CN112613676A - 一种高分辨度电网弹性评估方法 - Google Patents

一种高分辨度电网弹性评估方法 Download PDF

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CN112613676A CN202011599832.1A CN202011599832A CN112613676A CN 112613676 A CN112613676 A CN 112613676A CN 202011599832 A CN202011599832 A CN 202011599832A CN 112613676 A CN112613676 A CN 112613676A
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李海疆
李天佑
章敏捷
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李帆
沈淑仪
但扬清
乔永亮
王妤宁
张丽婧
毛安家
徐子涵
于湉湉
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North China Electric Power University
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Abstract

本发明公开了属于电网评估指标体系技术领域的一种高分辨度电网弹性评估方法。建立分层指标体系；通过直接统计计算或Monte‑Carlo抽样获得指标值，并对获取的指标值取对数运算以增加指标的区分度；通过评判对象的指标值矩阵A构造评判矩阵H＝ATA，以H矩阵最大特征值对应的特征向量进行归一化后的各元素作为各指标的权重；对底层指标加权处理后得到上一层的指标值；重复该操作，直到得到评价对象的弹性指标，作为判别电网弹性的依据。在评判电网弹性时，采用的基本指标物理意义明确且易于获得；采用对数处理指标值，能有效增加指标区分度；采用赋权方法可以逐层拉开评判对象档次，增加评估方法分辨度，具有较高应用价值。

Description

一种高分辨度电网弹性评估方法
技术领域
本发明涉及电网评估指标体系技术领域，尤其涉及一种高分辨度电网弹性评估方法。
背景技术
从电力系统面临的内部环境来看，2010年开始我国电力系统进入了大容量直流和大规模新能源快速发展阶段。截至2019年底已投产特高压直流11回(0.956亿千瓦)，经营区风电、光伏并网容量达1.82亿千瓦、1.43亿千瓦。一是电网格局发生重大改变，特高压交直流电网逐步形成，系统容量和远距离输送规模持续扩大，交直流耦合特性复杂，大直流/直流群与弱交流之间的矛盾更加凸显；二是电源结构发生重大改变，新能源装机不断增加，常规电源比重下降，新能源出力波动大、耐受能力差，可调节能力差。电力系统稳定特性发生深刻变化，系统稳定水平呈现一定的下降趋势。
从电力系统面临的外部环境来看，当今世界正处于百年未有之大变局，新时期电力安全的内涵正在发生深刻变化。由于电力在现代社会生产生活中发挥的重要基础性作用，包括网络攻击、物理攻击、供应链阻断等形式在内的人为蓄意破坏，将成为电力系统安全的重大威胁；另外，近年来台风、冰灾、地震等严重自然灾害呈现频发趋势，影响范围广且持续时间长，对电力系统生产运行造成巨大破坏。因此，新时期电力安全风险防控的对象更广、场景更多、要求更高、难度更大。
针对新时期电力系统面临的内外部风险，构建有弹性的电网，才能实现安全与效率的双提升。弹性电力系统指具有恢复力的电力系统，电力系统弹性重在描述系统内外部环境变化下应对极端自然灾害、蓄意人为攻击等非常规情形的抗击与抵御能力，具体体现为：遭遇扰动事件前有能力做出相应的准备与预防；遭遇扰动事件过程中有能力充分抵御、吸收、响应及适应；遭遇扰动事件后有能力快速恢复到事先设定的期望正常状态。
针对新提出的电力系统弹性，目前对其进行评价的方法较少，迫切需要一种方法高分辨度地对其进行评价。
发明内容
本发明的目的是提出一种高分辨度电网弹性评估方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1：建立以电网弹性为总体目标，以鲁棒性、充裕性、安全性为基本准则，以电源、电网、用户为评价对象的指标分解体系；
步骤2：对于能直接通过统计计算赋值的指标和不能直接通过统计计算赋值的指标分别利用统计信息计算赋值法和蒙特卡洛抽样法得到最底层指标的指标值；即选定n个评价对象s1，s2，...，sn，对此n个评价对象利用统计信息或蒙特卡洛抽样以及步骤1计算各指标，并记为Yij；
步骤3：对步骤2获得的指标值Yij，进行指标数据的类型一致化处理；即对极小型指标而言，令
Figure BDA0002868970960000021
步骤4：对经步骤3一致化处理后获得的指标值yij，做对数绝对值运算；即对于第i个评价对象的第j个指标值yij，进行如下运算xij＝|ln yij|，在指标值上增加区分度；
步骤5：利用层次分析法计算各指标的权重系数，并对指标值进行权化处理；
步骤6：构造权化指标矩阵A，计算评判矩阵H；
步骤7：计算评判矩阵最大特征值λmax所对应的特征向量ω，并进行归一化处理，求解权重系数向量b；
