CN112818544B - 计及终端差异化可靠性需求的配电网可靠性评估方法 - Google Patents

Abstract

一种计及终端差异化可靠性需求的配电网可靠性评估方法：针对多个配电网用户节点收集不同类型终端用户的供电可靠性初始信息，建立配电网评价体系的不同类型的可靠性指标的初始数据库；对可靠性损失类指标进行分配权重并验证，将获得权重的可靠性损失类指标组合建立配电网可靠性损失模型；对可靠性贡献类指标进行分配权重并验证，将获得权重的不同类型的可靠性贡献类指标组合建立配电网可靠性贡献模型；根据终端用户类型和用电量确定配电网的主流终端模式，计算配电网可靠性贡献模型和配电网可靠性损失模型的参与度，得到计及不同类型用户可靠性需求的配电网可靠性指标评价结果。本发明有利于提升配电网可靠性评估的效率效益水平。

Description

计及终端差异化可靠性需求的配电网可靠性评估方法

技术领域

本发明涉及一种配电网可靠性评估方法。特别是涉及一种计及终端差异化可靠性需求的配电网可靠性评估方法

背景技术

目前中国电力行业逐渐趋向于市场化，售电侧可让不同的终端用户根据自身对电能质量的实际需要向供电企业提出适合自己的电能质量和可靠性要求，以此保障自身用电的安全性和可靠性，提高用户自身的用电质量。随着分布式能源、储能设备以及多元可控负荷的快速发展，使得配电网的建设方式和运行模式更加灵活多样，能够满足不同区域、不同类型的终端用户对供电可靠性的差异化需求。计及终端用户差异化可靠性需求的配电网在整体上可提高供电的灵活性与可靠性，优化电力资源网内分配，促进多源互补，提高分布式电源利用率，同时可根据用户需求制定差异化电价，优化投资成本，在满足用户差异化可靠性需求的前提下实现经济效益的最大化。

计及终端用户差异化可靠性需求的配电网与传统配电网不同，其配电网可靠性的评估也不尽相同，工业用户、商业用户和居民用户等不同终端用户对供电可靠性的需求等级不同，即针对不同类型的配电网的指标处理方法有所差异。基于终端用户差异化可靠性需求的配电网在实际运行中针对不同类型的用户需要考虑的可靠性指标不同，导致可靠性评估难度增加。因此要针对不同类型的终端用户进行讨论研究并找寻一种合理有效的配电网可靠性评估办法。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，提供一种计及终端差异化可靠性需求的配电网可靠性评估方法。

本发明所采用的技术方案是：一种计及终端差异化可靠性需求的配电网可靠性评估方法，包括如下步骤：

1)针对多个配电网用户节点收集不同类型终端用户的供电可靠性初始信息，建立配电网评价体系的不同类型的可靠性指标的初始数据库，所述的不同类型的可靠性指标为可靠性贡献类指标和可靠性损失类指标；

2)采用熵权-层次分析法对所述的可靠性损失类指标进行分配权重，然后运用斯皮尔曼相关系数验证熵权法和层次分析法对所述的可靠性损失类指标分配权重的一致性，将获得权重的可靠性损失类指标组合建立配电网可靠性损失模型；采用变异系数-层次分析法对所述的可靠性贡献类指标进行分配权重，然后运用斯皮尔曼相关系数验证变异系数法和层次分析法对所述的可靠性贡献类指标分配权重的一致性，将获得权重的不同类型的可靠性贡献类指标组合建立配电网可靠性贡献模型；

3)根据终端用户类型和用电量确定配电网的主流终端模式，并计算配电网可靠性贡献模型和配电网可靠性损失模型的参与度，最后得到计及不同类型用户可靠性需求的配电网可靠性评估结果。

本发明的计及终端差异化可靠性需求的配电网可靠性评估方法，建立了计及工业用户、商业用户、居民用户等不同用户终端的差异化可靠性需求的可靠性评估模型。本发明根据可靠性指标的属性不同，建立可靠性贡献类模型和损失类模型分别对可靠性指标进行科学处理，其二者有机结合，较全面的表述了主流终端用户不同的配电网的可靠性指标在评估中的作用。除此以外，本发明建立评估模型时，从终端用户的实际用电量方面出发，考虑到不同用户终端的实际用电量和户数不匹配的影响，非常符合实际。通过本发明，能够科学量化终端用户对配电网可靠性评估的影响，明确面向终端用户差异化可靠性需求的配电网可靠性指标的差异，可有效指导配电网规划设计和建设改造方案的制定，有利于提升配电网可靠性评估的效率效益水平。

