CN106022957A - 一种电力系统电网协调性发展评价方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种电力系统电网协调性发展评价方法，首先在构建二级智能化电网综合评价指标体系的基础上，通过层次分析法，得到指标体系的初始权重。然后，通过分析各二级指标的发展差异性，计算指标协调发展系数，修正二级指标的评价值；并通过分析地区差异性，修正一级指标的权重；最后，根据修正后的指标评价值和权重，对电网进行协调发展评价。本发明解决了地区发展不均下难以设定权重的问题，能够对相关地区提出更科学的政策建议，有根据地合理化发展智能电网，保障智能电网的健康协调发展。

Description

一种电力系统电网协调性发展评价方法

技术领域

本发明涉及电力系统电网管理与评价理论，特别是一种电力系统电网协调性发展评价方法。

背景技术

电网的建设是一项长期、复杂、庞大的系统工程。在电网智能化的浪潮下，全面科学地评价电网的综合效益，及时发现电网发展的薄弱环节和制约因素，对于正确指导地区电网在经济新常态背景下的规划、建设、运行、管理具有重大现实意义。

电网发展协调性评价是考察电网发展健壮性的有效手段之一，相比于其他评价方法，电网发展协调性评价具有如下优点：1)可操作性良好，根据地区电网发展的几大属性、发展方向，能够基于指标体系的数据基础得出评价结论；2)对于处于发展阶段的电网而言，存在地区经济水平不平衡所带来的电网发展不平衡问题，该方法能够查找电网建设的薄弱环节，给出合理的发展建设建议；3)兼容性灵活，对于新增的技术要求或考核指标，可与原指标体系配套使用，充分体系对智能电网和可再生能源的考量，具有电网长期发展评价的有效性。

目前已有的电力系统电网发展协调性评价方法，对指标体系选取不完善，没有能够全面考虑指标体系的相关性及地区间发展差异性，不易得到满意的控制效果，而且趋势性分析不强。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是提出一种电力系统电网协调性发展评价方法，提高了对全网综合发展属性的评估，增强了地区差异性对比能力对评价结果的积极作用。

本发明采用以下方案实现：一种电力系统电网协调性发展评价方法，包括以下步骤：

步骤S1：收集专家意见表，获得指标体系初始关联矩阵，采用层次分析法，得到各指标体系下的指标初始权重；其中，第i个一级指标属性下的权重ω_ij对应该属性下的第j个二级指标权重，第i个一级指标属性的初始权重为ω_i；

步骤S2：对各二级指标的发展差异性进行分析，对各二级指标值进行归一化处理，并计算同一属性下指标的关联系数，计算指标协调发展系数矩阵，其第i行第j列表示地区i的j属性指标发展协调因子；通过二级指标归一化值、二级指标权重及指标协调发展系数矩阵获取i地区j年的q属性评价值；

步骤S3：采用地区发展差异性比较规则，通过分析地区差异性判断矩阵，结合一级指标属性权重，对一级指标权重进行修正，分地区得到第i地区的一级指标权重修正值；

步骤S4：根据步骤S2与步骤S3的计算结果，对各地区电网分别进行协调发展评价环节，生成各地区电网历年综合发展评价，基于设定的门槛值评价各地区电网发展协调性。

进一步地，所述步骤S2中第i地区的指标协调发展系数矩阵的推算包括如下步骤：由于电力系统是一个复杂且庞大的系统，衡量电网协调性发展的指标需要考虑多方面因素，在己有智能电网评价指标体系的基础上，从坚强性、安全可靠性、能效性、经济性、环境友好性和用户互动性六个方面，构建了由N_I个一级指标(属性)，下属共N_II个二级指标组成的指标体系，实际统计年份为T年。

步骤S21：根据系统的实际情况归一化二级指标矩阵；

步骤S22：利用相关关系法，分别计算各属性下二级指标间关联系数；对不同地区，分别计算在不同属性集下指标间的相关性，在某一级属性指标体p系下指标k与指标q之间的关联性计算原理为：

