CN111489040B - 一种基于最优组合赋权的电压序列综合评估方法 - Google Patents
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Abstract
一种基于最优组合赋权的电压序列综合评估方法，包括确定对应场景下电压序列备选方案；构建电压序列综合评估指标体系；构建集合映射函数对初始指标决策矩阵进行标准化处理；采用改进AHP法确定各评估指标量化的主观权重向量；采用熵权法确定各评估指标量化的客观权重向量；由离差平方和最小确定指标综合权重向量及评估指数，给出综合评估结。本发明构建的电压序列综合评估指标体系适用性强、代表性高；充分考虑主客观最优组合赋权对电压序列进行综合评估，为后续电网规划建设和决策提供依据。
Description
技术领域
本发明涉及电力系统电压序列优化领域，具体涉及一种基于最优组合赋权的电压序列综合评估方法。
背景技术
电压序列合理配置问题是确定配电网发展战略的重要内容之一，是一项提高电网总体适应性的宏观决策，关系到节约土地资源，统筹规划变电站站址和通道资源，规范城市电网结构，推进变电站标准设计，提高供电可靠性，提升供电能力，降低电网损耗，减少电网投资，增加企业经济效益等重要问题。
探讨现有的电压等级序列能否以最大的适应性，适应未来20～50年经济社会发展的需求，是关系到输电网和配电网能否全面协调发展的重大战略问题。虽然我国现在采用的电压等级序列是多年形成的，短期内无法轻易改变，但仍有必要深入研究电压等级序列的合理配置问题。当前，电压等级序列合理配置需要解决的问题，不是针对具体用户的，而是针对公共电网的电压等级序列合理配置问题，特别是0.4kV～220kV之间的电压等级序列配置问题。
随着电网规模的扩大，输电电压不断提高，我国输配电网电压层次逐渐增多。220kV逐渐入负荷中心开始承担高压配电电压的作用，与原有高压配电电压在功能上出现重复。随着负荷快速增长，10kV作为中压配电电压供电能力不足的问题在某些地区已表现得比较突出。同时，配电网的站点和线路走廊资源却越来越紧张，严重制约了配电网的发展。当务之急是尽快开展电压序列优化研究工作，针对不同地区和负荷的特点，制定最优电压序列方案。
在制定方案的过程中需要建立一套科学的评价方法评估不同电压序列方案的优劣，该方法应该具有普遍的作用，即无论是城市还是农村抑或是工业园区等，均可运用这一套方法进行电压序列方案的评估，进而对该地区电压层级发展战略提供技术指导。因此，建立一种基于电压序列综合评估方法既具有深远的战略意义，更有重要的现实意义。
发明内容
本发明旨在提供涉及一种基于最优组合赋权的电压序列综合评估方法，用于解决上述问题。
本发明的目的主要是通过以下技术方案实现的：
一种基于最优组合赋权的电压序列综合评估方法，所述方法包括以下步骤：
步骤S1：确定对应场景下电压序列备选方案；
步骤S2：构建电压序列综合评估指标体系；
步骤S3：构建集合映射函数对初始指标决策矩阵进行标准化处理；
步骤S4：采用改进AHP法确定各评估指标量化的主观权重向量；
步骤S5：采用熵权法确定各评估指标量化的客观权重向量；
步骤S6：由离差平方和最小确定指标综合权重向量及评估指数，给出综合评估结果；
其中：
所述步骤S1中对于不同的应用场景，结合供电区电网现状及发展规划的边界条件，经综合论证确定技术上可行的电压序列候选方案；
所述步骤S2构建的电压序列综合评估指标体系包括如下指标：
①综合线损率指标ζ，其计算表达式如下：
式中：P为供电区最大负荷；ΔPLi为第i条线路的功率损耗；Ii为第i条线路的电流；Reqi为第i条线路的等效电阻；Si为第i条线路的视在功率；Ui为第i条线路的端电压；ΔP0i为第i台变压器空载损耗；ΔPdi为第i台变压器额定电流时的负载损耗；Si为第i台变压器的实际负荷容量；Sei为第i台变压器的额定容量；
