CN107123982B - 一种基于设备异动的配电网可靠性经济效益分析方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于设备异动的配电网可靠性经济效益分析方法，通过获取供电区域设备的异动信息，计算投资成本，并将可靠性投资与预安排停电事件匹配，获取关联关系，根据所述异动信息，建立可靠性投资前后配电网可靠性提升预测模型和配电网可靠性投资经济效益的计算模型，当供电区域设备异动时，采用所述配电网可靠性投资效益的计算模型计算配电网可靠性投资效益。本发明的技术方案解决了配电网可靠性经济效益分析中投资数据来源问题，以及在宏观层面通过历史停电及可靠性投资数据即可求取配电网可靠性提升量的问题，同时建立了综合的配电网可靠性经济效益分析模型，从而能更精确的反映配电网投资对配电网可靠性的影响。

Description

一种基于设备异动的配电网可靠性经济效益分析方法

技术领域

本发明涉及经济效益分析方法，具体涉及一种基于设备异动的配电网可靠性经济效益分析方法。

背景技术

研究配电网可靠性投资经济效益的计算和评估方法，有利于电网公司根据不同投资水平产生的不同可靠性投资经济效益，对不同配电网建设改造的正效益、负效益、以及综合效益进行评测和考核。

为了建立配电网可靠性投资效益分析模型，需要可信度高的配电网可靠性与经济性数据源。目前，电网企业在可靠性管理过程中，会记录电网发生停电事件的时间、停电区域、停电时户数等信息，这些信息通过负荷采集点的自动采集装置自动上传到可靠性管理系统，拥有足够的可信度。然而经济性数据源的获取因项目施工时间跨度大、项目分包混乱等原因，导致投资数据收资困难。

目前，国家电网公司在线运行的与配电网可靠性、经济性相关的系统主要为设备(资产)运维精益管理系统(PMS2.0)、电能质量在线监测系统。就信息和数据结构、元件设备组成、数据库输入输出变量而言，上述两个系统均存在信息不对称、变量关系紊乱、开发平台不统一等不利因素。如何根据上述两套在线运行的数据库信息，寻找和发现相关数学物理统计规律和计算方法，探索可靠性投资与经济效益之间的关联关系，是一项具有挑战性的工作

因此，迫切需要一种配电网可靠性投资经济效益分析方法，将可靠性投资与经济效益之间的关联起来，建立可靠性投资经济效益计算模型。

发明内容

为了解决现有技术中所存在的上述不足，本发明提供一种基于设备异动的配电网可靠性经济效益分析方法。所述分析方法包括：

步骤1：获取所述供电区域设备的异动信息；

步骤2：依据异动的设备，计算投资成本；

步骤3：将投资成本与预安排停电事件匹配，获取关联关系；

步骤4：根据所述异动信息，建立可靠性投资前后配电网可靠性提升预测模型；

步骤5：建立配电网可靠性投资效益的计算模型；

步骤6：当供电区域设备异动时，采用所述配电网可靠性投资效益的计算模型计算配电网可靠性投资效益。

优选的，所述步骤3的施工与配电网停电数据信息的关联关系如下式所示：

式中，A₁反映单位投资引起的缺供电量；d为当月天数，m_i为当日停电的缺供电量总和，C_invest为通过设备异动计算的可靠性投资；A₂反映单位投资引起的停电时户数；z_i为当日停电的停电时户数总和。

优选的，所述步骤4配电网可靠性提升预测模型通过对最小二乘支撑向量机采用拉格朗日乘子法和卡罗需‐库恩‐塔克条件共同作用下得到。

优选的，所述的配电网可靠性提升预测模型如下式所示：

式中，λ_i：拉尔朗日乘子，b：偏执量，K(x_i,x_j)表示从样本输入空间，通过非线性映射到高维特征空间的核函数，i＝1,...,l，j＝1,...,l。

优选的，所述最小二乘支持向量按下式计算：

y＝f(x)＝ω·φ(x)+b (4)

