基于组合权重-TOPSIS的配电网调度水平评估.pdf
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1、电 力 系 统 及 其 自 动 化 学 报Proceedings of the CSU-EPSA第 35 卷 第 7 期2023 年 7 月Vol.35 No.7Jul.2023基于组合权重-TOPSIS 的配电网调度水平评估林文硕,周荣生,田慧丽,许达,徐雯清(广东电网有限责任公司广州供电局,广州 510620)摘要:针对现有配电网调度缺乏评价标准的问题,提出一种基于组合权重-优劣解距离法的配电网调度水平综合评估模型。首先,从我国配电网现状出发,构建一套覆盖技术支撑系统建设、配网调控运行与管理、核心业务与安全管控等方面的配电网调度水平评估指标体系。然后,运用序关系分析法和反熵权法确定指标的组
2、合权重;将组合权重与优劣解距离法相结合,从而获得各地区的配电网调度水平排序。最后,基于某地区的配电网调度情况进行仿真分析,仿真结果表明,该模型可以有效地对配电网的调度水平进行评估。关键词:配电网;调度水平;组合权重;反熵权;综合评估中图分类号:TM93文献标志码:A文章编号:1003-8930(2023)07-0095-07DOI:10.19635/ki.csu-epsa.001015Assessment of Distribution Network Scheduling Level Based on Combined Weight-TOPSISLIN Wenshuo,ZHOU Rongsh
3、eng,TIAN Huili,XU Da,XU Wenqing(Guangzhou Power Supply Bureau of Guangdong Power Grid,Guangzhou 510620,China)Abstract:Aimed that the problem that there is a lack of assessment criteria for the scheduling ofexisting distributionnetwork,a comprehensive assessment model of distribution network scheduli
4、ng level based on combinedweight-technique for order preference by similarity to ideal solution(TOPSIS)is proposed in this paper.First,from the current status quo of distribution networkin China,a set of assessment index systemfor distribution network scheduling level is established,which covers asp
5、ects such as technology support system construction,distribution network regulation,operation and management,and core business and safety control.Then,the combined weight of the index is determined bythe order relationship analysis and the reverse entropy law.Afterwards,based on thecombined weight-T
6、OPSIS,the rankof distribution network scheduling level in each region is obtained.Finally,a simulation analysis is performed based onthe schedulingof distribution network in one region,and results indicate that the proposed model can effectively evaluate the distribution networkscheduling level.Keyw
