CN110310031A - 一种配电网多维风险评估方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及配电网安全稳定运行特征分析技术领域，尤其涉及一种配电网多维风险评估方法，其特征在于：其步骤包括：步骤1：构建配电网多层次的风险评估指标体系：多层次评估指标体系包括由上至下分布的零级指标层、一级指标层和二级指标层；步骤2：确定各二级指标即底层指标的量化分值Ri；步骤3：采用层次分析法确定各二级指标相对于零级指标的权重wi；步骤4：计算配电网多维综合风险指标。本发明综合考虑了在不确定的运行条件下故障发生的概率和严重程度，完整地描述了配电网的多维风险水平，提供了合理有效的多维风险指标，支撑配电网更加安全可靠地运行。
Description
技术领域
本发明涉及配电网安全稳定运行特征分析技术领域，尤其涉及一种配电网多维风险评估方法。
背景技术
风险评估方法，是通过其两个要素(概率和后果)来统一安全性和经济性，对电力系统面临的不确定性因素，给出可能性与严重性，风险评估方法是在确定性的评估方法上的一种发展，对于某一个特定的运行方式和扰动而言，所使用的时域仿真等核心分析方法是一样的，区别在于它进一步对扰动的不确定性因素进行了定量评估；它详细分析了各种故障下系统风险严重度指标，将事故发生的可能性和后果综合起来得到风险指标，可以为调度员提供直观的决策支持；风险评估方法很好的克服了确定性的评估方法和概率性的评估方法的不足，能够比较全面的反应电力系统运行中的随机性与不确定性，能够实现安全性和经济性的协调，可以对电力系统安全性做出更科学、细致的评估。
现有的风险评估方法一般是根据期望损失大小来度量风险大小，这种方法不能够很好地比较高损失、低概率与低损失、高概率风险间的差异，而实际上前者的风险更大，这体现了调度和运行人员对高损失事故的回避；配电网安全具有复杂性和多面性，其安全水平不可能从单一方面来表征，需从多个侧面综合进行评价。
发明内容
本发明的目的是为了提供一种配电网多维风险评估方法，综合考虑了在不确定的运行条件下故障发生的概率和严重程度，完整地描述了配电网的多维风险水平，提供了合理有效的多维风险指标，支撑配电网更加安全可靠地运行。
为解决以上技术问题，本发明的技术方案为：一种配电网多维风险评估方法，包括：
步骤1：构建配电网多层次的风险评估指标体系：多层次评估指标体系包括由上至下分布的零级指标层、一级指标层和二级指标层；零级指标层包括一个指标，为配电网多维风险指标体系；零级指标层向下划分形成两个及以上一级指标，形成一级指标层，作为评估准则；一级指标层中的每个一级指标向下划分形成若干二级指标，形成二级指标层，作为评估方案；
步骤2：确定各二级指标即底层指标的量化分值Ri；
步骤3：采用层次分析法确定各二级指标相对于零级指标的权重wi：采用层次分析法比对各指标影响程度，构建判断矩阵；根据构建的判断矩阵采用方根法计算判断矩阵最大特征根，获取二级指标相对于一级指标的第一权重值和一级指标相对于零级指标的第二权重值，第一权重值和第二权重值的乘积为二级指标相对于零级指标的权重；对判断矩阵进行一致性检验，判断矩阵具备满意一致性，则确定步骤3.2中的各二级指标相对于零级指标的权重为所求权重wi；
步骤4：计算配电网多维综合风险指标：将各二级指标相对于零级指标的权重wi与相对应的各二级指标的量化分值Ri相乘并进行相应求和，获得多维风险综合指标R，即其中，n为二级指标个数，Ri为二级指标i的量化分值，wi为二级指标i相对于零级指标的权重。
按以上方案，步骤1中，零级指标层、一级指标层和二级指标层中指标应遵循可操作性原则、完整性原则和层次性原则；具体的，可操作性原则指选取的指标应便于操作，方便获取评估所需要的数据；完整性原则指在指标选取的过程中，尽量不要遗漏任何一项重要的指标，保持其完整性；层次性原则指指标体系应具有层级化和层次性的结构；依据上述指标选取的原则，根据配电网的实际情况，建立一个以配电网多维风险评估指标为顶上事件的指标体系，通过逐层细化，详细地给出与配电网多维风险评估指标相关的因素；将配电网风险评估指标作为零级指标，供电可靠性、供电能力、配电网结构三个方面作为一级指标；通过对一级指标进一步划分，划分出12个二级指标；所述供电可靠性的二级指标包括用户平均停电时间、供电可靠率和老旧设备占比；所述供电能力的二级指标包括配电网容载比、可扩建主变容量占比、重载线路占比、重载配变占比和配电网N-1通过率；所述网架结构的二级指标包括标准化结构占比、平均供电半径、线路联络率和单变站占比。
