CN111339491A - 一种城市配电网改造方案的评估方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种城市配电网改造方案的评估方法,建立包含可靠性、供电能力、经济性、DG接纳能力、抗灾能力、适应性以及协调性等指标的配网改造方案综合评价指标体系和各指标的量化计算方法,再利用区间直觉模糊层次分析法和CRITIC法求解各指标的主、客观权重,结合最小信息鉴别原理得到综合权重,最后结合TOPSIS求解出各改造方案的综合评价值,依据方案的综合评价值最大原则选取出最优的改造方案并交由该技术领域的相关工作人员进行实施。本发明构建的指标体系简明、易于计算,能够从不同的角度综合反映配网改造方案的整体性能,得到的评估结果辨识度高,使得决策结果更符合实际,更具可信度,更具有工程应用价值。
Description
技术领域
本发明属于配电***改造领域,具体涉及一种城市配电网改造方案的评估方法。
背景技术
随着用电负荷的丰富和对供电品质要求的提高,城市配电网已成为制约我国经济和社会发展的关键因素之一。同时,渗透率逐步提升的DG,即分布式电源,带来的不确定性影响对城市配电网结构和性能提出了更高的要求。
现阶段,对城市配电网改造的方案主要可以归纳到三方面:升级交流配电线路、采用中压直流配电和提升分布式电源的渗透率,其中各个改造方案具有各自的优势和局限性。因此,如何合理有效地对城市配电网改造方案进行综合决策便成了一个亟待解决的问题。
城市配电网改造方案综合决策问题是一个评估问题,包含了综合评估指标的建立、使用合适的评价方法对改造方案进行综合评估和排序。考虑含DG的配网改造方案综合决策研究的主要有两个难点,一是对配网中分布式电源的配置是否合理缺乏判断依据,二是未计及未来负荷类型和占比变化的影响,另外评估结果方法中没有充分考虑决策者偏好的模糊性和不确定性,和对决策中的主、客观信息利用不充分,使得评估结果受极大的主观影响。
发明内容
为解决上述问题,本发明采用的技术方案如下:
本发明提出了一种城市配电网改造方案的评估方法,根据综合评价指标体系,对改造后的城市配电网进行评估,合理有效地对不同改造方案进行优选实施,其特征在于,包括如下步骤:
根据改造方案中的特殊影响因素和不确定因素,对于改造后的城市配电网,构建一套包含可靠性指标、供电能力指标、经济性指标、DG接纳能力指标、抗灾能力指标、适应性指标以及协调性指标在内的综合评价指标体系。
根据综合评价指标体系,经过采集和计算,获得改造后的城市配电网的指标结果。
根据获得的指标结果,采用区间直觉模糊层次分析法和CRITIC法,求取其主管主观权重、客观权重和综合权重。
根据求得的综合权重,结合TOPSIS法得出综合评估值,并依据综合评估值最大化原则将改造方案排序,选出最优改造方案并实施。
其中,综合评价指标体系包括DG接纳能力指标,采用城市配电网的DG最大准入容量、DG年利用率、电压波动指数与电压支撑指数作为DG接纳能力的指标,定义电压波动指数IVF:
式中,ITSI为灵敏度因数,Nk为总采样数,Wk为采样瞬间tk的权重系数,n为网络中的母线数目,Wbi为母线i的权重系数,△P表示DG出力的变化,Vi(tk,P0+△P)表示母线i在DG出力变化下采样瞬间的电压,△P+表示DG出力增加,△P—表示DG出力减少。
定义电压支撑指标IVS:
式中,Ni为所选的故障个数,WFi为不同故障权重系数,Nk是在所选故障Fl后的采样总数,Wk表示采样瞬间tk的权重系数,n为网络中的母线数目,Wbi为母线i的权重系数,Vi(tk)为采样瞬间tk的电压。
