CN112508232A - 一种基于多层次模糊综合评价模型的短路电流限制措施评估方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于多层次模糊综合评价模型的短路电流限制措施评估方法。首先基于层次分析法建立限流措施方案评估的递阶层次结构关系图和多层次模糊综合评价模型；然后构建判断矩阵确定各层次间的权重；最后，引入模糊行为指标和隶属度函数综合考虑电网的短路电流水平、静态安全性、暂态稳定性和运行经济性。通过多层次模糊综合评价对各限流方案进行系统、全面、定量的决策。本发明提供的方法可以实现对短路电流限流方案的评估，将系统分析人员从繁重的重复性、机械性工作中解放出来，进一步提高提高工作效率和工作质量，更好地服务和支撑江苏电网调度运行。
Description
技术领域
本发明涉及一种基于多层次模糊综合评价模型的短路电流限制措施评估方法，对短路电流限流措施自动评估，属于电力系统自动化技术领域。
背景技术
短路电流限流措施评估是电网安全稳定运行的基础，也是电网规划、调度以及制定检修计划的重要依据。目前，江苏电网系统分析人员在进行短路电流限流措施评估，仍然采用传统手段计算分析，目前电网短路电流评估的主要流程如下：系统分析人员收资手动录入数据、调整潮流构建典型运行方式，方式建好后依赖于系统分析人员的经验对可行短路电流限流措施进行评估。
上述过程完全依靠人工经验，工作量大、效率低、局限性强、灵活性差，难以满足我国电网未来的发展需求，主要问题体现在以下四个方面：
(1)目前开展短路电流限流措施评估时，需要每次分批导出电网历史运行数据和相关设备台账，数据导出、整理及处理耗时长；另一方面，目前导出的历史数据仍存在较多的数据缺失、量测错误以及台账错误等问题，极大地制约了电网运行分析工作的开展。
(2)方式生成必须以大量分析计算工作为技术支撑,需要从海量可能的运行方案中筛选出满足各种约束的可行方案,继而形成多目标的优化方案,才能使运行规划具有可操作性。随着电网结构日趋复杂，运行方式的计算量急剧增长。
(3)电网运行不确定性问题增多，传统运行方式局限性愈发明显；而且电网安全稳定裕度逐步减小，运行方式调整精确性面临挑战。
(4)工作流程具有重复性。相同的流程反复进行，只是输入条件有不同程度的变化；每年涉及的范围和基本要求也相同，只是根据电网发展情况的变化在侧重点方面有所区别；年度运行方式报告和专题分析计算报告的篇章结构都已基本固定。
因此，在仿真计算工作任务重、人员紧张的情况下，为将系统分析人员从繁重的重复性、机械性工作中解放出来，从自身内部挖掘潜力，进一步提高提高工作效率和工作质量，更好的服务和支撑江苏电网调度运行，亟需发明一种短路电流限制措施评估方法。
发明内容
发明目的：本发明针对江苏电网短路电流评估，主要根据系统分析人员在开展短路电流限流措施评估工作时，存在的电网日常运维和电网仿真数据建模工作量巨大等问题，提供一种基于多层次模糊综合评价模型的短路电流限制措施评估方法。
技术方案：一种基于多层次模糊综合评价模型的短路电流限制措施评估方法，包括以下步骤：
步骤一：基于层次分析法建立限流措施方案评估的递阶层次结构关系图和多层次模糊综合评价模型。
步骤二：构建判断矩阵确定各层次间的权重。
步骤三：确定评语集，引入模糊行为指标和隶属度函数综合考虑电网的短路电流水平、静态安全性、暂态稳定性和运行经济性。
所述步骤一中，综合短路电流水平、静态安全性、暂态稳定性以及运行经济性等因素，建立一个指标体系全面地反映优化配置方案的整体影响，用层次分析法建立模糊评判模型梯阶层次结构关系。其中短路电流水平指标包括：500kV单相和三相短路电流以及220kV单相和三相短路电流；静态安全性指标包括： 500kV主变负载率、500kV线路负载率、500kV线路N-1静态安全校核、500kV 潮流分布、500kV电压水平、220kV线路负载率、220kV线路N-1静态安全校核、 220kV潮流分布、220kV电压水平、分区供电可靠性；暂态稳定性指标包括：发电机最大功角差、断面稳定极限；经济性指标包括：成本、设备利用率以及网损