②综合供电可靠率指标RS，其计算表达式如下：
其中，
式中：rss、rsmv、rsmvb分别表示变电站、中压主干线和中压分支线的供电可靠性；P1为变电站最大负荷；P1-mv为单条中压线路的最大负荷；P1-mvb为单台配电变压器的最大负荷；Qs为变电站年电量损失期望；Qmv为中压主干线故障的年电量损失期望；Qmvb为中压分支线故障的年电量损失期望；Hmax为年最大负荷利用小时数，为全年总用电量与年最大负荷的比值；
③综合费用指标CTotal，其计算表达式如下：
CTotal＝CInit+CSeris+COpe&Mai+CLoss+COut
其中，
式中：Ctotal、CInit、CSeris、COpe&Mai、CLoss、COut分别为综合费用、初期投资费用、后期改造投资费用、运维费用、电能损耗费用以及停电损失费用；S、L1-HV、Tpub、LMV、LBMV分别为供电区总变电容量、变电站高压进线总长度、中压公变总台数、中压馈线总长度以及中压馈线的分支线总长度；μHS、μHL、μMS、μML、μMLB分别为单位变电容量、每公里高压线路、单台配变、每公里中压主干线以及分支线各自的综合造价；Ci为改造投资费用；n为后期改造次数；ti为每次投资时间；γ为运维系数；δ为折现率；P为年最大负荷；ΔP为年最大负荷的功率损耗；T为年利用小时数；TMAX为年最大利用小时数；f为电价；RS为综合供电可靠率；Vout为单位电量产值；
④设备占地面积指标JTotal，其计算表达式如下：
JTotal＝NHV×JHS+L1-HV×JHL+Tpub×JMS+LMV×JML
式中：Jtotal为设备总占地面积；NHV为全区变电站总座数；JHS为单座变电站的占地面积；JHL为高压线路的走廊宽度；JMS为单台配变的占地面积；JML为中压线路的走廊宽度；
所述步骤S3中集合映射函数定义如下：
①针对正向指标(RS)的集合映射函数为：
②针对逆向指标(ζ、CTotal、JTotal)的集合映射函数为：
式中：fF(x)，fR(x)，xi，xmin，xmax分别表示正向归一化指标、逆向归一化指标、指标计算值、指标允许的最小值和最大值；xmin，xmax值根据指标的相关标准，并参考实际统计情况确定；
所述步骤S4采用改进AHP法确定主观权重的具体步骤：
①通过两两对比各评估指标间的重要性后生成判断矩阵D：
其中，
式中：n为评估指标总数，即n＝5；i,j＝1,2,...,n；
②为保证指标权重的一致性，计算判断矩阵D的最优传递矩阵T：
其中，
③基于指数函数关系：
将矩阵T变换成具有很好一致性的矩阵U:
④采用乘积方根法确定指标的主观权重向量ws为：
ws＝{ws1 ws2 L wsn}T
其中，
所述步骤S5采用熵权法确定客观权重的具体步骤：
①设有l个待评估方案，n个评估指标，将各方案指标向量组合成初始指标数据矩阵R：
②根据信息熵的定义，可以确定第j(j＝1,2,...,n)个指标的熵值ej为：
其中，
③计算第j(j＝1,2,...,n)个指标的熵权值woj为：
④进一步可确定指标的客观权重向量wo为：wo＝{wo1 wo2 L won}T；
所述步骤S6根据主客观权重的离差平方和最小的思想构建了最优组合赋权的数学模型：
式中：wsj,woj分别为第j个指标的主客观权重；η,τ分别为主客观权重组合系数；
求解上述最优化模型后得到最优组合权重向量：
w*＝{w1 * w2 *L wn *}T
进一步得到各电压序列方案的综合评估评估指数Q，得出整体最优电压序列方案：
附图说明
图1一种基于最优组合赋权的电压序列综合评估方法流程示意图。
具体实施方式
下面结合附图来具体描述本发明的某一实施例，其中，附图构成本申请的一部分，并与本发明的实施例一起用于阐释本发明的原理。
