CN113095695A - 一种考虑配电网负荷特性和网络拓扑特性的配电网重要节点评估方法 - Google Patents

一种考虑配电网负荷特性和网络拓扑特性的配电网重要节点评估方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种考虑配电网负荷特性和网络拓扑特性的配电网重要节点评估方法，所述方法包括步骤：1)根据配电网拓扑结构和运行相关数据，建立以加权线路介数为线路权重的网络邻接矩阵；2)综合考虑配电网的负荷特性和网络拓扑特性，定义配电网重要节点评估指标，并根据评估节点和评估指标建立评估矩阵，标准化处理指标数据，从而得到标准化节点重要度评估决策矩阵；3)引入基尼系数和肯德尔系数改进CRITIC法，计算重要节点评估指标的权重，对指标进行客观赋权；4)基于正负理想解排序，计算待评估配电网节点的相对贴近度，按照从大到小的顺序，实现对配电网重要节点评估排序，并输出节点评分结果，即实现判别配电网重要节点；本发明能够客观、快速、准确地识别出配电网关键节点，有助于配电网调度运行部门对配电网关键运行节点制定事前检修加固和事后抢修策略，提高配电网调度运行管理水平。

Description

一种考虑配电网负荷特性和网络拓扑特性的配电网重要节点 评估方法
技术领域
本发明涉及电力系统技术领域，提出一种考虑配电网负荷特性和网络拓扑特性的配电网重要节点评估方法。
背景技术
配电网(distribution network，DN)作为电网的末端，服务的前端，直接面向电力用户，随着城市群发展、农网改造的进程加速，配电网一直在不断地改造和扩建，国网公司系统内大多数县级以上配电网的规模都已达到百条馈线以上，这也使得其复杂程度、感知难度和调度管理难度远超主网。配电系统不可避免面临极端天气和自然灾害的影响，相比于输电网，配电网大都是开环运行辐射状网络，系统内某一节点若遭到破坏，可能会导致连锁的故障和配电事故，这也对配电网调度管理部门制定检修计划和抢修策略产生巨大挑战。为了预防极端天气和自然灾害下大面积停电事故的发生和系统事故影响传播扩大，根据配电系统的多方面重要参数准确识别配电系统的重要环节，对配电网调度运行部门制定事前检修加固和事后抢修策略，提高配电系统安全运行，降低停电事故发生和故障影响具有重要的意义。
目前针对配电网重要节点识别的指标大多是从单个角度如拓扑结构或者电气特性进行节点重要度评价，少有从多个角度或维度对节点重要性进行综合评估，且对于一级负荷、二级负荷和三级负荷并没有做区分。同时，目前的评估方法多是基于主观赋权，如层次分析法，过于依赖专家经验，不能全面体现指标所包含的信息量。总而言之，目前并没有形成一种能够全面考虑配电网电气特性和网络拓扑特性的客观配电网节点重要性评估方法。
本发明提出一种考虑配电网负荷特性和网络拓扑特性的配电网重要节点评估方法，该方法考虑配电网线路权重，构建加权网络拓扑模型，选取能够反映配电网网络拓扑特性和电气特性的指标系统，进而通过改进CRITIC法和TOPSIS法确定配电网的重要节点排序，能够快速准确识别配电网关键节点。
发明内容
本发明针对现有缺乏配电网关键节点全面评估的指标和方法，提出一种考虑配电网负荷特性和网络拓扑特性的配电网重要节点评估方法，从整体出发较为全面地识别配电网重要节点。
本发明的技术方案是这样实现的：
步骤一：根据配电网运行相关数据和拓扑结构，建立以加权线路介数为线路权重的网络拓扑模型。
S1-1：建立配电网网络拓扑
对于有N个节点和K条支路的配电网，构成简单网络拓扑图G＝(V,L)。
S1-2：计算网络边权重，建立配电网加权网络邻接矩阵
取节点i和j之间的线路电气介数αi,j作为网络边权重：
Figure BDA0003028188480000011
其中，SB表示基准功率；A为线路功率输入侧节点集合；B为功率输出侧节点集合；Si和Sj分别为对应节点的视在功率；Iij为单独节点对之间增加单位电源后线路上产生的电流。
3、根据权利要求1所述的一种考虑配电网负荷特性和网络拓扑特性的配电网重要节点评估方法，其特征在于，所述步骤二的具体步骤是：
S2-1：定义节点电气介数指标BE,i
Figure BDA0003028188480000012
S2-2：将用户差异性纳入考虑，定义考虑用户负荷差异性的节点注入功率指标Np,i
Figure BDA0003028188480000021
其中，ωi和ωj为配电网节点i和j负荷等级系数；Pi和Pj为节点i和j的注入功率。
S2-3：定义节点加权网络凝聚度变化率IRNC,i
反映节点在电力网络中的位置，定义带权重网络凝聚度指标
Figure BDA0003028188480000022
Figure BDA0003028188480000023