步骤8：求上一层指标的综合评价指标值zi；
步骤9：重复步骤5至步骤8，直到求得评判对象的弹性指标
Figure BDA0002868970960000023
步骤1的指标分解体系与计算方法包括：
一、电力系统弹性：
a)安全性：
i.结构安全：
(1)分区电源负荷匹配度：本地电源负荷匹配度是本地电源最大可用容量与分区最大统调负荷之比；该指标反映分区供电来源于本地电源的程度；本地电源负荷匹配度越大，该地区供电将大部分依靠本地电源，对500kV电网的依赖越小，风险水平越低；指标计算方法为：
Figure BDA0002868970960000022
其中，GLi％为第i分区电源匹配度；SG,i为第i分区最大可用容量；Lmax,i为第i分区最大统调负荷；
(2)“N-1”通过率：该指标反映重要线路结构的坚强程度以及发生事故后电网仍能正常运行的可能性；该数值越高，风险越小；指标计算方法为：
Figure BDA0002868970960000031
其中，P％为“N-1”通过率；Np,i为第i种N-1情况下全网可行运行方式计数值，越限为0，不越限为1；Ni为第i种N-1情况下全网运行方式计数值；
(3)无故障时线路重载、过载比例：该指标反映无故障运行时，负载率超过80％的500kV和220kV线路所占比例；比例越大，风险越高；指标计算方法为：
Figure BDA0002868970960000032
其中，OLline为无故障时220kV和500kV线路重载或过载线路数；Line为线路总数；
(4)无故障500kV主变重载或过载比例：该指标反映无故障运行时，负载率超过70％的500kV主变所占比例；比例越大，风险越高；指标计算方法为：
Figure BDA0002868970960000033
其中，OLT为500kV主变重载或过载台量；T500为500kV主变台量；
ii.容量安全：
(1)重要电厂全停故障平均负荷消减比例：该指标反映重要电厂发电机停运导致停电的事故的平均风险水平；平均负荷消减比例越大，风险越高；指标计算方法为：
Figure BDA0002868970960000034
其中，LG为电厂发电机停运后平均负荷消减量；Lmax为全网最大统调负荷；
(2)主变事故过载比例：该指标反映了500kV主变保护连锁动作的可能性；比例越大，风险越大；指标计算方法为：
Figure BDA0002868970960000035
其中，
Figure BDA0002868970960000036
为系统发生事故时，500kV主变过载的台数；
(3)重要变电站主变全停故障平均负荷消减比例：该指标反映重要变电站主变停运导致停电的事故的平均风险水平；平均负荷消减比例越大，风险越高；指标计算方法为：
Figure BDA0002868970960000041
其中，LT为重要变电站主变停运时，平均负荷消减量；
(4)重要输电线路停运故障平均负荷消减比例：该指标反映重要输电线路停运导致停电的事故的平均风险水平；平均负荷消减比例越大，风险越大；指标计算方法为：
Figure BDA0002868970960000042
其中，Lline为重要输电线路停运平均负荷消减容量；
(5)220/500kV线路在电网发生事故时过载比例：该指标反映了220kV和500kV线路在电网发生故障时保护连锁动作的可能性以及线路结构和潮流分布的合理性；比例越大，风险越高；指标计算方法为：
Figure BDA0002868970960000043
其中，
Figure BDA0002868970960000044
为220kV和500kV线路在电网发生事故时过载的条数；Line220/500为220kV和500kV线路总数；
(6)重要负荷保证度：该指标反映保安电源特殊情况下为重要负荷供电的能力；数值越高，风险越小；指标计算方法为：
Figure BDA0002868970960000045
其中，LI为重要负荷容量；GB为保安电源可用容量；
(7)分区500kV变电站主变平均负载率：负载率是变压器实际功率与额定功率的比值；该指标没有正负之分；负载率越高，变电容量裕度越小，风险水平越高；指标计算方法为：
Figure BDA0002868970960000046
其中，ALT,500％为500kV主变平均负载率；Smax,500为500kV电网最大下送电量；ST,500为500kV主变容量；
(8)系统解列概率：该指标反映当发生严重故障时，电力系统会发生解列的概率；概率越高，风险水平越低；该指标利用蒙特卡洛模拟法计算；
b)充裕度：
i.电源充裕度：
(1)全网供电盈余比例：全网供电盈余等于统调最大可调用容量减去最高统调容量和全网最低备用容量；该值为正时，高峰时期正常供电能满足负荷需求；为负时，高峰时期正常供电无法满足负荷需求；指标计算方法为：
Figure BDA0002868970960000051
其中，Wq为全网供电盈余，其计算方法如下
Wq＝Gmax-Lmax-Bmin (1.13)
其中，Gmax为最大统调可调用容量；Bmin为全网最低备用容量；
(2)分区供电盈余比例：分区供电盈余等于分区电源最大可用容量减去最大统调负荷预测值；该指标反映本地电源满足分区供电的情况，是存在盈余还是存在缺口；分区供电盈余是正数时，高峰时期正常供电能满足负荷需求，风险水平越低；反之越高；指标计算方法为：