附图说明

图1是本发明计及终端差异化可靠性需求的配电网可靠性评估方法的流程图。

具体实施方式

下面结合实施例和附图对本发明的计及终端差异化可靠性需求的配电网可靠性评估方法做出详细说明。

如图1所示，本发明的计及终端差异化可靠性需求的配电网可靠性评估方法，包括如下步骤：

1)针对多个配电网用户节点收集不同类型终端用户的供电可靠性初始信息，建立配电网评价体系的不同类型的可靠性指标的初始数据库，在实际配电网运行供电过程中，不同终端用户类型对供电可靠性的需求不同，所述的不同类型的可靠性指标为可靠性贡献类指标和可靠性损失类指标。

其中定义可靠性贡献类指标为增加可靠性的指标类型，其数值与配电网可靠性成正相关；定义可靠性损失类指标是降低配电网可靠性的指标类型，其数值与配电网可靠性成负相关，例如用户平均停电时间，停电时间越长，可靠性越低。则可靠性损失类指标包括系统平均停电时间、系统平均停电频率、用户平均停电时间、用户平均停电频率，可靠性贡献类指标包括供电可靠率、电压合格率和用电可靠率。

2)采用熵权-层次分析法对所述的可靠性损失类指标进行分配权重，然后运用斯皮尔曼相关系数验证熵权法和层次分析法对所述的可靠性损失类指标分配权重的一致性，将获得权重的可靠性损失类指标组合建立配电网可靠性损失模型；采用变异系数-层次分析法对所述的可靠性贡献类指标进行分配权重，然后运用斯皮尔曼相关系数验证变异系数法和层次分析法对所述的可靠性贡献类指标分配权重的一致性，将获得权重的不同类型的可靠性贡献类指标组合建立配电网可靠性贡献模型；其中：

所述的配电网可靠性损失模型是由熵权法求解损失类指标的客观权重和层次分析法求解损失类指标的主观权重建立的联合权重模型构成；包括：

(2.1)利用熵权法求解可靠性损失类指标的客观权重：

其中，ω_j为熵权法对第j个可靠性损失类指标的客观权重值，H_j为熵权法对第j个可靠性损失类指标的熵值，n₁为评价矩阵的列总数；

当评价对象被赋予的权重值越大，则说明这个指标的在整个体系中比较重要，相反若是权重值较小，说明该指标在对整个体系影响不大，在后续评估过程中可忽略。

(2.2)采用层次分析法对所述的可靠性损失类指标求解主观权重，具体包括：

(2.2.1)根据层次分析法建立层次结构模型，其中包括最高层、中间层、最底层。把所述的可靠性损失类指标两两进行重要程度比较，采用九级标度法确定层次结构模型中最底层的判断矩阵；

(2.2.2)通过最底层的判断矩阵计算层次结构模型中最底层相对中间层的一级权重，然后计算中间层相对最高层的二级权重，并且分别检验一级权重和二级权重的一致性，一致进入下一步，否则返回第(2.2.1)步；

进行单层排序并且检验一致性，一致性指标用CI计算，CI越小，说明一致性越大。定义一致性指标为

其中，λ_max为判断矩阵特征值的最大值，N_Z为判断矩阵的秩，CI是一致性指标。

其中CI＝0，一致性最符合；CI接近于0，则有较好的一致性；CI越大，一致性越差。在判断矩阵不能通过一致性检验时，需要对各指标之间的相对重要性程度进行重新比较，重新确定判断矩阵，直至其通过一致性检验。

再次，计算检验系数

其中，CI是一致性指标，CR是一致性比率，RI是随机一致性指标。

一般，如果CI≤0.1，则认为该判别矩阵通过一致性检验，说明判别矩阵是有实际意义的，否则就要对矩阵中的值进行修正，在判断矩阵不能通过一致性检验时，需要对各指标之间的相对重要性程度进行重新比较，重新确定判断矩阵，直至其通过一致性检验。

