CN112270485A - 一种用于配电网络不停电作业综合评估的主成分因子分析方法 - Google Patents

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Abstract

为了解决上述问题，本发明提供了一种用于配电网络不停电作业综合评估的主成分因子分析方法，在对于综合评估过程中的算法进行优化，对于具体配电网络不停电作业过程中的成分因子进行判断是否是主成分因子，简化了评估的对象并且提高了判断的精度。为达到所述技术效果，本发明提供了一种用于配电网络不停电作业综合评估的主成分因子分析方法，所述的方法包括以下步骤：1)选择分析的变量，对原始数据进行标准化处理；2)计算所选原始变量的相关系数矩阵，3)根据配电网不停电作业因子变量提出公共因子；4)对公共因子进行坐标变换，通过因子旋转提取主成分因子。采用本发明所述的技术方案后，能找到主成分因子，简化了后续的评估流程。

Description

一种用于配电网络不停电作业综合评估的主成分因子分析 方法
技术领域
本发明涉及数据处理技术领域，具体涉及一种用于配电网络不停电作业综合评估的主成分因子分析方法。
背景技术
随着智能电网的不断推进，配电网的不间断供电能力的不足影响用户用电质量的问题日益突出，因此，需要对配电网络不停电作业进行综合评估，从而提升配电网不停电作业能力，对提升配电网供电可靠性、经济性有着重大的实际意义。
现有技术中专利申请号为CN201210576798.5的发明专利《一种智能配电网高效运行评估方法》中就公开了一种智能配电网高效运行评估方法，包括下述步骤：(1)确定边界条件；(2)明确服务对象；(3)构建评估指标体系；所述评估指标体系包括配电网安全性指标、配电网可靠性指标、配电网经济性指标、配电网运行优质性指标和配电网智能性指标五个指标；(4)确定单项评估指标数值；(5)单项评估指标评分：(6)评估指标体系综合评分；(7)根据步骤(6)的评估指标体系综合评分，判断配电网是否达到高效运行。该发明的智能配电网高效运行评估方法具有较广的适用范围，能够全面评估智能配电网的运行状态，评估结果将为电网调度、规划以及运行管理人员的决策工作提供重要的依据。
这样的评估方法确实能起到良好的效果，但是在现有的配电网络不停电作业存在以下问题：不停电作业项目种类繁多，现场人员施工强度大；配电网不停电作业评估指标日益增加，配电网服务性等软性指标开始增多；不停电作业在作业资源配置以及作业人力管理缺乏合理配置规划；尚未有对作业条件进行数据量化的方法。现有的电网评估不能够很好的满足不停电作业等级评估的需求，因此急需找到一种于配电网络不停电作业综合评估的主成分因子分析方法，找出对配电网络不停电作业影响最大的因素进行分析和处理，确保后续的工作的安全性。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提供了一种用于配电网络不停电作业综合评估的主成分因子分析方法，在对于综合评估过程中的算法进行优化，对于具体配电网络不停电作业过程中的成分因子进行判断是否是主成分因子，简化了评估的对象并且提高了判断的精度。
为达到所述技术效果，本发明提供了一种用于配电网络不停电作业综合评估的主成分因子分析方法，所述的方法包括以下步骤：
1)选择分析的变量，对原始数据进行标准化处理；
2)计算所选原始变量的相关系数矩阵，相关系数矩阵R其数学表达式为：
R＝(rij)p×p
Figure BDA0002759036750000021
其中，rij＝1，rij＝rij，rij是第i个指标与第j个指标的相关系数；
3)根据配电网不停电作业因子变量提出公共因子；
4)对公共因子进行坐标变换，通过因子旋转提取主成分因子。
优选的，所述的步骤1)中，具体包括以下步骤：
11)选取配电网不停电作业因子变量F，有f1，f2，…，fk，共k因子。
12)对原始数据进行标准化处理，标准化指标变量可表示为：
Figure BDA0002759036750000022
其中
Figure BDA0002759036750000023
和Sj分别表示为j指标的样本均值和样本标准差；
Figure BDA0002759036750000024
表示为第i个被评估对象关于j指标的标准化指标变量。
优选的，所述的步骤3)中，公共因子的累积方差贡献率μ为：
Figure BDA0002759036750000025
R*＝R-D
其中，R*为约相关系数矩阵，D为修正矩阵，
Figure BDA0002759036750000031
为约相关系数矩阵的特征值，