Figure BDA0002868970960000052
其中，Wi为第i分区供电盈余；
ii.储能充裕度：
(1)储能容量比例：该指标反映电网内设置的储能设备的容量与最大统调负荷之比；
储能容量比例越大，风险越小；指标计算方法为：
Figure BDA0002868970960000053
其中，C为储能容量；
(2)储能长时间供电能力：该指标反映电网内储能设备长时间为负荷供电的能力；储能供电总容量越大，风险越小；指标计算方法为：
Figure BDA0002868970960000054
其中，CC为储能长时间供电能力；SC为长时间供电储能总容量；SH为用电高峰日峰值时段用电量；
iii.负荷充裕度
(1)可调节负荷比例：该指标反映负荷因电价等因素而接受调节的比例；该比例越高，风险越小；指标计算方法为：
Figure BDA0002868970960000055
其中，Lad为可调节负荷；
b)恢复性：
i.电源恢复性
(1)具有自启动能力的黑启动电源比例：该指标用于评估黑启动电源的总体自启动能力；具有自启动能力的黑启动电源比例越高，恢复力越强；指标计算方法为：
Figure BDA0002868970960000061
其中，HZ为具有自启动能力的黑启动电源数量；H为黑启动电源数量；
(2)黑启动首次恢复全网负荷比例：该指标用于评估黑启动电源恢复全网负荷的能力；黑启动电源与第二批启动电源恢复全网比例越高，全网停电损失越小，风险越低，快速恢复能力越强；指标计算方法为：
Figure BDA0002868970960000062
其中，HF&S为黑启动电源以及第二次启动电源总容量；
(3)具有黑启动电源的分区比例：各分区电网都应该具备黑启动电源；若某些分区电网没有黑启动电源，该分区事故后的恢复能力较差；该指标用于评估黑启动电源分布是
Figure BDA0002868970960000063
其中，NH％为具有黑启动电源的分区比例；NH,i为第i个分区黑启动电源情况统计值；
ii.负荷恢复性
(1)可中断负荷比例：该指标反映负荷因电价等因素而接受中断调节的比例；该比例越高，风险越小；指标计算方法为：
Figure BDA0002868970960000064
其中，LS为可中断负荷总容量；
(2)严重故障后短时间内负荷恢复供电比例：该指标反映电网快速恢复，向电网供电的能力；该比例越高，风险越小；指标计算方法为：
Figure BDA0002868970960000065
其中，LH为恢复供电负荷容量。
步骤5具体包括以下子步骤：
步骤51：对于每个评价对象，分别构造判断矩阵
Figure BDA0002868970960000071
即
Figure BDA0002868970960000072
步骤52：采用特征根法分别求解权重系数，经一致性检验后，进行归一化处理，即
Figure BDA0002868970960000073
其中：
Figure BDA0002868970960000074
为判断矩阵
Figure BDA0002868970960000075
的最大特征根，
Figure BDA0002868970960000076
为对应的特征向量，将
Figure BDA0002868970960000077
进行归一化处理即为权重向量；
步骤53：各评价指标进行区分重要性程度的权化处理，即
Figure BDA0002868970960000078
其中：
Figure BDA0002868970960000079
为表征指标重要性程度的综合集成权重系数。
步骤6具体包括以下子步骤：
步骤61：对于每个评价对象，构造权化指标矩阵，即
Figure BDA00028689709600000710
步骤62：计算评判矩阵H，即H＝(A)TA。
步骤7具体包括以下子步骤：
步骤71：求H最大特征值对应的特征向量ω，即Hω＝λmaxω；
步骤72：对特征向量ω进行归一化处理，得到权重系数向量b；其中权重系数向量b中某一具体元素的求解为
Figure BDA00028689709600000711
其中：ωi为特征向量ω的某一具体元素。
步骤8具体为：求上一层指标的综合评价指标值zi，对于某个求解对象的上一层指标，分别求解其综合评价函数，指标为
Figure BDA0002868970960000081
的上一层指标的综合评价函数为：
Figure BDA0002868970960000082
步骤9具体包括以下子步骤：
步骤91：类似求出ω2、b2，并求各二级指标的综合评价值
Figure BDA0002868970960000083
步骤92：同理求出ω1，b1，最后求出各一级指标电网弹性的综合评价值
Figure BDA0002868970960000084
本发明的有益效果在于：
提出以电网弹性为总目标的分层指标体系，所提指标物理意义明确，且易于获得，对于评价电网弹性具有典型意义。考虑到在同一个评价体系中，不同的评价指标针对评价目标的重要程度不同，采用特征值法求出各评价指标的主观权重系数，对评价指标进行“权化处理”；再采用拉开档次法对权化处理后的数据进行客观赋权，可以突出各评价对象间的整体差异。采用此种方法可对不同电力系统的弹性进行评价，并且在评价时能够对不同电力系统的弹性进行明显区分。
