CN109359870B - 一种基于选择消去法的配电网故障恢复方案综合评估方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种基于选择消去法的配电网故障恢复方案综合评估方法，首先根据故障恢复方案候选方案集形成综合评估决策矩阵，计算恢复方案综合评估的规范化决策矩阵；接着采用组合赋权法计算评估指标的综合权重和加权决策矩阵；进而采用选择消去法确定最优故障恢复方案：分别计算恢复方案评估的和谐矩阵与不和谐矩阵、和谐性支配矩阵与不和谐性支配矩阵以及综合性支配矩阵，根据综合性支配矩阵中的优先关系评判故障恢复候选方案的优劣。本发明能够综合故障恢复方案的客观信息和调度专家经验的主观信息，合理地评估配电网故障恢复方案，可以最大限度地降低事故影响，实现配电网快速自愈。

Description

一种基于选择消去法的配电网故障恢复方案综合评估方法

技术领域

本发明涉及配电网故障恢复技术领域，具体为一种基于选择消去法的配电网故障恢复方案综合评估方法。

背景技术

在电力系统中的停电绝大多数由配电系统引起。随着配电网自动化、智能化程度的提高，通过配电网故障恢复重构，操控关联的联络开关闭合，将非故障失电区域的负荷转移至健全线路，可以最大限度地降低事故影响，实现配电网快速自愈。在实际配电网中，一般仅依赖调度人员的经验制定故障恢复方案，没有充分利用故障恢复方案自身指标数据的客观差异，使得恢复方案的制定仅仅片面考虑了主观信息。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的在于提供一种能够综合故障恢复方案的客观信息和调度专家经验的主观信息，合理地评估配电网故障恢复方案，可以最大限度地降低事故影响，实现配电网快速自愈的基于选择消去法的配电网故障恢复方案综合评估方法。技术方案如下：

一种基于选择消去法的配电网故障恢复方案综合评估方法，包括以下步骤：

步骤A：计算恢复方案综合评估的规范化决策矩阵

建立m×n维的故障恢复方案评估的决策矩阵X；m为故障恢复方案的个数，n为评估指标的个数，x_ij为X中元素，i＝1,2,…,m；j＝1,2,…,n，即第i个故障恢复方案的第j个评估指标；

对量纲不一致的故障恢复评估进行规范化处理：

对于效益型指标

对于成本型指标

利用公式

进行规范化，得到恢复方案综合评估的规范化决策R＝[r_ij]，R中元素r_ij∈[0,1]；r_ij′和r_ij分别表示的是归一化后的决策矩阵元素和规范化后的决策矩阵元素。

步骤B：计算恢复方案综合评估的加权规范化决策矩阵

B1：采用熵权法计算评估指标的客观权重：O＝[o₁,o₂,…,o_j,…,o_n]；

第j个评估指标的熵：

式中，k＝1/lnn；

当f_ij＝0时，f_ijlnf_ij＝0；f_ij表示的是各指标下方案指标值所占的比重；

第j个评估指标的熵权：

B2：根据调度专家的专业经验对各评估指标赋予相应的主观权重：S＝[s₁,s₂,…,s_j,…,s_n]；

B3：将客观权重和主观权重综合起来得到故障恢复方案的主客观综合权重：

W＝[w₁,w₂,…,w_j,…,w_n]

其中，

对规范化的决策R赋予相应的权重后得到加权规范化决策矩阵V，其中v_ij为V中元素，v_ij＝w_ir_ij，i＝1,2,…,m；j＝1,2,…,n；

步骤C：利用选择消去法对配电网故障恢复方案进行综合评估

C1：计算恢复方案评估的和谐矩阵C与不和谐矩阵D

将所包含n个评估指标的属性集J＝{1,2,…,n}划分为两个不相交的子集：效益型指标集C_kl和成本型指标集D_kl；所述效益型指标集C_kl由第k个故障恢复方案A_k不劣于第l个故障恢复方案A_l的指标组成，即为和谐集C_kl＝{j|x_ki≥x_li}；所述成本型指标集D_kl由第k个故障恢复方案A_k劣于第l个故障恢复方案A_l的指标组成，即为不和谐集D_kl＝{j|x_ki＜x_li}＝J-C_kl；