本发明提出的一种城市配电网改造方案的评估方法,还可以具有这样的技术特征,综合评价指标体系还包括:
采用改造后城市配电网的平均停电次数、平均停电时间和供电可用率作为可靠性指标,利用序贯蒙特卡洛法进行评估;
采用改造后城市配电网的最大供电能力和节点最大电压偏移率作为供电能力指标;
采用改造后城市配电网的网架年投资和运维费用、年网损费用、年停电损失费用、投资回收期和净现值作为经济性指标,利用基于概率方法的全寿命周期经济性评估法进行评估;
采用“N—m”故障发生后改造后城市配电网的最大负荷损失率、平均负荷损失率以及最大可恢复时间作为抗灾能力指标;
采用改造后城市配电网的的负荷发展适应性、环境适应性和***扩建裕度作为适应性指标;
采用改造后城市配电网的对大电网安全的影响性和运行调度的灵活性作为协调性指标。
本发明提出的一种城市配电网改造方案的评估方法,还可以具有这样的技术特征,对于适应性指标和协调性指标,采用德尔菲法将相关定性评价信息转化为定量分数。
本发明提出的一种城市配电网改造方案的评估方法,还可以具有这样的技术特征,求取各指标的主观权重的步骤包括:
采用区间直觉模糊层次分析法,定义综合区间直觉模糊判断矩阵R:
R=(rij)n×n
计算综合区间直觉模糊判断矩阵R的主观权重的向量α,α=[α1,α2,…αn],计算公式为:
计算得到的权重αi为区间直觉模糊数。
本发明提出的一种城市配电网改造方案的评估方法,还可以具有这样的技术特征,求取各指标的客观权重的步骤包括:
根据m个改造方案和n个综合评价指标建立方案属性矩阵Xn×m并进行标准化处理,然后转化为无量纲的标准矩阵Gn×m,用gij表示标准矩阵Gn×m第i行第j列的值,计算公式为:
式中:
其中,xij表示方案属性矩阵Xn×m第i行第j列的值,max|Xi|为方案属性矩阵Xn×m中第i行的最大值,p为协调系数,取0.1;
采用CRITIC法,以不同改造方案的同一综合评价指标的标准差si表征对比度,以综合评价指标之间的相关系数ρij表征冲突性,得到量化表达式:
计算得到客观权重的向量β,β=[β1,β2,…βn],计算公式为:
本发明提出的一种城市配电网改造方案的评估方法,还可以具有这样的技术特征,求取各指标的客观权重的步骤包括:
根据计算得到的主观权重αi和客观权重βi,得到综合权重wi,计算公式为:
计算得到的综合权重wi是一个区间直觉模糊数。
本发明提出的一种城市配电网改造方案的评估方法,还可以具有这样的技术特征,优选实施步骤具体包括如下步骤:
根据计算得到的综合权重和标准矩阵,计算得到加权属性决策矩阵Z,Z=[Z1,Z2,…Zn],计算公式为:
Zi=Giwi
以正、负理想方案的连接线作为参考,定义改造方案在参考向量上的投影为贴近度Cj,计算公式为:
计算得到的贴近度Cj为区间直接模糊数;
贴近度Cj越大,则判断该改造方案越好;
根据计算得到的贴近度Ci,定义一种利用得分函数的打分排序方法,将贴近度Cj转换为实数ρ(Cj),计算公式为:
其中,和分别表示的下限和上限,表示决策者对指标i和指标j的重要程度进行比较时偏爱指标i的程度区间,和分别表示的下限和上限,表示决策者对指标i和指标j的重要程度进行比较时偏爱指标j的程度区间,和分别表示的下限和上限,表示决策者的犹豫度区间。
实数ρ(Cj)即为改造后的城市配电网的综合评价值,实数ρ(Cj)值越大,则判断该改造方案越好。
根据实数ρ(Cj)值的大小,对改造方案进行排序,从而得到最优的改造方案,交由该技术领域的工作人员进行实施。
发明作用与效果