本发明公开了一种基于最优组合赋权的电压序列综合评估方法，所述方法包括以下步骤：
步骤S1：确定对应场景下电压序列备选方案；
步骤S2：构建电压序列综合评估指标体系；
步骤S3：构建集合映射函数对初始指标决策矩阵进行标准化处理；
步骤S4：采用改进AHP法确定各评估指标量化的主观权重向量；
步骤S5：采用熵权法确定各评估指标量化的客观权重向量；
步骤S6：由离差平方和最小确定指标综合权重向量及评估指数，给出综合评估结果；
所述步骤S1中对于不同的应用场景，结合供电区电网现状及发展规划的边界条件，经综合论证确定技术上可行的电压序列候选方案；
结合实例，以某工业园区实际情况为例，该园区供电区域规划总面积约100km2，区域最终饱和负荷密度将达到20MW/km2，现状电网结构较为薄弱，经综合论证该区域可选电压序列候选方案有4种：220/110/10/0.4kV、220/110/20/0.4kV、220/110/35/10/0.4kV、220/35/10/0.4kV。
所述步骤S2构建的电压序列综合评估指标体系包括如下指标：
①综合线损率指标ζ，其计算表达式如下：
式中：P为供电区最大负荷；ΔPLi为第i条线路的功率损耗；Ii为第i条线路的电流；Reqi为第i条线路的等效电阻；Si为第i条线路的视在功率；Ui为第i条线路的端电压；ΔP0i为第i台变压器空载损耗；ΔPdi为第i台变压器额定电流时的负载损耗；Si为第i台变压器的实际负荷容量；Sei为第i台变压器的额定容量；
②综合供电可靠率指标RS，其计算表达式如下：
其中，
式中：rss、rsmv、rsmvb分别表示变电站、中压主干线和中压分支线的供电可靠性；P1为变电站最大负荷；P1-mv为单条中压线路的最大负荷；P1-mvb为单台配电变压器的最大负荷；Qs为变电站年电量损失期望；Qmv为中压主干线故障的年电量损失期望；Qmvb为中压分支线故障的年电量损失期望；Hmax为年最大负荷利用小时数，为全年总用电量与年最大负荷的比值；
③综合费用指标CTotal，其计算表达式如下：
CTotal＝CInit+CSeris+COpe&Mai+CLoss+COut
其中，
式中：Ctotal、CInit、CSeris、COpe&Mai、CLoss、COut分别为综合费用、初期投资费用、后期改造投资费用、运维费用、电能损耗费用以及停电损失费用；S、L1-HV、Tpub、LMV、LBMV分别为供电区总变电容量、变电站高压进线总长度、中压公变总台数、中压馈线总长度以及中压馈线的分支线总长度；μHS、μHL、μMS、μML、μMLB分别为单位变电容量、每公里高压线路、单台配变、每公里中压主干线以及分支线各自的综合造价；Ci为改造投资费用；n为后期改造次数；ti为每次投资时间；γ为运维系数；δ为折现率；P为年最大负荷；ΔP为年最大负荷的功率损耗；T为年利用小时数；TMAX为年最大利用小时数；f为电价；RS为综合供电可靠率；Vout为单位电量产值；
④设备占地面积指标JTotal，其计算表达式如下：
JTotal＝NHV×JHS+L1-HV×JHL+Tpub×JMS+LMV×JML
式中：Jtotal为设备总占地面积；NHV为全区变电站总座数；JHS为单座变电站的占地面积；JHL为高压线路的走廊宽度；JMS为单台配变的占地面积；JML为中压线路的走廊宽度；
结合实例，根据以上构建的电压序列综合评估各指标计算公式，根据网络规模估算模型计算得到4种备选方案的工程规模如下表所示：
根据以上4种备选方案的工程规模，计算以上6大电压序列评估指标具体数值，计算结果汇总如下表所示；其中：负荷功率因数取0.95，负荷同时率取0.8；经济性计算中运营期为25年，折现率取8％，运行维护费率取1.5％；
所述步骤S3中集合映射函数定义如下：
①针对正向指标(RS)的集合映射函数为：
