CN112348066A - 一种基于灰色聚类算法的线路不停电等级评估方法 - Google Patents

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CN112348066A CN202011168900.9A CN202011168900A CN112348066A CN 112348066 A CN112348066 A CN 112348066A CN 202011168900 A CN202011168900 A CN 202011168900A CN 112348066 A CN112348066 A CN 112348066A
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Abstract

本发明涉及一种基于灰色聚类算法的线路不停电等级评估方法，包括以下步骤：1)采集样本数据，样本数据标准化处理，形成标准化后的样本数据矩阵；2)确定各指标的灰类白化权函数，确定上灰类、中灰类、末灰类的各指标的白化权函数形式；3)对每一个灰类k列写其相关指标样本值的符合度矩阵，由符合度矩阵和权重向量来求取进而得到灰色聚类系数矩阵；4)由灰色聚类系数矩阵获得评价结果，从而反映该线路不停电作业等级的水平高低。与现有技术相比，本发明对各线路的不停电作业开展水平进行归类划分更合理，在定量评价结果上更加准确，算法更简便并且为后续的人力以及作业设备等资源的合理配置提供参考价值。

Description

一种基于灰色聚类算法的线路不停电等级评估方法
技术领域
本发明涉及配电网线路不停电等级评估领域，尤其是指一种基于灰色聚类算法的线路不停电等级评估方法。
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。不停电作业技术作为一种可替代配电网停电检修、施工改造以及更换设备的作业方式，其采用带电作业或者旁路系统的方式，保障用户的不间断用电或短时停电，有效避免长时间停电作业的情况发生。配电网采用不停电作业技术不仅可以大幅度提升供电可靠性，同时也会带来客可观的经济和社会效益。
目前配电网评估工作主要集中在对电网可靠性、安全性、经济效益等单项评估，对整个电网评估的综合评判方法也有了一定的探讨研究。配电网评估的优劣取决于评估指标和评估指标体系这两个重要的因素。
现有的电网评估存在以下问题：电网评估关注焦点集中在可靠性，电能质量，供电能力，供电安全性等内容上。随着智能电网和不停电作业技术的不断进步，近年来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，因此急需构建一种配电网线路不停电等级评估方法。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术中的缺点，提供一种判定准确、评定快速、使用便捷的基于灰色聚类算法的线路不停电等级评估方法。
本发明的目的是通过下述技术方案予以实现：
一种基于灰色聚类算法的线路不停电等级评估方法，包括以下步骤：
S1，采集线路样本数据，然后将样本数据标准化处理，构建样本数据矩阵；
S2，确定样本数据矩阵指标的灰类白化权函数，确定若干个灰类的指标的白化权函数形式；
S3，对每一个灰类构建构建指标的符合度矩阵，由符合度矩阵和权重向量得到灰色聚类系数矩阵；
S4，由灰色聚类系数矩阵获得反映该线路不停电作业等级的水平高低的评价结果。
作为一种优选方案，所述的S1中，样本数据矩阵X为n×m阶，标准化后的样本数据矩阵为：
Figure BDA0002746678480000021
式中：n表示为线路条数，m表示为每条线路指标个数，xij表示为第i个待评估线路的第j个指标的数据指标值。
作为一种优选方案，所述的S2中，所述的若干个灰类包括上灰类、中灰类以及末灰类，上灰类、中灰类以及末灰类对应不停电作业线路、准不停电作业线路以及普通线路，根据每一条指标在不停电作业线路、准不停电作业线路以及普通线路的特点，确定不同灰类下标准白化权函数的值λ1、λ2、…、λk-1、λk，其数值依据经验人工确定。
作为一种优选方案，所述的S2中，上灰类、中灰类、末灰类的各指标的白化权函数为：
Figure BDA0002746678480000031
式中，k为评估灰类集为将要聚类的灰类，本发明采用的灰类划分方式为不停电作业线路、准不停电作业线路以及普通线路，即k＝3。
作为一种优选方案，上灰类白化权函数的函数表达式优化为：