7、ords:distribution network;scheduling level;combined weight;reverse entropy;comprehensive assessment配电网是电网的末端,也是电力用户的首端,是智能电网建设的关键环节。“十三五”期间,在 关于加快配电网建设改造的指导意见、配电网建设改造行动计划(20152020年)等文件的指导下,我国配电网发展取得了显著效果,城乡发展更为平衡,供电质量大幅提高,部分城市的用电水平已经处于国际先进水平1-2。但国内外社会与经济环境的发展、大规模分布式能源及多元化负荷接入电网,不仅对我国配电网的安全性、可靠性、经济性和
8、环保性提出了更高的要求,还对传统的配电网调度模式造成了冲击。因此,在结合我国配电网的发展现状与未来电力系统发展趋势的基础上,建立一套能客观评估各地区配电网调度水平的方法成为配电网建设亟待解决的问题。目前,国内外学者已对电网调度评估进行了一定的研究,但大多集中在主网上3-6。在配电网调度评估方面,文献7提出一种计及可再生能源的配电网灵活性评价指标体系与计算方法;文献8建立一套配电网调度控制系统的评估指标体系并对两个地区进行分析。以上研究的重点在于评估指标,但未提及对配电网调控水平的量化分析。文献9基于综合权重和优劣解距离法TOPSIS(technique fororder preference
9、by similarity to ideal solution)建立配电网调度管理模式评估方法,但其所涉及的配电网管理模式适用性有限;文献10考虑高比例可再生能源接入的背景,对配电网调度的灵活性进行评价;文献11-12分别提出一种基于组合权重-灰云聚类和基于层次分析-熵权法的配电网调度运行管收稿日期:2022-01-21;修回日期:2022-05-19网络出版时间:2022-06-09 09:00:03基金项目:中国南方电网有限责任公司科技项目(080016KK52180005)林文硕等:基于组合权重 TOPSIS 的配电网调度水平评估电 力 系 统 及 其 自 动 化 学 报96第 7 期理
10、评估方法,但该模型聚焦于管理方面并未对配电网调度水平进行全面的评估。综上,本文基于我国配电网实际情况,从技术支撑系统建设、配网调控运行与管理、核心业务与安全管控等方面出发建立配电网调度水平评估指标体系。同时,建立了基于组合权重和TOPSIS 的配电网调度水平评估模型,从而达到对调度水平的量化,最后用算例验证了该模型的有效性。1配电网调度水平评估指标体系1.1配电网调度水平评估指标体系的构建随着大规模新能源、电动汽车和柔性负荷的接入,配电网调度的难度也逐步增大。配电网调度水平评估的根本目的在于能够充分了解调度系统及业务流程中的不足与缺陷,从而有针对性地进行升级改进。本文基于配电网运行的安全性、可
11、靠性与优质性的原则,充分考虑新型电力系统对源-网-荷的互动协调要求,从技术支撑系统建设、配网调控运行与管理、核心业务与安全管控等方面出发,构建包括3个层次、13项指标的配电网调度水平评估指标体系如图1所示。1.2配电网调度水平评估指标1.2.1技术支撑系统建设指标近年来,随着“智能电网”与“配电网自动化信息系统”建设的不断深入,对配电网调度系统的自动化技术水平提出了更高的要求。高质量的配电网调度系统有利于配电网的调度运行、监控和辅助,对配电网的安全稳定运行有着至关重要的作用。现有配电网调度系统存在的三类问题分别为:在工程改造后,未在配电网调度系统中完成配网图模修订,极易造成图模数据不匹配的情况
12、;图模系统未根据配网的电源结构和负荷分布等情况进行模型更新,导致图模系统模型的正确率和数据质量较低;未基于历史故障及时地更新系统故障数据库,导致故障研判与隔离正确率降低。因此,本文使用图模系统数据匹配率A1、图模系统模型正确率A2、数据质量分析正确率A3、故障研判与隔离正确率A4来衡量配电网调度技术支撑系统建设的水平。在技术支撑系统建设方面,各指标的计算公式可表示为A1=orosum(1)A2=ocosum(2)A3=oqcosum(3)A4=FrcFsum(4)式中:or为在处理图形和模型过程中,配电管理系统OMS(outage management system)和电力地理信息系统 GIS