②针对逆向指标(ζ、CTotal、JTotal)的集合映射函数为：
式中：fF(x)，fR(x)，xi，xmin，xmax分别表示正向归一化指标、逆向归一化指标、指标计算值、指标允许的最小值和最大值；xmin，xmax值根据指标的相关标准，并参考实际统计情况确定。
所述步骤S4采用改进AHP法确定主观权重的具体步骤：
①通过两两对比各评估指标间的重要性后生成判断矩阵D：
其中，
式中：n为评估指标总数，即n＝5；i,j＝1,2,...,n。
②为保证指标权重的一致性，计算判断矩阵D的最优传递矩阵T：
其中，
③基于指数函数关系：
将矩阵T变换成具有很好一致性的矩阵U:
④采用乘积方根法确定指标的主观权重向量ws为：
ws＝{ws1 ws2 L wsn}T
其中，
所述步骤S5采用熵权法确定客观权重的具体步骤：
①设有l个待评估方案，n个评估指标，将各方案指标组合成初始指标数据矩阵R：
②根据信息熵的定义，可以确定第j(j＝1,2,...,n)个指标的熵值ej为：
其中，
③计算第j(j＝1,2,...,n)个指标的熵权值woj为：
④进一步可确定指标的客观权重向量wo为：
wo＝{wo1 wo2 L won}T
结合实例，采用改进AHP法确定了综合线损率、综合供电可靠率、综合费用、设备占地面积4个指标的主观权重分别为0.15、0.15、0.6、0.1；采用熵权法确定了4个指标的客观权重分别为0.14、0.13、0.45、0.8；
所述步骤S6根据主客观权重的离差平方和最小的思想构建了最优组合赋权的数学模型：
式中：wsj,woj分别为第j个指标的主客观权重；η,τ分别为主客观权重组合系数；
求解上述最优化模型后得到最优组合权重向量：
w*＝{w1 * w2 *L wn *}T
进一步得到各电压序列方案的综合评估指数Q，得出整体最优电压序列方案。
结合实例，借助MATLAB软件调用拉格朗日常数算法可以快速求解上述最优化模型，得到主客观权重组合系数η,τ，即可求出最优权重向量w*＝(0.15,0.14,0.53,0.45)T。进一步根据上式计算得到4种电压序列备选方案的综合评估指数Q，如下表所示：
由上表综合评估指数计算结果，电压序列备选方案220/110/10/0.4的Q值最大，为本发明所提方法推荐的电压序列最佳配置方案；以上所述仅为本发明的一个实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (1)
1.一种基于最优组合赋权的电压序列综合评估方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
步骤S1：确定对应场景下电压序列备选方案；
步骤S2：构建电压序列综合评估指标体系；
步骤S3：构建集合映射函数对初始指标决策矩阵进行标准化处理；
步骤S4：采用改进AHP法确定各评估指标量化的主观权重向量；
步骤S5：采用熵权法确定各评估指标量化的客观权重向量；
步骤S6：由离差平方和最小确定指标综合权重向量及评估指数，给出综合评估结；
其中：
所述步骤S1中对于不同的应用场景，结合供电区电网现状及发展规划的边界条件，经综合论证确定技术上可行的电压序列候选方案；
所述步骤S2构建的电压序列综合评估指标体系包括如下指标：
①综合线损率指标ζ，其计算表达式如下：
式中：P为供电区最大负荷；ΔPLi为第i条线路的功率损耗；Ii为第i条线路的电流；Reqi为第i条线路的等效电阻；Si为第i条线路的视在功率；Ui为第i条线路的端电压；ΔP0i为第i台变压器空载损耗；ΔPdi为第i台变压器额定电流时的负载损耗；Si为第i台变压器的实际负荷容量；Sei为第i台变压器的额定容量；
②综合供电可靠率指标RS，其计算表达式如下：
其中，