Figure BDA0002746678480000032
式中，指标样本值的区间范围是[0，1]，λk为上灰类参考白化数，上灰类参考白化数λ1，r为指标样本值的白化系数，r∈[0.5，1]。
末灰类白化权函数的函数表达式优化为：
Figure BDA0002746678480000033
中灰类白化权函数的函数表达式满足：
Figure BDA0002746678480000034
作为一种优选方案，所述的S3中权重向量为熵权，熵权的计算方式为：
采用归一化方法对原始评分集进行预处理：
Figure BDA0002746678480000041
对于整个不停电作业项目评价，其底层指标信息熵的求取公式为：
Figure BDA0002746678480000042
根据公式，可得线路不停电作业指标熵权为
Figure BDA0002746678480000043
其中，Wj为系统中的某个指标j的熵权：
Figure BDA0002746678480000044
式中：
Figure BDA0002746678480000045
为指标的熵权且满足
Figure BDA0002746678480000046
以及
Figure BDA0002746678480000047
作为一种优选方案，所述的S3中，定义指标样本值的白化数
Figure BDA0002746678480000048
为第i条待评估线路的第j个指标对灰类k的符合度：
Figure BDA0002746678480000049
作为一种优选方案，所述的S3)中基于灰评估体灰色白化权函数聚类模型为：
Figure BDA0002746678480000051
式中：
Figure BDA0002746678480000052
表示为k灰类下的第i条线路的第j个评估指标值的白化权函数；
Figure BDA0002746678480000053
表示为k灰类下的灰色变权聚类系数，通过对比系数可以将各条线路进行归类；
Figure BDA0002746678480000054
表示为k灰类下的对应的m个指标的权重；
指标样本值的白化数
Figure BDA0002746678480000055
为：
Figure BDA0002746678480000056
灰色聚类系数矩阵σk依据灰色聚类的评价模型，由符合度矩阵和权重向量来求取，σk表示为：
Figure BDA0002746678480000057
式中：灰色聚类系数矩阵σk表示配电网线路不停电作业等级评估中的待评估线路在灰类k下的灰色聚类系数矩阵，其也是灰数聚类的评估值，其表现形式为：
Figure BDA0002746678480000058
作为一种优选方案，所述的S4中通过比较灰色聚类系数矩阵的每一行系数大小，其中最大的评估值，为被评价对象的所属灰类：
Figure BDA0002746678480000061
式中，
Figure BDA0002746678480000062
表示配电网第i条线路的不停电作业等级属于灰类ki。
作为一种优选方案，反映该线路不停电作业等级的水平高低的判断方法为：对于普通线路，灰色聚类系数
Figure BDA0002746678480000063
的数值越大表明，该线路的不停电作业建设处于较低的水平；
对于全线不停电作业线路，灰色聚类系数
Figure BDA0002746678480000064
的数值越大表明，该线路在不停电作业技术上的建设水平越高；
对于准不停电线路，通过灰色聚类系数
Figure BDA0002746678480000065
和
Figure BDA0002746678480000066
两者之间的数值关系反映该准不停电作业线路距离实现全线不停电作业的差距：
Figure BDA0002746678480000067
本发明的有益效果是：
一、线路的不停电等级更加精确：通过对七大类32项不停电作业指标建立数学模型，通过分数量化不停电检修的难易程度，确定线路的不停电等级。线路根据系统量化定级后确定不停电级的公里数，精准科学合理匹配人员物资。
二、算法更便捷：选用基于灰色聚类算法以及基于常熵权法得到优化方案，更便携，计算量小。
三、有利于配电网线路运行维护：配电网不停电等级评估方法对于配电网线路运行维护检修有着十分重要的意义。
附图说明
图1是本发明的流程示意图；
图2为本发明的配电网线路分布图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进一步描述。
实施例：一种基于灰色聚类算法的线路不停电等级评估方法，如图1所示，包括以下步骤：
