CN105512783A - 用于电磁环网解环方案的综合评价方法 - Google Patents

Abstract

一种用于电磁环网解环方案的综合评价方法，属于电力系统安全运行技术领域。本发明的目的是针对利用基于层次分析法（analytichierarchyprocess,AHP）对可行方案进行评估排序时，提出了一种基于模糊AHP的电磁环网解环方案评估方法。本发明的步骤是：构造递阶层次结构模型、构造模糊互补判断矩阵及权重计算、指标值的归一化计算、解环方案的综合排序。本发明辨别出能反映被评价对象本质的指标，该指标为潮流分布、短路电流、稳定性、<i>N</i>-1、网损。确定层次间的关系建立层次结构模型，然后构造模糊判断矩阵、计算权重和指标值归一化，最后确定解环方案的综合排序。该方法综合了AHP和模糊评价方法的优点，保证了模型的合理性和系统性，并且分考虑了人的主观判断、选择、偏好的模糊性质。

Description

用于电磁环网解环方案的综合评价方法

技术领域

本发明属于电力系统安全运行技术领域。

背景技术

随着电力系统的发展，我国电网呈现两个典型特点：一是电网发展速度较快，短路电流超标问题突出；二是存在大量电磁环网，送电能力受限。电磁环网是指不同电压等级的线路通过线路两端变压器的电磁回路连接而成的并联环路。高低压电磁环网运行方式不仅给电网的运行管理增加了难度，而且也给电网发展带来不确定因素和严重事故隐患。在我国电力系统，打开电磁环网已成为共识，《电力系统安全稳定导则》明确规定，应避免和消除严重影响电网安全稳定的不同电压等级的电磁环网，保证电网安全稳定运行。

为了消除环网运行的有效办法是将其解环，实现电网分区运行。由于不同的解环方案其潮流、短路电流、稳定性、N-1、网损等指标都有所不同，直接影响电力系统的安全水平。在多种可行性方案中如何综合评价其优劣对提高系统的可靠性、稳定性、经济性有很好的借鉴作用。因此，电磁环网解环方案的评估具有重要的理论意义和应用价值。

现有的综合评价方法很多，如模糊综合评价法、层次分析法和数据包络分析法等。但由于电磁环网解环方案评估问题的复杂性、模糊性和不确定性，现有上述单一评价方法的应用效果均不理想，因此迫切需要有新方法创新应用于解决电磁环网解环方案评估问题。

发明内容

本发明的目的是针对利用基于层次分析法（analytichierarchyprocess,AHP）对可行方案进行评估排序时，提出了一种基于模糊AHP的电磁环网解环方案评估方法。

本发明的步骤是：

（1）构造递阶层次结构模型：根据电磁环网解环原则，解环方案评估主要从电能质量、安全性、可靠性及经济性四个方面进行分析；在电磁环网解环中，影响电能质量的主要指标为电压合格率，将电压合格率作为电能质量准则下的指标；影响安全性的主要指标为N-1要求、有功与无功裕度、短路容量及极限切除时间，将此四个因素作为安全性准则下的指标；影响可靠性的主要指标为有功与无功裕度、N-1要求、短路容量和极限切除时间，将此四个因素作为可靠性准则下的指标；影响经济性的指标为网损和开关设备投资，将此两个因素作为经济性准则下的指标；

根据以上分析，将解环方案排序设定为总目标，将解环方案的电能质量、安全性、可靠性及经济性要求作为准则层，各相关因素为指标层，建立解环方案评估的递阶层次结构模型，如说明书附图2所示。

电磁环网解环方案评估的准则层由电能质量B ₁、安全性B ₂、可靠性B ₃、经济性B ₄组成；指标层由电压合格率C ₁、N-1指标C ₂、有功与无功裕度C ₃、短路容量C ₄、极限切除时间C ₅、网损C ₆、开关设备投资C ₇组成；方案层为通过技术指标检验的m个待评估的电磁环网解环方案S ₁、S ₂.....S _m ；

（2）构造模糊互补判断矩阵及权重计算：

图3是构造模糊互补判断矩阵及权重计算的流程图，包括如下步骤：

①构造梯形模糊互补判断矩阵：通过MacCrimmon提出的两极比例方法将定性指标转换成用梯形模糊数表示的定量指标，如表1所示。采用专家调研法聘请同等地位的D位专家，分别对同一属性集Y中的属性进行两两比较判断，形成“很重要、较重要、重要、一般、不重要、较不重要、很不重要”定性评价语给出的判断矩阵；

根据定性评价语与梯形模糊数对照表1，将判断矩阵转化为用梯形模糊数表示的互补判断矩阵。

表1定性评价语与梯形模糊数对照表

定性属性	模糊数	定性属性	模糊数
				很不重要，很不好	（0,0,0,0.2）	较重要，较好	（0.6,0.8,0.8,1）
不重要，不好	（0,0,0.1,0.3）	重要，好	（0.7,0.9,1,1）
				较不重要，较不好	（0,0.2,0.2,0.4）	很重要，很好	（0.8,1,1,1）
一般	（0.3,0.5,0.5,0.7）