(2.2.3)将所述的一级权重和二级权重结合得到可靠性损失类指标的主观权重：

W_l＝W_1lW_2l

其中，W_l是层次分析法对可靠性损失类指标分配的主观权重，W_1l表示二级权重，W_2l表示一级权重；

(2.3)采用斯皮尔曼相关系数检验熵权法和层次分析法对可靠性损失类指标所分配的权重的一致性，若不一致，则返回第(2.2)步，若一致，则建立联合权重模型即为配电网可靠性损失模型：

其中，F(los)是联合权重模型的目标函数值，max F(los)是指目标函数值取最大，ω_j是熵权法对第j个可靠性损失类指标分配的权重，W_j是层次分析法对第j个可靠性损失类指标分配的权重，LOS_j是熵权-层次分析法对第j个可靠性损失类指标的综合权重，m为矩阵的行总数，n₁为矩阵的列总数；

(2.4)采用离差最大法或最小二乘法或方差最大法对配电网可靠性损失模型进行求解，得到可靠性损失类指标的综合权重。

所述的配电网可靠性贡献模型是由变异系数法求解可靠性贡献类指标的客观权重和层次分析法求解可靠性贡献类指标的主观权重建立的联合权重模型构成；包括：

(2.5)利用变异系数法求解可靠性贡献类指标的客观权重：

其中

B_t是变异系数法对第t个可靠性贡献类指标分配的权重，V_t表示第t个可靠性贡献类指标的变异系数，σ_t表示第t个可靠性贡献类指标的平均值，表示第t个可靠性贡献类指标的标准差，n₂表示矩阵的列总数；

(2.6)采用层次分析法对所述的可靠性贡献类指标求解主观权重，具体包括：

(2.6.1)根据层次分析法建立层次结构模型，把所述的可靠性贡献类指标两两进行重要程度比较，采用九级标度法确定层次结构模型中最底层的判断矩阵；

(2.6.2)通过最底层的判断矩阵计算层次结构模型中最底层相对中间层的一级权重，然后计算中间层相对最高层的二级权重，并且分别检验一级权重和二级权重的一致性；一致进入下一步，否则返回第(2.6.1)步；

(2.6.3)将所述的一级权重和二级权重结合得到可靠性贡献类指标的主观权重：

W_c＝W_1cW_2c

其中，W_c是层次分析法对可靠性贡献类指标分配的主观权重，W_1c表示二级权重，W_2c表示一级权重；

(2.7)采用斯皮尔曼相关系数检验变异系数法和层次分析法对可靠性贡献类指标所分配的权重的一致性，若不一致，则返回第(2.6)步，若一致，则建立联合权重模型即配电网可靠性贡献模型：

其中，V(con)是联合权重模型的目标函数值，max V(con)是指联合权重模型目标函数值取最大，是对第t个可靠性贡献类指标的平方差求和，B_t是变异系数法对第t个可靠性贡献类指标分配的权重，W_t是层次分析法对第t个可靠性贡献类指标分配的权重，CON_t是变异系数-层次分析法对第t个可靠性贡献类指标分配的综合权重，n₂表示矩阵的列总数，m表示矩阵的行总数；

(2.8)运用平方差最大化或离差最大化或直接加成法求解配电网可靠性贡献模型，得到可靠性贡献类指标的综合权重。

3)根据终端用户类型和用电量确定配电网的主流终端模式，并计算配电网可靠性贡献模型和配电网可靠性损失模型的参与度，最后得到计及不同类型用户可靠性需求的配电网可靠性评估结果。其中：

所述的终端用户类型包括工业用户、商业用户、居民用户，所述的配电网的主流终端模式包括工业用户配电网、商业用户配电网、居民用户配电网。

所述的计及不同类型用户可靠性需求的配电网可靠性评估结果具体求解过程包括：

(3.1)确定可靠性损失类指标和可靠性贡献类指标在配电网可靠性评估方法中的参与度；包括：

(3.1.1)工业用户配电网中不同类型指标参与度：

其中，a为工业用户配电网的可靠性损失类指标在评估方法中的参与度，b为工业用户配电网的可靠性贡献类指标在评估方法中的参与度，a取值为0.6～1，cons_I为配电网中工业用户的总用电量，CONS为配电网中所有用户的总用电量；

(3.1.2)居民用户配电网中不同类型指标参与度：

其中，c为居民用户配电网的可靠性贡献类指标在评估方法中的参与度，d为居民用户配电网的可靠性损失类指标在评估方法中的参与度，c取值为0.6～1，cons_R为配电网中居民用户的总用电量，CONS为配电网中所有用户的总用电量；