按以上方案，所述步骤2中，根据所评估配电网原始统计数据或通过配电网风险仿真方法确定得到的相应底层指标数据作为二级指标的量化分值。
按以上方案，所述步骤3中，采用1-9标度法构建判断矩阵，判断矩阵中的元素是通过同一层的因素两两比较来确定的；判断矩阵的构成形式为：
通过1-9标度法互反性标度理论进行设定的评估因素之间相对重要性两两比较的结果为矩阵中元素的值；
1-9标度法具体为：
| 判断标度a<sub>ij</sub> | 含义 |
| 1 | i因素与j因素同等重要 |
| 3 | i因素比j因素稍重要 |
| 5 | i因素比j因素明显重要 |
| 7 | i因素比j因素重要的多 |
| 9 | i因素比j因素绝对重要 |
| 2、4、6、8 | i因素与j因素相比，重要性在上述两者之间 |
| 1/2、1/3、......、1/9 | i因素与j因素比较结果是j因素与i因素比较结果的倒数 |
按以上方案，有较多的因素要进行比较时，为了避免逻辑错误，可先采用0-2三标度法来对每一层因素进行两两比较后，建立一个比较矩阵并计算出各因素的排序指数，然后再通过极差法转换将比较矩阵转化为判断矩阵；0-2三标度法具体为：
| 判断标度a<sub>ij</sub> | 含义 |
| 0 | i因素没有j因素重要 |
| 1 | i因素与j因素同等重要 |
| 2 | i因素比j因素重要 |
按以上方案，在步骤2中得出判断矩阵后，可采用求根法得出权重，具体为：
针对上述判断矩阵A，wi﹥0，wi为权重；令对aij按行求积，得将开n次方，得将归一化，得各因素的权重
在使用层次分析法确定因素的权数时，为确定在构造判断矩阵时对各风险因素是否保持相同的比较标准，还需检验矩阵A的一致性程度；判断矩阵A具有一致性的条件为矩阵A的最大特征根λmax等于因素的个数，因此设置一致性检验指标CI和CR来检验判断矩阵A偏离一致性的程度；
首先，w＝(w1,w2,.........,wn)T为近似特征根，也就是矩阵A的权重向量；用矩阵A的权重向量右乘矩阵A，得到一个n阶列向量AW，再按公式即为最大特征根的近似值。
其次，计算衡量判断矩阵A的一致性指数CI，
然后，计算随机一致性比率CR，其中，RI为平均一致性指标，RI的取值如下：
| n | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | 11 | 12 |
| RI | 0.58 | 0.89 | 1.12 | 1.26 | 1.36 | 1.41 | 1.46 | 1.49 | 1.52 | 1.54 |
当CR＜0.1时，认为A具有满意的一致性，否则应重新构造判断矩阵，直至通过一致性检验为止。
本发明具有如下有益效果：本发明构建多层次评价指标体系，运用层次分析法，对配网多维风险指标进行评估，用层次分析法来计算各元素相对权重，该方法可以利用较少的定量信息，将多目标、多准则的相对复杂的决策问题在一定程度上数学化和简单化；本发明综合考虑了在未来的不确定的运行条件下故障发生的概率和严重程度，完整地描述了配电网的多维风险水平，提供了合理有效的多维风险指标，能够更加客观地反映系统故障后所面临的真实后果，有助于调度人员直观了解系统在短期内面临的风险水平并采取合适的预防措施；能够实现对配电网运行综合风险水平的衡量，同时也能为配网薄弱环节的改进与完善提供依据，支撑配电网的安全可靠运行。
附图说明
图1为本发明实施例流程示意图；
图2为本发明实施例中指标体系的结构图。
附图标记：1、零级指标层；2、一级指标层；3、二级指标层。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。
请参考图1和图2，本发明为一种配电网多维风险评估方法，首先建立以配电网风险评估指标为目标层的多级评价指标体系，计算各级评价指标的权重值，并根据多维指标体系，结合评价方法对配电网风险进行综合评价；评估方法流程如图1所示。
步骤1：构建配电网多层次的风险评估指标体系：多层次评估指标体系包括由上至下分布的零级指标层1、一级指标层2和二级指标层3；零级指标层1包括一个指标，为配电网多维风险指标体系；零级指标层1向下划分形成两个及以上一级指标，形成一级指标层2，作为评估准则；一级指标层2中的每个一级指标向下划分形成若干二级指标，形成二级指标层3，作为评估方案。
