一種220kV城市環(huán)網(wǎng)分區(qū)方案評(píng)估方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種城市環(huán)網(wǎng)分區(qū)方案評(píng)估方法，具體涉及一種基于信息熵和主成分 分析的220kV城市環(huán)網(wǎng)分區(qū)方案評(píng)估方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 在實(shí)際工程中，電網(wǎng)分區(qū)方案評(píng)估是指對(duì)分區(qū)方案進(jìn)行正常條件下潮流計(jì)算、短 路電流水平校驗(yàn)、靜態(tài)安全分析等手段驗(yàn)證方案對(duì)規(guī)劃電網(wǎng)的適應(yīng)性，適應(yīng)性最強(qiáng)的即為 最優(yōu)分區(qū)方案。
[0003] 目前，220kV城市環(huán)網(wǎng)分區(qū)方案評(píng)估主要采用多層次模糊評(píng)價(jià)模型和主成分分析 法，前者在確定權(quán)重集時(shí)采用具有不確定性的專家評(píng)議法和專家調(diào)查法，受人為因素影響 較大，會(huì)出現(xiàn)評(píng)價(jià)結(jié)果偏于主觀或客觀；后者是通過方差貢獻(xiàn)率的方式，獲取反映所有指標(biāo) 能表征信息的較小數(shù)目的綜合變量，確定二級(jí)指標(biāo)的主次地位，但當(dāng)二級(jí)指標(biāo)具有較多并 列下屬指標(biāo)（二級(jí)指標(biāo)內(nèi)部包含多個(gè)同類屬性的三級(jí)指標(biāo)即為并列下屬指標(biāo)）時(shí)，下屬指 標(biāo)本身也會(huì)有主次地位，直接采用主成分分析法會(huì)出現(xiàn)部分下屬指標(biāo)被忽略。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明提供一種基于信息熵和主成分分析的220kV城市環(huán)網(wǎng)分區(qū)方案評(píng)估方法。
[0005] 本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：一種220kV城市環(huán)網(wǎng)分區(qū)方案評(píng)估方法，包括以下步 驟：
[0006] 獲取220kV城市環(huán)網(wǎng)分區(qū)方案；
[0007] 提取與500kV變電站有直接聯(lián)系的220kV母線處的三相短路電流指標(biāo)、單相短路 電流指標(biāo)及500kV變電站主變"N-1"潮流指標(biāo)、重要線路"N-1"的潮流指標(biāo)；
[0008] 提取上述四類指標(biāo)的內(nèi)部下屬指標(biāo)，并進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理，形成二級(jí)指標(biāo)決策矩陣 Rk= (r ij)nXm;
[0009] 采用信息熵的方法對(duì)&內(nèi)部指標(biāo)信息進(jìn)行信息熵處理，形成二級(jí)指標(biāo)矩陣Z nik;
[0010] 根據(jù)二級(jí)指標(biāo)矩陣Znik通過主成分分析方法，計(jì)算一級(jí)綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)值F ;
[0011] 根據(jù)一級(jí)綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)值F的大小評(píng)估分區(qū)方案。
[0012] 作為優(yōu)選，所述二級(jí)指標(biāo)矩陣Znik的構(gòu)建步驟如下：
[0013] 將k個(gè)二級(jí)指標(biāo)根據(jù)每個(gè)二級(jí)指標(biāo)的方案樣本數(shù)η和屬性指標(biāo)數(shù)m構(gòu)成三級(jí)指標(biāo) 矩陣Ak;
[0014] 將負(fù)類屬性指標(biāo)進(jìn)行規(guī)范化處理，后與其余指標(biāo)共同對(duì)Ak進(jìn)行Z-Score標(biāo)準(zhǔn)化處 理，得到第k個(gè)二級(jí)指標(biāo)的決策矩陣R k= (r Jnxni;
[0015] 計(jì)算關(guān)于屬性指標(biāo)j的熵Ej;
[0016] 根據(jù)熵Ej計(jì)算信息偏差度d j，Clj= I-E j;
[0017] 根據(jù)熵Ej和信息偏差度d j計(jì)算關(guān)于指標(biāo)j的權(quán)重w