$r_{kq}^{\left(p\right)}=\frac{\underset{j=1}{\overset{T}{\Σ}}{y}_{ijk}^{\left(p\right)}{y}_{ijq}^{\left(p\right)}-\frac{\underset{j=1}{\overset{T}{\Σ}}{y}_{ij}^{\left(p\right)}\underset{j=1}{\overset{T}{\Σ}}{y}_{ijq}^{\left(p\right)}}{T}}{\sqrt{(\underset{j=1}{\overset{T}{\Σ}}{\left(y_{ijk}^{\left(p\right)}\right)}^2-\frac{{\left(\underset{j=1}{\overset{T}{\Σ}}{y}_{ijk}^{\left(p\right)}\right)}^2}{T})(\underset{j=1}{\overset{T}{\Σ}}{\left(y_{ijq}^{\left(p\right)}\right)}^2-\frac{{\left(\underset{j=1}{\overset{T}{\Σ}}{y}_{ijq}^{\left(p\right)}\right)}^2}{T})}};$

其中，为属性p下指标k与指标q的Pearson相关系数；为某地区第j年的第q项二级指标的归一化计算值；为某地区第j年的第k项二级指标的归一化计算值；T为统计年份数；

步骤S23：根据步骤S22获得的指标关联系数，分别计算第i地区各属性下指标协调发展系数；

步骤S24：利用步骤S21至步骤S23，反复计算各地区指标协调发展系数，得到指标协调发展系数矩阵。

进一步地，步骤S21中所述系统的实际情况包括一级指标属性划分规则、二级指标类型的个数、实际统计年份长度。

进一步地，所述步骤S23具体为：在某地区某一属性范围下，属性所包含的n项二级指标间含有个关联系数，任选两个计算差值的绝对值，得到：

${\mathrm{\φ}}_p(p=1,2,\mathrm{...},C_S^2);$

计算地区i属性p的指标协调发展系数公式为：

${\mathrm{\θ}}_{ip}=1-\frac{\underset{p=1}{\overset{C_n^2}{\Σ}}{\mathrm{\φ}}_p}{C_S^2};$

对于地区i不同的一级指标属性，可计算获得θ_ip(p＝1,…,N₁)，N_I为一级指标属性个数，从而得到地区i的各属性下指标协调发展系数向量。

对于不同的地区i＝1,…,N_A(N_A为考察地区总个数)，采用步骤S21至步骤S23的方法分别进行计算，得到各地区各属性下指标协调发展系数矩阵。

进一步地，步骤S3中所述对一级指标权重进行修正具体包括以下步骤：

步骤S31：根据地区发展差异对比分析确定地区发展差异性矩阵；

步骤S32：采用模糊数学理论及归一化处理方法，得到不同地区的各属性权重修正矩阵；

步骤S33：根据步骤S32获得的结果，结合一级指标初始权重，得到考虑地区发展差异的修正的一级指标权重向量。

与现有技术相比，本发明有以下有益效果：本发明提供的电力系统电网发展协调性评价方法，根据国内尚未有广泛认同的电网综合评价因素的实际情况，以及地区发展不均下难以设定权重的问题，结合了相关性分析及模糊数学理论，能够对相关地区提出更科学的政策建议，该方法提高了对全网综合发展属性的评估，增强了地区差异性对比能力对评价结果的积极作用，用以提高电力系统协调性发展能力的评价及整改方法，对于发展不完善地区，提供责令其合理化发展的建议，保障智能电网的健康协调发展。且仿真实例表明，该方法能有效提供合理的电网协调性发展评价。

附图说明

图1为本发明方法原理流程示意图。

图2本发明实施例中电网发展协调性指标评价体系。

图3本发明实施例中地区电网无差异化评分结果对比曲线示意图。

图4本发明实施例中地区电网差异化评分结果对比曲线示意图。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明做进一步说明。