本发明提供的城市配电网改造方案的评估方法,综合考虑了配电网改造的特点以及DG带来的不确定影响,补充了抗灾性能力、DG接纳能力等评价指标,构建的指标体系简明且易于计算,能够从不同的角度综合反映配网改造方案的整体性能。
本发明提供的城市配电网改造方案的评估方法,采用主、客观权重得到的综合权重计算评估值,能在全面地刻画出决策者偏好信息的同时,又充分利用好客观数据。引入改进TOPSIS法来求取综合评估结果,降低了决策中主观认识的不确定性,提高了评价结果的辨识度,使得决策结果更符合实际,更具可信度。
附图说明
图1是本发明实施例的评估方法流程图;
图2是本发明实施例的IEEE33节点配电***图;
图3是本发明实施例的城市配电网改造方案的综合评价指标体系;
图4是本发明实施例的一级指标雷达图;
图5是本发明实施例的不同评估方法的综合评估值对比。
具体实施方式
以下结合附图和实施例来说明本发明的具体实施方式。
<实施例>
图1是本发明实施例的评估方法流程图。
如图1所示,本发明提出了一种城市配电网改造方案的评估方法,包括如下步骤:
根据改造方案中的特殊影响因素和不确定因素,对于改造后的城市配电网,构建一套包含可靠性指标、供电能力指标、经济性指标、DG接纳能力指标、抗灾能力指标、适应性指标以及协调性指标在内的综合评价指标体系。
根据综合评价指标体系,经过采集和计算,获得改造后的城市配电网的指标结果。
图2是本发明实施例的IEEE33节点配电***图。
选取如图2所示的配电***验证本文所提配电网交直流改造方案综合决策方法的可行性,其额定电压为12.66KV,总负荷为3175kW+j2300kvar。新增加了33至37的五个负荷节点,用虚线表示每个负荷节点拟定的四种接入线路选择,***总负荷增为4215kW+j2620kvar。用粗实线表示最初***中拟升级改造的线路,这些线路主要是由于运行年限或老化问题无法满足最初的功率要求,经改造后可以避免线路过载问题。通过规划数据库,得到对该地区的电网改造的四种方案:
方案1:只含风电的DG规划和交流线路规划改造;
方案2:只含光伏的DG规划和交流线路规划改造;
方案3:含DG规划和交流线路规划改造;
方案4:含DG规划、电网线路的直流改造和新建线路的直流规划。
由于四种改造方案中DG安装容量和位置、新负荷节点接入位置和各改造线路方式的差异,导致整个配网网架结构也不同。
图3是本发明实施例的城市配电网改造方案的综合评价指标体系。
如图3所示,采用改造后城市配电网的平均停电次数、平均停电时间和供电可用率作为可靠性指标。
采用改造后城市配电网的最大供电能力和节点最大电压偏移率作为供电能力指标。
采用改造后城市配电网的网架年投资和运维费用、年网损费用、年停电损失费用、投资回收期和净现值作为经济性指标。
采用城市配电网的DG最大准入容量、DG年利用率、电压波动指数与电压支撑指数作为DG接纳能力的指标,定义电压波动指数IVF:
式中,ITSI为灵敏度因数,Nk为总采样数,Wk为采样瞬间tk的权重系数,n为网络中的母线数目,Wbi为母线i的权重系数,△P表示DG出力的变化,Vi(tk,P0+△P)表示母线i在DG出力变化下采样瞬间的电压,△P+表示DG出力增加,△P—表示DG出力减少。
定义电压支撑指标IVS:
式中,Ni为所选的故障个数,WFi为不同故障权重系数,Nk是在所选故障Fl后的采样总数,Wk表示采样瞬间tk的权重系数,n为网络中的母线数目,Wbi为母线i的权重系数,Vi(tk)为采样瞬间tk的电压。
采用“N—m”故障发生后改造后城市配电网的的最大负荷损失率、平均负荷损失率以及最大可恢复时间作为抗灾能力指标。