和谐矩阵：

C＝[c_kl]，k≠l

式中：

为和谐指数；w_j表示的是第j个指标对应的综合权重；

不和谐矩阵：

D＝[d_kl]，k≠l

式中：

为不和谐指数；v_ki、v_li表示的是加权规范化决策矩阵V中的元素；

C2：计算恢复方案评估的和谐性支配矩阵F与不和谐性支配矩阵G

和谐支配矩阵：

F＝[f_kl]，k≠l

式中：

为和谐阈值；

不和谐性支配矩阵：

G＝[g_kl]，k≠l

式中：

为不和谐阈值；

C3：计算恢复方案评估的综合性支配矩阵H

综合性支配矩阵H是和谐性支配矩阵F与不和谐性支配矩阵G的交集，综合性支配矩阵H中的元素为：h_kl＝f_kl*g_kl；

C4：评判故障恢复候选方案的优劣

根据综合性支配矩阵H得到故障恢复方案之间的优劣关系，如果矩阵H中的元素h_kl为1，则无论从和谐性的角度还是不和谐性的角度来看，方案A_k均优先于A_l。

进一步的，所述评估指标为5个，分别为负荷恢复量指标I₁、馈线负荷容量裕度指标I₂、开关操作次数指标I₃、馈线负荷转移量指标I₄和负荷均衡率指标I₅；

故障恢复量指标I₁和负荷容量裕度指标I₂为效益型指标，开关操作次数指标I₃、负荷转移量指标I₄、负荷均衡率指标I₅为成本型指标；

馈线负荷容量裕度指标I₂为恢复重构后各馈线负荷容量裕度的最小值；

馈线负荷转移量指标I₄为恢复方案实施后各条馈线的负荷电流增量的最大值；

负荷均衡率指标I₅为所有联络开关相邻馈线负荷均衡率的最大值。

本发明的有益效果是：本发明能够综合故障恢复方案的客观信息和调度专家经验的主观信息，合理地评估配电网故障恢复方案，可以最大限度地降低事故影响，实现配电网快速自愈。

附图说明

图1为六馈线系统图。

图2为本发明方法流程图。

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详细说明。一种基于选择消去法的配电网故障恢复方案综合评估方法，首先根据故障恢复方案候选方案集形成综合评估决策矩阵，计算恢复方案综合评估的规范化决策矩阵；接着采用组合赋权法计算评估指标的综合权重和加权决策矩阵；进而采用选择消去法确定最优故障恢复方案：分别计算恢复方案评估的和谐矩阵与不和谐矩阵、和谐性支配矩阵与不和谐性支配矩阵以及综合性支配矩阵，根据综合性支配矩阵中的优先关系评判故障恢复候选方案的优劣。包含以下主要步骤：

A、计算恢复方案综合评估的规范化决策矩阵

有m个故障恢复方案，考虑n个评估指标，则可建立m×n维的故障恢复方案评估的决策矩阵X，x_ij为X中元素，i＝1,2,…,m；j＝1,2,…，n，即第i个故障恢复方案的第j个指标。

本实施例中，共采用5个评估指标(即m＝5)，分别为负荷恢复量指标I₁、馈线负荷容量裕度指标(恢复重构后各馈线负荷容量裕度的最小值)I₂、开关操作次数指标I₃、馈线负荷转移量指标(恢复方案实施后各条馈线的负荷电流增量的最大值)I₄和负荷均衡率指标(所有联络开关相邻馈线负荷均衡率的最大值)I₅。

在此基础上，对量纲不一致的故障恢复评估进行规范化处理。指标分效益型(越大越优)和成本型(越小越优)2类。

对于效益型指标

对于成本型指标

利用公式

进行规范化，可得规范化决策R＝[r_ij]，R中元素r_ij∈[0,1]。r_ij′和r_ij分别表示的是归一化后的决策矩阵元素和规范化后的决策矩阵元素。

在前述故障恢复综合评估指标中，故障恢复量指标I₁和负荷容量裕度指标I₂为效益型指标，开关操作次数指标I₃、负荷转移量指标I₄、负荷均衡率指标I₅为成本型指标。

B、计算恢复方案综合评估的加权规范化决策矩阵

首先，采用熵权法计算评估指标的客观权重O＝[o₁,o₂,…,o_j,…,o_n]。

第j个评估指标的熵

式中，k＝1/lnn；

当f_ij＝0时，f_ijlnf_ij＝0。f_ij表示的是各指标下方案

指标值所占的比重。

第j个评估指标的熵权

进而，根据调度专家的专业经验对各评估指标赋予相应的专家权重(主观权重)：S＝[s₁,s₂,…，s_j,…,s_n]。

接着，将客观权重和主观权重综合起来得到故障恢复方案的主客观综合权重：

W＝[w₁,w₂,…,w_j,…,w_n]

