CN106845664A - 一种柔性直流环网控制装置选址方法 - Google Patents

Abstract

本方法涉及一种柔性直流环网控制装置选址方法，包括建立柔性直流环网控制装置选址综合评价指标体系；基于熵权理论获取指标权重；有效避免了因人为因素造成的干扰，通过理想解法对柔性直流环网控制装置各站址进行综合评估，快速有效地对各个待选方案进行综合评估，得出柔性直流环网控制装置站址的优劣排序。从而大大提高供电可靠性，改善负载均衡度，提高设备的利用率。

Description

一种柔性直流环网控制装置选址方法

技术领域

本发明属于柔性直流环网控制装置的选址问题，具体涉及一种柔性直流环网控制装置选址方法。

背景技术

城市配电网对容量和供电可靠性的需求日益增大，现有配电网一般都是环网设计、开环运行，仅在故障情况下实现转供合环，造成设备利用率较低、供电可靠性欠佳。随着柔性电力技术的发展和应用，利用柔性环网控制装置升级改造现有的中压配电网，实现中压配电网的闭环运行，可以大大提高配电网的供电可靠性，实现负荷均衡，提高设备的利用率。随着柔性环网控制装置的安装位置不同，系统的性能改善程度和经济安全性也不同。柔性环网控制装置选址属于离散型最优解问题。

关于选址问题的方法，目前对连续型解的方法较多，关于离散型解的不多。柔性直流环网控制装置应用到中压配电网并实现闭环运行尚属首次，柔性直流环网控制装置的选址方法暂且还没有研究先例。

发明内容

为了弥补上述空白，本发明提出一种柔性直流环网控制装置选址方法，通过该方法选择柔性直流环网控制装置的最佳安装位置，并将其应用到中压配电网领域，实现中压配电网闭环运行，以进一步提高供电可靠性。

本发明的目的是采用下述技术方案实现的：

一种柔性直流环网控制装置选址方法，所述方法包括，

1)建立柔性直流环网控制装置选址综合评价指标体系；

2)基于熵权理论获取指标权重；

3)通过理想解法对柔性直流环网控制装置各站址进行综合评估。

优选的，所述步骤1)柔性直流环网控制装置选址综合评价指标体系基于经济效益、技术因素、地理因素和环境因素建立，包括制定m个柔性直流环网控制装置选址方案，n个综 合评价指标，x_ij为第i个选址方案的第j项综合评价指标值，i∈[1,m]，j∈[1,n]，生成如下原始数据矩阵：

对原始数据矩阵X进行归一化处理，获得归一化矩阵Y＝(y_ij)_mn，并计算归一化矩阵Y中第i个选址方案的第j项综合评价指标值的比重，则：

式(1)中，y_ij为归一化矩阵Y中第i个选址方案的第j项综合评价指标值。

优选的，所述步骤2)包括：通过计算综合评价体系中第j项综合评价指标的信息熵和输出熵，获取所述利用熵权理论求取指标权重，其中：

所述信息熵通过式(2)确定：

进一步地，所述输出熵通过式(3)确定：

e_j＝e(y_ij)/lnn (3)

通过式(4)获取第j项综合评价指标值的差异系数：

g_j＝1-e_j，g_j∈[0,1] (4)

通过式(5)获取第j项综合评价指标值的权重，其表达式为：

w_j＝g_j/n-E_j (5)

式(5)中，w_j∈[0,1]且∑w_j＝1。

优选的，所述步骤3)通过理想解法对柔性直流环网控制装置各站地址进行综合评估具体包括：

构建柔直环控装置选址指标加权规范矩阵，由归一化矩阵Y和指标熵权矩阵向量W构造加权规范矩阵R，

获取所述加权规范矩阵R的正负理想解；

基于欧式距离计算方法，分别计算待选方案理想点和负理想点的欧式距离；

根据正负理想解的欧式距离，计算评价指标值与正理想解的相对接近度。

进一步地，所述加权规范矩阵R的表达式为：

其中，r_ij＝w_jy_ij；W＝[w₁,w₂…w_n]；i＝1,2,3…m，m为待选方案个数；j＝1,2,3…n，n为评价指标个数。

进一步地，所述获取加权规范矩阵R的正负理想解；其中，正理想解的各元素，即指标中的最优指标值，负理想解的各元素，即指标中的最差指标值；具体计算过程包括：

设效益型指标的集合为Ω⁺，成本型指标为Ω^-；则，

所述正理想解的表达式为：

R⁺＝{maxr_ij|1≤i≤m,j∈Ω⁺；minr_ij|1≤i≤m,j∈Ω^-} (6)