采用改造后城市配电网的的负荷发展适应性、环境适应性和***扩建裕度作为适应性指标。
采用改造后城市配电网的对大电网安全的影响性和运行调度的灵活性作为协调性指标。
表1为目前技术水平下的配电网改造方案的各指标计算结果。
表1
表2为目前技术水平下的配电网改造方案的部分指标的定量份数。
如表1所示,部分评价指标由于缺乏数据,在评估中过程中采用德尔菲法将相关定性评价信息转化为定量分数,如表2所示。
表2
针对4个方案获得的指标结果,采用区间直觉模糊层次分析法和CRITIC法,求取其主管主观权重、客观权重和综合权重。
采用区间直觉模糊层次分析法,定义综合区间直觉模糊判断矩阵R:
R=(rij)n×n
计算综合区间直觉模糊判断矩阵R的主观权重的向量α,α=[α1,α2,…αn],计算公式为:
计算得到的权重αi为区间直觉模糊数。
根据m个改造方案和n个综合评价指标建立方案属性矩阵Xn×m并进行标准化处理,然后转化为无量纲的标准矩阵Gn×m,用gij表示标准矩阵Gn×m第i行第j列的值,计算公式为:
式中:
其中,xij表示方案属性矩阵Xn×m第i行第j列的值,max|Xi|为方案属性矩阵Xn×m中第i行的最大值,p为协调系数,取0.1;
采用CRITIC法,以不同改造方案的同一综合评价指标的标准差si表征对比度,以综合评价指标之间的相关系数ρij表征冲突性,得到量化表达式:
计算得到客观权重的向量β,β=[β1,β2,…βn],计算公式为:
根据计算得到的主观权重αi和客观权重βi,得到综合权重wi,计算公式为:
根据求得的综合权重,结合TOPSIS法得出综合评估值,并依据综合评估值最大化原则将改造方案排序,选出最优改造方案并实施。
根据计算得到的综合权重和标准矩阵,计算得到加权属性决策矩阵Z,Z=[Z1,Z2,…Zn],计算公式为:
Zi=Giwi
以正、负理想方案的连接线作为参考,定义改造方案在参考向量上的投影为贴近度Cj,计算公式为:
计算得到的贴近度Cj为区间直接模糊数;
贴近度Cj越大,则判断该改造方案越好;
根据计算得到的贴近度Ci,定义一种利用得分函数的打分排序方法,将贴近度Cj转换为实数ρ(Cj),计算公式为:
式中,和分别表示的下限和上限,表示决策者对指标i和指标j的重要程度进行比较时偏爱指标i的程度区间,和分别表示的下限和上限,表示决策者对指标i和指标j的重要程度进行比较时偏爱指标j的程度区间,和分别表示的下限和上限,表示决策者的犹豫度区间。
实数ρ(Cj)即为改造后的城市配电网的综合评价值,实数ρ(Cj)值越大,则判断该改造方案越好。
表2为经过不同改造方案改造后的城市配电网的综合评价值。
表2
如表2所示,方案3的综合评估值最高,可见,在目前的经济技术水平下,对现有的城市配电网改造方案中,采用多种分布式电源的交流改建方式是最优的选择,而当前的直流改造方式还存在较大的不足之处。在4个方案中应选择方案3交由该技术领域的工作人员进行实施。
图4是本发明实施例的一级指标雷达图。
如图4所示,为了更细致地分析交、直流改造方案的优劣,根据计算结果,绘制出了各一级指标评分的雷达图。
分析交、直流改造的影响:
对比方案3和方案4可知,在当前的技术水平下,交流的改造方案在可靠性、经济性、适应性和协调性方面明显优于直流改造方案,其主要原因是现阶段的换流器等电力电子设备故障率较高,且设备价格更高。同时,由于现阶段高压配电网和负荷较多为交流形式,直流改造方案在协调性方面存在一定不足。但相较交流改造方案,直流改造方案在供电能力、DG接入能力和抗灾能力指标上有较突出的表现,其主要是因为直流***传输容量大,供电能效高,更能适应DG的接入。总体而言,当前阶段的城网改造方案中,交流改造方案优于直流改造方案。
