CN109242273A - 一种配电网故障恢复方案群体评估方法 - Google Patents

一种配电网故障恢复方案群体评估方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种配电网故障恢复方案群体评估方法，包括以下步骤：步骤1：构建配电网故障恢复方案群体评估指标；步骤2：确定故障恢复评估指标的属性数据和权重，形成评价矩阵和权重矩阵；步骤3：形成模糊决策矩阵和模糊权重矩阵；步骤4：得到规范化模糊决策矩阵，根据评估指标的权重形成加权规范化模糊决策矩阵；步骤5：根据加权规范化模糊决策矩阵计算模糊理想解；采用相似性测度计算待评估的故障恢复方案与模糊理想解之间的模糊相似度；步骤6：得到待评估的故障恢复方案与理想方案的贴近度，从而完成配电网故障恢复方案群体评估；本发明可兼顾多名调度专家的不同侧重点，保证评估结果的全面性和合理性。

Description

一种配电网故障恢复方案群体评估方法
技术领域
本发明涉及电力系统领域，具体涉及一种配电网故障恢复方案群体评估方法。
背景技术
配电网故障恢复作为智能电网自愈控制的重要环节，是配电网建设亟待完善的一项关键技术；配电网发生故障以后，调度人员需要综合考虑各种约束条件，尽可能快地指定最优的恢复方案；而在实际系统中，调度人员需处理的信息量极大，要求其在短时间内做出最优决策是十分困难的；现有的配电网故障方案恢复评估方法主要集中在单方评估，缺乏结合多名调度专家的意见形成的群体评估的方法。
发明内容
本发明提供一种可从多评估指标和多评估主体角度全面评估的配电网故障恢复方案群体评估方法。
本发明采用的技术方案是：一种配电网故障恢复方案群体评估方法，包括以下步骤：
步骤1：构建配电网故障恢复方案群体评估指标；
步骤2：确定故障恢复评估指标的属性数据和权重，形成评价矩阵和权重矩阵；
步骤3：根据步骤2得到的评价矩阵和权重矩阵，形成模糊决策矩阵和模糊权重矩阵；
步骤4：采用线性尺度变换得到规范化模糊决策矩阵，根据评估指标的权重形成加权规范化模糊决策矩阵；
步骤5：采用TOPSIS方法，根据加权规范化模糊决策矩阵计算模糊理想解；采用相似性测度计算待评估的故障恢复方案与模糊理想解之间的模糊相似度；
步骤6：采用TOPSIS排序法，得到待评估的故障恢复方案与理想方案的贴近度，从而完成配电网故障恢复方案群体评估。
进一步的，所述步骤1中评估指标包括：负荷恢复量I1、故障恢复后各馈线负荷容量裕度最小值I2、开关操作次数I3、故障恢复方案实施后各条馈线的负荷电流增量的最大值I4、负荷均衡率I5。
进一步的，所述步骤2中评价矩阵和权重矩阵的确定方法如下：
待评估的故障恢复方案集为K＝{Ki|i＝1,2,…,m}，参与方案评估的调度专家集为E＝{El|l＝1,2,…,s}，评估指标集为I＝{Ij|j＝1,2,…,n}；其中Ki为待评估的故障恢复方案，m为待评估的故障恢复方案个数，El为参与评估的调度专家，n为参数评估的调度专家个数，Ij为评估指标，n为评估指标个数；
评价指标的属性数据构成决策矩阵X＝(xij)m×n，调度专家对觉得矩阵中的数据进行评价，按照评价指标给出各恢复方案指标数据的正则梯形模糊数表示，形成评价矩阵的元素梯形模糊数其中aijl、bijl、cijl、dijl分别为梯形模糊数的属性值；
调度专家给出各评估指标权重的正则梯形模糊数表示，形成权重矩阵
其中，i＝1,2,…,m，j＝1,2,…,n，l＝1,2,…,s。
进一步的，所述模糊决策矩阵和模糊权重矩阵的确定方法如下：
根据模糊数表示的评价矩阵和权重矩阵形成恢复方案评估模糊数和
其中
形成基于正则梯形模糊数的模糊决策矩阵和模糊权重矩阵
进一步的，所述步骤4中的规范化模糊决策矩阵确定方法如下：
根据效益型指标或成本型指标中的一种确定规范化模糊决策矩阵
加权规范化模糊决策矩阵为其中
进一步的，所述步骤5中2的模糊理想解包括模糊正理想解和模糊负理想解
模糊相似度包括待评估的故障方案Ki与模糊正理想解间的模糊相似度：和待评估的故障方案Ki与模糊负理想解间的模糊相似度：
其中：Mv根据给出的相似度计算得到。
进一步的，所述步骤6中的贴近度计算方法如下：
进一步的，所述步骤5中模糊理想解的计算方法如下：
(1)
(2)
(3)