所述负理想解的表达式为：

R^-＝{maxr_ij|1≤i≤m,j∈Ω^-；minr_ij|1≤i≤m,j∈Ω⁺} (7)。

进一步地，所述基于欧式距离计算方法，分别计算待选方案理想点和负理想点的欧式距离中，所述欧式距离是指在空间内任意两个点之间的真实距离，其表达式为：

式(8)中，x_i和y_i分别表示空间内任意两点；

根据式(9)确定离正理想点的欧式距离：

式(9)中，和分别为R+和R-中的参数；

根据式(10)离负理想点的欧式距离为：

进一步地，根据正负理想解的欧式距离，计算评价指标值与正理想解的相对接近度，其表达式为：

式(11)中，c_i∈[0,1]；

按照相对接近度大小对选址方案的优劣进行排序，c_i越大相应的待选方案越优，反之待选方案越差。

与最接近的现有技术相比，本发明所达到的效果是：

本发明中利用熵权理论求取指标的权重，可以充分利用指标评价数据，有效避免因人为因素造成的指标权重设置不当问题；同时利用理想解法对柔性环网控制装置各站址方案进行综合评估评优，计算过程便捷、可操作性强，从而提高柔性环网控制装置的选址效率。

附图说明

图1为含柔性环网控制装置10kV环网工程示意图；

图2为柔性环网控制装置安装位置示意图；

图3为熵权理论求取指标权重流程；

图4为理想解法综合评估流程；

图5为各柔性环网控制装置待选站址对接近度。

具体实施方式：

目前，本发明鉴于中压柔性直流环网控制装置尚无成熟产品及相关的运行经验，首次涉及中压柔性环网控制装置选址方法的研究。创新提出构建基于中压柔性环网控制装置的选址评价 指标体系以及应用熵权理论和理想解法实现中压柔性直流控制装置的选址方法，首先确定基于中压柔性环网控制装置的选址评价指标体系，针对加装柔性环网控制装置的中压配电网，从定性和定量两个方面提出用于评价柔性环网控制装置选址方案的指标体系(主要包括成本指标、效益指标、适度指标和区间指标等)，并对各评价指标进行预处理。其次，制定中压柔性环网控制装置的选址方案，并应用熵权理论和理想解法对各方案进行评估和排序，以确定相对最优的选址方案。

应用熵权理论对各个选址评价指标进行熵权求解，并通过构建选址指标加权规范矩阵，应用理想解法确定各选址方案的排序，以相对接近度最高的方案为选址推荐方案。

如图1所示，利用柔性环网控制装置升级改造现有配电网形成的交直流混合配电网，实现环网运行，并与相邻线路实现互联，这样可以大大提高供电可靠性，改善负载均衡度，提高设备的利用率。

本发明提出的柔性直流环网控制装置选址方法，具体步骤包括：

1)建立柔性直流环网控制装置选址综合评价指标体系；综合评价指标体系的建立方法包括制定m个柔性直流环网控制装置选址方案，n个综合评价指标，x_ij为第i个选址方案的第j项综合评价指标值，i∈[1,m]，j∈[1,n]，生成如下原始数据矩阵：

对原始数据矩阵X进行归一化处理，获得归一化矩阵Y＝(y_ij)_mn，并计算归一化矩阵Y中第i个选址方案的第j项综合评价指标值的比重，则：

式(1)中，y_ij为归一化矩阵Y中第i个选址方案的第j项综合评价指标值。

2)基于熵权理论获取指标权重；如图3所示，利用熵权理论求取指标权重的流程，依次求取 无量纲矩阵，计算指标的信息熵和输出熵、差异系数和指标权重。有效避免了因人为因素造成的干扰，理想解法可以快速有效地对各个待选方案进行综合评估，得出柔性直流环网控制装置站址的优劣排序。步骤2)中，通过计算综合评价体系中第j项综合评价指标的信息熵和输出熵，获取所述利用熵权理论求取指标权重，其中：

所述信息熵通过式(2)确定：

所述输出熵通过式(3)确定：

e_j＝e(y_ij)/lnn (3)

通过式(4)获取第j项综合评价指标值的差异系数：

g_j＝1-e_j，g_j∈[0,1] (4)

通过式(5)获取第j项综合评价指标值的权重，其表达式为：

w_j＝g_j/n-E_j (5)

