CN105894212A - 一种电磁环网解合环综合评价方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了电力系统运行与控制领域的一种基于熵权法和灰色关联度的电磁环网解合环评价方法。包括：确定电磁环网运行评价指标；根据确定的指标采集数据，对原始数据进行预处理；应用熵权法得到指标的客观权重；利用灰色关联分析法得到系统的灰色关联系数矩阵；求取熵权灰色关联度，最终确定电磁环网运行方案。该方法简单、实用、快速,在电力系统电磁环网解合环方案评价方面具有重要意义。

Description

一种电磁环网解合环综合评价方法

技术领域

本发明属于电力系统电磁环网领域，尤其涉及一种电磁环网解合环综合评价方法。

背景技术

电力系统的电磁环网是指两组不同电压等级的输电线路通过变压器或电磁耦合构成的环形电网。电磁环网的形成是电网发展过程中的产物，在电磁环网存在的早期，环网运行方式一定程度上使电网的输电能力得到加强，提高了电网的供电可靠性和系统的暂态稳定性。但随着高低电压等级电网的不断增强，电网结构日趋复杂，电磁环网运行可能会对电网的安全运行带来一定影响，如短路电流超限、高压线路故障后向低压线路潮流转移等。随着特高压和新能源快速发展，电网运行更趋复杂，研究合理的电磁环网解合环评价方法更加重要。在电力系统实际运行中，电磁环网的解合环应根据电网运行实际具体分析，并非排斥一切电磁环网运行方式，在有些情况下，电磁环网运行在充分利用资源、提高输电可靠性、降低输电损失等方面比开环运行更利大于弊。因此，电磁环网的解合环方案，需进行详细的运行可靠性和经济性分析，进而选择最佳的解合环运行方式。目前，在电磁环网解合环评价方面，以满足约束条件为目标的电网运行方式对比研究较多，但对满足约束条件的不同运行方式优劣往往缺乏定量对比。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种电磁环网解合环的评价方法，用于解决现有方法存在的上述技术问题。

为实现上述目的，本发明提供的技术方案是，一种电磁环网解合环的评价方法，所述方法包括：

S1：确定电磁环网运行评价指标；

S2：根据确定的指标采集数据，对指标数据进行预处理；

S3：应用熵权法得到指标的客观权重；

S4：利用模糊熵权法确定模糊熵权；

S5：结合灰色关联分析法得到模糊熵权灰色关联度，比较和确定电磁环网运行方案。

优选地，所述S2包括以下步骤：

S201：进行商式逆变换；

S202：指标的标准化处理。

优选地，所述S3包括以下步骤：

S301：求取各个评价指标的熵值；

S302：求取各个指标的权系数。

优选地，所述S4包括以下步骤：

S401确定属性重要程度确定的三角模糊数；

S402采用面积中心法将属性的模糊权重转换为最佳非模糊性能值；

S403将最佳非模糊性能值归一化求得模糊权重；

S404计算出属性指标的模糊熵权。

优选地，所述S5包括以下步骤：

S501求取灰色关联系数；

S502求取模糊熵权灰色关联度，比较和确定电磁环网运行方案。

本专利对电磁环网的解合环方式建立了指标评价体系，并且结合具体电网实例验证了该评价体系的有效性和合理性。

附图说明

图1是本发明提供的电磁环网解合环综合评价方法流程图。

具体实施方式

下面结合附图，对优选实施例作详细说明。应该强调的是，下述说明仅仅是示例性的，而不是为了限制本发明的范围及其应用。

实施例1

图1是本发明提供的电磁环网评价方法流程图。图1中，本发明提供的电磁环网评价方法包括下列步骤：

S1：确定电磁环网运行评价指标。

确定电磁环网的运行指标是指根据电网运行经验，全面分析待选方案的特点，建立系统科学的指标体系。电网评价指标体系中的指标要考虑规划方案的经济性、可靠性、安全性、对环境的影响、可拓展性等。选取评价指标时要尽可能相互独立，这样可以避免信息的重复性。一般来说，指标分为定性指标和定量指标。在实际算法应用中，一般将定性指标通过技术手段或者数学方法转化成定量指标。对于电网的不同解合环方案而言，电网运行的可靠性主要反映在短路电流水平、设备负载情况、静态安全性、系统稳定性等方面；经济性主要反映在不同方式的网损方面。对于电磁环网，一般可确定以下几个电网运行的评价指标：(1)母线短路电流水平；(2)负载率；(3)电力电量裕度；(4)电网静态安全性；(5)断面极限；(6)网损等。