S1，采集线路样本数据，然后将样本数据标准化处理，构建样本数据矩阵；
S2，确定样本数据矩阵指标的灰类白化权函数，确定若干个灰类的指标的白化权函数形式；
S3，对每一个灰类构建构建指标的符合度矩阵，由符合度矩阵和权重向量得到灰色聚类系数矩阵；
S4，由灰色聚类系数矩阵获得反映该线路不停电作业等级的水平高低的评价结果。
所述的S1中，线路不停电数据依据《10KV配网不停电作业规范》准则对线路不停电作业进行归纳整理，选取准则和具体量化指标，包括n条待评价线路的被评估单元集、电网不停电作业等级灰类评估指标集、评估灰类集三个集合构成指标数据。样本数据标准化处理，形成标准化后的n×m阶样本数据矩阵。标准化后的样本数据矩阵为：
Figure BDA0002746678480000081
式中：n表示为线路条数，m表示为每条线路指标个数，xij表示为第i个待评估线路的第j个指标的数据指标值。
所述的S2中，所述的若干个灰类包括上灰类、中灰类以及末灰类，上灰类、中灰类以及末灰类对应不停电作业线路、准不停电作业线路以及普通线路，根据每一条指标在不停电作业线路、准不停电作业线路以及普通线路的特点，确定不同灰类下标准白化权函数的值λ1、λ2、…、λk-1、λk，其数值依据经验人工确定。
所述的S2中，上灰类、中灰类、末灰类的各指标的白化权函数为：
Figure BDA0002746678480000082
式中，k为评估灰类集为将要聚类的灰类，本发明采用的灰类划分方式为不停电作业线路、准不停电作业线路以及普通线路，即k＝3。
上灰类白化权函数的函数表达式优化为：
Figure BDA0002746678480000083
式中，指标样本值的区间范围是[0，1]，λk为上灰类参考白化数，上灰类参考白化数λ1，r为指标样本值的白化系数，r∈[0.5，1]。
末灰类白化权函数的函数表达式优化为：
Figure BDA0002746678480000091
中灰类白化权函数的函数表达式满足：
Figure BDA0002746678480000092
所述的S3中权重向量为熵权，熵权的计算方式为：
采用归一化方法对原始评分集进行预处理：
Figure BDA0002746678480000093
对于整个不停电作业项目评价，其底层指标信息熵的求取公式为：
Figure BDA0002746678480000094
根据公式，可得线路不停电作业指标熵权为
Figure BDA0002746678480000095
其中，Wj为系统中的某个指标j的熵权：
Figure BDA0002746678480000096
式中：
Figure BDA0002746678480000097
为指标的熵权且满足
Figure BDA0002746678480000098
以及
Figure BDA0002746678480000099
所述的S3中，定义指标样本值的白化数
Figure BDA00027466784800000910
为第i条待评估线路的第j个指标对灰类k的符合度：
Figure BDA0002746678480000101
所述的S3)中基于灰评估体灰色白化权函数聚类模型为：
Figure BDA0002746678480000102
式中：
Figure BDA0002746678480000103
表示为k灰类下的第i条线路的第j个评估指标值的白化权函数；
Figure BDA0002746678480000104
表示为k灰类下的灰色变权聚类系数，通过对比系数可以将各条线路进行归类；
Figure BDA0002746678480000105
表示为k灰类下的对应的m个指标的权重；
指标样本值的白化数
Figure BDA0002746678480000106
为：
Figure BDA0002746678480000107
灰色聚类系数矩阵σk依据灰色聚类的评价模型，由符合度矩阵和权重向量来求取，σk表示为：
Figure BDA0002746678480000108
式中：灰色聚类系数矩阵σk表示配电网线路不停电作业等级评估中的待评估线路在灰类k下的灰色聚类系数矩阵，其也是灰数聚类的评估值，其表现形式为：
Figure BDA0002746678480000111
所述的S4中通过比较灰色聚类系数矩阵的每一行系数大小，其中最大的评估值，为被评价对象的所属灰类：
Figure BDA0002746678480000112
式中，
Figure BDA0002746678480000113