所述步骤二中，权重集是由因素集U或因素子集Ur中各个因素相对重要性的权重组成的集合。常用的确定权重集的方法有专家评议法、专家调查法和判断矩阵分析法。判断矩阵分析法是通过经验丰富的专家对因素集各因素之间的相对重要性作两两比较后构造判断矩阵，判断矩阵的最大特征值对应的特征向量经归一化后即为该因素集对应的权重集。
所述步骤三中，引入模糊行为指标，量化指标层的各子因素，通过隶属度函数求出各行为指标对评语集中各评语的隶属度，使评价结果客观实际。
附图说明
图1为短路电流限流措施评估流程图；
图2为模糊评判模型递阶层次结构关系图；
图3为短路电流限流措施评估结果图(1)；
图4为短路电流限流措施评估结果图(2)；
图5为半梯形和三角形隶属度函数描述图。
具体实施方式
下面结合附图进一步阐明本发明，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定的范围。
本发明建立了一种基于多层次模糊综合评价模型的短路电流限制措施评估方法。如图1所示，为短路电流限流措施评估流程图。本发明具体实施时，按照以下步骤进行：
步骤一：基于层次分析法建立限流措施方案评估的递阶层次结构关系图和多层次模糊综合评价模型。
综合短路电流水平、静态安全性、暂态稳定性以及运行经济性等因素，建立一个指标体系全面地反映优化配置方案的整体影响。用层次分析法建立模糊评判模型梯阶层次结构关系，如图2所示。
1)目标层。综合考虑各种影响因素后的短路电流限制措施优化配置方案。
2)准则层。除了考虑限流措施优化配置的限流效果和运行经济性外，还应按照《电力系统安全稳定导则》考虑静态安全性和暂态稳定性。
3)指标层。用具体的指标将准则层中的各因素进行细化，包括以下几个方面：
①短路电流限制效果。系统中各500kV和220kV母线的三相和单相短路电流可以直观地表征限流措施限制短路电流的效果。
②静态安全性。系统发生N-1预想事故后，线路和变压器是否过负荷，母线电压是否越限，分区是否存在供电缺口。
③暂态稳定性。采取不同配置方案后的系统发生相同故障，在故障切除后的暂态过程中发电机转子间最大功角差，限流措施对电网暂态稳定性影响还可以从省际间断面稳定极限反映。
④运行经济性。除直接开关设备等配套设施带来的经济成本外，采用限流措施后造成的功率损耗以及设备利用率也不可忽略。
步骤二：构建判断矩阵确定各层次间的权重。
首先根据因素集确定矩阵对角线右侧元素，结合专家经验得：
(1)四个大类因素静态安全性B1、暂态稳定性B2、短路电流限制效果B3、经济性B4构成的判断矩阵元素：c12＝1，c13＝1/3，c14＝1/9，c23＝1，c24＝1/3，c34＝1；
| 静态安全性 | 暂态稳定性 | 短路电流水平 | 经济性 | |
| 静态安全性 | 1 | 1 | 1/3 | 1/9 |
| 暂态稳定性 | 1 | 1 | 1/3 | 1/9 |
| 短路电流水平 | 3 | 3 | 1 | 1/3 |
| 经济性 | 9 | 9 | 3 | 1 |
(2)静态安全性B1有10个子因素构成判断矩阵
(3)暂态安全性B2由2个子因素构成的判断矩阵：
| 发电机最大功角差 | 稳定极限 | |
| 发电机最大功角差 | 1 | 3 |
| 稳定极限 | 1/3 | 1 |
(4)短路电流水平B3由4个子因素集构成的判断矩阵:
| 500kV三相短路电流 | 500kV单相短路电流 | 220kV三相短路电流 | 220kV单相短路电流 | |
| 500kV三相短路电流 | 1 | 1 | 3 | 3 |
| 500kV单相短路电流 | 1 | 1 | 3 | 3 |
