CN110197345A - 一种以线路为单元的配电网综合评价方法 - Google Patents
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Abstract
本发明一种以线路为单元的配电网综合评价方法属于配电网技术领域，涉及的是一种基于组合赋权的配电网线路运营评价方法，是一种兼顾主观权重法和客观权重法优点，并结合配电网运营特点的评价方法。选择熵值法和德尔菲法进行组合赋权；利用鱼骨图分析法筛选与配电网线路运营相关的指标，建立多层次的指标结构体系；通过大数据技术对采集的数据进行清洗，改善数据质量；结合改进的正态分布法计算各指标的评分值，使各评价对象更具有区分度，并加权计算配电网线路的综合得分；最后对线路的综合得分进行k‑means聚类处理，寻找运营中的薄弱线路。
Description
技术领域
本发明一种以线路为单元的配电网综合评价方法属于配电网技术领域，涉及的是一种基于组合赋权的配电网线路运营评价方法，是一种兼顾主观权重法和客观权重法优点，并结合配电网运营特点的评价方法。
背景技术
配电系统作为智能电网发展的重要组成部分，其建设、运营和管理已经进入“精细化”阶段，高质量的发展必然是电力企业的追求目标。然而目前配电网的兴建和改造没有明确的标准，常凭着“拍脑瓜”决定，具有很大的盲目性，在电网建设投资资金有限的背景下，配电网的规划建设项目的提出，需要对配电网进行真实详尽的分析，精准定位配电网的问题和薄弱环节，把握配电网的发展方向。因此，为了保证配电网投资建设的合理性，有必要对配电网进行综合评价，建立一套科学性强、适用性广的配电网综合评价模型，实现电网投资效益的最大化、促进电网高质量发展。
配电网是一个错综繁杂的系统，规模庞大，影响因素众多，需要采用科学的方法进行评价。目前对配电网综合评价的研究已经比较深入，但仍然存在一些不足，主要表现在以下几个方面：
1、评价对象过于宏观。配电网的规模十分庞大，现在的大部分研究都是直接选择配电网作为评价对象，使得运营中一些比较细微的问题容易被整体情况所掩盖，难以得到发现和整治。
2、赋权方式过于单一。权重系数直接反映了各项指标在评价体系中对评价目标的影响程度，直接关系到评价结论的可信度，而现在的研究大多使用单一的方法进行赋权，容易造成权重不够准确。
3、指标评价判据难以使评价对象显示出层次性。对配电网进行评价工作是为了发现指标的运营问题并加以治理，因此需要采用科学的方法设置指标评价判据，使各评价对象更具有层次性。
综上所述，有必要考虑建立合理的配电网综合评价模型，并采用科学的方法对指标赋权，并合理设置各指标的评价判据，使最后的评价结果的区分度更明显，更容易发现配电网的薄弱环节。
发明内容
本发明的目的是针对上述不足之处，提供一种以线路为单元的配电网综合评价方法，该方法综合利用了多种多属性综合评价方法，以线路作为最小研究颗粒度构建了配电网综合评价模型。首先通过鱼骨图分析法选择和配电网线路运营相关联的指标，保证配电网运营时的特征都能得到描述；接着利用大数据技术对采集的数据进行清洗，改善数据质量；然后使用熵值法和德尔菲法进行组合赋权，兼顾主观权重法和客观权重法的优点；最后利用改进的正态分布法对指标进行评分，并通过加权计算得到配电网的综合评分，方便后续的评估工作。
本发明是采取以下技术方案实现的：
一种以线路为单元的配电网综合评价方法，包括如下步骤：
1）通过鱼骨图分析法选择与配电网线路运营相关的指标，并将指标分类，建立多层次指标结构体系；
2）从供电公司各职能部门获取相关的数据，并利用大数据技术对数据进行清洗，改善数据质量；
3）通过熵值法确定步骤（1）所述的各指标的客观权重；
4）结合专家的意见，根据德尔菲法确定指标的主观权重；
5）对各指标的主观权重和客观权重进行加权，计算各指标的组合后的权重；
6）通过改进的正态分布法计算各指标的评分值；
7）通过加权的方式计算配电网线路的综合得分；
8）对线路的得分进行k-means聚类处理，发现运营中的薄弱线路。
步骤（1）中，选择与配电网线路运营相关的指标进行评价，能发现运营中更加细微的问题。