其中，n为节点数；LWAPL(G)为网络G的加权平均路径长度。
节点i的重要性程度可以通过节点i及其邻居节点收缩成一个节点后，新电力网络Gi的凝聚度变化率来衡量，定义节点加权网络凝聚度变化率指标IRNC,i：
Figure BDA0003028188480000024
S2-4：定义节点电压越线风险值指标RV,i
考虑10kV线路正常运行规定的电压偏移在±7％，定义节点电压越线风险值指标RV,i：
Figure BDA0003028188480000025
其中，Vi表示节点i电压的标幺值。
S2-5：指标数据标准化，得到标准化节点重要度评估决策矩阵。在配电网节点重要度评估中，假设含有m个评估节点和n个评估指标。则m个评估节点对n个评估指标的评估决策矩阵为Y＝(yij)m×n，yij表示待评估节点i中指标j的值。对所有的评估指标进行标准化处理，得到标准化评估矩阵X＝(xij)m×n。
4、根据权利要求1所述的一种考虑配电网负荷特性和网络拓扑特性的配电网重要节点评估方法，其特征在于，所述步骤三的具体步骤是：
S3-1：计算基尼系数ξj反映指标之间的差异性大小
Figure BDA0003028188480000026
其中，ξj为指标j的基尼系数，该值的取值范围为[0,1]。
S3-2：计算肯德尔系数ηtj衡量指标之间的相关性强度
Figure BDA0003028188480000031
其中，ηtj为指标t和指标j之间的的基尼系数，即相关性强度大小。
S3-3：计算评估指标客观权重ωj
通过基尼系数和肯德尔系数改进CRITIC法，得到配电网重要节点评估指标客观权重ωj：
Figure BDA0003028188480000032
其中，Cj表示指标j所包含的信息量。
5、根据权利要求1所述的一种考虑配电网负荷特性和网络拓扑特性的配电网重要节点评估方法，其特征在于，所述步骤四的具体步骤是：
S4-1：确定正理想解X+和负理想解X-
Figure BDA0003028188480000033
其中，
Figure BDA0003028188480000034
表示正理想解的值；
Figure BDA0003028188480000035
表示负理想解的值。
S4-2：配电网节点重要度排序
确定每个节点与正理想解的距离ηi，即相对贴近度，对配电网节点进行重要度排序：
Figure BDA0003028188480000036
本发明提出的一种考虑配电网负荷特性和网络拓扑特性的配电网重要节点评估方法，其特点和效果是：
1、本发明提出配电网节点重要度评估指标体系，构建以线路介数为权重的配电网加权邻接矩阵；考虑拓扑结构和电气特性提出配电网重要度评估指标：节点电气介数、考虑用户负荷差异性的节点注入功率、节点加权网络凝聚度变化率、节点电压越限效用风险指标。
2、本发明对配电网重要度评估指标体系进行客观赋权，引入基尼系数计算指标信息量和肯德尔系数计算指标相关性，计算重要节点评估指标的权重，对指标进行客观赋权。
3、基于所配电网重要度评估指标体系，本发明通过TOPSIS逼近理想排序模型，确定配电网节点正负理想解，计算相对贴进度进行排序，快速有效识别配电网重要节点。
附图说明
图1为本发明中一种考虑配电网负荷特性和网络拓扑特性的配电网重要节点评估方法基本步骤框图。
图2为使用本发明的IEEE33节点配电系统网络拓扑图
图3为使用本发明的IEEE33节点配电系统配电网有向加权网络图
图4为本发明的节点重要度指标计算结果对比图
图5本发明配电网节点重要度评估结果
具体实施方式
下文中，将参照附图详细对本发明的具体实施方案作详细的阐述，所描述的具体实施例仅对本发明进行解释说明，并不用以限制本发明。
如图所示1为一种考虑配电网负荷特性和网络拓扑特性的配电网重要节点评估方法基本步骤框图。一种考虑电气特性和网络拓扑特性的配电网重要节点评估方法，其特征主要包括以下步骤：
步骤一：根据配电网运行相关数据和拓扑结构，建立以加权线路介数为线路权重的网络拓扑模型。
S1-1：建立配电网网络拓扑
对于有N个节点和K条支路的配电网，构成简单网络拓扑图G＝(V,L)。
S1-2：计算网络边权重，建立配电网加权网络邻接矩阵
取节点i和j之间的线路电气介数αi,j作为网络边权重：
Figure BDA0003028188480000041
其中，SB表示基准功率；A为线路功率输入侧节点集合；B为功率输出侧节点集合；Si和Sj分别为对应节点的视在功率；Iij为单独节点对之间增加单位电源后线路上产生的电流。
得到配电网加权网络邻接矩阵A＝(αi,j)N×N。其中，αi,j为节点间线路连接权重，若节点i和j之间有电气线路连接，则线路电气介数，否则取0。如图2所示，为本发明的IEEE33节点配电系统网络拓扑图，图3为以线路电气介数设置线路权重的IEEE33节点配电系统配电网有向加权网络图，其中图中实心圆圈代表负荷节点，颜色代表负荷等级系数，节点配电网支路之间连线的宽度表示边权的大小，线路越粗说明该配电网支路的权重越大，即电气介数值相对较大。