如图1所示为一种电网发展协调性评价方法算法流程图，包括在构建二级智能化电网综合评价指标体系的基础上，通过层次分析法，得到指标体系的初始权重设定环节；通过分析各二级指标的发展差异性，计算指标协调发展系数，推导得到的二级指标的评价修正值环节；通过分析地区差异性，计算一级指标的修正权重环节；根据修正后的指标评价值和权重，对电网进行协调发展评价环节。所述权重设定环节中指标体系包含6种一级指标体系(属性)及下属27种二级指标体系两大体系；所述二级指标评价环节包含3个地区电网，其中第i地区对应第i行指标发展协调系数矩阵元素；实际统计年份为T＝5年。

上述算法流程中，首先收集专家意见表，获得指标体系初始相关关联矩阵，并通过指标体系初始权重设定环节(1)采用层次分析法，得到各指标体系下指标初始权重，其中，第i个一级指标属性下的权重ω_ij对应该属性下的第j个二级指标权重，第i个一级指标属性的初始权重为ω_i；接下来采用二级指标的评价值修正环节(2)对各二级指标的发展差异性进行分析，对各二级指标值进行归一化处理，并计算同一属性下指标关联系数，计算指标协调发展系数矩阵，其第i行第j列表示地区i的j属性指标发展协调因子。通过二级指标归一化值、二级指标权重及指标协调发展系数矩阵获取i地区j年的q属性评价值；然后通过一级指标权重修正环节(3)采用地区发展差异性比较规则，通过分析地区差异性判断矩阵，结合一级指标属性权重，对一级指标权重进行修正，分地区得到第i地区的一级指标权重修正值；最后采用电网协调发展评价环节(4)根据环节(2)及环节(3)的计算结果，对各地区电网分别进行协调发展评价环节，生成各地区电网历年综合发展评价，基于设定的门槛值评价各地区电网发展协调性。

采用华东某省三个片区地区电网最近五年的6大属性共计27项二级指标数据进行分析计算，指标体系图如图2所示。图2中以考虑电网坚强性、安全可靠性、能效性、经济性、环境友好性和用户互动性六个方面为基础，建立一级指标属性体系，各属性指标体系下涵盖至少2个二级指标。所收集的基础数据为最近5年的分地区指标值。

本实施例具体步骤如下：

(1)构建二级智能化电网综合评价指标体系，采集27项二级指标最近5年的指标值，并设定各属性下二级指标的关联关系矩阵，以及一级属性间关联关系矩阵，通过层次分析法，得到指标体系的初始权重；

(2)对各二级指标值进行归一化处理，分别对不同的地区，计算不同属性下指标关联系数，计算指标协调发展系数矩阵，所得指标协调发展系数矩阵其第i行第j列表示地区i的j属性指标发展协调因子。结合二级指标归一化值、二级指标权重及指标协调发展系数矩阵获取i地区j年的q属性评价值；

该环节中生成i地区各属性的指标协调发展系数向量命令代码为：

其中，N_Index(q)为属性q包含的二级指标个数；R为地区i属性q下的指标间Pearson相关系数，theta为地区i的指标协调发展系数向量。

通过计算得到各地区指标协调发展系数矩阵如表1所示。

表1各地区指标协调发展系数矩阵表

属性	坚强性	安全可靠性	能效性	经济性	环境友好性	用户互动性
							地区1	0.6509	0.6272	0.8191	1.0000	0.6764	0.9521
地区2	0.6717	0.8243	0.8440	1.0000	0.8247	0.3933
							地区3	0.7166	0.7715	0.8832	1.0000	0.7713	0.4078

(3)采用地区发展差异性比较规则，通过分析地区差异性判断矩阵，结合一级指标属性权重，对一级指标权重进行修正，分地区得到一级指标权重修正值，获得一级指标权重修正向量；