进一步的，所述步骤6中的模糊相似度测度计算方法如下：
(1)基于距离的广义模糊相似度：
式中，
其中：和均为广义梯形模糊数，为和的距离；
(2)基于单重心法的广义模糊相似度：
其中：为选择函数， 为两端属性值之差，为中间属性值之差；
(3)基于模糊数的高度、几何距离和周长因素的广义模糊相似度
其中：和分别为模糊数和的周长；
(4)基于模糊数的高度、几何距离和面积信息的广义模糊相似度
其中：和分别为模糊数和的面积；
式中：其中a1、a2、a3、a4为模糊数的属性值，b1、b2、b3、b4为模糊数的属性值；模糊数和的重心分别为(Xa,Ya)和(Xb,Yb)。
本发明的有益效果是：
(1)本发明从多评估指标和多评估主体的角度可全面评估配电网恢复方案；
(2)本发明兼顾多名调度专家不同侧重点，保证了故障恢复方案评估结果的全面性和合理性；
(3)本发明可辅助调度人员迅速制定恢复方案，对配电安全经济运行至关重要。
附图说明
图1为本发明流程示意图。
图2为本发明实施例中的六馈线配电网系统图。
图3为本发明实施例中各评估指标权重的正则梯形模糊数表示图。
图4为本发明实施例中方案S1指标数据的正则梯形模糊数表示图。
图5为本发明实施例中方案S2指标数据的正则梯形模糊数表示图。
图6为本发明实施例中方案S3指标数据的正则梯形模糊数表示图。
图7为本发明实施例中方案S4指标数据的正则梯形模数数表示图。
图8为本发明实施例中方案S5指标数据的正则梯形模糊数表示图。
图9为本发明实施例中方案S6指标数据的正则梯形模糊数表示图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步说明。
如图1所示，首先构架配电网故障恢复方案评估指标，调度专家给出各故障恢复方案指标数据和各评估指标权重的正则梯形模糊数表示，构成模糊决策矩阵；利用逼近理想排序法TOPSIS，采用四种模糊相似性和三种模糊理想解计算方法，依据贴进度大小得到配电网故障恢复方案的群体评估结果。
如图1所示，一种配电网故障恢复方案群体评估方法，包括以下步骤：
步骤1：构建配电网故障恢复方案群体评估指标；
评估指标包括：负荷恢复量I1，即所恢复的非故障失电区域的负荷电流之和、故障恢复后各馈线负荷容量裕度最小值I2、开关操作次数I3、故障恢复方案实施后各条馈线的负荷电流增量的最大值I4、负荷均衡率I5，即所有联络开关相邻馈线负荷均衡率的最大值。
步骤2：确定故障恢复评估指标的属性数据和权重，形成评价矩阵和权重矩阵；
评价矩阵和权重矩阵的确定方法如下：
首先采用语言变量刻画配电网评估指标的属性数值和权重；待评估的故障恢复方案集为K＝{Ki|i＝1,2,…,m}，参与方案评估的调度专家集为E＝{El|l＝1,2,…,s}，评估指标集为I＝{Ij|j＝1,2,…,n}；其中Ki为待评估的故障恢复方案，m为待评估的故障恢复方案个数，El为参与评估的调度专家，n为参数评估的调度专家个数，Ij为评估指标，n为评估指标个数；
评价指标的属性数据构成决策矩阵X＝(xij)m×n，调度专家对觉得矩阵中的数据进行评价，按照评价指标给出各恢复方案指标数据的正则梯形模糊数表示，形成评价矩阵的元素梯形模糊数其中aijl、bijl、cijl、dijl分别为梯形模糊数的属性值；
调度专家给出各评估指标权重的正则梯形模糊数表示，形成权重矩阵
其中，i＝1,2,…,m，j＝1,2,…,n，l＝1,2,…,s。
采用语言变量刻画配电网故障恢复评估指标的属性数据为：
VP(Very Poor)＝[0,0,1,2；1]；
P(Poor)＝[1,2,2,3；1]；
MP(Medium Poor)＝[2,3,4,5；1]；
F(Fair)＝[4,5,5,6；1]；
MG(Medium Good)＝[5,6,7,8；1]；
G(Good)＝[7,8,8,9；1]；
VG(Very Good)＝[8,9,10,10；1]。
采用语言变量刻画配电网故障恢复评估指标的权重为：
VL(Very low)＝[0,0,0.1,0.2；1]；
L(Low)＝[0.1,0.2,0.2,0.3；1]；
ML(Medium low)＝[0.2,0.3,0.4,0.5；1]；
M(Medium)＝[0.4,0.5,0.5,0.6；1]；
MH(Medium high)＝[0.5,0.6,0.7,0.8；1]；