并记第k位专家给出的判断矩阵为，其中为梯形模糊数，,k∈｛1,2,…,D｝，i,j∈N； a，b分别为r的下界和上界，d-a，c-b表示梯形模糊数的模糊程度，并且c-b和d-a越大模糊程度越强；

②对判断矩阵进行一致性校验：由Yager对模糊集进行排序的指标函数，梯形模糊数的核为：

其中，对应的核矩阵为，其中；

判断矩阵的一致性指标为：

设定一致性指标临界值一般取当ρ<ε时；认为模糊判断矩阵满足一致性，如不满足一致性，则返回专家调研再重新进行判断。

③综合各专家的偏好信息：

；

若各个专家的依据其偏好信息给出的判断矩阵满足一致性，则综合各专家偏好信息得到的判断矩阵也满足一致性。

④计算各属性的模糊评价值：

；

⑤计算属性y _i 的模糊评价值的期望：

；

⑥计算属性值y _i 的权重：

；

（3）指标值的归一化计算：模糊AHP决策中，均假设方案的价值衡量标准在每个指标上都是越大越好，且所有方案的同一指标值总和是1，所以要对各指标值进行归一化处理，这样加权综合评价值最大的方案即为最优方案。

其中表示方案S _i 的指标的值，表示经归一化处理后方案S _i 的指标的值，其中，，；

电压合格率C ₁、N-1指标C ₂、无功裕度C ₃、极限切除时间指标其归一化为：

短路容量C ₄、网损C ₆、开关设备投资C ₇指标，其归一化为：

；

（4）解环方案的综合排序：利用梯形模糊数确定权重的方法，计算出准则层相对总目标的权重，再用同样的方法计算指标对准则的权重，，，，对准则的权重，，，，对准则的权重，，对准则的权重为构造指标层对准则层的权重；计算m个解环方案归一化后的指标值并用矩阵表示，将这些计算得到的权重及指标值相乘， ，得到各解环方案的综合评价值，按综合评价值从大到小排序，综合评价值越大的方案越好，评价值最大的方案即为最优方案。

本发明利用基于层次分析法（analytichierarchyprocess,AHP）对可行方案进行评估排序时，都是基于确定的AHP没有考虑判断的模糊性，在表现人的客观思维判断和对事物本身的复杂性上具有一定的局限性。提出了一种基于模糊AHP的电磁环网解环方案评估方法，结合了AHP和模糊综合评价的优点。AHP将定性分析与定量分析有效结合，保证了模型的系统性和合理性；判断矩阵和定性指标用梯形模糊数表示，充分考虑了人的主观判断、选择、偏好的模糊性质，使决策更符合实际。本发明辨别出能反映被评价对象本质的指标，该指标为潮流分布、短路电流、稳定性、N-1、网损。确定层次间的关系建立层次结构模型，然后构造模糊判断矩阵、计算权重和指标值归一化，最后确定解环方案的综合排序。该方法综合了AHP和模糊评价方法的优点，保证了模型的合理性和系统性，并且分考虑了人的主观判断、选择、偏好的模糊性质。

附图说明

图1是基于模糊AHP电磁环网解环方案的方法流程图；

图2是评价体系的层次结构模型；

图3是模糊互补判断矩阵及权重计算流程图。

具体实施方式

本发明的步骤是：

（1）构造递阶层次结构模型：根据电磁环网解环原则，解环方案评估主要从电能质量、安全性、可靠性及经济性四个方面进行分析；其中将电压合格率作为电能质量准则下的指标；影响安全性的主要指标为N-1要求、有功与无功裕度、短路容量及极限切除时间，将此四个因素作为安全性准则下的指标；影响可靠性的主要指标为有功与无功裕度、N-1要求、短路容量和极限切除时间，将此四个因素作为可靠性准则下的指标；影响经济性的指标为网损和开关设备投资，将此两个因素作为经济性准则下的指标；

电磁环网解环方案评估的准则层由电能质量B ₁、安全性B ₂、可靠性B ₃、经济性B ₄组成；指标层由电压合格率C ₁、N-1指标C ₂、有功与无功裕度C ₃、短路容量C ₄、极限切除时间C ₅、网损C ₆、开关设备投资C ₇组成；方案层为通过技术指标检验的m个待评估的电磁环网解环方案S ₁、S ₂.....S _m ；