| 220kV三相短路电流 | 1/3 | 1/3 | 1 | 1 |
| 220kV单相短路电流 | 1/3 | 1/3 | 1 | 1 |
(5)经济性B4由3个子因素构成判断矩阵
| 成本 | 设备利用率 | 网损 | |
| 成本 | 1 | 5 | 3 |
| 设备利用率 | 1/5 | 1 | 1/2 |
| 网损 | 1/3 | 2 | 1 |
步骤三：确定评语集，引入模糊行为指标和隶属度函数综合考虑电网的短路电流水平、静态安全性、暂态稳定性和运行经济性。
(1)首先确定评语集，评价集为对被评价事物作出的各级评语组成的集合。该评语共有p个，则评价集V＝{v1，v2，…，vp}，vk代表由高到低的各级评语，即评价等级。将评价等级标准分为：最好、较好、好、一般、差，五个等级，即评价集V＝{v1,v2,v3,v4,v5}，各等级对应的分数值为{9,7,5,3,1}。
对评价集中的每个评语vk可以给出相应的分数，则可以得到评语集对应的分数集E＝{e1，e2，…，ep}。一般5级评语即认为可对评价对象作出较为准确的描述。
(2)然后确定各指标隶属度函数的参数。以500kV线路或主变负载指标分析，如下表：
| 指标 | λ1 | λ2 | λ3 | λ4 | λ5 |
| P<sub>L</sub> | P<sub>L1</sub> | P<sub>L2</sub> | P<sub>L3</sub> | P<sub>L4</sub> | P<sub>L5</sub> |
行为隶属评语集中各评语的成都用半梯形和三角形隶属度函数予以描述，如图5所示。
μ(vk,λp)(k＝1,2,3,4,5)表示该行为指标对评语vk的隶属度，λ1～λ5为常量参数，表征对应指标的经验判断值，这是各行为指标隶属度函数的参数。
评语集对应的线路或变压器负载指标分数集ek，依次计算出评语集E对应的指标分数集。
其中，PL∈(λLn-1,λLn)
(3)最后引入模糊行为指标，量化指标层的各子因素，通过隶属度函数求出各行为指标对评语集中各评语的隶属度，使评价结果客观实际。
一级模糊综合评价针对的是Ui中各个因素，Ui到V的糊关系矩阵为
式(5)中μijk(i＝1,2,…,m；j＝1,2,…,n；k＝1,2,…,p)为Ui的第j个因素Bij在V中第k 个评语的隶属度。
运用模糊矩阵的合成运算，可得Ui的模糊综合评价集Si
Si＝ωiRi＝(Si1,L,Sip) (11)
式中Si表征Ui中所有因素隶属于V的隶属度加权和。
二级模糊综合评价的对象是U中各因素，根据一次模糊综合评价的结果可得
R＝[rik]m×p＝[S1 S2 L Sm]T (12)
则二级模糊综合评价集为
S＝ωR＝(s1,s2,L,sp) (13)
式中sk(k＝1,2,…,p)是指综合考虑所有因素时目标在V中的隶属度。
如图3所示，为江苏电网岷珠分区内短路电流限流措施评估的结果图。
Claims (1)
1.一种基于多层次模糊综合评价模型的短路电流限制措施评估方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤一：基于层次分析法建立限流措施方案评估的递阶层次结构关系图和多层次模糊综合评价模型；
步骤二：构建判断矩阵确定各层次间的权重集；
步骤三：确定评语集，引入模糊行为指标和隶属度函数综合考虑电网的短路电流水平、静态安全性、暂态稳定性和运行经济性；
所述步骤一中，综合短路电流水平、静态安全性、暂态稳定性以及运行经济性等因素，建立一个指标体系全面地反映优化配置方案的整体影响，用层次分析法建立模糊评判模型梯阶层次结构关系；其中短路电流水平指标包括：500kV单相和三相短路电流以及220kV单相和三相短路电流；静态安全性指标包括：500kV主变负载率、500kV线路负载率、500kV线路N-1静态安全校核、500kV潮流分布、500kV电压水平、220kV线路负载率、220kV线路N-1静态安全校核、220kV潮流分布、220kV电压水平、分区供电可靠性；暂态稳定性指标包括：发电机最大功角差、断面稳定极限；经济性指标包括：成本、设备利用率以及网损；
