CN112465365A - 一种配电网每日运行效能评价方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种配电网每日运行效能评价方法,包括给出配电网运行效能定义,建立配电网运行效能评价指标体系;对指标数据进行改进的归一化处理,基于激励惩罚评价机制提高指标评价值之间的区分度,体现电网运行效能变化态势;运用层次分析法和熵权法计算指标的权重,以“主观为主,客观为辅”的原则将指标权重进行线性组合得到常权重;根据变权思想,以常权重为基础,构造变权函数对常权重进行修正,计算最终评价结果。本发明所提出的配电网每日运行效能评价方法能够有效提升指标评价值的区分度,提高评价方法对异常情况的分辨能力,提升评价方法的反应能力,有利于对配电网每日实际运行水平的分析与评估。
Description
技术领域
本发明涉及配电网运行综合评估技术领域,尤其涉及一种配电网每日运行 效能评价方法。
背景技术
电网评价方法一直是电力行业研究的热点问题,科学、合理的电网评价方 法能够提高电网规划评价、运行评价等工作的科学性和准确性。在电改背景下, 电网盈利模式向“准许成本”加“合理收益”转变,这就要求电网企业通过精 益管理降低成本来扩大企业自身盈利的空间。因此,电力企业在提高电网供电 能力的同时,还注重电网运行的“降本增效”,并提出了配电网运行效能评估。
配电网运行效能随时间而变化,在单个时间断面对配电网进行运行效能的 评价存在片面性,不能够反映配电网运行效能的整体态势,评价结果不够准确。 因此,有必要研究一种配电网运行效能评价方法,能够对配电网每日运行效能 的变化做出灵敏的反应,将配电网一天内的运行状况及其波动情况充分反映到 评价结果中,从而为配电网运行方式的调整和规划提供决策依据。
目前,对配电网评价指标体系和方法的研究主要集中在配电网的静态评估 上,对配电网进行每日评估的研究内容较少。运行指标虽然已经考虑到了运行 效率和运行经济性,但是缺乏针对每日运行效能评估的指标。综合方法区分能 力有限,无法对时序上数据变化做出反应,导致极容易损失特征数据导致评价 不准确。配电网评价的模式比较固定,一般分为求取指标的评价值和计算指标 的权重两个方面。指标评价值方面,常用的评价方法虽然能得到较为客观的评 价值,但是评价值不反映电网变化趋势,不能实现对指定时间内运行状况的反 映。在指标权重方面,虽然已经有基于变权理论的综合评价方法,但是缺乏适 用电网每日效能评价的变权函数。
发明内容
本发明的目的是要提供一种配电网每日运行效能评价方法。
为达到上述目的,本发明是按照以下技术方案实施的:
本发明包括以下步骤:
S1,给出配电网运行效能定义,建立能够适用于配电网每日运行效能评价 的指标体系;
S2,对指标数据进行归一化处理,基于激励惩罚评价机制提高指标评价值 之间的区分度,体现电网运行效能变化态势;
S3,运用层次分析法和熵权法计算指标的权重,以主观为主,客观为辅的 原则将指标权重进行线性组合得到常权重;
S4,根据变权思想,以常权重为基础,构造变权函数对常权重进行修正, 计算最终评价结果。
所述步骤S1中配电网运行效能定义由电网运行能力和电网运行效率两部分 组成,所述电网运行能力为:配电网将安全、优质的电能分配给用户,并积极 配合清洁能源消纳的能力;所述电网运行效率为:配电网在现有投资下,运用 现有设备最大可能地满足配电网运行要求的效率。
所述步骤S1中能够适用于配电网每日运行效能评价的指标体系包括配电网 每日运行能力指标和配电网每日运行效率指标,所述配电网每日运行能力指标 包括电压偏移率、过载设备比例、负荷满足率、清洁能源发电比和供蓄比率; 所述配电网每日运行效率指标包括功率因数合格率、综合线损率、低效运行容 量比、清洁能源消纳效率、储能利用效率。