S2：根据确定的指标采集数据，并对指标数据进行预处理。

由于指标的类型不同，所以不同指标的数值间大小差距不同，通过预处理，可以去除指标的量纲化，使数据更加客观有效。

S201进行商式逆变换：

由常识可知，某些电网运行指标，如断面极限及电力电量裕度越大，电网的安全性越高，这类指标称为正指标；而静态安全性(N-1情况下其他线路平均负载率)、网损、重载率、短路电流等指标数值越大，其对于电网的安全性反倒是不利的，这类指标称为负指标。为了让综合评价指标Y_i与与各指标值X_ij总是正相关的，先对负指标进行“转向式逆变换”，从纯数学形式上说,变换前后的指标可称为“互为逆指标”。商式逆变换是通过正负指标的互反关系而确立的一种逆变换，写成公式为：

式中，X_ijold为原指标，X_ijnew为经过商式逆变换得到的新指标。当所有指标经过(1)式处理后，Y_i与所有指标均为正相关的关系。为便于叙述，以后所提的X_ij均为经过商式逆变换后得到的新指标。

S202指标的标准化处理：

经过商式逆变换后得到的新指标，虽然和Y_i满足正相关的关系，但是，由于网损、重载率、静态安全性、短路电流、断面极限及电力电量裕度等指标，每个指标的量纲不一样，因此，直接进行相互比较并求取各指标权重，得到的结果不一定能真实反映各指标间的相互关系。因此，需要对各指标进行去量纲化处理，或者叫标准化处理。

设由m个评价方案n项指标构成的评价矩阵为X＝(x_ij)_m×n，i＝1,2,3，...，m；j＝1,2,3....，n。指标标准化的公式如下：

$P_{ij}=x_{ij}/\underset{i=1}{\overset{m}{\Σ}}{x}_{ij}---\left(2\right)$

式中P_ij为标准化的指标化的不可公度。P_ij为去量纲化后得到的新指标。为便于叙述，以后所提的P_ij均为经过去量纲化后得到的新指标。

S3：应用熵权法得到指标的客观权重：

熵权法根据多属性决策问题的数据确定各属性的信息熵，信息熵越小，信息的无序度越低，其信息的效用值越大，属性的权重越大；反之，信息熵越大，信息的无序度越高，其信息的效用值越小，属性的权重越小。

S301熵权法求取各个评价指标的熵值为：

$E_j=\frac{\underset{i=1}{\overset{m}{\Σ}}{P}_{ij}{\mathrm{lnP}}_{ij}}{\ln m}---\left(3\right)$

特别地，当P_ij＝0时，令P_ijlnP_ij＝0。

S302求取权系数为：

$w_j=\frac{1-E_j}{\underset{j=1}{\overset{n}{\Σ}}(1-E_j)}---\left(4\right)$

其中：

权系数体现了指标的信息量，熵权值越大表示该指标对综合决策的作用越大，直观有效地反映了指标间的差异程度。

S4：利用模糊熵权法确定模糊熵权

模糊熵权法是指模糊权重和熵权计算属性的组合权重，模糊熵权法可以在一定程度上避免主观权重和客观权重各自导致的权重上的偏差，进而使得决策结果更加准确和可靠。

S401确定属性重要程度确定的三角模糊数

引入模糊数反映决策者主观上对各属性的重视程度，从而确定各属性的权重。模糊数是一个特殊的模糊集，是表达模糊信息及决策者模糊偏好的重要指标。针对影响电磁环网的不同指标因素，专家给出的权重不尽相同，针对不同专家给出的属性重要程度进行量化，属性重要程度对应的三角模糊数如表1所示。