Figure BDA0002759036750000032
为特征值和其相对应的正交特征向量。当因子的累计方差贡献率μ≥80％时，表明前l个因子可以基本反映所有指标的信息，L为公共因子。
优选的，所述的步骤3)中，旋转因子矩阵Z为：
Z＝B(QTL)+U
其中，B为旋转因子载荷矩阵，Q为正交矩阵，U为特殊因子。
优选的，旋转因子载荷矩阵B为：
B＝AQ
其中，A为因子载荷矩阵
Figure BDA0002759036750000033
优选的，还包括计算主成分因子得分与权重，主成分因子得分公式G为：
G＝(Gij)n×m＝XR-1B
其中，Gij表示为第i个指标样本点对第j个因子Gj得分的得分估计值，X是n×m阶的指标值的原始数据矩阵。这是将处理完的主成分因子重新放回到评估模型中的应用。
优选的，不停电作业主成分因子指标回归方程为：
Gi＝βi0+βi1x1+βi2x2+…+βijxj
其中，βij为回归系数，xj为指标变量。
还包括一种计算系统，所述系统包括：存储器、处理器以及存储在所述存储器中的数据库以及可在所述处理器上运行用于运行一种用于配电网络不停电作业综合评估的主成分因子分析方法的计算机程序；
还包括输入装置用于用户输入参数；
交互显示界面：用于显示输入、输出信息。通过所述计算系统得以应用本发明的具体方法，使其产生有益效果。
本发明还包括一种存储系统，所述系统用于存储运行一种用于配电网络不停电作业综合评估的主成分因子分析方法的计算机程序。
需要说明的是，本发明通过这样的技术方案，并不是用于评估配电网络不停电作业，而是用于找到在整个配电网络不停电作业过程中的主成分因子，是通过模拟不停电作业场景后通过技术手段，计算出最主要的主成分因子。本发明利用了自然规律，解决了具体的技术问题，是专利法所保护的客体。综上所述在采用本发明所述的技术方案后，能找到主成分因子，简化了后续的评估流程。
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，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
作为配电网络不停电作业综合评估方法，其步骤为：
数据处理标准化处理后通过计算主成分因子得分与权重并进行综合评价。
在数据处理中依据不停电作业项目对各负荷点的预安排停电可靠性指标的影响，求取进一步不停电作业技术应用条件下的系统预安排停电可靠性指标。相关指标计算公式如下：
(1)系统平均预安排停电频率期望值SAIFI-S，是指系统内用户在规定时间内的平均预安排停电次数，单位为次/(户·年)。
Figure BDA0002759036750000041
式中：j表示负荷节点；Nj表示负荷节点j的用户数；λj表示负荷节点j的预安排停电率。
(2)系统平均预安排停电时间期望值SAIDI-S，是指在规定时间内系统中平均每个用户的总预安排停电时间，单位为h/(户·年)。
Figure BDA0002759036750000042
式中：Uj为负荷节点j的年预安排停运时间，其计算方法如(1)中预安排停电率λj计算所述类似。
(3)用户年平均预安排停电持续时间CAIDI-S，是指规定时间内系统中每个受预安排停电影响的用户的平均停电时间，单位是h/次或min/次。
Figure BDA0002759036750000051
(4)平均供电可用度ASAI，是指在规定时间内用户的用电总小时数与用户需电总小时数之比。
Figure BDA0002759036750000052
式中：T一般取一年的小时数，即T＝8760。
(5)不停电作业次数比率。
不停电作业次数比率为不停电作业次数与预安排停电检修次数的比值。
Figure BDA0002759036750000053
式中：
Figure BDA0002759036750000054
为不停电作业次数比率；C1为年配电网不停电作业次数；C2为年配电网预安排停电检修次数。
(6)不停电作业时间比率。
不停电作业时间比率为配电网不停电作业总时间与配电网预安排停电检修总时间的比值。
Figure BDA0002759036750000055
式中：ζ为不停电作业时间比率；T1为负荷点的年不停电作业时间；T2为负荷点的年预安排停电检修时间。
(7)不停电作业化率。
不停电作业化率主要从不停电作业在减少停电时户数的角度描述作业化率计算公式如下：
Figure BDA0002759036750000056
式中：η为配电网的不停电作业化率；W1为计划停电检修时的停电用户数；W2为不停电作业减少停电时的用户数；W表示为统计周期内不停电作业减少停电时的用户数。
(8)改造投资成本率。