配电网线路运营时的相关指标包括电压质量、负载水平、综合线损、三相不平衡四个方面。电压质量是指实际电压与理论电压的偏差，选择综合电压合格率、配变低电压率、配变过电压率作为电压层面的指标。负载率指的是设备的装机容量与实际负荷的比值，选择线路负载率、配变负载率和配变负载不均衡度作为考核指标。三相不平衡是配电网运营的一个重要指标，将电流最大不平衡度、电流不平衡超限时间占比和配变不平衡超限比例纳入指标体系。线路损耗是配电网通过电力线路配送电能过程中产生的损耗，在评价体系中加入线路线损率指标，考核线路运行的经济性。
步骤（3）和步骤（4）通过德尔菲法和熵值法组合的方式进行赋权，能够统筹兼顾主观权重法和客观权重法的优点。德尔菲法利用专家的意见设置指标的权重，更加具有权威性，熵值法完全依赖于数据样本，作为对德尔菲法求取权重的补充，综合二者的结果进行加权计算可以使计算结果更为全面。
步骤（5）中，根据主观权重值和客观权重值计算各指标组合赋权值，具体计算公式如式(1)。
式中，和分别为德尔菲法和熵值法的加权系数。
步骤（6）中，改进正态分布法根据采样值在所有数值中的排序位置，而不考虑数据的原始采样值的大小，有利于将数据集中分布的指标拉开得分差距。通过改进的正态分布法计算各指标的评分值区分度更加明显，更容易筛选出运营存在问题的线路。
假设第j个评价指标共有n个不重复的采样值，以正向排序的采样值为例（即第1个采样值最小），正态分布函数的概率密度函数为：
将正态分布函数的面积等分成n个矩形，那么每个矩形的面积为1/n，以第n个矩形一半的面积加上其左侧（n-1）个小矩形的面积作为第n个采样值的累积分布函数F(n)，即第1个采样值的累积分布函数F(1)=1/2n，第2个采样值的累积分布函数F(2)=3/2n，第k个采样值的的累积分布函数F(k)=(2k-1)/2n，根据累积分布函数值，通过式(2)求出该采样值对应的正态分布横坐标值，通过式(3)将所有正态分布值映射到A~B分数区间上，作为采样值的正态分布得分。
本发明优点：
1、通过配电网综合评价模型，以线路为最小颗粒度进行评价，可以发现配电网运营中细微的薄弱环节；
2、利用了大数据清洗技术，改善了数据质量，提高了客观权重的可靠性与配电网线路综合得分的准确性；
3、采用组合赋权法，兼顾了主观权重法和客观权重法的优点，避免了单一赋权法不够准备的问题；
4、改进正态分布法，可以很好的将优劣线路区分开来，更快的找到运营中的薄弱线路。
附图说明
以下将结合附图对本发明作进一步说明：
图1为本发明一种以线路为单元的配电网综合评价方法的流程简图；
图2为本发明一种以线路为单元的配电网综合评价方法的详细流程图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明作详细的描述。
参照附图1，一种以线路为单元的配电网综合评价方法包含以下步骤：
1）通过鱼骨图分析法选择与配电网线路运营相关的指标，并将指标分类，建立多层次指标结构体系；
配电网线路运营相关的指标包括电压质量、负载水平、综合线损、三相不平衡等方面，通过鱼骨图分析法发掘各个方面的相关因素和特性，选择出需要进行评价的指标。
所述电压质量是指实际电压与理论电压的偏差，选择综合电压合格率、配变低电压率、配变过电压率作为电压层面的指标。
负载率指的是设备的装机容量与实际负荷的比值，选择线路负载率、配变负载率和配变负载不均衡度作为考核指标。
三相不平衡是配电网运营的一个重要指标，将电流最大不平衡度、电流不平衡超限时间占比和配变不平衡超限比例纳入指标体系。
线路损耗是配电网通过电力线路配送电能过程中产生的损耗，在评价体系中加入线路线损率指标，考核线路运行的经济性。
利用上述指标建立多层次指标结构体系，顶层的目标为配电网线路综合得分，一级指标为电压质量、负载水平、综合线损和三相不平衡，每个一级指标下又细分多个二级指标。
2）从供电公司各职能部门获取相关的数据，并利用大数据技术对数据进行清洗，改善数据质量；
利用大数据技术对数据进行清洗，具体清洗规则包括：
2-1）清洗各指标数据的空值和不合法值；
2-2）关联清洗规则，根据指标之间的关联关系来设定采样值清洗的约束条件；
2-3）属性清洗规则，根据单项指标的采样值的合理范围来清洗数据。
3）通过熵值法确定各指标的客观权重；
3-1）构建评价指标矩阵X
式中，表示第i个评价对象第j项指标的指标值。
3-2）对指标值进行标准化处理，对于正向型指标，采用式(5)所示的升半梯形分布函数，对于逆向性指标，采用式(6)所示的降半梯形分布函数，对于区间型分指标采用式(7)所示的梯形分布函数。