其中，

对规范化的决策R赋予相应的权重后得到V，其中vi_j为V中元素，v_ij＝w_ir_ij，i＝1,2,…,m；j＝1,2,…,n。

C、利用选择消去法对配电网故障恢复方案进行综合评估

C1：计算恢复方案评估的和谐矩阵C与不和谐矩阵D

将所包含n个评估指标的属性集J＝{1,2,…,n}划分为两个不相交的子集C_kl和D_kl，C_kl为效益型指标集,其指标数据越大越占优；D_kl为成本型指标集，其指标数据越小越占优；所述效益型指标集C_kl由第k个故障恢复方案A_k不劣于第l个故障恢复方案A_l的指标组成，即为和谐集C_kl＝{j|x_ki≥x_li}；所述成本型指标集D_kl由第k个故障恢复方案A_k劣于第l个故障恢复方案A_l的指标组成，即为不和谐集D_kl＝{j|x_ki＜x_li}＝J-C_kl。

和谐矩阵：

C＝[c_kl]，k≠l

式中：

为和谐指数；w_j表示的是第j个指标对应的综合权重；

不和谐矩阵：

D＝[d_kl]，k≠l

式中：

为不和谐指数；v_ki、v_li表示的是加权规范化决策矩阵V中的元素；

C2：计算恢复方案评估的和谐性支配矩阵F与不和谐性支配矩阵G

和谐支配矩阵：

F＝[f_kl]，k≠l

式中：

为和谐阈值。

不和谐性支配矩阵：

G＝[g_kl]，k≠l

式中：

为不和谐阈值。

C3：计算恢复方案评估的综合性支配矩阵H

综合性支配矩阵H是和谐性支配矩阵F与不和谐性支配矩阵G的交集，综合性支配矩阵H中的元素为：h_kl＝f_kl*g_kl；

C4：评判故障恢复候选方案的优劣

根据综合性支配矩阵H得到故障恢复方案之间的优劣关系，如果矩阵H中的元素h_kl为1，则无论从和谐性的角度还是不和谐性的角度来看，方案A_k均优先于A_l。

实例：为验证本发明一种基于选择消去法的配电网故障恢复方案综合评估方法，采用六馈线配电网络(如图1所示)验证本发明方法的有效性，系统中馈线的额定电流为300A，S_i为电源，CB_i为断路器，A_i～E_i、G_i为分段开关，F_i为馈线，Z_i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。实施例中，Z₁₆区域(馈线F₂出口处)发生永久性故障。故障恢复候选方案集及各项评估指标如表1所示。

表1故障恢复候选方案集与评估指标值

下面给出本发明方法的具体实施过程：

计算规范化评估矩阵：

计算加权规范化评估矩阵：

在不考虑调度人员经验情况下，采用熵权进行恢复方案评估,得到客观权重O＝[0.0948 0.1199 0.3833 0.2666 0.1354]^T；

考虑到故障恢复目标和调度经验，将调度专家给出的各评估指标的专家权重，即主观权重设为：S＝[0.45 0.10 0.15 0.10 0.20]^T；

至此，主客观综合权重W＝[0.2572 0.0722 0.3465 0.1607 0.1632]^T。

根据规范化评估矩阵R和主客观综合权重W，可得加权规范化评估矩阵

构造和谐矩阵C与不和谐矩阵D：

确定和谐性支配矩阵F与不和谐性支配矩阵G：

确定综合性支配矩阵E：

评判故障恢复候选方案的优劣：

由和谐性支配矩阵F、不和谐性支配矩阵G和综合性支配矩阵E可知，方案3为最优故障恢复方案。

Claims (2)