附图说明
图1为本发明高分辨度电网弹性评估方法的流程图；
图2为电网弹性指标的分级方案；
图3为系统分级以及分级标识框图；
图4为层次分析法求解指标权重的流程图。
具体实施方式
本发明提出一种高分辨度电网弹性评估方法，下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步说明。
如图1所示，本发明所述一种高分辨度电网弹性评估方法，具体实施步骤如下：
(1)以电网弹性为总体目标，以鲁棒性、充裕性、安全性为基本准则，以电源、电网、用户为评价对象的指标分解体系，如图2所示：
1.电力系统弹性：
a)安全性：
i.结构安全：
(1)分区电源匹负荷配度：本地电源负荷匹配度是本地电源最大可用容量与分区最大统调负荷之比。该指标反映分区供电来源于本地电源的程度。本地电源负荷匹配度越大，该地区供电将大部分依靠本地电源，对500kV电网的依赖越小，风险水平越低。
指标计算方法：
Figure BDA0002868970960000091
其中，GLi％为第i分区电源匹配度；SG,i为第i分区最大可用容量；Lmax,i为第i分区最大统调负荷。
“N-1”通过率：该指标反映重要线路结构的坚强程度以及发生事故后电网仍能正常运行的可能性。该数值越高，风险越小。
指标计算方法：
Figure BDA0002868970960000092
其中，P％为“N-1”通过率；Np,i为第i种N-1情况下全网可行运行方式计数值，越限为0，不越限为1；Ni为第i种N-1情况下全网运行方式计数值。
无故障时线路重载、过载比例：该指标反映无故障运行时，负载率超过80％的500kV和220kV线路所占比例。比例越大，风险越高。
指标计算方法：
Figure BDA0002868970960000093
其中，OLl为无故障时220kV和500kV线路重载或过载比例；Line为线路总数。
无故障500kV主变重载或过载比例：该指标反映无故障运行时，负载率超过70％的500kV主变所占比例。比例越大，风险越高。
指标计算方法：
Figure BDA0002868970960000094
其中，OLT为500kV主变重载或过载台量；T500为500kV主变台量。
ii.容量安全：
重要电厂全停故障平均负荷消减比例：该指标反映重要电厂发电机停运导致停电的事故的平均风险水平。平均负荷消减比例越大，风险越高。
指标计算方法：
Figure BDA0002868970960000101
其中，LG为电厂发电机停运后平均负荷消减量；Lmax为全网最大统调负荷。
主变事故过载比例：该指标反映了500kV主变保护连锁动作的可能性。比例越大，风险越大。
指标计算方法：
Figure BDA0002868970960000102
其中，
Figure BDA0002868970960000103
为系统发生事故时，500kV主变过载的台数。
重要变电站主变全停故障平均负荷消减比例：该指标反映重要变电站主变停运导致停电的事故的平均风险水平。平均负荷消减比例越大，风险越高。
指标计算方法：
Figure BDA0002868970960000104
其中，LT为重要变电站主变停运时，平均负荷消减量。
重要输电线路停运故障平均负荷消减比例：该指标反映重要输电线路停运导致停电的事故的平均风险水平。平均负荷消减比例越大，风险越大。
指标计算方法：
Figure BDA0002868970960000105
其中，Lline为重要输电线路停运平均负荷消减容量。
220/500kV线路在电网发生事故时过载比例：该指标反映了220kV和500kV线路在电网发生故障时保护连锁动作的可能性以及线路结构和潮流分布的合理性。比例越大，风险越高。
指标计算方法：
Figure BDA0002868970960000106
其中，
Figure BDA0002868970960000107
为220kV和500kV线路在电网发生事故时过载的条数；Line220/500为220kV和500kV线路总数。
重要负荷保证度：该指标反映保安电源特殊情况下为重要负荷供电的能力。数值越高，风险越小。
指标计算方法：
Figure BDA0002868970960000111
其中，LI为重要负荷容量；GB为保安电源可用容量
分区500kV变电站主变平均负载率：负载率是变压器实际功率与额定功率的比值。该指标没有正负之分。负载率越高，变电容量裕度越小，风险水平越高。
指标计算方法：
Figure BDA0002868970960000112
其中，ALT,500为500kV主变平均负载率；S500为500kV电网最大下送电量；ST,500为500kV主变容量。
系统解列概率：该指标反映当发生严重故障时，电力系统会发生解列的概率。概率越高，风险水平越低。该指标利用蒙特卡洛模拟法计算。
b)充裕度：
i.电源充裕度：
全网供电盈余比例：全网供电盈余等于统调最大可调用容量减去最高统调容量和全网最低备用容量。该值为正时，高峰时期正常供电能满足负荷需求；为负时，高峰时期正常供电可能无法满足负荷需求。
Figure BDA0002868970960000113