分析DG对改造的影响:
对比分析方案1和方案2可知,方案1比方案2少改建了一条线路,且其DG接纳容量更大,网损和电压指标也更好。从图4可以看出,除经济性外,方案1在其他各指标上较方案2全面占优。这表明了风电在配网改造上具有优先性,其主要原因是风电出力在时序上更符合负荷匹配度,且大多数情况下风电的日出力更高。对于风电和光伏协同改建的方案3,其接纳分布式电源的能力更强,且在降损、可靠性和供电能力等指标上相对仅含单种分布式电源的改造方案更优。其主要原因在于风光互补获得了更好的负荷匹配性,具有更好的效益。这表明在以后的配网改造中,风光协同规划改建是最优选择。
为进一步说明本发明所提供的城市配电网改造方案的评估方法的灵活性和实用性,分别采用层次分析法、CRITIC法、模糊综合决策法以及本发明方法对上述四种交直流改造方案进行评估,再根据评估后各方案的得分计算各评估方法的灵敏度η,灵敏度的计算公式为:
式中:ρ(Cj)max为最优方案的评估结果,ρ(Cj)min为最差方案的评估结果。灵敏度η越大,则判断该评估方法对不同改造方案的区分度越大。
表3为不同评估方法的综合评估值和灵敏度。
表3
图5是本发明实施例的不同评估方法的综合评估值对比。
如图5和表3所示,本发明方法得到的各方案评估结果的灵敏度为25.68%,远高于其余三种方法,所以本发明方法提供的城市配电网改造方案的评估方法拥有更好的工程应用前景。
实施例作用与效果
本发明提供的城市配电网改造方案的评估方法,综合考虑了配电网改造的特点以及DG带来的不确定影响,补充了抗灾性能力、DG接纳能力等评价指标,构建的指标体系简明且易于计算,能够从不同的角度综合反映配网改造方案的整体性能。
本发明提供的城市配电网改造方案的评估方法,采用主、客观权重得到的综合权重计算评估值,能在全面地刻画出决策者偏好信息的同时,又充分利用好客观数据。引入改进TOPSIS法来求取综合评估结果,降低了决策中主观认识的不确定性,提高了评价结果的灵敏度,使得决策结果更符合实际,更具可信度,对比现有评估方法,拥有更好的工程应用前景。
以上,仅为本发明的具体实施方式,但本发明的适用范围并不局限于此,任何熟悉本技术领域的工作人员在本发明揭露的技术范围内,可轻易想到各种等效的修改或替换,这些修改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以权利要求的保护范围为准。
Claims (7)
1.一种城市配电网改造方案的评估方法,根据综合评价指标体系,对改造后的城市配电网进行评估,合理有效地对不同改造方案进行优选实施,其特征在于,包括如下步骤:
体系构建步骤:根据所述改造方案中的特殊影响因素和不确定因素,对于改造后的所述城市配电网,构建一套包含可靠性指标、供电能力指标、经济性指标、DG接纳能力指标、抗灾能力指标、适应性指标以及协调性指标在内的综合评价指标体系,根据所述综合评价指标体系,经过采集和计算,获得改造后的所述城市配电网的指标结果;
权重获得步骤:根据获得的所述指标结果,采用区间直觉模糊层次分析法和CRITIC法,求取其主管主观权重、客观权重和综合权重;
优选实施步骤:根据求得的所述综合权重,结合TOPSIS法得出综合评估值,并依据综合评估值最大化原则将所述改造方案排序,选出最优所述改造方案并实施;
其中,所述综合评价指标体系包括DG接纳能力指标,采用所述城市配电网的DG最大准入容量、DG年利用率、电压波动指数与电压支撑指数作为所述DG接纳能力的指标,定义电压波动指数IVF:
式中,ITSI为灵敏度因数,Nk为总采样数,Wk为采样瞬间tk的权重系数,n为网络中的母线数目,Wbi为母线i的权重系数,△P表示DG出力的变化,Vi(tk,P0+△P)表示母线i在DG出力变化下采样瞬间的电压,△P+表示DG出力增加,△P—表示DG出力减少;
定义电压支撑指标IVS:
式中,Ni为所选的故障个数,WFi为不同故障权重系数,Nk是在所选故障Fl后的采样总数,Wk表示采样瞬间tk的权重系数,n为网络中的母线数目,Wbi为母线i的权重系数,Vi(tk)为采样瞬间tk的电压。
2.根据权利要求1所述的城市配电网改造方案的评估方法,其特征在于,所述体系构建步骤具体包括:
采用所述改造后城市配电网的平均停电次数、平均停电时间和供电可用率作为所述可靠性指标,利用序贯蒙特卡洛法进行评估;
采用所述改造后城市配电网的最大供电能力和节点最大电压偏移率作为所述供电能力指标;
采用所述改造后城市配电网的网架年投资和运维费用、年网损费用、年停电损失费用、投资回收期和净现值作为所述经济性指标,利用基于概率方法的全寿命周期经济性评估法进行评估;
采用“N—m”故障发生后所述改造后城市配电网的最大负荷损失率、平均负荷损失率以及最大可恢复时间作为所述抗灾能力指标;
采用所述改造后城市配电网的的负荷发展适应性、环境适应性和***扩建裕度作为所述适应性指标;
采用所述改造后城市配电网的对大电网安全的影响性和运行调度的灵活性作为所述协调性指标。
3.根据权利要求1所述的城市配电网改造方案的评估方法,其特征在于:
对于所述适应性指标和所述协调性指标,采用德尔菲法将相关定性评价信息转化为定量分数。
5.根据权利要求1所述的城市配电网改造方案的评估方法,其特征在于,求取所述客观权重具体包括:
根据m个所述改造方案和n个所述综合评价指标建立方案属性矩阵Xn×m并进行标准化处理,然后转化为无量纲的标准矩阵Gn×m,用gij表示所述标准矩阵Gn×m第i行第j列的值,计算公式为:
式中:
其中,xij表示所述方案属性矩阵Xn×m第i行第j列的值,max|Xi|为所述方案属性矩阵Xn×m中第i行的最大值,p为协调系数,取0.1;
采用CRITIC法,以不同所述改造方案的同一所述综合评价指标的标准差si表征对比度,以所述综合评价指标之间的相关系数ρij表征冲突性,得到量化表达式:
计算得到所述客观权重的向量β,β=[β1,β2,…βn],计算公式为:
7.根据权利要求1所述的配电网改造方案的评估方法,其特征在于,所述优选实施步骤具体包括如下步骤:
根据计算得到的所述综合权重和所述标准矩阵,计算得到加权属性决策矩阵Z,Z=[Z1,Z2,…Zn],计算公式为:
Zi=Giwi
以正、负理想方案的连接线作为参考,定义所述改造方案在参考向量上的投影为贴近度Cj,计算公式为:
计算得到的所述贴近度Cj为区间直接模糊数;
所述贴近度Cj越大,则判断所述改造方案越好;
其中,和分别表示的下限和上限,表示决策者对指标i和指标j的重要程度进行比较时偏爱指标i的程度区间,和分别表示的下限和上限,表示决策者对指标i和指标j的重要程度进行比较时偏爱指标j的程度区间,和分别表示的下限和上限,表示决策者的犹豫度区间,
所述实数ρ(Cj)即为改造后的所述城市配电网的综合评价值,所述实数ρ(Cj)值越大,则判断所述改造方案越好;
根据所述实数ρ(Cj)值的大小,对所述改造方案进行排序,从而得到最优的所述改造方案,交由该技术领域的工作人员进行实施。
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