式(5)中，w_j∈[0,1]且∑w_j＝1。

3)通过理想解法对柔性直流环网控制装置各站址进行综合评估。如图4所示，理想解法综合评优的过程主要有求取加权规范矩阵、确定正负理想解、计算各选址方案与理想解的距离、计算各方案与正理想解的相对接近度、进行排序得到最优选址方案。其具体步骤包括：

构建柔直环控装置选址指标加权规范矩阵，由归一化矩阵Y和指标熵权矩阵向量W构造加权规范矩阵R，其表达式为：

其中，r_ij＝w_jy_ij；W＝[w₁,w₂…w_n]；i＝1,2,3…m，m为待选方案个数；j＝1,2,3…n，n为评价指标个数。

获取所述加权规范矩阵R的正负理想解；其中，正理想解的各元素，即指标中的最优指标值，负理想解的各元素，即指标中的最差指标值；具体计算过程包括：

设效益型指标的集合为Ω⁺，成本型指标为Ω^-；则，

所述正理想解的表达式为：

R⁺＝{maxr_ij|1≤i≤m,j∈Ω⁺；minr_ij|1≤i≤m,j∈Ω^-} (6)

所述负理想解的表达式为：

R^-＝{maxr_ij|1≤i≤m,j∈Ω^-；minr_ij|1≤i≤m,j∈Ω⁺} (7)。

基于欧式距离计算方法，分别计算待选方案理想点和负理想点的欧式距离；所述欧式距离是指在空间内任意两个点之间的真实距离，其表达式为：

式(8)中，x_i和y_i分别表示空间内任意两点；

根据式(9)确定离正理想点的欧式距离：

式(9)中，和分别为R+和R-中的参数；

根据式(10)离负理想点的欧式距离为：

根据正负理想解的欧式距离，计算评价指标值与正理想解的相对接近度，其表达式为：

式(11)中，c_i∈[0,1]；

按照相对接近度大小对选址方案的优劣进行排序，c_i越大相应的待选方案越优，反之待选方 案越差。

如图2所示，柔性环网控制装置实现配电线路环网运行，其安装位置一般在联络点和分段点。以三端柔性环网控制装置为例，实现了三条馈线间的环网运行，其安装位置大概有上图所示几处。以图2所示的三端柔性环网控制装置为例，共计7个柔性环网控制装置选址位置。3台变压器的容量均为10MVA，主变平均负载率分别为82％、81％和80％。三条线路均分三分段，每条线路最大容量均为2.5MVA，三条线路平均负载率分别为60％，65％和70％，其中馈线Ⅰ每段负荷为0.49MW、0.53MW和0.48MW，馈线Ⅱ每段负荷为0.50MW、0.525MW和0.60MW，馈线Ⅲ的每段负荷为0.65MW、0.60MW和0.50MW。

按照本发明内容进行计算得到归一化矩阵Y，各指标的熵值和权重，加权规范矩阵R，正负理想解R⁺和R^-，与正负理想解的距离和

表1待选站址方案的评价指标各类熵值和权重

正理想解：

R⁺＝(0.0213 0.0256 0.0213 0.0025 0.0368 0.0248 0.0178 0.0279 0.04780.0302 0.0305 0.0302 0.0298)

负理想解：

R^-＝(0.0350 0.0298 0.0350 0.0430 0.0221 0.0497 0.0351 0.0302 0.00780.0274 0.0274 0.0274 0.0266)

经

过计算后，得到了待选站址1至待选站址7与正负理想解的距离分别为和

最后计算各方案与正理想解之间的相对接近度c_i，计算公式如下：

通过计算各方案与正理想解的相对接近度分别为0.3561、0.5124、0.5790、0.4788、0.4934、0、4904和0.4538，具体分布如图5所示。可以看出各柔性环网控制装置的优劣程度为站址3最优，依次为站址2、站址5、站址6、站址4、站址7，站址1最差。

最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (8)

1.一种柔性直流环网控制装置选址方法，其特征在于，所述方法包括，

1)建立柔性直流环网控制装置选址综合评价指标体系；

2)基于熵权理论获取指标权重；

3)通过理想解法对柔性直流环网控制装置各站址进行综合评估。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤1)柔性直流环网控制装置选址综合评价指标体系基于经济效益、技术因素、地理因素和环境因素建立，包括制定m个柔性直流环网控制装置选址方案，n个综合评价指标，x_ij为第i个选址方案的第j项综合评价指标值，i∈[1,m]，j∈[1,n]，生成如下原始数据矩阵：