其中，Wq为全网供电盈余；Lmax为最大统调负荷。
Wq＝Gmax-Lmax-Bmin (1.13)
其中，Gmax为最大统调可调用容量；Bmin为全网最低备用容量。
分区供电盈余比例：分区供电盈余等于分区电源最大可用容量减去最大统调负荷预测值。该指标反映本地电源满足分区供电的情况，是存在盈余还是存在缺口。分区供电盈余是正数时，高峰时期正常供电能满足负荷需求，风险水平越低；反之越高。
指标计算方法：
Figure BDA0002868970960000114
其中，Wi为第i分区供电盈余。
ii.储能充裕度：
储能容量比例：该指标反映电网内设置的储能设备的容量与最大统调负荷之比。储能容量比例越大，风险越小。
指标计算方法：
Figure BDA0002868970960000121
其中，C为储能容量。
储能长时间供电能力：该指标反映电网内储能设备长时间为负荷供电的能力。储能供电总容量越大，风险越小。
指标计算方法：
Figure BDA0002868970960000122
其中，CC为储能长时间供电能力；SC为长时间供电储能总容量；SH为用电高峰日峰值时段用电量。
iii.负荷充裕度
可调节负荷比例：该指标反映负荷因电价等因素而接受调节的比例。该比例越高，风险越小。
指标计算方法：
Figure BDA0002868970960000123
其中，Lad为可调节负荷比例。
c)恢复性：
i.电源恢复性
具有自启动能力的黑启动电源比例：该指标用于评估黑启动电源的总体自启动能力。具有自启动能力的黑启动电源比例越高，恢复力越强。
指标计算方法：
Figure BDA0002868970960000124
其中，HZ为具有自启动能力的黑启动电源数量；H为黑启动电源数量。
黑启动首次恢复全网负荷比例：该指标用于评估黑启动电源恢复全网负荷的能力。黑启动电源与第二批启动电源恢复全网比例越高，全网停电损失越小，风险越低，快速恢复能力越强。
指标计算方法：
Figure BDA0002868970960000131
其中，HF&S为黑启动电源以及第二次启动电源总容量。
具有黑启动电源的分区比例：各分区电网都应该具备黑启动电源。若某些分区电网没有黑启动电源，该分区事故后的恢复能力较差。该指标用于评估黑启动电源分布是否合理，具有黑启动电源的分区比例越高，风险越小。
指标计算方法：
Figure BDA0002868970960000132
其中，NH％为具有黑启动电源的分区比例；NH,i为第i个分区黑启动电源情况统计值。
ii.负荷恢复性
可中断负荷比例：该指标反映负荷因电价等因素而接受中断调节的比例。该比例越高，风险越小。
指标计算方法：
Figure BDA0002868970960000133
其中，LS为可中断负荷总容量。
严重故障后短时间内负荷恢复供电比例：该指标反映电网快速恢复，向电网供电的能力。该比例越高，风险越小。
指标计算方法：
Figure BDA0002868970960000134
其中，LH为恢复供电负荷容量。
(2)如图3所示，将总目标看做一个大系统，并且认为每个大系统均有两个层次的结构。对于可以直接通过统计计算赋值的指标，利用统计信息计算得到二级子系统sq (2,t)下的指标的指标值Yij (2,t,q)：
选定n个评价对象s1，s2，...sn，认为每个评价对象有两个层次。利用统计数据，对于n个评价对象计算七个二级子系统sq (2,t)下分别选定的可利用统计信息计算的各指标，利用步骤1中所给出的公式计算出指标值，并记为Yij (2,t,q)；
例如，利用统计数据，对于n个评价对象计算七个二级子系统“结构安全”s1 (2,1)选定的四项评价指标“分区电源匹负荷配度”，‘N-1’通过率、“无故障时线路重载、过载比例”、“无故障500kV主变重载或过载比例”，分别依据公式(1.1)、(1.2)、(1.3)、(1.4)计算出指标值，分别记为Yi1 (2,1,1)，Yi2 (2,1,1)，Yi3 (2,1,1)，Yi4 (2,1,1)。
其中：Yij (2,t,q)的含义为第i个评价对象的第二层子系统sq (2,t)下属第j项指标的观测值i＝1,2,...,n；j＝1,2,...,mtq；t＝1,2,...n1；q＝1,2,...mt)
(3)对于无法直接通过统计计算赋值的指标，采用Monte-Carlo抽样计算得到评判对象最底层指标的指标值Yij (2,t,q)：
对于n个评价对象的七个二级子系统sq (2,t)中选定的不能直接计算需要蒙特卡洛抽样获得的指标，采用蒙特卡洛抽样计算其指标值，并记为Yij (2,t,q)。
例如，对于n个评价对象的二级子系统“容量安全”s2 (2,1)选定的其中一项评价指标“系统解列概率”，采用蒙特卡洛抽样计算其指标值，并记为Yi8 (2,1,2)。
其中：Yij (2,t,q)的含义为第i个评价对象的第二层子系统sq (2,t)下属第j项指标的观测值i＝1,2,...,n；j＝1,2,...,mtq；t＝1,2,...n1；q＝1,2,...mt)
(4)对步骤2和步骤3获得的指标值Yij (2,t,q)，进行指标数据的类型一致化、无量纲化处理：
1)由于底层指标同时中存在极大型与极小型指标，因此对指标做一致化处理，对极小型指标而言：
令
Figure BDA0002868970960000141