式中：rss、rsmv、rsmvb分别表示变电站、中压主干线和中压分支线的供电可靠性；P1为变电站最大负荷；P1-mv为单条中压线路的最大负荷；P1-mvb为单台配电变压器的最大负荷；Qs为变电站年电量损失期望；Qmv为中压主干线故障的年电量损失期望；Qmvb为中压分支线故障的年电量损失期望；Hmax为年最大负荷利用小时数，为全年总用电量与年最大负荷的比值；
③综合费用指标CTotal，其计算表达式如下：
CTotal＝CInit+CSeris+COpe&Mai+CLoss+COut
其中，
式中：Ctotal、CInit、CSeris、COpe&Mai、CLoss、COut分别为综合费用、初期投资费用、后期改造投资费用、运维费用、电能损耗费用以及停电损失费用；S、L1-HV、Tpub、LMV、LBMV分别为供电区总变电容量、变电站高压进线总长度、中压公变总台数、中压馈线总长度以及中压馈线的分支线总长度；μHS、μHL、μMS、μML、μMLB分别为单位变电容量、每公里高压线路、单台配变、每公里中压主干线以及分支线各自的综合造价；Ci为改造投资费用；n为后期改造次数；ti为每次投资时间；γ为运维系数；δ为折现率；P为年最大负荷；ΔP为年最大负荷的功率损耗；T为年利用小时数；TMAX为年最大利用小时数；f为电价；RS为综合供电可靠率；Vout为单位电量产值；
④设备占地面积指标JTotal，其计算表达式如下：
JTotal＝NHV×JHS+L1-HV×JHL+Tpub×JMS+LMV×JML
式中：Jtotal为设备总占地面积；NHV为全区变电站总座数；JHS为单座变电站的占地面积；JHL为高压线路的走廊宽度；JMS为单台配变的占地面积；JML为中压线路的走廊宽度；
所述步骤S3中集合映射函数定义如下：
①针对正向指标(RS)的集合映射函数为：
②针对逆向指标(ζ、CTotal、JTotal)的集合映射函数为：
式中：fF(x)，fR(x)，xi，xmin，xmax分别表示正向归一化指标、逆向归一化指标、指标计算值、指标允许的最小值和最大值；xmin，xmax值根据指标的相关标准，并参考实际统计情况确定；
所述步骤S4采用改进AHP法确定主观权重的具体步骤：
①通过两两对比各评估指标间的重要性后生成判断矩阵D：
其中，
式中：n为评估指标总数，即n＝5；i,j＝1,2,...,n；
②为保证指标权重的一致性，计算判断矩阵D的最优传递矩阵T：
其中，
③基于指数函数关系：
将矩阵T变换成具有很好一致性的矩阵U:
④采用乘积方根法确定指标的主观权重向量ws为：
ws＝{ws1 ws2 L wsn}T
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所述步骤S5采用熵权法确定客观权重的具体步骤：
①设有l个待评估方案，n个评估指标，将各方案指标向量组合成初始指标数据矩阵R：
②根据信息熵的定义，可以确定第j(j＝1,2,...,n)个指标的熵值ej为：
其中，
③计算第j(j＝1,2,...,n)个指标的熵权值woj为：
④进一步可确定指标的客观权重向量wo为：
wo＝{wo1 wo2 L won}T；
所述步骤S6根据主客观权重的离差平方和最小的思想构建了最优组合赋权的数学模型：
式中：wsj,woj分别为第j个指标的主客观权重；η,τ分别为主客观权重组合系数；
求解上述最优化模型后得到最优组合权重向量：
w*＝{w1 * w2 * L wn *}T
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| CN112052601B (zh) * | 2020-09-17 | 2022-05-10 | 云南电网有限责任公司 | 一种基于最优分数雷达图的输配电网电压序列优化方法 |
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