对所述最小二乘支持向量机采用拉格朗日乘子法如下式所示：

所述卡罗需‐库恩‐塔克条件如下式所示：

式中，训练样本集{(x_i,y_i)}，i＝1,...,n，n为训练样本的容量，x_i∈Rⁿ为样本输入，y_i∈R为样本输出值；ω为权向量，b是偏执量；φ(x)为从低维空间到高维空间的映射；e_i为误差，e∈R^l×1为误差向量；λ：拉格朗日乘子，λ∈R^l×1；λ＝[λ₁,λ₂,...λ_l]^T，E＝[1,1,...1]^T为l×1维列向量，Y＝[y₁,y₂,...,y_l]^T，I为单位矩阵，K为适宜的核函数，且

优选的，所述步骤5的配电网可靠性经济效益分析与评估模型如下式所示：

式中，A₃为综合的配电网可靠性综合效益指标，(RS-2)_i+1为通过配电网可靠性提升预测模型预测的供电可靠性指标，(RS-2)_i为投资的上一周期的可靠性指标，h为区域供电总户数，C_invest为预测周期的投资金额，A₂为单位投资导致的预安排停电时户数。

优选的，所述步骤2的设备异动的投资成本按下式计算：

配电网建设投资总金额＝基价+人工费×153.1％+设备费×107.51％(8)

式中，不同设备的基价、人工费、设备费依据实际情况定。

一种基于设备异动的配电网可靠性经济效益分析装置，所述装置包括：依次连接的数据库模块、数据处理模块、输入模块、分析模块和输出模块；

所述数据库模块用于收集并存储供电区域设备的异动信息；

所述数据处理模块用于计算异动的设备的投资成本，并将所述投资成本与预安排停电事件匹配，获取关联关系；

所述输入模块用于将数据处理模块处理的数据传输至所述分析模块；

所述分析模块根据故障停电信息建立可靠性投资前后配电网可靠性提升预测模型，预测故障停电的可靠性，并根据所述输入模块传输的数据，通过配电网可靠性投资效益的计算模型，得到配电网可靠性投资效益；

所述输出模块用于输出配电网可靠性投资效益值。

与最接近的现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

(1)本发明基于传统配电网可靠性经济效益分析中投资数据不可信的问题，由PMS2.0系统设备异动信息，建立了配电网可靠性投资的计算模型，从而解决了配电网可靠性经济效益分析中投资数据来源问题。

(2)本发明提出一种在配电网拓扑结构未知的情况下，通过历史数据，预测一定时间段内配电网可靠性的方法，从而可解决在宏观层面通过历史停电及可靠性投资数据即可求取配电网可靠性提升量的问题。

(3)本发明考虑预安排停电，建立了综合的配电网可靠性经济效益分析模型，从而使模型能更精确的反映配电网投资对配电网可靠性的影响。

附图说明

图1为本发明的配电网可靠性投资经济效益分析方法流程图；

图2为本发明的PMS2.0系统与电能质量在线监测系统匹配示意图；

图3为本发明的故障停电对配电网可靠性预测流程图。

具体实施方式

为了更好地理解本发明，下面结合说明书附图和实例对本发明的内容做进一步的说明。

本发明提供一种基于设备异动的配电网可靠性经济效益分析方法，所述方法包括如下步骤：

步骤1：获取所述供电区域设备的异动信息

设备(资产)运维精益管理系统(PMS2.0)是面向运维检修部门的统一设备(资产)运维精益管理系统，覆盖运维检修业务和生产管理过程。实现设备(资产)从规划、安装、运行、退役、再利用直至报废的资产全寿命管理。

PMS2.0系统中记录有设备(资产)的变更信息，包括设备物理参数信息(设备类别、设备类型、电压等级)、设备变更信息(设备增加方式、投运时间)等。将PMS2.0数据按照站房、间隔单元、架空线路、电缆线路、配电站内一次设备的分类依据，分别以excel的形式导出各月设备异动表。