2)本方法所提指标均为百分比形式，因此不需要进行无量纲化处理。
(5)为了增加指标数值上的区分度，对经过一致化处理后获得的指标值yij (2,t,q)，做对数绝对值运算：
对于第i个评价对象的第j个指标值xij，进行对数绝对值运算，在指标值上增加区分度：
Figure BDA0002868970960000151
(6)由于不同指标对总目标的重要程度不同，为了加以区分，如图4所示，利用层次分析法计算各指标的权重系数，并对指标值进行权化处理：
1)对于每个评价对象，针对七个二级系统，分别构造判断矩阵,即：
Figure BDA0002868970960000152
2)采用特征根法分别求解权重系数，经一致化检验后，进行归一化处理。即
Figure BDA0002868970960000153
其中：
Figure BDA0002868970960000154
为矩阵
Figure BDA0002868970960000155
的最大特征根，
Figure BDA0002868970960000156
为对应的特征向量，将
Figure BDA0002868970960000157
进行归一化处理即为权重向量。
3)各评价指标进行区分重要性程度的权化处理，即：
Figure BDA0002868970960000158
其中：
Figure BDA0002868970960000159
为表征指标重要性程度的综合集成权重系数。
(7)为从整体上突出各被评价对象之间的差异，构造权化指标矩A(2,t,q)，计算评判矩阵H(2,t,q)
1)对于每个评价对象，针对七个二级系统，分别构造权化指标矩阵，即：
Figure BDA00028689709600001510
2)计算评判矩阵H(2,t,q)，即：
H(2,t,q)＝(A(2,t,q))TA(2,t,q)
(8)计算评判矩阵H(2,t,q)最大特征值所对应的特征向量ω(2,t,q)，并进行归一化处理，求解权重系数向量
1)求H(2,t,q)最大特征值对应的特征向量ω(2,t,q)；
H(2,t,q)ω(2,t,q)＝λj.maxω(2,t,q)
2)对特征向量ω(2,t,q)进行归一化处理，得到权重系数向量b(2,t,q)，权重系数向量b(2,t,q)中的某一元素
Figure BDA0002868970960000161
的求解如下：
Figure BDA0002868970960000162
其中：ωi (2,t,q)为特征向量ω(2,t,q)的某一具体元素。
(9)求各二级子系统子系统sq (2,t)的综合评价指标值z(2,t,q)：
1)对于某个求解对象，针对七个二级子系统，分别求解其综合评价函数，指标为
Figure BDA0002868970960000163
的子系统
Figure BDA0002868970960000164
综合评价函数为：
Figure BDA0002868970960000165
2)将n个评价对象的针对某一个二级子系统的综合评价函数值表示为矩阵形式,即：
z(2,t,q)＝A(2,t,q)b(2,t,q)
(10)重复步骤6-9，直到求得评判对象的弹性指标zi：
1)类似求出
Figure BDA0002868970960000166
b(1,t)，并求各一级子系统
Figure BDA0002868970960000167
的综合评价值z(1,t)：
Figure BDA0002868970960000168
2)同理求出
Figure BDA0002868970960000169
b，最后求出各大系统S的总的综合评价值z：
Figure BDA00028689709600001610
此实施例仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (7)

1.一种高分辨度电网弹性评估方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1：建立以电网弹性为总体目标，以鲁棒性、充裕性、安全性为基本准则，以电源、电网、用户为评价对象的指标分解体系；
步骤2：对于能直接通过统计计算赋值的指标和不能直接通过统计计算赋值的指标分别利用统计信息计算赋值法和蒙特卡洛抽样法得到最底层指标的指标值；即选定n个评价对象s1，s2，...，sn，对此n个评价对象利用统计信息或蒙特卡洛抽样以及步骤1计算各指标，并记为Yij；
步骤3：对步骤2获得的指标值Yij，进行指标数据的类型一致化处理；即对极小型指标而言，令
Figure FDA0002868970950000011
步骤4：对经步骤3一致化处理后获得的指标值yij，做对数绝对值运算；即对于第i个评价对象的第j个指标值yij，进行如下运算xij＝|ln yij|，在指标值上增加区分度；
步骤5：利用层次分析法计算各指标的权重系数，并对指标值进行权化处理；
步骤6：构造权化指标矩阵A，计算评判矩阵H；
步骤7：计算评判矩阵最大特征值λmax所对应的特征向量ω，并进行归一化处理，求解权重系数向量b；
步骤8：求上一层指标的综合评价指标值zi；
步骤9：重复步骤5至步骤8，直到求得评判对象的弹性指标
Figure FDA0002868970950000012