3-3）计算第j项指标下，第i个评价对象的指标所占的比重；
得到矩阵：
3-4）计算第j项指标的熵值；
3-5）计算表征指标j相对重要性的熵值，当所有指标相等的时候，其熵值最大，且，用对进行归一化处理；
3-6）计算第j项指标的差异系数，指标熵值越小，指标值的变异程度越大，反之，指标熵值越大，指标值的变异程度越小；
3-7）计算第j项指标的客观权重
4）结合专家的意见，根据德尔菲法确定指标的主观权重；
4-1）统计专家意见；
通过匿名分发问卷的方式征求专家的意见，专家对于指标j重要性的认可程度用期望值来表示，其计算公式如式(14)：
式中，m为参与调查问卷的专家人数，为专家对第j个指标给出的评分；
4-2）计算专家意见的离散度；
将各位专家的意见进行汇总，判断各位专家的意见是否存在分歧。用离散度δ表示专家对某一指标的意见的分歧程度，其计算公式如式：
如果期望值和意见离散度都满足预先设置的阈值，则认为该轮调查是有效的，否则重新进行意见汇总；
4-3）计算各指标的主观权重；
各指标的主观权重值可以通过式(16)进行计算；
式中，n为指标数量；
5）对各指标的主观权重和客观权重进行加权，计算各指标的组合后的权重；
根据主观权重值和客观权重值进一步计算各指标组合赋权值，具体计算公式如式(17)；
式中，和分别为德尔菲法和熵值法的加权系数；
6）通过改进的正态分布法计算各指标的评分值；
假设第j个评价指标共有n个不重复的采样值，以正向排序的采样值为例（即第1个采样值最小），正态分布函数的概率密度函数为：
将正态分布函数的面积等分成n个矩形，那么每个矩形的面积为1/n，以第n个矩形一半的面积加上其左侧（n-1）个小矩形的面积作为第n个采样值的累积分布函数F(n)，即第1个采样值的累积分布函数F(1)=1/2n，第2个采样值的累积分布函数F(2)=3/2n，第k个采样值的的累积分布函数F(k)=(2k-1)/2n，根据累积分布函数值，通过式(18)求出该采样值对应的正态分布横坐标值，通过式(19)将所有正态分布值映射到A~B分数区间上，作为采样值的正态分布得分。
7）通过加权的方式计算配电网线路的综合得分S；
式中，n为指标数量，为指标权重，为指标得分。
8）对线路的得分进行k-means聚类处理，发现运营中的薄弱线路；
8-1）结合供电公司专家意见设定聚类的类别数k；
8-2）对于给定的n条线路的综合得分，随机选择k条线路作为初始聚类中心，其中j=1,2…k；
8-3）根据式(21)分别计算每条线路到k个聚类中心的距离，并根据式(22)给每条线路贴上标签；
8-4）根据式(23)重新计算每个集群的线路得分均值，并更新为新的的聚类中心，同时计算误差平方和，具体计算公式如式(24)所示，式中为第j类的样本数量；
8-5）如果误差平方和满足式(25)，则认为聚类工作结束，否则转向第二步，重复上述过程。
式中，ξ为预先设置的收敛阈值。
根据上述分类结果，线路综合得分均值最低的一类即为运营情况有待提升线路，可以针对这些线路进行后续的评估与分析，深入挖掘其存在的问题。
Claims (9)
1.一种以线路为单元的配电网综合评价方法，其特征在于，包括如下步骤：
1）通过鱼骨图分析法选择与配电网线路运营相关的指标，并将指标分类，建立多层次指标结构体系；
2）从供电公司各职能部门获取相关的数据，并利用大数据技术对数据进行清洗，改善数据质量；
3）通过熵值法确定步骤（1）所述的各指标的客观权重；
4）结合专家的意见，根据德尔菲法确定指标的主观权重；
5）对各指标的主观权重和客观权重进行加权，计算各指标的组合后的权重；
6）通过改进的正态分布法计算各指标的评分值；
7）通过加权的方式计算配电网线路的综合得分；
8）对线路的得分进行k-means聚类处理，发现运营中的薄弱线路。
2.根据权利要求1所述的以线路为单元的配电网综合评价方法，其特征在于：所述配电网线路运营相关的指标包括电压质量、负载水平、综合线损和三相不平衡，通过鱼骨图分析法发掘各个方面的相关因素和特性，选择出需要进行评价的指标；
利用上述指标建立多层次指标结构体系，顶层的目标为配电网线路综合得分，一级指标为电压质量、负载水平、综合线损和三相不平衡，每个一级指标下又细分多个二级指标。
3.根据权利要求2所述的以线路为单元的配电网综合评价方法，其特征在于：所述电压质量是指实际电压与理论电压的偏差，选择综合电压合格率、配变低电压率、配变过电压率作为电压层面的指标；