所述步骤二中，权重集是由因素集U或因素子集Ui中各个因素相对重要性的权重组成的集合；常用的确定权重集的方法有专家评议法、专家调查法和判断矩阵分析法；本发明采用判断矩阵分析法计算权重集，通过经验丰富的专家对因素集各因素之间的相对重要性作两两比较后构造判断矩阵，当判断矩阵一致性校验通过，则判断矩阵的最大特征值对应的特征向量经归一化后即为该因素集对应的权重集；
以因素子集Ur＝(Cr1，Cr2，…，Crn)为例，按照下述构造判断矩阵：
在因素子集Ur中每次取两个因素Cri和Crj(i，j＝1,2，…，n)，cij表示Cri和Crj对目标的影响程度之比，如下表所示：
全部比较结果可用成对n阶比较判断矩阵Bi＝(cij)n*n表示，则构成了该准则层下所有因素的优先关系判断矩阵：
其中cij为因素i对因素j的重要性，满足：
1)cij>0，(i，j＝1,2，…，n)
2)cii＝1，(i＝1,2，…，n)
3)cij＝1/cji，(i，j＝1,2，…，n)
Bi矩阵还需满足一致性校验，以保障所构成的判断矩阵合理有效，此时最大特征根λmax等于矩阵的阶数；用CI来表示评价判断矩阵的一致性指标:
当CI等于零时，判断矩阵具有完全一致性，CI值越大，说明判断矩阵的一致性越差；
验证完判断矩阵满足一致性校验后，根据计算出的最大特征根，求出其相对应的最大特征向量Q＝[q1，q2，…，qn]，则有：
BiQ＝λmaxQ (3)
将特征向量Q进行归一化，得到Q＝[w1，w2，…，wn]，其中：
则wi(i＝1…n)为对应元素的权重系数；
所述步骤三中，确定评语集，评价集为对被评价事物作出的各级评语组成的集合；该评语共有p个，则评价集V＝{v1，v2，…，vp}，vk代表由高到低的各级评语，即评价等级；将评价等级标准分为：最好、较好、好、一般、差，五个等级，即评价集V＝{v1,v2,v3,v4,v5}，各等级对应的分数值为{9,7,5,3,1}；
对评价集中的每个评语vk可以给出相应的分数，则可以得到评语集对应的分数集E＝{e1，e2，…，ep}；一般5级评语即认为可对评价对象作出较为准确的描述；
引入模糊行为指标，量化指标层的各子因素，通过隶属度函数求出各行为指标对评语集中各评语的隶属度，使评价结果客观实际；
一级模糊综合评价针对的是Ui中各个因素，Ui到V的模糊关系矩阵为
式(5)中μijk(i＝1,2,…,m；j＝1,2,…,n；k＝1,2,…,p)为Ui的第j个因素Bij在V中第k个评语的隶属度；
运用模糊矩阵的合成运算，可得Ui的模糊综合评价集Si
Si＝ωiRi＝(Si1,…,Sip) (6)
式中Si表征Ui中所有因素隶属于V的隶属度加权和；
二级模糊综合评价的对象是U中各因素，根据一次模糊综合评价的结果可得
R＝[rik]m×p＝[S1 S2 … Sm]T (7)
则二级模糊综合评价集为
S＝ωR＝(s1,s2,…,sp) (8)
式中sk(k＝1,2,…,p)是指综合考虑所有因素时目标在V中的隶属度。
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|---|---|---|---|
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| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| WW01 | Invention patent application withdrawn after publication |
Application publication date: 20210316 |