基于逼近理想點法電網運行安全性評價

張義國

（山東博興縣供電公司，山東 博興 256508）

電網作為國民經濟的基礎設施和電力市場的載體，承擔著能源資源配置、保障國家能源安全和滿足國民經濟發展的重要作用。電力行業的功用性和電力系統的同時性并存的特點，決定了電網事故影響大、速度快、后果嚴重[1]。電網運行中任何一個環節發生故障，都可能引發一系列連鎖反應，造成電網瓦解和大停電事故，從而帶來巨大的政治、經濟、社會影響。20世紀60年代以來，全球范圍內重大電網停電事故時有發生，僅2003年，北美、歐洲、亞洲就發生了幾起不同程度的具有事故范圍廣，破壞性較大，損失嚴重的大停電事故[2-7]，電網的這種運行特點，決定了電力行業是個高風險的行業。因此，對電網進行安全性評估，對于保證電網的運行安全，充分發揮電網對社會經濟的能源基礎作用具有重大意義。

傳統的電網安全評價工作主要包括電壓穩定、功角穩定、拓撲結構脆弱性、風險評價等單項評估。由于電力系統的復雜性，其安全水平不可能由單一的指標來表征，需從多個側面建立指標體系，因此建立科學的電網安全水平評價指標體系顯得至關重要[8-9]。

本文提出一套較完整的電網安全評價指標體系，指標體系包括結構安全、充裕度、運行安全和可靠性4個一級指標[10]，每個一級指標下包括若干個二級指標，基于建立的電網安全評價指標體系，采用逼近理想點逼近法對電網安全進行定量分析。最后通過實際的算例對本文的方法進行了驗證。

1 電網安全性評價指標體系

評價指標體系的構建是綜合評價電網運行安全性的核心環節。在遵循科學合理的評價原則的基礎上, 采用從整體到局部的分層遞階方法, 結合最新的理論研究成果提出了一套新的安全評價指標。該評價指標體系包括安全供電能力、靜態電壓安全性、拓撲結構脆弱性、暫態安全性、風險指標5個方面，每一方面又分別包含各自的分指標, 以便從不同的角度加以量化，從不同的角度全面有效地評價電網的安全水平，該體系結構如表1所示。

表1 改進電網運行安全性評價指標體系

2 基于逼近理想點法的電網安全性評價評價模型

逼近理想點法[11]是基于歸一化的原始數據矩陣，借助于多目標決策問題的“理想解”和“負理想解”對待選項目（或方案，下同）進行排序，將既最靠近理想解又最遠離負理想解的項目確定為最優項目的一種排序方法。

2.1 逼近理想法的基本流程

1）構造原始數據矩陣。

2）計算標準化決策矩陣。

3）計算正理想解與負理想解。

4）計算各評價對象與正理想解與負理想解之間的距離。

5）計算各評價對象與正理想解之間的貼近度。

6）對評價對象進行排序。

2.2 基本步驟及具體算法

設有n個備選方案，即有備選方案集A={A1, A2,…,An}，備選方案優劣評估的指標有m個，記為指標集G={G1,G2…,Gm}。

1）構造原始數據矩陣

通過對規模等級相同的n個地區進行評價指標的定性和定量進行計算，獲得地區電網對于評價指標集的初始決策矩陣為

其中yij(i=1,2,…,n; j=1,2,…,m)表示備選方案的評價指標屬性值。

2）對決策矩陣進行標準化處理

通常在評價體系中, 存在著兩種不同形式的指標∶ 正指標和逆指標。在對不同類型的指標進行標準化處理時, 應采用不同的方法, 目的是處理后的指標都具有正指標的性質。具體處理方法如下：

對于正指標, 一般可令

各評價指標的原始值經過標準化處理后取值范圍均在0～1之間。由此得到標準化矩陣X=(xij)。

3）確定正理想解與負理想解

所謂正理想解是指每一準則項目中選出的最大評估值，成為正理想解的結合，負理想解則相反。

4）計算各評價對象與正理想解D+與負理想解D?之間的距離

5）計算各評價對象與正理想解之間的貼近度計算諸評價對象與最優方案的接近程度C。，其計算公式如下：

其中 Ci越接近 l，表示該評價對象越接近正理想解，即最具競爭力。

6）評價對象進行排序

將第5）項所計算出的結果按照Ci排序，Ci越大表示離理想方案越近。亦即第i個備選方案優于其他方案。據此，可排出優劣次序。

3 算例分析

根據本文提出的評價指標和方法，對地區電網的運行安全性進行定量評價，本文采用文獻[10]中的5個規模等級相同的地區電網機型安全性評估，各個地區對應的評價指標值，如表2所示。

在二級評價指標體系中，N-1校驗合格率、變壓器容載比、頻率穩定、電壓穩定率、旋轉備用率是正指標，其他指標為逆指標，由式（2）和式（3）分別對相應的指標進行標準化處理，最終把所有指標無量綱化，且取值均在0～1之間。歸一化的評價指標如表3所示。

表2 各電網安全性指標值

表3 各電網安全性指標標準化值

文獻[10]利用變異系數針對5個地區計算各指標的權重，得到各指標的權重如表4所示。

表4 指標權重

3.1 計算各地區安全運行的加權規范矩陣

由表2可知，決策矩陣經標準化處理后的標準矩陣為

由表4可知評價指標的權重向量為

由此得到加權規范矩陣

3.2 確定各評價指標的正理想解與負理想解

根據公式（4）和（5）求得正理想解和負理想解分別為

3.3 確定各地區電網安全性評價結果

1）計算各評價對象與正理想解D+與負理想解D?之間的距離。

根據式（6）和式（7）分別求出各地區安全運行評價指標的評價值與正理想解和負理想解的距離為

2）根據式（7）計算各地區電網運行安全評價指標值與理想解的相對距離度為

C=（0.4171, 0.2993, 0.6393, 0.6444, 0.6498）

3）電網運行安全性評價結果排序

Ci越大表示離理想方案越近。亦即第 i個備選方案優于其他方案，由此可知，5個地區的電網安全性性評價結果如表5所示。

表5 評估結果排序

同時由表5可知，本文得到的評估結果與文獻[10]中的綜合線性綜合評分的結果一致，說明本文提出的逼近理想點評估模型的正確性。

4 結論

1）提出了一套較完整的電網安全運行評價指標體系,包括了結構安全、運行安全、穩定性、充裕性等四個方面, 該指標體系能夠科學、全面地反映電網的安全水平，為電網安全應急技術措施的制定提供量化依據

2）建立了基于逼近理想點法的電網安全運行評估模型, 各方法簡單易行, 實用性強。同時選取5個相類似地區進行實證分析, 評價結果與各地區的實際情況相符合,說明了該方法的合理性和實用性

3）本文提出的評價指標體系和評價模型,不僅適用于地區電網的安全性評估, 還適用于國家整體電網的安全性評估。

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