投资经济性主要考虑配电网的升级改造的投资成本以及不停电作业设备投资成本。
ZL＝βLC0/Z
式中：β表示线路曲折系数；L为配电线路的长度；C0为线路单位长度的改造价格。总投资资金为Z。
(9)运行效益率。
运行经济性主要考虑配电网的运行成本，运行效益ZR等于供电收益与不停电作业设备运行维护成本的差比上供电收益。
ZR＝(ZE-ZW-ZP)/ZE
式中：ZW为不停电作业设备日常检测费用；ZP为不停电作业人员培养费用；ZE为不停电作业条件下给电网带来的电能收益。
数据处理过程中标准化指标变量可表示为：
Figure BDA0002759036750000061
其中
Figure BDA0002759036750000062
和Sj分别表示为j指标的样本均值和样本标准差；
Figure BDA0002759036750000063
表示为第i个被评估对象关于j指标的标准化指标变量。
在这个过程中，本发明的一种用于配电网络不停电作业综合评估的主成分因子分析方法具体实施方式为：
1)获取前期数据处理的结果；
2)计算所选原始变量的相关系数矩阵，相关系数矩阵R其数学表达式为：
R＝(rij)p×p
Figure BDA0002759036750000064
其中，rij＝1，rij＝rij，rij是第i个指标与第j个指标的相关系数；
3)根据配电网不停电作业因子变量提出公共因子；
4)对公共因子进行坐标变换，通过因子旋转提取主成分因子。
其中：提出公共因子，对公共因子进行坐标变换，通过因子旋转提取主成分因子的步骤包括：
3.1)根据配电网不停电作业因子变量提出公共因子。
公共因子的累积方差贡献率μ为：
Figure BDA0002759036750000071
R*＝R-D
其中，R*为约相关系数矩阵，D为修正矩阵，
Figure BDA0002759036750000072
为约相关系数矩阵的特征值，
Figure BDA0002759036750000073
为特征值和其相对应的正交特征向量。
当因子的累计方差贡献率μ≥80％时，表明前l个因子可以基本反映所有指标的信息，L为公共因子。
3.2)对公共因子进行坐标变换，通过因子旋转提取主成分因子。
旋转因子载荷矩阵B为：
B＝AQ
其中，A为因子载荷矩阵
Figure BDA0002759036750000074
旋转因子矩阵Z为：
Z＝B(QTL)+U
其中，B为旋转因子载荷矩阵，Q为正交矩阵，U为特殊因子。
通过旋转因子矩阵Z中不为0的数值大小，选择需要的主成分因子个数。
被发明获取的主成分因子重新返回到评估系统中计算主成分因子得分与权重并进行综合评价。其中：
不停电作业主成分因子指标回归方程为：
Gi＝βi0+βi1x1+βi2x2+…+βijxj
其中，βij为回归系数，xj为指标变量。
主成分因子得分公式G为：
G＝(Gij)n×m＝XR-1B
其中，Gij表示为第i个指标样本点对第j个因子Gj得分的得分估计值，X是n×m阶的指标值的原始数据矩阵。
实施例：选择配电网馈线F1、F2、F3、F4、F5、F6、F7、F8；设置不停电作业参数，设置F1、F2所在馈线为全线不停电线路(计划检修项目均满足不停电作业条件)，F3为普通线路(计划检修项目不满足不停电作业条件)，F4、F5、F6准不停电作业项目(计划检修项目大多数满足不停电作业条件)，F7、F8由于其特殊的接线结构，可实现在所以负荷不停电的情况下对任意一条线路进行停电检修。
通过对配电网中各条馈线的不停电参数进行读取并计算，得出下表中配电网不停电综合评价指标的计算值。
表1配电网不停电综合评价指标计算值
Figure BDA0002759036750000081
根据各馈线不停电综合评价指标，对上述原始数据进行标准化处理，并得出所选原始变量的相关系数矩阵；
Figure BDA0002759036750000091
依据相关系数矩阵计算提取出公共因子，根据因子方差贡献率，从公共因子提取一个主成分因子和两个主成分因子，详细数据如下表所示。
因子分析主成分解
Figure BDA0002759036750000092
由上表可以看出：由第一个因子解释的方差贡献率为78.8792％，其数值上小于80％，则不认为其包含所有指标的大部分信息。相比于第一个因子，由这两个因子解释的总方差比一个因子大，两个因子的总方差贡献率为89.7192％，所以公共因子共提取出2个。
将公共因子进行坐标变换，得出旋转因子矩阵Bt，并在此基础上获得旋转后的因子的权重；
Figure BDA0002759036750000101
因子的载荷矩阵通过旋转变换后的因子的数量减少，对其因子的权重确定也只考虑3个因子的权重如下表：