参阅图2，零级指标层1包括一个指标，为A配电网多维风险指标体系；一级指标层2包括B1供电可靠性、B2供电能力和B3配电网结构；B1供电可靠性的二级指标包括用户平均C1停电时间、C2供电可靠率和C3老旧设备占比；B2供电能力的二级指标包括C4配电网容载比、C5可扩建主变容量占比、C6重载线路占比、C7重载配变占比和C8配电网N-1通过率；B3网架结构的二级指标包括C9标准化结构占比、C10平均供电半径、C11线路联络率和C12单变站占比。
步骤2：确定各二级指标即底层指标的量化分值Ri；本实施例根据所评估配电网原始统计数据，或通过配电网风险仿真方法确定得到的相应底层指标数据作为二级指标分值。
步骤3：采用层次分析法确定各二级指标相对于零级指标的权重wi；采用层次分析法比对各指标影响程度，构建判断矩阵；根据构建的判断矩阵采用方根法计算判断矩阵最大特征根，获取二级指标相对于一级指标的第一权重值和一级指标相对于零级指标的第二权重值，第一权重值和第二权重值的乘积为二级指标相对于零级指标的权重；对判断矩阵进行一致性检验，判断矩阵具备满意一致性，则确定步骤3.2中的各二级指标相对于零级指标的权重为所求权重wi；
这里以第三层的C1指标为例，为了求出其相对于最顶层的A配电网多维风险指标体系的权重，由指标体系图可知，需要建立2个判断矩阵，分别为：B1-C判断矩阵以及A-B1判断矩阵；其他因素权重的确定可以此类推。B1-C和A-B1两个判断矩阵的计算分别如下表所示：
B1-C判断矩阵
| B1 | C1 | C2 | C3 |
| C1 | 1 | 3 | 3 |
| C2 | 1/3 | 1 | 1 |
| C3 | 1/3 | 1 | 1 |
A-B1判断矩阵
| A | B1 | B2 | B3 |
| B1 | 1 | 3 | 5 |
| B2 | 1/3 | 1 | 3 |
| B3 | 1/5 | 1/3 | 1 |
由于计算C4相对于B2的权重时，C4所在的层需要比较的因素较多，为了避免逻辑错误，因此采用0-2三标度法；用三标度法对同一层因素进行两两比较后建立比较矩阵，并计算出各因素重要性的排序指数，即
采用极差法将比较矩阵转化为判断矩阵，判断矩阵中元素值为其中R＝rmax-rmin，称之为极差，式中rmax＝max(r1,r2,...,rn)，rmin＝min(r1,r2,...,rn)；cb为一常量，是按某种标准余弦给定的极差元素对的相对重要程度，实际中cb一般取为9；由下表可得B2-C比较矩阵，
B2-C比较矩阵
| B2 | C4 | C5 | C6 | C7 | C8 | r<sub>i</sub> |
| C4 | 1 | 0 | 0 | 0 | 0 | 1 |
| C5 | 2 | 1 | 0 | 1 | 0 | 4 |
| C6 | 2 | 2 | 1 | 2 | 1 | 8 |
| C7 | 2 | 1 | 0 | 1 | 0 | 4 |
| C8 | 2 | 2 | 1 | 2 | 1 | 8 |
其中R＝8-1＝7，采用极差法构造判断矩阵：
B2-C判断矩阵
| B2 | C4 | C5 | C6 | C7 | C8 |
| C4 | 1 | 0.3900 | 0.1111 | 0.3900 | 0.1111 |
| C5 | 2.5643 | 1 | 0.2849 | 1 | 0.2849 |
| C6 | 9 | 3.5098 | 1 | 3.5098 | 1 |
| C7 | 2.5643 | 1 | 0.2849 | 1 | 0.2849 |
| C8 | 9 | 3.5098 | 1 | 3.5098 | 1 |
得出判断矩阵后，采用求根法得出权重，具体方法为：
设判断矩阵A为
wi﹥0，wi为权重；令对aij按行求积，得将开n次方，得将归一化，得各因素的权重
在使用层次分析法确定因素的权数时，为确定在构造判断矩阵时对各风险因素是否保持相同的比较标准，还需检验矩阵A的一致性程度；判断矩阵A具有一致性的条件为矩阵A的最大特征根λmax等于因素的个数，因此设置一致性检验指标CI和CR来检验判断矩阵A偏离一致性的程度；
首先，w＝(w1,w2,.........,wn)T为近似特征根，也就是矩阵A的权重向量；用矩阵A的权重向量右乘矩阵A，得到一个n阶列向量AW，再按公式即为最大特征根的近似值。
其次，计算衡量判断矩阵A的一致性指数CI，
然后，计算随机一致性比率CR，其中，RI为平均一致性指标，RI的取值如下：