步骤二：综合考虑配电网的负荷特性和网络拓扑特性，定义配电网重要节点评估指标。
S2-1：定义节点电气介数指标BE,i
Figure BDA0003028188480000042
S2-2：将用户差异性纳入考虑，定义考虑用户负荷差异性的节点注入功率指标Np,i
Figure BDA0003028188480000043
其中，ωi和ωj为配电网节点i和j负荷等级系数；Pi和Pj为节点i和j的注入功率。
S2-3：定义节点加权网络凝聚度变化率IRNC,i
反映节点在电力网络中的位置，定义带权重网络凝聚度指标
Figure BDA0003028188480000044
Figure BDA0003028188480000045
其中，n为节点数；LWAPL(G)为网络G的加权平均路径长度。
节点i的重要性程度可以通过节点i及其邻居节点收缩成一个节点后，新电力网络Gi的凝聚度变化率来衡量，定义节点加权网络凝聚度变化率指标IRNC,i：
Figure BDA0003028188480000051
S2-4：定义节点电压越线风险值指标RV,i
考虑10kV线路正常运行规定的电压偏移在±7％，定义节点电压越线风险值指标RV,i：
Figure BDA0003028188480000052
其中，Vi表示节点i电压的标幺值。
S2-5：指标数据标准化，得到标准化节点重要度评估决策矩阵。在配电网节点重要度评估中，假设含有m个评估节点和n个评估指标。则m个评估节点对n个评估指标的评估决策矩阵为Y＝(yij)m×n，yij表示待评估节点i中指标j的值。对所有的评估指标进行标准化处理，得到标准化评估矩阵X＝(xij)m×n。
计算获得节点的各项重要度评估指标并标准化，其节点重要度指标计算结果对比图如图4所示，具体数据如表1所示。
表1 IEEE33节点配电系统节点重要度指标数据
Figure BDA0003028188480000053
Figure BDA0003028188480000061
步骤三：引入基尼系数和肯德尔系数改进CRTIC法，计算重要节点评估指标的权重，对指标进行客观赋权。
S3-1：计算基尼系数ξj反映指标之间的差异性大小
Figure BDA0003028188480000062
其中，ξj为指标j的基尼系数，该值的取值范围为[0,1]。
S3-2：计算肯德尔系数ηtj衡量指标之间的相关性强度
Figure BDA0003028188480000063
其中，ηtj为指标t和指标j之间的的基尼系数，即相关性强度大小。
S3-3：计算评估指标客观权重ωj
通过基尼系数和肯德尔系数改进CRITIC法，得到配电网重要节点评估指标客观权重ωj：
Figure BDA0003028188480000064
其中，Cj表示指标j所包含的信息量。
分别计算各个指标的基尼系数、肯德尔系数以及客观综合权重，将肯德尔系数指标取均值，得到三者计算结果如表2所示。
表2指标的客观综合权重
Figure BDA0003028188480000065
步骤四：基于正负理想解排序，计算待评估配电网节点的相对贴近度，按照从大到小的顺序，实现对配电网重要节点评估排序。
S4-1：确定正理想解X+和负理想解X-
Figure BDA0003028188480000066
其中，
Figure BDA0003028188480000067
表示正理想解的值；
Figure BDA0003028188480000068
表示负理想解的值。
S4-2：配电网节点重要度排序
确定每个节点与正理想解的距离ηi，即相对贴近度，对配电网节点进行重要度排序：
Figure BDA0003028188480000071
最终得出配电网重要节点排序结果。配电网节点重要度评估结果如图5所示，IEEE33节点配电系统关键节点重要度排序前十的节点为2、1、3、19、4、5、23、6、20、21。结合评估指标的定义和系统拓扑图可以看出，节点重要度评估结果符合配电网实际运行的状况，且能够更好、更精确地识别出电网节点的重要性程度。
综上所述，使用本发明提出的一种考虑配电网负荷特性和网络拓扑特性的配电网重要节点评估方法，能够有效地反映配电网的拓扑特性和电气特性，客观对各指标进行赋权，能够更好、更精确地识别出配电网节点的重要性程度，对配电网重要用电节点安全可靠供电，极端天气、自然灾害下配网事前检修加固和事后抢修顺序提供参考。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均包含在本发明的保护范围内。

Claims (5)