对原始数据矩阵X进行归一化处理，获得归一化矩阵Y＝(y_ij)_mn，并计算归一化矩阵Y中第i个选址方案的第j项综合评价指标值的比重，则：

$p_{ij}=y_{ij}/\underset{i=1}{\overset{n}{\Σ}}{y}_{ij}---\left(1\right)$

式(1)中，y_ij为归一化矩阵Y中第i个选址方案的第j项综合评价指标值。

3.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述步骤2)包括：通过计算综合评价体系中第j项综合评价指标的信息熵和输出熵，获取所述利用熵权理论求取指标权重，其中：

所述信息熵通过式(2)确定：

$e\left(y_{ij}\right)=\left\{\begin{array}{cc}-\underset{i=1}{\overset{m}{\Σ}}{y}_{ij}{\mathrm{lny}}_{ij}& y_{ij}>0\\ 0& y_{ij}=0\end{array}\right.---\left(2\right)$

所述输出熵通过式(3)确定：

e_j＝e(y_ij)/lnn (3)

通过式(4)获取第j项综合评价指标值的差异系数：

g_j＝1-e_j，g_j∈[0,1] (4)

通过式(5)获取第j项综合评价指标值的权重，其表达式为：

w_j＝g_j/n-E_j (5)

式(5)中，w_j∈[0,1]且∑w_j＝1。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤3)通过理想解法对柔性直流环网控制装置各站地址进行综合评估具体包括：

构建柔直环控装置选址指标加权规范矩阵，由归一化矩阵Y和指标熵权矩阵向量W构造加权规范矩阵R；

获取所述加权规范矩阵R的正负理想解；

基于欧式距离计算方法，分别计算待选方案理想点和负理想点的欧式距离；

根据正负理想解的欧式距离，计算评价指标值与正理想解的相对接近度。

5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述加权规范矩阵R的表达式为：

$R={\[r_{ij}\]}_{mn}={\[w_j{y}_{ij}\]}_{mn}=\left[\begin{array}{ccccc}{w}_1{r}_{11}& w_2{r}_{12}& \mathrm{...}& \mathrm{...}& w_n{r}_{1n}\\ w_1{r}_{21}& w_2{r}_{22}& \mathrm{...}& \mathrm{...}& w_n{r}_{2n}\\ .& .& .& .& .\\ .& .& .& .& .\\ .& .& .& .& .\\ w_1{r}_{m1}& w_2{r}_{m2}& \mathrm{...}& \mathrm{...}& w_n{r}_{mn}\end{array}\right]$

其中，r_ij＝w_jy_ij；W＝[w₁,w₂…w_n]；i＝1,2,3…m，m为待选方案个数；j＝1,2,3…n，n为评价指标个数。

6.如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述获取加权规范矩阵R的正负理想解；其中，正理想解的各元素，即指标中的最优指标值，负理想解的各元素，即指标中的最差指标值；具体计算过程包括：

设效益型指标的集合为Ω⁺，成本型指标为Ω^-；则，

所述正理想解的表达式为：

R⁺＝{maxr_ij|1≤i≤m,j∈Ω⁺；minr_ij|1≤i≤m,j∈Ω^-} (6)

所述负理想解的表达式为：

R^-＝{maxr_ij|1≤i≤m,j∈Ω^-；minr_ij|1≤i≤m,j∈Ω⁺} (7)。

7.如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述基于欧式距离计算方法分别计算待选方案理想点和负理想点的欧式距离中，所述欧式距离是指在空间内任意两个点之间的真实距离，其表达式为：

$d=\sqrt{\underset{i=1}{\overset{n}{\Σ}}{(x_i-y_i)}^2}---\left(8\right)$

式(8)中，x_i和y_i分别表示空间内任意两点；

根据式(9)确定离正理想点的欧式距离：

$d_i^{+}=\sqrt{\underset{j=1}{\overset{n}{\Σ}}{(r_j^{+}-r_{ij})}^2}---\left(9\right)$

式(9)中，和分别为R+和R-中的参数；

根据式(10)离负理想点的欧式距离为：

$d_i^{-}=\sqrt{\underset{j=1}{\overset{n}{\Σ}}{(r_j^i-r_{ij})}^2}---\left(10\right).$

8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，根据正负理想解的欧式距离，计算评价指标值与正理想解的相对接近度，其表达式为：

$c_i=\frac{d_i^{-}}{d_i^{+}+d_i^{-}}=1-\frac{d_i^{+}}{d_i^{+}+d_i^{-}}---\left(11\right)$

式(11)中，c_i∈[0,1]；

按照相对接近度大小对选址方案的优劣进行排序，c_i越大相应的待选方案越优，反之待选方案越差。