| n | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | 11 | 12 |
| RI | 0.58 | 0.89 | 1.12 | 1.26 | 1.36 | 1.41 | 1.46 | 1.49 | 1.52 | 1.54 |
当CR＜0.1时，认为A具有满意的一致性，否则应重新构造判断矩阵，直至通过一致性检验为止。
首先采用上述公式计算二级指标相对于一级指标的第一权重值且进行一致性检验结果如下：
C1-C3相对于B1的权重计算表
同理可得，C4-C12的权重如下表所示：
应用求根法得因素C4-C8相对于B2的权重计算表
应用求根法得因素C9-C12相对于B3的权重计算表
其次，采用上述公式计算一级指标相对于零级指标的第二权重值且进行一致性检验结果如下：
应用求根法得因素B1-B3相对于A的权重计算表
因此，计算二级指标C1相对于零级指标A的权重，由上述计算结果可以得出，C1相对于B1的第一权重值为0.6000，B1相对A的第二权重值为0.637，故C1相对于A的权重为：0.637×0.6＝0.3822。
步骤4：计算配电网多维综合风险指标：将各二级指标相对于零级指标的权重wi与相对应的各二级指标的量化分值Ri相乘并进行相应求和，获得多维风险综合指标R，即其中，n为二级指标个数，Ri为二级指标i的量化分值，wi为二级指标i相对于零级指标的权重。
配电网安全具有复杂性和多面性，其安全水平不可能从单一方面来表征，需从多个侧面综合进行评价，用多个指标同时描述才能比较全面地反映其整体水平和相关关系；另外配电网的运行情况存在偶然性，需要分析大量的观测结果才能把握其内在规律；单个指标受随机误差的影响大一些，指标体系在评价的全面性和可靠性上更具优势。本发明的多维风险评估方法，是建立一套评价指标体系，并针对构建的评价指标体系，提出综合评价方法，实现配网多维风险指标的计算，以能够对配电网风险的综合水平进行更加科学、客观的评价与描述。
以上内容是结合具体的实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。
Claims (5)
1.一种配电网多维风险评估方法，其特征在于：其步骤包括
步骤1：构建配电网多层次的风险评估指标体系：多层次评估指标体系包括由上至下分布的零级指标层、一级指标层和二级指标层；零级指标层包括一个指标，为配电网多维风险指标体系；零级指标层向下划分形成两个及以上一级指标，形成一级指标层，作为评估准则；一级指标层中的每个一级指标向下划分形成若干二级指标，形成二级指标层，作为评估方案；
步骤2：确定各二级指标即底层指标的量化分值Ri；
步骤3：采用层次分析法确定各二级指标相对于零级指标的权重wi：采用层次分析法比对各指标影响程度，构建判断矩阵；根据构建的判断矩阵采用方根法计算判断矩阵最大特征根，获取二级指标相对于一级指标的第一权重值和一级指标相对于零级指标的第二权重值，第一权重值和第二权重值的乘积为二级指标相对于零级指标的权重；对判断矩阵进行一致性检验，判断矩阵具备满意一致性，则确定步骤3.2中的各二级指标相对于零级指标的权重为所求权重wi；
步骤4：计算配电网多维综合风险指标：将各二级指标相对于零级指标的权重wi与相对应的各二级指标的量化分值Ri相乘并进行相应求和，获得多维风险综合指标R，即其中，n为二级指标个数，Ri为二级指标i的量化分值，wi为二级指标i相对于零级指标的权重。
2.根据权利要求1所述的配电网多维风险评估方法，其特征在于：所述一级指标层包括供电可靠性、供电能力和配电网结构；所述供电可靠性的二级指标包括用户平均停电时间、供电可靠率和老旧设备占比；所述供电能力的二级指标包括配电网容载比、可扩建主变容量占比、重载线路占比、重载配变占比和配电网N-1通过率；所述网架结构的二级指标包括标准化结构占比、平均供电半径、线路联络率和单变站占比。
3.根据权利要求1所述的配电网多维风险评估方法，其特征在于：所述步骤2中，根据所评估配电网原始统计数据或通过配电网风险仿真方法确定得到的相应底层指标数据作为二级指标的量化分值。
4.根据权利要求1所述的配电网多维风险评估方法，其特征在于：所述步骤3中，采用1-9标度法构建判断矩阵。
5.根据权利要求1所述的配电网多维风险评估方法，其特征在于：所述步骤3中，采用0-2三标度法先构建比较矩阵，并用极差法转换为判断矩阵。
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