电网可靠性数据存放于电能质量在线监测系统中，其中“停电结束时间”、“停电性质”、“停电时户数”均为结构化数据。将某供电区域配电网可靠性数据以excel的形式导出，并对其进行数据预处理，将停电数据按停电性质分为预安排停电数据与故障停电数据。

步骤2：依据异动的设备，计算投资成本

依据异动设备的物理参数信息与《20kV及以下配电网工程建设预算编制与计算标准》、《国网电力物资预算价格》两份文件的相关规定，计算设备异动的投资成本。

根据《20kV及以下配电网工程建设预算编制与计算标准》文件的有关规定，配电网建设成本由安装工程费、设备购置费、其他费用和动态费用构成。各项费用内容与计算公式详见表1。

表1 配电网建设投资成本各项费用内容与计算公式详表

综合表1中的计算公式，可以通过如下公式计算得到因设备异动引起的配电网可靠性投资总额。公式如下：

配电网建设投资总金额＝基价+人工费×153.1％+设备费×107.51％ (1)

式(1)中，不同设备的基价、人工费、设备费依据具体实际值定。

步骤3：将投资成本与预安排停电事件匹配，获取关联关系

将设备异动的时间参数信息与电能质量在线监测系统中的施工停电时间匹配，获得因设备异动施工导致的配电网停电数据信息，两个信息化系统的数据融合方法见附图2。

通过匹配PMS2.0系统设备异动信息与电能质量在线监测系统中预安排停电的停电终止日期进行匹配，将设备异动信息与配电网可靠性数据联系起来，得到单月各电压等级的设备异动施工引起的缺供电量总量和停电时户数总量。进而通过匹配日期字段，可将配电网建设投资与施工停电关联起来，从而实现对配电网可靠性投资经济效益的分析研究。

单位投资引起的缺供电量计算公式如下：

式中，A₁反映单位投资引起的缺供电量，A₁数值越大，表示单位投资引起的缺供电量越多。d为当月天数，m_i为当日停电的缺供电量总和，C_invest为通过设备异动计算的可靠性投资。

单位投资引起的停电时户数计算公式如下：

式中，A₂反映单位投资引起的停电时户数，A₂数值越大，表示单位投资引起的停电时户数越多。d为当月天数，z_i为当日停电的停电时户数总和。C_invest为通过设备异动计算的可靠性投资。

通过将配电网建设投资与施工停电关联，即可获得投资当月单位投资造成的预安排停电量。

步骤4：根据异动信息，建立可靠性投资前后配电网可靠性提升预测模型

在配电网拓扑结构未知情况下，建立可靠性投资前后配电网可靠性提升预测模型，即可获得可靠性投资数据投资前后供电可靠性的提升，因步骤3已计算预安排停电对配电网可靠性的影响，因此该部分的可靠性预测仅预测故障停电对配电网可靠性的影响。

配电网当月的可靠性与预测月度月份、预测月度恶劣天气天数、预测月度前一年配电网总投资金额、预测地点当前可靠性水平共4个因素密切相关。为此，采用一种基于最小二乘支持向量机进行配电网可靠性提升预测。

如图3所示：依次为对历史数据预处理、数据归一化处理形成样本矩阵、确定参数、求解目标函数得到回归方程，利用回归方程进行可靠性预测。

最小二乘支持向量机的回归原理：给定一组训练样本集{(x_i,y_i)}，i＝1,...,n，其中n为训练样本的容量，x_i∈Rⁿ为样本输入，y_i∈R为样本输出值。对训练样本进行非线性回归，最小二乘支持向量机的核心思想是通过一个非线性映射φ(x)，将训练样本映射到高维特征空间，然后在高维特征空间中进行线性回归，此时回归函数为：

y＝f(x)＝ω·φ(x)+b (4)

