CN109816254A - 一种基于topsis的智能电网自愈性水平评估方法 - Google Patents

Abstract

一种基于TOPSIS的智能电网自愈性水平评估方法，该方法包括以下步骤：A、提供智能电网自愈性水平评估体系；B、根据步骤A中的智能电网自愈性水平评估体系、专家的试验数据和智能电网的统计数据计算智能电网自愈性水平评估体系中各指标评估值；C、利用TOPSIS综合评价方法对智能电网的自愈性水平进行评估。本设计的评估方法全面客观，并在此基础上注重了电网自愈性的工程实现，方法科学合理，对智能配电网自愈性水平的探索性发展具有意义。

Description

一种基于TOPSIS的智能电网自愈性水平评估方法

技术领域

本发明涉及电力系统评价领域，尤其涉及一种基于TOPSIS的智能电网自愈性水平评估方法。

背景技术

自愈是智能电网的重要特征，其内涵包括正常状态下的连续自我评估，并采取预防性的控制措施，及时发现、快速诊断、快速调整、消除故障隐患，以及故障状态下的故障检测、隔离和自我恢复，以尽量少的人工干预最大限度地减少异常或故障对电网的影响。自愈电网的概念体现了从传统电网的保护跳闸进化到主动防止断电，减少影响的新理念。

目前国内外对智能配电网的自愈性评价较少，对其客观而又全面的评价就更少，并不利于我国当前对智能电网良性健康发展的探索和实践，因此如何对智能配电网的自愈性进行评价则是亟待解决的问题。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术中存在的智能电网自愈性评价主观片面的缺陷与问题，提供一种智能电网自愈性评价客观全面的基于TOPSIS的智能电网自愈性水平评估方法。

为实现以上目的，本发明的技术解决方案是：一种基于TOPSIS的智能电网自愈性水平评估方法，该方法包括以下步骤：

A、提供智能电网自愈性水平评估体系；

B、根据步骤A中的智能电网自愈性水平评估体系、专家的试验数据和智能电网的统计数据计算智能电网自愈性水平评估体系中各指标评估值；

C、利用TOPSIS综合评价方法对智能电网的自愈性水平进行评估。

所述智能电网自愈性水平评估体系包括不正常状态下自愈性指标和故障状态下自愈性指标。

所述不正常状态下自愈性指标包括电压越限恢复率指标、频率越限恢复率指标、同步震荡持续时间指标和异步震荡调节成功时间指标。

t时段第i个节点的电压越限恢复率P_VORR，t，i为：

其中，T_{O，t，i，m}、T_{R，t，i，m}和V_{O，t，i，m}分别表示t时段第i个节点第m次电压越限的时刻、恢复的时刻和越限的电压值，V_R，i表示第i个节点的标准电压值，M_O，t，i和M_R，t，i分别表示t时段第i个节点的电压越限次数和电压越限恢复次数，若该节点没有发生过越限，则R_VORR，t，i＝0，所以，电网t时段的电压越限恢复率P_VORR，t为：

其中，N为统计电网节点的个数。

电网t时段的频率越限恢复率P_FORR，t为：

其中，T_O，t，m、T_R，t，m和F_O，t，m分别表示t时段第m次频率越限的时刻、恢复的时刻和越限的频率值，50是电网标准频率值，M_O，t和M_R，t分别表示t时段频率越限的次数和越限后恢复的次数。

所述故障状态下自愈性指标包括自愈速度指标、自愈率指标、自愈控制操作复杂度指标、自愈投入费用与效果比指标。

将负荷分为普通负荷、敏感负荷和严格负荷，普通负荷是指供电中断造成的损失与社会影响较小的负荷，敏感负荷是指供电中断几个周波会对其造成影响的负荷，严格负荷是指供电中断一周波就会对其造成严重影响的负荷；

将自愈速度指标分为四级：一级自愈速度，毫秒级，一周波内自愈；二级自愈速度，周波级，一周波以上，几十毫秒以内自愈；三级自愈速度，秒级，几秒钟内自愈；四级自愈速度，分钟级，3分钟内自愈；若在四级自愈速度内没有自愈，则认为不自愈；