（2）构造模糊互补判断矩阵及权重计算：

①构造梯形模糊互补判断矩阵：通过MacCrimmon提出的两极比例方法将定性指标转换成用梯形模糊数表示的定量指标，采用专家调研法聘请同等地位的D位专家，分别对同一属性集Y中的属性进行两两比较判断，形成“很重要、较重要、重要、一般、不重要、较不重要、很不重要”定性评价语给出的判断矩阵；并记第k位专家给出的判断矩阵为，其中为梯形模糊数，,k∈｛1,2,…,D｝，i,j∈N； a，b分别为r的下界和上界，d-a，c-b表示梯形模糊数的模糊程度，并且c-b和d-a越大模糊程度越强；

②对判断矩阵进行一致性校验：由Yager对模糊集进行排序的指标函数，梯形模糊数的核为：

其中，对应的核矩阵为，其中；

判断矩阵的一致性指标为：

设定一致性指标临界值一般取当ρ<ε时；

③综合各专家的偏好信息：

；

④计算各属性的模糊评价值：

；

⑤计算属性y _i 的模糊评价值的期望：

；

⑥计算属性值y _i 的权重：

；

（3）指标值的归一化计算：

表示方案S _i 的指标的值，表示经归一化处理后方案S _i 的指标的值，其中，，；

电压合格率C ₁、N-1指标C ₂、无功裕度C ₃、极限切除时间指标其归一化为：

短路容量C ₄、网损C ₆、开关设备投资C ₇指标，其归一化为：

；

（4）解环方案的综合排序：利用梯形模糊数确定权重的方法，计算出准则层相对总目标的权重，再用同样的方法计算指标对准则的权重，，，，对准则的权重，，，，对准则的权重，，对准则的权重为构造指标层对准则层的权重；计算m个解环方案归一化后的指标值并用矩阵表示，将这些计算得到的权重及指标值相乘， ，得到各解环方案的综合评价值，按综合评价值从大到小排序，综合评价值越大的方案越好，评价值最大的方案即为最优方案。

Claims (1)

1.一种用于电磁环网解环方案的综合评价方法，其特征在于：

（1）构造递阶层次结构模型：根据电磁环网解环原则，解环方案评估主要从电能质量、安全性、可靠性及经济性四个方面进行分析；其中将电压合格率作为电能质量准则下的指标；影响安全性的主要指标为N-1要求、有功与无功裕度、短路容量及极限切除时间，将此四个因素作为安全性准则下的指标；影响可靠性的主要指标为有功与无功裕度、N-1要求、短路容量和极限切除时间，将此四个因素作为可靠性准则下的指标；影响经济性的指标为网损和开关设备投资，将此两个因素作为经济性准则下的指标；

电磁环网解环方案评估的准则层由电能质量B ₁、安全性B ₂、可靠性B ₃、经济性B ₄组成；指标层由电压合格率C ₁、N-1指标C ₂、有功与无功裕度C ₃、短路容量C ₄、极限切除时间C ₅、网损C ₆、开关设备投资C ₇组成；方案层为通过技术指标检验的m个待评估的电磁环网解环方案S ₁、S ₂.....S _m ；

（2）构造模糊互补判断矩阵及权重计算：

①构造梯形模糊互补判断矩阵：通过MacCrimmon提出的两极比例方法将定性指标转换成用梯形模糊数表示的定量指标，采用专家调研法聘请同等地位的D位专家，分别对同一属性集Y中的属性进行两两比较判断，形成“很重要、较重要、重要、一般、不重要、较不重要、很不重要”定性评价语给出的判断矩阵；并记第k位专家给出的判断矩阵为，其中为梯形模糊数，,k∈｛1,2,…,D｝，i,j∈N； a，b分别为r的下界和上界，d-a，c-b表示梯形模糊数的模糊程度，并且c-b和d-a越大模糊程度越强；

②对判断矩阵进行一致性校验：由Yager对模糊集进行排序的指标函数，梯形模糊数的核为：

其中，对应的核矩阵为，其中；

判断矩阵的一致性指标为：

设定一致性指标临界值一般取当ρ<ε时；

③综合各专家的偏好信息：

；

④计算各属性的模糊评价值：

；

⑤计算属性y _i 的模糊评价值的期望：

；

⑥计算属性值y _i 的权重：

；

（3）指标值的归一化计算：

表示方案S _i 的指标的值，表示经归一化处理后方案S _i 的指标的值，其中，，；

电压合格率C ₁、N-1指标C ₂、无功裕度C ₃、极限切除时间指标其归一化为：

短路容量C ₄、网损C ₆、开关设备投资C ₇指标，其归一化为：

；

（4）解环方案的综合排序：利用梯形模糊数确定权重的方法，计算出准则层相对总目标的权重，再用同样的方法计算指标对准则的权重，，，，对准则的权重，，，，对准则的权重，，对准则的权重为构造指标层对准则层的权重；计算m个解环方案归一化后的指标值并用矩阵表示，将这些计算得到的权重及指标值相乘， ，得到各解环方案的综合评价值，按综合评价值从大到小排序，综合评价值越大的方案越好，评价值最大的方案即为最优方案。