表1 三角模糊数及重要程度对应表

重要程度	三角模糊数
		非常低	(0，0.1,0.3)
低	(0.1,0.3,0.5)
		中等	(0.3,0.5,0.7)
高	(0.5,0.7,0.9)
		非常高	(0.7,0.9,1)

S402采用面积中心法将属性的模糊权重转换为最佳非模糊性能值转换公式为：

$M_j=\frac{1}{3}(w_{j1}+w_{j2}+w_{j3})---\left(5\right)$

S403将最佳非模糊性能值归一化求得模糊权重

最佳非模糊性能值反映了评价方案中性能指标的重要程度，将其归一化求得第j个属性的模糊权重为：

$f_j=\frac{M_j}{\underset{j=1}{\overset{m}{\Σ}}{M}_j}---\left(6\right)$

S404计算出属性指标的模糊熵权

假定模糊权重为：F＝(f₁,f₂,...,f_m),熵权法计算的权重为W＝(w₁,w₂,...,w_m),则第j个属性的模糊熵权为：

$t_j=\frac{f_j\×w_j}{\underset{j=1}{\overset{m}{\Σ}}{f}_j\×w_j}---\left(7\right)$

S5：结合灰色关联分析法得到模糊熵权灰色关联度，确定电磁环网运行方案

S501求取灰色关联系数

设有n个对象，每个对象有m项指标，对评价指标数据进行规范化处理，规范化后的数据为：x₁,x₂,...,x_m。x_i＝[x_i(1),x_i(2),...,x_i(n)],i＝1,2，…，m.令x₀为理想方案，则x₀与x_i关于第k个元素的灰色关联系数为：

${\mathrm{\ξ}}_i\left(k\right)=\frac{\mathrm{\Δ}min+\mathrm{\ρ}\mathrm{\Δ}max}{{\mathrm{\Δ}}_i\left(k\right)+\mathrm{\ρ}\mathrm{\Δ}max}---\left(8\right)$

式中：Δmin＝min[min(|x₀(k)-x_i(k)|)]；Δmax＝max[max(|x₀(k)-x_i(k)|)]；ρ为分辨系数，取值区间为[0，1]。

S502求取模糊熵权灰色关联度，比较和确定电磁环网运行方案。

由S501得到第i个评价方案与理想方案的关联度为：

${\mathrm{\γ}}_i=\underset{k=1}{\overset{m}{\Σ}}{t}_k{\mathrm{\ξ}}_i\left(k\right)---\left(9\right)$

在此需要说明的是，灰色关联分析法与数理统计中的相关分析方法比较，具有直观，计算简便，不要求比较序列具有典型的分布规律、数据量要求小等特点。但从关联系数与关联度的2个公式中发现，分辨系数的取值在一定程度上影响关联度的大小与方案的排序。因此通过对分辨系数和权重进行合理取值可以提高综合决策结果的准确性，权重一般取专家给定的指标权重或者取平权，但这样会影响到评价结果的客观程度，因此可以采取结合熵权法，将权重取为熵权法得到的各指标的客观权重。分辨系数为Δmax的系数或者权重，其取值表现了研究者对Δmax的重视程度，一般来说，最优取为0.69。

下面以某陕西电网为例，采用如上所述的指标评价方法对处于不同解合环运行状态下的电网进行评价以确定解合环方案，对本发明的发明内容做进一步说明。

实施例2

下面以陕西电网7个电磁环网的解合环方案为例进行计算。

S1：选取电磁环网的评价指标。经过评估，对影响电磁环网的评价指标概括为以下六个因素：断面极限、电力电量裕度、静态安全性(N-1情况下其他线路平均负载率)、网损、重载率和短路电流。