普通负荷在四级自愈速度指标下的评价依次为很好、很好、好、一般；

敏感负荷在四级自愈速度指标下的评价依次为很好、好、一般、差；

严格负荷在四级自愈速度指标下的评价依次为很好、差、差、差。

自愈率R_SHR为：

其中，ω₁、ω₂、ω₃分别表示各级负荷的权重系数，P_1，t、P_2，t、P_3，t分别表示实际恢复的各级负荷，L_1，t、L_2，t、L_3，t分别表示各级负荷在t时刻的原始负荷需求，T表示允许自愈时间，T等于3分钟。

所述步骤C具体包括以下步骤：

C1、对评估值无量纲化处理；

C2、求评价值

设X和U分别为方案集和属性集，评价者给出方案x_i∈X在属性u_j∈U下的语言评估值r_ij，并得到语言评估矩阵R＝(r_ij)_nm，属性的权重向量为ω＝(ω₁，ω₂，…，ω_m)，根据公式f_ij＝r_ij·w_j求得加权后的评价值；

C3、寻找最优最劣解

找到每一列的最优解记为最优解向量为

找到每一列的最劣解记为最劣解向量为

C4、计算各评价对象与最优向量的欧式距离最劣向量的欧式距离

C5、计算各目标的相对贴近程度并根据贴近度排序，得到评价结果。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

本发明一种基于TOPSIS的智能电网自愈性水平评估方法先提供智能电网自愈性水平评估体系，再根据智能电网自愈性水平评估体系、专家的试验数据和智能电网的统计数据计算智能电网自愈性水平评估体系中各指标评估值，然后利用TOPSIS综合评价方法对智能电网的自愈性水平进行评估；上述评估方法全面客观，并在此基础上注重了电网自愈性的工程实现，方法科学合理，对智能配电网自愈性水平的探索性发展具有意义。

附图说明

图1是本发明一种基于TOPSIS的智能电网自愈性水平评估方法的流程图。

图2是本发明的实施例中的六区段智能配电网测试图。

具体实施方式

以下结合附图说明和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

参见图1，一种基于TOPSIS的智能电网自愈性水平评估方法，该方法包括以下步骤：

A、提供智能电网自愈性水平评估体系；

B、根据步骤A中的智能电网自愈性水平评估体系、专家的试验数据和智能电网的统计数据计算智能电网自愈性水平评估体系中各指标评估值；

C、利用TOPSIS综合评价方法对智能电网的自愈性水平进行评估。

所述智能电网自愈性水平评估体系包括不正常状态下自愈性指标和故障状态下自愈性指标。

所述不正常状态下自愈性指标包括电压越限恢复率指标、频率越限恢复率指标、同步震荡持续时间指标和异步震荡调节成功时间指标。

t时段第i个节点的电压越限恢复率P_VORR，t，i为：

其中，T_{O，t，i，m}、T_{R，t，i，m}和V_{O，t，i，m}分别表示t时段第i个节点第m次电压越限的时刻、恢复的时刻和越限的电压值，V_R，i表示第i个节点的标准电压值，M_O，t，i和M_R，t，i分别表示t时段第i个节点的电压越限次数和电压越限恢复次数，若该节点没有发生过越限，则P_VORR，t，i＝0，所以，电网t时段的电压越限恢复率P_VORR，t为：

其中，N为统计电网节点的个数。

电网t时段的频率越限恢复率P_FORR，t为：

其中，T_O，t，m、T_R，t，m和T_O，t，m分别表示t时段第m次频率越限的时刻、恢复的时刻和越限的频率值，50是电网标准频率值，M_O，t和M_R，t分别表示t时段频率越限的次数和越限后恢复的次数。

所述故障状态下自愈性指标包括自愈速度指标、自愈率指标、自愈控制操作复杂度指标、自愈投入费用与效果比指标。

将负荷分为普通负荷、敏感负荷和严格负荷，普通负荷是指供电中断造成的损失与社会影响较小的负荷，敏感负荷是指供电中断几个周波会对其造成影响的负荷，严格负荷是指供电中断一周波就会对其造成严重影响的负荷；