其中ω为权向量，b是偏执量，φ(x)为从低维空间到高维空间的映射。此时最小二乘支持向量机的优化问题为：

s.t.ω^Tφ(x_i)+b+e_i＝y_i,i＝1,...,l (5)

其中，e_i为误差，e∈R^l×1为误差向量，C(C＞0)为正则化参数，控制误差的惩罚程度。引入拉格朗日乘子λ，λ∈R^l×1，式(5)转化为

由卡罗需-库恩-塔克条件得

消去ω和e，则式(6)的解为:

其中λ＝[λ₁,λ₂,...λ_l]^T，E＝[1,1,...1]^T为l×1维列向量，Y＝[y₁,y₂,...,y_l]^T，I为单位矩阵，K为适宜的核函数，且

为了简化计算过程，用原空间中的核函数代替在高维特征空间中的点积运算。

最小二乘支持向量机的预测模型为：

其中，λ_i，b可由上式的线性方程求出，K(x_i,x_j)表示从样本输入空间，通过非线性映射到高维特征空间的核函数。且采用RBF核函数作为最小二乘支持向量机模型中的核函数。

预测模型输入样本选取的每个输入样本均含有4个特性指标：配电网当月的可靠性与预测月度月份、预测月度恶劣天气天数、预测月度前一年配电网总投资金额、预测地点当前可靠性水平。

根据历史数据样本，通过最小二乘支持向量机的预测模型，即可预测某月仅考虑故障停电的可靠性指标。

步骤5：建立配电网可靠性投资经济效益的计算模型。

综合考虑配电网可靠性投资负效益、正效益，建立配电网可靠性投资经济效益的计算模型。

可靠性投资经济效益的计算模型如下：

式中，A₃为综合的配电网可靠性综合效益指标，(RS-2)_i+1为通过配电网可靠性提升预测模型预测的供电可靠性指标，(RS-2)_i为投资的上一周期的可靠性指标，h为该区域供电总户数，C_invest为预测周期的投资金额，A₂为单位投资导致的预安排停电时户数。

步骤6：当供电区域设备异动时，采用所述配电网可靠性投资效益的计算模型计算配电网可靠性投资效益

容易看出，A₃的值大于0，说明可靠性投资的实施可带来经济效益，且该值越大，可靠性经济效益也越大。

一种基于设备异动的配电网可靠性经济效益分析装置，该装置包括：依次连接的数据库模块、数据处理模块、输入模块、分析模块和输出模块；

数据库模块用于收集并存储供电区域设备的异动信息；

数据处理模块用于计算异动的设备的投资成本，并将投资成本与预安排停电事件匹配，获取关联关系；

输入模块用于将数据处理模块处理的数据传输至分析模块；

分析模块根据故障停电信息建立可靠性投资前后配电网可靠性提升预测模型，预测故障停电的可靠性，并根据所述输入模块传输的数据，通过配电网可靠性投资效益的计算模型，得到配电网可靠性投资效益；

输出模块用于输出配电网可靠性投资效益值。

本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD‐ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

以上仅为本发明的实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均包含在申请待批的本发明的权利要求范围之内。

Claims (6)

1.一种基于设备异动的配电网可靠性经济效益分析方法，其特征在于，所述方法包括：

步骤1：获取供电区域设备的异动信息；

步骤2：依据异动的设备，计算投资成本；

步骤3：将投资成本与预安排停电事件匹配，获取关联关系；

步骤4：根据所述异动信息，建立可靠性投资前后配电网可靠性提升预测模型；

步骤5：建立配电网可靠性投资效益的计算模型；

步骤6：当供电区域设备异动时，采用所述配电网可靠性投资效益的计算模型计算配电网可靠性投资效益；

所述步骤5的配电网可靠性投资效益的计算模型如下式所示：

式中，A₃为综合的配电网可靠性综合效益指标，(RS-2)_i+1为通过配电网可靠性提升预测模型预测的供电可靠性指标，(RS-2)_i为投资的上一周期的可靠性指标，h为区域供电总户数，C_invest为预测周期的投资金额，A₂为单位投资导致的预安排停电时户数；