(3.1.3)商业用户配电网的不同类型指标参与度具体包括：e为商业用户配电网的可靠性贡献类指标在评估方法中的参与度，f为商业用户配电网的可靠性损失类指标在评估方法中的参与度，e＝f＝0.5；

(3.2)对配电网可靠性评估综合得分：

其中当c＞0.5＞a时

当a＞0.5＞c时

当c＜0.5且a＜0.5时

其中，score是配电网可靠性评估的最终综合得分，P_γ是配电网中可靠性贡献类指标的参与度，CON_t是第t个可靠性贡献类指标的综合权重，是配电网中可靠性损失类指标的参与度，LOS_j是第j个可靠性损失类指标的综合权重，/>和/>分别为配电网可靠性贡献类指标和损失类指标的实际取值。

为了更进一步的说明本发明，下面结合具体实例来进行说明。

由配电网用户供电可靠性评估系统可以获得以下多类型用户的部分基本数据包含可靠性贡献类指标和损失类指标，如表1所示；终端用户的数量及用电量，如表2所示。

表1配电网可靠性指标

表2配电网终端用户数据

根据多类型用户供电可靠性指标形成原始数据，利用熵权法得到可靠性损失类指标的客观权重，层次分析法得到损失类指标的主观权重，依据离差最大距离将其结合，得到可靠性损失类指标的综合权重，如表3所示。

表3可靠性损失类指标综合权重

运用斯皮尔曼相关系数分别验证变异系数法和层次分析法对可靠性指标分配权重的一致性，采用变异系数-层次分析法对上述提到的可靠性贡献类指标进行权重计算，得到配电网可靠性贡献类指标的权重，如表4所示。

表4可靠性贡献类指标综合权重

根据各配电网终端用户的用电量确定主流终端模式和多类型指标参与度，最终得到各个配电网可靠性评估的综合评分，如表5所示。

表5配电网可靠性评估综合得分

配网编号	主流终端模式	综合得分
			1	工业型	99.41
2	居民型	98.54
			3	商业型	98.76
4	居民型	98.58
			5	商业型	98.61
6	工业型	99.20

表5对不同终端用户类型的配电网进行综合评分，对比各配电网的主流终端模式和得分情况，明显看出，1号和6号属于工业型配电网，综合得分最高，符合终端用户中工业用户对电能质量和电压供电稳定的实际需求情况。居民型配电网的得分普遍较低，其电压合格率和供电可靠率都比较低，符合居民用户分类在第三级负荷的实际情况。算例结果证明，本发明提出的方法，能够根据不同终端用户的类型，较准确地对配电网可靠性进行评估。

以上所述，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，可轻易想到的变换或替换，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 (4)

1.一种计及终端差异化可靠性需求的配电网可靠性评估方法，其特征在于，包括如下步骤：

1)针对多个配电网用户节点收集不同类型终端用户的供电可靠性初始信息，建立配电网评价体系的不同类型的可靠性指标的初始数据库，所述的不同类型的可靠性指标为可靠性贡献类指标和可靠性损失类指标；所述的可靠性贡献类指标包括供电可靠率、电压合格率和用电可靠率，所述的可靠性损失类指标包括系统平均停电时间、系统平均停电频率、用户平均停电时间和用户平均停电频率；

2)采用熵权-层次分析法对所述的可靠性损失类指标进行分配权重，然后分别采用熵权法和层次分析法对所述的可靠性损失类指标进行分配权重，再运用斯皮尔曼相关系数验证熵权法和层次分析法以及熵权-层次分析法对所述的可靠性损失类指标分配权重的一致性，将获得权重的可靠性损失类指标组合建立配电网可靠性损失模型；采用变异系数-层次分析法对所述的可靠性贡献类指标进行分配权重，然后分别采用变异系数法和层次分析法对所述的可靠性贡献类指标进行分配权重，再运用斯皮尔曼相关系数验证变异系数法和层次分析法以及变异系数-层次分析法对所述的可靠性贡献类指标分配权重的一致性，将获得权重的不同类型的可靠性贡献类指标组合建立配电网可靠性贡献模型；

3)根据终端用户类型和用电量确定配电网的主流终端模式，并计算配电网可靠性贡献模型和配电网可靠性损失模型的参与度，最后得到计及不同类型用户可靠性需求的配电网可靠性评估结果。