将自愈速度指标分为四级：一级自愈速度，毫秒级，一周波内自愈；二级自愈速度，周波级，一周波以上，几十毫秒以内自愈；三级自愈速度，秒级，几秒钟内自愈；四级自愈速度，分钟级，3分钟内自愈；若在四级自愈速度内没有自愈，则认为不自愈；

普通负荷在四级自愈速度指标下的评价依次为很好、很好、好、一般；

敏感负荷在四级自愈速度指标下的评价依次为很好、好、一般、差；

严格负荷在四级自愈速度指标下的评价依次为很好、差、差、差。

自愈率R_SHR为：

其中，ω₁、ω₂、ω₃分别表示各级负荷的权重系数，P_1，t、P_2，t、P_3，t分别表示实际恢复的各级负荷，L_1，t、L_2，t、L_3，t分别表示各级负荷在t时刻的原始负荷需求，T表示允许自愈时间，T等于3分钟。

所述步骤C具体包括以下步骤：

C1、对评估值无量纲化处理；

C2、求评价值

设X和U分别为方案集和属性集，评价者给出方案x_i∈X在属性u_j∈U下的语言评估值r_ij，并得到语言评估矩阵R＝(r_ij)_nm，属性的权重向量为ω＝(ω₁，ω₂，…，ω_m)，根据公式f_ij＝r_ij·w_j求得加权后的评价值；

C3、寻找最优最劣解

找到每一列的最优解记为最优解向量为

找到每一列的最劣解记为最劣解向量为

C4、计算各评价对象与最优向量的欧式距离最劣向量的欧式距离

C5、计算各目标的相对贴近程度并根据贴近度排序，得到评价结果。

本发明的原理说明如下：

针对自愈速度这一指标，考虑到故障时间对不同负荷的影响程度不同，将负荷分为普通负荷、敏感负荷和严格负荷。普通负荷指供电中断造成的损失与社会影响较小的负荷，如普通照明、家用电器等等；敏感负荷指供电中断几个周波会对其造成影响的负荷，如变频调速装置等；严格负荷指对供电要求特别高，出现一周波供电中断就会对其造成严重影响的负荷，如银行与证券中心的计算机系统。

不同负荷要求的自愈速度不同，对不同负荷的自愈速度评价指标也就不一样。

电网t时段的频率越限恢复率P_FORR，t与电压越限恢复率P_VORR，t计算方法类似。

计算自愈率R_SHR时需要考虑负荷的重要等级，负荷大小。

实施例：

参见图1，一种基于TOPSIS的智能电网自愈性水平评估方法，该方法包括以下步骤：

A、提供智能电网自愈性水平评估体系；

所述智能电网自愈性水平评估体系包括不正常状态下自愈性指标和故障状态下自愈性指标；

所述不正常状态下自愈性指标包括电压越限恢复率指标、频率越限恢复率指标、同步震荡持续时间指标和异步震荡调节成功时间指标；

所述故障状态下自愈性指标包括自愈速度指标、自愈率指标、自愈控制操作复杂度指标、自愈投入费用与效果比指标；

B、根据步骤A中的智能电网自愈性水平评估体系、专家的试验数据和智能电网的统计数据计算智能电网自愈性水平评估体系中各指标评估值；

为了体现电压越限恢复速度和恢复结果，t时段第i个节点的电压越限恢复率R_VORR，t，i为：

其中，T_{O，t，i，m}、T_{R，t，i，m}和V_{O，t，i，m}分别表示t时段第i个节点第m次电压越限的时刻、恢复的时刻和越限的电压值，V_R，i表示第i个节点的标准电压值，M_O，t，i和M_R，t，i分别表示t时段第i个节点的电压越限次数和电压越限恢复次数，若该节点没有发生过越限，则P_VORR，t，i＝0，所以，电网t时段的电压越限恢复率P_VORR，t为：

其中，N为统计电网节点的个数；

电网t时段的频率越限恢复率P_FORR，t为：

其中，T_O，t，m、T_R，t，m和F_O，t，m分别表示t时段第m次频率越限的时刻、恢复的时刻和越限的频率值，50是电网标准频率值，M_O，t和M_R，t分别表示t时段频率越限的次数和越限后恢复的次数；