所述负荷满足率定义为:
式中:PLoad表示负荷的需求功率,Preal表示配电网实际能够满足的功率;
所述配电网的供蓄比率定义为:
所述低效运行容量比定义为:
式中:SeN表示配电网中设备额定容量之和,SeLight、SeHeavy分别表示轻、重载 设备容量;
所述清洁能源消纳效率定义为:
所述储能利用效率定义为:
所述步骤S2中的归一化处理采取变上下限归一化方法,即采用两条随时间 变化的目标曲线,代替劣化度归一化方法中的固定上下限,计算方法如下:
式中:x′为原数据,x为归一化的数据;αt、βt分别为t时刻指标上下限;
设S个评价指标中的最大平均增长率、最小平均增长率和全局平均增长率 分别为rmax,rmin和ravg,计算公式为:
式中:xij(i=1,2,…,s;j=1,2,…,T)为第i项指标在j时刻的指标值;
激励、惩罚控制线的斜率计算公式为:
式中:v+和v-分别为激励惩罚控制线斜率的修正系数,反映激励或惩罚的程 度,若取1,则表示完全体现激励或惩罚的作用;
综上可以建立激励惩罚控制线方程为:
式中:时间变量t∈(t1,t2,…,tT),初始值b一般为具有较强解释性的关键点,可取初始点的平均值;
第i项指标在(tk,tk+1)内的固有评价值可用下式计算:
那么该项指标在(tk,tk+1)内带激励惩罚效果的综合评价值为:
式中:u+和u-分别为激励、惩罚因子,均为正数,由下式求解得到:
为了实现对指标时间维度的激励惩罚作用,根据其相邻两点变化情况进行 修正,得到指标一个时间段内的评价修正值,修正公式为:
所述步骤S3中首先运用熵权法计算各项指标权重,由评价值矩阵Y,各指 标的信息熵的计算公式为:
通过信息熵计算得到各项指标的权重:
利用熵权法计算得到的各项指标权重记为w1=[w11,w12,…,w1m];
然后,利用层次分析法计算各项指标权重,采用1-9标度方法列写判断矩 阵,记为C;
层次分析法计算权重的公式为:
式中:n为判断矩阵阶数;
利用层次分析法计算得到的各项指标权重记为w2=[w21,w22,…,w2m]
最后确定组合权重,设置合适的系数构成线性组合,计算公式为:
wci=αw1i+βw2i
式中为体现主观权重为主,取α=0.3,β=0.7,将组合权重记为wc=[wc1,wc2,…,wcm]。
所述步骤S4中所述变权函数,指标变权计算公式为:
式中:μ>0,控制变权函数曲线形态,本发明取μ=1,δ为给定常系数,δ越 大,权重的区分度越小,反之亦然,本发明取δ=2;yij为第i项指标第j个时刻的 评价值,wci为第i项指标的常权重,wvij为第i项指标第j个时刻的变权重;得到变 权重矩阵,将其记为wv;
设静态评价得到第i个时间段内的运行效能评价值为ai,每个时间段的权重 记为wt,一般权重值相等,那么在T时间内的综合评价值为:
P=wt1a1+wt2a2+…+wt,T-1aT-1。
本发明的有益效果是:
本发明是一种配电网每日运行效能评价方法,与现有技术相比,本发明能 够提高运行效能评价系统的区分度和灵敏度,提升评价方法的反应能力,有利 于电网调度运行人员掌握电网每天运行效能的情况,从而发现当前系统运行效 能短板和进一步改进的空间,为配电网运行方式的调整和规划提供决策依据。
附图说明
图1为本发明的工作过程示意图;
图2为本发明的配电网每日运行效能评价指标体系示意图;
图3为本发明的动态指标轨迹示意图;
图4为本发明的综合线损率指标示意图;
图5为本发明的电压偏移率指标的变权重示意图;
图6为本发明的运行能力和效率分数对比图;
图7为本发明的配电网每日运行效能评分图。
具体实施方式
下面结合附图以及具体实施例对本发明作进一步描述,在此发明的示意性 实施例以及说明用来解释本发明,但并不作为对本发明的限定。