表2为陕西电网这六个评价指标的原始采集数据。

表2 陕西电网各电磁环网解合环评价指标采集数据表

S2：对原始采集数据进行预处理，经过S201商式逆变换和S202指标数据的标准化处理，

得到处理后的数据如表3所示。

表3 经商式逆变换和标准化处理后的数据表

S3：应用熵权法得到指标的客观权重，得到的结果为：(0.1653,0.1671,0.1664，0.1665,0.1668,0.1683)，从得到的权重结果来看，各个指标的客观权重相差不大，说明单从数据上得到的客观权重不能完全说明问题，于是进入到S4。

S4：利用模糊熵权法确定模糊熵权。

根据专家的决策，短路电流和电力电量裕度重要程度属于非常高等级，其三角模糊数为(0.7,0.9,1)；安全性、平均负载率和功率极限的重要程度属于高等级，三角模糊数为(0.5,0.7,0.9)，而网损则属于中等等级，对应的三角模糊数为(0.3,0.5,0.7)。进而求得平均负载率、网损、安全性、短路电流、功率极限和电力电量裕度的最佳非模糊性能矩阵为(0.7,0.5,0.7,0.87,0.7,0.87)，将其归一化，结果为(0.161,0.115,0.161,0.2,0.161,0.2)。从而，利用熵权法求得的模糊熵权矩阵为(0.1599,0.1155,0.161,0.2,0.1614,0.2022)。

S5：结合灰色关联分析法得到模糊熵权灰色关联度，确定电磁环网运行方案。

运用灰色关联分析法得到模糊熵权灰色关联度，如下表4所示。

表4 各电磁环网解合环模糊熵权灰色关联度最优综合评价指标值

从表4结果可以看出，宝鸡-乾县电磁环网和信义-西安南电磁环网最优综合评价指标相差不大，建议解环或者合环运行均可；在解环方式下，乾县-西安南电磁环网和西安北-信义电磁环网的最优综合评价指标大于合环方式下的指标值，因此建议解环运行；在合环方式下，乾县-西安北电磁环网一、乾县-西安北电磁环网二和西安北-洛川电磁环网的最优综合评价指标大于解环方式下的指标值，因此建议合环运行。

根据灰色关联度最优综合评价结果，陕西各电磁电网的优化解合环方案如下表5所示。

表5 陕西各电磁环网解合环初步运行方案

环网类型	初步运行方案
		宝鸡-乾县电磁环网	解环
乾县-西安南电磁环网	解环
		乾县-西安北电磁环网一	合环
乾县-西安北电磁环网二	合环
		西安北-洛川电磁环网	合环
西安北-信义电磁环网	解环
		信义-西安南电磁环网	合环

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (5)

1.一种电磁环网解合环综合评价方法，其特征在于,所述电磁环网解合环综合评价方法包括以下步骤：

S1：确定电磁环网运行评价指标；

S2：根据确定的指标采集数据，对指标数据进行预处理；

S3：应用熵权法得到指标的客观权重；

S4：利用灰色关联分析法得到系统的灰色关联系数矩阵；

S5：求取熵权灰色关联度，确定电磁环网运行方案。

2. 根据权利要求1所述的一种电磁环网解合环综合评价方法，其特征在于,所述S2包括以下步骤：

S201：对原始指标数据进行商变换；

S202：对商变换之后的数据进行标准化处理。

3. 根据权利要求1所述的一种电磁环网解合环综合评价方法，其特征在于,所述S3包括以下步骤：

S301：求取各个评价指标的熵值；

S302：求取各个指标的权系数。

4. 根据权利要求1所述的一种电磁环网解合环综合评价方法，其特征在于,所述S4包括以下步骤：

S401确定属性重要程度确定的三角模糊数；

S402 采用面积中心法将属性的模糊权重转换为最佳非模糊性能值；

S403 将最佳非模糊性能值归一化求得模糊权重；

S404 计算出属性指标的模糊熵权。

5. 根据权利要求1所述的一种电磁环网解合环综合评价方法，其特征在于,所述S5包括以下步骤：

S501求取灰色关联系数；

S502求取模糊熵权灰色关联度，比较和确定电磁环网运行方案。