将负荷分为普通负荷、敏感负荷和严格负荷，普通负荷是指供电中断造成的损失与社会影响较小的负荷，敏感负荷是指供电中断几个周波会对其造成影响的负荷，严格负荷是指供电中断一周波就会对其造成严重影响的负荷；

将自愈速度指标分为四级：一级自愈速度，毫秒级，一周波内自愈；二级自愈速度，周波级，一周波以上，几十毫秒以内自愈；三级自愈速度，秒级，几秒钟内自愈；四级自愈速度，分钟级，3分钟内自愈；若在四级自愈速度内没有自愈，则认为不自愈；可以看出，在一级速度内恢复，对严格负荷影响不大；在二级速度内恢复，严格负荷受到影响，对敏感负荷影响不大；在三级速度内恢复，敏感负荷受到影响；在四级速度内恢复，影响敏感负荷的正常运行；

表1不同负荷的自愈速度评价

如果没有达到四级速度愈合，均认为不愈合，愈合速度效果极差；

自愈率R_SHR为：

其中，ω₁、ω₂、ω₃分别表示各级负荷的权重系数，P_1，t、P_2，t、P_3，t分别表示实际恢复的各级负荷，L_1，t、L_2，t、L_3，t分别表示各级负荷在t时刻的原始负荷需求，T表示允许自愈时间，T等于3分钟；

C、利用TOPSIS综合评价方法对智能电网的自愈性水平进行评估，具体包括以下步骤：

C1、对评估值无量纲化处理；

C2、求评价值

设X和U分别为方案集和属性集，评价者给出方案x_i∈X在属性u_j∈U下的语言评估值r_ij，并得到语言评估矩阵R＝(r_ij)_nm，属性的权重向量为ω＝(ω₁，ω₂，…，ω_m)，根据公式f_ij＝r_ij·w_j求得加权后的评价值；

C3、寻找最优最劣解

找到每一列的最优解记为最优解向量为

找到每一列的最劣解记为最劣解向量为

C4、计算各评价对象与最优向量的欧式距离最劣向量的欧式距离

C5、计算各目标的相对贴近程度并根据贴近度排序，得到评价结果。

参见图2，本设计构建了六区段智能配电网测试算例，利用MATLAB进行仿真证明。实际配电网系统节点多，可以划分区域，每个小区域的自愈性按本设计的方法计算再结合起来得到实际配电网的自愈性。算例中共有4条馈线，馈线1与馈线2通过常开联络开关S6连接；馈线3与馈线4为双环运行，为敏感负荷的无缝自愈提供条件，负荷主要为居民和商业负荷。S1、S5、S7、S8为变电站内馈线断路器；ST1、ST2、ST3、ST4为变压器两边的断路器；S2、S3、S4、S9为线路上的开关。系统总负荷的最大值为10MW，其中节点1、2、3、4、6、7、8、11为三级负荷，9为二级负荷，5和10为一级负荷；另外，节点10为敏感负荷。一、二、三级负荷权重系数根据专家判断分别取值为0.6、0.3、0.1；敏感负荷和普通负荷权重系数根据专家判断分别取值为0.7和0.3。馈线1的光伏电站容量为400KW，馈线1的光伏电站额定容量为400KW。

选取断面时刻12点，分别对算例中6个区段设置故障并进行自愈性分析。计算全天不同时刻的不正常状态下自愈性指标和故障状态下自愈性指标。

表2不正常状态下自愈性指标

表3故障状态下自愈性指标

根据基于TOPSIS的评价方法计算不同时间点的贴近度。

表4系统不同时间点的贴近度

时刻	贴近度
		6点	0.258
12点	0.394
		18点	0.830
24点	0.721

由表4可以看出，系统18点的自愈性最好，其次是24点、12点，6点的自愈性最差。

Claims (9)

1.一种基于TOPSIS的智能电网自愈性水平评估方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

A、提供智能电网自愈性水平评估体系；

B、根据步骤A中的智能电网自愈性水平评估体系、专家的试验数据和智能电网的统计数据计算智能电网自愈性水平评估体系中各指标评估值；

C、利用TOPSIS综合评价方法对智能电网的自愈性水平进行评估。

2.根据权利要求1所述的一种基于TOPSIS的智能电网自愈性水平评估方法，其特征在于：所述智能电网自愈性水平评估体系包括不正常状态下自愈性指标和故障状态下自愈性指标。