2.根据权利要求1所述的计及终端差异化可靠性需求的配电网可靠性评估方法，其特征在于，步骤2)所述的配电网可靠性损失模型是由熵权法求解损失类指标的客观权重和层次分析法求解损失类指标的主观权重建立的联合权重模型构成；包括：

(2.1)利用熵权法求解可靠性损失类指标的客观权重：

其中，ω_j为熵权法对第j个可靠性损失类指标的客观权重值，H_j为熵权法对第j个可靠性损失类指标的熵值，n₁为可靠性损失类指标评价矩阵的列总数；

(2.2)采用层次分析法对所述的可靠性损失类指标求解主观权重，具体包括：

(2.2.1)根据层次分析法建立层次结构模型，把所述的可靠性损失类指标两两进行重要程度比较，采用九级标度法确定层次结构模型中最底层的判断矩阵；

(2.2.2)通过最底层的判断矩阵计算层次结构模型中最底层相对中间层的一级权重，然后计算中间层相对最高层的二级权重，并且分别检验一级权重和二级权重的一致性，一致进入下一步，否则返回第(2.2.1)步；

(2.2.3)将所述的一级权重和二级权重结合得到可靠性损失类指标的主观权重：

W_l＝W_1lW_2l

其中，W_l是层次分析法对可靠性损失类指标l分配的主观权重，W_1l表示二级权重，W_2l表示一级权重；

(2.3)采用斯皮尔曼相关系数检验熵权法和层次分析法以及熵权-层次分析法对可靠性损失类指标所分配的权重的一致性，若不一致，则返回第(2.2)步，若一致，则建立联合权重模型即为配电网可靠性损失模型：

其中，F(los)是联合权重模型的目标函数值，maxF(los)是指目标函数值取最大，ω_j是熵权法对第j个可靠性损失类指标分配的客观权重，W_j是层次分析法对第j个可靠性损失类指标分配的主观权重，LOS_j是熵权-层次分析法对第j个可靠性损失类指标的综合权重，m为可靠性损失类指标评价矩阵的行总数，n₁为可靠性损失类指标评价矩阵的列总数；

(2.4)采用离差最大法或最小二乘法或方差最大法对配电网可靠性损失模型进行求解，得到可靠性损失类指标的综合权重。

3.根据权利要求1所述的计及终端差异化可靠性需求的配电网可靠性评估方法，其特征在于，步骤3)所述的终端用户类型包括工业用户、商业用户和居民用户，所述的配电网的主流终端模式包括工业用户配电网、商业用户配电网和居民用户配电网。

4.根据权利要求1所述的计及终端差异化可靠性需求的配电网可靠性评估方法，其特征在于，步骤3)所述的计及不同类型用户可靠性需求的配电网可靠性评估结果具体求解过程包括：

(3.1)确定可靠性损失类指标和可靠性贡献类指标在配电网可靠性评估方法中的参与度；包括：

(3.1.1)工业用户配电网中不同类型指标参与度：

其中，a为工业用户配电网的可靠性损失类指标在评估方法中的参与度，b为工业用户配电网的可靠性贡献类指标在评估方法中的参与度，a取值为0.6～1，cons_I为配电网中工业用户的总用电量，CONS为配电网中所有用户的总用电量；

(3.1.2)居民用户配电网中不同类型指标参与度：

其中，c为居民用户配电网的可靠性贡献类指标在评估方法中的参与度，d为居民用户配电网的可靠性损失类指标在评估方法中的参与度，c取值为0.6～1，cons_R为配电网中居民用户的总用电量，CONS为配电网中所有用户的总用电量；

(3.1.3)商业用户配电网的不同类型指标参与度具体包括：e为商业用户配电网的可靠性贡献类指标在评估方法中的参与度，f为商业用户配电网的可靠性损失类指标在评估方法中的参与度，e＝f＝0.5；

(3.2)对配电网可靠性评估综合得分：

其中当c＞0.5＞a时

当a＞0.5＞c时

当c＜0.5且a＜0.5时

其中，score是配电网可靠性评估的最终综合得分，P_γ是配电网中可靠性贡献类指标的参与度，CON_t是第t个可靠性贡献类指标的综合权重，是配电网中可靠性损失类指标的参与度，LOS_j是第j个可靠性损失类指标的综合权重，/>和/>分别为配电网可靠性贡献类指标和损失类指标的实际取值。