表示配电网第i条线路的不停电作业等级属于灰类ki。
反映该线路不停电作业等级的水平高低的判断方法为：对于普通线路，灰色聚类系数
Figure BDA0002746678480000114
的数值越大表明，该线路的不停电作业建设处于较低的水平；
对于全线不停电作业线路，灰色聚类系数
Figure BDA0002746678480000115
的数值越大表明，该线路在不停电作业技术上的建设水平越高；
对于准不停电线路，通过灰色聚类系数
Figure BDA0002746678480000116
和
Figure BDA0002746678480000117
两者之间的数值关系反映该准不停电作业线路距离实现全线不停电作业的差距：
Figure BDA0002746678480000118
本实施例中，图2是线路地理分布图，根据专家经验采用Delphi法将这些配电网线路的实际不停电作业等级，结合配电网线路不停电作业评估指标系统的各项评估指标确定各指标的值，如表1所示。
表1待评估配电网线路专家打分值
Figure BDA0002746678480000121
首先对表1待评估配电网线路专家打分值数据进行单位化归一化处理。通过专家调研，全线不停电作业线路、准不停电作业线路、普通线路分别对应上灰类白化权函数、中灰类白化权函数、末灰类白化权函数。各个指标灰度归类参数设置如表2所示。
表2各个指标灰度归类参数确定
Figure BDA0002746678480000122
Figure BDA0002746678480000131
在求取权重时与上文不同的是，按照配电网线路不停电作业等级评估模型中的灰类数，依次求取不同灰类下的各指标权重值，如表3所示。
表3不同灰类下的各指标权重
Figure BDA0002746678480000132
基于灰色聚类算法的配电网线路不停电等级评估结果如下表4所示。以东大线评估结果为例0.9457(上灰类聚类评估值)>0.6135(中灰类聚类评估值)>0.4408(末灰类聚类评估值)，则东大线的不停电等级评估应划分到上灰类中，线路等级为全线不停电作业等级。同理，五一A502线，双五K738线/双六K762线的线路等级为准不停电作业线路等级，通过比较两者的中灰类聚类评估值五一A502线的表现更加优越。嘉南A534线、管塘C120线/镜江C104线两条线路的线路等级为普通线路等级，此部分线路急需进行线路改造。
表4配电网线路不停电等级评估结果
Figure BDA0002746678480000141
本方案结合配电网不停电作业过程受到资源、人员和环境等条件的影响，并依据此准则对线路不停电作业进行归纳整理，选取准则和具体量化指标。在线路等级定性方面采用灰色聚类方法和AHP-变熵权法评估方法获得的评估结果相一致，由此验证了灰色聚类方法定量评价结果的准确性。
以上所述的实施例只是本发明的一种较佳的方案，并非对本发明作任何形式上的限制，在不超出权利要求所记载的技术方案的前提下还有其它的变体及改型。

Claims (10)

1.一种基于灰色聚类算法的线路不停电等级评估方法，其特征是，包括以下步骤：
步骤1，采集线路样本数据，然后将样本数据标准化处理，构建样本数据矩阵；
步骤2，确定样本数据矩阵指标的灰类白化权函数，确定若干个灰类的指标的白化权函数形式；
步骤3，对每一个灰类构建构建指标的符合度矩阵，由符合度矩阵和权重向量得到灰色聚类系数矩阵；
步骤4，由灰色聚类系数矩阵获得反映该线路不停电作业等级的水平高低的评价结果。
2.根据权利要求1所述的一种基于灰色聚类算法的线路不停电等级评估方法，其特征是，所述的步骤1中，样本数据矩阵X为n×m阶，标准化后的样本数据矩阵为：
Figure FDA0002746678470000011
式中：n表示为线路条数，m表示为每条线路指标个数，xij表示为第i个待评估线路的第j个指标的数据指标值。
3.根据权利要求1所述的一种基于灰色聚类算法的线路不停电等级评估方法，其特征是，所述的步骤2中，所述的若干个灰类包括上灰类、中灰类以及末灰类，上灰类、中灰类以及末灰类对应不停电作业线路、准不停电作业线路以及普通线路，根据每一条指标在不停电作业线路、准不停电作业线路以及普通线路的特点，确定不同灰类下标准白化权函数的值λ1、λ2、…、λk-1、λk，其数值依据经验人工确定。
4.根据权利要求3所述的一种基于灰色聚类算法的线路不停电等级评估方法，其特征是，所述的步骤2中，上灰类、中灰类、末灰类的各指标的白化权函数为：
Figure FDA0002746678470000021