本发明包括以下步骤:
S1,给出配电网运行效能定义,建立配电网运行效能评价指标体系;
S2,对指标数据进行改进的归一化处理,基于激励惩罚评价机制提高指标 评价值之间的区分度,体现电网运行效能变化态势;
S3,运用层次分析法和熵权法计算指标的权重,以“主观为主,客观为辅” 的原则将指标权重进行线性组合得到常权重;
S4,根据变权思想,以常权重为基础,构造变权函数对常权重进行修正, 计算最终评价结果。
所述S1包括以下子步骤:
S1.1,给出配电网运行效能定义;
S1.2,提出一套能够适用于配电网每日运行效能评价的指标体系;
效能一词来源于政府效能建设,是指某系统为达到其目标而显现的工作能 力与效率。配电网在电力系统中发挥分配电能的作用,而清洁能源的接入赋予 了配电网新的使命。
因此定义配电网运行效能由电网运行能力和电网运行效率两部分组成。本 发明定义配电网运行能力为:配电网将安全、优质的电能分配给用户,并积极 配合清洁能源消纳的能力。定义配电网运行效率为:配电网在现有投资下,运 用现有设备最大可能地满足配电网运行要求的效率。
由于配电网运行效能随时间而变化,其评估周期应尽量缩短,不能够将静 态的规划指标和长期性的统计指标列入配电网运行效能评价指标体系中。配电 网每日运行能力主要指标集合为{电压偏移率,过载设备比例,负荷满足率,清 洁能源发电比,供蓄比率},配电网每日运行效率指标集合为{功率因数合格率, 综合线损率,低效运行容量比,清洁能源消纳效率,储能利用效率}。本发明经 凝练提出的配电网每日运行效能评价指标体系层次结构如图2所示。
电压偏移率、设备负载率、功率因数合格率和综合线损率等指标都是能够 良好反映配电网运行能力与效率的传统关键指标。面对大量接入的清洁能源, 配电网的运行目标发生变化,需要新增对清洁能源消纳及相关设备运行效能的 评价指标。现对部分指标进行说明:
(1)负荷满足率
负荷满足率定义为:
式中:PLoad表示负荷的需求功率,Preal表示配电网实际能够满足的功率。负 荷满足率实时反映配电网对电能的供应能力,是衡量配电网运行能力的重要指 标。
(2)供蓄比率
配电网的供蓄比率定义为:
(3)低效运行容量比
配电网中运行的设备出现轻载和重载均会影响配电网运行效率,故低效运 行容量比定义为:
式中:SeN表示配电网中设备额定容量之和,SeLight、SeHeavy分别表示轻、重载 设备容量。
(4)清洁能源消纳效率
清洁能源消纳效率定义为:
式中:Pres为配电网中清洁能源发电实际的有功功率,为实际环境下的清 洁能源发电最大允许出力。清洁能源消纳效率指标能够实时反映配电网对清洁 能源发电的利用效率和兼容性,防止盲目增加清洁能源渗透率而出现大量弃风、 弃光现象。
(5)储能利用效率
储能利用效率定义为:
式中:Pin为配电网中所有储能设备的充电功率,Pout为配电网中所有储能设 备的放电功率,为配电网中所有储能的额定功率。储能利用效率指标反映了 配电网中储能设备的实际使用情况,是判断电网清洁能源消纳能力的辅助性指 标。
本发明提出的配电网运行效能的评价指标框架,能够筛选出“低效高能” 和“高效低能”等情况,使配电网每日运行评价体系对于电网的“效”和“能” 更具有针对性,提升评价结果的辅助决策能力。
本发明参考劣化度对数据处理的思想,将指标分为越大越优型、越小越优 型和中间型三大类,并对其进归一化处理。但是该方法指标上下限固定,某些 指标无法达到100%,存在理论缺陷。而且,清洁能源发电占比、储能利用效率 等指标受物理条件限制,在不同时段会有不同表现,若都采取同一上下限归一 化,会导致加权后结果不准确。因此,为适应每日运行效能评估目标,本发明 采取变上下限归一化方法,即采用两条随时间变化的目标曲线,代替劣化度归 一化方法中的固定上下限。以越大越优型指标为例,计算方法如下:
式中:x′为原数据,x为归一化的数据;αt、βt分别为t时刻指标上下限,其 值一般取相关标准规定值、历史运行最优(劣)值或每天给定的运行目标。
本发明在指标维度和时间维度上应用激励惩罚机制,使评价结果的区分度 更高,突出指标数据的动态差异特性。为了在指标维度增加区分度,引入电能 质量评价中基于双激励控制线的信息集结算法。假设S个评价指标中的最大平 均增长率、最小平均增长率和全局平均增长率分别为rmax,rmin和ravg,计算公式为:
式中:xij(i=1,2,…,s;j=1,2,…,T)为第i项指标在j时刻的指标值。
激励、惩罚控制线的斜率计算公式为:
式中:v+和v-分别为激励惩罚控制线斜率的修正系数,反映激励或惩罚的程 度,若取1,则表示完全体现激励或惩罚的作用。
综上可以建立激励惩罚控制线方程为:
式中:时间变量t∈(t1,t2,…,tT),初始值b一般为具有较强解释性的关键点,可取初始点的平均值。
假设各项指标在时间轴上的变化都是连续且均匀的,则某一指标的变化轨 迹可由折线图表示,如图3所示。
图3所示的第i项指标在(tk,tk+1)内的固有评价值可用下式计算:
那么该项指标在(tk,tk+1)内带激励惩罚效果的综合评价值为:
式中:u+和u-分别为激励、惩罚因子,均为正数,由下式求解得到。
为了实现对指标时间维度的激励惩罚作用,本发明根据其相邻两点变化情 况进行修正,得到指标一个时间段内的评价修正值。修正公式为:
本发明为了提高配电网运行效能评价的灵敏度,运用变权方法,构造了一 种状态变权函数,对传统方法得到的常权重进行修正,让某一指标评价值低时, 系统运行效能大幅降低;某一指标评价值高时,系统运行效能适度增加。
本发明采用层次分析法与熵权法相结合的混合权重计算方法确定常权重。
首先运用熵权法计算各项指标权重。由评价值矩阵Y,各指标的信息熵的计 算公式为:
通过信息熵计算得到各项指标的权重:
利用熵权法计算得到的各项指标权重记为w1=[w11,w12,…,w1m]。
然后,利用层次分析法计算各项指标权重。一般采用1-9标度方法列写判 断矩阵,记为C。
层次分析法计算权重的公式为:
式中:n为判断矩阵阶数。
利用层次分析法计算得到的各项指标权重记为w2=[w21,w22,…,w2m]。
最后确定组合权重,设置合适的系数构成线性组合,计算公式为:
wci=αw1i+βw2i
式中为体现主观权重为主,取α=0.3,β=0.7,将组合权重记为wc=[wc1,wc2,…,wcm]。
为了实现某一指标评价值低时,系统运行效能大幅降低;某一指标评价值 高时,系统运行效能适度增加的目标。本发明提出了一种变权函数,指标变权 计算公式为:
式中:μ>0,控制变权函数曲线形态,本发明取μ=1,δ为给定常系数,δ越 大,权重的区分度越小,反之亦然,本发明取δ=2;yij为第i项指标第j个时刻的 评价值,wci为第i项指标的常权重,wvij为第i项指标第j个时刻的变权重。得到变 权重矩阵,将其记为wv。
设静态评价得到第i个时间段内的运行效能评价值为ai,每个时间段的权重 记为wt,一般权重值相等,那么在T时间内的综合评价值为:
P=wt1a1+wt2a2+…+wt,T-1aT-1
配电网运行效能随时间而变化,在单个时间断面对配电网进行运行效能的 评价存在片面性,不能够反映配电网运行效能的整体态势,评价结果不够准确, 这成为实际中经常遇见而无法回避的问题。因此,有必要研究一种配电网运行 效能评价方法,能够对配电网每日运行效能的变化做出灵敏的反应,将配电网 一天内的运行状况及其波动情况充分反映到评价结果中,从而为配电网运行方 式的调整和规划提供决策依据。