3.根据权利要求2所述的一种基于TOPSIS的智能电网自愈性水平评估方法，其特征在于：所述不正常状态下自愈性指标包括电压越限恢复率指标、频率越限恢复率指标、同步震荡持续时间指标和异步震荡调节成功时间指标。

4.根据权利要求3所述的一种基于TOPSIS的智能电网自愈性水平评估方法，其特征在于：

t时段第i个节点的电压越限恢复率P_VORR，t，i为：

其中，T_{O，t，i，m}、T_{R，t，i，m}和V_{O，t，i，m}分别表示t时段第i个节点第m次电压越限的时刻、恢复的时刻和越限的电压值，V_R，i表示第i个节点的标准电压值，M_O，t，i和M_R，t，i分别表示t时段第i个节点的电压越限次数和电压越限恢复次数，若该节点没有发生过越限，则P_VORR，t，i＝0，所以，电网t时段的电压越限恢复率P_VORR，t为：

其中，N为统计电网节点的个数。

5.根据权利要求3所述的一种基于TOPSIS的智能电网自愈性水平评估方法，其特征在于：

电网t时段的频率越限恢复率P_FORR，t为：

其中，T_O，t，m、T_R，t，m和F_O，t，m分别表示t时段第m次频率越限的时刻、恢复的时刻和越限的频率值，50是电网标准频率值，M_O，t和M_R，t分别表示t时段频率越限的次数和越限后恢复的次数。

6.根据权利要求2所述的一种基于TOPSIS的智能电网自愈性水平评估方法，其特征在于：所述故障状态下自愈性指标包括自愈速度指标、自愈率指标、自愈控制操作复杂度指标、自愈投入费用与效果比指标。

7.根据权利要求6所述的一种基于TOPSIS的智能电网自愈性水平评估方法，其特征在于：

将负荷分为普通负荷、敏感负荷和严格负荷，普通负荷是指供电中断造成的损失与社会影响较小的负荷，敏感负荷是指供电中断几个周波会对其造成影响的负荷，严格负荷是指供电中断一周波就会对其造成严重影响的负荷；

将自愈速度指标分为四级：一级自愈速度，毫秒级，一周波内自愈；二级自愈速度，周波级，一周波以上，几十毫秒以内自愈；三级自愈速度，秒级，几秒钟内自愈；四级自愈速度，分钟级，3分钟内自愈；若在四级自愈速度内没有自愈，则认为不自愈；

普通负荷在四级自愈速度指标下的评价依次为很好、很好、好、一般；

敏感负荷在四级自愈速度指标下的评价依次为很好、好、一般、差；

严格负荷在四级自愈速度指标下的评价依次为很好、差、差、差。

8.根据权利要求6所述的一种基于TOPSIS的智能电网自愈性水平评估方法，其特征在于：

自愈率R_SHR为：

其中，ω₁、ω₂、ω₃分别表示各级负荷的权重系数，P_1，t、P_2，t、P_3，t分别表示实际恢复的各级负荷，L_1，t、L_2，t、L_3，t分别表示各级负荷在t时刻的原始负荷需求，T表示允许自愈时间，T等于3分钟。

9.根据权利要求1所述的一种基于TOPSIS的智能电网自愈性水平评估方法，其特征在于：所述步骤C具体包括以下步骤：

C1、对评估值无量纲化处理；

C2、求评价值

设X和U分别为方案集和属性集，评价者给出方案x_i∈X在属性u_j∈U下的语言评估值r_ij，并得到语言评估矩阵R＝(r_ij)_nm，属性的权重向量为ω＝(ω₁，ω₂,…，ω_m)，根据公式f_ij＝r_ij·w_j求得加权后的评价值；

C3、寻找最优最劣解

找到每一列的最优解记为最优解向量为

找到每一列的最劣解记为最劣解向量为

C4、计算各评价对象与最优向量的欧式距离最劣向量的欧式距离

C5、计算各目标的相对贴近程度并根据贴近度排序，得到评价结果。