式中，k为评估灰类集为将要聚类的灰类，本发明采用的灰类划分方式为不停电作业线路、准不停电作业线路以及普通线路，即k＝3。
5.根据权利要求4所述的一种基于灰色聚类算法的线路不停电等级评估方法，其特征是，上灰类白化权函数的函数表达式优化为：
Figure FDA0002746678470000022
式中，指标样本值的区间范围是[0,1]，λk为上灰类参考白化数，上灰类参考白化数λ1，r为指标样本值的白化系数，r∈[0.5,1]。
末灰类白化权函数的函数表达式优化为：
Figure FDA0002746678470000023
中灰类白化权函数的函数表达式满足：
Figure FDA0002746678470000031
6.根据权利要求1所述的一种基于灰色聚类算法的线路不停电等级评估方法，其特征是，所述的步骤3中权重向量为熵权，熵权的计算方式为：
采用归一化方法对原始评分集进行预处理：
Figure FDA0002746678470000032
对于整个不停电作业项目评价，其底层指标信息熵的求取公式为：
Figure FDA0002746678470000033
根据公式，可得线路不停电作业指标熵权为
Figure FDA0002746678470000034
其中，Wj为系统中的某个指标j的熵权：
Figure FDA0002746678470000035
式中：
Figure FDA0002746678470000036
为指标的熵权且满足
Figure FDA0002746678470000037
以及
Figure FDA0002746678470000038
7.根据权利要求1所述的一种基于灰色聚类算法的线路不停电等级评估方法，其特征是，所述的步骤3中，定义指标样本值的白化数
Figure FDA0002746678470000039
为第i条待评估线路的第j个指标对灰类k的符合度：
Figure FDA0002746678470000041
8.根据权利要求7所述的一种基于灰色聚类算法的线路不停电等级评估方法，其特征是，所述的步骤3)中基于灰评估体灰色白化权函数聚类模型为：
Figure FDA0002746678470000042
式中：
Figure FDA0002746678470000043
表示为k灰类下的第i条线路的第j个评估指标值的白化权函数；
Figure FDA0002746678470000044
表示为k灰类下的灰色变权聚类系数，通过对比系数可以将各条线路进行归类；
Figure FDA0002746678470000045
表示为k灰类下的对应的m个指标的权重；
指标样本值的白化数
Figure FDA0002746678470000046
为：
Figure FDA0002746678470000047
灰色聚类系数矩阵σk依据灰色聚类的评价模型，由符合度矩阵和权重向量来求取，σk表示为：
Figure FDA0002746678470000048
式中：灰色聚类系数矩阵σk表示配电网线路不停电作业等级评估中的待评估线路在灰类k下的灰色聚类系数矩阵，其也是灰数聚类的评估值，其表现形式为：
Figure FDA0002746678470000051
9.根据权利要求1所述的一种基于灰色聚类算法的线路不停电等级评估方法，其特征是，所述的步骤4中通过比较灰色聚类系数矩阵的每一行系数大小，其中最大的评估值，为被评价对象的所属灰类：
Figure FDA0002746678470000052
式中，
Figure FDA0002746678470000053
表示配电网第i条线路的不停电作业等级属于灰类ki。
10.根据权利要求9所述的一种基于灰色聚类算法的线路不停电等级评估方法，其特征是，反映该线路不停电作业等级的水平高低的判断方法为：对于普通线路，灰色聚类系数σi 1的数值越大表明，该线路的不停电作业建设处于较低的水平；
对于全线不停电作业线路，灰色聚类系数
Figure FDA0002746678470000054
的数值越大表明，该线路在不停电作业技术上的建设水平越高；
对于准不停电线路，通过灰色聚类系数
Figure FDA0002746678470000055
和
Figure FDA0002746678470000056
两者之间的数值关系反映该准不停电作业线路距离实现全线不停电作业的差距：
Figure FDA0002746678470000057
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