如图1所示,一种配电网每日运行效能评价方法,包括以下步骤:
S1,给出配电网运行效能定义,建立配电网运行效能评价指标体系;
定义配电网运行能力为:配电网将安全、优质的电能分配给用户,并积极 配合清洁能源消纳的能力。定义配电网运行效率为:配电网在现有投资下,运 用现有设备最大可能地满足配电网运行要求的效率。配电网每日运行效能评价 指标体系层次结构如图2所示。
S2,对指标数据进行改进的归一化处理,基于激励惩罚评价机制提高指标 评价值之间的区分度,体现电网运行效能变化态势;
为了方便分析,本发明用三种方法进行对比,如表1所示。并以综合线损 率指标为例,得到的评价值归一化后曲线如图4所示。
表1
S3,运用层次分析法和熵权法计算指标的权重,以“主观为主,客观为辅” 的原则将指标权重进行线性组合得到常权重;
由层次分析法、熵权法得到的权重如表2所示,指标评价值不同,熵权法 得到的权重不同。
表2
S4,根据变权思想,以常权重为基础,构造变权函数对常权重进行修正, 计算最终评价结果。
图5给出了方法1和方法2得到的电压偏移率指标变权重和常权重的对比。 可以看出,对于评价值较高时,变权重会小幅减少使得运行效能分数适度增加; 评价值较低时,变权重适当增加使得运行效能分数适当降低。表明此方法具有 良好的数据跟随能力,提高了运行效能评价的灵敏度,符合预期目标。
为方便分析变权重在时间轴上对总体评价产生的影响,本发明以运行能力 和运行效率两方面的得分为例,将方法1、方法2和方法3得到的分数曲线如图 6所示。将所有时段评价值加权平均,得到该系统能力值为89.21分,效率值为 84.51分。可以看出系统一天内负荷水平较高时,系统运行能力较低;负荷增加 到正常范围,此时系统运行效能较高;整天效能的降低主要来源于运行效率偏 低。图6表明采用变权重配电网运行效能评价模型后,在系统运行状态波动时 评价分数分布更广,可以更加灵敏地反映系统运行状态的变化趋势,能够直观 反映运行效能是否满足运行目标。
将系统每日运行效能指标24小时的评价值通过加权平均综合,可以得到的 配电网运行效能各指标评分如图7所示。通过图7可以直观看出运行能力方面, 一天内设备运行安全性、负荷满足率的情况优秀;运行效率方面,系统综合线 损率、低效运行容量比表现较差。出现这种情况是因为系统内轻重载设备较多, 导致电能损耗过大。故该配电网的总体表现为“高能低效”系统,需要针对线 损率、负载率进行提升,补齐短板。
通过以上分析可以看出,这种配电网每日运行效能评价方法能够对配电网 每日运行效能的变化做出灵敏的反应,将配电网一天内的运行状况及其波动情 况充分反映到评价结果中,从而为配电网运行方式的调整和规划提供决策依据。
以上所述仅是本发明的实施方式,应当理解所描述的实施例是本发明一部 分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人 员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护 的范围。本发明并非局限于本发明所披露的形式,不应看作是对其他实施例的 排除,而可用于各种其他组合、修改和环境,并能够在本发明所述构想范围内, 通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动 和变化不脱离本发明的精神和范围,则都应在本发明所附权利要求的保护范围 内。
Claims (7)
1.一种配电网每日运行效能评价方法,其特征在于,包括以下步骤:
S1,给出配电网运行效能定义,建立能够适用于配电网每日运行效能评价的指标体系;