13、(geographic information system)的图模匹配数;osum为配电调度系统的图模总数;oc为在处理解析图形和模型过程中,模型正确的图模数;oqc为在处理分析图形和模型是否正确的过程中,图模质量分析正确的图模数;Frc为评价周期内故障研判与隔离结果为正确的次数;Fsum为评价周期内故障的总次数。1.2.2配网调控运行与管理指标加强配网调控运行质量和优化配网调控管理模式,有利于提升配电网调度的整体水平。现阶段,我国配电网的调控运行与管理存在的问题如下:新能源与电动汽车的接入提高了配电网电气网络间分布的不均衡性,导致负荷在各馈线上不均衡;配电网的网络结构韧性差,导致当故障发生
14、后配电网无法提供负荷转供线路通道;调度业务办理流程不合理,导致指令票签发正确率低,平均业务流转时间长;在分布式电源渗透率不断提升的新背景下,新能源接入后母线存在失负荷风险。因此,本文以馈线负荷均衡度B1、负荷平均转供电率B2、指令票签发正确率B3、平均业务流转节点数B4和母线失负荷率B5来衡量配网调控的运行与管理水平。在配网调控运行与管理方面,部分指标的计算公式可表示为B1=i=1Lf(si-s)2Lf(5)B2=PLT(k)PFI(k)(6)图 1配电网调度水平评估指标体系Fig.1Assessment index system fordistribution networkscheduli
15、ng level配电网调度水平评估技术支撑系统建设配网调控运行与管理核心业务与安全管控图模系统数据匹配率馈线负荷均衡度可再生能源消纳率图模系统模型正确率负荷平均转供电率需求侧响应调度容量数据质量分析正确率指令票签发正确率静态电压稳定裕度故障研判一隔离正确率平均业务流转节点数用户平均停电时间停送电时间精准度林文硕等:基于组合权重 TOPSIS的配电网调度水平评估97第 35 卷B3=InscInssum(7)B5=EiEsum(8)式中:Lf为第f条馈线的数量;si为第i条馈线的负荷率;s 为配电网所有馈线的平均负荷率;PLT(k)为第k次停电时间中恢复供电的负荷总功率;PFI(k)为第k次停电
16、时间中故障隔离后停电的总负荷功率;Insc为正确签发的指令票数;Inssum为签发的指令票总数;Ei为因新能源加入而失去负荷的母线数量;Esum为配电网中母线的总数量。1.2.3核心业务与安全管控指标为持续推进中国“碳达峰、碳中和”的目标,配电网调度应在保证安全的前提下是否能尽量调用可再生能源,充分合理地调动虚拟电厂、微电网及需求侧响应等负荷响应资源,使用户停电时间尽量缩短是衡量调度核心业务水平的关键。同时,随着电网公司调控一体化的全面深化,使配电网能维持稳定、停送电操作能快速进行均变得更加具有难度。因此,本文以可再生能源消纳率C1、负荷响应调度电量C2、静态电压稳定裕度C313、用户平均停电
17、时间C4、停送电时间精准度C5来综合衡量调度的核心业务与安全管控水平。在核心业务与安全管控方面,可再生能源消纳率C1包括光伏、风力、水力和生物质能的总消纳率;负荷响应调度电量C2统计的是配电网中虚拟电厂、微电网和需求侧响应等负荷响应调度的容量;用户平均停电时间C4是指在评价周期内各类用户停电时间的平均值。其余指标的计算公式可表示为C3=max(PjXij-QjRij)2+(PjRij+QjXij)u2iu4i(9)C5=popreposum(10)式中:Pj、Qj分别为第j个节点的有功和无功净负荷;Rij、Xij分别为第i个节点至第j个节点间的线路电阻和感抗;ui为第i个节点的电压;popre
18、为评价周期内准时进行停送电的次数;posum为评价周期内停送电的总次数。2配电网调度水平评估模型构建2.1组合权重的确定方法2.1.1序关系分析法序关系分析法是一种主观赋权法,与层次分析法AHP(analysis of hierarchy process)相比具有无需一致性检验、伸展性强和计算速度快等优点。本文使用序关系分析法确定指标的主观权重,其主要步骤如下。步骤1由专家根据配电网调度水平评估准则,将指标重要程度e进行排序为e1e2en(11)式中,e为专家对指标重要程度的评价。步骤2对相邻指标ek-1与ek的重要性程度之比rk赋值,赋值标准如表1所示。步骤3计算相对重要度最低指标的主观权重
19、为wsk=(1+k=2nk=fnrk)-1(12)式中,n为评价指标的总数目。步骤4由wsk递推得出其他指标的主观权重为wsk-1=rkwskk=2,3,n-1,n(13)2.1.2反熵权法熵权法是一种客观赋权法,由于其根据指标数据的分布情况确定权重,因此能有效地避免德尔菲法和层次分析法等方法中的人为主观因素。反熵权法对指标差异度敏感性弱,可以克服传统熵权法熵值与权重分配不匹配的缺陷。本文使用反熵权法确定指标的客观权重,其步骤如下。步骤1计算每个指标在其同类指标中的比重为pij=riji=1mrij(14)rij=xiji=1mx2ij(15)式中:xij为配电网i在第j个指标上的原始值,i=