所述步骤3的施工与配电网停电数据信息的关联关系如下式所示：

式中，A₁反映单位投资引起的缺供电量；d为当月天数，m_i为当日停电的缺供电量总和，C_invest为预测周期的投资金额；A₂单位投资导致的预安排停电时户数；z_i为当日停电的停电时户数总和。

2.如权利要求1所述的配电网可靠性经济效益分析方法，其特征在于，所述步骤4配电网可靠性提升预测模型通过对最小二乘支持向量机采用拉格朗日乘子法和卡罗需-库恩-塔克条件共同作用下得到。

3.如权利要求2所述的配电网可靠性经济效益分析方法，其特征在于，所述的配电网可靠性提升预测模型如下式所示：

式中，λ_i：拉尔朗日乘子，b：偏执量，K(x_i,x_j)表示从样本输入空间，通过非线性映射到高维特征空间的核函数，i＝1,...,l，j＝1,...,l。

4.如权利要求2所述的配电网可靠性经济效益分析方法，其特征在于，所述最小二乘支持向量机 按下式计算：

y＝f(x)＝ω·φ(x)+b (4)

对所述最小二乘支持向量机采用拉格朗日乘子法如下式所示：

所述卡罗需-库恩-塔克条件如下式所示：

式中，训练样本集{(x_i,y_i)}，i＝1,...,n，n为训练样本的容量，x_i∈Rⁿ为样本输入，y_i∈R为样本输出值；ω为权向量，b是偏执量；φ(x)为从低维空间到高维空间的映射；e_i为误差，e∈R^l×1为误差向量；λ：拉格朗日乘子，λ∈R^l×1；λ＝[λ₁,λ₂,...λ_l]^T，E＝[1,1,...1]^T为l×1维列向量，Y＝[y₁,y₂,...,y_l]^T，I为单位矩阵，K为适宜的核函数，且

J(ω,b,e)为原始目标函数。

5.如权利要求1所述的配电网可靠性经济效益分析方法，其特征在于，所述步骤2的设备异动的投资成本按下式计算：

配电网建设投资总金额＝基价+人工费×153.1％+设备费×107.51％ (8)

式中，不同设备的基价、人工费、设备费依据实际情况定。

6.一种基于设备异动的配电网可靠性经济效益分析装置，其特征在于，所述装置包括：依次连接的数据库模块、数据处理模块、输入模块、分析模块和输出模块；

所述数据库模块用于收集并存储供电区域设备的异动信息；

所述数据处理模块用于计算异动的设备的投资成本，并将所述投资成本与预安排停电事件匹配，获取关联关系；

所述输入模块用于将数据处理模块处理的数据传输至所述分析模块；

所述分析模块根据故障停电信息建立可靠性投资前后配电网可靠性提升预测模型，预测故障停电的可靠性，并根据所述输入模块传输的数据，通过配电网可靠性投资效益的计算模型，得到配电网可靠性投资效益；

所述输出模块用于输出配电网可靠性投资效益值；

可靠性投资效益的计算模型如下式所示：

式中，A₃为综合的配电网可靠性综合效益指标，(RS-2)_i+1为通过配电网可靠性提升预测模型预测的供电可靠性指标，(RS-2)_i为投资的上一周期的可靠性指标，h为区域供电总户数，C_invest为预测周期的投资金额，A₂为单位投资导致的预安排停电时户数；

所述数据处理模块通过下式获取关联关系：

式中，A₁反映单位投资引起的缺供电量；d为当月天数，m_i为当日停电的缺供电量总和，C_invest为预测周期的投资金额；A₂单位投资导致的预安排停电时户数；z_i为当日停电的停电时户数总和。

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