负载率指的是设备的装机容量与实际负荷的比值，选择线路负载率、配变负载率和配变负载不均衡度作为考核指标；
三相不平衡是配电网运营的一个重要指标，将电流最大不平衡度、电流不平衡超限时间占比和配变不平衡超限比例纳入指标体系；
线路损耗是配电网通过电力线路配送电能过程中产生的损耗，在评价体系中加入线路线损率指标，考核线路运行的经济性。
4.根据权利要求1所述的以线路为单元的配电网综合评价方法，其特征在于，步骤（2）中数据清洗的清洗规则包括：
2-1）清洗各指标数据的空值和不合法值；
2-2）关联清洗规则，根据指标之间的关联关系来设定采样值清洗的约束条件；
2-3）属性清洗规则，根据单项指标的采样值的合理范围来清洗数据。
5.根据权利要求1所述的以线路为单元的配电网综合评价方法，其特征在于，步骤（3）确定各指标的客观权重的具体方法，包括：
3-1）构建评价指标矩阵X；
式中，表示第i个评价对象第j项指标的指标值；
3-2）对指标值进行标准化处理，对于正向型指标，采用式(5)所示的升半梯形分布函数，对于逆向性指标，采用式(6)所示的降半梯形分布函数，对于区间型分指标采用式(7)所示的梯形分布函数；
3-3）计算第j项指标下，第i个评价对象的指标所占的比重；
；
得到矩阵：
；
3-4）计算第j项指标的熵值；
；
3-5）计算表征指标j相对重要性的熵值，当所有指标相等的时候，其熵值最大，且()max=-Inp，用()max对进行归一化处理；
；
3-6）计算第j项指标的差异系数，指标熵值越小，指标值的变异程度越大，反之，指标熵值越大，指标值的变异程度越小；
3-7）计算第j项指标的客观权重；
。
6.根据权利要求1所述的以线路为单元的配电网综合评价方法，其特征在于，步骤（4）的具体方法，包括如下步骤：
4-1）统计专家意见；
通过匿名分发问卷的方式征求专家的意见，专家对于指标j重要性的认可程度用期望值来表示，其计算公式如式(14)：
式中，m为参与调查问卷的专家人数，为专家对第j个指标给出的评分；
4-2）计算专家意见的离散度；
将各位专家的意见进行汇总，判断各位专家的意见是否存在分歧；用离散度δ表示专家对某一指标的意见的分歧程度，其计算公式如式（15），
如果期望值和意见离散度都满足预先设置的阈值，则认为该轮调查是有效的，否则重新进行意见汇总；
4-3）计算各指标的主观权重；
各指标的主观权重值可以通过式(16)进行计算；
式中，n为指标数量。
7.根据权利要求1所述的以线路为单元的配电网综合评价方法，其特征在于，步骤（5）的具体方法为：根据主观权重值和客观权重值进一步计算各指标组合赋权值，具体计算公式如式(17)；
式中，和分别为德尔菲法和熵值法的加权系数。
8.根据权利要求1所述的以线路为单元的配电网综合评价方法，其特征在于，步骤（6）的具体方法为：假设第j个评价指标共有n个不重复的采样值，当第1个采样值最小时，正态分布函数的概率密度函数为：
将正态分布函数的面积等分成n个矩形，那么每个矩形的面积为1/n，以第n个矩形一半的面积加上其左侧（n-1）个小矩形的面积作为第n个采样值的累积分布函数F(n)，即第1个采样值的累积分布函数F(1)=1/2n，第2个采样值的累积分布函数F(2)=3/2n，第k个采样值的的累积分布函数F(k)=(2k-1)/2n，根据累积分布函数值，通过式(18)求出该采样值对应的正态分布横坐标值，通过式(19)将所有正态分布值映射到A~B分数区间上，作为采样值的正态分布得分，
。
9.根据权利要求1所述的以线路为单元的配电网综合评价方法，其特征在于，步骤（8）的具体方法为：
8-1）结合供电公司专家意见设定聚类的类别数k；
8-2）对于给定的n条线路的综合得分，随机选择k条线路作为初始聚类中心，其中j=1,2…k；
8-3）根据式(21)分别计算每条线路到k个聚类中心的距离，并根据式(22)给每条线路贴上标签；
；
；
8-4）根据式(23)重新计算每个集群的线路得分均值，并更新为新的的聚类中心，同时计算误差平方和，具体计算公式如式(24)所示，式中为第j类的样本数量；
；
；
8-5）如果误差平方和满足式(25)，则认为聚类工作结束，否则转向第二步，重复上述过程；
，
式中，ξ为预先设置的收敛阈值。
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