2.根据权利要求1所述的高分辨度电网弹性评估方法，其特征在于，所述步骤1的指标分解体系与计算方法包括：
一、电力系统弹性：
a)安全性：
i.结构安全：
(1)分区电源负荷匹配度：本地电源负荷匹配度是本地电源最大可用容量与分区最大统调负荷之比；该指标反映分区供电来源于本地电源的程度；本地电源负荷匹配度越大，该地区供电将大部分依靠本地电源，对500kV电网的依赖越小，风险水平越低；指标计算方法为：
Figure FDA0002868970950000021
其中，GLi％为第i分区电源匹配度；SG,i为第i分区最大可用容量；Lmax,i为第i分区最大统调负荷；
(2)“N-1”通过率：该指标反映重要线路结构的坚强程度以及发生事故后电网仍能正常运行的可能性；该数值越高，风险越小；指标计算方法为：
Figure FDA0002868970950000022
其中，P％为“N-1”通过率；Np,i为第i种N-1情况下全网可行运行方式计数值，越限为0，不越限为1；Ni为第i种N-1情况下全网运行方式计数值；
(3)无故障时线路重载、过载比例：该指标反映无故障运行时，负载率超过80％的500kV和220kV线路所占比例；比例越大，风险越高；指标计算方法为：
Figure FDA0002868970950000023
其中，OLline为无故障时220kV和500kV线路重载或过载线路数；Line为线路总数；
(4)无故障500kV主变重载或过载比例：该指标反映无故障运行时，负载率超过70％的500kV主变所占比例；比例越大，风险越高；指标计算方法为：
Figure FDA0002868970950000024
其中，OLT为500kV主变重载或过载台量；T500为500kV主变台量；
ii.容量安全：
(1)重要电厂全停故障平均负荷消减比例：该指标反映重要电厂发电机停运导致停电的事故的平均风险水平；平均负荷消减比例越大，风险越高；指标计算方法为：
Figure FDA0002868970950000025
其中，LG为电厂发电机停运后平均负荷消减量；Lmax为全网最大统调负荷；
(2)主变事故过载比例：该指标反映了500kV主变保护连锁动作的可能性；比例越大，风险越大；指标计算方法为：
Figure FDA0002868970950000031
其中，
Figure FDA0002868970950000032
为系统发生事故时，500kV主变过载的台数；
(3)重要变电站主变全停故障平均负荷消减比例：该指标反映重要变电站主变停运导致停电的事故的平均风险水平；平均负荷消减比例越大，风险越高；指标计算方法为：
Figure FDA0002868970950000033
其中，LT为重要变电站主变停运时，平均负荷消减量；
(4)重要输电线路停运故障平均负荷消减比例：该指标反映重要输电线路停运导致停电的事故的平均风险水平；平均负荷消减比例越大，风险越大；指标计算方法为：
Figure FDA0002868970950000034
其中，Lline为重要输电线路停运平均负荷消减容量；
(5)220/500kV线路在电网发生事故时过载比例：该指标反映了220kV和500kV线路在电网发生故障时保护连锁动作的可能性以及线路结构和潮流分布的合理性；比例越大，风险越高；指标计算方法为：
Figure FDA0002868970950000035
其中，
Figure FDA0002868970950000036
为220kV和500kV线路在电网发生事故时过载的条数；Line220/500为220kV和500kV线路总数；
(6)重要负荷保证度：该指标反映保安电源特殊情况下为重要负荷供电的能力；数值越高，风险越小；指标计算方法为：
Figure FDA0002868970950000037
其中，LI为重要负荷容量；GB为保安电源可用容量；
(7)分区500kV变电站主变平均负载率：负载率是变压器实际功率与额定功率的比值；该指标没有正负之分；负载率越高，变电容量裕度越小，风险水平越高；指标计算方法为：
Figure FDA0002868970950000038
其中，ALT,500％为500kV主变平均负载率；Smax,500为500kV电网最大下送电量；ST,500为500kV主变容量；
(8)系统解列概率：该指标反映当发生严重故障时，电力系统会发生解列的概率；概率越高，风险水平越低；该指标利用蒙特卡洛模拟法计算；
b)充裕度：
i.电源充裕度：
(1)全网供电盈余比例：全网供电盈余等于统调最大可调用容量减去最高统调容量和全网最低备用容量；该值为正时，高峰时期正常供电能满足负荷需求；为负时，高峰时期正常供电无法满足负荷需求；指标计算方法为：
Figure FDA0002868970950000041
其中，Wq为全网供电盈余，其计算方法如下
Wq＝Gmax-Lmax-Bmin (1.13)
其中，Gmax为最大统调可调用容量；Bmin为全网最低备用容量；
(2)分区供电盈余比例：分区供电盈余等于分区电源最大可用容量减去最大统调负荷预测值；该指标反映本地电源满足分区供电的情况，是存在盈余还是存在缺口；分区供电盈余是正数时，高峰时期正常供电能满足负荷需求，风险水平越低；反之越高；指标计算方法为：
Figure FDA0002868970950000042