[0018] 根據(jù)各指標(biāo)的權(quán)重計(jì)算二級(jí)指標(biāo)決策矩陣Rk，得到所有具有三級(jí)指標(biāo)屬性的二級(jí) 指標(biāo)矩陣zn，k。
[0019] 作為優(yōu)選，所述一級(jí)綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)值F的計(jì)算方法如下：
[0020] 根據(jù)矩陣Znik的特征根和特征向量，獲取協(xié)方差系數(shù)矩陣R ;
[0021] 根據(jù)方差貢獻(xiàn)率確定主成分個(gè)數(shù)、主成分矩陣；
[0022] 根據(jù)主成分矩陣和方差貢獻(xiàn)率得到一級(jí)綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)值F。
[0023] 作為優(yōu)選，所述負(fù)類屬性指標(biāo)規(guī)范化處理方法為：
[0024]
[0025] 式中：為負(fù)類屬性指標(biāo)。
[0026] 作為優(yōu)選，所述一級(jí)綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)值F的計(jì)算方法為：
[0027]
[0028] 式中：Fg每一個(gè)主成分線性加權(quán)值
為每個(gè)主成分 的方差貢獻(xiàn)率。
[0029] 作為優(yōu)選，所述主成分個(gè)數(shù)根據(jù)方差貢獻(xiàn)率
由大到小的排序的前85% 確定。
[0030] 作為優(yōu)洗，所沭Ak進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化變換的方法為：
[0031]
[0032] 式中：
i和j分別對(duì)應(yīng) 三級(jí)指標(biāo)矩陣Ak的第i和j列。
[0033] 本發(fā)明的有益效果是：
[0034] (1)本發(fā)明合理、客觀，可避免目前分區(qū)方案評(píng)估方法中采用多層次模糊評(píng)價(jià)方法 時(shí)按專家評(píng)議法和專家調(diào)查法確定權(quán)重集，受人為影響因素較大的問題；也可避免直接采 用主成分分析法很難完全體現(xiàn)全部評(píng)價(jià)指標(biāo)的問題；
[0035] (2)本發(fā)明提出負(fù)類屬性指標(biāo)?？紤]分區(qū)方案進(jìn)行短路電流校驗(yàn)時(shí)，220kV等級(jí)斷 路器遮斷容量為50kA，校驗(yàn)時(shí)的三相短路電流和單相短路電流越低于50kA，反映方案的短 路電流水平安全裕度越高，等價(jià)表征出方案越優(yōu)；因此該類指標(biāo)可被視作負(fù)類屬性指標(biāo)處 理；
[0036] (3)本發(fā)明采用信息熵方式提取具有多個(gè)并列下屬指標(biāo)的信息，聚類形成相應(yīng)二 級(jí)指標(biāo)，此方式可以全部考慮等級(jí)相同的二級(jí)指標(biāo)的下屬指標(biāo)的信息；其次與主成分分析 法相結(jié)合，構(gòu)建評(píng)價(jià)方法，可避免直接采用主成分分析法評(píng)估方案時(shí)，而導(dǎo)致部分下屬指標(biāo) 反映信息在方案評(píng)估過程中被忽略的問題。
【附圖說明】
[0037] 圖1為本發(fā)明流程圖。
[0038] 圖2為本發(fā)明實(shí)施例各成分分量占全分量的比率和累積率。
【具體實(shí)施方式】
[0039] 下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說明。
[0040] 一種220kV城市環(huán)網(wǎng)分區(qū)方案評(píng)估方法，包括以下步驟：
[0041] 獲取220kV城市環(huán)網(wǎng)分區(qū)方案；
[0042] 提取與500kV變電站有直接聯(lián)系的220kV母線處的三相短路電流指標(biāo)、單相短 路電流指標(biāo)及500kV變電站主變"N-1"潮流指標(biāo)、重要線路"N-1"的潮流指標(biāo)；重要線路 "N-1"指研究電網(wǎng)中某區(qū)域因負(fù)荷過大，導(dǎo)致部分負(fù)載比較重的線路。
[0043] 提取上述四類指標(biāo)的內(nèi)部下屬指標(biāo)，并進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理，形成二級(jí)指標(biāo)決策矩陣 Rk= (r ij)nXm;