因子权重
Figure BDA0002759036750000102
对不停电作业主成分因子建立指标的回归方程，计算因子得分并进行综合评价；不停电作业综合评价结果如下表所示。
配电网不停电作业综合评价
Figure BDA0002759036750000103
由此表可知：区域F7，F8的综合评价最高，F3的综合评价最低，F4的综合评价值处于中间水平。评价结果与案例中关于几个区域的不停电作业设定相一致，验证了此评估模型的有效性。
以上实施例均在一种计算系统中进行实施，所述系统包括：存储器、处理器以及存储在所述存储器中的数据库以及可在所述处理器上运行用于运行一种用于配电网络不停电作业综合评估的主成分因子分析方法的计算机程序；
还包括输入装置用于用户输入参数；
交互显示界面：用于显示输入、输出信息。通过所述计算系统得以应用本发明的具体方法，使其产生有益效果。
虽然本发明实施例中为了完整的描述实施过程最终记载了完整的配电网络不停电作业综合评估方法，但是本发明仅涉及其中主成分因子分析方法。

Claims (9)

1.一种用于配电网络不停电作业综合评估的主成分因子分析方法，其特征在于，所述的方法包括以下步骤：
1)选择分析的变量，对原始数据进行标准化处理；
2)计算所选原始变量的相关系数矩阵，相关系数矩阵R其数学表达式为：
R＝(rij)p×p
Figure FDA0002759036740000011
其中,rij＝1，rij＝rij，rij是第i个指标与第j个指标的相关系数；
3)根据配电网不停电作业因子变量提出公共因子；
4)对公共因子进行坐标变换，通过因子旋转提取主因子。
2.根据权利要求1所述的一种用于配电网络不停电作业综合评估的主成分因子分析方法，其特征在于，所述的步骤1)中，具体包括以下步骤：
11)选取配电网不停电作业因子变量F，有f1,f2,…,fk，共k因子,
12)对原始数据进行标准化处理，标准化指标变量可表示为：
Figure FDA0002759036740000012
其中,
Figure FDA0002759036740000013
和Sj分别表示为j指标的样本均值和样本标准差；
Figure FDA0002759036740000014
表示为第i个被评估对象关于j指标的标准化指标变量。
3.根据权利要求1所述的一种用于配电网络不停电作业综合评估的主成分因子分析方法，其特征在于，所述的步骤3)中，公共因子的累积方差贡献率μ为：
Figure FDA0002759036740000015
R*＝R-D
其中,R*为约相关系数矩阵，D为修正矩阵，
Figure FDA0002759036740000016
为约相关系数矩阵的特征值，
Figure FDA0002759036740000017
为特征值和其相对应的正交特征向量，当因子的累计方差贡献率μ≥80％时，表明前l个因子可以基本反映所有指标的信息，L为公共因子。
4.根据权利要求3所述的一种用于配电网络不停电作业综合评估的主成分因子分析方法，其特征在于，所述的步骤3)中，旋转因子矩阵Z为：
Z＝B(QTL)+U
其中,B为旋转因子载荷矩阵，Q为正交矩阵,U为特殊因子。
5.根据权利要求4所述的一种用于配电网络不停电作业综合评估的主成分因子分析方法，其特征在于，旋转因子载荷矩阵B为：
B＝AQ
其中，A为因子载荷矩阵
Figure FDA0002759036740000021
6.根据权利要求1所述的一种用于配电网络不停电作业综合评估的主成分因子分析方法，其特征在于，还包括计算主因子得分与权重，主因子得分公式G为：
G＝(Gij)n×m＝XR-1B
其中，Gij表示为第i个指标样本点对第j个因子Gj得分的得分估计值，X是n×m阶的指标值的原始数据矩阵。
7.根据权利要求6所述的一种用于配电网络不停电作业综合评估的主成分因子分析方法，其特征在于，不停电作业主因子指标回归方程为：
Gi＝βi0+βi1x1+βi2x2+…+βijxj
其中，βij为回归系数，xj为指标变量。
8.一种计算系统，其特征在于，所述系统包括：存储器、处理器以及存储在所述存储器中的数据库以及可在所述处理器上运行用于运行一种用于配电网络不停电作业综合评估的主成分因子分析方法的计算机程序；
还包括输入装置用于用户输入参数；
交互显示界面：用于显示输入、输出信息。
9.一种存储系统，其特征在于，所述系统用于存储运行一种用于配电网络不停电作业综合评估的主成分因子分析方法的计算机程序。
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