H(High)＝[0.7,0.8,0.8,0.9；1]；
VH(Very High)＝[0.8,0.9,1,1；1]。
其中正则梯形模糊数的定义如下：
且λ∈(0,w]，若隶属度函数满足：
(1)是数轴X上闭区间[0,w]的连续映射；
(2)当x∈(-∞,a]∪[d,+∞)时，
(3)在闭区间[a,b]上严格递增；
(4)当x∈[b,c]时，
(5)在闭区间[c,d]上严格递减；
则模糊数为广义梯形模糊数，记为其中w为广义梯形模糊数的高度。
步骤3：根据步骤2得到的评价矩阵和权重矩阵，形成模糊决策矩阵和模糊权重矩阵；
模糊决策矩阵和模糊权重矩阵的确定方法如下：
根据模糊数表示的评价矩阵和权重矩阵形成恢复方案评估模糊数和
其中
形成基于正则梯形模糊数的模糊决策矩阵和模糊权重矩阵
步骤4：采用线性尺度变换得到规范化模糊决策矩阵，根据评估指标的权重形成加权规范化模糊决策矩阵；
为了降低评估计算的复杂度，采用线性尺度变换求取规范化模糊决策矩阵；
规范化模糊决策矩阵确定方法如下：
根据效益型指标或成本型指标中的一种确定规范化模糊决策矩阵
加权规范化模糊决策矩阵为其中
步骤5：采用TOPSIS方法，根据加权规范化模糊决策矩阵计算模糊理想解；采用相似性测度计算待评估的故障恢复方案与模糊理想解之间的模糊相似度；
模糊理想解包括模糊正理想解和模糊负理想解
模糊相似度包括待评估的故障方案Ki与模糊正理想解间的模糊相似度：和待评估的故障方案Ki与模糊负理想解间的模糊相似度：
其中：Mv根据给出的相似度计算得到。
其中可选择以下三种方法分别计算模糊理想解，并做比较分析：
(1)
(2)
(3)
可选择以下四种方法分别计算相似性测度：
(1)基于距离的广义模糊相似度：
式中，
其中：和均为广义梯形模糊数，为和的距离；
(2)基于单重心法的广义模糊相似度：
其中：为选择函数，
为两端属性值之差，为中间属性值之差；
(3)基于模糊数的高度、几何距离和周长因素的广义模糊相似度
其中：和分别为模糊数和的周长；
(4)基于模糊数的高度、几何距离和面积信息的广义模糊相似度
其中：和分别为模糊数和的面积；
式中：其中a1、a2、a3、a4为模糊数的属性值，b1、b2、b3、b4为模糊数的属性值；模糊数和的重心分别为(Xa,Ya)和(Xb,Yb)。
步骤6：采用TOPSIS排序法，得到待评估的故障恢复方案与理想方案的贴近度，从而完成配电网故障恢复方案群体评估；本发明可选择上述三种方法计算模糊理想解，选择上述四种方法计算模糊相似测度，可得到12中评估结果。
贴近度计算方法如下：
实施例
下面以如图2所示的复杂六馈线配电网系统验证算法的有效性；系统中馈线的额定电流为300A，Si为电源，CBi为断路器，Ai～Ei、Gi为分段开关，Fi为馈线，Zi为供电区域；B6、C1、C5、D1、D5、E3、E4、G4均为联络开关，系统正常运行时断开；为便于计算，选用A相电流参与计算；Z16区域(馈线F2出口处)发生永久性故障，形成的故障恢复候选方案集如表1所示。
表1.故障恢复候选方案集
根据表1形成决策矩阵X，由三名调度专家组成故障恢复方案评估委员会，分别为E1、E2和E3；每名调度专家给出各评估指标权重的正则梯形模糊数表示矩阵(如图3所示)和各故障恢复方案指标数据的正则梯形模糊数表示矩阵(如图4～9所示)；调度专家数可根据实际情况选择，可根据具体系统预先给出专家决策库，便于快速完成评估。
根据调度专家给出的模糊数表示矩阵，形成模糊决策矩阵计算规范化模糊决策矩阵形成模糊权重矩阵并计算加权规范化模糊决策矩阵矩阵中的元素如表2所示。
表2加权规范化模糊决策矩阵中的元素
采用上述三种方法分别求得模糊正理想解和模糊负理想解，如表3和表4所示：
表3. 3种计算方法求得的模糊正理想解
表4. 3种计算方法求得的模糊负理想解
根据四种相似性测度计算出各恢复方案指标数据与正负理想解间的模糊相似度，计算12种情况下各恢复指标数据与理想恢复方案的贴近度，并给出对应排序，如表5-8所示。
表5采用模糊相似性测度1的计算结果
表6采用模糊相似性测度2的计算结果
表7采用模糊相似性测度3的计算结果
表8采用模糊相似性测度4的计算结果
由表5～8可以看出，本发明方法利用4种相似性测度和3种理想解计算方法给出了合理的故障恢复方案群体评估结果。