[0044] 采用信息熵的方法對(duì)&內(nèi)部指標(biāo)信息進(jìn)行信息熵處理，形成二級(jí)指標(biāo)矩陣Z nik;
[0045] 根據(jù)二級(jí)指標(biāo)矩陣Znik通過主成分分析方法，計(jì)算一級(jí)綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)值F ;
[0046] 根據(jù)一級(jí)綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)值F的大小評(píng)估分區(qū)方案。
[0047] 所述二級(jí)指標(biāo)矩陣Zn,k的構(gòu)建步驟如下：
[0048] 將k個(gè)二級(jí)指標(biāo)根據(jù)每個(gè)二級(jí)指標(biāo)的方案樣本數(shù)η和屬性指標(biāo)數(shù)m構(gòu)成三級(jí)指標(biāo) 矩陣Ak;
[0049]
[0050] 將負(fù)類屬性指標(biāo)進(jìn)行規(guī)范化處理，后與其余指標(biāo)共同進(jìn)行Z-Score標(biāo)準(zhǔn)化處理， 得到第k個(gè)二級(jí)指標(biāo)的決策矩陣R k= (r d nXm;Z-Score法為標(biāo)準(zhǔn)分?jǐn)?shù)法，具體是指分?jǐn)?shù)與 平均數(shù)的差再除以標(biāo)準(zhǔn)差的過程；定義負(fù)類屬性指標(biāo)的原因在于，220kV母線處斷路器遮 斷容量為50kA，實(shí)際三相短路電流越接近50kA，說明短路電流水平安全裕度越低，即短路 電流屬于其值越低，體現(xiàn)方案越優(yōu)的負(fù)類屬性指標(biāo)；負(fù)類屬性指標(biāo)的規(guī)范形式如下：
[0051]
[0052] 采用Z-score法對(duì)三級(jí)指標(biāo)矩陣\進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化變換：
[0053]
[0054] i和j分別對(duì)應(yīng) 三級(jí)指標(biāo)矩陣Ak的第i和j列；
[0055] 計(jì)算關(guān)于屬性指標(biāo)j的熵Ej，信息熵表示信息的無序度，信息熵Ej越大，屬性指標(biāo) j所包含對(duì)二級(jí)指標(biāo)k的貢獻(xiàn)量越??；
[0056]
[0057] 式中彳= 1/1轉(zhuǎn):為與樣本數(shù)有關(guān)的常數(shù)，目的是使得E]e [0，1] ;r U滿足 CN 105139283 A 兄明書 4/10 頁(yè)
i 且當(dāng) I^j=O 時(shí)，規(guī)定!Tij InCrij) = 0;
[0058] 根據(jù)熵Ej計(jì)算信息偏差度d j，Clj= I-E j;
[0059] 根據(jù)熵Ej和信息偏差度d j計(jì)算關(guān)于指標(biāo)j的權(quán)重w j，某指標(biāo)j的權(quán)重是指該指標(biāo) j在整體評(píng)價(jià)中的相對(duì)重要程度；
[0060]
[0061] 式中：Zlik的下標(biāo)k為具有三級(jí)指標(biāo)的二級(jí)指標(biāo)個(gè)數(shù)；0彡Zlik彡1，二級(jí)指標(biāo)Z lik 越大，說明方案該指標(biāo)性能越佳；
[0062] 根據(jù)各指標(biāo)的權(quán)重計(jì)算二級(jí)指標(biāo)評(píng)價(jià)值Zlik，得到所有具有三級(jí)指標(biāo)屬性的二級(jí) 指標(biāo)矩陣Z n，k。
[0063]
[0064] 所述一級(jí)綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)值F的計(jì)算方法如下：
[0065] 根據(jù)矩陣Zn.k的特征根和特征向量，獲取協(xié)方差系數(shù)矩陣R ;
[0066]
[0067] 式中：且j和k分別對(duì)應(yīng)二級(jí)指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)化矩陣Znik的 第j行和k列；
[0068] 根據(jù)方差貢獻(xiàn)率確定主成分個(gè)數(shù)、主成分矩陣；由特征方程式I Aip-Rl = 〇,可以 求得P個(gè)特征根，將其按大小順序排列為X1) λ 2>…> λ p多〇,它是主成分的方差，它 的大小描述了各個(gè)主成分在描述被評(píng)價(jià)對(duì)象上所起作用的大??；由特征方程式，每一個(gè)特 征根對(duì)應(yīng)一個(gè)特征向量L g (Lg= I gl, Ig2,…，Igp)，主成分矩陣根據(jù)下式確定：