通过计算得到各地区一级指标属性修正权重如表2所示。

表2各地区一级指标属性修正权重表

属性	坚强性	安全可靠性	能效性	经济性	环境友好性	用户互动性
							地区1	0.2911	0.1462	0.1287	0.0794	0.2092	0.1453
地区2	0.1218	0.0574	0.3999	0.2835	0.0762	0.0611
							地区3	0.4779	0.3921	0.0531	0.0433	0.0175	0.0161

(4)对各地区电网分别进行协调发展评价环节，生成各地区电网历年综合发展评价，基于设定的门槛值评价各地区电网发展协调性。

该例中生成指标协调发展系数矩阵及一级指标权重修正向量后，各地区电网历年综合发展评价的计算具体命令为：

其中，IndexNum为二级指标综述，AreaNum为地区个数，PropertyNum为一级属性个数，T为统计年份数，A为归一化后的二级指标数据矩阵，规模为T*IndexNum行AreaNum列，Weight为二级指标权重矩阵，Ev1为二级指标评价值，Ev2为各地区一级指标评价修正值，theta(i,q)为地区i属性q的指标协调发展系数，Ev3为各地区历年电网发展协调性评价结果，Lamda为PropertyNum行AreaNum列的各地区一级指标修正权重矩阵。

通过计算得到各地区考虑地区发展差异的评价结果，表中同时提供了对简单的无差异化评价计算后的数据对比。

表3各地区考虑地区发展差异的评价结果

采用本发明后的电网发展协调性评价如下：

对于最近的2014年度，无差异化评分结果表明三个地区的协调性发展评价分别为：地区1(0.6042)，地区2(0.5974)，地区3(0.5744)。表明了地区1的发展协调性最优。结合指标发展协调性及地区发展差异性，三个地区的协调性发展评价分别为：地区1(0.5002)，地区2(0.4601)，地区3(0.3928)，地区1的发展协调性评价仍未最优，各地区评价优劣与无差异化评价结果的排序相同。但明显可以发现，考虑指标发展协调性和地区差异性后，各地区的发展指标值都有所下降，如果以0.5作为发展协调性的门槛值，则只有地区1的差异化评分结果是合格的。

各地区无差异化评价结果趋势如图3所示。从图3可以看到:

1)前三年的评价结果较为规律，三个地区的评价结果为地区3最优，地区1次之。

2)但近两年评价结果发生了变化，三个地区中，地区1成为最优发展区，而排名最佳的地区3变为评价最差的地区。

各地区的差异化评价结果趋势如图4所示。从图中可以看到：

各地区的差异化评价结果每年都在变化，且每年评价最优的地区也在变化；

最早(2010年)评价最优的地区3，经历了几年的发展后，差异化评价结果变为落后。这说明考虑差异性的评价结果，能够区分出各地区发展的弊端，明确提供地区发展的较为苛刻的评价。

其他年份的数据发展对比结果，亦表明了考虑指标发展协调性及地区发展差异性的必要性。算例分析表明了差异性评价结果能够提高对全网综合发展属性的评估，增强地区差异性对比能力对评价结果的积极作用，提高电力系统协调性发展能力的评价及整改方法，保障各地区电网有方向性的健康协调发展。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。

Claims (5)

1.一种电力系统电网协调性发展评价方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤S1：收集专家意见表，获得指标体系初始关联矩阵，采用层次分析法，得到各指标体系下的指标初始权重；其中，第i个一级指标属性下的权重ω_ij对应该属性下的第j个二级指标权重，第i个一级指标属性的初始权重为ω_i；

步骤S2：对各二级指标的发展差异性进行分析，对各二级指标值进行归一化处理，并计算同一属性下指标的关联系数，计算指标协调发展系数矩阵，其第i行第j列表示地区i的j属性指标发展协调因子；通过二级指标归一化值、二级指标权重及指标协调发展系数矩阵获取i地区j年的q属性评价值；