本发明基于广义模糊相似度TOPSIS的故障恢复方案群体评估方法，可以兼顾多名调度专家的不同侧重点，保证了评估结果的全面性和合理性。

Claims (9)

1.一种配电网故障恢复方案群体评估方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1：构建配电网故障恢复方案群体评估指标；
步骤2：确定故障恢复评估指标的属性数据和权重，形成评价矩阵和权重矩阵；
步骤3：根据步骤2得到的评价矩阵和权重矩阵，形成模糊决策矩阵和模糊权重矩阵；
步骤4：采用线性尺度变换得到规范化模糊决策矩阵，根据评估指标的权重形成加权规范化模糊决策矩阵；
步骤5：采用TOPSIS方法，根据加权规范化模糊决策矩阵计算模糊理想解；采用相似性测度计算待评估的故障恢复方案与模糊理想解之间的模糊相似度；
步骤6：采用TOPSIS排序法，得到待评估的故障恢复方案与理想方案的贴近度，从而完成配电网故障恢复方案群体评估。
2.根据权利要求1所述的一种配电网故障恢复方案群体评估方法，其特征在于，所述步骤1中评估指标包括：负荷恢复量I1、故障恢复后各馈线负荷容量裕度最小值I2、开关操作次数I3、故障恢复方案实施后各条馈线的负荷电流增量的最大值I4、负荷均衡率I5。
3.根据权利要求1所述的一种配电网故障恢复方案群体评估方法，其特征在于，所述步骤2中评价矩阵和权重矩阵的确定方法如下：
待评估的故障恢复方案集为K＝{Ki|i＝1，2，…，m}，参与方案评估的调度专家集为E＝{El|l＝1，2，…，s}，评估指标集为I＝{Ij|j＝1，2，…，n}；其中Ki为待评估的故障恢复方案，m为待评估的故障恢复方案个数，El为参与评估的调度专家，n为参数评估的调度专家个数，Ij为评估指标，n为评估指标个数；
评价指标的属性数据构成决策矩阵X＝(xij)m×n，调度专家对觉得矩阵中的数据进行评价，按照评价指标给出各恢复方案指标数据的正则梯形模糊数表示，形成评价矩阵 的元素梯形模糊数其中aijl、bijl、cijl、dijl分别为梯形模糊数的属性值；
调度专家给出各评估指标权重的正则梯形模糊数表示，形成权重矩阵
其中，i＝1，2，…，m，j＝1，2，…，n，l＝1，2，…，s。
4.根据权利要求3所述的一种配电网故障恢复方案群体评估方法，其特征在于，所述模糊决策矩阵和模糊权重矩阵的确定方法如下：
根据模糊数表示的评价矩阵和权重矩阵形成恢复方案评估模糊数和
其中
形成基于正则梯形模糊数的模糊决策矩阵和模糊权重矩阵
5.根据权利要求4所述的一种配电网故障恢复方案群体评估方法，其特征在于，所述步骤4中的规范化模糊决策矩阵确定方法如下：
根据效益型指标或成本型指标中的一种确定规范化模糊决策矩阵
加权规范化模糊决策矩阵为其中
6.根据权利要求5所述的一种配电网故障恢复方案群体评估方法，其特征在于，所述步骤5中2的模糊理想解包括模糊正理想解和模糊负理想解
模糊相似度包括待评估的故障方案Ki与模糊正理想解间的模糊相似度：和待评估的故障方案Ki与模糊负理想解间的模糊相似度：
其中：Mv根据给出的相似度计算得到。
7.根据权利要求6所述的一种配电网故障恢复方案群体评估方法，其特征在于，所述步骤6中的贴近度计算方法如下：
8.根据权利要求6所述的一种配电网故障恢复方案群体评估方法，其特征在于，所述步骤5中模糊理想解的计算方法为以下方法中的一种：
(1)
(2)
(3)
9.根据权利要求6所述的一种配电网故障恢复方案群体评估方法，其特征在于，所述步骤6中的模糊相似度测度计算方法为以下方法中的一种：
(1)基于距离的广义模糊相似度：
式中，
其中：和均为广义梯形模糊数，为和的距离；
(2)基于单重心法的广义模糊相似度：
其中：为选择函数， 为两端属性值之差，为中间属性值之差；
(3)基于模糊数的高度、几何距离和周长因素的广义模糊相似度
其中：和分别为模糊数和的周长；
(4)基于模糊数的高度、几何距离和面积信息的广义模糊相似度
其中：和分别为模糊数科的面积；
式中：其中a1、a2、a3、a4为模糊数的属性值，b1、b2、b3、b4为模糊数的属性值；模糊数和的重心分别为(Xa，Ya)和(Xb，Yb)。
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