[0069]
[0070] 式中：m的下標(biāo)對(duì)應(yīng)二級(jí)指標(biāo)矩陣列元素；
[0071] 根據(jù)方差貢獻(xiàn)率
確定主成分個(gè)數(shù)；
[0072] 根據(jù)主成分加權(quán)值和方差貢獻(xiàn)率得到一級(jí)綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)值F ;先求得每一個(gè)主成 分線性加權(quán)值Fg= I lgpmp，在對(duì)k個(gè)主成分進(jìn)行加權(quán)求和，即得最終評(píng)價(jià)值，權(quán) 值為每個(gè)主成分得方差貢獻(xiàn)率：
，一級(jí)綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)值F，
[0073]
[0074] 計(jì)算每個(gè)分區(qū)方案的一級(jí)綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)值，按照從大到小順序排列，得到分區(qū)方 案的綜合排名。
[0075] 所述主成分個(gè)數(shù)根據(jù)方差貢獻(xiàn)率
由大到小的排序的前85%確定；一般 主成分個(gè)數(shù)等于原始指標(biāo)個(gè)數(shù)，如果原始指標(biāo)個(gè)數(shù)較多，進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)時(shí)就比較麻煩；如果 主成分分析法就是選取盡量少的k個(gè)主成分（k < p)來進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，同時(shí)還要使損失的 信息量盡可能少。
[0076] 電磁環(huán)網(wǎng)分區(qū)方案評(píng)估指標(biāo)主要考慮短路電流水平的安全裕度指標(biāo)和電網(wǎng)靜態(tài) 安全分析裕度指標(biāo)兩大類；其中，短路電流水平主要考慮與500kV變電站有直接聯(lián)系的 220kV母線處的三相短路電流、單相短路電流；靜態(tài)安全分析主要考慮500kV變電站主變 "N-1"、研究電網(wǎng)重要線路這四類指標(biāo)均為多維數(shù)組；其中，三相短路電流、單相短路 電流和主變"N-1"指標(biāo)數(shù)目為研究電網(wǎng)500kV變電站數(shù)目；重要線路"N-1"潮流指標(biāo)數(shù)目 為受進(jìn)行線路"N-1"時(shí)的線路數(shù)目。
[0077] 主成分分析的基本原理：主成分分析是一種數(shù)學(xué)變換的方法。它把指定的一組相 關(guān)變量通過線性變換轉(zhuǎn)成另一組不相關(guān)的變量，這些新的變量按照方差依次遞減的順序排 列。在數(shù)學(xué)變換中保持變量的總方差不變，使第一變量具有最大的方差，稱為第一主成分， 第二變量的方差次大，并且與第一變量不相關(guān)，稱為第二主成分；通過主成分分析方法，可 以根據(jù)專業(yè)知識(shí)和指標(biāo)所反映的獨(dú)特含義對(duì)提取的主成分因子給予新的命名，從而得到合 理的解釋性變量；各主因子的線性轉(zhuǎn)換模型為：
[0078]
[0079] 式中：X = (X1, X2,…，xn)即給定的一組相關(guān)變量；1^是協(xié)方差陣的第i大特征值 A1對(duì)應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)化特征向量；在進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)時(shí)，首先以累計(jì)方差貢獻(xiàn)率超過85%為界限， 據(jù)此定出主因子個(gè)數(shù)，在根據(jù)主成分矩陣和方差貢獻(xiàn)率確定能反映評(píng)價(jià)對(duì)象的優(yōu)劣。
[0080] 下面結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說明。
[0081] 采用某實(shí)際城市電網(wǎng)作為算例，該電網(wǎng)在2016年，相比2015年的5個(gè)500kV變電 站，新投運(yùn)了 2個(gè)500kV變電站；2015年該電網(wǎng)負(fù)荷需求為985萬千瓦，按照7%的負(fù)荷增 長(zhǎng)率，2016年枯水