步骤S3：采用地区发展差异性比较规则，通过分析地区差异性判断矩阵，结合一级指标属性权重，对一级指标权重进行修正，分地区得到第i地区的一级指标权重修正值；

步骤S4：根据步骤S2与步骤S3的计算结果，对各地区电网分别进行协调发展评价环节，生成各地区电网历年综合发展评价，基于设定的门槛值评价各地区电网发展协调性。

2.根据权利要求1所述的一种电力系统电网协调性发展评价方法，其特征在于：所述步骤S2中第i地区的指标协调发展系数矩阵的推算包括如下步骤：

步骤S21：根据系统的实际情况归一化二级指标矩阵；

步骤S22：利用相关关系法，分别计算各属性下二级指标间关联系数；对不同地区，分别计算在不同属性集下指标间的相关性，在某一级属性指标体p系下指标k与指标q之间的关联性计算原理为：

$r_{kq}^{\left(p\right)}=\frac{\underset{j=1}{\overset{T}{\Σ}}{y}_{ijk}^{\left(p\right)}{y}_{ijq}^{\left(p\right)}-\frac{\underset{j=1}{\overset{T}{\Σ}}{y}_{ijk}^{\left(p\right)}\underset{j=1}{\overset{T}{\Σ}}{y}_{ijq}^{\left(p\right)}}{T}}{\sqrt{(\underset{j=1}{\overset{T}{\Σ}}{\left(y_{ijk}^{\left(p\right)}\right)}^2-\frac{{\left(\underset{j=1}{\overset{T}{\Σ}}{y}_{ijk}^{\left(p\right)}\right)}^2}{T})(\underset{j=1}{\overset{T}{\Σ}}{\left(y_{ijq}^{\left(p\right)}\right)}^2-\frac{{\left(\underset{j=1}{\overset{T}{\Σ}}{y}_{ijq}^{\left(p\right)}\right)}^2}{T})}};$

其中，为属性p下指标k与指标q的Pearson相关系数；为某地区第j年的第q项二级指标的归一化计算值；为某地区第j年的第k项二级指标的归一化计算值；T为统计年份数；

步骤S23：根据步骤S22获得的指标关联系数，分别计算第i地区各属性下指标协调发展系数；

步骤S24：利用步骤S21至步骤S23，反复计算各地区指标协调发展系数，得到指标协调发展系数矩阵。

3.根据权利要求2所述的一种电力系统电网协调性发展评价方法，其特征在于：步骤S21中所述系统的实际情况包括一级指标属性划分规则、二级指标类型的个数、实际统计年份长度。

4.根据权利要求2所述的一种电力系统电网协调性发展评价方法，其特征在于：所述步骤S23具体为：在某地区某一属性范围下，属性所包含的n项二级指标间含有个关联系数，任选两个计算差值的绝对值，得到：

${\mathrm{\φ}}_p(p=1,2,...,C_S^2);$

计算地区i属性p的指标协调发展系数公式为：

${\mathrm{\θ}}_{ip}=1-\frac{\underset{p=1}{\overset{C_n^2}{\Σ}}{\mathrm{\φ}}_p}{C_S^2};$

对于地区i不同的一级指标属性，可计算获得θ_ip(p＝1,…,N₁)，N_I为一级指标属性个数，从而得到地区i的各属性下指标协调发展系数向量。

5.根据权利要求1所述的一种电力系统电网协调性发展评价方法，其特征在于：步骤S3中所述对一级指标权重进行修正具体包括以下步骤：

步骤S31：根据地区发展差异对比分析确定地区发展差异性矩阵；

步骤S32：采用模糊数学理论及归一化处理方法，得到不同地区的各属性权重修正矩阵；

步骤S33：根据步骤S32获得的结果，结合一级指标初始权重，得到考虑地区发展差异的修正的一级指标权重向量。