.1，计算样本数据：

基于步骤1所得样本空间中每个电网分区的各指标，采用步骤2所得各个指标的客观权重值，加权计算每个电网分区的安全性总指标，作为本步骤的样本数据，计算公式如下：

r_m＝f(x_m1，x_m2，…，x_mn)＝w_m1x_m1+w_m2x_m2+…w_mnx_mn

式中，x_m1，x_m2，…，x_mn分别表示第m个电网分区的第1，2，...，n个指标的值；w_m1，w_m2，…，w_mn分别表示第m个电网分区的第1，2，...，n个指标的权重，取步骤2确定的客观权重值；r_m表示第m个电网分区的安全性总指标；

步骤4.2，各个电网分区的安全性优劣排序：

采用式二和式三，根据步骤4.1所得样本数据，采用灰色关联分析计算各电网分区的关联系数和关联度，默认每个项目的权值相同，得到各个电网分区的安全性优劣排序。

实施例在灰色关联分析涉及到参考数列时，都可以采用比较数列中相应元素的最大值。

通过以上步骤，最终完成对以往年份电网的安全性评价，并对将要投产的新建项目做出合理决策，对指导项目投产时序有一定意义。采用灰色分析法作为分指标权重的客观确定方法，避免了主观赋权法对专家存在不同程度依赖性的问题，实现了对不同电网分区的关联性分析，对指导分区电网安全性建设有一定意义。

本文中所描述的具体实施案例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施案例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

Claims (3)

1.一种互联电网运营的安全性评估方法，其特征在于：包括以下步骤， 

步骤1，采样电网和新建项目分别在每个电网分区的各指标作为原始的样本数据，构建样本空间； 

步骤2，基于步骤1所得样本空间，采用每个电网分区的负荷大小占总网负荷的比例作为每个电网分区的专家权重值，加权计算得到单个指标的合成值并作为样本数据；采用灰色系统理论提出的关联度分析方法，计算各个指标的关联度，对指标排序，再将指标的关联度进行归一化计算，得到各个指标的客观权重值； 

步骤3，基于步骤1所得样本空间和步骤2所得各个指标的客观权重值，计算单个指标的合成值后进行归一化处理，采用灰色系统理论提出的关联度分析方法，计算关联系数；采用步骤2所得单个指标的客观权重值与所得关联系数进行加权计算，得到电网和新建项目的优劣排序； 

步骤4，基于步骤1所得样本空间中每个电网分区的各指标，采用步骤2所得各个指标的客观权重值，加权计算每个电网分区的安全性总指标并作为样本数据，采用灰色系统理论提出的关联度分析方法计算各电网分区的关联度，得到各个电网分区的安全性优劣排序； 

所述步骤2包括以下子步骤， 

步骤2.1，计算样本数据： 

采用每个电网分区的负荷大小占总网负荷的比例作为每个分区的专家权重值，加权计算得到单个指标的合成值作为样本数据，计算公式如下： 

r_k＝f(x_k1,x_k2,…,x_km)＝v_k1x_k1+v_k2x_k2+…v_kmx_km

式中，x_k1,x_k2,…,x_km分别表示第k个指标在第1,2,…,m个电网分区的计算值；v_k1,v_k2,…,v_km分别表示第k个指标在第1,2,...,m个电网分区的权重，取占全网总负荷的比例，即专家权重值；r_k表示第k个指标的合成值； 

步骤2.2，指标优劣排序： 

根据步骤2.1所得样本数据，采用灰色系统理论提出的关联度分析方法，计算各个指标的关联系数和关联度，默认每个项目的权值相同，对指标优劣排序； 

步骤2.3，确定指标客观权重： 

将步骤2.2中得到的各个指标的关联度进行归一化计算，得到各个指标的客观权重值。 

2.根据权利要求1所述互联电网运营的安全性评估方法，其特征在于：步骤3包括以下子步骤， 

步骤3.1，计算关联系数： 

基于步骤1所得样本空间和步骤2所得各个指标的客观权重值，计算单个指标的合成值后进行归一化处理，用灰色系统理论提出的关联度分析方法，计算关联系数； 

步骤3.2，合成分指标数据： 

采用步骤2所得各个指标的客观权重值与步骤3.1所得关联系数进行加权计算 

r_i＝f(ξ₁,ξ₂,…,ξ_n)＝w₁ξ₁+w₂ξ₂+…w_nξ_n

式中，ξ₁,ξ₂,…,ξ_n分别是第1,2,…,n个指标的关联系数，w₁,w₂,…,w_n分别是第1,2,…,n个指标的权重值，取步骤2确定的客观权重值，r_i是第i个电网或新建项目的加权关联度，设电网和新建项目的总数为Q，i的取值为1,2,…Q； 

步骤3.3，对步骤3.2中加权计算结果进行优劣排序，得到电网和新建项目的评价结果。 

3.根据权利要求1所述互联电网运营的安全性评估方法，其特征在于：步骤4包括以下子步骤， 

步骤4.1，计算样本数据： 

基于步骤1所得样本空间中每个电网分区的各指标，采用步骤2所得各个指标的客观权重值，加权计算每个电网分区的安全性总指标，作为样本数据，计算公式如下： 

r_m＝f(x_m1,x_m2,…,x_mn)＝w_m1x_m1+w_m2x_m2+…w_mnx_mn

式中，x_m1,x_m2,…,x_mn分别表示第m个电网分区的第1,2,...,n个指标的值；w_m1,w_m2,…,w_mn分别表示第m个电网分区的第1,2,...,n个指标的权重，取步骤2确定的客观权重值；r_m表示第m个电网分区的安全性总指标； 

步骤4.2，各个电网分区的安全性优劣排序： 

根据步骤4.1所得样本数据，采用灰色系统理论提出的关联度分析方法计算各电网分区的关联系数和关联度，默认每个项目的权值相同，得到各个电网分区的安全性优劣排序。

4．根据权利要求1或2或3所述互联电网运营的安全性评估方法，其特征在于：所述指标包括潮流分布指标、短路电流水平指标、静态电压指标、暂态安全指标和小干扰稳定指标，n=5。 

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