20、1,2,m,m为评价对象数,j=1,2,n;rij为配电网i在第j个指标上的标准化值。步骤2计算第j个指标的反熵值Ej为Ej=-i=1mpijln(1-pij)(16)表 1rk赋值参考Tab.1Assignment reference ofrkrk1.01.21.41.61.81.1,1.3,1.5,1.7说明指标ek-1与指标ek同等重要指标ek-1比指标ek稍重要指标ek-1比指标ek明显重要指标ek-1比指标ek强烈重要指标ek-1比指标ek极端重要介于两指标之间-电 力 系 统 及 其 自 动 化 学 报98第 7 期若pij=0,则定义limpij0pijlnpij=0。步骤3计算
21、第j个指标的客观权重woj为woj=Ejj=1nEj(17)2.1.3组合赋权法基于最小熵权原理加权上述主观权重和客观权重14,获得配电网调度水平指标的组合权重wj为wj=(wsjwoj)0.5j=1n(wsjwoj)0.5(18)式中:wj为第j项指标的组合权重;wsj为根据式(11)(13)计算的第j个指标的主观权重;woj为根据式(16)计算的第j个指标的客观权重。2.2基于组合权重-TOPSIS 的调度水平评估模型TOPSIS常用于解决有限方案的多目标决策问题。本文的思路是先计算各被评对象与最优对象之间的距离,然后得到各对象的相对贴进度,并以相对贴进度为依据确定各对象的优劣,结合组合权
22、重,采用TOPSIS对各地区的配电网调度水平进行排序。2.2.1标准化评价矩阵构建假设各地区配电网调度水平评价指标的原始矩阵为X=x11x12x1nx21x22x2nxm1xm2xmn(19)使用向量归一化对原始矩阵作标准化处理,得到标准化评价矩阵R(rij)mn。2.2.2构建评价矩阵将综合赋权法确定的指标权重考虑到评价矩阵中,可以提高配电网调度水平评估的客观性。标准化矩阵的每一行与其对应的权重相乘可得加权标准化评价矩阵Z(zij)mn,其中,zij可表示为zij=wjrij(20)式中:zij为第i个配电网在第j项指标上的得分;wj为第j项指标的组合权重。2.2.3正负理想解确定设J+、J
23、-分别为正理想解与负理想解的集合,其计算公式为J+=maxzij|i=1,2,m=z+1,z+2,z+m(21)J-=minzij|i=1,2,m=z-1,z-2,z-m(22)2.2.4距离计算待评价对象到正理想解的距离s+i为s+i=j=1n(z+i-zij)2i=1,2,m(23)待评价对象到负理想解的距离s-i为s-i=j=1n(z-i-zij)2i=1,2,m(24)2.2.5评价对象的相对贴近度计算第i个评价对象与理想解的相对贴近度Di可表示为Di=s-is+i+s-ii=1,2,m(25)第i个配电网的调度水平与最优调度水平之间的接近程度Di取值范围为0,1,Di的数值越大则表明
24、该配电网的调度处于较高水平,反之则处于较低水平。2.3配电网调度水平综合评估流程配电网调度水平评估计算流程如图2所示,具体步骤为:步骤1构建配电网调度水平评估指标体系;步骤2收集各配电网调度数据,计算各配电网的评估指标值并建立标准化评价矩阵;步骤3采用序关系分析法与反熵权法分别确定各指标的主观权重、客观权重;步骤4将主观权重与客观权重进行加权,获得组合权重;步骤5基于组合权重和TOPSIS法,计算各配电网调度水平的相对贴近度并进行排序。图 2配电网调度水平综合评估流程Fig.2Comprehensive assessment process for distributionnetwork sc
25、heduling level构建配电网调度水平评估指标体系收集数据并计算标准化评价矩阵反熵权法计算客观权重序关系分析法计算主观权重基于最小熵权原理计算组合权重构建考虑组合权重的评价矩阵确定正理想解集合与负理想解集合计算各评价对象到理想解的距离与贴近度配电网调度水平排序林文硕等:基于组合权重 TOPSIS的配电网调度水平评估99第 35 卷3算例分析3.1样本选择与数据标准化为验证本文所述评估模型的有效性,本文以某地级市的6个市辖区配电网为例进行分析,将其分别命名为配网1、配网2、配网6。首先,调研市调度和区调度获得统计数据;然后,按照图1所示指标体系和各指标的定义计算各原始指标值;最后,根据式
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