其中，Wi为第i分区供电盈余；
ii.储能充裕度：
(1)储能容量比例：该指标反映电网内设置的储能设备的容量与最大统调负荷之比；储能容量比例越大，风险越小；指标计算方法为：
Figure FDA0002868970950000043
其中，C为储能容量；
(2)储能长时间供电能力：该指标反映电网内储能设备长时间为负荷供电的能力；储能供电总容量越大，风险越小；指标计算方法为：
Figure FDA0002868970950000044
其中，CC为储能长时间供电能力；SC为长时间供电储能总容量；SH为用电高峰日峰值时段用电量；
iii.负荷充裕度
(1)可调节负荷比例：该指标反映负荷因电价等因素而接受调节的比例；该比例越高，风险越小；指标计算方法为：
Figure FDA0002868970950000051
其中，Lad为可调节负荷；
b)恢复性：
i.电源恢复性
(1)具有自启动能力的黑启动电源比例：该指标用于评估黑启动电源的总体自启动能力；具有自启动能力的黑启动电源比例越高，恢复力越强；指标计算方法为：
Figure FDA0002868970950000052
其中，HZ为具有自启动能力的黑启动电源数量；H为黑启动电源数量；
(2)黑启动首次恢复全网负荷比例：该指标用于评估黑启动电源恢复全网负荷的能力；黑启动电源与第二批启动电源恢复全网比例越高，全网停电损失越小，风险越低，快速恢复能力越强；指标计算方法为：
Figure FDA0002868970950000053
其中，HF&S为黑启动电源以及第二次启动电源总容量；
(3)具有黑启动电源的分区比例：各分区电网都应该具备黑启动电源；若某些分区电网没有黑启动电源，该分区事故后的恢复能力较差；该指标用于评估黑启动电源分布是否合理，具有黑启动电源的分区比例越高，风险越小；指标计算方法为：
Figure FDA0002868970950000054
其中，NH％为具有黑启动电源的分区比例；NH,i为第i个分区黑启动电源情况统计值；ii.负荷恢复性
(1)可中断负荷比例：该指标反映负荷因电价等因素而接受中断调节的比例；该比例越高，风险越小；指标计算方法为：
Figure FDA0002868970950000061
其中，LS为可中断负荷总容量；
(2)严重故障后短时间内负荷恢复供电比例：该指标反映电网快速恢复，向电网供电的能力；该比例越高，风险越小；指标计算方法为：
Figure FDA0002868970950000062
其中，LH为恢复供电负荷容量。
3.根据权利要求1所述的高分辨度电网弹性评估方法，其特征在于，所述步骤5具体包括以下子步骤：
步骤51：对于每个评价对象，分别构造判断矩阵
Figure FDA0002868970950000063
即
Figure FDA0002868970950000064
步骤52：采用特征根法分别求解权重系数，经一致性检验后，进行归一化处理，即
Figure FDA0002868970950000065
其中：
Figure FDA0002868970950000066
为判断矩阵
Figure FDA0002868970950000067
的最大特征根，
Figure FDA0002868970950000068
为对应的特征向量，将
Figure FDA0002868970950000069
进行归一化处理即为权重向量；
步骤53：各评价指标进行区分重要性程度的权化处理，即
Figure FDA00028689709500000610
其中：
Figure FDA00028689709500000611
为表征指标重要性程度的综合集成权重系数。
4.根据权利要求1所述的高分辨度电网弹性评估方法，其特征在于，所述步骤6具体包括以下子步骤：
步骤61：对于每个评价对象，构造权化指标矩阵，即
Figure FDA0002868970950000071
步骤62：计算评判矩阵H，即H＝(A)TA。
5.根据权利要求1所述的高分辨度电网弹性评估方法，其特征在于，所述步骤7具体包括以下子步骤：
步骤71：求H最大特征值对应的特征向量ω，即Hω＝λmaxω；
步骤72：对特征向量ω进行归一化处理，得到权重系数向量b；其中权重系数向量b中某一具体元素的求解为
Figure FDA0002868970950000072
其中：ωi为特征向量ω的某一具体元素。
6.根据权利要求1所述的高分辨度电网弹性评估方法，其特征在于，所述步骤8具体为：求上一层指标的综合评价指标值zi，对于某个求解对象的上一层指标，分别求解其综合评价函数，指标为
Figure FDA0002868970950000073
的上一层指标的综合评价函数为：
Figure FDA0002868970950000074
7.根据权利要求1所述的高分辨度电网弹性评估方法，其特征在于，所述步骤9具体包括以下子步骤：
步骤91：类似求出ω2、b2，并求各二级指标的综合评价值
Figure FDA0002868970950000075
步骤92：同理求出ω1，b1，最后求出各一级指标电网弹性的综合评价值
Figure FDA0002868970950000076
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