S2,对指标数据进行归一化处理,基于激励惩罚评价机制提高指标评价值之间的区分度,体现电网运行效能变化态势;
S3,运用层次分析法和熵权法计算指标的权重,以主观为主,客观为辅的原则将指标权重进行线性组合得到常权重;
S4,根据变权思想,以常权重为基础,构造变权函数对常权重进行修正,计算最终评价结果。
2.根据权利要求1所述的配电网每日运行效能评价方法,其特征在于:所述步骤S1中配电网运行效能定义由电网运行能力和电网运行效率两部分组成,所述电网运行能力为:配电网将安全、优质的电能分配给用户,并积极配合清洁能源消纳的能力;所述电网运行效率为:配电网在现有投资下,运用现有设备最大可能地满足配电网运行要求的效率。
3.根据权利要求1所述的配电网每日运行效能评价方法,其特征在于:所述步骤S1中能够适用于配电网每日运行效能评价的指标体系包括配电网每日运行能力指标和配电网每日运行效率指标,所述配电网每日运行能力指标包括电压偏移率、过载设备比例、负荷满足率、清洁能源发电比和供蓄比率;所述配电网每日运行效率指标包括功率因数合格率、综合线损率、低效运行容量比、清洁能源消纳效率、储能利用效率。
4.根据权利要求3所述的配电网每日运行效能评价方法,其特征在于:
所述负荷满足率定义为:
式中:PLoad表示负荷的需求功率,Preal表示配电网实际能够满足的功率;
所述配电网的供蓄比率定义为:
所述低效运行容量比定义为:
式中:SeN表示配电网中设备额定容量之和,SeLight、SeHeavy分别表示轻、重载设备容量;
所述清洁能源消纳效率定义为:
所述储能利用效率定义为:
5.根据权利要求1所述的配电网每日运行效能评价方法,其特征在于:所述步骤S2中的归一化处理采取变上下限归一化方法,即采用两条随时间变化的目标曲线,代替劣化度归一化方法中的固定上下限,计算方法如下:
式中:x′为原数据,x为归一化的数据;αt、βt分别为t时刻指标上下限;
设S个评价指标中的最大平均增长率、最小平均增长率和全局平均增长率分别为rmax,rmin和ravg,计算公式为:
式中:xij(i=1,2,…,s;j=1,2,…,T)为第i项指标在j时刻的指标值;
激励、惩罚控制线的斜率计算公式为:
式中:v+和v-分别为激励惩罚控制线斜率的修正系数,反映激励或惩罚的程度,若取1,则表示完全体现激励或惩罚的作用;
综上可以建立激励惩罚控制线方程为:
式中:时间变量t∈(t1,t2,…,tT),初始值b一般为具有较强解释性的关键点,可取初始点的平均值;
第i项指标在(tk,tk+1)内的固有评价值可用下式计算:
那么该项指标在(tk,tk+1)内带激励惩罚效果的综合评价值为:
式中:u+和u-分别为激励、惩罚因子,均为正数,由下式求解得到:
为了实现对指标时间维度的激励惩罚作用,根据其相邻两点变化情况进行修正,得到指标一个时间段内的评价修正值,修正公式为:
6.根据权利要求1所述的配电网每日运行效能评价方法,其特征在于:所述步骤S3中首先运用熵权法计算各项指标权重,由评价值矩阵Y,各指标的信息熵的计算公式为:
通过信息熵计算得到各项指标的权重:
利用熵权法计算得到的各项指标权重记为w1=[w11,w12,…,w1m];
然后,利用层次分析法计算各项指标权重,采用1-9标度方法列写判断矩阵,记为C;
层次分析法计算权重的公式为:
式中:n为判断矩阵阶数;
利用层次分析法计算得到的各项指标权重记为w2=[w21,w22,…,w2m]
最后确定组合权重,设置合适的系数构成线性组合,计算公式为:
wci=αw1i+βw2i
式中为体现主观权重为主,取α=0.3,β=0.7,将组合权重记为wc=[wc1,wc2,…,wcm]。
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