1.一种基于选择消去法的配电网故障恢复方案综合评估方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤A：计算恢复方案综合评估的规范化决策矩阵

建立m×n维的故障恢复方案评估的决策矩阵X；m为故障恢复方案的个数，n为评估指标的个数，x_ij为X中元素，i＝1,2,···,m；j＝1,2,···,n，即第i个故障恢复方案的第j个评估指标；

对量纲不一致的故障恢复评估进行规范化处理：

对于效益型指标

对于成本型指标

利用公式

进行规范化，得到恢复方案综合评估的规范化决策R＝[r_ij]，R中元素r_ij∈[0,1]；r′_ij和r_ij分别表示的是归一化后的决策矩阵元素和规范化后的决策矩阵元素；

步骤B：计算恢复方案综合评估的加权规范化决策矩阵

B1：采用熵权法计算评估指标的客观权重：O＝[o₁,o₂,···,o_j,···,o_n]；

第j个评估指标的熵：

式中，k＝1/ln n；

当f_ij＝0时，f_ijln f_ij＝0；f_ij表示的是各指标下方案指标值所占的比重；

第j个评估指标的熵权：

B2：根据调度专家的专业经验对各评估指标赋予相应的主观权重：

S＝[s₁,s₂,···,s_j,···,s_n]；

B3：将客观权重和主观权重综合起来得到故障恢复方案的主客观综合权重：

W＝[w₁,w₂,···,w_j,···,w_n]

其中，

对规范化的决策R赋予相应的权重后得到加权规范化决策矩阵V，其中v_ij为V中元素，v_ij＝w_jr_ij，i＝1,2,···,m；j＝1,2,…,n；

步骤C：利用选择消去法对配电网故障恢复方案进行综合评估

C1：计算恢复方案评估的和谐矩阵C与不和谐矩阵D

将所包含n个评估指标的属性集J＝{1,2,…,n}划分为两个不相交的子集：效益型指标集C_kl和成本型指标集D_kl；所述效益型指标集C_kl由第k个故障恢复方案A_k不劣于第l个故障恢复方案A_l的指标组成，即为和谐集C_kl＝{j|x_ki≥x_li}；所述成本型指标集D_kl由第k个故障恢复方案A_k劣于第l个故障恢复方案A_l的指标组成，即为不和谐集D_kl＝{j|x_ki＜x_li}＝J-C_kl；

和谐矩阵：

C＝[c_kl]，k≠l

式中：

为和谐指数；w_j表示的是第j个指标对应的综合权重；

不和谐矩阵：

D＝[d_kl]，k≠l

式中：

为不和谐指数；v_ki、v_li表示的是加权规范化决策矩阵V中的元素；

C2：计算恢复方案评估的和谐性支配矩阵F与不和谐性支配矩阵G

和谐支配矩阵：

F＝[f_kl]，k≠l

式中：

为和谐阈值；

不和谐性支配矩阵：

G＝[g_kl]，k≠l

式中：

为不和谐阈值；

C3：计算恢复方案评估的综合性支配矩阵H

综合性支配矩阵H是和谐性支配矩阵F与不和谐性支配矩阵G的交集，综合性支配矩阵H中的元素为：h_kl＝f_kl*g_kl；

C4：评判故障恢复候选方案的优劣

根据综合性支配矩阵H得到故障恢复方案之间的优劣关系，如果矩阵H中的元素h_kl为1，则无论从和谐性的角度还是不和谐性的角度来看，方案A_k均优先于A_l。

2.根据权利要求1所述的基于选择消去法的配电网故障恢复方案综合评估方法，其特征在于，所述评估指标为5个，分别为负荷恢复量指标I₁、馈线负荷容量裕度指标I₂、开关操作次数指标I₃、馈线负荷转移量指标I₄和负荷均衡率指标I₅；

故障恢复量指标I₁和负荷容量裕度指标I₂为效益型指标，开关操作次数指标I₃、负荷转移量指标I₄、负荷均衡率指标I₅为成本型指标；

馈线负荷容量裕度指标I₂为恢复重构后各馈线负荷容量裕度的最小值；

馈线负荷转移量指标I₄为恢复方案实施后各条馈线的负荷电流增量的最大值；

负荷均衡率指标I₅为所有联络开关相邻馈线负荷均衡率的最大值。

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