1.一种考虑配电网负荷特性和网络拓扑特性的配电网重要节点评估方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
步骤一：根据配电网拓扑结构和运行相关数据，建立以加权线路介数为线路权重的网络邻接矩阵。
步骤二：综合考虑配电网的负荷数据特性和网络拓扑特性，定义配电网重要节点评估指标，并根据节点评估指标建立评估矩阵，标准化处理指标数据，从而得到标准化节点重要度评估决策矩阵。
步骤三：引入基尼系数和肯德尔系数改进原有的CRTIC法，计算重要节点评估指标的权重，对指标进行客观赋权。
步骤四：基于正负理想解排序，计算待评估配电网节点的相对贴近度，按照从大到小的顺序，实现对配电网重要节点评估排序，并输出节点评分结果，即实现判别配电网重要节点。
2.根据权利要求1所述的一种考虑配电网负荷特性和网络拓扑特性的配电网重要节点评估方法，其特征在于，所述步骤一的具体步骤是：
S1-1：建立配电网网络拓扑
对于有N个节点和K条支路的配电网，构成简单网络拓扑图G＝(V,L)。
S1-2：计算网络边权重，建立配电网加权网络邻接矩阵
取节点i和j之间的线路电气介数αi,j作为网络边权重：
Figure FDA0003028188470000011
其中，SB表示基准功率；A为线路功率输入侧节点集合；B为功率输出侧节点集合；Si和Sj分别为对应节点的视在功率；Iij为单独节点对之间增加单位电源后线路上产生的电流。
3.根据权利要求1所述的一种考虑配电网负荷特性和网络拓扑特性的配电网重要节点评估方法，其特征在于，所述步骤二的具体步骤是：
S2-1：定义节点电气介数指标BE,i
Figure FDA0003028188470000012
S2-2：将用户差异性纳入考虑，定义考虑用户负荷差异性的节点注入功率指标Np,i
Figure FDA0003028188470000013
其中，ωi和ωj为配电网节点i和j负荷等级系数；Pi和Pj为节点i和j的注入功率。
S2-3：定义节点加权网络凝聚度变化率IRNC,i
反映节点在电力网络中的位置，定义带权重网络凝聚度指标
Figure FDA0003028188470000014
Figure FDA0003028188470000015
其中，n为节点数；LWAPL(G)为网络G的加权平均路径长度。
节点i的重要性程度可以通过节点i及其邻居节点收缩成一个节点后，新电力网络Gi的凝聚度变化率来衡量，定义节点加权网络凝聚度变化率指标IRNC,i：
Figure FDA0003028188470000021
S2-4：定义节点电压越线风险值指标RV,i
考虑10kV线路正常运行规定的电压偏移在±7％，定义节点电压越线风险值指标RV,i：
Figure FDA0003028188470000022
其中，Vi表示节点i电压的标幺值。
S2-5：指标数据标准化，得到标准化节点重要度评估决策矩阵。在配电网节点重要度评估中，假设含有m个评估节点和n个评估指标。则m个评估节点对n个评估指标的评估决策矩阵为Y＝(yij)m×n，yij表示待评估节点i中指标j的值。对所有的评估指标进行标准化处理，得到标准化评估矩阵X＝(xij)m×n。
4.根据权利要求1所述的一种考虑配电网负荷特性和网络拓扑特性的配电网重要节点评估方法，其特征在于，所述步骤三的具体步骤是：
S3-1：计算基尼系数ξj反映指标之间的差异性大小
Figure FDA0003028188470000023
其中，ξj为指标j的基尼系数，该值的取值范围为[0,1]。
S3-2：计算肯德尔系数ηtj衡量指标之间的相关性强度
Figure FDA0003028188470000024
其中，ηtj为指标t和指标j之间的的基尼系数，即相关性强度大小。
S3-3：计算评估指标客观权重ωj
通过基尼系数和肯德尔系数改进CRITIC法，得到配电网重要节点评估指标客观权重ωj：
Figure FDA0003028188470000025
其中，Cj表示指标j所包含的信息量。
5.根据权利要求1所述的一种考虑配电网负荷特性和网络拓扑特性的配电网重要节点评估方法，其特征在于，所述步骤四的具体步骤是：
S4-1：确定正理想解X+和负理想解X-
Figure FDA0003028188470000031
其中，
Figure FDA0003028188470000032
表示正理想解的值；
Figure FDA0003028188470000033
表示负理想解的值。
S4-2：配电网节点重要度排序
确定每个节点与正理想解的距离ηi，即相对贴近度，对配电网节点进行重要度排序：
Figure FDA0003028188470000034
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